các phương pháp chọn giống thực vật

2 Nuôi cấy bao phấn và sản xuất cây đơn bội: Trong phần lớn các chương trình chọn giống việc tạo giống mới cải tiến bao gồm việc gieo trồng quần thể F2 lớn và chọn lọc các dòng mong muốn

Ngày nay chúng ta đều biết rằng, chỉ có các biến dị di truyền (các đột biến, biến dị tổ hợp) mới đóng vai trò là nguồn cung cấp nguyên liệu cho quá trình chọn lọc và tiến hoá của sinh vật

Trong khi Darwin xây dựng thuyết chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo, ông cũng đã phân bịêt được các biến dị di truyền (biến dị không xác định) và biến dị không di truyền (biến dị xác định), nhưng chưa giải thích được nguyên nhân của chúng Về vai trò sáng tạo của chọn lọc,

+ Chọn lọc tự nhiên

Theo quan điểm của Darwin, sinh vật không ngừng phát sinh các biến

dị cá thể trong quá trình sinh sản và dưới tác dụng của các điều kiện môi trường sống Chỉ những biến dị nào có lợi cho bản thân sinh vật thì được giữ lại, còn các biến dị nào không có lợi thì bị đào thải Chọn lọc tự nhiên thường xuyên diễn ra, giúp cho sinh vật mang các biến đổi thích nghi trên

cơ thể ngày càng hợp lý Có những trường hợp chọn lọc tự nhiên thúc đẩy

và hỗ trợ cho chọn lọc nhân tạo, làm cho quá trình chọn lọc phát huy nhanh hơn Ví dụ, đặc tính chống chịu sâu bệnh, chịu hạn của cây trồng vừa có lợi cho con người, vừa có lợi cho sinh vật Ngược lại, đối với một

số đặc tính như rụng hạt ở cây ngũ cốc, chất lượng nông sản cao thì giữa chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo mâu thuẫn nhau Do vậy sự thúc đẩy quá trình hình thành giống mới xảy ra chậm hơn Vì vậy trong công tác chọn giống, chọn lọc nhân tạo có tác dụng vô cùng quan trọng để tạo

ra giống mới

+ Chọn lọc nhân tạo

Darwin là người đầu tiên tổng kết đầy đủ nhất về vai trò tác dụng của tác dụng nhân tạo Theo Darwin, biến dị, di truyền và chọn lọc là ba yếu tố quyết định sự tiến hoá của sinh vật Chọn lọc nhân tạo đã tích luỹ những biến dị có lợi và loại bỏ những biến dị không có lợi cho con người Chính

chọn lọc nhân tạo đã tạo nên các đặc điểm thích nghi kỳ diệu trên cơ thể vật nuôi, cây trồng (phù hợp với các thị hiếu thẩm mỹ và nhu cầu về kinh

tế của con người) Nếu như trong chọn lọc tự nhiên, động lực của chọn lọc

là đấu tranh sinh tồn, thì trong chọn lọc nhân tạo động lực thúc đẩy chính

là lợi ích kinh tế của con người

II Các nhân tố ảnh hưởng đến chọn lọc

1 Hệ thống sinh sản của cây trồng

Ở cây tự thụ phấn(autogamous), do đặc điểm sinh học về cấu tạo hoa, việc lai tạo với cây trồng khác trong cùng loài gặp nhiều khó khăn Mặt khác, phần lớn cây tự thụ phấn là đồng hợp tử Hạt giống thương phẩm của nó đựơc sản xuất bằng phương pháp tự thụ phấn Còn ở các cây giao phấn hay thụ phấn chéo, việc lai tạo trong tự nhiên xảy ra thuận lợi Đặc điểm của những cây dị giao là dị hợp tử, do vậy hiệu ứng trội sẽ đóng góp việc hình thành các tính trạng

Phương pháp chọn giống ở cây sinh sản vô tính nói chung là các biến

dị xảy ra đều tạo nên các kiểu gene đồng hợp tử hoặc dị hợp tử Chọn ra kiểu gene mong muốn trong môi trường nhất định sẽ tạo ra các dòng vô tính phục vụ sản xuất Ở đây nhân tố môi trường có tác động nhất định đến các hệ thống sinh sản của cây

2 Hiện tượng ưu thế lai

Ưu thế lai là hiện tượng thường gặp ở tất cả các loài cây giao phấn và một số loài cây tự thụ như: đậu tương, cà chua, lúa mì, lúa Hạt lai thương mại hiện nay đã được áp dụng rộng rãi ở cả các cây tự thụ phấn và cây giao phấn (xem chương 4)

3 Cấu trúc của bộ máy di truyền tế bào

Mức độ đa bội có ảnh hưởng nhất định đến chiến lược chọn giống cây trồng: tứ bội thể được dùng thông dụng ở các loài cây thức ăn gia súc nhằm làm tăng sản lượng chất khô và các đặc tính tốt khác Việc chọn lọc một tính trạng nào đó như khả năng chống chịu sâu bệnh của củ cải đường, khoai tây bằng cách chọn các dạng tam bội tỏ ra có hiệu quả hơn

4 Tính trạng số lượng và tính trạng chất lượng

Tuỳ theo tính trạng nhà chọn giống quan tâm là tính trạng số lượng hay tính trạng chất lượng mà có các phương pháp chọn lọc khác nhau Thông thường, tính trạng chất lượng được kiểm tra bởi một gene, còn tính trạng số lượng do nhiều gene kiểm tra và chịu ảnh hưởng lớn bởi môi trường và tác động qua lại giữa các gene

Đối với tính trạng số lượng, phương pháp chọn giống thường được áp

dụng là chọn lọc theo chu kỳ hay chọn lọc hồi quy Càng có nhiều gene tham gia thì sẽ ít có cơ hôi tạo ra sự ngẫu nhiên để đạt được một tổ hợp gene tốt nhất của một chu kỳ chọn lọc Do vậy cần có sự phối hợp của chọn lọc nhằm làm tăng các tổ hợp tốt nhất ở chu kỳ tiếp theo Trong trường hợp này, phương pháp chọn giống hồi quy giúp thu được các tính trạng tốt ở mỗi chu kỳ

5 Sự hoạt động của các gene (xem cơ sở di truyền học của hiện tượng ưu

thế lai, chương 4)

III Các nguyên tắc cơ bản của chọn lọc

Ngoài những nguyên nhân khách quan ảnh hưởng đến quá trình chọn lọc như mức độ biến dị của tính trạng được chọn à phương pháp chọn lọc, thì nguyên nhân chủ quan cũng góp phần quan trọng và mang tính quyết định, do vậy cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản khi chọn lọc

(1) Có mục tiêu và phương hướng: Mục tiêu và phương hướng của nhà chọn giống càng cụ thể và rõ ràng thì công tác chọn giống càng nhanh chóng có hiệu quả

(2) Chọn vật liệu khởi đầu thích hợp: Nguyên tắc này mang tính quyết định đối với công tác chọn giống Ví dụ, khi muốn tạo ra cây trồng có tính chịu rét, chịu hạn, chịu mặn hoặc khả năng chống chịu sâu bệnh v.v cần chọn những vật liệu có các gene chống chịu về những đặc tính này và cần được thực tiễn sản xuất thừa nhận các đặc tính này trên quy mô lớn

(3) Cần dựa vào tính trạng trực tiếp và tính trạng tổng hợp: Các tính trạng có mối quan hệ mật thiết với nhau, sự tương quan này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố Việc phát hiện ra mối tương quan càng sớm bao nhiêu thì kết quả chọn lọc càng nhanh bấy nhiêu Ví dụ, tính trạng chịu hạn của cây ngoài các đặc điểm về cấu tạo bộ rễ ra thì đặc điểm về kích thước lá, đường kính lá, đặc điểm về hình dáng là góp phần quan trọng cho tính trạng tổng hợp chịu hạn của cây trồng

(4) Vật liệu chọn giống cần đảm bảo trồng trong điều kiện đồng đều

và thích hợp: Đây là nguyên tắc bắt buộc, vì chỉ có trong những điều kiện phù hợp như vậy, các đặc tính hay tính trạng của giống cây trồng mới biểu hiện ra và thông qua công việc đánh giá, quá trình chọn lọc đó mới đảm bảo tính khách quan và chính xác

(5) Ruộng chọn giống cần áp dụng các biện pháp kỹ thuật phù hợp: Muốn đánh giá tiềm năng năng suất của giống cây trồng, cần áp dụng những biện pháp kỹ thuật tối ưu về đất đai, thời vụ phân bón, tưới tiêu Còn muốn đánh giá giống trong điều kiện sản xuất thì áp dụng các quy trình kỹ thuật ngoài sản xuất mà không có bất kỳ một sự ưu tiên nào ngoài

việc chọn lọc sao cho các giống ngày càng trở nên thuần chủng

(6) Cần chọn lọc theo đúng mục tiêu đề ra và phải chọn lọc trong môi trường phù hợp: Chẳng hạn, trong việc chọn các giống chịu mặn, chịu úng, chịu hạn thì các vật liệu chọn giống cần trồng trong điều kiện tự nhiên tương ứng như: mặn, úng, hạn Hoặc trong đánh giá khả năng kháng bệnh cũng vậy, vật liệu chọn tạo cần gieo trồng trong mùa vụ có dịch bệnh phát sinh mạnh nhất

(7) Kết hợp chọn lọc ở trong phòng và trên đồng ruộng trong suốt thời

kỳ sinh trưởng của giống, khi đó các giống cây trồng mới được chọn ra một cách nhanh chóng và chuẩn xác

IV Sơ lược về các phương pháp chọn giống truyền thống và hiện đại thông dụng

1 Một số phương pháp chọn giống truyền thống

Chọn giống là một quá trình liên tục để thoả mãn nhu cầu thay đổi của một nền nông nghiệp Nói chung, các phương pháp chọn giống truyền thống vẫn tương đối phổ biến, trong đó tái tổ hợp giữa các kiểu gene ưu tú vẫn là khâu then chốt để tạo ra vật liệu chọn giống cho quá trình chọn lọc Các phương pháp chọn giống truyền thống dựa vào sự tái tổ hợp của các gene và nhiễm sắc thể thông qua sinh sản hữu tính của sinh vật (tuân theo các nguyên lý di truyền cổ điển của Mendel và Morgan)

Các quy trình chọn giống khác nhau đã được sử dụng cho các kiểu cây trồng khác nhau, tuỳ thuộc vào phương thức sinh sản là tự thụ phấn hay giao phấn Đối với lúa, phương pháp chọn giống theo phả hệ là thông dụng nhất Các bố mẹ được chọn kỹ lưỡng và lai thông qua thụ phấn bằng tay (Hình 6.1) Trong chương trình chọn giống kháng, thông thường một dạng bố mẹ là giống đã được cải tiến và dạng kia là một giống kháng hoặc loài hoang dại Phải mất vài thế hệ lai và chọn lọc để chuyển gene kháng cho dạng bố mẹ đã được cải tiến và phục hồi các đặc tính mong muốn của dạng bố mẹ cải tiến (năng suất, chất lượng hạt, v.v.) Tại Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI, đặt tại Manila - Philippines), mỗi năm có tới hàng chục ngàn dòng chọn giống được kiểm tra và lưu giữ về khả năng kháng rầy nâu và sâu hại lá Tại đây đã lai tạo và phóng thích nhiều giống lúa mới (IR-8, IR-36, IR-64, ) góp phần tạo nên cuộc "cách mạng xanh" trong những năm 1960 và 1970 ở các nước đang phát triển

Hình 6.1 Hình trên: Hoa lúa, khử nhị đực và tiến hành lai giữa hai giống lúa thông qua thụ phấn bằng tay Hình dưới: Một giống lúa bán lùn, năng suất cao gọi là IR-8 (trái), một phần của cuộc cách mạng sanh lần thứ hai, được IRRI tạo

ra bằng cách lai chéo giữa hai dòng lúa bố mẹ: PETA từ Indonesia (giữa) và DGWG từ Trung Quốc (phải) Với thân thấp hơn và cứng hơn, giống lúa mới có thể mang các bông to hơn nhưng không bị đổ.

2 Một số phương pháp chọn giống hiện đại

Sự phát triển của công nghệ sinh học (CNSH) trong vài thập niên gần

đây đã và đang đưa lại các kiểu quy trình chọn giống mới Trong chọn lọc với sự hỗ trợ của marker (marker-assisted selection), các marker DNA

liên kết với các tính trạng quan tâm (ví dụ các gene kháng côn trùng) được

sử dụng để cải tiến hiệu quả của chọn giống Các marker DNA còn hỗ trợ cho việc phân tích số lượng, tác dụng và sự đinh khu trên nhiễm sắc thể của các gene thứ yếu ở thực vật, thông qua một quá trình gọi là phân tích

các locus tính trạng số lượng (quantitative trait loci = QTL)

Kỹ thuật di truyền (genetic engineering) cho phép sử dụng bất kỳ sinh vật nào để làm nguồn cung cấp tính kháng Chẳng hạn, vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) là nguồn cung cấp gene mã hoá các độc tố diệt côn

trùng đã được dùng để tạo ra giống lúa chuyển gene kháng được loại sâu đục thân (xem Hình 6.2) Vấn đề này sẽ được thảo luận kỹ ở chương 9 CNSH bao gồm một các loạt phương pháp và quy trình sử dụng cơ thể sống và các hệ thống sinh học được biến đổi để tạo ra sản phẩm mới và tăng năng suất cây trồng, vật nuôi Trong trồng trọt và nhất là trong cải

lương giống cây trồng, hầu hết các quy trình CNSH sử dụng nuôi cấy mô

và tế bào in vitro từ mảnh mô, tế bào phân lập, mô sẹo, tế bào trần hoặc

mô phôi để thực hiện quá trình biến đổi, rồi sau đó cho tái sinh cây hoàn chỉnh Điều cần thiết là phải hiểu và nắm vững sự tái sinh cây từ nuôi cấy

mô đối với từng loại xác định trước khi áp dụng để bổ sung cho phương pháp chọn tạo giống hiện hành kết quả nuôi cấy mô và tế bào mấy chục năm qua cho thấy nuôi cấy tế bào từ các loài cây trồng khác nhau hay các kiểu gene khác nhau trong nội bộ một loài, hoặc thậm chí từ các bộ phận khác nhau trên cùng một cây có phản ứng khác nhau đối với một kỹ thuật nuôi cấy cụ thể Điều này đã cản trở việc xây dựng các qui trình đồng nhất

để có thể áp dụng thường xuyên trong các chương trình chọn giống cho nhiều loài cây trồng Để ứng dụng kỹ thuật này trong chương trình chọn tạo giống cần phải vạch ra các quy trình cụ thể cho từng loại vật liệu di truyền và môi trường nuôi cấy

2.1 Nuôi cấy mô và tế bào

Đầu thế kỷ 20, Haberlandt đã nhấn mạnh tính toàn năng của tế bào soma ở thực vật và chỉ ra khả năng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôi cấy mô và tế bào Tuy nhiên, đến 50 năm sau việc tái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào đơn hoặc tế bào trần (protoplast) mới trở thành hiện thực Nuôi cấy mô và tế bào là kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật phân lập hay mảnh mô thực vật tách rời trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện

vô trùng Sau đó, các mô cấy được cho tái sinh thành cây hoàn chỉnh Người ta đã xây dựng được các quy trình tương đối hoàn chỉnh để tái sinh cây cho một số loài như thuốc lá, khoai tây, mía, hoa lan, một số cây ăn quả v.v Đối với phần lớn cây trồng trên đồng ruộng, như bông và đậu lấy hạt thì việc thiết lập các quy trình để áp dụng rộng rãi khó hơn nhiều Ở những loài cây này tần số tái sinh thấp và kết quả tái sinh từ nuôi cấy không chỉ thay đổi theo loài mà còn phụ thuộc vào kiểu gene trong một loài, nguồn mô cấy, tuổi và sức khoẻ của mô cấy, môi trường dinh dưỡng

và nhiều yếu tố khác Nhìn chung, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào cho phép nhân nhanh những kiểu gene có giá trị hay vật liệu chọn giống trong một môi trường có kiểm soát Một số khả năng ứng dụng của nhân nhanh đối với cây trồng là: Nhân quy mô lớn kiểu gene dị hợp tử, nhân kiểu gene

tự bất hợp, nhân bố mẹ bất dục trong chương trình chọn giống lai, nhân vật liệu sạch bệnh, bảo quản và trao đổi nguồn gene quốc tế

Ở đây chỉ giới thiệu sơ lược một số kỹ thuật nuôi cấy in vitro liên

quan trực tiếp tới quá trình chọn giống

(1) Nuôi cấy phôi, noãn và thụ phấn in vitro

Các nhà chọn giống chủ yếu đã và đang tận dụng biến dị di truyền

hiện có trong nguồn gene trồng trọt bằng cách sử dụng nhiều sơ đồ lai và chọn lọc khác nhau Tuy nhiên với thâm canh và độc canh, một ít kiểu gene chọn lọc về những tính trạng có ý nghĩa kinh tế biến dị di truyền ngày một giảm trong nguồn gene trồng trọt Thậm chí trong một số trường hợp, nguồn biến dị đối với một số tính trạng có ý nghĩa kinh tế không đủ thoả mãn, ví dụ: tính kháng bệnh vàng lụi, sâu đục thân, chịu mặn ở lúa

Để khắc phục những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến năng suất, nhà chọn giống cần có nguồn gene kháng sâu bệnh từ các loài hoang dại thân thuộc hoặc không thân thuộc Một khó khăn lớn khi sử dụng các loài hoang dại để lai với cây trồng là tính bất hợp khi lai Trong một số trường hợp, các phôi lai từ các tổ hợp lai giữa các loài có quan hệ xa nhau thường yếu và không có khả năng sống do sự cung cấp dinh dưỡng từ nội nhũ không đầy đủ và chúng thường bị chết trong một thời gian ngắn sau khi hình thành hợp tử và không thể phát triển thành hạt có khả năng sống Vì vậy, nuôi cấy phôi hay cứu phôi là một phương pháp để khắc phục hàng rào bất hợp, bảo đảm để phôi non sinh trưởng, nảy mần, và phát triển thành cây con Thông qua sử dụng phương pháp này người ta đã tạo ra nhiều con lai khác loài ở nhiều loại cây trồng như lúa mì, lúa nước, đại mạch, bông, đậu, đỗ, các loài cây ăn quả, cây cảnh và nhờ vậy nhiều gene

có ích đã được chuyển vào cây trồng

Noãn đã thụ tinh đôi khi được nuôi cấy để cứu phôi từ các tổ hợp lai

xa mà không cần tách phôi ra khỏi noãn Noãn chứa phôi lai non được tách ngay sau khi thụ tinh trong điều kiện vô trùng rồi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng Bằng con đường nuôi cấy noãn phôi có thể nuôi cấy ở giai đoạn sớm hơn so với nuôi cấy phôi tách rời Hơn nữa, phôi phát triển trong noãn có môi trường hoá học và lý học thuận lợi hơn phôi nuôi cấy bên ngoài noãn

Thụ phấn và thụ tinh in vitro gồm việc thu nhập noãn chưa thụ tinh,

cấy noãn trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện vô trùng, và thụ phấn cho noãn với các hạt phấn tươi Ống phấn xuyên qua thành noãn và túi phôi sẽ thụ tinh cho tế bào trứng Phương pháp này đã được áp dụng để tạo con lai giữa các loài mà ống phấn không thể sinh trưởng và xuyên vào noãn bình thường sau khi thụ phấn

(2) Nuôi cấy bao phấn và sản xuất cây đơn bội:

Trong phần lớn các chương trình chọn giống việc tạo giống mới cải tiến bao gồm việc gieo trồng quần thể F2 lớn và chọn lọc các dòng mong muốn trong các thế hệ phân ly từ F2 đến F7 để cuối cùng tạo ra các dòng đồng hợp tử Nuôi cấy bao phấn hay hạt phấn là một kỹ thuật hữu hiệu để tạo ra các dòng đồng hợp tử ngay từ thế hệ đầu tiên (dòng đơn bội kép), do

đó tiết kiệm nguồn lực và rút ngắn thời gian cần thiết để tạo ra giống mới

Nuôi cấy bao phấn là kỹ thuật nuôi cấy in vitro các bao phấn chứa tiểu

bào tử hay hạt phấn chưa thành thục trên môi trường dinh dưỡng để tạo ra cây đơn bội Số nhiễm sắc thể của cây đơn bội được nhân đôi để tạo ra cây lưỡng bội đồng hợp tử hoàn toàn, gọi là thể đơn bội kép Việc nuôi cấy bao phấn rất có ích đối với nhà chọn giống vì thế đơn bội kép có thể được

sử dụng để làm các dòng thuần ở cả cây tự thụ phấn và cây giao phấn Thời gian cần thiết để tạo ra một giống hay một dòng tự phối bằng phương pháp đơn bội kép được rút ngắn nhiều thế hệ so với phương pháp truyền thống Các dòng đơn bội kép tạo ra cơ hội duy nhất để cải thiện hiệu quả chọn lọc đối với nhiều tính trạng vì trong quần thể không có phương sai trội, đồng thời gene lặn cũng biểu hiện ra kiểu hình Kỹ thuật này đã được

áp dụng thành công ở Trung Quốc trong việc tạo ra giống lúa và lúa mì Tuy nhiên, hạn chế trong việc áp dụng rộng rãi phương pháp này là khả năng nuôi cấy khó và tính đặc thù cao của kiểu gene Ví dụ, các nhà chọn

giống lúa Indica không thể sử dụng kỹ thuật này có hiệu quả bằng các nhà

chọn giống lúa Japonica do các kiểu gene Indica khó nuôi cấy hạt phấn còn bị ảnh hưởng bởi giai đoạn phát triển của bao phấn, điều kiện sinh lý của cây cho phấn, điều kiện xử lý trước khi nuôi cấy, môi trường dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy và hiệu quả lưỡng bội hoá bằng colchicine (3) Biến dị dòng soma và chọn lọc dòng tế bào:

Ban đầu nuôi cấy mô được sử dụng làm kỹ thuật mới để tạo sinh khối

và phương pháp nhân giống lý tưởng để sản xuất hàng loạt cây dồng nhất

và như bố mẹ ban đầu của các giống ưu tú

Tuy nhiên, với thời gian các công trình nghiên cứu ở nhiều loài cây trồng có giá trị kinh tế người ta thấy rằng tế bào và mô được nuôi cấy trong môi trường nhân tạo thường xuất hiện các biến đổi di truyền bao gồm số lượng và cấu trúc nhiếm sắc thể, sự sắp xếp lại trong nhiễm sắc thể, đột biến gene v.v Các biến dị này được truyền lại cho cây khi tái sinh Tập hợp các biến dị di truyền hình thành do quá trình nuôi cấy được gọi là

biến dị dòng soma (somaclonal variation) (Larkin và Scowcroft, 1983)

Biến dị dòng soma chịu ảnh hưởng bởi loài cây, kiểu gene trong loài và

mô cấy, chế độ nuôi cấy, thời gian nuôi cấy in vitro, và tính ổn định của

genome Như vậy bản thân nuôi cấy mô và tế bào là một nguồn biến dị di truyền quan trọng, mới mẻ và phong phú trong các điều kiện đã thích ứng

và rất có ích cho sự cải thiện giống cây trồng Một số thể biến dị dòng soma có ích đã được phân lập, đó là khả năng để kháng virus Fiji, bệnh đốm vàng viền nâu và bệnh sương mai ở mía (Heinz và cộng sự, 1977); khả năng kháng bệnh đốm lá nhỏ ở ngô (Bretell và Ingram, 1979); kháng

sương mai ở khoai tây (Shepard và cộng sự, 1980); chịu hạn và chịu lạnh

ở lúa (Lê trần Bình và cs, 1996)

Một ưu điểm của biến dị di truyền trong quá trình nuôi cấy là khả

năng chọn lọc dòng tế bào in vitro Có thể nuôi cấy và xử lý hàng triệu tế

bào trong một không gian hạn chế, chẳng hạn trong đĩa petri và chọn lọc bằng cách xử lý tế bào nuôi cấy trong điều kiện bất lợi là tác nhân chọn lọc Cũng có thể kết hợp xử lý đột biến trong nuôi cấy để tăng tần số biến

dị di truyền Tuy nhiên, chỉ những tính trạng biểu hiện ở mức tế bào mới

có thể xác định được bằng cách sàng lọc tế bào nuôi cấy, bao gồm các đặc tính như kháng thuốc diệt cỏ, chịu mặn hay chịu kim loại như sắt, nhôm, axit amin tương đồng, chịu nhiệt độ thấp, các yếu tố dinh dưỡng và khả năng kháng độc tố do các tác nhân gây bệnh tạo ra Các kiểu gene phân lập kháng với các điều kiện bất lợi này có thể được sử dụng trực tiếp trong chương trình chọn giống

2.2 Lai tế bào soma hay dung hợp tế bào trần

Trong các phương pháp chọn tạo giống truyền thống lai hữu tính là phương pháp cơ bản nhất để tạo ra biến dị tổ hợp thông qua dung hợp giao

tử Tuy nhiên, việc lai hữu tính chỉ thực hiện được các cá thể trong một loài hay các loài có quan hệ thân thuộc Lai giữa các loài có quan hệ xa nhau thường rất khó khăn vì hàng rào cản trở việc lai xa làm giảm tính hữu dụng của kỹ thuật lai trong việc tăng nguồn biến dị di truyền cần thiết cho việc cải lương cây trồng Vì vậy một phương pháp mới được đề xuất bởi Keller và Melchers (1973) là nhằm khắc phục hàng rào lai hữu tính giữa các loài có quan hệ họ hàng xa nhau là phương pháp dung hợp tế bào soma hay dung hợp tế bào trần

Đó là kỹ thuật cho phép hợp nhất các tế bào soma không có thành tế bào của cá thể hoặ các loài khác nhau, và sau đó cho tái sinh cây lai từ các

tế bào đã dung hợp Trong lai hữu tính, các tính trạng liên quan DNA bào quan kiểm soát hoàn toàn giống cây mẹ vì không có sự tổ hợp các cơ quan

tử của bố và mẹ Trong dung hợp tế bào trần, ngoài khả năng dung hợp nhân, còn có khả năng xảy ra hỗn hợp tế bào chất, hình thành tổ hợp di truyền hoàn toàn mới Ty thể và lạp thể của hai tế bào khác nhau có thể

hợp nhất hoặc là tái tổ hợp tạo ra một tế bào dị tế bào chất, gọi là cybrid

Như vậy, bằng con đường lai soma người ta có thể thu được tổ hợp mới của lạp thể hay ty thể và tương tác mới giữa nhân và tế bào chất Dung hợp tế bào trần là một quá trình nhiều giai đoạn, bao gồm việc phân lập tế bào trần từ các loài khác nhau, dung hợp tế bào trần từ hai loài khác nhau, giám định, nhân sản phẩm dung hợp và cuối cùng là tái sinh cây lai hữu dục là sản phẩm dung hợp

Lai soma được sử dụng có hiệu quả để kết hợp khả năng kháng các bệnh virus ở khoai tây từ các kiểu gene trong một loài cũng như từ các loài khác nhau (Venzen, 1994) Lai soma là một phương tiện có hiệu quả để chuyển bất dục đực tế bào chất và đa dạng hoá nguồn bất dục trong việc tạo giống lai

2.3 Chuyển gene hay kỹ thuật di truyền

Kỹ thuật di truyền thực vật là sự chuyển một đoạn DNA lạ, thường là một gene có chức năng mã hoá cho một thông tin hay đặc điểm có lợi nhất định vào tế bào thực vật như khả năng kháng sâu hại, kháng virus hay kháng thuốc trừ cỏ Cây tái sinh từ tế bào chuyển nạp có gene lạ được lồng vào genome, biểu hiện ra kiểu hình va di truyền ổn định được gọi là cây chuyển gene Gene lạ có thể có nguồn gốc từ vi sinh vật thực vật, động vật, thậm chí gene tổng hợp Quá trình chuyển gene bao gồm nhiều bước: xác định và phân lập gene có ích, nhân gene, chuyển gene vào tế bào thực vật, tái sinh tế bào chuyển nạp thành cây hoàn chỉnh và đánh giá sự biểu hiện của gene

Trong các bước trên, kỹ thuật chuyển gene đóng một vai trò quyết định đối với kết quả chuyển gene Chuyển gene vào tế bào thực vật có thể thực hiện gián tiếp thông qua vector hay trực tiếp Sau đây là ví dụ về sự

chuyển qua thông qua Ti-plasmid của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens

A tumefaciens là vi khuẩn gây khối u ở cây hai lá mầm và phản ứng

hình thành khối u là kết quả của sự kiện chuyển gene tự nhiên Mấu chốt của sự hình thành khối u là Ti-plastmid (Ti: tumor inducing) của vi khuẩn chứa các gene mã hoá sinh tổng hợp các horrmon (auxin và cytokinin) chịu trách nhiệm cho sự hình thành khối u Các gene này nằm trong vùng T-DNA (transfered DNA) của plasmid Khi plasmid xâm nhập vào tế bào của cây, cùng T-DNA được chuyển vào genome Đoạn T-DNA là yếu tố

di truyền vận động trong quá trình chuyển gene

Ý nghĩa của Agrobacterium trong kỹ thuật di truyền là khả năng

chuyển đoạn DNA vào tế bào thực vật Lợi dụng phương thức chuyển gene tự nhiên các nhà khoa học thực vật dựa vào kỹ thuật phân tử điều khiển T-DNA để thiết kế hệ vector bằng cách lồng đoạn DNA cần chuyển gắn vào cùng T-DNA của vi khuẩn, sau đó cho cây nhiễm các vi khuẩn chứa plasmid đã biến đổi Để lây nhiễm người ta nuôi cấy tế bào trần thực vật, tế bào đơn trong trong mooi trường lồng, hoặc đặt mô cấy trong dung dịch huyền phù chứa vi khuẩn có plasmid biến đổi trong một thời gian

nhất định Quá trình chuyển nạp thông qua Agrobacterium gồm các bước

sau đây:

- Phân lập gene có ích từ thể cho (DNA lạ) và nhân gene

- Loại bỏ T-DNA khỏi Ti-plasmid của các dong vi khuẩn đã chọn lọc

- Chuyền DNA lạ vào Ti-plasmid cùng với promotor và một gene chỉ

thị có khả năng chọn lọc dễ dàng (ví dụ gene uidA của vi khuẩn mã hoá

β-glucuronidaza thường gọi là gene GUS, hay gene kháng kháng sinh)

- Đưa plasmid đã biến đổi vào tế bào thực vật

- Chọn tế bào được chuyển gene

- Tái sinh tế bào được chuyển gene

- Chọn cây biểu hiện được chuyển (cấy chuyển gene)

Lớp vỏ áo hạt

Máy bắn hạt

Băn các phôi với các tiểu hạt vàng có lồng gene Bt vào trong các tế bào cây lúa

Đưa các phôi vào môi

trường sinh trưởng

từ phôi được biến nạp

Cho các phôi sinh trưởng trên môi trường để xác định các phôi nào đã được biến nạp

gene Bt

Hình 6.2 Tạo giống lúa Bt bằng phương pháp súng bắn gene (particle bombardment method) Đây là một trong nhiều phương pháp có thể sử dụng để chuyển các gene mới sang cây lúa bằng kỹ thuật di truyền

Ở một số loài cây dễ nuôi cấy như khoai tây và cà chua, các mẫu lá cắt

rời được nhúng vào dung dịch chứa vi khuẩn trong một thời gian ngắn Sau đó các mẫu lá được đưa vào môi trường dinh dưỡng Trong khoảng thời gian đó vi khuẩn tiếp tục sinh trưởng và xâm nhập vào các tế bào lá rồi tạo ra một số tế bào chuyển gene Vì chỉ một phần nhỏ tế bào được chuyển gene nên cần phải tiến hành chọn lọc Việc chọn lọc thông thường dựa vào gene chọn lọc, đó là gene kháng kháng sinh hay kháng thuốc trừ

cỏ Sau đó các mẫu lá được chuyển vào môi trường khác chứa một chất

kháng sinh để diệt Agrobacterium còn sót lại và một chất kháng sinh khác

hay thuốc trừ cỏ để loại trừ các tế bào không chuyển gene

Các tế bào được chọn được chuyển sang một loạt các môi trường dinh dưỡng để tái sinh cây Kết quả tái sinh và tạo cây chuyển gene phụ thuộc

vào loài cây Phương pháp chuyển gene thông qua Agrobacterium được áp

dụng rất thành công ở nhiều loài cây hai lá mầm như thuốc lá, khoai tây và

cà chua

2.4 Giám định nguồn gene và chọn lọc dựa nhờ chỉ thị di truyền

Giám định chính xác các giống, dòng và nguồn vật liệu khởi đầu cho tạo giống vô cùng quan trọng đối với việc chọn lọc bố mẹ để tạo ra nguồn biến dị di truyền Ví dụ, quan hệ họ hàng là một yếu tố xác định việc chọn

bố mẹ ở cả cây tự thụ phấn lẫn cây giao phấn Tạo giống dòng thuần thường dựa vào việc sử dụng các dòng có quan hệ thân thuộc, trong khi đó con lai tốt nhất được tạo thành từ tổ hợp của các bố mẹ tự phối có quan hệ

xa nhau Có thể xác định mức độ thân thuộc bằng cách kiểm tra gia phả, năng suất của con lai và những đặc điểm hình thái Các phương pháp xác định này thường không chính xác

Để tăng độ chính xác trong giám định nguồn gene, những năm gần

đây các nhà chọn giống đã áp dụng phương pháp điện di isozyme và tính

đa hình về độ dài của phân đoạn cắt hạn chế (restriction fragment length

polymorphism, viết tắt: RFLP) Điện di enzyme đựa vào việc định lượng một loạt các enzyme chứa trong các mô đặc thù, chẳng hạn cây đang nảy mầm Trong mỗi enzyme có thể xác định được các allele khác nhau (allozyme hay isozyme) nhờ tính di động khác nhau trên màng polyacrylamide gel trong một điện trường Tính di động của enzyme phụ thuộc trọng lượng phân tử, tính tích điện và cấu trúc ba chiều của nó

RFLP là những phân đoạn DNA tạo ra khi DNA được phân giải bởi

các enzyme phân giải DNA gọi là enzyme cắt hạn chế (restriction

endonulease) Các phân đoạn cắt có độ dài khác nhau và có trọng lượng phân tử khác nhau được tách ra trên môi trường điện di Các kiểu gene khác nhau tạo ra một bộ RFLP khác nhau khi được cắt bởi cùng một enzyme và đây là cơ sở để phân biệt các cá thể khác nhau cuối cùng sự

khác nhau này có thể nhận biết bằng cách di chuyển các phân đoạn DNA sang màng mỏng và tiếp xúc với đoạn mẫu dò (probe) DNA chỉ thị với P32thông qua kỹ thuật lai DNA gọi là Southern Blot chẳng hạn

Khả năng ứng dụng lớn nhất của asozyme và RFLP là lập bản đồ di truyền và hỗ trợ cho chọn lọc các kiểu gene mong muốn nhờ chỉ thị di truyền Sự ra đời của chỉ thị isozyme giữa thập niên 1970 và chỉ thị DNA (DNA marker) từ những năm 1980 cho phép người ta định vị gene với mật

độ cao hơn và ứng dụng hiệu quả hơn

Tuy nhiên, hạn chế của chỉ thị isozyme là không đủ tạo bao trùm toàn

bộ genome Để định vị gene bằng một chỉ thị cần phải có liên kết rất chặt (dưới 5 cM) Từ những năm 1980 các nhà nghiên cứu đã xây dựng bản đồ

di truyền dựa vào RFLP hoặc đa hình khuếch đại ngẫu nhiên (random amplified polymorphic DNA, viết tắt: RAPD) nhờ kỹ thuật phản ứng dây chuyền của polymerase (polymerase chain reaction, viết tắt: PCR) Khác

với isozyme, chỉ thị DNA có số lượng rất lớn cho phép xây dựng bản đồ bão hoà của toàn bộ genome Tương tự như chỉ thị isozyme, chỉ thị DNA trội song song, không bị ảnh hưởng của môi trường và phân ly theo quy luật Mendel Các tính trạng cần cải tiến có thể tương quan với một RFLP trong bản đồ liên kết Đặc biệt có ích là vật liệu chỉ thị DNA cho phép xây dựng bản đồ và định vị các locus kiểm soát các tính trạng số lượng

Hiện nay bản đồ RFLP đã được thiết lập cho một số cây trồng chính như lúa, ngô, cà chua, khoai tây, đậu xanh Các bản đồ này có thể dùng

để định vị các gene kiểm soát các tính trạng nông học khác nhau, gồm cả các locus kiểm soát tính trạng số lượng Ví dụ ở cà chua RFLP đã được sử dụng để định vị gene kháng virus khảm thuốc lá, 6 locus kiểm soát khối lượng quả, 4 locus kiểm soát hàm lượng chất rắn hoà tan, 5 locus kiểm soát độ pH của quả Định vị gene bằng RFLP giúp các nhà chọn giống giám định và mô tả đặc điểm của giống và chọn lọc các tính trạng phức tạp khó thực hiện được bằng các phương pháp truyền thống Hơn nữa, kỹ thuật PCR giúp nhà chọn giống xác định sự có mặt của gene có ích rất có hiệu quả, đặc biệt là các gene kháng bệnh - những gene chỉ khẳng định được khi có mặt của vật ký sinh

- Điều kiện mùa vụ, nhất là nhiệt độ và độ ẩm

- Hướng và tốc độ gió vào thời điểm thụ phấn

- Quần thể côn trùng thụ phấn

Tự thụ phấn không những duy trì kiểu gene của bố mẹ từ đời này sang đời khác mà còn nhanh chóng phục hồi tình trạng đồng hợp cho kiểu gene trong các đời tiếp theo Tỷ lệ dị hợp Aa trong các đời tiếp theo sẽ giảm đi một nữa

Mức độ đồng hợp của mỗi đời có thể tính theo công thức (2m – 1/2m)n, với m: số đời, n: số cặp gene đồng hợp

1 Các phương pháp chọn tạo giống

1.1 Nhập nội

Nhập nội thường được dùng như nguồn cung cấp gen hay tổ hợp gen

để cải lương một kiểu gen thích ứng tốt nhưng còn thiếu một hay nhiều tính trạng

+ Mức độ không đồng nhất trong quần thể;

+ Phương thức sinh sản của loài;

+ Thời lượng của chu kỳ sống của loài;

+ Tính chất và cường độ của các điều kiện bất thuận trong môi trường Cây giao phấn thích nghi nhanh hơn cây tự thụ phấn do có tần số tái tổ hợp cao hơn, sẽ tạo ra các kiểu gene có lợi với tính thích nghi Trong khi

đó một dòng thuần biến đổi rất ít

1.3 Chọn lọc

Chọn lọc là một quá trình nhờ đó cá thể hay một nhóm cá thể được chọn ra từ một quần thể hỗn hợp và không đồng nhất Chọn tạo giống cây trồng tự thụ phấn bằng chọn lọc hàng loạt hay chọn lọc hõn hợp (chọn lọc quần thể) và chọn lọc cá thể hay dòng thuần (chọn lọc phổ hệ)

nghiệm đời con, nên có những khuyết điểm sau:

- Không thể biết được cây tập hợp lại là đồng hợp hay dị hợp Cây dị hợp thì đời sau sẽ phân ly nên chọn lọc kiểu hình cần được tiếp tục lặp lại

- Không thể biết được kiểu hình ưu tú được chọn do các tính trạng di truyền hay do môi trường

Hiện nay, thực hiện việc tuyển chọn đời con của các cá thể, sau đó dồn hạt giống của những đời con giống nhau đã phần nào làm tăng hiệu quả chọn lọc quần thể Theo Allard (1960) thì sai biệt chủ yếu giữa chọn lọc quần thể đối với các cây tự thụ phấn liên quan đến số lượng dòng giữ lại Đối với chọn lọc quần thể thì dạng được chọn chỉ xuất phát từ một bông và các dòng được chọn và giữ lại gộp thành một quần thể hỗn hợp các dòng thuần Quần thể chọn ra trên thực tế đồng đều về các tính trạng nông học quan trọng như màu hạt, kích cỡ hạt, chiều cao cây, thời gian sinh trưởng và khả năng chống chịu bệnh

Chọn lọc quần thể chủ yếu được dùng để lọc các giống lẫn hoặc lọc các lô hạt giống lẫn của các chương trình sản xuất hạt giống Việc lọc các giống lẫn bằng chọn lọc quần thể được tiến hành như sau:

+ Chọn lọc từ 200 đến 2.000 cây (cá thể) đúng dạng hình chính của giống Số lượng cây chọn tùy thuộc vào nguồn giống có được

+ Gieo cây đời con trên ô gồm 3-4 hàng và quan sát độ đồng đều của các tính trạng kiểu hình khác nhau

+ Trộn hạt các đời con có dạng giống và đồng đều lại để nhân giống Chọn lọc quần thể được xem như là một phương pháp chọn tạo giống

để cải lương các giống cây trồng tự thụ phấn

- Tạo các dòng thuần từ một quần thể đang phân ly của thể lai

Trong cả hai trường hợp trên, chi tiết chọn lọc đời sau của từng cá thể phụ thuộc vào các điều kiện sau:

- Trường hợp các giống địa phương hình thành từ các quần thể bằng phương pháp chọn lọc quần thể, mang ít cây dị hợp, số lớn cây là đồng hợp tại nhiều locus

- Trường hợp của quần thể đang phân ly, từng cây riêng rẽ ban đầu dị

hợp trở thành đồng hợp sau các đời liên tiếp

Nhiều chương trình chọn tạo giống cây trồng tự thụ phấn quan tâm đến việc chọn tạo các giống dòng thuần vì: (i) Giống dòng thuần có độ đồng đều cao về hình dạng và về chất lượng sản phẩm; (ii) Một dòng thuần đã thích ứng với các điều kiện sinh thái và canh tác riêng thì chắc chắn sẽ cho thành tích cao hơn quần thể hỗn hợp các kiểu gene; và (iii) Dễ nhận diện và duy trì một dòng thuần

1.4 Tạp giao

Tạp giao chỉ việc lai hai cá thể có tính di truyền khác nhau Về mặt chọn tạo giống, tạp giao phối hợp tính trạng của hai giống và tạo thuận lợi cho việc chọn lọc ra các cây mang các đặc tính mong muốn của hai bố mẹ thông qua tái tổ hợp trong quá trình phân ly đời con cháu

Chương trình tạp giao của cây trồng tự thụ phấn chủ yếu gồm hai bố

mẹ, nhằm mục đích loại bỏ một khiếm khuyết ra khỏi một giống được xem là thích ứng tốt và ưu việt về các mặt còn lại Gồm có hai dạng: (1) Lai giống thích ứng với giống thích ứng cao sản

(2) Lai dòng có nguồn gene thích ứng với dòng không thích ứng Các cặp lai dạng (1) được thực hiện giữa các dòng hay giống chị em Các giống này có cơ sở di truyền hẹp vì trong một địa bàn nhất định, khả năng cao sản chỉ tập trung vào một số ít dòng và các dòng này liên tục được dùng để tạo ra giống mới Các cặp lai dạng (2) thường được thực hiện với các dạng trung gian có năng suất thấp hơn so với giống thích ứng cao sản nhưng lại cung cấp một tính trạng quan trọng như tính chống chịu với bệnh

VI Chọn giống ở cây giao phấn

Các loài giao phấn (thụ phấn chéo) có độ dị hợp hay độ không đồng nhất cao về kiểu gene và mang nihều đột biến hơn so với cây tự thụ phấn Cách sinh sản như vậy tạo cho chúng một thế cấn bằng dị hợp rất lớn trong cấu trúc của một quần thể toàn phối Trong thực tế, cây trồng thụ phấn chéo rất thuận tiện cho việc sử dụng các phương pháp chọn giống mới để đạt hiệu quả tối đa bằng cách kết hợp các chu kỳ tự phối và ngoại phối với nhau

Các phương pháp chọn tạo giống hiện nay đối với cây giao phấn chéo

có thể chia ra hai nhóm: tạo các thể lai và cải tiến các quần thể

Hai nhóm này tuy độc lập với nhau nhưng không loại trừ nhau Để tạo

ưu thế lai cần thiết phải cố định gen qua nhiều chu kỳ tự phối Thể đồng hợp đạt được qua quá trình tự phối ban đầu đến cuối chương trình chọn

tạo giống lại được chuyển lại thể dị hợp

1 Tạo thể lai và dòng tự phối

Thể lai là đời con thứ nhất (F1) của tạp giao giữa bố mẹ khác biệt về mặt di truyền Các bố mẹ có thể là dòng thuần, dòng tự phối, giống hay quần thể

Đối với cây trồng thụ phấn chéo thì dòng tự phối được tạo ra bằng cách tự phối từng cây riêng rẽ Nguồn cho tự phối có thể là các giống thu phấn tự do, hỗn hợp, tổng hợp, nguồn gene phức hợp hoặc bất kỳ một quần thể dị hợp nào

Vật liệu ban đầu để tạo dòng tự phối, nên có nền di truyền rộng, chứa nhiều kiểu gene khác nhau và mang nhiều đặc tính nông sinh học quý, thường là những giống tổng hợp hoặc giống nhập nội Tuy nhiên nếu vật liệu ban đầu là những giống địa phương thì dòng thuần được tạo ra từ đó lại có tính thích nghi cao, còn nếu vật liệu ban đầu là các giống lai thì kết quả tạo giống mới sẽ nhanh hơn

Có 3 phương pháp cơ bản để tạo dòng tự phối ở ngô (bắp):

- Phương pháp chuẩn: chọn các cây khỏe mạnh và điển hình cho quần

thể của vật liệu ban đầu rồi cho tự phối bằng phương pháp cách ly Các bắp tốt được lựa chọn theo kiểu bắp/hàng Sự chọn lọc được lặp lại như vậy ở các thế hệ tiếp theo

- Phương pháp hốc đơn: đây là một biến dạng của phương pháp

chuẩn, hàng được thay thế bằng hốc đơn 3 cây trong mỗi chu kỳ chọn lọc

Vì thế phương pháp này có ưu điểm là cho phép đánh giá được số lượng thế hệ nhiều hơn trên cùng một đơn vị diện tích, nhưng lại hạn chế về khả năng chọn lọc trong mỗi thế hệ

- Phương pháp tạo dòng lưỡng bội đồng hợp tử bằng kỹ thuật nuôi cấy hạt phấn in vitro kết hợp với phương pháp gây đa bội hóa bằng

colchicine

Sau quá trình tự phối 5-6 thế hệ như vậy, các dòng thu được phải đồng đều về mọi tính trạng như độ cao cây, hình thái hạt, màu sắc Đem những cây trong cùng một dòng giao phối với nhau, nếu ở thế hệ sau không có gì sai khác với các cây giao phối ban đầu thì các dòng ấy đã thuần

Đem hai dòng tự phối lai với nhau, thu được con lai đơn giữa dòng Hai con lai đơn giao phối với nhau cho con lai kép giữa dòng

Hình 6.3 Con lai F 1 của hai dòng đồng hợp tử đã được chọn lọc

2 Cải tiến quần thể

Theo Sprague, cải tiến quần thể chỉ một hệ thống bao gồm tất cả các biện pháp dùng để tạo ra một dạng cải tiến của cây trồng được nhân lên bằng phương pháp hữu tính Cải tiến quần thể của các loài giao phấn chéo bao hàm ý nghĩa cải tiến thành tích trung bình của một quần thể gồm các kiểu gene thụ phấn ngẫu nhiên đã trải qua chọn lọc mà sản phẩm cuối cùng còn giữ được một độ dị hợp cao

Về mặt di truyền học, cải tiến quần thể hoàn toàn dựa trên chủ định tận dụng hiệu quả các gen cộng tính hay gene đa phân Sự tích lũy liên tục hiệu quả di truyền tích cộng đưa đến việc cải tiến tuần tự tăng lên Cải tiến quần thể có nhiều dạng Trong mỗi dạng, thủ tục chọn lọc quyết định độ hiệu quả mà các gene cộng tính được khai thác

Liên quan với cải tiến quần thể có thể tóm tắt như sau:

- Các tính trạng quan trọng khác nhau có độ phương sai rất lớn

- Quần thể nguồn mang phương sai di truyền cộng tính cao với tính trội một phần

- Các tính trạng có hệ số di truyền cao

- Giữa các tính trạng cần cải tiến không có liên kết

- Không có tổ hợp âm tính giữa các tính trạng mong muốn Ví dụ: chọn lọc tính chín sớm đưa đến giảm năng suất

- Hiện diện độ biến thiên rất rộng của các gene điều khiển các tính trạng mong muốn mà trước kia chưa từng qua chọn lọc các gene như thế

là dự trữ lớn để tạo ra một cơ sở di truyền rộng cho quần thể khởi đầu

VII Chọn giống ở cây sinh sản sinh dưỡng

1 Khái niệm chung

Sinh sản sinh dưỡng là hình thức sinh sản mà cơ thể mới được phát triển từ những phần cơ thể ban đầu như củ, thân, mầm, lá … Đó là những

bộ phận ở trên hoặc là ở dưới mặt đất (Hình 6.4)

- Từ những phần thân dưới mặt đất: những cây trồng mới được nhân lên từ những phần dưới mặt đất như khoai tây, củ gừng, chuối, hành, tỏi,…

Hình 6.4 Sinh sản sinh dưỡng ở một số cấy trồng

- Bằng những chồi bất định: như ở cây tầm gửi, khoai lang và nhiều loài thân bò khác

- Bằng thân hành con như cây bạch đầu khấu, hành, tỏi,…

- Sinh trưởng bằng những đoạn sinh dưỡng: những cây này thường được nhân lên bằng những đoạn thân hoặc chồi, mầm cắt ghép như khoai lang, dong riềng,…

Hình 6.5 Cơ thể mởi được hình thành từ mép lá

Trong sinh sản sinh dưỡng, cây được nhân lên bằng phương pháp vô tính nên qua các đời trồng của hệ vô tính không xảy ra phân ly và tái tổ

hợp Điều này đã dẫn đến:

- Các hệ vô tính dần dần tích lũy các đột biến tự nhiên, làm độ dị hợp tăng lên

- Các gene có hại cũng được tích lũy dần

- Các cơ quan sinh sản thường xuyên không hoạt động nên dần dần đưa đến bất dục đực và cái Bất dục đực thường xảy ra nhiều hơn

1.1 Phương pháp chọn tạo

Chọn tạo giống cây sinh sản sinh dưỡng thì kỹ thuật được ứng dụng

cơ bản giống như các phương pháp chọn tạo giống cây hữu tính, bao gồm: nhập nội, chọn lọc và tạp giao, chỉ khác về cách xử lý quần thể lúc khảo nghiệm

Đối với cây nhân vô tính, khi một kiểu gene đã được xác định nó có thể được duy trì vĩnh viễn bằng phương pháp vô tính hay sinh dưỡng mà không mất độ toàn vẹn di truyền, đó là một lợi thế lớn Tuy nhiên cũng kèm theo một số nhược điểm sau:

- Vì các đời sinh dưỡng nối tiếp nhau không qua sàng lọc di truyền của phân bào giảm nhiễm nên các hệ sinh dưỡng có xu hướng tích lũy thành hệ thống các bệnh truyền nhiễm, nhất là các bệnh virus và mycoplasma Chúng cũng tích lũy lại các đột biến mà đa số đều gây hại

Để tránh được vấn đề này, cần: (i) Duy trì nguồn giống ưu tú trong điều kiện sạch bệnh là cần thiết; (ii) Bản thân nguồn giống phải được thường xuyên tái tạo lại bằng cách chọn lọc cây dùng làm giống từ một quần thể nhân lên bằng phương pháp sinh dưỡng

Gần đây có thể tránh được một số khó khăn trên bằng cách duy trì các

hệ vô tính dưới dạng nuôi cấy mô

- Duy trì nguồn gene cần thiết cho các chương trình chọn tạo giống gặp khó khăn và tốn kém do các nguyên nhân nói trên

- Đa số các giống biểu hiện bất dục đực, sức sống yếu, hạt lép với nhiều mức độ khác nhau Do đó bất dục là hậu quả của việc các hệ vô tính không được phân bào sàng lọc

- Một số loài và nhiều giống của đa số cây nhân vô tính không có hoa 1.2 Kích cỡ quần thể

Đa số giống cây trồng nhân vô tính ở trạng thái dị hợp nên đời "phân ly" đầu tiên là đời F1 chứ không phải F2 Do đó kích cỡ của quần thể đời F1 phải lớn hơn so với cây tự thụ phấn Ngoài ra một tỷ lệ lớn các cây nhân sinh dưỡng là cây đa bội như mía, khoai tây, khoai lang, chuối… và đòi hỏi phải nhân một quần thể lớn hơn để thu được các kiểu gene mong

muốn

Nhiều giống cây nhân sinh dưỡng không ra hoa hoặc ra hoa nhưng bất dục ở mức độ cao, nên cần phải tạo nhiều thể lai hơn so với nhu cầu thông thường đối với cây nhân hữu tính

Như vậy, phương pháp và thủ tục ứng dụng để cải tiến cây nhân vô tính tương tự như đối với cây nhân hữu tính Sự khác nhau giữa chúng ở một số chi tiết, các chi tiết này mục đích sử dụng cuối cùng, theo mức độ bội thể và tình trạng bất dục trong loài

2 Cơ sở di truyền

2.1 Dòng vô tính

Dòng vô tính là một nhóm của những cây được sản xuất ra từ một cây riêng qua sinh sản vô tính Như vậy những giống nhân vô tính bao gồm số lượng lớn dòng vô tính Tất cả các thành viên của dòng vô tính có cùng kiểu gene như cây bố mẹ nếu không có đột biến soma xảy ra Sự chọn lọc

ở một dòng vô tính là không cần thiết Các đặc tính của dòng vô tính:

- Tất cả các cá thể trong một dòng vô tính riêng biệt giống hệt nhau về kiểu gen, vì chúng là kết quả của quá trình sinh sản vô tính nhờ phân bào nguyên nhiễm

- Sự khác nhau của kiểu hình ở trong 1 dòng vô tính là do môi trường

- Kiểu hình của một dòng vô tính là do hiệu quả của kiểu gene (G), của môi trường (E) và ảnh hưởng qua lại giữa kiểu gene và môi trường (GE) trên ý nghĩa quần thể (µ) Kiểu hình của một dòng vô tính được biểu thị bằng công thức:

P = µ + G + E + GE

- Một dòng vô tính có thể được duy trì không giới hạn qua sinh sản vô tính Nhưng các dòng vô tính cũng luôn luôn thoái hóa do bị tấn công bởi virus hoặc vi khuẩn và do sự phát sinh đột biến soma Một dòng vô tính có thể bị tiêu diệt phụ thuộc vào khả năng nhạy cảm của nó đối với vật phá hoại như các côn trùng hoặc các bệnh Hơn nữa, sự khác nhau về gene có thể phát sinh trong một dòng vô tính làm thay đổi những đặc tính của nó

- Nhìn chung, những dòng vô tính có độ dị hợp cao và thể hiện mất sức sống khi lai gần

2.2 Sự khác nhau về gene

Sự khác nhau về gene trong một dòng vô tính có thể phát sinh do đột biến phần sinh dưỡng, sự hỗn hợp cơ học và sinh sản vô tính không thường xuyên

2.2.1 Đột biến

Đột biến phần sinh dưỡng được hiểu là những đột biến chồi (bud mutation) Tần số đột biến nói chung rất thấp (10-7 – 10-5) Thường những đột biến trội sẽ được biểu hiện ở phần mô sinh dưỡng, vì các đột biến lặn chỉ được biểu hiện khi ở dạng đồng hợp tử Một allele đột biến thành đồng hợp tử khi tất cả các allele trong một tế bào đột biến cùng đồng thời sản xuất ra cùng một allele đột biến hoặc allele đột biến đã có sẵn trong điều kiện dị hợp tử ở dòng vô tính ban đầu

Từ những đột biến chồi có thể chọn được những dòng vô tính mới Chọn lọc chồi có tầm quan trọng trong việc cải tạo cây lâu năm như cây ăn quả

2.2.2 Sự hỗn hợp cơ học

Hỗn hợp cơ học tạo ra sự khác nhau về gene ở trong một dòng vô tính;

về phương pháp, giống như trong trường hợp dòng thuần

Sinh sản vô tính cũng tạo ra sự phân ly và tái tổ hợp do sự phân tách

bộ phận của cơ thể để tạo ra cá thể hoặc trao đổi chéo soma

3 Sự thoái hóa dòng vô tính

Các dòng vô tính có thể duy trì được vô thời hạn Nhưng thực tế, các dòng vô tính có một đời sống giới hạn và dòng cũ bị mất sức sống và năng suất Sự mất hoặc giảm sức sống và năng suất của các dòng vô tính theo thời gian được biết như là sự thoái hóa dòng vô tính (clonal degeneration)

Sự thoái hóa dòng vô tính là vốn có trong dòng vô tính, nhờ sự sinh sản dinh dưỡng của chính bản thân nó Thực tế, các kết quả nghiên cứu chi tiết

đã chứng minh rằng kết quả thoái hóa dòng vô tính là do:

+ Sự đột biến: Đột biến là một quá trình lặp đi lặp lại, do đó nó có thể trở thành một vấn đề bao trùm một thời gian dài Hơn nữa một đột biến xảy ra ở tần số khá cao trong một dòng vô tính và trở nên nghiêm trong trong bảo quản các dòng này

+ Bệnh virus: Bệnh virus dễ truyền qua nhân giống sinh dưỡng Theo thời gian ở các dòng vô tính, bệnh virus có thể gây ra lan truyền sự thoái hóa vô tính trầm trọng

+ Bệnh vi khuẩn: Một số trường hợp, sự thoái hóa dòng vô tính là kết quả của sự lây nhiễm vi khuẩn Bệnh kìm hãm sinh trưởng chồi gốc ở cây mía

Sinh sản sinh dưỡng bản thân nó không ảnh hưởng đến sức sống hoặc khả năng năng suất của dòng vô tính Mặt khác, sinh sản vô tính đã giữ nguyên những tổ hợp gene đặc biệt tạo ra một dòng vô tính mới hoặc những dòng vô tính khác thỏa mãn mong muốn của nhà chọn giống

VIII Chọn giống kháng sâu bệnh

1 Chọn giống kháng sâu và côn trùng

1.1 Những thiệt hại do sâu và côn trùng gây ra

Sâu và côn trùng có thể được chia làm hai loại dựa trên phương thức

sử dụng thức ăn của chúng:

- Côn trùng chích hút: bọ rầy, rệp, bọ xít

- Côn trùng ăn các bộ phận khác nhau của thực vật: đục thân, đục rễ, cuốn lá, đục quả, ăn lá

Tất cả các loại này đều làm giảm năng suất và chất lượng sản phẩm

Sự mất mát về chất lượng thường xuyên hơn và ở mức độ cao hơn sự mất mát về sản lượng Một giống nhiễm sâu thường đưa đến các hậu quả sau:

- Giảm sự phát triển của cây trồng

- Phá hủy lá, thân, cành, nụ hoa, hoa, chồi vô tính, quả và hạt, …

- Làm gãy cây

Mức độ thiệt hại trước hết phụ thuộc vào cường độ tấn công của côn trùng và mức độ nhiễm của ký chủ Côn trùng còn có thể gây tác hại gián tiếp, rất nhiều loại côn trùng là vật truyền bệnh virus Sự chấn thương do côn trùng gây ra tạo điều kiện cho nấm và vi khuẩn phát triển

1.2 Cơ chế của tính kháng sâu và côn trùng

Tính kháng sâu và côn trùng được chia làm 4 nhóm: Không ưa thích; Kháng sinh; Chống chịu; Cơ chế tránh

1.2.1 Cơ chế không ưa thích

Ký chủ tạo ra sự không hấp dẫn cho sâu và côn trùng, chính là sự không thích ứng cho việc tạo vùng sống và vùng đẻ trứng Kiểu kháng này hạn chế khả năng tấn công của sâu hại hoặc sự không chấp nhận tấn công

Sự không chấp nhận xuất hiện khi côn trùng không dùng thức ăn của ký chủ hoặc ký chủ không có thức ăn phù hợp cho côn trùng Cơ chế không

ưa này có liên quan đến nhiều thuộc tính hình thái sinh lý hoặc sinh hóa của cây chủ

1.2.2 Cơ chế kháng sinh

Các chất kháng sinh có tác dụng kháng lại sự ăn cây chủ của sâu để bảo tồn sự phát triển và tái sinh của cây trồng Trong một số trường hợp, côn trùng bị tiêu diệt khi chúng tàn phá cây trồng Chất kháng sinh có liên quan đến: Thuộc tính hình thái; đặc tính sinh lý; đặc tính hóa sinh; có thể

là tổng hợp của 3 đặc tính trên

1.2.3 Cơ chế tránh

Cây trồng tránh sâu cũng như tránh bệnh, đó không phải là tính kháng thực Tuy vậy nó có ảnh hưởng như là tính kháng thực trong việc bảo vệ cây trồng khỏi sự phá hoại của côn trùng và sâu hại Tất cả các trường hợp tránh sâu thực chất là hiện tượng cây chủ không ở trong giai đoạn khi côn trùng đang ở đỉnh cao phát triển Ví dụ: giống bông ngắn ngày có thể tránh được sự phá hại của sâu phá hoại vào cuối vụ trồng Có trường hợp, sự phát triển trong điều kiện không phù hợp cho sự phát triển của sâu và côn trùng Ví dụ: sản xuất khoai tây hạt là để tránh sự phá hại của rệp

1.2.4 Cơ chế chống chịu

Tính chống chịu sâu cũng như tính chống chịu bệnh Giống chống chịu sâu cũng bị tấn công ở mức độ giống như giống nhiễm nhưng giống kháng vẫn cho năng suất cao hơn Trong một số trường hợp, giống kháng phục hồi nhanh hơn sau khi bị côn trùng tàn phá

Tính kháng côn trùng thể hiện liên quan đến các thuộc tính hình thái, sinh lý hoặc hóa sinh của ký chủ

2 Chọn tạo giống kháng bệnh

2.1 Bản chất của tính chống bệnh

Tính chống bệnh của cây chủ có thể là thật khi được hình hthành lúc cây chủ và thể gây bệnh tiếp xúc nhau hay có thể do một số cơ chế được gọi chung là “tránh né” Sự tránh né làm giảm tiếp xúc giữa cây chủ và thể gây bệnh

Sự chống chịu nấm có thể được hình thành do các yếu tố vật lý như tăng độ dày tầng cutin hoặc phân bố thêm các mô cứng Cũng có thể là do phản ứng cực nhạy làm cho chỗ bị nhiễm bệnh chết đi và cản trở bệnh lan rộng thêm Đôi khi tính chống chịu biểu hiện ra làm cho sinh trưởng và sinh sản của thể bệnh bị hạn chế một cách đáng kể so với giống hoàn toàn mẫn cảm

2.2 Phát hiện và đánh giá sức đề kháng

Sức đề kháng có thể được phát hiện bằng cách đánh giá cây trồng hoặc bộ phận cây trồng trên đồng ruộng trong điều kiện tự nhiên khi bệnh phát triển Sàng lọc tính đề kháng trong điều kiện tự nhiên thường được tiến hành khi không có phương pháp gây nhiễm nhân tạo hoặc với các bệnh ít quan trọng, không cần đến phương pháp phức tạp hay tốn kém Người ta đưa ra các phương pháp sàng lọc nhân tạo đối với các bệnh quan trọng của cây trồng chủ yếu

Một phương pháp sàng lọc tốt phải có đủ các điều kiện sau:

+ Có thể lặp lại được

+ Có thể xác định từng mức tác động khác nhau lên thể gây bệnh + Phản ánh được phản ứng của thể chủ trong điều kiện đồng ruộng + Thao tác được dễ dàng

+ Ứng dụng được cho các chương trình chọn tạo giống cây trồng + Có thể sàng lọc được một số lượng cây mà không tốn nhiều chỗ và thời gian

Các phương pháp sàng lọc nhân tạo bao gồm:

+ Tăng liều gây nhiễm của một nòi gây bệnh thích hợp lên thể chủ + gây nhiễm cho cây hay bộ phận của cây bằng phun, tiêm, ngâm hay trộn với đất

+ Nuôi bệnh trong điều kiện môi trường tối ưu

+ Cần chú ý tăng liều gây nhiễm vào lúc nuôi bệnh cho cây

Việc sàng lọc để chọn tính đề kháng cũng có thể thực hiện bằng cách

xử lý cây được khảo nghiệm với độc tố nòi gây bệnh

Môi trường chọn lọc được tạo ra bằng cách hỗn hợp các hóa chất đặc biệt có thể kích thích sự sinh trưởng của các loài nấm gây bệnh thực vật thích hợp Có thể gây dịch bệnh nhân tạo trên đồng ruộng ở mức độ thí nghiệm Các kiểu gene mẫn cảm truyền bệnh được gieo thành hàng xen với các kiểu gene cần được khảo nghiệm Các hàng truyền bệnh được gây nhiễm với một nòi gây bệnh thích hợp sớm hơn nhiều so với thời điểm phát bệnh tự nhiên, do đó khi mầm gây nhiễm tự nhiên xuất hiện thì trên ruộng thí nghiệm đã đầy mầm bệnh nhân tạo Bằng cách điều chỉnh thời điểm gieo trồng có thể đảm bảo các kiểu gene khảo nghiệm sẽ ở vào thời

kỳ thích hợp đúng lúc thời tiết thuận lợi cho bệnh phát triển

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cách biểu hiện và mức độ đề kháng

Bệnh của cây trồng là kết quả tương tác giữa chủ thể, thể gây bệnh, môi trường và khoảng thời gian mà ba yếu tố ây tương tác với nhau

+ Tác động của cây chủ

Kiểu gene của thể chủ, mức độ phát triển và tình trạng sinh lý của thể chủ có thể ảnh hưởng đến cách phản ứng của nó đối với một bệnh cụ thể nào đó Phản ứng của cây trồng với bệnh có thể thay đổi theo tuổi vì các gene đề kháng có thể hoạt động trong thời kỳ này mà không hoạt động thời kỳ khác

Sức đề kháng hay mẫn cảm có thể liên quan với giai đoạn phát triển của cây Thông thường sức đề kháng là tối đa ở giai đoạn trước khi các

cấu trúc sinh sản xuất hiện

+ Tác động của thể gây bệnh

Độ gây hại, sức tấn công và mật độ gây nhiễm của thể gây bệnh phụ thuộc vào các yếu tố có ảnh hưởng đến sức đề kháng của một thể chủ nhất định biểu hiện ra

Các nòi gây bệnh mang các gene gây hại giống nhau có thể khác nhau

về sức tấn công và như thế sẽ gây ra mức độ bệnh khác nhau đối với một kiểu gene nhất định của thể chủ Sức đề kháng có thể giảm khi mật độ gây nhiễm tăng Thông thường sức đề kháng đa gene biểu hiện ra vào mức độ trung gian chịu ảnh hưởng nhiều hơn của mật độ gây nhiễm, sức đề kháng dọc đơn gene chịu ảnh hưởng ít hơn Có mối tương quan giữa mật độ gây nhiễm với sức đề kháng đối với các thể gây bệnh do đất mang theo Tác động của mật độ gây nhiễm đối với sức đề kháng phụ thuộc vào cách sinh sản của thể gây bệnh

+ Tác động của môi trường

Môi trường tác động khác nhau lên thể chủ và thể gây bệnh Cả khi thể gây bệnh xâm nhiễm thể chủ trong điều kiện tối ưu và sức đề kháng của thể chủ đối với một yếu tố đặc biệt của môi trường không thay đổi, thì mức đề kháng được quan sát thấy cũng thay đổi từ mức tối đa đến mức tối thiểu tùy thuộc vào các tổ hợp đặc biệt giữa thể chủ và thể gây bệnh Từng yếu tố riêng của môi trường cũng có thể tác động đến cách phát triển của bệnh qua sự ảnh hưởng của các yếu tố khác Điều kiện môi trường như thành phần và độ pH của môi trường, cường đọ ánh sáng và nhiệt độ cũng

có thể tác động đến sức gây bệnh của thể bệnh

+ Nguồn kháng bệnh

Sức đề kháng có thể gặp ở các giống địa phương đã thích ứng hay ở giống ngoại lai hoặc ở các loài thân thuộc Các giống địa phương đã thích ứng là nguồn đề kháng tốt chống các bệnh đã trở nên trầm trọng bất ngờ được nhập vào khi cải lương một tính trạng có giá trị kinh tế nào đó Các giống địa phương đã thích ứng cũng là nguồn đề kháng có giá trị

để chống lại các bệnh ít quan trọng hay chỉ có giá trị địa phương Sức đề kháng của các giống địa phương được chú ý vì:

`+ Sức đề kháng có thể chỉ mang theo một lượng ít các liên kết không mong muốn so với sức đề kháng ngoại lai

+ Sức đề kháng của giống ngoại lai có thể liên kết với tính mẫn cảm đối với một số loại sâu bệnh mà các giống địa phương đã thích ứng thường không mắc phải

2.4 Thủ tục chọn tạo giống

Thủ tục thường được dùng khi chọn tạo giống kháng bệnh: chọn tạo qua lai trở lại, chọn lọc truy hồi, tạp giao trong loài

3 Bản chất di truyền

Bản chất di truyền của tính kháng sâu cũng tương tự như tính kháng bệnh Tính kháng sâu có thể do đơn gene điều khiển với một số lượng lớn các cá thể có hiệu lực, có thể do nhiều gene điều khiển có tác dụng cộng tính hoặc do gene tế bào chất

3.1 Các nguồn gene kháng sâu và côn trùng

Nguồn gene kháng sâu và côn trùng có thể tìm thấy ở:

+ Các giống cây trồng

+ Nguồn tài nguyên di truyền của các loài

+ các loài hoang dại có quan hệ huyết thống với cây trồng

3.2 Các phương pháp tạo giống kháng sâu

Các phương pháp thường được sử dụng để tạo giống kháng sâu:

3.2.1 Nhập nội: Giống nhập nội kháng với một loại sâu nào đó có thể sử dụng để gieo trồng trong điều kiện môi trường mới nhưng nó vẫn thể hiện các đặc tính nông học quý Nhưng thường giống nhập nội lại không phát triển tốt trong điều kiện mới, nó có thể nhiễm biotype của một loài sâu hại nào đó hoặc nhiễm một loại sâu mới có mặt trong điều kiện nhập nội 2.2.2 Chọn lọc: Các kiểu gene kháng sâu có thể cơ mặt trên một giống nhất định của một loại cây trồng nào đó Trong trường hợp này, việc chọn lọc là để phân lập được các kiểu gene kháng Đối với cây tự thụ phấn, sử dụng phương pháp chọn hỗn hợp hoặc chọn dòng thuần để chọn giống kháng Đối với cây giao phấn, thường dùng phương pháp chọn lọc hỗn hợp và chọn lọc hồi quy Cây giao phấn có hiệu quả chọn lọc cao hơn cây

tự thụ phấn vì nó có hệ số biến dị cao hơn

4 Kỹ thuật sàng lọc

4.1 Sàng lọc trên đồng ruộng

Việc sàng lọc tính kháng sâu trong chương trình chọn tạo giống thường được tiến hành trên đồng ruộng vì số lượng cá thể chọn lọc lớn hơn trong điều kiện nhà kính.Hơn nữa, trên đồng ruộng, cây trồng được đặt trong điều kiện các sâu và côn trùng thường xuất hiện trong khu vực Tuy nhiên thử nghiệm đồng ruộng lại tiến hành trong điều kiện hầu như không có sự điều tiết cuả con người; trong nhiều trường hợp không có khả năng đảm bảo sự lây nhiễm đồng đều cho các cá thể trong quần thể Do đó sai số thí nghiệm đồng ruộng là lớn hơn nhiều so với thí nghiệm trong phòng

Các kỹ thuật tăng mức độ đồng đều cho lây nhiễm trên đồng ruộng: + Kỹ thuật đơn giản nhất là trồng xen kẽ một hàng giống nhiễm với hai hàng giống định đánh giá Kỹ thuật này chỉ phù hợp với việc đánh giá các loại sâu và côn trùng phân tán trong vùng

+ Mỗi loại côn trùng hoặc sâu thường xuyên được phát hiện ở một vài vùng việc chọn lọc khả năng kháng với một loại sâu nào đó trên những vùng sẽ đảm bảo sự lây nhiễm tự nhiên mạnh mẽ đối với cây trồng định đánh giá

+ Nếu là sâu trong đất, giống cây trồng cần đnh giá sẽ được trồng trong điều kiện đất có số lượng lớn sâu

+ Cây nhiễm tự nhiên một số côn trùng có thể xảy ra trong những vụ nhất định Ví dụ lây nhiễm sâu đục thân lúa trong vụ muộn sẽ nặng hơn trong chính vụ vì thời vụ muộn đôi khi là ký chủ trung gian cho bướm cái

đẻ trứng Do đó việc sàng lọc sẽ thuận lợi hơn rất nhiều trong thời vụ muộn

+ Một số lượng đồng đều trứng hoặc sâu non có thể chuyển bằng tay đến từng cây được đánh giá, bảo đảm cho sự lây nhiễm đồng đều ví dụ nhiễm sâu đục thân lúa bằng cách chuyển đến mỗi cá thể một ổ trứng gồm

60 trứng Số lượng sâu non nở ra sẽ được đếm và như vậy sẽ xác định được số cá thể kháng sâu

Những khó khăn của việc chọn giống kháng sâu:

+ Trong một số trường hợp chọn được giống kháng sâu này lại bị các

sâu khác gây hại Điều này có thể do thuộc tính của cây chủ, gene kháng trội một loại sâu này có thể liên kết với gene không kháng loại sâu khác + Trong một số trường hợp chọn tạo giống kháng sâu làm giảm chất lượng sản phẩm, thậm chí không thể sử dụng được

+ Trong trường hợp gene kháng sâu chỉ có ở các loài hoang dại Việc chuyển gene bằng phương pháp lai giữa các loài là rất khó khăn và thường

có sự liên kết giữa gene kháng với các gene bất lợi khác Thường giống hoang dại mang gene kháng lại cho năng suất thấp và chất lượng kém + Sàng lọc tính kháng sâu là một khâu vô cùng khó khăn trong công tác tạo giống Đòi hỏi phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà tạo giống với các nhà côn trùng học, các nhà bệnh học, hóa sinh, sinh lý

+ Chọn tạo giống kháng sâu là một chương trình dài hạn cần phải được đầu tư thích đáng về tài chính và các mặt khác

Tài liệu tham khảo

học nông nghiệp) NXB Nông nghiệp, Hà Nội

Nguyễn Hoàng Lộc 1998 Bài giảng nuôi cấy mô và tế bào thực vật Đại

Walsh B 2006 Basic population and Quantitative genetics (Lecture 3),

pp.1-8, June 2006 University of Aarhus

Chopra, V.L (Ed., 1989): Plant Breeding: Theory and Practice Oxford &

IBH Publishing Co PVT, Ltd

Falconer D.S and Mackay T.F.C (1996): Introduction to Quantitative

Genetics 4th edn Longman Group, Harlow

Hartl D.L., Freifelder D and Snyder L.A (1988): Basic Genetics Jones

and Bartlett Publishers, Inc., Boston - Portola Valley

Hayward, M.D., N.O Bosemark and I Ramagosa, Coordinating ed M.C Cerezo (1994): Plant Breeding: Principles and Prospects 2nd ed Chapman

& Hall, London-Glasgow-Weinheim-New Madras

York-Tokyo-Melbourne-Murray, D.R (1991): Advanced Methods in Plant Breeding and Biotechnology C-A-B International Publisher, London

Weaver R.F and Hedrick P.W (1997): Genetics 3rd edn Wm.C.Browm Publishers, Dubuque, Iowa

Chương 7

Đa bội thể và Phát sinh Đột biến trong

Chọn giống Thực vật

I Mở đầu

Như chúng ta đều biết, bên cạnh tính ổn định của những cá thể mang

bộ nhiễm sắc thể bình thường, các nhiễm sắc thể có thể bị biến đổi (đột biến) theo hai cách căn bản, đó là các biến đổi về cấu trúc và về số lượng (bảng 7.1) Các biến đổi này có thể gây những hậu quả khác nhau tùy loại, nhưng thường là nghiêm trọng Chúng có thể gây hiệu quả tức thời lên các nhiễm sắc thể, gây rối loạn trong hoạt động của bộ gene và giảm phân; và

từ đó ảnh hưởng tới sức sống, độ hữu thụ của các cá thể mang chúng

Có bốn kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể, đó là: lặp đoạn (hay nhân đoạn), mất đọan (hay khuyết đọan), đảo đoạn và chuyển đoạn như ở Hình 7.1 Các kiểu đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể xảy ra là do sự đứt gãy và nối lại bất thường của các đoạn trên cùng một cặp tương đồng hoặc thậm chí giữa các cặp khác nhau như trong trường hợp chuyển đoạn Nói chung, các đột biến này thường ít gặp, trung bình cứ 1.000 giao tử mới hình thành

có một vài đột biến liên quan đến kiểu nào đó Các hậu quả về sau đều là kết quả của sự tiếp hợp gene-đối-gene giữa các nhiễm sắc thể bình thường

và bất thường (kiểu kết cặp không hoàn toàn tương xứng này được gọi là

kiểu dị nhân, heterokaryotypic) cũng như các vấn đề sau này xảy ra ở các

kỳ sau I và II trong giảm phân

Bảng 7.1 Các kiểu biến đổi (đột biến) nhiễm sắc thể

Các kiểu biến đổi về cấu trúc Các kiểu biến đổi về số lượng

Lặp đoạn (duplication) Mức nguyên bội (Euploidy)

Mất đoạn (deletion) Các thể tự đa bội (autopolyploids) Đảo đọan (inversion) Các thể dị đa bội (allopolyloids)

Chuyển đoạn (translocation) Lệch bội (Aneuploidy)

Các thể một (monosomies; 2n − 1) Các thể ba (trisomies; 2n + 1) Dưới đây chúng ta tập trung xét các biến đổi về số lượng nhiễm sắc thể

mà chủ yếu là các dạng đa bội

Mât đoạn Lặp đoạn Đảo đoạn

Hình 7.1 Sơ đồ tổng quát các kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể

Kiểu xen đoạn ở đây là sự chuyển đọan giữa (interstitial translocation)

II Đa bội thể và ứng dụng của nó trong chọn giống thực vật

1 Khái niệm và phân loại đa bội thể

Từ bảng 7.1 cho thấy sự biến đổi số lượng nhiễm sắc thể sai khác nhau

ở hai cách cơ bản: (1) Các thể biến dị nguyên bội hay thể đa bội (euploid variants) có số lượng các bộ nhiễm sắc thể khác nhau; và (2) các thể biến

dị lệch bội hay thể dị bội (aneuploid variants) có số lượng nhiễm sắc thể

cụ thể không phải là lưỡng bội Nói chung, các kiểu biến đổi số lượng nhiễm sắc thể ảnh hưởng lên sự sống sót lớn hơn các kiểu biến đổi cấu trúc nhiễm sắc thể

• Hiện tượng đa bội (polyploidy)

Các thể đa bội (polyploids) là trường hợp trong đó các sinh vật có ba,

bốn bộ nhiễm sắc thể trở lên (hình 7.1) Nếu ta gọi x là số nhiễm sắc thể đơn bội cơ bản, khi đó các sinh vật có ba, bốn bộ nhiễm sắc thể sẽ có số

nhiễm sắc thể và tên gọi tương ứng là 3x (thể tam bội: triploid), 4x (thể tứ bội: tetraploid) Lưu ý: thay vì dùng ký hiệu n để chỉ số nhiễm sắc thể

đơn bội như trước đây, ở đây x chỉ số nhiễm sắc thể trong một bộ và n

biểu thị cho số nhiễm sắc thể trong một giao tử Ví dụ: một sinh vật lục bội với 60 nhiễm sắc thể (6x = 2n = 60), thì x = 10 và n = 30

Quả của thể

đa bội

Quả bình thường

Nói chung, hiện tượng đa bội thể tương đối phổ biến ở các thực vật nhưng hiếm gặp ở hấu hết các động vật Gần như một nửa số thực vật có hoa là các thể đa bội, kể cả các loài cây trồng quan trọng Chẳng hạn, khoai tây tứ bội (4x = 48), lúa mỳ mềm lục bội (6x = 42), và cây dâu tây

bát bội (8x = 56) Ở thực vật bậc cao, Chrysanthemum là một chi điển

hình về hiện tượng đa bội hóa (hình 7.2) Trong quá trình giảm phân ở các loài thuộc chi này, các nhiễm sắc thể kết đôi tạo thành các thể lưỡng trị, loài 118 nhiễm sắc thể tạo thành 59 thể lưỡng trị, loài 36 nhiễm sắc thể tạo thành 18 thể lưỡng trị v.v Mỗi giao tử nhận một nhiễm sắc thể từ mỗi thể lưỡng trị, vì vậy số lượng nhiễm sắc thể trong mỗi giao tử của bất kỳ loài nào cũng chính bằng một nửa số lượng nhiễm sắc thể được tìm thấy trong mỗi tế bào soma của nó Ví dụ, loài thập bội có 90 nhiễm sắc thể thì tạo thành 45 thể lưỡng trị, do đó mỗi giao tử sẽ mang 45 nhiễm sắc thể Nhờ vậy qua thụ tinh, bộ đầy đủ 90 nhiễm sắc thể của loài này được phục hồi Như vậy, các giao tử của cơ thể đa bội rõ ràng là không phải đơn bội như

ở cơ thể lưỡng bội

Hình 7.3 Sự hình thành thể đa bội với hoa trái lớn hơn thể 2n bình thường.

Hình 7.2 Đa bội hóa điển hình ở chi

Chrysanthemum, với rất nhiều loài đa

bội thể khác nhau sinh ra từ loài

lưỡng bội (2n = 18).

Thông thường, người ta phân biệt hai kiểu thể đa bội: (1) các thể đa

bội cùng nguồn hay thể tự đa bội (autopolyploids) là các thể đa bội nhận

được tất cả các bộ nhiễm sắc thể của chúng từ cùng một loài; và (2) các

thể đa bội khác nguồn hay thể dị đa bội (allopolyploids) là các thể đa bội

nhận được các bộ nhiễm sắc thể từ các loài khác nhau Chẳng hạn, nếu như một hạt phấn lưỡng bội (không qua giảm nhiễm) từ một loài lưỡng bội thụ tinh cho một trứng lưỡng bội cũng của loài đó, đời con sinh ra là các

thể tự tứ bội (autotetraploids), hay AAAA, trong đó A biểu thị một bộ nhiễm sắc thể hoàn chỉnh hay bộ gene (genome) của kiểu A Mặt khác,

nếu như hạt phấn lưỡng bội của một loài thụ tinh cho một trứng lưỡng bội của một loài khác có quan hệ họ hàng với loài này, đời con sinh ra sẽ là

các thể dị tứ bội (allotetraploids), hay AABB, trong đó B chỉ bộ gene của

loài thứ hai Tất cả các bộ nhiễm sắc thể trong một thể tự đa bội đều là tương đồng, giống như khi chúng ở trong một thể lưỡng bội Nhưng trong các thể dị đa bội, các bộ nhiễm sắc thể khác nhau nói chung sai khác nhau

ở một mức độ nào đó, và được gọi là tương đồng một phần (homeologous), hay tương đồng từng phần (partially homologous)

Trong tự nhiên, các thể đa bội xảy ra với tần số rất thấp, khi một tế bào trải qua sự nguyên phân hoặc giảm phân bất thường Chẳng hạn, nếu trong nguyên phân tất cả các nhiễm sắc thể đi về một cực, thì tế bào đó sẽ có số nhiễm sắc thể là tự tứ bội Nếu như xảy ra giảm phân bất thường, có thể tạo ra một giao tử không giảm nhiễm có 2n nhiễm sắc thể Tuy nhiên, trong hầu hết các tình huống, giao tử lưỡng bội này sẽ kết hợp với một giao tử đơn bội bình thường và sinh ra một thể tam bội Người ta cũng có thể tạo ra các thể đa bội bằng cách xử lý colchicine, một loại hóa chất gây rối loạn sự hình thành thoi vô sắc Kết quả là, các nhiễm sắc thể không phân ly về các cực được, và thường thì xuất hiện các thể tự tứ bội

• Các thể tự đa bội (autopolyploids)

Các cơ thể tam bội (AAA) thường là các thể tự đa bội sinh ra do thụ tinh giữa các giao tử đơn bội và lưỡng bội Chúng thường bất dục bởi vì xác suất sinh ra các giao tử có được cân bằng là rất thấp Trong giảm phân,

ba cái tương đồng có thể kết cặp và hình thành một thể lưỡng trị, hoặc hai cái tương đồng kết cặp như là một thể lưỡng trị, để lại nhiễm sắc thể thứ

ba không kết cặp Tuy nhiên, do tập tính của các nhiễm sắc thể không tương đồng là độc lập, nên xác suất để một giao tử có chính xác n nhiễm sắc thể là (½)n (sử dụng quy tắc nhân), và xác suất để một giao tử có được chính xác 2n nhiễm sắc thể cũng là (½)n Tất cả các giao tử khác còn lại sẽ

là không có sự cân bằng và nói chung là không hoạt động chức năng trong các hợp tử có chứa chúng Chẳng hạn, hầu hết các cây chuối là các thể tam bội; chúng sinh ra các giao tử không cân bằng, và kết quả là không có hạt

Các thể đa bội thường lớn hơn các thể lưỡng bội họ hàng (ví dụ, cho hoa trái lớn hơn; Hình 7.3) Các thể tự đa bội có thể giảm phân bình thường nếu như chúng chỉ tạo thành các thể lưỡng trị hoặc các thể tứ trị Còn nếu như bốn nhiễm sắc thể tương đồng tạo thành một thể tam trị và một thể đơn trị, thì các giao tử nói chung sẽ có quá nhiều hoặc quá ít các nhiễm sắc thể

Con lai bất dục Con lai bất dục

Sai sót do giảm phân

Sai sót do giảm phân

Hình 7.4 Sự hình thành lúa mỳ Triticum aestivum dị lục bội (2n = 42) bằng con

đường dị đa bội

• Các thể dị đa bội (allopolyploids)

Hầu hết các thể đa bội trong tự nhiên là các thể dị đa bội, và chúng có

thể cho ra một loài mới Chẳng hạn, lúa mỳ Triticum aestivum là một dạng

dị lục bội với 42 nhiễm sắc thể Qua kiểm tra các loài hoang dại họ hàng

cho thấy lúa mỳ này bắt nguồn từ ba dạng tổ tiên lưỡng bội khác nhau, mỗi dạng đóng góp hai bộ nhiễm sắc thể (ký hiệu AABBDD) Sự kết cặp chỉ xảy ra giữa các bộ nhiễm sắc thể tương đồng, vì vậy giảm phân là bình thường và cho ra các giao tử cân bằng có n = 21 Rõ ràng, hiện tượng dị đa bội đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hoá của lúa mỳ (xem Hình 7.4) Năm 1928, nhà khoa học người Nga, G Karpechenko đã tạo ra một

thể dị tứ bội đặc biệt; khi ông lai giữa cải bắp Brassica và cải củ Raphanus sativus, cả hai đều có số nhiễm sắc thể lưỡng bội là 18 Ông muốn tạo ra

con lai có lá của cây cải bắp và củ của cây cải củ Sau khi thu được các hạt lai từ một cây lai nhân tạo, đem gieo trồng và phát hiện rằng chúng có 36 nhiễm sắc thể Tuy nhiên, thay vì thu được các tính trạng như mong đợi, cây lai này có lá của cây cải củ và củ của cây cải bắp! Hình 7.5 cho thấy

sự hình thành con lai giữa hai loài cải củ và cải bắp nói trên, được gọi là

• Hiện tượng lệch bội (aneuploidy)

Trong tự nhiên, thỉnh thoảng ta bắt gặp các cá thể có số lượng nhiễm sắc thể không phải là bội số của số nhiễm sắc thể đơn bội, do chúng bị

thừa hoặc thiếu một hoặc vài nhiễm sắc thể cụ thể nào đó Đó là các thể

lệch bội hay thể dị bội (aneuploids)

Giảm phân I

←

Giảm phân II

→

Hình 7.6 Sự không phân tách xảy ra trong giảm phân I (bên trái) và giảm phân

II (bên phải) với các giao tử được tạo ra

Nguyên nhân của hiện tượng lệch bội là sự không phân tách

(nondisjunction) của hai nhiễm sắc thể tương đồng trong quá trình giảm phân Sự không phân tách trong giảm phân tự nó được coi là kết quả của

sự kết cặp không đúng cách của các nhiễm sắc thể tương đồng trong giảm phân sớm đến nỗi các tâm động không đối diện nhau trên mặt phẳng kỳ giữa, hoặc là không hình thành được hình chéo Kết quả là cả hai nhiễm sắc thể cùng đi về một cực, làm cho một tế bào con thừa một nhiễm sắc thể và tế bào con kia không có nhiễm sắc thể đó Khi các giao tử bất thường (n + 1) và (n − 1) này thụ tinh với các giao tử bình thường (n) sẽ sinh ra các hợp tử có bộ nhiễm sắc thể bất thường tương ứng: thừa một

chiếc (2n + 1), gọi là thể ba (trisomy) và thiếu một chiếc (2n − 1), gọi là thể một (monosomy) Sự không phân tách phổ biến nhất là trong giảm

phân I, nhưng cũng có thể xảy ra cả trong giảm phân II (hình 7.6) Các

kiểu tổ hợp nhiễm sắc thể khác như 2n + 2 (thể bốn: tetrasomy) hoặc 2n −

2 (thể không: nullisomy) cũng có thể xảy ra, nhưng ở đây ta không quan

tâm Sự không phân tách cũng có thể xảy ra trong nguyên phân gây ra các thể khảm về các tế bào bình thường và lệch bội

Các thể ba được biết đến ở nhiều loài Ở thực vật, ví dụ điển hình đó là

một loạt các thể ba với những đặc điểm kỳ lạ ở loài cà độc dược Datura stramonium được Alfred Blakeslee nghiên cứu vào khoảng năm 1920

Thực ra, người ta đã phát hiện được tất cả các thể ba về từng nhiễm sắc thể trong số 12 nhiễm sắc thể khác nhau ở loài này; và mỗi thể ba có một kiểu hình đặc trưng, thể hiện rõ nhất là ở vỏ quả Điều đó chứng tỏ các nhiễm

sắc thể khác nhau có các hiệu quả di truyền khác nhau lên tính trạng này (hình 7.7)

Hình 7.7 Quả bình thường của cà độc dược Datura (trên cùng) và 12 kiểu thể

ba khác nhau, mỗi kiểu có một vẻ ngoài và tên gọi khác nhau

Các thể ba cũng được nghiên cứu ở nhiều loài cây trồng như ngô, lúa gạo và lúa mỳ nhằm xác định các nhiễm sắc thể mang các gene khác nhau

Ở hình 7.8 còn cho thấy hiệu quả di truyền của các thể khuyết nhiễm liên

quan 7 nhiễm sắc thể khác nhau đối với kiểu bông ở ba giống lúa mỳ khác nhau (A, B và D)

Hình 7.8 Các thể vô nhiễm liên quan 7 nhiễm sắc thể khác nhau ở ba bộ gene

lúa mỳ (A, B và D) cho các hiệu quả di truyền khác nhau về kiểu hình bông so với dạng bình thường (hình cuối)

2 Sự phân bố và các con đường hình thành thể đa bội trong tự nhiên

2.1 Sự phân bố các thể đa bội trong tự nhiên

Hiện tượng đa bội hoá rất phổ biến trong giới thực vật từ hạ đẳng đến thượng đẳng, đặc biệt ở thực vật có hoa Hơn một nữa một số loài thực vật

có hoa là dạng đa bội Tỉ lệ các dạng đa bội cao nhất là ở cây thảo, nhất là cây thảo nhiều năm và rất ít ở cây gỗ Các họ sau có hiện tượng đa bội rất phổ biến: Polygonnaceae, Rosaceae, Malvaceae, Gramineae, Cyperaceae, Juncaceae còn ở các họ Fagaceae, Moraceae, Curcurbitaceae thì hiện tượng đa bội rất ít gặp Hiện tượng đa bội hoá được hình thành trong các nhóm cây rất không có qui luật và không có quan hệ rõ ràng đến sự phát sinh hệ thống Song, nó lại tuân theo qui luật về phân bố địa lý Nói chung,

số lượng loài đa bội ở phía bắc lớn hơn ở phía nam rất nhiều Ví dụ: ở phía bắc Sahara số lượng các loài đa bội chiếm 37,8% tổng số loài, ở trung âu

là 50% và ở bắc âu là hơn 70% Ở các vùng khí hậu khắc nghiệt như bắc cực, hơn 90% số loài là đa bội, nhiều cây trồng có giá trị cao như lúa mì, khoai tây, bông, thuốc lá,nho, chuối v.v là những dạng đa bội

Hiện tượng đa bội giữ một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá của giới thực vật Trong sự sinh sản hữu tính, việc hình thành hợp tử có thể coi là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phát triển của hiện tượng đa bội, Sự hình thành nội nhũ tam bội do kết quả thụ tinh kép ở thực vật hạt kín là bước tiến quan trọng tiếp theo và có ý nghĩa rất lớn trong quá trình tiến hoá Hiện tượng đa bội giữ một vai trò rất lớn trong sự hình thành các giống cây trồng Việc chọn lọc ban đầu xảy ra là vô ý thức, song đã giữ lại nhiều dạng đa bội vì chúng có nhiều đặc tính tốt, đáp ứng được nhiều yêu cầu của con người Ví dụ, theo Mol (1922), cây hoa thuỷ tiên trước đây ở

Hà lan là dạng lưỡng bội (2x = 24), sau đó nó bị thay thế bằng dạng tam bội (3x = 36); đến năm1989, dạng tứ bội (4x = 48) được trồng phổ biến ở nhiều nơi

2.2 Các con đường hình thành đa bội thể

Do sự rối loạn trong quá trình phân bào

Ta biết rằng, trong tự nhiên tồn tại những cơ chế đảm bảo cho sự ổn định về số lượng nhiễm sắc thể của loài, đó là do các quá trình nguyên phân, giảm phân và thụ tinh Tuy nhiên, các cơ chế ấy có thể bị rối loạn do những nguyên nhân sau đây: 1 Chỉ có nhân phân chia mà tế bào không phân chia hoặc nhân sau lúc phân chia không phân ly 2 Các nhiễm sắc thể sau lúc phân chia không phân ly về các cực hay phân ly không đều 3

Có sự gấp bội nhiễm sắc thể mà không có sự phân ly của chúng về hai cực

Một trong những nguyên nhân trên khi xảy ra đều dẫn đến sự thay đổi

số lượng nhiễm sắc thể trong nhân tế bào và tạo thành những tế bào đa bội Tuy con đường phát sinh mà người ta chia ra hai loại đa bội thể: đa bội thể do quá trình nguyên phân gây ra và đa bội thể do quá trình giảm phân gây ra Sự rối loạn của quá trình nguyên phân có thể xảy ra ở các tế bào soma hoặc vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử Các mô hoặc cơ thể đa bội được hình thành từ những tế bào đa bội thường thể hiện không hoàn toàn Ở chúng thường xen lẫn các tế bào, các mô có những mức bội thể khác nhau Những cơ thể như vậy gọi là thể khảm

Nếu sự tăng bội bộ nhiễm sắc thể xảy ra vào thời kỳ phân chia thứ nhất của hợp tử thì tất cả các tế bào phôi sẽ là đa bội và ta có một cơ thể đa bội hoàn toàn Hình 7.6 nêu lên sự đa bội hoá về mặt nguyên tắc, xảy ra trong quá trình giảm phân

Sự rối loạn trong quá trình phân ly nhiễm sắc thể có thể xảy ra trong lúc hình thành tế bào sinh dục Sự không phân ly của các nhiễm sắc thể về hai cực trong giảm phân dẫn đến sự hình thành những giao tử lưỡng bội

Sự thụ tinh xảy ra giữa những giao tử này sẽ tạo thành những thể tứ bội Nguyên nhân rối loạn của quá trình nguyên phân dẫn đến sự không phân ly của các nhiễm sắc thể và kìm hãm sự phân chia nhân thường là do

sự bất bình thường của sự co ngắn của nhiễm sắc thể, sự mất tính chất phân cực của tế bào đang phân chia hoặc sự tăng về độ nhớt của tế bào chất đưa đến sự thay đổi diện tích của các phần tử keo

Do quá trình lai tạp

Ngoài nguyên nhân do sự rối loạn của quá trình nguyên phân và giảm phân, con đường thứ hai để hình thành các dạng đa bội là sự giao phối giữa các cây thuộc những đơn vị phân loại khác nhau, thường xảy ra giữa các loài

3 Đặc điểm di truyền của thể đa bội

3.1 Đặc điểm di truyền của các thể tự đa bội

Thể tự đa bội là những dạng đa bội xuất hiện trên cơ sở gấp bội bộ nhiễm sắc thể của chính loài đó

Các thể tự đa bội được áp dụng rất rộng rãi trong chọn giống thực vật

để tạo ra những dạng cây có kiểu gene ổn định Bằng phương pháp sinh sản sinh dưỡng và tự thụ phấn, các dạng tự đa bội được duy trì rất lâu Trong sinh sản hữu tính, thể tự đa bội cho ra những dạng đồng nhất về số lượng nhiễm sắc thể và bộ gene nếu như dạng ban đầu là đồng hợp tử Tuy nhiên, có một vấn đề rất lớn và đặc trưng cho các thể tự đa bội là khả năng sinh sản và kết hạt của nó rất kém Đặc tính này có liên quan chặt chẽ đến