GT Chon giong cay trong

Ban ñầu nuôi cấy mô ñược sử dụng làm kỹ thuật mới ñể tạo sinh khối và phương pháp nhân giống lý tưởng ñể sản xuất hàng loạt cây ñồng nhất và như bố mẹ ban ñầu của các giống ưu tú. Tuy [r]

(1)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PGS.TS.VŨ ðÌNH HỒ (Chủ biên)

PGS.TS.VŨ VĂN LIẾT PGS.TS NGUYỄN VĂN HOAN

GIÁO TRÌNH

CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG

HÀ NỘI – 2005

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(2)

LỜI NĨI ðẦU

Cách 10.000 năm người ñã trực tiếp can thiệp vào tiến hóa làm thay đổi cấu trúc di truyền thực vật để thỏa mãn nhu cầu Bắt ñầu chọn lọc cá thể phù hợp cho tiến hóa, chọn lọc nhân tạo tính trạng mong muốn hạt to, thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây, v.v ñã làm thay ñổi loài thự vật so với họ hàng hoang dại thân thuộc Về mặt lịch sử, chọn giống ñược coi nghệ thuật sau nghệ thuật khoa học, ngày chọn giống ngành khoa học tổng hợp Những tiến chọn giống chủ yếu diễn sau tái phát quy luật di truyền Mendel Ngày khoa học chọn giống địi hỏi phối hợp nhiều nhà khoa học ngành liên quan, sở nghiên cứu chọn tạo giống, trung tâm tài nguyên di truyền sở khác tham gia vào trình khảo nghiệm xác nhận giống trồng Cuộc “Cách mạng xanh” lúa mì lúa nước thơng qua gen lùn mang lại sống ấm no cho hàng triệu người Tiếp tục nhờ ứng dụng cơng nghệ sinh học để chuyển gen có ích, chọn giống trồng ngành sản xuất đống góp to lớn cho lợi ích loài người

Với phát triển chọn tạo giống trồng giới Việt Nam, chẳng hạn giống ưu lai, tiến kỹ thuật di truyền, vi nhân hàng loại ñiều kiện in vitro, v.v giáo trình cung cấp cho sinh viên đại học sau đại học ngành chọn giống trồng, nơng nghiệp, làm vườn nguyên lý kiến thức cập nhật chọn giống thực vật dựa kiến thức di truyền ứng dụng ngành khoa học liên quan Về bản, giáo trình cập nhật thêm nhiều kiến thức chọn giống so với giáo trình biên soạn trước Vì vậy, để tiếp thu tốt nội dung giáo trình sinh viên phải có sở thực vật học, di truyền, kiến thức sinh học, thống kê trồng trọt ñại cương

Cuốn giáo trình gồm 14 chương chia làm Phần Phần ñầu (Chương – 4) giới thiệu kiến thức nhập môn làm tảng cho chọn tạo giống; lịch sử tiến hóa trồng, q trình chọn giống, vai trị xu chọn giống sản xuất nông nghiệp, nguồn gen chọn giống, nguyên lý sinh sản, di truyền, ñặc biệt di truyền số lượng Phần II (Chương 5- 12) trình bày phương pháp chọn tạo giống bản, ñặc thù ñối với phương thức sinh sản: tự thụ phấn, giao phấn sinh sản vơ tính, ñột biến, ña bội thể, lai xa ứng dụng công nghệ sinh học chọn giống Phần III (Chương 13 14) cung cấp cho sinh viên nguyên lý liên quan tới cơng nhận giống, trì sản xuất giống Các tác giả sau ñây ñã đóng góp cho giáo trình này:

1 Vũ đình Hịa, chương I, III, IV, VII, VIII, IX, X, XII Nguyễn Văn Hoan, chương II, V, XI

3 Vũ Văn Liết, chương VI, XIII, XIV

Chúng tối tin tưởng giáo trình có ích cho sinh viên việc lĩnh hội chất khoa học chọn giống, cập nhật kiến thức cần thiết để tiếp cận kiến thức cao lựa chọn ñể phát triển chọn tạo giống thành nghề nghiệp

Tuy nhiên thời gian điều kiện có hạn giáo trình chưa thể đề cập đầy đủ kiến thức mà độc giả u cầu khó tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ñược ñóng góp ý kiến ñộc giả ñể tập thể tác giả cải tiến, bổ sung lần xuất sau

Thay mặt tập thể tác giả Chủ biên

PGS TS Vũ đình Hịa

(3)

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu i

Chương Chọn giống trồng sản xuất nông nghiệp 1

1 Lịch sử chọn giống trồng

2 Chọn giống trồng gì?

3 Vai trò chọn giống sản xuất nông nghiệp

4 Xu hướng phát triển chọn giống trồng

Chương 2: Nguồn gen thực vật chọn giống trồng 6

1 Khái niệm nguồn gen thực vật ý nghĩa nguồn gen thực vật

trong chọn giống

2 Phân loại nguồn gen (tập đồn), nguồn thu thập trung tâm

khởi nguyên

3 Các trung tâm tài nguyên di truyền thực vật

4 Thu thập bảo tồn nguồn gen 11

5 Nhập nội 15

6 đánh giá, mô tả, lập sở liệu sử dụng nguồn gen 16

7 Khái niệm vựa gen 18

Chương Phương thức sinh sản, tính tự bất hợp bất dục ñực thực vật

20

1 Phương thức sinh sản thực vật 20

2 Tính tự bất hợp 23

3 Bất dục ñực 26

Chương Di truyền số lượng chọn giống trồng 30

1 Giá trị kiểu hình, kiểu gen thành phần phương sai 30

2 Hệ số di truyền hiệu chọn lọc 32

3 Tương quan di truyền phản ứng liên ñới 33

4 Chọn lọc đồng thời nhiều tính trạng 43

5 Tương tác kiểu gen – môi trường tham số ổn ñịnh 38

6 Khả kết hợp 43

Chương 5: Phương pháp lai chọn lọc tự thụ phấn 47

1 Cấu trúc di truyền quần thể thự thụ phấn 47

2 Chọn lọc dựa vào nguồn biến dị tự nhiên 48

3 Chọn lọc từ quần thể lai 49

4 Phương pháp lai lại 54

5 Kỹ thuật ñơn bội kép 56

Chương 6: Phương pháp chọn lọc giao phấn 59

1 Chọn lọc cải tiến quần thể 59

2 Cải tiến ñồng thời hai quần thể 68

3 Chọn lọc ña giao (tạo giống tổng hợp) 70

Chương 7: Chọn giống sinh sản vơ tính 72

1 Mở đầu 72

2 Phương pháp chọn giống 73

(4)

Chương 8: Chọn tạo giống phương pháp ñột biến 80

1 Ý nghĩa phương pháp chọn giống ñột biến 80

2 Tác nhân đột biến tính chất 81

3 Liều lượng xử lý 81

4 Vật liệu phương pháp xử lý ñột biến 82

5 Quy trình chọn lọc thể đột biến 85

Chương Ứng dụng ña bội thể dơn bội thể chọn giống

1 ða bội thể -

2 ðơn bội thể -

Chương 10: Lai xa 91

1 Những ứng dụng lai xa 91

2 Khó khăn lai xa 91

3 Phương pháp khắc phục khó khăn lai xa 92

4 Một số thành tựu lai xa ăn 95

Chương 11 Tạo giống lai 96

1 Ý nghĩa giống lai 96

2 ðo ưu lai 97

3 Cơ sở di truyền ưu lai 98

4 Quy trình tạo giống lai giao phấn 98

5 Quy trình tạo giống lai tự thụ phấn 108

Chương 12: Ứng dụng công nghệ sinh học chọn tạo giống trồng

113

1 Mở đầu 113

2 Ni cấy mơ tế bào 113

3 Dung hợp tế bào trần 116

4 Kỹ thuật di truyền 118

5 Chọn lọc dựa vào thị 122

Chương 13 Khảo nghiệm công nhận giống trồng 125

1 Những khái niệm 125

2 Các bước chọn tạo phổ biến giống trồng 127

3 Mô tả nhận biết giống trồng 127

4 Khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định (DUS)

129 Khảo nghiệm giá trị canh tác giá trị sử dụng (VCU) 136

Chương 14: Sản xuất hạt giống 140

1 Nhiệm vụ sản xuất giống 140

2 Nguyên lý trì giống trồng 140

3 Sản xuất giống 144

4 Duy trì giống lai giao phấn 148

5 Duy trì giống lai tự thụ phấn 149

6 Duy trì sinh sản vơ tính 151

7 Kiểm nghiệm cấp chứng hạt giống 152

(5)

CHƯƠNG I

CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP Mục tiêu chương

1 Nắm lịch sử hóa chọn giống trồng

2 Hiểu ñược chất chọn giống (là tiến hóa định hướng, tính đa ngành,v.v.) Hiểu vai trị chọn giống nơng nghiệp xu chọn giống ñại 1 Lịch sử chọn giống trồng

Nông nghiệp trở thành phương pháp sản xuất lương thực thực phẩm khoảng 10.000 năm trước Là phận nông nghiệp người chuyển từ săn bắn, hái lượm trở thành người trồng trọt chăn ni, biến đổi hệ sinh thái phù hợp nhu cầu bắt đầu biết cách tác động q trình tiến hố tự nhiên đường chọn tạo giống trồng vật ni Sự đa dạng sinh học trái ñất chọn lọc tự nhiên, cịn đa dạng trồng vật nuôi chọn lọc nhân tạo

Chậm chạp từ từ, q trình tiến hố thơng qua gieo trồng chọn lọc trở thành cơng việc thường xuyên mà ngày ñược gọi chọn giống Trong q trình tính di truyền- truyền tính trạng từ bố mẹ cho hệ - đóng vai trị quan trọng Hệ tính di truyền ñã ñược người xưa biết ñến từ bắt đầu thực hành nơng nghiệp

Nhiều phương pháp khác ựã phát triển chọn giống trồng Một phương pháp quan trọng phương pháp chọn lọc phương pháp sơ khai bắt ựầu với hóa phương pháp thành công chọn giống thực vật Quá trình chọn lọc ựã làm thay ựổi ựặc ựiểm di truyền trồng lương thực, thực phẩm chủ yếu thơng qua chọn lọc vơ ý thức có ý thức theo cảm nhận giá trị sử dụng, thẩm mỹ, kinh tế người (sự tiến hoá có ựịnh hướng) (Bảng 1.1) Theo Nicolai I Vavilov, có trung tâm khởi ngun lồi trồng quan trọng (vùng ựịa lý có ựa dạng di truyền lớn nhất) mà ựó trồng ựược hố từ lồi tổ tiên chúng Vắ dụ, lúa mì ựược hố vùng Cận đơng; ngô Trung Mỹ; lúa nước ấn độ, Trung Quốc đơng Nam Á Thuần hố chọn giống thúc ựẩy tiến hố có ựịnh hướng người

Khả phân biệt lựa chọn hình thành ý tưởng chọn lọc ðây phương pháp sơ khai phương pháp thành công chọn giống trồng ðiều kiện tiên chọn lọc ña dạng hay biến ñộng di truyền quần thể Chỉ cá thể có suất cao nhất, thoả mãn theo mục đích từ quần thể ña dạng ñược lựa chọn, phần lại bị loại bỏ Thế hệ cá thể ñược chọn tiếp tục gieo sàng lọc Q trình lặp ñi lặp lại cho ñến quần thể ñồng có nhiều tính trạng mong muốn

Bảng 1.1: Sự thay ñổi di truyền gắn liền với q trình hố chọn lọc

Tính trạng Ví dụ

Mất khả phát tán Ngơ, lúa mì

Mất tính ngủ nghỉ Lúa nước, lúa mì, kiều mạch Chuyển từ lâu năm sang năm Lúa nước, lúa mì đen, sắn Mất khả Củ từ, khoai lang

Mất khả hình thành hạt Chuối, cam quýt Tăng kích thước

Hạt Quả

Cơ quan dự trữ

ðậu Bí ngơ Sắn, cà rốt

(6)

Tuy nhiên, chọn lọc giống trồng suất cao cơng việc dễ dàng Nhiều cơng cụ khác sử dụng để hỗ trợ cho chọn lọc Vì vậy, chọn giống khoa học ngày gắn liền với phát triển ngành khoa học khác (Bảng 2.1) Bảng 2.1: Những kiện phát triển khoa học ảnh hưởng tới chọn giống trồng

Năm Sự kiện

1694 Camerarius – nghiên cứu phát giới tính thực vật

1760 Linneaus – mơ tả quan giới tính số loài thực vật tạo ta lai lai giống khác

1760 Koelreuter – người tiên phong việc lai giống; lai mơ tả số lượng lớn lai loài thuốc

1859 Darwin công bố sách “Về nguồn gốc lồi thơng qua chọn lọc tự nhiên” gây tác ñộng mạnh mẽ tới chọn giống

1865 Mendel ñề xuất ñịnh luật di truyền

1870 Beal chứng minh sứu sống lai (hybrid vigor) ngơ lai giống khơng có quan hệ họ hàng

1900 Tái phát ñịnh luật di truyền Mendel Tshermak, Correns De Vries mở kỷ nguyên di truyền học chọn giống dựa vào nguyên lý di truyền

1903 Johannsen - học thuyết dòng thuần, mối quan hệ kiểu hình kiểu gen

1904-1918 Shull, East, Jones – phát suy thoái tự phối ưu lai ngơ, mở đầu cho việc sử dụng giống lai F1 sản xuất

1928-1929 Mueller Stadler - ðột biến phóng xạ

1953 Watson, Crick Wilkins – mơ hình xoắn kép phân tử ADN

1960s Cách mạng xanh bắt ñầu giống lúa mì tạo Mexico (mang gen lùn, suất cao, thích ứng với điều kiện nước nghèo, vùng nhiệt đới) – giải Nobel Hồ Bình dành cho N Borlaug năm 1970 1970s Kỹ thuật ADN tái tổ hợp

1970's Các giống lúa nước thấp có suất cao đưa vào Việt Nam, ví dụ IR-8, IR5 , làm thay đổi mùa vụ biến vụ xuân thành vụ lúa 1980s Kỹ thuật di truyền phân tử RFLP, AFLP, RAPD ñồ gen

1990's Kỹ nghệ chuyển gen ñưa chuyển gen vào sản xuất, với 58,7 triệu năm 2002 toàn giới

2 Chọn giống trồng gì?

Chọn giống trồng nghệ thuật khoa học cải tiến tính di truyền thực vật lợi ích lồi người (Poehlman Sleper, 1995) Chọn giống trồng ñồng nghĩa với cải tiến trồng Trong khứ, người biết hóa dại thành trồng chọn giống nghệ thuật chọn lọc, khả quan sát phân biệt cá thể phù hợp mục đích kinh tế, thẩm mỹ Chọn giống mang tính khoa học diễn khoảng 200 năm trở lại ñây, ñặc biệt sau tái phát ñịnh luật di truyền Mendel vào ñầu kỷ 20 chọn giống mang tính khoa học nhiều tính nghệ thuật Gần đây, cơng nghệ sinh học kỹ thuật di truyền cho phép chuyển gen vào cây, gọi chuyển gen Bảng 3.1 so sánh số ñặc ñiểm phương pháp chọn giống truyền thống phương pháp chọn giống ñại (Công nghệ sinh học)

(7)

Bảng 3.1: Phương pháp chọn giống truyền thống phương pháp chọn giống áp dụng công nghệ sinh học

ðặc ñiểm Chọn giống truyền thống Chọn giống ñại Gen ñược chuyển Chỉ gen từ trồng

cùng loài loài họ hàng tương hợp

Gen có ích từ thể sống (vi rut, vi khuẩn, thực vật, nấm men, ñộng vật, v.v.)

Phương pháp chuyển gen Lai chọn lọc Kỹ thuật di truyền Thời gian thu nhận Trên năm Dưới năm Chi phí chọn giống Chi phí thấp Chi phí cao

Cơng nghệ sử dụng Cơ đơn giản Kỹ thuật cao khó 2 Vai trị chọn giống nông nghiệp

ðể tăng suất trồng cần phải ñảm bảo yếu tố quan trọng sau: - Kiểu gen (giống)

- Nước - Dinh dưỡng

- Quản lý dịch hại (sâu bệnh) - ðiều kiện ñất ñai

- Hạt giống

Cải tiến trồng thông qua chọn giống yếu tố ñể cải tiến suất Bốn yếu tố, nước, dinh dưỡng, quản lý dịch hại ñiều kiện ñất ñai hợp thành biện pháp canh tác tạo môi trường tối ưu cho trồng sinh trưởng phát triển Giống (kiểu gen) biểu thị khả sản xuất môi trường ñịnh

Như vậy, ñể tăng suất phải cải tiến môi trường sinh trưởng cho lẫn cải tiến ñặc ñiểm di truyền Năng suất tối ña khơng thể đạt biện pháp canh tác tốt hay giống cải tiến Khơng có biện pháp canh tác tốt phù hợp tiềm năng suất giống bị lãng phí; khơng có giống tốt lợi ích hiệu biện pháp canh tác khơng đạt tối đa

Thành chọn tạo giống trồng phạm vi giới ñã nâng cao suất, chất lượng sản phẩm nông nghiệp, thoả mãn nhu cầu ngày cao lồi người ðiển hình “ Cách mạng xanh” từ thập kỷ 60 kỷ 20 ñã làm tăng vọt suất trồng, chủ yếu lúa mì, lúa nước, ngô cải tiến kiểu gen kết hợp với cải tiến kỹ thuật (phân ñạm, tưới tiêu, giới hố) Ở Việt Nam cơng tác giống trồng khơng góp phần vào việc tăng suất, chất lượng mà làm thay ñổi cấu mùa vụ, tính đa dạng sản phẩm, bảo đảm an ninh lương thực, v.v Năng suất lúa, ngô nhiều trồng khác không ngừng tăng nhiều thập kỷ qua (Bảng 4.1, Hình 1.1)

Mục tiêu chọn giống

Tạo giống áp dụng nguyên lý di truyền khoa học liên quan khác ñể cải tiến ñặc ñiểm di truyền

Mục tiêu chương trình chọn giống gồm:

- Nâng cao suất hạt, sợi, thức ăn, dầu, đường, quả, Năng suất cải tiến thơng qua khả sinh trưởng cây, khả sử dụng ánh sáng, CO2, nước dinh dưỡng có hiệu (Ví dụ, nhà khoa học chuyển gen C4 vào lúa nước ñể tăng khả quang hợp)

- Cấu trúc

(8)

- Lá ñứng – trồng dày

- Thấp – chống ñổ tốt hơn, tăng hệ số kinh tế, tăng hiệu sử dụng nước - Khả chống chịu

- ðiều kiện bất lợi môi trường (hạn, rét, chua, mặn, v.v.)

- Kháng sâu, bệnh (gen Bt chống sâu, gen mã hoá vỏ protein kháng vi rut ) - Kháng thuốc trừ cỏ

- Chất lượng: thành phần dinh dưỡng (vitamin A - Beta-carotene giống Lúa Vàng, tăng khả bảo quản (cà chua), vacxin dựa vào thực phẩm (cà chua, khoai tây)

Bảng 4.1: Năng suất lúa Việt Nam giới (1975-2000)

Năm Việt Nam Thế giới

1975 21,2 17,0

1980 20,8 18,7

1985 27,3 22,0

1990 31,9 24,0

1995 36,9 25,1

1998 39,6 25,7

2000 42,5 -

0 20 40 60 80 100 120 140 160

1866 1876 1886 1896 1906 1916 1926 1936 1946 1956 1966 1976 1986 1996

Bushels Acre

Năm

Giống thụ phấn tự do

Giống lai kép

Giống lai đơn

Hình 1.1: Năng suất ngơ từ năm 1870 ñến năm 1996

3 Xu hướng phát triển chọn giống trồng

Chon tạo giống trồng công việc sáng tạo, cần thiết ñể giải vấn ñề lương thực, thực phẩm, sợi toàn cầu cho tương lai bối cảnh ñất trồng trọt bị thu hẹp, tăng dân số nhu cầu khơng ngừng thay đổi

Buổi đầu chọn giống thành cơng đạt phương pháp chọn tạo giống ñơn giản, chọn lọc cá thể mong muốn từ quần thể tự nhiên Tại thời điểm tính nghệ thuật (khả quan sát xác ñịnh khác giá trị kinh tế, thẩm mỹ… cá thể quần thể loài) đóng vai trị quan trọng Với cải tiến trồng thơng qua chọn giống u cầu giống tăng lên; mục tiêu ñược giải lại ñiểm xuất phát nhiệm vụ mới, phức tạp

(9)

ðể tạo nguồn biến dị có nhiều tính trạng mong muốn, nhà chọn giống phải áp dụng nhiều phương pháp khác nhau: lai, ñột biến, ña bội thể, tạo giống lai, gần cơng nghệ sinh học Trong xu hướng phát triển, tiến chọn giống ngày địi hỏi đầu tư cao hơn, thiết bị ñại Chẳng hạn, muốn chọn ñược ñậu lupin nghèo alkaloid phải phân tích 1,5 triệu cá thể; để tìm khơng tách vỏ phải kiểm tra 10 triệu (Keppler, 1963) Tương tự, để tìm thể đột biến ñơn gen protein tự thụ phấn phải gieo trồng khoảng triệu cá thể (Oram Brock, 1972) Hơn nữa, chọn giống đại khơng liên quan tới việc cải tiến tính trạng đơn lẻ mà nhiều tính trạng phức tạp

Do tính phức tạp chọn giống ngày tăng nên đóng góp nhiều ngành khoa học vào chọn giống (di truyền học ngành khoa học có liên quan) tăng lên Cơ sở khoa học chọn giống đại ngày rộng hơn, mang tính tổng hợp nhiều môn khoa học khác tế bào học, sinh học phân tử, thực vật học phân loại học, sinh lý, bệnh cây, trùng, hóa học, thống kê ðầu kỷ 20 phương pháp chọn giống chủ yếu dựa vào kinh nghiệm Khi di truyền học tạo sở lý thuyết phương pháp chọn giống có hiệu áp dụng, phương pháp chọn lọc chu kỳ, phương pháp cải tiến quần thể, phương pháp hồi quy Việc sử dụng ưu lai bất dục ñực từ kỷ 20 trồng chuyển gen vào cuối kỷ 20 khơng thực khơng có phát triển sinh học đại Những tiến gần ni cấy mơ, tế bào kỹ nghệ di truyền dịng hóa gen chuyển nạp gen ñã cho phép nhà chọn giống thiết kế phương pháp

Hiệu cơng tác chọn tạo giống đại địi hỏi hợp tác quốc tế, cơng tác chọn giống lẫn công tác khảo nghiêm trao ñổi nguồn gen Nhiều tổ chức quốc tế khu vực hình thành nhằm hỗ trợ, xúc tiến tiến ñộ chọn giống sử dụng giống Những tổ chức quốc tế khu vực liên quan gồm: Viện nghiên cứu Lúa quốc tế (Philippin), Trung tâm cải tiến Lúa mì Ngơ quốc tế (Mêhicơ), Trung tâm Khoai tây quốc tế (Peru), Trung tâm Nơng nghiệp Nhiệt đới (Colombia), Viện Nơng nghiệp nhiệt đới (Nigeria), Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Rau châu Á, v.v

Câu hỏi ôn tập

1 Chọn giống trồng gì? Tại người ta gọi chọn giống tiến hóa có định hướng người?

2 Sự khác tính nghệ thuật tính khoa học chọn giống

3 Nêu áp dụng số ngành khoa học: sinh lý thực vật, bệnh cây, thông kê sinh học chọn giống

4 Nêu vai trò chọn giống ñố với sản xuất nông nghiệp

5 Mô tả trình phát triển khoa học chọn giống trồng khoảng 200 năm trở lại ñây

(10)

CHƯƠNG II

NGUỒN GEN THỰC VẬT TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG

Mục tiêu học tập chương

1 Hiểu ñược cần thiết, vai trò ý nghĩa nguồn gen ña dạng di truyền chọn giống nơng nghiệp

2 Nắm trung tâm phát sinh ña dạngg trồng giới

3 Phân loại ñược nguồn gen thưc vật sử dụng chọn giống ñời sống Phân tích cấp thiết phương pháp thu thập, bảo tồn sử dụng nguồn tài nguyên di truyền thực vật

1 Khái niệm nguồn gen thực vật ý nghĩa nguồn gen thực vật chọn giống

Nguồn gen thực vật tập hợp vật liệu thực vật, giống giống ựịa phương, giống cải tiến, hay loài hoang dại họ hàng thân thuộc, v.v làm sở cho cải tiến trồng, chọn tạo giống trồng hay hoạt ựộng nghiên cứu có liên quan tập hợp tắnh ựa dạng di truyền thực vật ựược tắch luỹ qua nhiều năm tiến hoá ựiều kiện chọn lọc tự nhiên nhân tạo Nguồn gen có nghĩa cung cấp thơng tin ựã tư liệu hố nguồn gen liên quan tới loài ngân hàng gen toàn giới ựể nhà chọn giống sử dụng

Một thuật ngữ khác Nhóm chuyên gia khám phá du nhập thực vật FAO năm 1970 dùng ñể nguồn gen Tài nguyên di truyền (Các Trung tâm tài nguyên di truyền) Mục tiêu trung tâm tài nguyên di truyền bảo tồn nguồn gen lâu dài, nhân phân phối nguồn gen

Sự tập hợp đa dạng di truyền hay nguồn gen thực vật cung cấp nguồn biến dị to lớn cho chương trình chọn giống để tạo giống ưu việt cĩ nhiều tính trạng mong muốn Nguồn vật liệu đa dạng bao nhiêu, khả năng/xác suất tạo giống tốt cao nhiêu Vavilov, nhà chọn giống người Nga nhận nguyên lý giản đơn từ năm đầu kỷ 20 Trong khoảng từ 1923 đến 1931, Vavilov tổ chức nhiều đồn thám hiểm thu thập trồng tồn giới, với 300.000 mẫu dạng trồng trọt lẫn lồi hoang dại họ hàng chứng minh đa dạng di truyền trồng ý nghĩa tính đa dạng chọn giống Cơng trình điều tra, thu thập phân loại cung cấp nguồn liệu giá trị ý nghĩa to lớn phân bố trồng giới, số giống lồi, biến động tính trạng cĩ ích, dãy biến dị tương đồng, tần số phân bố gen tính trạng đặc thù, v.v Trên sở cơng trình Vavilov kết luận đề xuất trung tâm khởi nguyên trồng giới (Bảng 1.2.) Ngày nay, nhiều trung tâm quốc tế, trung tâm vùng quốc gia thành lập để thu thập bảo tồn nguồn gen

ðặc biệt, việc thu thập bảo tồn nguồn gen ngày trở nên cấp thiết nguy sói mịn gen hay sói mịn di truyền Hàng nghìn giống địa phương hàng trăm lồi hình thành chọn lọc tự nhiên nhân tạo lồi họ hàng dần bị thay giống khai hoang mở rộng diện tích trồng giống cải tiến Sự mát ñáng kể xảy thập kỷ gần Ví dụ, năm 1949 Trung Quốc gieo trồng gần 10.000 giống lúa mì , đến năm 1970 số lượng giống khoảng 1.000 (FAO, 1995)

(11)

2 Phân loại nguồn gen (tập đồn), nguồn thu thập trung tâm khởi nguyên 2.1 Phân loại nguồn gen thực vật

Nguồn gen thực vật ñược phân thành số loại sau:

i) Tập đồn (base collection): ðây tập hợp lớn nguồn gen giữ hạt kho quốc gia quốc tế để bảo tồn lâu dài, chứa đựng thơng tin di truyền lồi bảo quản dại hạn (các trung tâm bảo tồn) Nguồn gen cung cấp sử dụng trường hợp cần thiết, tập đồn hoạt động bị thiếu hụt, mát ðể bảo quản lâu dài cần cĩ điều kiện cần thiết giữ tỉ lệ nảy mầm tính ổn định di truyền Hạt thường bảo quản điều kiện nhiệt độ -18 đến -20oC với độ ẩm 3-5% Hạt đĩng gĩi bao bì kín cách ly với mơi trường ngồi kiểm tra định kỳ tỉ lệ nảy mầm

ii) Tập đồn hoạt động (active collection): Tập đồn gồm mẫu giống loại trồng cụ thể tập đồn lặp lại, bảo quản với số lượng lớn điều kiện thích hợp, tư liệu hố nhà chọn giống sử dụng trực tiếp cho cơng tác chọn tạo Tập đồn hoạt động thường xuyên biến động nhân bổ sung để sử dụng ðiều kiện bảo quản mức trung hạn (10-15 năm) nhiệt độ 5oC, độ ẩm khơng khí tương đối 30-45% độ ẩm hạt 7-8% Nếu số lượng nguồn gốc địa lí mẫu giống đạt tới luợng đáp ứng nhu cầu tồn giới tập đồn cơng tác đĩ gọi Tập đồn giới

iii) Tập đồn cơng tác (working collection): Là tập đồn gồm số lượng mẫu giống cần thiết sở nghiên cứu giữ phục vụ cho cơng tác chọn tạo giống nghiên cứu Tập đồn cơng tác thường bảo quản ngắn hạn (2-3 năm) nhiệt độ 18-20oC, độ ẩm khơng khí 50-60%, hàm lượng nước hạt 8-10%

Có nguồn đa dạng di truyền thu thập

i) Cây hoang dại dạng sơ đẳng trung tâm đa dạng sơ cấp (khởi nguyên) Nguồn gen thu thập thơng qua đồn thám hiểm cĩ tổ chức tới vùng đa dạng trồng

ii) Thực vật du nhập sống trung tâm trồng trọt thứ cấp, nơi mà đa dạng bổ sung Nguồn gen cĩ thể thu thập thơng qua đồn thám hiểm tới vùng thích hợp

iii) Sản phẩm q trình chọn giống, bao gồm đột biến cảm ứng, ña bội thể, dòng chọn giống kết hợp ñược nhiều tính trạng có lợi, giống cải tiến (Hình 2.2a, 2.2b)

2.2 Trung tâm khởi nguyên trồng

Alphonse de Candolle (1886) người ñầu tiên ñề xuất ý tưởng Trung tâm khởi nguyên trồng De Candolle cho trung tâm khởi nguyên trồng vùng ña dạng mà hố cịn tồn dạng tổ tiên hoang dại ðiều hỗ trợ thông qua chứng khảo cổ, lịch sử ngôn ngữ học

ðầu năm 1920 kỷ 20 Nikolai I Vavilov mở phương pháp ñể ñịnh vị nguồn gen ứng dụng kiến thức vào thực tiễn chọn giống Nguồn gen khổng lồ thu thập tập hợp Viện Thực vật toàn Liên bang nguồn gen phong phú giới thời ñã giúp Vavilov ñề xuất trung tâm khởi nguyên trồng hay trung tâm địa lý tính đa dạng (Bảng 1.2, Hình 1.2; 2.2; 3.2) Sự tập trung mang tính địa lý tính đa dạng tượng thực tế, phản ánh ý nghĩa địa lý nơng học Vavilov ñề xuất luật dãy biến dị tương đồng: trồng quan hệ gần có biến dị giống

(12)

Qua nhiều năm nghiên cứu nhà khoa học ñã rõ chuyển dịch nhiều loài trồng từ trung tâm khởi ngun đến vùng đất xa xơi mục đích trồng trọt dẫn đến hình thành tâm ña dạng thứ cấp

Trung tâm sơ cấp: Tại trung tâm sơ cấp đa dạng lồi tồn cạnh tranh với

các phần tử tự nhiên khác mơi trường sống Ví dụ, trung tâm sơ cấp khoai tây Nam Mỹ, ngô Trung Mỹ

Trung tâm thứ cấp: Tại trung tâm thứ cấp yếu tố sinh vật phi sinh vật bất lợi trở

thành yếu tố chọn lọc Các giống sơ ñẳng trung tâm thứ cấp phần quan trọng nguồn gen có tham gia, tác động người trình hình thành Ở nhiều mặt, trung tâm thứ cấp ñã trở thành nguồn thu thập gen quan trọng, ñặc biệt ñối với hệ sinh thái, sinh học khác Ví dụ, trung tâm thứ cấp cà phê Braxin

Sau cơng trình cơng bố Vavilov nguồn gốc trồng, nhiều thơng tin, liệu tích lũy vấn đề Zhukovsky (1968) xắp sếp lại ñồ giới trung tâm khởi nguyên phân bố nguồn gen thực vật Những vùng lớn ñược chia thành tiểu vùng ñặc thù cho lồi định, hình thành đồ giới tính đa dạng di truyền mang tên Vavilov- Zhukovsky trung tâm ña dạng tài nguyên thực vật

Bảng 1.2: Các trung tâm ña dạng di truyền trồng giới Trung tâm khởi nguyên Các loài trồng quan trọng

1 Trung tâm Trung Quốc Lúa miến, ñậu tương, tre trúc, hoa cúc, mơ, cải, ñào, cam quýt

2 Trung tâm Ấn ðộ Lúa nước, cà, dưa chuột, xoài, mía 2a Trung tâm Indo-Malay Chuối, mít, dừa, mía

3 Trung tâm Trung Lúa mì, lanh, ựậu, bơng, hạnh nhân Trung tâm Cận đơng Lúa mì, ựại mạch, mì ựen, lanh Trung tâm đại Trung

Hải

Lúa mì, đậu lupin, cỏ ba lá, lanh, ô liu, cần tây, v.v Trung Tâm Abixini Lúa mì cứng, cao lương, cà phê, hành tây, v.v Trung tâm Mêhicơ

Trung Mỹ

Ngơ, đậu Lima, khoai lang, bí ngơ, bơng, đu đủ, hồ tiêu, v.v

8 Trung tâm Nam Mỹ Khoai tây, sắn, đậu, cà chua, bí ngơ, v.v

(13)

Hình 1.2: Các trung tâm khởi nguyên trồng

I Trung tâm Trung Quốc II Trung tâm Ấn độ IIa Trung tâm Indo-Malay III Trung tâm Trung Á IV Trung tâm Cận đông V Trung tâm địa Trung Hải

VI Trung Tâm Abixini VII Trung tâm Trung Mỹ VIII Trung tâm Nam Mỹ VIIIa Trung tâm Chiloe

VIIIb Trung tâm Brazin – Paraguay

3 Các trung tâm tài nguyên di truyền thực vật 3.1 Các tổ chức quốc gia

Ở cấp quốc gia nhiều tổ chức tham gia vào hoạt ñộng thu thập bảo tồn tài nguyên di truyền (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Các trung tâm tài nguyên thự vật quốc gia giới

Nước Tổ chức

Anh Vườn Thực vật Hoàng Gia, Viện John Innes, Trạm chọn giống Hình 2.2: Sự đa dạng

giống ngơ địa phương

Hình 3.2: Sự đa dạng giống đậu Phaseolus Peru

(14)

trồng vùng Scotland, Viện chọn giống thực vật Ấn ðộ Cục Tài nguyên di truyền thực vật quốc gia, Niu Deli Brazin Trung tâm Tài nguyên di truyền quốc gia

ðức Hội Hợp tác kỹ thuật (GTZ), Viện Di truyền Nghiên cứu trồng trung ương

Hà Lan Viện Chọn giống làm vườn, Viện chọn giống trồng, Viện nghiên cứu giống trồng, Trạm kiểm nghiệm giống

In nê xia Viện Sinh học quốc gia, Bogor

Italia Phòng Nghiên cứu nguồn gen, ðH Bari Mêhicô Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia

Mỹ Hệ thống nguồn gen thực vật quốc gia (NPGS), Bộ Nông nghiệp Mỹ

Nga Viện Cây trồng toàn Liên Bang (VIR)

Nhật Bản Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia Yatabe, Tsukuba, Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia Kyoto

Pháp Viện Nghiên cứu Nhiệt ñới lương thực (IRAT), Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia (INRA), Cơ quan nghiên cứu khoa học kỹ thuật hải ngoại

Ơxtrâylia Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Cơng nghiệp Liên hiệp Anh (CSIRO), Bộ Nông nghiệp bang New South Wales

Thuỵ ðiển Ngân hàng gen Scandivania

3.2 Các trung tâm tài nguyên di truyền quốc tế vùng

Các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế vùng gồm: - Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Los Banos, Philippin

- Trung tâm Cải tiến ngơ lúa mì quốc tế (CIMMYT), El Batan, Mêhicơ - Viện Nơng nghiệp nhiệt đới (IITA), Ibadan, Nigeria

- Trung tâm Nông nghiệp quốc tế (CIAT), Cali, Colombia

- Trung tâm nghiên cứu huấn luyện nơng nghiệp nhiệt đới (CATIE), Turrialba, Costa Rica

- Ngân hàng Khoai tây ðức-Hà Lan, Braunschweig, CHLB ðức

- Viện nghiên cứu trồng quốc tế cho vùng nhiệt đới bán khơ hạn (ICRISAT), Hyderabad, Ấn ðộ

- Trung tâm khoai tây quốc tế (CIP), Lima, Peru

- Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế vùng khô hạn (ICARDA), Aleppo, Syria - Trung tâm nghiên cứu phát triển rau châu Á (AVRDC), Shanhua, đài Loan

3.3 Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI)

Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI) Nhóm tư vấn nghiên cứu nơng nghiệp quốc tế (CGIAR) thành lập năm 1974 (ban ñầu Hội ñồng Tài nguyên Di truyền Thực vật Quốc tế, IBPGR) có trụ sở đặt Tổ chức Luơng thực Nơng nghiệp Liên hiệp quốc (FAO) Rôm, Italia Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế nghiên cứu, thu thập, bảo tồn, tư liệu hố, đánh giá sử dụng ña dạng di truyền trồng có ích lợi ích người tồn giới Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế đóng vai trị xúc tác khun khích hoạt ñộng ñể trì mạng lưới tổ chức nhằm bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật

(15)

Mạng lưới Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế có 600 viện 100 quốc gia ðối với nước chương trình, Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế ñều hỗ trợ hoạt động theo nhu cầu chương trình tài ngun di truyền quốc gia

4 Thu thập bảo tồn nguồn gen 4.1 Thu thập nguồn gen

Với phát triển nơng nghiệp hàng hố đại hố nơng nghiệp nhiều giống trồng ñịa phương giảm dần số lượng chí bị thay hoàn toàn giống mới, nguy gọi sói mịn gen hay sói mịn di truyền Tăng tính đồng giống trồng với di truyền ngày hẹp dẫn tới nguy dịch hại sâu, bệnh, tăng rủi cho nơng dân đe doạ tính bền vững Việc thu thập bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền nhiệm vụ quan trọng ñối với mục tiêu trước mắt lẫn mục tiêu lâu dài tất nước giới

Ngày việc thu thập nguồn gen trồng ñược nhà chun mơn tiến hành có hệ thống thơng qua nhóm chuyên gia bao gồm lĩnh vực chọn giống, di truyền, nông học, bảo vệ thực vật chuyên gia ñịa phương ðiều quan trọng cần ý thu thập kỹ thuật lấy mẫu phân bố quần thể Có thể sử dụng hai phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên lấy mẫu ñịnh hướng Tư liệu hố liệu có ích cách xác có ý nghĩa quan trọng ñối với người thu thập, người ñánh giá người sử dụng

Nguồn ña dạng di truyền cần thu thập bảo tồn gồm:

- Các giống ñịa phương, giống chưa ñược sử dung chọn giống - Các giống cải tiến ñã ñang ñược gieo trồng

- Vật liệu chọn giống, khơng có giá trị canh tác có giá trị chọn giống (các tính trạng mong muốn đặc thù khả kháng sâu bệnh, chất lượng cao, v.v.)

- Các vật liệu di truyền ñặc biệt (thể ñột biến, ña bội thể, bất dục ñực, chuyển gen ) - Các loài hoang dại họ hàng, loài tổ tiên trồng

- Vật liệu nhập nội

Việc tổ chức thu thập nguồn gen cĩ thể thực thơng qua hình thức sau: a Tổ chức đồn chuyên mơn điều tra, thám hiểm để thu thập vùng khác

trong nước

b Các cán nông nghiệp cá nhân, quan liên quan có trách nhiệm thu thập vật liệu gửi nguồn vật liệu thu thập cá quan chun mơn

c Hợp tác với tổ chức vùng quốc tế ñể ñịnh kỳ trao ñổi vật liệu

Thu thập bảo tồn nguồn gen bao gồm nhiều hoạt động, thu thập, mơ tả, đánh giá, tư liệu hố, bảo tồn, trao đổi sử dụng Việc bảo tồn cơng việc địi hỏi cẩn thận chu ñáo ñể tránh lẫn, mát tư liệu hố (cơ sở liệu) ñáp ứng nhu cầu công tác chọn tạo giống Các mẫu giống trì điều kiện hệ sinh thái tự nhiên hay hệ sinh thái nơng nghiệp truyền thống, đồng ruộng, nhà kính hạt

Phương pháp thu thập

Thu thập lấy hạt

Mẫu thu thu thập: Chiến lược lấy mẫu phụ thuộc vào lồi cây, đặc biệt phương thức sinh sản, mức ñộ chu chuyển gen quần thể, v.v Tuy nhiên điều thường khơng biết trước nên việc thu thập cần bao trùm vùng cách lấy mẫu ngẫu nhiên với khoảng cách khơng gian định (lấy mẫu kiểu phân ô) Khoảng cách phụ thuộc vào đa dạng điều kiện mơi trường Chẳng hạn, vùng thu thập tương đối đồng khí

(16)

hậu, loại ñất, thảm thực vật, biện pháp canh tác, giống trồng vĩ độ, khoảng cách khơng gian lớn (20-50 km hơn) Ngược lại, yếu tố mơi trường thay đổi mạnh (nhất vĩ độ), mẫu thu thập phải nhiều (chẳng hạn km, 100m ñộ cao) Việc lấy mẫu phải theo nguyên tắc lấy mẫu quần thể lấy mẫu cá thể

ðiểm lấy mẫu: ðiểm lấy mẫu vùng mà mẫu quần thể ñược thu thập Mỗi mẫu mang số hiệu thu thập riêng với ghi chép định, ví dụ:

- Tên giống (cả tên ñịa phương) tên loài (tên La tinh) - ðịa ñiểm thu thập, mùa vụ, ñiều kiện tự nhiên

- ðiều kiên sinh thái, chế ñộ canh tác nơi thu thập

- Những tính trạng chủ yếu: suất, khả chống chịu sâu, bệnh ñiều kiên ngoại cảnh bất thuận

- Ghi tên chức vụ, chuyên môn người thu thập

- Cần tuân theo chế ñộ kiểm dịch thực vật ñã ban hành ñể tránh lây lan dịch hại lồi dịch hại nguy hiểm

Việc chọn điểm thu thập phụ thuộc vào: i) đa dạng mơi trường, ii) kiểu phân bố mật ddooj cá thể quần thể, iii) quan sát biến dị quần thể ðộ biến ñộng ñiểm lớn điểm lấy mẫu gần

Số hạt thu thập mẫu: Thơng thường phương pháp lấy mẫu thực theo kiểu ngẫu nhiên hay lấy mẫu không lựa chọn Sai số lấy mẫu nhỏ mẫu lớn Phương thức chung lấy mẫu ngẫu nhiên cách thu thập theo khoảng cách ñịnh dọc theo mặt cắt ngang khơng 50 không nhiều 100 Mỗi lấy 50 hạt cho mẫu chứa từ 2.500 ñến 5.000 hạt Bảng 3.2) Nếu lồi có nhỏ hạt thu số ba sát bên cạnh để đủ 50 hạt Nếu lồi có nhiều chùm quả, bơng, v.v với số lượng hạt lớn, thu phần ñể có ñủ 50 hạt

Nếu quần thể thu thập có độ biến động lớn người thu thập i) lấy mẫu lớn ii) lấy nhiều mẫu khác

Trong trình lấy mẫu cần ý thu thập hạt từ khỏe khơng bị hư hại, đảm bảo hạt có sức sống tốt

Bảng 3.2: Số lượng hạt mẫu thu thập

Loại quần thể Số Số hạt Tổng số hạt mẫu

Biến ñộng lớn 100 50 5.000

Tương ñối ñồng

50 50 2.500

Thu thập có củ

Thu thập lấy củ khó khăn so với lấy hạt Những khó khăn chủ yếu gồm: - Tốn nhiều thời gian ñể thu thập

- Phải thu hoạch vào giai đoạn chín Thu hoạch non khó bảo quản, để già chết khó tìm

- Vật liệu cồng kềnh khó bảo quản vận chuyển

- Mẫu thu thập khó giữ sống trình vận chuyển bảo quản

(17)

Thu thập vật liệu hoang dại: loài hoang dại tồn thành quần thể, kiểu gen tự nhân lên diện tích rộng lớn Cần quan sát kỹ lưỡng kiểu hình mẫu khơng q gần theo phương thức sau:

i) Thu thập củ từ 10-15 cá thể làm mẫu hỗn hợp ii) Diện tích điểm lấy mẫu 100 x 100m nhỏ

iii) Lấy mẫu nhiều điểm tốt lấy nhiều ñiểm iv) Chọn ñiểm lấy mẫu phạm vi môi trường lớn tốt v) Bổ sung băng mẫu hạt ñược

vi) Làm tiêu thời gian cho phép

Thu thập vật liệu trồng trọt: ðây dịng nhân vơ tính (dịng vơ tính), khơng phải quần thể, việc lấy mẫu mang tính chọn lọc Phương pháp lấy mẫu theo tiêu chí sau:

i) Thu thập giống (kiểu hình thái phân biệt mắt thường) khác biệt chợ làng

ii) Lấy mẫu lặp lại khoảng cách 10-50 km vùng; khoảng cách phụ thuộc vào khoảng cách chợ làng

iii) Thu thập toàn kiểu hình thái điểm thu thập Mẫu trùng lặp chỉnh lý loại bỏ sau

iv) Bổ sung mẫu hạt có Thu thập ăn thân gỗ

Khác với lấy hạt, thu thập ăn thân gỗ khó phức tạp lý sau:

i) Hạt số ăn nhiệt đới thân gỗ chơm chơm, cà phê, cao su, cacao hạt khó bảo quản, khơng thể bảo quản điều kiện bình thường hạt sống ngắn Vì vậy, thu thập hạt cần gieo

ii) Vì lý nêu trên, thường phải thu thập cành giâm (mắt)

iii) Phương thức thu thập phải gắn liền với việc bảo quản Cần gieo hạt trực tiếp; cành phải giâm kỹ thuật phù hợp mắt phải ghép lên gốc ghép kiểu gen phải ñược giữ lâu dài to

iv) Số lượng hạt cành giâm thu thập cần phải ñược cân nhắc kỹ lưỡng trước lên kế hoạch thu thập

v) Cây thường phân bố rải rác nên lấy mẫu thực ñược phát thực mà khơng có ý niệm mẫu quần thể

Thu thập vật liệu hoang dại:

i) Thu hạt 10 hay 15 cá thể khoảng 10 hecta hợp lại thành mẫu

ii) Thu nhiều hạt cho mẫu tốt Nếu hạt lớn, dừa chẳng hạn, 10-15 hạt ñủ

iii) Nếu khơng có hạt khơng có thiết bị ñể giữ hạt khỏi chết, thu cành phận vơ tính, cành, từ 10 đến 15 cá thể 10 hecta

iv) Tiến hành lặp lại khoảng khơng gian định, tùy theo khác biệt khí hậu, độ cao đất đai

v) Thu xếp ñể chuyển hạt cành trạm để gieo trồng, hạt thuộc loại khó bảo quản

Thụ thập vật liệu trồng trọt:

(18)

i) Cố gắng thu thập hạt đâu được; khơng thu cành mắt, phận vơ tính, v.v

ii) Nếu trồng từ hạt coi làng điểm thu thập thu thập kiểu ngẫu nhiên từ 10-15 cá thể

iii) Nếu ñược nhân phương pháp vơ tính từ giống chọn lọc, thu thập giống khác biệt giữ giống thành mẫu riêng

iv) Thu thập nhiều ñiểm tốt, thu thập rải rác khoảng cách ñịnh vùng

v) Hạt cành thu thập ñược phải ñược giữ mát ẩm, tốt giữ nguyên hạt chuyển trạm ngay, hạt thuộc loại khó bảo quản

4.2 Bảo tồn nguồn gen

a) Bảo tồn ngoại vi (ex-situ conservation)

ðây hình thức bảo tồn chủ yếu giới, hình thức bảo tồn ngồi phạm vi cư trú tự nhiên lồi Tài ngun di truyền bảo tồn trung tâm tài nguyên quốc gia, vùng quốc tế khác với môi trường sống tự nhiên dạng bảo quản hạt, trồng ruộng hay bảo quản in vitro Ở Việt Nam ngân hàng gen quốc gia ñang lưu giữ 12.500 mẫu giống 115 lồi, đó:

- 10.700 mẫu hạt - 1.800 mẫu ñồng ruộng

- 102 mẫu ñiều kiện in vitro

Bảo quản hạt

Bảo quản ngấn hạn: Hạt giống làm khơ tới độ ẩm thích hợp (9%); thời gian bảo quản

hạt giống vòng năm

Bảo quản trung hạn: Hạt giống làm khơ tới độ ẩm thấp so với bảo quản ngắn hạn

(7%), bảo quan dụng cụ bao gói kho chuyên dụng ñộ ẩm 10%, nhiệt ñộ ñến -5oC

Bảo quản dài hạn: Hạt giống làm khơ tới ñộ ẩm 3%, ñựng họp kim loại, bảo

quản kho lạnh sâu nhiệt ñộ -15 ñến -20oC Hạt giống ñược bảo quản từ 20-30 năm

Bảo quản in vitro

Nguồn vật liệu di truyền bảo quản mơi trường dinh dưỡng nhân tạo ðối tượng bảo quản dạng in vitro vật liệu sinh sản vơ tính, lồi mà hạt khó bảo quản (recalcitrant seed), hạt phấn ngân hàng ADN Trong ñiều kiện in vitro bảo quản ngắn hạn, trung hạn dài hạn Trong bảo quản ngắn hạn, vật liệu ñược cung cấp cho nhu cầu chọn tạo giống nghiên cứu sở Trong bảo quản trung hạn, phải giảm tốc ñộ sinh trưởng vật liệu cách ñáng kể cách giữ nhiệt ñộ ánh sáng thấp, giảm nồng độ ơ-xy Bảo quản mẫu ñiều kiện nhiệt ñộ thấp -180oC môi trường ni tơ lỏng phương pháp bảo quản dài hạn Với điều kiện q trình sống bị đình hồn tồn

Bảo quản đồng ruộng

ðây cách bảo quản tập đồn thực vật sống ngồi khu vực cư trú tự nhiên ðối tượng bảo quản đồng ruộng lâu năm ăn quả, cơng nghiệp, thuốc, sinh sản vơ tính hữu tính khác Bảo quản nguồn gen đồng ruộng cĩ ưu điểm dễ tiếp cận để nghiên cứu, đánh giá sử dụng dễ bị mát điều kiện khơng thuận lợi địi hỏi diện tích đất đai lớn nhân lực

b) Bảo tồn nội vi (hay bảo tồn chỗ, in-situ conservation)

(19)

Bảo tồn nội vị hay bảo tồn chỗ bảo tồn nguồn gen môi trường sinh sống, tiến hoá tự nhiên, hoá ñầu tiên trồng ñó ðối tượng bảo quản nội vị lồi thực vật nào, chủ yếu loài tổ tiên trồng, lồi hoang dại có quan hệ họ hàng với trồng

Với số giống ñịa phương ñược hình thành trình chọn lọc trồng trọt lâu ñời ñịa phương bảo quản chỗ đồng ruộng nơng dân hay bảo quản dựa vào cộng đồng

5 Nhập nội

Nhập nội theo nghĩa rộng đưa vật liệu (có thể giống, dạng, lồi hoang dại họ hàng với trồng) vào mơi trường mà trước ñây chưa ñược gieo trồng Theo nghĩa hẹp nhập nội di chuyển vật liệu từ nước sang nước khác Nếu vật liệu nhập nội thích hợp tốt với mơi trường mớithì sau khảo nghiệm cơng nhận giống đưa vào sản xuất mà khơng cần thay đổi gọi nhập nội sơ cấp (sử dụng trực tiếp) Ngược lại, vật liệu nhập nội khơng thích ứng mà phải qua chọn lọc sử dụng lai ñể chuyển hay kết hợp gen có ích gọi nhập nội thứ cấp (sử dụng gián tiếp) Bằng phương pháp nhập nội nhiều thập kỷ qua Việt Nam ñã ñưa vào sản xuất nhiều giống trồng như, chẳng hạn lúa: IR8, IR22, CR203, IR64, IR17494, IR50404, Khang Dân 18, nhiều giống lúa lai nguồn gôc Trung Quốc; Khaoi tây: Diamant, Nicola, Mariella; Sắn: KM60, KM94,v.v

Mục đích nhập nội trồng chương trình chọn tạo giống là:

i) Sử dụng giống ưu việt ñang ñược gieo trồng giới

ii) Nhập trồng tiến hành chương trình chọn giống trồng iii) Thu thập nguồn gen để sử dụng việc cải tiến trồng

5.1 Phương pháp nhập nội giống

a) Tìm kiếm thu nhận: Căn vào chiến lược, mục tiêu chọn tạo nghiên cứu việc tìm kiếm thu nhận vật liệu nhập nội thực nhiều đường khác nhau: 1) thư u cầu thức gửi tới trung tâm tài nguyên quốc tế, khu vực, hay quốc gia, 2) hợp tác song phương, ña phương trao ñổi vật liệu với tổ chức, 3) thông qua quan hệ cá nhân với nhà khoa học tổ chức khác Tuy nhiên dù nhập nội cách phải tuân thủ quy trình xác định quy định kiểm dịch thực vật b) Kiểm dịch thực vật: Kiểm dịch thực vật biện pháp nhằm hạn chế lây lan sâu bệnh hại du nhập vào vùng chưa nhiểm sâu, bệnh thông qua vật liệu từ nước hay vùng khác nhập vào Phương pháp kiểm dịch vật liệu nhập nội ñược tiến hành tùy theo đối tượng sâu, bệnh hại, cấm hồn tồn hay hạn chế Mỗi nước có quy định riêng kiểm dịch q trình nhập trao đổi vật liệu trồng Yêu cầu chung nhập vật liệu giấy chứng nhận, Giấy phép nhập tiến hành kiểm dịch

c) Giấy phép nhập khẩu: Nhà chọn giống hay sở nghiên cứu phải có giấy phép nhập thức để nhập vật liệu gửi cho quan có thẩm quyền trước vật liệu ñược chuyển ñi ðơn xin nhập phải chứa ñủ thông tin cần thiết: tên trồng, loại vật liệu (hạt, quả, ống nghiệm ), tổ chức/nước sản xuất vật liệu, cách thức nhập hàng (đóng gói vận chuyển); nơi ñến tên, ñịa người nhập

Việc kiểm dịch ñược tiến hành theo bước sau:

(20)

Kiểm dịch nơi ñến: Kiểm dịch ñược tiến hành nhập vật liệu ñiểm ñến: cảng, sân

bay, cửa biên giới theo luật quy ñịnh kiểm dịch ñể ngăn ngừa du nhập lây lan dịch hại

Kiểm dịch sau nhập: Vật liệu nhập nội trước thức chuyển cho quan hay

nhà chọn giống ñược trồng ñiều kiện cách ly thời gian định để đảm bảo vật liệu khơng có tác nhân gây bệnh sâu hại du nhập từ vào Kiểm dịch sau nhập cần thiết ñối với bệnh truyền qua hạt, giống bệnh vi rút Trong nhiều trường hợp phải xử lý ñể phòng trừ sâu hại kho Vật liệu nhập nội không thoả mãn yêu cầu kiểm dịch nghi ngờ nhiễm tạp bị hủy trả lại người gửi

6 đánh giá, mô tả, lập sở liệu sử dụng nguồn gen 6.1 đánh giá, mô tả lập sở liệu

Nguồn gen đánh giá, khảo nghiệm nhân lên địa điểm định, thường 2-3 vụ để xác định tiềm khả thích ứng chúng Các địa điểm chọn dựa vào nguồn gốc vật liệu để cĩ thể tạo điều kiện gieo trồng tương tự nơi nguyên sản Thơng thường, nguồn gen đánh giá trồng thí nghiệm cĩ bố trí đối chứng xen kẽ khoảng cách đặn để tiện so sánh Dữ liệu nhiều mặt tính trạng theo dõi theo danh sách mơ tả tất mẫu giống, đặc biệt tiêu khả kháng sâu, bệnh, điều kiện bất lợi tính trạng sinh hố Dữ liệu phần hạt gửi đến phận bảo quản lâu dài phần cịn lại làm “tập đồn hoạt động”

Song song với công tác thu thập, bảo tồn, ñánh giá hệ thống tư liệu hố tài ngun di truyền cơng việc cần thiết để sử dụng nguồn gen có hiệu Thơng qua sở liệu nhà chọn giống, nhà nghiên cứu dễ dàng tra cứu thông tin cần thiết tìm kiếm vật liệu cho chương trình chọn giống

6.2 Sử dụng nguồn gen

Mục tiêu chiến lược sử dụng nguồn gen thực vật thay ñổi theo thời gian Trong năm ñầu chọn giống nhà chọn giống ñơn giản sử dụng nguồn gen sẵn có, chủ yếu vật liệu ñịa phương cho công tác chọn tạo Cho ñến nguồn gen sẵn có khơng cho phép tiếp tục cải tiến tiềm di truyền nhà chọn giống bắt ñầu tìm kiếm nguồn biến dị ðặc biệt dịch hại bùng nổ trồng phổ biến số giống đồng nhất, nhà chọn giống phải tìm kiếm nguồn kháng di truyền để hạn chế dịch hại Chính vào thời điểm nhận thức thu thập, bảo tồn sử dụng hình thành, nhằm cung cấp nguồn biến dị kịp thời theo nhu cầu chọn tạo giống

Sử dụng trực tiếp làm giống

Nguồn gen thu thập sử dụng trực tiếp làm giống mới, thức ăn gia súc hay họ ñậu, trồng mà q trình chọn giống chưa có đáng kể ðối với trồng có q trình chọn giống lâu đời ngơ, đậu tương, lúa nước, v.v việc sử dụng trực tiếp làm giống xảy khơng thực

Chuyển tính trạng đơn gen (Introgression)

Khả sử dụng chủ yếu nguồn gen phần lớn lồi trồng chuyển tính trạng đơn gen mong muốn từ lồi hoang dại nguồn gen khơng thích nghi vào giống ưu tú, ví dụ gen kháng sâu bệnh hại Thơng thường, tập đồn mẫu giống sàng lọc tính trạng mong muốn (ví dụ, khả kháng bệnh) lai với giống ưu tú Sau nhiều lai lại gen kháng bệnh chuyển vào thành giống Phương pháp cĩ hiệu cao tự thụ phấn, trồng mà dễ tạo dịng thuần, lúa mì, đậu tương, ngơ

(21)

Chuyển tính trạng số lượng

Phương pháp ñề cập tới sử dụng tính trạng phức tạp thông qua phương pháp chọn giống truyền thống (Ininda et al., 1996; Peel Rasmusson, 2000), lai trực tiếp sau tạo dịng Tuy nhiên, kết thường so với việc sử dụng chuyển tính trạng đơn gen Một số nhà nghiên cứu cho để chuyển trực tiếp tính trạng số lượng cần phải tiến hành nhiều chu kỳ chọn lọc

Chuyển gen nhờ thị

Mục tiêu chuyển gen xác cách xác ñịnh gen mong muốn nhờ lập ñồ di truyền (hoặc kỹ thuật khác) chuyển sang nguồn gen ưu tú Chỉ thị di truyền ví trí gen (locut) khác biệt bao trùm toàn genom Hiện có nhiều thị phần lớn loại trồng Chọn lọc thị cho phép liên kết chúng với ví trí gen tính trạng số lượng (QTL) tính trạng mục tiêu Một ñã xác ñịnh ñược mối liên quan, gen tính trạng số lượng chọn lọc dựa vào thị Do đó, alen có lợi ẩn giấu kiểu hình khơng mong muốn nguồn gen hoang dại khai thác có hiệu Tuy nhiên phương pháp chuyển gen nhờ thị thường tốn

Phương pháp kết hợp (Incorporation)

Một phương pháp khác ñể sử dụng nguồn gen phương pháp kết hợp (Simmonds, 1993) Ở phương pháp mục tiêu sử dụng nguồn gen hoang dại không thích ứng chương trình chọn giống mà tạo quần thể có di truyền rộng, tăng cường ñể sử dụng tương lai Phương pháp kết hợp cho phép sử dụng nhiều mẫu giống so với chương trình chuyển gen ðiều đặc biệt quan trọng kiểu hình vật liệu hoang dại khơng thể hết tính hữu dụng chúng, alen tốt bị ẩn giấu Ví dụ, gen tốt suất khơng sử dụng nguồn gen lại chứa gen chín muộn, tính trạng thường bị loại chọn lọc

Phương pháp kết hợp dựa ý tưởng quần thể có nên di truyền rộng cách tốt ñể sử dụng nhiều nguồn gen Kết hợp nhiều vật liệu với cho phép tái tổ hợp tối ña chọn lọc cường ñộ thấp ñể hỗn hợp alen lại với Các gen có ích ñược tổ hợp lại tách khỏi gen khơng có lợi Tiến hành chọn lọc theo khả thích nghi với điều kiện địa phương, giữ quần thể ñiều kiện cách ly với vật liệu chọn giống ưu tú Kết cuối tạo tập hợp nguồn gen bổ sung cho vật liệu chọn giống ñể mở rộng di truyền mà khơng làm giảm đáng kể suất sử dụng trực tiếp nguồn gen

Giá trị nguồn gen ñịa phương

Nguồn gen ñịa phương hay giống ñịa phương quần thể hỗn hợp dịng khác nhau, tất thích nghi tốt với ñiều kiện chúng ñược tạo thành tiến hố Tuy nhiên, dịng phản ứng khác với sâu bệnh hại; dòng kháng với nịi gây bệnh định, làm cho quần thể giống ñịa phương bảo vệ hiệu ñối với dịch bệnh Sự ña dạng di truyền giống giống ñã tạo chế kháng bệnh ñặc trưng ñối với chủng ñịnh cho phép người trồng tận dụng điều kiện tiểu khí hậu khác

Thơng thường giống địa phương lai với vật liệu ưu tú sau lai lại hai lần, cho giao phối quần thể tạo thành cách ngẫu nhiên nhiều hệ áp dụng phương pháp cải tiến quần thể tiêu chuẩn, chọn kiểu gen có ích thông qua tự thụ phấn

2.8 Khái niệm vựa gen

(22)

Khái niệm vựa gen Harlan de Wet (1971) ñề xuất nhằm ñưa ñịnh hướng thực tế mối quan hệ trồng lồi họ hàng chúng có ích ñối với nhà chọn giống muốn lai chúng với Nguồn tài nguyên di truyền khác ñược phân thành vựa gen khác loài trồng định dựa vào khả lai, hay nói cách khác di chuyển gen chúng với thơng qua đường sinh sản hữu tính Harlan de Wet (1971) phân thành vựa gen chính: sơ cấp, thứ cấp tam cấp Vựa gen cố định mà thay đổi cơng nghệ ñược sử dụng ñể tác ñộng tới gen

Vựa gen sơ cấp: Vựa gen sơ cấp gồm quần thể trồng trọt, giống ñịa phương,

giống (hay quần thể) nông dân dân tạo thành trì, kiểu sinh thái lồi phụ ðặc điểm quan trọng di chuyển gen thành viên vự gen tương đối dễ dàng, chúng lai với nhau, khơng có vấn đề bất dục gen phân ly bình thường Các chương trình mở rộng di truyền chọn giống thường quan tâm chủ yếu tới vựa gen

Vựa gen thứ cấp: Các ñơn vị phân loại nguồn gen thứ cấp chuyển gen với

nhau, khó khăn Vựa gen thứ cấp gồm lồi có quan hệ họ hàng chi, tất loài chi nằm vựa gen thứ cấp Ngược lại, lồi khơng chi lại thành viên vựa gen thứ cấp Nhìn chung, chúng có khả lai với nhau, lai F1 có xu hướng bất dục Sự cặp đơi nhiễm sắc thể trình giảm nhiễm lai thường yếu ớt

Vựa gen tam cấp: Chuyển gen ñơn vị phân loại nguồn gen tam cấp địi hỏi

kỹ thuật cao Vựa gen gồm lồi có quan hệ xa chi khác hay lồi có quan hệ xa chi Nhìn chung, lai chúng khó khăn, địi hỏi phải cứu phơi, ni cấy noãn, ghép biện pháp khác Bất dục lai phổ biến, nhân đơi nhiễm sắc thể phục hồi tính hữu dục Các lồi bắc cầu thường cần thiết để chuyển gen từ vựa gen tam cấp sang trồng (xem chương lai xa) Một ví dụ cổ điển sử dụng lồi bắc cầu thự năm 1950 Nga Xi-xin ñã lai Elymus x

Triticum, thu lai lai lại bất dục Nếu sử dụng lai Agropyron x Triticum làm mẹ lai với Elymus chuyển gen Elymus vào lúa mì

(Harlan de Wet, 1971)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Anonymous 1996 Tài nguyên di truyền thực vật Việt Nam Báo cáo tai Hội thảo quốc tế về tăng cường chương trình tài nguyên di truyền thực vật Việt nam NXB Nông nghiệp

Harlan, J R Genetic resources in wild relatives of crops Crop Science 16: 329-333

Stephen B Brush 1989 Rethinking crop genetic resource conservation Conservation biology, (No.1)., 19-29

1 Nguồn gen thực vật gì? Tại gọi tài nguyên di truyền thực vật? Tại nguồn gen lại cần thiết cho công tác chọn giống?

(23)

3 Thế gọi trung tâm khởi nguyên (ña dạng) trồng? ðặc ñiểm quan trọng giá trị trung tâm khởi nguyên?

4 Nhiệm vụ trung tâm tài nguyên di truyền thực vật quốc gia, vùng quốc tế gì?

5 Cĩ loại tập đồn? Sự khác loại tập đồn?

6 Thế bảo tồn nội vi? Bảo tồn ngoại vi? Sự khác bản, thuận lợi khó khăn phương thức bảo tồn nói

7 Thế nhập nội giống? Ý nghĩa nhập nội giống/nguồn gen ðặc ñiểm quan trọng giống ñịa phương

9 Nêu phương pháp sử dụng nguồn gen

10 Nêu khác vựa gen sơ cấp, thứ cấp tam cấp Ý nghĩa khả sử dụng chúng cọn giống

(24)

CHƯƠNG III

PHƯƠNG THỨC SINH SẢN, TÍNH TỰ BẤT HỢP VÀ BẤT DỤC ðỰC

Ở THỰC VẬT

Mục tiêu chương

1 Hiểu phân biệt ñược phương thức sinh sản hữu tính, vơ tính ảnh hưởng chúng tới ñặc ñiểm di truyền

2 Nắm ñược ñặc ñiểm trình hoa, thụ phấn liên quan tới chọn giống sản xuất hạt giống

3 Phân biệt tính bất hợp bất dục, bất dục đực ứng dụng chon giống/sản xuất giống

1 Phương thức sinh sản thực vật

Thực vật có hai phương thức sinh sản chủ yếu: sinh sản hữu tính (bằng hạt) sinh sản vơ tính (bằng phận sinh dưỡng)

1.1 Sinh sản hữu tính

Sinh sản hữu tính sinh sản hạt, kết dung hợp giao tử ñực (hạt phấn) giao tử (tế bào trứng) Hạt ñược phân loại theo nguồn gốc hạt phấn tham gia vào trình thụ phấn, thụ tinh Hạt tự thụ hình thành hạt phấn kết hợp với giao tử tạo Hạt giao phấn hình thành hạt phấn thụ tinh cho giao tử

Các lồi trồng phân loại theo tần số tự thụ phấn giao phấn trình hình thành hạt Có biến động liên tục loài từ gần hoàn toàn tự thụ phấn ñến hoàn toàn giao phấn Tuy nhiên, từ quan ñiểm chọn tạo giống, phần lớn loài trồng sinh sản hữu tính phân thành hai nhóm: tự thụ phấn (khi giao phấn tự nhiên 10%) giao phấn (tối thiểu 50% hạt giao phấn) Sự phân nhóm vây khơng phải tuyệt đối giao phấn xảy cậy tự thụ phấn tự thụ phấn xảy giao phấn Mức ñộ tự thụ hay giao phấn tự nhiên thay đổi phụ thuộc vào i) lồi giống, ii) ñiều kiện mùa vụ, iii) tốc ñộ hướng gió iv) có mặt hoạt tính trùng thụ phấn

Cơ chế thụ phấn yếu tố quan trọng việc xác ñịnh loại giống ñược trồng sản xuất phương pháp chọn tạo giống Ảnh hưởng phương thức thụ phấn ñến đặc điểm trình bày bảng 1.3

Tự thụ phấn

Ở tự thụ phấn hạt phấn thụ phấn cho nhụy hoa (hoặc hoa cây) Mức ñộ tự thụ phấn thay ñổi theo loại trồng Cây tự thụ phấn điển lúa nước, lúa mì, đậu tương, cà chua, cà phê chè ðể đảm bảo q trình tự thụ phấn tự thụ có chế sau:

a) Thụ phấn ngậm (Cleistogamy)

Quá trình thụ phấn diễn hoa chưa nở, bảo đảm tự thụ phấn hoàn toàn Mức giao phấn tự nhiên loài có khơng đáng kể (ví dụ: lạc, ñại mạch, yến mạch)

b) Thụ phấn mở (Chasmogamy)

(25)

Ở lồi có phương thức thụ phấn hoa nở sau thụ phấn hồn thành Vì hoa mở nên khả giao phấn xảy ra, mức ñộ thấp

c) Cấu trúc hoa

Ở nhiều loài, thụ phấn thường diễn sau hoa nở, tự thụ phấn ñược bảo ñảm nhờ cấu trúc hoa

- Nhị đực bao quanh đầu nhuỵ; vị trí bao phấn so với ñầu nhụy bảo ñảm cho q trình tự thụ phấn (ví dụ: cà chua, cà)

- Nhị vịi nhụy quan khác hoa che khuất, ngăn cản trình giao phấn (ví dụ: đậu đỗ)

- ðầu nhụy có khả tiếp nhận phấn vưon dài xuyên qua bó nhị, bảo đảm tỉ lệ thụ phấn cao

Giao phấn (thụ phấn chéo)

Ở giao phấn hạt phấn thụ phấn cho nhụy hoa khác Sự chuyển phấn từ sang khác thực nhờ gió trùng Mức độ giao phấn thay đổi theo lồi Cơ chế đảm bảo giao phấn gồm:

a) Lệch giao hay biệt giao (dichogamy): hoa ñực hoa thành thục (chín) thời ñiểm khác

- Nhị chín trước: hành, cà rốt, kê mần trầu - Nhụy chín trước: ngơ, chè, ca cao

b) Hoa phân tính: lồi hoa đực hoa riêng

- ðơn tính gốc: hoa đực hoa riêng biệt cây; ví dụ: bầu bí có hoa đực riêng biệt, ngơ chùm hoa ñực riêng, thầu dầu có hoa ñực hoa chùm hoa hoa ñực phần hoa phần

- ðơn tính khác gốc: hoa ñực hoa sinh khác nhau; ví dụ, chà là, đu đủ, cải bó xơi, măng tây

Bảng 1.3: Ảnh hưởng tự thụ phấn giao phấn ñối với số đặc điểm

Tính trạng Tự thụ phấn Giao phấn

Quần thể tự nhiên ñồng khơng đồng

Từng cá thể quần thể tự nhiên

ñồng hợp tử dị hợp tử

Kiển gen 2N ñồng hợp tử dị hợp tử

Kiểu gen giao tử 1N tất tất khác

Suy thối tự phối khơng có

Tự bất hợp khơng có phổ biến

Cấu tạo hoa ý nghĩa ñối với chọn giống

Thơng thường hoa có phận: đài hoa, cánh hoa (thường có màu sắc), nhị (gồm nhị bao phấn) nhụy (bao gồm bầu, vòi nhụy đầu nhụy)

Ở lúa, hoa thường có vỏ trấu lưng bụng bao quanh nhụy (2 ñầu nhụy, bầu) nhị (6 nhị)

Hoa hoàn chỉnh – có đủ phận: bơng vải, cà chua, khoai tây Hoa khơng hồn chỉnh - thiếu phận: hoa hoà thảo

Hoa hoàn hảo - nhụy nhị hoa: khoai tây, lúa, đậu tương

Hoa khơng hồn hảo - có nhụy nhị (nhụy nhị hoa khác nhau) – ngô, lúa dại

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam

(26)

Các đặc ñiểm hoa quan trọng ñối với công tác chọn giống 1) Thời gian nở hoa

2) Trình tự nở hoa

3) Nhịp ñiệu nở hoa riêng rẽ 4) Thời gian tiếp nhận ñầu nhụy 5) Thời gian sống hạt phấn 6) Thời ñiểm thụ tinh thuận lợi

7) Khả bao cách ly chùm hoa hay hoa riêng rẽ

Quá trình thụ phấn/phát tán phấn nguyên lý sản xuất hạt giống + Nguy gây lẫn tạp phụ thuộc vào

- chiều cao - vectơ

- hệ thống thụ phấn - lượng hạt phấn

+ Hệ lẫn tạp phụ thuộc vào - quan hệ họ hàng - chất khác giống

1.2 Sinh sản vô tính

Phần lớn trồng sinh sản hạt, số loại trồng sinh sản vô tính (tự nhiên nhân tạo) Sinh sản vơ tính sinh sản thông qua phận sinh dưỡng cây, chẳng hạn mắt (hoa hồng), hành (tuy lip), củ (khoai tây), rễ củ (khoai lang), thân (mía, sắn), hạt vơ phối (xồi) để tạo cá thể Cây sinh sản vơ tính thường có độ dị hợp tử cao hậu sinh từ hạt thường phân ly mạnh Vì vậy, số lồi cây, đặc biệt ăn cảnh người ta sử dụng nhân giống vơ tính muốn có quần thể đồng Có thể phân biệt hai nhóm sau

Sinh sản sinh dưỡng: Nhân vơ tính phận sinh dưỡng như, củ, rễ, thân ngầm,

thân bò, thân, hom cành, hom lá, hành, nuôi cấy mô tế bào từ phận khác của kỹ thuật in vitro; trì kiểu gen đặc biệt tránh hệ biến ñổi, cần ưu việt Một nhóm nhân vơ tính từ làm thành dịng vơ tính Cây dịng vơ tính đồng mặt di truyền mang ñặc ñiểm mẹ

Sinh sản vô phối: Sinh sản vô phối kiểu sinh sản mà quan sinh sản tham gia

vào hình thành hạt khơng có hợp giao tử ựực (khơng thụ tinh) thay q trình hữu tắnh q trình vơ tắnh Phơi hình thành phân chia nguyên nhiễm tế bào mẹ ựại bào tử tế bào xơ ma nỗn Khơng có phân chia giảm nhiễm thụ tinh, giống hệt mẹ Nếu sinh sản vô phối phương thức sinh sản lồi gọi vơ phối bắt buộc Ngược lại, sinh sản vô phối sinh sản hữu tắnh xảy noãn hay gọi vô phối không bắt buộc Khoảng 40 họ thực vật hàng trăm loài sinh sản theo ựường vô phối, vắ dụ: nhiều thức ăn gia súc, cao lương, cam quýt

Các kiểu sinh sản vô phối

a) Bào tử lưỡng bội (diplospory): Phôi phát triển trực tiếp từ tế bào mẹ ñại bào tử không giảm nhiễm (Cỏ Poa pratensis)

(27)

b) Vơ bào tử (apospory): Túi phơi hình thành trực tiếp từ tế bào xô ma không giảm nhiễm; phôi phát triển trực tiếp từ trứng lưỡng bội

c) Vô giao (apogamy) hay tự hợp (automixis): Phôi phát triển từ nhân đơn bội Thơng thường kết hợp tế bào túi phơi, trợ bào hay tế bào đối cực, kết bồi hoàn lần phân chia thứ

d) Phơi bất định (adventitious embryony): Trong q trình phát triển hạt khơng hình thành túi phơi tế bào trứng; phôi phát triển từ nhân mô bênh cạnh e) Trinh sinh ( parthenogenesis) Phôi phát triển trực tiếp từ trứng không thụ thụ tinh

Nếu gảm nhiễm bình thường số nhiễm sắc thể tế bào trứng vô phối trạng thái đơn bội Nếu giảm phân xảy khơng bình thường, số nhiễm sắc thể không giảm, phôi vô phối trạng thái lưỡng bội Mặc dù khơng có thụ tinh thụ phấn cần thiết ñể kích thích phát triển hạt

Ưu điểm sinh sản vơ tính:

- Cố ñịnh ñược ưu lai, sử dụng toàn phương sai di truyền - Duy trì giống vơ hạn, dễ dàng, cách ly nghiêm ngặt - Mô tả giống ñơn giản

Nhược ñiểm

- Dễ suy thối bệnh, đặc biệt bệnh vi rút - Hạn chế tái tổ hợp (ví dụ tỏi)

2 Tính tự bất hợp 2.1 Khái niệm tự bất hợp

Tự bất hợp khả hình thành hạt (hợp tử) tự thụ phấn giao tử ñực giao tử có sức sống chức bình thường Tự bất hợp chế ngăn ngừa nội phối (giao phối cận huyết), giao phấn, ống phấn khơng phát triển vịi nhụy Tính tự bất hợp kiểm sốt hệ thống ña alen (alen S) Tự bất hợp khác với bất dục đực; khác trình bày bảng 2.3

Bảng 2.3: Sự khác tự bất hợp bất dục ñực

Tự bất hợp Bất dục ñực

1 Do hàng rào cản trở sinh lý thụ tinh Khơng thu ñược hạt ống phấn phát triển chậm phát triển Phấn nỗn có chức bình thường Các yếu tố di truyền sinh lý kiểm sốt

sự biểu tính tự bất hợp

Do rối loạn trình phát triển hạt phấn

Hạt phấn khơng có chức

Các yếu tố di truyền nhân, tế bào chất hai kiểm sốt biểu tính bất dục ðiểm biểu tính tự bất hợp

- Bề mặt đầu nhụy (hạt phấn khơng nảy mầm) - Vòi nhụy (sinh trưởng ống phấn bị cản trở) - Bầu/nỗn (khơng có dung hợp giao tử)

(28)

2.2 Các kiểu tự bất hợp

Có hai hệ thống tự bất hợp bất hợp dị hình bất hợp đồng hình ðối với chọn tạo giống bất hợp đồng hình nhiều nhà chọn giống quan tâm Bất hợp đồng hình dãy đa alen kiểm sốt tương đối phổ biến Có hai loại tự bất hợp đồng hình: tự bất hợp giao tử tự bất hợp bào tử (Bảng 3.3)

Tự bất hợp giao tử

Tự bất hợp giao tử gen S kiểm soát, tồn nhiều dạng alen khác nhau, dãy alen S1, S2, S3, v.v Nhiều loài thuộc họ cà, họ hoà thảo, họ đậu, họ hoa hồng, v.v biểu tính tự bất hợp giao tử Alen bất hợp hoạt ñộng ñộc lập ñịnh phản ứng tự bất hợp (kiểu hình) hạt phấn Số lượng alen lớn, ví dụ 212 Trifolium, 37 Oenothera, 17

Nicotiana Phản ứng tự bất hợp phụ thuộc hoàn tồn vào kiểu gen hạt phấn đầu

nhụy Nếu alen hạt phấn giống với alen ñầu nhụy xảy tượng bất hợp Có kiểu thụ phấn sau (liên hệ hình 1.3):

S1S2 X S1S2 : bất hợp hoàn toàn, S1S2 X S2S3 : 50% hạt phấn có hiệu lực S1S2 X S3S4 : tương hợp hoàn toàn

Bảng 3.3: ðặc ñiểm hệ thống tự bất hợp giao tử tự bất hợp bào tử

Tự bất hợp giao tử Tự bất hợp bào tử

Kiểu hình (kiểu giao phối) hạt phấn kiểu gen hạt phấn (alen S) xác ñịnh

Do alen hay hai locut kiểm soát Alen gen tự bất hợp hoạt động riêng rẽ vịi nhụy

Hạt phấn bất hợp bị ức chế vòi nhụy

Biểu sau phân chia giảm nhiễm giao tử đơn bội

Kiểu hình (kiểu giao phối) hạt phấn sinh hạt phấn (bào tử thể) xác ñịnh

Do alen locut kiểm sốt

Alen gen tự bất hợp biệu tính trội, hay độc lập, hai hạt phấn vòi nhụy

Ống phấn hạt phấn bất hợp bị ức chế bề mặt vịi nhụy tính bất hợp biểu giao tử sau thụ tinh Biểu trước phân chia giảm nhiễm hạt phấn

Hình 1.3: Bất hợp giao tử

(29)

Tự bất hợp bào tử

Hệ thống tự bất hợp bào tử ñược kiểm sốt di truyền locut có nhiều alen; alen biểu thị tính trội hay đồng trội (độc lập) hạt phấn vịi nhụy Kết mối quan hệ bất hợp phức tạp Phản ứng bất hợp hạt phấn (kiểu hình) bố mẹ thể sinh hạt phấn xác ñịnh Cây họ thập tự thuộc hệ thống tự bất hợp bào tử

Các kiểu biểu alen bất hợp (liên hệ hình 2.3): - trội S1 > S2 > S3

- trội song song (co-dominant) S1 = S2 = S3 i) Vòi nhụy

- Trội S1 S1, S1S2, S1S3 = S1 S2 S3, S2S4, S2S5 = S2 - Trội song song S1 S1 = S1

S1 S2 = S1 + S2

ii) Hạt phấn

- Trội S1S2 S1 S2 = S1 S2S3 S2 S3 = S2

- Trội song song S1 S2 S1 S2 = S1 + S2 S2 S3 S2 S3 = S2 + S3 iii) Tính trội nhụy nhị khác

Các tổ hợp alen bất hợp phản ứng bất hợp hạt phấn vòi nhuỵ giống

S1S2 S2S3

S1S2 Bất hợp S1S2, S1S3

S2S2, S2S3 S2S3 S1S2, S1S3

S2S2, S2S3 Bất hợp S1S3 S3S4

Hình 2.3: Bất hợp bào tử

(30)

2.3 Hệ tính tự bất hợp

a) ðối với trồng trọt

- Phải trồng tối thiểu giống tương hợp với ñể ñậu quả, ñậu hạt: cacao, trà, lạc tiên, táo tây, anh ñào

- Tự bất hợp kéo dài tuổi thọ hoa cảnh: petunia - Tự bất hợp ưu ñiểm có củ: khoai lang, sắn - Tự bất hợp tạo điều kiện hình thành khơng hạt: dứa b) ðối với chọn giống

- Tự bất hợp giảm thiểu số tổ hợp lai

- Các tính trạng liên kết với gen S phân ly theo tỉ lệ khơng bình thường - Tự bất hợp cản trở việc lai lại tạo dòng

- Sử dụng ể sản xuất hạt lai

2.4 Phương pháp khắc phục tính tự bất hợp

- Thụ phấn nụ hay thụ phấn sớm (bud pollination): Họ thập tự - Thụ phấn muộn: Họ thập tự, Lilium

- Sốc nhiệt ñộ: Cà chua Lycopersicon - Xử lý hooc mơn: số lồi

- Chiếu tia xạ: Petunia, Lilium - ðiều kiện sinh trưởng bất lợi: Prunus - Cắt ngắn vòi nhụy: Khoai tây 2n - Tăng nồng ñộ CO2 : Cây thập tự

3 Bất dục ñực

Bất dục đực khơng có khả tạo giải phóng hạt phấn có chức Bất dục đực bất dục thực, bất dục ñực chức bất dục cảm ứng hoá chất

a) Bất dục ñực thực: Kiểu bất dục đực tạo thành khơng có quan giới tính đực hoa cái, chuyển đổi giới tính, hạt phấn bất dục (bất dục ñực nhân, bất dục ñực tế bào chất, bất dục ñực tế bào chất - nhân) bất thường trình phát triển tiểu bào tử

b) Bất dục ñực chức năng: Bất dục ñực chức tạo thành bao phấn khơng mở (do khuyết tật sai sót cấu tạo, học) nên khơng giải phóng hạt phấn ngồi, hạt phấn hữu dục bình thường

c) Bất dục hoá chất: Bất dục ñực tạo xử lý hoá chất giai đoạn sinh trưởng định cây; hố chất can thiệp vào trình phát triển giao tử ñực

3.1 Bất dục di truyền/bất dục ñực nhân (GMS /NMS)

Bất dục ñực di truyền gen lặn (ms) nhân kiểm soát Ở số trồng nhiều gen tham gia kiểm sốt bất dục đực, ví dụ ngơ, cà chua, cao lương Dịng bất dục đực di truyền (msms) trì cách lai với dịng hữu dục dị hợp tử (Msms) 50% số hệ bất dục ñực, 50% hữu dục Trong khu lai sản xuất hạt lai, hữu dục dòng mẹ ñược nhổ bỏ nhận biết ñược Trong số trường hợp, bất dục đực ñược xác ñịnh thông qua gen thị giai đoạn non Nếu khơng có gen thị bất dục đực xác định thơng qua quan sát hoa cách

(31)

cẩn thận; đơi khơng thể loại bỏ hết hữu dục trước tung phấn ðây hạn chế bất dục ñực di truyền, hạn chế giá trị sử dụng làm công cụ ñể sản xuất hạt lai

Hệ thống gen nhân MsMs : hữu dục

Msms : hữu dục (duy trì bất dục) msms : bất dục

Duy trì nhân dạng bất dục

msms x Msms msms : 1Msms

Ví dụ: bất dục đực di truyền: Bất dục chức cà chua, bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ lúa

Ứng dung: Bất dục ñực nhân phương pháp khử ñực di truyền ñể sản xuất hạt lai, ứng dụng ñể tạo quần thể cho chọn lọc chu kỳ, tự thụ phấn

Bất dục ñực chức dạng bất dục gen nhân kiểm soát Cây tạo hạt phấn

bình thường khơng thể giải phóng ngồi bao phấn khơng mở Bất dục đực chức ñược nghiên cứu nhiều cà chua Tuy nhiên bất dục ñực chức mẫn cảm với điều kiện mơi trường nên sử dụng sản xuất hạt lai

3.2 Bất dục ñực tế bào chất

Bất dục ñực tế bào chất kết bất thường tế bào chất Tế bào chất bất dục thường ký hiệu S tế bào chất bình thường N F Toàn lai bất dục tế bào chất với hữu dục ñều bất dục Bất dục ñực tế bào chất ñược phát hành tây, ngô, cà rốt, ớt Phần lớn nguồn bất dục ñực tế bào chất kết lai có quan hệ họ hàng xa nhau, chẳng hạn lai khác lồi, khác chi Có thể chuyển tính bất dục đực vào dịng tự phối cách sử dụng dạng bất dục làm mẹ lai lại nhiều lần với dịng tự phối

Bất dục đực tế bào chất có nhiều ưu điểm lồi cảnh tất bất dục không Cây không sống lâu kéo dài thời gian hoa

3.3 Bất dục ñực tế bào chất-nhân

Bất dục ñực tế bào chất-nhân có tham gia tế bào chất nhân, kết tác ñộng phối hợp tế bào chất bất dục (S) gen khơng phục hồi nhân (rf), ví dụ ngơ, cao lương, lúa, hướng dương, v.v Lai bất dục ñực với có kiểu gen có phấn (N)rfrf khơng có khả phục hồi, hệ hồn tồn bất dục Kiểu gen (N)rfrf gọi kiểu gen trì bất dục Ngược lại lai có khả phục hồi hệ hồn tồn hữu dục Sự có mặt gen phục hồi (Rf) khắc phục tác ñộng bất dục tế bào chất Kiểu gen (N)/(S)RfRf gọi kiểu gen phục hồi hữu dục

Bất dục ñực tế bào chất-nhân (thường gọi tắt bất dục tế bào chất, CMS) cơng cụ khử đực di truyền, sử dụng rộng rãi sản xuất hạt lai nhiều trồng ðể sử dung bất dục ñực tế bào chất-nhân có hiệu quả, yếu tố sau cần phải lưu ý:

a) Tính bất dục đực phải ổn ñịnh Bất kỳ ổn ñịnh ñều dẫn ñến trình tự thụ phấn

b) Sử dụng rộng rãi nguồn bất dục làm tăng tính cảm nhiễm với dịch bệnh (ví dụ, bất dục ñực kiểu Texas Mỹ năm 1970-71)

c) Ảnh hưởng mơi trường độ dài ngày, cường độ ánh sáng, nhiệt ñộ, ẩm ñộ tương ñối, mật ñộ ảnh hưởng tới phản ứng hữu dục gen phục hồi d) Sản xuất hạt giống phải có hiệu kinh tế; suất chất lượng sản phẩm

con lai phải vượt trội so với giống thường

(32)

- Bất dục ñực TBC phát năm 1931

- 1948 phát gen có khả phục hồi hữu dục, ngô bất dục TBC kiểu T (Texas), ñưa BDTBC vào sản xuất hạt lai Hoa Kỳ; dịch bệnh ñốm nhỏ năm 1970-1971 kiểu T mẫn cảm với bệnh

Các loại bất dục tế bào cất-nhân

i) Bất dục ñực ñồng tế bào chất: = nội loài Cao lương: milo x kafir

Cây lanh: procumbent x tall

Cải dầu: Dạng Thuỵ ðiển/ Canada x 'Bronovski' ii) Bất dục ñực dị tế bào chất = loài chi (Capsicum peruvianum) x C annuum

(Brassica nigra) x B oleracea (Oryza spontanea) x O sativa (Triticum timopheevi) x T aestivum

3.4 Gây bất dục đực hố chất

Một biện pháp thay ñể sản xuất hạt lai lúa nước lúa mì sử dụng hố chất diệt giao tử ñực (chemical pollen suppressant, CPS hay chemical hybridization agent, CHA) Sử dụng hố chất tạo lai tổ hợp có ưu lai cao Tính bất dục đực tương đối dễ sử dụng khơng cần phải trì Bất kỳ giống gây bất dục sử dụng làm mẹ khơng cần tìm kiếm dịng phục hồi

Một hố chất khử đực tốt cần thỏa mãn yêu cầu sau:

- Gây bất dục hạt phấn có chọn lọc mà khơng làm ảnh hưởng đến nhụy (ñộ hữu dục) phận khác cây, ñảm bảo số lượng chất lượng hạt lai mẹ

- Tác dụng cách hệ thống bền vững ñể gây bất dục ñực nhánh giai ñoạn khác (sớm muộn)

- An tồn cho người, gia súc, khơng gây hại mơi trường, khơng có hệ gây đột biến - Ổn ñịnh tồn lưu thời gian định, khơng bị ảnh hưởng điều kiện

thời tiết

- Sử dụng dễ dàng, thuận tiện, hiệu kinh tế cao

Nhiều hóa chất diệt hạt phấn ñã ñược sử dụng, ethaphon, ethrel, hợp chất RH531, RH532, v.v Trong sản xuất hạt lúa lai, Trung Quốc ñã sử dụng hai chất: MG1 (Mononatri methan arsenat) MG2 ( Natri methyl arsenat) Những hóa chất có hiệu lực phun vào thời điểm 5-9 ngày trước kho nở hoa nồng ñộ 0,02% Ưu điểm sử dụng hóa chất sản xuất hạt lai gồm (Virmani and Edwards, 19:

1) ðơn giản hóa quy trình chọn tạo giống khơng cần bất dục ñực gen phục hồi 2) Tránh ñược cơng đoạn tốn phức tạp để nhân dịng bất dục

3) Kiểu gen có bao phấn thị ngồi sử dụng làm mẹ

4) Tránh ñược thời gian chuyển chuyển kiểu gen triển vọng thành dịng bất dục đực 5) Dễ dàng việc đánh giá dịng khả kết hợp

Những hạn chế hoá chất gây bất dục:

(33)

1) Liều lượng hóa chất đủ để gây bất dục ñực thường gây bất dục nhụy giảm tỉ lệ kết hạt

2) ðiều kiện hời tiết (mưa kéo dài, gió mạnh) cản trở việc phun hóa chất vào giai ñoạn tối ưu

3) Gây bất dục ñực khơng hồn tồn, hóa chất có hiệu lực thời gian ngắn giai ñoạn phát triển ñịnh nên phải phun nhiều lần

4) Chi phí cao

Fehr, W R 1986 Principles of cultivar development, Chapter 2, Volume Macmillan Publishing Co

Poehlman, J M., D A Sleper 1995 Breeding field crops 4th Edition Iowa State University Press

Lê Duy Thành 2001 Cơ sở di truyền chọn giống thực vật NXB Khoa học Kỹ thuật Hughes, M A 1996 Plant molecular genetics Chapter 12: Breeding systems, trang 155-167

1 Có kiểu sinh sản thực vật? Phân biệt tự thụ phấn giao phấn Những yếu tố (ñặc ñiểm) ñảm bảo tự thụ hay giao phấn Kể tên tự thụ phấn giao phấn Ảnh hưởng tự thụ phấn giao phấn tới cấu trúc di truyền hệ nào?

3 Tại hệ hình thành từ hạt sinh sản vơ tính thường khơng đồng nhất? Nếu muốn trì tính di truyền cây, anh (chị) sử dụng phương pháp hữu tính hay vơ tính? Tại sao?

5 Thế sinh sản vô phối? Khả ý nghĩa ứng dụng vô phối chọn giống? Các phận chủ yếu hoa ý nghĩa chúng trình hình thành hạt, trình lai

7 Sự khác hoa đầy đủ hoa khơng đầy đủ, hoa hồn hảo khơng hồn hảo, lưỡng tính đơn tính, ñơn tính gốc ñơn tính khác gốc

8 Thế tự bất hợp? Bất hợp giao tử? Bất hợp bào tử?

9 Liệt kê trở ngại khả ứng dụng tự bất hợp chọn giống trồng 10 Có thể tạo dịng tự phối tự bất hợp (ví dụ cải bắp) khơng? Làm nào? 11 Thế bất dục ñực?

12 Các loại bất dục ñực

13 Sự khác bất dục ñực tế bào chất bất dục ñực tế bào chất –nhân 14 Ứng dụng bất dục ñực chọn giống/sản xuất giống

15 Ưu ñiểm nhược ñiểm bất dục đực hóa chất

(34)

CHƯƠNG IV

DI TRUYỀN SỐ LƯỢNG TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Mục tiêu chương

1 Nắm ñược ảnh hưởng yếu tố môi trường di truyền tới biểu tính trạng số lượng

2 Hiểu giá trị kiểu hình, kiểu gen thành phần phương sai

3 Nắm ñược phương sai di truyền, hệ số di truyền, tương quan di truyền ý nghĩa chúng ñối với chọn lọc; sở cải tiến đồng thời nhiều tính trạng số chọn lọc

4 Trình bày khái niệm ý nghĩa tương tác kiểu gen-môi trường Nắm ñược phương pháp ñánh giá khả kết hợp

Lập kế hoạch thực hiên chương trình chọn giống để cải tiến tính trạng số lượng phụ thuộc lớn vào mức ñộ biến ñộng di truyền nguồn vật liệu chọn giống Phần lớn tính trạng kinh tế quan trọng trồng tính trạng số lượng, suất, phẩm chất, thời gian sinh trưởng, v.v Khác với tính trạng chất lượng, tính trạng số lượng biểu thị biến thiên liên tục từ giá trị thấp ñến giá trị cao có nhiều dạng trung gian Nguyên nhân gây biến thiên liên tục tính trạng số lượng kiểm soát nhiều gen có hiệu ứng nhỏ mang tính tích luỹ Sự phân ly ñồng thời nhiều gen tạo phạm vi rộng kiểu gen mang tính liên tục khơng thể phân chia thành lớp riêng biệt Biến ñộng cá thể quần thể ñối với tính trạng số lượng ngồi kiểu gen cịn liên quan tới ảnh hưởng môi trường Trong phần lớn trưịng hợp tính trạng số lượng có tương quan với nhau, cải tiến tính trạng thay đổi tính trạng khác ðối với sản xuất giống có khả thích nghi rộng cần thiết, nên nghiên cứu tương tác kiểu gen – môi trường cần thiết Các phương pháp chọn giống thường dựa vào hoạt động gen kiểm sốt tính trạng Phương pháp tổ hợp hay phương pháp lai truyền thống sử dụng hiệu ứng cộng, giống lai lại F1 tận dụng hiệu ứng gen không cộng (trội, siêu trội)

1 Giá trị kiểu hình, kiểu gen thành phần phương sai

Giá trị kiểu hình (P) tính trạng số lượng tổng tác ñộng cuả kiểu gen (G) môi trường (E)

P = G + E

Kiểu hình biểu bề ngồi thể sống hay giá trị ño tính trạng, độ bạc bụng hạt gạo, khối lượng 1000 hạt thóc 28 gam, chiều cao ngơ 185 cm Kiểu gen kết tác động gen kiểm sốt tồn q trình sinh hóa cá thể qua tiềm tính trạng cá thể Mơi trường bao gồm tồn yếu tố bên ngồi ảnh hưởng đến biểu gen kiểm sốt q trình sinh hóa biểu gen thành kiểu hình Các yếu tố bên ngồi gồm thời tiết, khí hậu, ẩm độ, độ phì đất, v.v

Cũng tính trạng chất lượng, kiểu gen tính trạng số lượng gồm tương tác nội lô cut lơ cut Do kiểu gen tính trạng số lượng biểu thị bằng:

G = A + D + I

trong ñó A hiệu ứng riêng rẽ alen hay thành phần cộng tính kiểu gen (Fisher, 1918); D ñộ lêch trội hay thành phần tương tác nội lô cut I thành phần tương tác lơ cut Nếu ñịnh lượng ñược biểu

(35)

kiểu gen , giá trị thể dị hợp tử lơ cut riêng rẽ giá trị trung bình thể đồng họp tử khơng có gen trội so với gen Do đó, ñộ lệch so với giá trị trung bình ñều dấu hiệu có mặt trội Có ba mức trội là: trội khơng hồn tồn - giá trị thể dị hợp tử nằm khoảng trung bình hai thể đồng hợp tử giá trị thể đồng hợp tử trội; trội hồn tồn - giá trị thể dị hợp tử giá trị thể ñồng hợp tử trội siêu trội - giá trị thể dị hợp tử vượt phạm vi hai thể ñồng hợp tử

Nếu tính trạng kiểm sốt nhiều lơ cut, thành phần cộng kiểu gen tổng hiệu ứng riêng rẽ alen tất lô cut thành phần trội tổng tất tương tác nội lơ cut Bất kỳ độ lệch cịn lại so với giá trị trung bình kiểu gen sau trừ ñi hiệu ứng cộng trội ức chế

Mỗi yếu tố khác kiểm sốt kiểu hình cá thể với tính trạng số lượng đóng góp vào khác cá thể quần thể Tổng biến động hay phương sai kiểu hình σ2P quần thể :

σ2P = σ2G + σ2E

Tổng phương sai di truyền σ2G bao gồm phương sai hiệu ứng cộng hay hiệu ứng trung bình gen (σ2

A), phương sai hiệu ứng trội (σ2D) phương sai ức chế hay tương tác gen (σ2I) (Kempthorne, 1954; Falconer MacKay, 1996) Phương sai ức chế biểu thị thành phần biến ñộng tàn dư chia thành thành phần hoàn toàn cộng (σ2

AA,σ2AAA ), cộng x trội (σ2AD, σ2AAD, σ2ADD ) hoàn toàn trội (σ2DD , σ2DDD ) Do đó:

σ2G = σ2A + σ2D + σ2I

Việc ước lượng thành phần phươg sai địi hỏi sơ đồ giao phối để tạo quần thể có quan hệ họ hàng Những sơ ñồ chủ yếu gồm sơ ñồ phân tổ (NC I), sơ ñồ nhân tố (NC2) lai dialen (Hallauer Miranda, 1983; Wricke, 1986) Bằng sơ đồ thí nghiệm thích hợp phân tích phương sai, tính thành phần phương sai; chúng ñược ñổi thành thành phần di truyền qua hiệp phương sai họ hàng

Hệ số biến ñộng ñược sử dụng ñể ñánh giá mức biến ñộng hai tính trạng tương phản Hệ số biến động kiểu hình (PCV) hệ số biến động kiểu gen (GCV) tính sau:

Biến ñộng yếu tố di truyền:

Quần thể khác có cấu tạo di truyền khác khác kích

thước, khối lượng phận, hình dạng, màu sắc hay phát triển

các cá thể Biến động di tryền quan sát sinh trưởng

trong ñiều kiện mơi trường Biến động di truyền tạo thành

tái tổ hợp gen, biến ñổi ñột biến, chọn lọc dịch gen Biến ñộng di truyền ñược truyền lại cho hệ

Biến động mơi trường:

ðiều kiện mơi trường khác gây khác kích thước, khối

lượng phận, hình dạng, màu sắc hay phát triển cá thể

Các yếu tố môi trường gồm ñộ phì ñất, ñộ pH, ñiều kiện nước tưới, nhiệt ñộ,

ánh sáng quang chu kỳ, ẩm độ, sâu bệnh hại, vv Biến động mơi trường có

thể quan sát có cấu trúc di truyền

môi trường khác Biến động tác động mơi trường không truyền

lại cho hệ

(36)

Χ

= P

CV

P σ ;

Χ

= G

CV

G σ

Trong σP σP độ lệch chuẩn kiểu hình kiểu gen X giá trị trung bình

2 Hệ số di truyền hiệu chọn lọc

Hiệu chọn lọc tính trạng số lượng phụ thuộc vào ý nghĩa tương ñối yếu tố di truyền không di truyền khác kiểu hình kiểu gen quần thể – gọi hệ số di truyền Hệ số di truyền ñược ño tỉ số phương sai di truyền phương sai kiểu hình hay tổng phương sai Có hai giá trị thường sử dụng, hệ số di truyền nghĩa rộng, h2

b = σ2G/σ2P, hệ số di truyền nghĩa hẹp, h2n = σ2A/σ2P Là ñại lượng thống kê biểu thị tỉ số phương sai nên hệ số di truyền ñại lượng ñặc trưng cho quần thể xác định mơi trường xác định thời ñiểm xác ñịnh Bản thân giá trị di truyền quần thể khơng nói lên tính ưu việt quần thể Giá trị h2 dao động khoảng từ đến 1; dịng cá thể có kiểu gen nên tồn biến ñộng hay khác cá thể hoàn toàn yếu tố ngoại cảnh h2 =

Mục đích chọn lọc thay đổi giá trị trung bình quần thể tính trạng cần cải tiến thơng qua thay đổi tần số gen Vì hiểu biết hệ số di truyền, hệ số

Các cách tính hệ số di truyền

Hệ số di truyền dựa vào ñơn lẻ chọn lọc dựa vào quần thể mà

không phân thành khối

2 2 2 g ge W g h σ σ σ σ σ + + + =

Hệ số di truyền ñơn lẻ chọn dự vào so sánh khối

2 2 2 g ge W g h σ σ σ σ + + =

Hệ số di truyền dựa vào ô

2 2 / 2 g ge n W g h σ σ σ σ σ + + +

= 2 2 2

2 g ge e g σ σ σ σ + + = -

Hệ số di truyền dựa vào trung bình dịng

2 / / 2 g l ge rl e g h σ σ σ σ + + =

Ghi chú: σ2g = phương sai di truyền, σ 2

w = phương sai ô,

σ2= phương sai ô, σ2e = σ2w /n sai số thí nghiệm, σ2ge = tương tác kiểu gen x môi trường, n = số ô, r = số lần lặp lại, l = số môi trường thử nghiệm

(37)

di truyền nghĩa hẹp cần thiết ñối với nhà chọn giống Trong thành phầ phương sai di truyền, Wright (1971), coi phần cộng tính xác địng giống bố mẹ Sự thay ñổi giá trị kiểu gen quần thể sau hệ chọn lọc ñược gọi tiến di truyền hay kết chọn lọc Kết chọn lọc (∆G ) tính trạng phụ thuộc vào hệ số di truyền tính trạng ước lượng công thức sau:

Sh

G =

∆

trong S = vi phân chọn lọc

= hiệu số giá trị trung bình cá thể ñược chọn quần thể ban ñầu

h2 = hệ số di truyền, thường nghĩa hẹp

Như kết chọn lọc cao hệ số di truyền vi phân chọn lọc cao Giá trị h2 bị ảnh hưởng tác ñộng mơi trường tăng cách sử dụng phương pháp chọn lọc sơ đồ thí nghiệm thích hợp Vi phân chọn lọc phụ thuộc vào tỉ lệ cá thể ñược chọn mức ñộ biến ñộng quần thể Vi phân chọn lọc tăng chiều với ñộ biến ñộng ngược chiều với tỉ lệ chọn lọc

ðể dự đốn so sánh kết chọn lọc nhà chọn giống thường sử dụng giá trị S/σP thay cho S làm vi phân chọn lọc tiêu chuẩn hố Kết chọn lọc biểu thị bằng:

2 h i P

G = σ

∆

trong i = S/σP gọi cường độ chọn lọc ðối với tính trạng số lượng phân phối chuẩn i = Yz/p, Yz ñộ cao toạ ñộ ñiểm chọn lọc p tỉ lệ chọn Có thể tính cường độ chọn lọc (các giá trị i) cho giá trị p khác cách sử dụng bảng có giá trị Yz số sách thống kê Bảng 1.4 ñây cho biết số giá trị i với tỉ lệ chọn lọc khác nhau:

Bảng 1.4 Giá trị i (cường ñộ chọn lọc) ñối với số giá trị p (tỉ lệ chọn) _ p % 50 40 30 25 20 15 10 i 0,80 0,97 1,16 1,27 1,40 1,55 1,76 2,06 2,42 2,84

3 Tương quan di truyền phản ứng liên đới

Các tính trạng số lượng thườg có mối tương quan với Ví dụ, suất hạt cốc thường có tương quan nghịch với hàm lượng protein có tương quan dương với thời gian sinh trưởng Trong chương trình chọn giống, mối tương quan suất, yếu tố cấu thành suất tính trạng kinh tế khác có ý nghiã quan trọng ñối với chọn lọc, ñặc biệt nhà chọn giống cần cải tiến đồng thời nhiều tính trạng Tương quan dương làm tăng mức chọn lọc hai tính trạng, ngược lại tương quan âm làm giảm mức chọn lọc Vì vậy, điều quan trọng nhà chọn giống phải xác ñịnh ñược mối tương quan có sở di truyền phản ánh yếu tố môi trường Tương quan di truyền cộng, rA, ước lượng thơng qua tương quan giá trị chọn giống hai tính trạng cá thể quần thể Tương quan môi trường, rE, tương quan độ lệch mơi trường biểu thị phần dư phương sai kiểu hình Có thể ước lượng phương sai kiểu hình hai tính trang X Y theo công thức sau:

Y X P P P P Cov r σ σ

=

Y X P P E A P Cov Cov r σ σ + =

(38)

Nếu ñặt e2 = - h2 ta có

) ( ) ( ) ( )

( E X E Y

E Y X Y A X A A Y X P Cov e e Cov h h r σ σ σ σ + = E Y X A Y X

P h h r e e r

r = +

Thơng thường chọn lọc để cải tiến tính trạng kéo theo thay đổi tính trạng khác Ví dụ tăng hàm lượng caroten khoai lang làm thay ñổi thuỷ phần hay hàm lượng chất khô củ Nếu gọi X tính trạng chọn trực tiếp phản ứng chọn lọc X giá trị chọn giống trung bình cá thể chọn Sự thay đổi tính trạng gián tiếp Y hồi quy giá trị chọn giống Y với giá trị chọn giống X Quan hệ hồi quy là:

) ( ) ( ) ( ) ( X A Y A A X A A XY A r Cov b σ σ σ = =

Kết chọn lọc tính trạng X chọn trực tiếp là: )

( X

A X GX ih

R = σ

Do kết chọn lọc liên đới tính trạng Y ) (Y A A X C Y ih r

R = σ

hoặc

X XY A C

Y b R

R = ( ) = i*hX*rA*σA(Y) Nếu đặt σAY = hYσAY phản ứng liên ñới là:

Y

P A Y X h r

h

i* * * σ

Do đĩ kết chọn lọc tính trạng liên đới cĩ thể dự đốn biết tương quan di truyền hệ số di truyền hai tính trạng Hiệu chọn lọc gián tiếp là:

Như tương quan di truyền hai tính trạng khơng chọn lọc tính trạng thứ cấp khơng có hiệu Ngược lại hai tính trạng tương quan chặt chẽ tính trạng thứ cấp có hệ số di truyền cao, chọn lọc gián tiếp có hiệu cao

4 Chọn lọc đồng thời nhiều tính trạng

Trong phần lớn chương trình chọn giống thực vật động vật, nhiều tính trạng cần phải cải tiến đồng thời Tuy nhiên, cải tiến tính trạng kéo theo cải tiến

(39)

làm xấu tính trạng khác có liên quan Do tiến hành chọn lọc cần phải xem xét tất tính trạng quan trọng lồi trồng

4.1 Chọn lọc theo thứ tự

a Cải tiến theo thứ tự qua nhiều hệ

b ðầu tiên cải tiến tính trạng, sau tính trạng thứ tiếp tục

c Lâu khơng hiệu biến động di truyền giảm q trình chọn lọc tính trạng đầu

d Có lẽ khơng tiến hành có ý thức–nhưng tiến hành bệnh phát sinh, tính trạng cần quan tâm thay ñổi, v.v

4.2 Chọn lọc ñộc lập

a Chọn lọc hay nhiều tính trạng lúc

b Nếu tính trạng phân phối bình thường, kết chọn lọc độc lập sẽ cắt mẫu hình tam giác khổi ñồ thị phân phối

4.3 Chọn lọc theo số

Chỉ số chọn lọc hàm tuyến tính thuộc tính khác với trọng số phù hợp, làm sở cho việc chọn lọc đồng thời nhiều tính trạng thông qua nhận biết phân biệt kiểu gen mong muốn với kiểu gen không mong muốn dựa vào kiểu hình Smith (1936) định nghĩa giá trị kiểu gen (P) cá thể là:

P = a1G1 + a2G2 + + anGn

trong G1, G2 , Gn giá trị kiểu gen tính trạng riêng rẽ a1, a2, , an biểu thị ý nghĩa kinh tế tương ñối tính trạng Một hàm khác (I) dựa vào kiểu hình tính trạng khác biểu thị dạng:

I = b1P1 + b2P2 + + bnPn

trong b1, b2, ,bn hệ số cần ñược ước lượng cho tương quan P I (r(P,I) ñạt giá trị tối ña

ðể ñạt ñược giá trị r(P,I) cao phải giải hệ phương trình để tìm giá trị bi Nếu xem xét tính trạng hệ phương trình có dạng sau:

b1P11 + b2P12 + b3P13 = a1G11 + a2G12 + a3G13 b1P21 + b2P22 + b3P23 = a1G21 + a2G22 + a3G23 b1P31 + b2P32 + b3P33 = a1G31 + a2G32 + a3G33 và dạng ma trận trở thành (Pb = Ga):

P11 P12 P13 b1 G11 G12 G13 a1 P21 P22 P23 x b1 = G21 G22 G23 x a1 P31 P32 P33 b1 G31 G32 G33 a1 Các hệ số bi ñược ước lượng sau:

b = P—1Ga

trong b cột vec-tơ, P—1 là ma trận ngược phương sai hiệp phương sai kiểu hình, G ma trận phương sai hiệp phương sai kiểu gen a cột vec-tơ giá trị kinh tế

Như ñể thiết lập số chọn lọc phải thực bước sau đây:

Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nơng Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(40)

1 Ước lượng ma trận phương sai hiệp phương sai kiểu gen kiểu hình Phương sai hiệp phương sai ước lượng thơng qua sơ đồ giao phối trình bày phần trước

2 Lập hệ phương trình theo dạng ma trận

3 Giải hệ phương trình để xác định giá trị bi Chỉ số chọn lọc tiêu chọn lọc

Chỉ số chọn lọc cho cá thể hay nhóm cá thể (dịng, gia đình ) xây dựng dựa vào giá trị bi giá trị kiểu hình Cơng thức tốn học hàm (I) gọi số chọn lọc:

I = b1P1 + b2P2 + + bnPn

Lấy ví dụ đơn giản: có tính trạng quan trọng có trọng số sau:

Năng suất 0,3 Ngày gieo đến chín -1,4 hàm lượng protein 4,7

Chỉ số (I) ñối với kiểu gen cụ thể có suất 1800 kg/ha, thời gain sinh trưởng 94 ngày, hàm lượng protein 12% là:

I = 0,3 x 1800 – 1,4 x 94 + 4,7 x 12.4 = 466,68

Các số chọn lọc a) Chỉ số chọn lọc tối ưu

Chỉ số chọn lọc tối ưu Smith (1936) Henderson (1963) đề xuất Henderson phân chia tính trạng làm hai loại: tính trạng sơ cấp tính trạng thứ cấp Tính trạng sơ cấp tính trạng có giá trị kinh tế tương đối khác khơng, tính trạng thứ cấp có giá trị kinh tế khơng tương quan với tính trạng sơ cấp có ích chương trình chọn lọc Ví dụ suất cốc, số liệu thường thu thập suất hạt hay nhiều ba yếu tố cấu thành suất — số bơng đơn vị diện tích, số hạt bông, khối lượng hạt Trừ khối lượng hạt tính trạng quan trọng, ba yếu tố cấu thành xem tính trạng thứ cấp tầm quan trọng kinh tế ấn ñịnh cho tính trạng sơ cấp suất hạt

Như ñể xây dựng số chọn lọc tối ưu không cần giá trị kinh tế mà cần xác định tính trạng tính trạng sơ cấp Tuy nhiên xem xét tính trạng thứ cấp có ý nghĩa kinh tế cải tiến tính tính trạng sơ cấp định Ví dụ, xây dựng số ñể cải tiến suất hạt, có giá trị bao gồm hàm lượng protein tính trạng thứ cấp, chí có số khác ñược xây dựng ñể cải tiến hàm lượng protein

Có thể đưa ví dụ sau: có m tính trạng có ý nghĩa kinh tế cần cải tiến Trước hết xây dựng số cho m tính trạng, ta có,

I1 = b1P1 + b12P2 + + b1nPn I2 = b21P1 + b22P2 + + b2nPn

I m = bm1P1 + bm2P2 + + bmnPn

(41)

Chú ý bij khơng (0) tính trạng thứ j khơng đóng góp vào việc cải tiến tính trạng sơ cấp thứ i Chỉ số cuối ñể cải tiến đồng thời m tính trạng có ý nghĩa kinh tế tính tốn là:

I = a1I1 + a2I2 + + amIm

= a1b11P1 + a1b12P2 + + a1bInPn + a2b21P1 + a2b22P2 + a2b2nPn

+ ambm1P1 + ambm2P2 +ambmnPn

Chọn lọc kiểu gen dựa vào số cuối Ưu ñiểm phương pháp khả tính tốn số chọn lọc I’, cách ñưa tỷ trọng cho số riêng rẽ giá trị kinh tế tính trạng sơ cấp thay đổi

b) Chỉ số chọn lọc

Chỉ số ñược sử dụng ñể cải tiến ñồng thời hai hay nhiều tính trạng giá trị kinh tế tương đối ấn định cho tính trạng khơng có giá trị ước lượng tham số kiểu gen kiểu hình Chỉ số chọn lọc ñược tính cho kiểu gen cách ñánh giá tầm quan trọng giá trị kiểu hình tính trạng thơng qua giá trị kinh tế tương ứng chúng cộng số điểm tất tính trạng có giá trị kinh tế khác khơng; là:

I = a1P1 + a2P2 + + anPn

Ví dụ lúa, coi suất hạt có giá trị gấp hai lần suất rơm rạ giá trị kinh tế tương đối 1,0 ñối với suất hạt 0,5 ñối với suất rơm rạ Chỉ số cho hai tính trạng I = suất hạt x 0,5 suất rơm rạ

c) Chỉ số chọn lọc cải tiến

Khác với số chọn lọc bản, số cải tiến tầm quan trọng giá trị kiểu hình tính trạng đánh giá theo hệ số di truyền giá trị kinh tế Smith cộng cho số chọn lọc dựa vào hệ số di truyền hiệu số giá trị kinh tế tất tính trạng Nếu tính trạng có gía trị kinh tế khác hệ số di tryền biến động lớn tính trạng cần cải tiến xây dựng số chọn lọc kết hợp hệ số di truyền giá trị kinh tế

Giả sử có giá trị ước lượng hệ số di truyền (h2) giá trị kinh tế (ai), dối kiểu gen số I = a1h12P1 + a2h22P2 + +anhn2Pn Chỉ số sở cho việc chọn lọc ñồng thời tất tính trạng bao gồm số

d Chỉ số chọn lọc hạn chế

Chỉ số chọn lọc hạn chế ñược áp dụng tình định nhà chọn giống cần cải tiến r số m tính trạng có ý nhgĩa kinh tế, cịn m — r tính trạng khơng thay đổi Giả sử có tính trạng P1, P2, P3 P4 ñược ño cá thể quần thể Nếu tính trạng P1 chiều cao khơng cần thay đổi cịn tính trạng P2, P3 P4 khơng có hạn chế ðể xây dựng số chọn lọc cần tối đa hố tương quan I P cho ñáp ứng chọn lọc P1 Nếu r m (r < m ) thay ñổi lượng ki, i = 1, 2, r, P ma trận hiệp phương sai kiểu hình m tính trạng , G r x m ma trận hiệp phương sai kiểu gen r tính trạng hạn chế, k r x vec-tơ thay ñổi mong muốn tính trạng giới hạn, m hệ số ñược ước lượng sau:

b = P—1Gr (GrP—1G’r)—1k Chọn lọc dựa vào số I = b1P1 + b2P2 + bmPm

(42)

5 Tương tác kiểu gen - mơi trường đánh giá tính ổn ñịnh

5.1 Khái niệm tương tác kiểu gen-môi trường

Tương tác kiểu gen - môi trường (GxE) biểu thị thành phần kiểu hình làm sai lệch giá trị ước lượng thành phần khác Tương tác kiểu gen môi trường tồn kiểu gen phản ứng khác với thay đổi của điều kiện mơi mơi trường (năm, vụ gieo trồng, ñịa ñiểm, mật ñộ ) Sự khác thể chiều phản ứng mức độ phản ứng hai (Hình 1.4) Nói cách khác giống có suất cao mơi trường so với giống lại thấp môi trường khác Như tương tác kiểu gen-môi trường làm thay ñổi thứ bậc kiểu gen hay giống ñược ñánh giá ñiều kiện khác nhau, gây khó khăn cho nhà chọn giống việc xác ñịnh tính ưu việt giống ñược ñánh giá Vì vây, tính tốn mức độ tương tác quan trọng việc xác ñịnh chiến lược chọn giống đưa giống có khả thích nghi rộng với điều kiện mơi trường gieo trồng khác

GxE bao gồm tương tác kiểu gen (G) x ñịa ñiểm (L), G x Năm (Y), G x L x Y Nhìn chung, G x Y thường lớn G x L nhiều thí nghiệ khảo nghiệm Nếu thành phần GxY lớn hơn, khảo nghiệm nhiều năm cần thiết Tuy nhiên khảo nghiệm nhiều năm kéo dài thời gian chọn giống nên thường xem xét ñến giai ñoạn ñầu Trong giai ñoạn khảo nghiệm giống triển vọng, khảo nghiệm nhiều vụ cần thiết ñể chọn giống tốt nhất, ổn định

5.2 Mơ hình đánh giá tính ổn định

Có mơ hình thống kê ñược sử dụng ñể ñánh giá tính ổn ñịnh tính trạng nơng học kiểu gen, giống dòng triển vọng

1 Phương pháp phân tích phương sai Phương pháp phân tích hồi quy Phương pháp thống kê khơng tham số Phương pháp phân tích nhiều biến

Tuy nhiên chương ñề cập ñến phương pháp phổ biến phân tích phương sai phân tích hồi quy

(a) (b)

I II I II

Môi trường Mơi trường

Hình 1.4: Phản ứng hai giống (A B) hai môi trường khác (I

và II) (a) phản ứng ngược chiều làm thay ñổi thứ bậc

(b) phản ứng chiều khơng thay đổi thứ bậc khác mức ñộ

A

B B

A

(43)

Phân tích phương sai

Phân tích phương sai dựa vào đĩng gĩp khác kiểu gen khác vào thành phần thương tác Vì vậy, để xác định mức độ tương tác kiểu gen - mơi trường kiểu gen (giống, dịng , gia đình ) đánh giá mơi trường khác Mơi trường bao gồm yếu tố ảnh hưởng hay liên quan tới sinh trưởng phát triển Allard Bradshaw (1964) phân loại yếu tố mơi trường thành yếu tố cĩ thể dự đốn yếu tố khơng thể dụ đốn Các yêú tố cĩ thể dự đốn xảy cách hệ thống người cĩ thể kiểm sốt loại đất, thời vụ gieo trồng, mật độ lượng phân bĩn Ngược lại, yếu tố khơng thể dự đốn biến động khơng ổn định lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng

Khi có tương tác kiểu gen - mơi trường (GE) phương sai kiểu hình phân chia thành thành phần, là:

σ2P = σ2G + σ2E + σ2GE

trong σ2E , σ2GE thành phần khơng di truyền phương sai kiểu hình Nếu thí nghiệm đánh giá nhiều điều kiện môi trường (lặp lại theo không gian thời gian) phân tích phương sai theo bảng (Bảng 1.4) Mơ hình thống kê là:

Yij = µ + gi + mj + (gm)ij + eij

trong đó: Yij = Giá trị kiểu hình (năng suất chẳng hạn) kiểu gen thư i môi thrường thứ j

µ = trung bình tất kiểu gen tất môi trường gi = hiệu ứng kiểu gen thứ i

mj = hiệu ứng môi trường thứ j

(gm)ij = tương tác kiểu gen thứ i môi trường thứ j eij = sai số gắn với kiểu gen i mơi trường j

Bảng 1.4: Bảng phân tích phương sai (mơ hình ngẫu nhiên) cho thí nghiệm lặp lại nhièu ñiểm nhiều năm

Nguồn biến

động ðộ tự Bình phương

trung bình

Bình phương trung bình kỳ vọng

Năm y - -

ðiểm l - -

Lặp lại/ð/N ly(r - 1) -

Năm x ðiểm ( y -1 ) ( l -1 ) -

KG g - MS5 σ2e + rσ2gyl + rlσ2gy + ryσ2gl + rlyσ2g

KG x N ( y - ) ( g - ) MS4 σ2e + rσ2gyl + rlσ2gy KG x ð ( l -1 ) ( g - ) MS3 σ2e + rσ2gyl + ryσ2gl KG x N x ð ( g-1 ) ( y - ) ( l -

)

MS2 σ2e + rσ2gyl Sai số yl ( g - ) ( r - ) MS1 σ2e

Ghi chú: r = lần lặp lại; g = kiểu gen; y = số năm (mùa vụ); l = số điểm

Trong thí nghiệm lặp lại nhiều ñiểm nhiều năm thành phần phương sai ñược ước lượng sau:

(44)

ryl MS MS MS MS g

2 − − +

= σ rl MS MS gy − = σ ry MS MS gl − = σ r MS MS gyl 2 − = σ

σ2e = MS1 Do hệ số di truyền là:

ryl yl l y h e gyl gl gy g g / / /

/ 2

2 2 σ σ σ σ σ σ + + + + =

Phân tích hồi quy

Tính ổn định suất hay đặc ñiểm nông học khác giống ñiều kiện môi trường khác tiêu quan trọng chương trình chọn giống Có giống thích nghi với phạm vi mơi trường rộng số giống khác thích nghi với phổ mơi trường tương đối hẹp

Tính ổn định suất điều kiện mơi trường chịu ảnh hưởng kiểu gen cá thể quan hệ di truyền cá thể quần thể hay giống Trạng thái cân (homeostasis) tính đệm (buffering) dùng để mơ tả tính ổn ñịnh cá thể hay nhóm Người ta chứng minh cá thể di hợp tử, lai F1 chẳng hạn, ổn ñịnh bố mẹ ñồng hợp tử khả chịu ñựng tốt ñiều kiện bất lợi

ðể ño tính ổn định thơng qua tham số thống kê nhiều nhà nghiên cứu dùng phương pháp phân tích hồi quy (Finlay & Wilkinson, 1963; Eberhart & Russel, 1966) Một nhóm kiểu gen đánh giá phạm vi mơi trường định Hiệu số giá trị trung bình suất (hay tính trạng khác) kiểu gen mơi trường so với giá trị trung bình chung gọi số môi trường Năng suất kiểu gen hồi quy với số mơi trường tương ứng ñể ñánh giá phản ứng kiểu gen với mơi trường thay đổi ước lượng độ lệch so với ñường hổi quy (Eberhart & Russel, 1966) Một kiểu gen mong muốn kiểu gen có suất trung bình cao, hệ số hồi quy ñộ lệch so với ñường hồi quy

Mơ hình thống kê:

Yij = µµµµ + bi Ij + δδδδij

trong đó:

µ = trung bình tất kiểu gen tất môi trường Yij = giá trị kiểu gen thứ i môi trường thứ j bi = hệ số hồi quy giống thứ i với số môi trường Ij = số môi trường

(45)

Hệ số hồi quy xác định theo cơng thức sau: =∑( ) ∑ j j j j ij

i Y I I

b /

Trong Ij số môi trường bằng:       = ∑Y

Ij Ij = (Σ Yij/g) - ( Σ Σ Yij/gl) i i j

ðộ lệch so với ñường hồi quy i:

r g

S j e

ij d 2 2 σ δ − − = ∑                 −         − = ∑ ∑ ∑

∑ 2

2 / /

j j j ij j i ij j

ij Y Y l Y I I

δ

Chọn lọc môi trường khảo nghiệm

Từ phương trình kết chọn lọc biết tăng môi trường khảo nghiệm làm tăng kết cao tăng số lần lặp lại nội môi trường Tuy vậy, khảo nghiệm nhiều mơi trường khác (nhiều điểm chẳng hạn) tốn kém, cần chọn địa điểm khảo nghiệm vùng mục tiêu cho tối đa hóa thơng tin cần thiết Ví dụ, muốn thêm điểm thứ giống điểm có suất tương tự điểm thứ làm tăng thêm chi phí lặp lại khơng cần thiết

Một cách ñể khẳng ñịnh xem điểm có tương tự khơng đánh giá tập hợp kiểu gen nhiều điểm ñược sau ñó dựa vào kết chọn ñiểm thực khác biệt làm ñiểm khảo nghiệm Nói cách khác nhóm điểm khảo nghiệm mà suất tương ñối kiểu gen tương tự đặt điểm mà suất kiểu gen khác thành nhóm riêng biệt

Có nhiều cách để thực hiện, cách đơn giản tính “khoảng cách” hai mơi trường dựa vào số liệu suất tập hợp kiểu gen (Bernardo, 2002):

trong Dj j’ khoảng cách môi trường j j’,

n số kiểu gen

rj j’ tương quan suất kiểu gen mơi trường

Vì vậy, suất kiểu gen tương tự mơi trường, rj j’ = Dj j’ = 0;

nếu rj j’ = 0, Dj j’ = 2; rj j’ = -1, suất kiểu gen trái ngược

mơi trường , Dj j’ = Một tính khoảng cách, sử dụng phương

pháp phân nhóm để nhóm mơi trường thơng qua giống nhau/khác Dựa Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(46)

vào phân tích tổ, chọn mơi trường chọn lọc tối ưu, sử dụng nguồn lực cách hiệu

Chọn mơi trường đầu vào cao hay thấp

Trong chương trình chọn giống, chọn lọc mơi trường ñể ñánh giá vật liệu chọn giống chọn lọc quan trọng Tuy nhiên, khía cạnh ñánh giá ñược tranh luận nhiều liệu chọn lọc có cần phải tiến hành điều kiện môi trường khác vùng mục tiêu hay không Vấn ñề ñược ñề cập ñến ñiều kiện ñầu vào thấp ñối ngược với ñiều kiện ñầu vào cao, ñặc biệt nước ñang phát triển nơi mà hệ thống ñiều kiện sản xuất khác Các nhà chọn giống phải ñặt câu hỏi: có cần chọn giống tất điều kiện khơng?

Câu trả lời khơng dễ Phương pháp điển hình tiến hành thí nghiệm khảo nghiệm giống để xác ñịnh xem hệ thống ứng xử từ định chương trình chọn giống hệ thống Mẫu chung cho khảo nghiệm sau: giống hay giống lai tạo hệ thống A ñược ñánh giá hệ thống A, B, C, v.v, số tính trạng Tương tác giống với hệ thống ñược ñánh giá, khơng có tương tác kết luận giống tạo hệ thống A tốt cho hệ thống B

Một ví dụ so sánh hệ thống Hallauer and Colvin (1985) trình bày Các tác giả đánh giá 14 giống ngơ lai với phương pháp làm ñất (cày vụ thụ, làm ñất theo băng, bừa ñĩa vụ xuân, không làm ñất) năm trồng ngô liên tục với chế ñộ bón phân ñối với phương pháp làm đất Kết tổng hợp trình bày bảng 2.4 Trong thí nghiệm suất hạt ñộ ẩm hạt khác mức làm ñất, ba tính trạng ñều khác lai khơng có tương tác lai phương pháp làm đất Do kết luận lai tạo ñiều kiện làm ñất truyền thống cho suất tương tự ñiều kiện làm đất khác Như khơng cần chương trình chọn giống riêng biệt, chẳng hạn cho hệ thống canh tác tối thiểu (khơng làm đất) Tuy nhiên, kết ln khơng đề cập đến hạn chế giống tạo ñiều kiện canh tác tối thiểu cho suất cao điều kiện giống khác

Quan trọng vấn đề mơi trường đầu vào cao đối ngược với mơi trường đầu vào thấp Trong điều kiện ñầu vào cao, ñiều kiện bất lợi thường đầu vào làm dịu bất lợi mức độ định Vì khác kiểu hình kiểu gen mơi trường đầu vào cao lớn (năg suất cao hơn, v.v.), hệ số di truyền thường cao Vì vậy, nên tiến hành chọn lọc ñiều kiện ñầu vào cao

Bảng 2.4: Phương sai 14 giống ngô lai gieo trồng hệ thống làm ñất khác thời gian năm (Hallauer Colvin, 1985)

Bình phương trung bình từ phân tích phương sai Nguồn biến động Năng suất hạt ðộ ẩm hạt ðổ ngã

Phương pháp làm ñất 12294** 432** 1098NS

Giống lai 1617** 199** 5368**

Phương pháp làm ñất x Giống lai

145NS 9NS 162NS

(47)

ðể đánh giá độ tin cậy, việc tính tốn hiệu phản ứng chọn lọc liên ñới hệ thống A ñể sử dụng cho hệ thống B ñối với kết chọn lọc trực tiếp hệ thống B ñể sử dụng cho hệ thống B sau::

,

rG tương quan di truyền số tính trạng hệ thống A B,

hA bậc hệ số di truyền tính trạng hệ thống A,

hB bậc hệ số di truyền tính trạng hệ thống B

Nếu tỉ số kết chọn lọc liên ñới với kết chọn lọc trực tiếp nhỏ 1, nên chọn lọc trực tiếp hệ thống B ñể sử dụng cho hệ thống B (Bảng 3.4)

Bảng 3.4: Tỉ số kết chọn lọc liên ñới suất hệ thống B chọn lọc hệ thống A ñối với kết chọn lọc trực tiếp từ chọn lọc hệ thống B (với tỉ lệ hệ số di truyền tương quan di truyền khác hệ thống)

Chữ in ñậm cho thấy chọn lọc trực tiếp hệ thống B có hiệu Tương quan di truyền hệ thống A hệ thống B (rG) h2A / h2B 1,00 0,75 0,5 0,25

0,10 0,32 0,24 0,16 0,08

0,25 0,50 0,38 0,25 0,12

0,50 0,71 0,53 0,35 0,18

1 1,00 0,75 0,50 0,25

2 1,41 0,87 0,58 0,29

4 2,00 1,50 1,00 0,50

10 3,16 2,37 1,58 0,79

Nếu hệ số di truyền tương tự hai hệ thống, lợi ích chọn lọc gián tiếp phụ thuộc chủ yếu vào tương quan di truyền Tương quan di truyền tỉ lệ nghịch với phương sai GxE; khơng có phương sai GxE, chọ lọc gián tiếp cho hệ thống B chấp nhận ñược Nếu phương sai GxE lớn, chọn lọc gián tiếp hiệu so với chọn lọc trực tiếp

Nếu hệ số di truyền hệ thống A lớn hệ thống B, chọn lọc gián tiếp A ñể sử dụng cho B có hiệu tương quan di truyền nhỏ Ngược lại hệ số di truyền hệ thống B lớn hệ thống A, chọn lọc gián tiếp luôn hiệu qủa

6 Khả kết hợp

Hiệu tạo giống lai phụ thuộc lớn vào khả kết hợp bố mẹ Khả kết hợp coi khả của cá thể hai bố mẹ cụ thể để tạo hệ cĩ suất cao Sprague Tatum phân biệt hai loại khả kết hợp: khả kết hợp chung khả kết hợp riêng Khả kết hợp chung (GCA = general combining ability) khả bố mẹ tạo hệ cĩ suất định lai với số bố mẹ khác (năng suất trung bình tổ hợp) Khả tổ hợp riêng (SCA= specific combining ability) suất tổ hợp bố mẹ cụ thể biểu thị độ lệch suất dự đốn thơng qua khả kết hợp chung Khả kết hợp cĩ thể đánh giá sơ đồ lai lai dialen (Griffing, 1956), sơ đồ North

(48)

Carolina II (Comstock Robinson, 1948) dòng x vật liệu thử., sơ đồ lai đialen có lẽ sử dụng rộng rãi

Mơ hình phân tích khả kết hợp Gardner Eberhart (1966) là: Yijk = µ + gi + gj + sij +eijk

Trong Yijk suất tổ hợp lai kiểu gen thứ i kiểu gen thứ j lần lặp lại thứ k; µ giá trị trung bình chung; gi gj hiệu ứng khả kết hợp chung tương ứng bố mẹ thứ i thứ j; sij hiệu ứng khả kết hợp riêng tổ hợp giữakiểu gen thứ i kiểu gen thứ j; eijk sai số gắn với quan sát thứ ijk

ðể minh hoạ phương pháp ước lượng khả kết hợp ta xét ví dụ sau Lai đialen với N bố mẹ lai kiểu M x N (Hình 2.4) Cách tính khả kết hợp chung trình bày bảng 4.4 (Simmonds, 1979)

Kiểu lai ñialen (N bố mẹ)

A B C D

A A x A A x B A x C A x D - TA

B B x A B x B B x C B x D -

C C x A C x B C x C C x D - TC

D D x A ð x B D x C D x D -

T’A Tổng T

(49)

Kiểu lai M x N

A B C D

P A x A A x B A x C A x D -

Q Q x A Q x B Q x C Q x D - TQ

R R x A R x B R x C R x D -

TB Tổng T

Hình 4.2 Các kiểu lai để ước lượng khả kết hợp

Ghi chú: A, B, C, v.v = bố mẹ, TA, TB, v.v = tổng biên; T tổng toàn Bảng 4.4 Ước lượng khả kết hợp

Kiểu lai Khả kết hợp chung

a) ðialen ñầy ñủ N x N

GA = [(TA + T’A)/2N] - (T/N2) GB = [(TB + T’B)/2N] - (T/N2) b) Nửa đialen bố mẹ, khơng lai

nghịch GA = [(TA + Tự thụ)/(N+2)] – [2T/N(N+2)] c) Lai thn lai nghịch, khơng

có bố mẹ GA = [(TA + T’A)/2(N-2)] – [T/(N(N-2)] d) nửa ñialen (không bố mẹ lai

nghịch) GA = [(TA /N-2)] - [2T/(N(N-2)]

Kiểu lai M x N Bố mẹ A, B, C GA = (TA/M) – (T/MN) Bố mẹ P, Q, R GP= (TP/N) – (T/MN) GA, GB, v.v = Khả kết hợp chung bố mẹ A, B, v.v

Khả kết hợp riêng hai bố mẹ A x B là: SCAAB = YAB – GA - GB

TÀI LIỆU THAM KHẢO Baker, R J 1986 Selection indices in plant breeding CRC Press

Bernardo, R 2002 Quantitative Traits in Plants Stemma Press, Woodbury, MN

Falconer, D S 1986 Introduction to quantitative genetics Second Edition John Wiley & Sons, Inc New York

(50)

Griffing, J B 1956 Concept of general and specific combining ability in relation to diallel system Australian Journal of Biological Science 9: 463-493

Hallauer, A R and J B Miranda 1981 Quantitative genetics in maize breeding Iowa State University Press

Hallauer, A.R., and T.S Colvin 1985 Corn hybrids response to four methods of tillage Agron J 77:547-550

Simmonds N.W., and J Smartt 1999 Principles of Crop Improvement 2nd ed Blackwell Science, Oxford

Singh, R K and B D Chaudary 1979 Biometrical methods in quantitative genetic analysis

Wricke, G., and E Weber 1986 Quantitative genetics and selection in plant breeding Walter de Gruyter, Berlin - New York

1 So sánh khác tính trạng chất lượng tính trạng số lượng Nêu thành phần xác ñịnh kiểu hình tính trạng số lượng

3 Thế phương sai môi trường, phương sai di truyền, phương sai cộng? Ý nghĩa chúng ñối với chọn lọc

4 Thế hệ số di truyền? Sự khác hệ số di truyền nghĩa rộng hệ số di truyền nghĩa hẹp

5 Hệ số di truyền cá thể hệ số di truyền trung bình dịng

6 Khó khăn chọn lọc để cải tiến đồng thời nhiều tính trạng gì? Nêu chất số chọn lọc

7 Thế tương tác kiểu gen môi trường?

8 Ý nghĩa tương tác kiểu gen mơi trường chương trình chọn giống Giải thích khả kết hợp Phân biệt khả kết hợp chung khả kết hợp riêng

(51)

CHƯƠNG V

PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN

1 Nắm ñược ñặc ñiểm cấu trúc di truyền quần thể tự thụ phấn Giải thích sở tạo quần thể phân ly, biến dị tổ hợp chọn lọc

3 Phân tích khác nhau, ñặc ñiểm khả áp dụng phương pháp chọn lọc Cây tự thụ phấn nhóm lương thực, thực phẩm lớn quan trọng (lúa nước, lúa mì, đại mạch, cao lương, đậu tương, lạc, nhiều ñậu rau, ớt, cà chua )

Các bước chủ yếu chương trình chọn giống: Chọn bố mẹ, kiểu lai, phương pháp lọc

1 Cấu trúc di truyền quần thể tự thụ phấn

Các cá thể quần thể tự thụ phấn thường ñồng hợp tử Di hợp tử xảy hay nhiều locut có đột biến lai hai bố mẹ đồng hợp tử có alen khác Nếu lai hai hay nhiều bố mẹ ñồng hợp tử có alen khác lượng biến thiên di truyền cao hệ phân ly F2 Với tự thụ hay tự phối, ñộ dị hợp tử giảm dần với tốc ñộ 50% sau hệ ñộ ñồng hợp tử tăng lên Sau nhiều hệ tự thụ, tỉ lệ dị hợp tử nhỏ Xét locut, chẳng hạn có cặp gen dị hợp tử Aa F1, q trình giảm độ dị hợp tử tăng đồng hợp tử diễn sau:

Tỉ lệ ñồng hợp tử Tỉ lệ dị hợp tử

F2 – 50% 50%

F3 – 75 % 25%

F4 – 87,5 12,5%

F5 – 93,75 6,25%

F6 – 96,88 3,12%

F7 – 98,44 1,56%

F8 – 99,32 0,78%

F9 – 99,66 0,34%

Kiểu gen

Thế hệ AA Aa aa

Tỉ lệ cá thể dị hợp tử

Tỉ lệ cá thể ñồng hợp tử

0 - -

1 1/4 2/4 1/4 1/2 1/2

2 3/8 2/8 3/8 1/4 3/4

3 7/16 2/16 7/16 1/8 7/8

5 31/64 2/64 31/64 1/32 31/32

10 1023/2048 2/2048 1023/2048 1/1024 1023/1024

g 2 + − g g 2 + g 1 2 + − g g g       g       − 1

Cùng với đồng hợp tử hóa quần thể lai, phương sai di truyền dòng tăng lên

khác cá thể dòng giảm ñi theo số hệ tự thụ (Bảng 1.5) Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(52)

Bảng 1.5: Phương sai di truyền cộng (σ2A) dòng dịng q trình tự phối khơng có chọn lọc

Phương sai di truyền cộng (σ2A) Thế hệ dòng

Giữa dòng Trong dòng

F3 1/2

F4 1/2 1/4

F5 3/4 1/8

F6 7/8 1/16

2 Chọn lọc dựa vào nguồn biến dị tự nhiên

ðặc ñiểm quần thể tự nhiên, chẳng hạn giống ñịa phương quần thể khơng đồng nhất, bao gồm hỗn hợp kiểu gen/dịng đồng hợp tử tạo thành lai hay đột biến tự nhiên Chọn lọc nhằm ñào thải kiểu gen kém, giữ lại dịng ưu tú để tăng giá trị trung bình quần thể

2.1 Chọn lọc hỗn hợp

ðặc ñiểm chọn lọc hỗn hợp là:

(i) ñào thải hay chọn lọc cá thể riêng rẽ dựa vào giá trị kiểu hình tính trạng cần cải tiến

(ii) hệ ñược chọn trồng thành hỗn hợp

Nếu tỉ lệ ñược chọn lọc tương ñối nhỏ, gọi phương pháp chọn lọc hỗn hợp dương

tính; tỉ lệ bị đào thải nhỏ gọi phương pháp chọn lọc hỗn hợp âm tính

Quần thể thu sau số hệ chọn lọc hỗn hợp cải tiến, cụ thể suất ñược cải thiện, khả thích ứng tốt so với quần thể ban đầu Về kiểu hình quần thể đồng tính trạng chiều cao cây, thời gian hoa, thời gian sinh trưởng, chất lượng,v.v

ðiều kiện để chọn lọc có hiệu hệ số di truyền tính trạng cần cải tiến từ trung bình đến cao

Ví dụ

Valentine (Trạm Chọn giống sứ Uên) ước lượng h2 nghĩa rộng số tính trạng đại mạch, sử dụng hỗn hợp giống, Sundance, Midas Proctor Giá trị ước lượng cho (cá thể) ô sau

h2 Chiều cao

cây

Khối lượng khóm

Khối lượng bơng

Khối lượng 1000 hạt

Số hạt

Từng 0,514 0,055 0,059 0,112 0,212

ô 0,880 0,597 0,523 0,650 0,768

Như chọn lọc riêng rẽ có hiệu chiều cao Khối lượng bơng khóm bơng khơng thích hợp phương pháp chọn lọc hỗn hợp

2.2 Chọn lọc dòng

Nhà thực vật học ðan Mạch Johannsen (1903) ñã ñưa thuyết dịng Trong chọn lọc dịng đơn vị chọn lọc hệ đồng hợp tử (gọi dịng thuần) với mục đích chọn dịng đồng hợp tử (thuần) để làm giống có tính trạng khơng thay đổi từ hệ sang hệ khác Chọn lọc bắt ñầu chọn lọc riêng biệt (cá thể) từ quần thể gồm hỗn hợp ñồng hợp tử, ñánh giá tiếp tục chọn lọc dịng

(53)

theo gia phả ñã chọn lọc ban đầu Cuối xác định dịng tốt nhân lên phổ biến làm giống cải tiến Ví dụ, giống đại mạch Chevalier kết chọn lọc tốt năm 1827 Anh ðầu kỷ 20 Trạm chọn giống Svalov Thụy ðiển tiếng thành công chọn lọc thể từ giống địa phương

Quy trình chọn lọc dịng

Vụ thứ nhất: gieo trồng quần thể ban đầu (tập đồn giống địa phương, nhập nội, v.v.) Chọn

một số thể có tính trạng mong muốn dựa vào kiểu hình Thu hoạch riên để đánh giá ñặc ñiểm hạt ñã chọn, giữ lại cá thể tốt

Vụ thứ hai: Gieo trồng hệ cá thể ñược chọn vụ thứ quan sát

ghi chép biến ñộng hệ Nhổ bỏ biến dạng Chọn lọc hệ tốt dựa vào suất Thu giữ riêng Kiểm tra ñặc ñiểm hạt hệ giữ lại tốt (dịng) để khảo nghiệm vụ sau

Vụ thứ 3: Gieo dịng thí nghiệm khảo nghiệm sơ với giống ñối chứng Theo

dõi ghi chép tất ựặc ựiểm mong muốn, loại bỏ dòng xấu thu hoạch riêng dòng tốt đánh giá suất chọn lọc lần cuối

Vụ thứ 4: Gieo ñánh giá dịng chọn vụ trước khảo nghiệm nhiều điểm so

sánh với giống ñối chứng

Vụ thứ 5: Tiếp tục khảo nghiệm suất vụ thứ

Vụ thứ 6: Khảo nghiệm suất nhiều ñiểm, chuẩn bị trước phổ biến Vụ thứ 7: Nhân hạt giống tác giả dòng triển vọng

Hiện miền Bắc ñang phục tráng giống lúa Tám thơm phương pháp chọn lọc cá thể

3 Chọn lọc từ quần thể lai

3.1 Chọn lọc bố mẹ kiểu lai ñể tạo quần thể chọn lọc

Một ñịnh quan trọng nhà chọn giống chọn bố mẹ ñể tạo quần thể chọn lọc Q trình định gồm việc xác ñịnh tính trạng cần cải tiến (mục tiêu chọn giống), nắm di truyền tính trạng ñó xác ñịnh nguồn gen làm bố mẹ

Tính trạng cần cải tiến

- Mục tiêu chọn giống rõ ràng,

- Số tính trạng cần cải tiến: số tính trạng lớn tỉ lệ thể mong muốn có tính trạng nhỏ; xác suất thành công thấp,

- Xác ñịnh tính trạng ưu tiên (phụ thuộc vào loại trồng): dựa vào nhu cầu người tiêu dùng (nông dân, nhà chế biến, người sử dụng cuối cùng) thông qua ñiều tra, khảo sát thực tế,

- Bố mẹ bổ sung cho nhau: ñiểm yếu bố mẹ ñược bổ sung hay bù lại bố mẹ Có thể tìm bổ sung cho số tính trạng thơng qua:

- tính trạng nơng học - tính trạng hình thái

- đặc điểm sinh hố (như isozyme, protein dự trữ) - thị phân tử

Di truyền tính trạng cần cải tiến

- Tính trạng chất lượng tính trạng số lượng (tần số phân ly tăng tiến quần thể phu thuộc vào số gen phan ly)

- Sự khác bố mẹ về: - nguồn gốc ñịa lý

- gia phả/quan hệ họ hàng

(54)

- giá trị nhóm tính trạng

- Sự khác thể số locut dị hợp tử hệ F1 (số gen phân ly hệ sau) - Tiềm sử dụng làm bố mẹ – liệu/thông tin từ chu kỳ chọn giống trước từ

phép lai thử (ví dụ lai dialen để đánh giá khả kết hợp)

Nguồn gen làm bố mẹ

Nguồn gen phân thành nhóm dựa giống với giống ñang trồng phổ biến làm thương phẩm hàng hóa

- Giống thương phẩm

- nguồn gen ưu tú ñối với tính trạng chủ yếu

- giá trị trung bình quần thể hình thành từ giống thương phẩm cao xác suất thu ñược hệ cháu khơng có điểm yếu cao

- giống có nguồn gốc di truyền khác cho biến ñộng di truyền cao để cải tiến tính trạng

- Các dòng ưu tú: dòng giai ñoạn sau chương trình chọn giống

- Các dịng có tính ưu việt tính trạng, ví dụ tính kháng sâu bện, chất lượng - Nguồn trồng nhập nội

- Các loài hoang dại có quan hệ họ hàng

3.2 Các kiểu lai

(1) Lai đơn: lai giống dịng với giống dịng khác Mẹ chọn ngẫu nhiên trừ có tính trạng di truyền tế bào chất Còn gọi lai hai bố mẹ: P1 x P2 (2) Lai lại: (P1 x P2) x P2

(3) Lai ba/lai ba bố mẹ: (P1 x P2) x P3

(4) Lai kép/lai bố mẹ: (P1 x P2) x (P3 x P4)

(5) Lai phức tạp: Quần thể lai ñược tạo thành nhiều bố mẹ, thường dùng để cải tiến thơng qua phương pháp chọn lọc chu kỳ

3.3 ðộ lớn quần thể phân ly (F2)

ðối với tự thụ phấn, hệ F1 hình thành sau lai bố mẹ đồng hợp tử khơng thể sử dụng trực tiếp cho chọn lọc Các hệ phân ly sau F1 ñược sử dụng ñể chọn kiểu gen kết hợp tính trạng (gen) bố mẹ Kết chọn lọc phụ thuộc lớn vào số cá thể hệ F2 Tần số kiểu gen ñồng hợp tử tăng hệ F3 hệ sau, hệ F2 chứa tất tổ hợp Số lượng tái tổ hợp gen phụ thuộc vào:

- số locut gen khác bố mẹ

- mức ñộ liên kết gen (hiệu lực trạng thái hút ñẩy) - số alen locut

Vì độ lớn quần thể F2 phụ thuộc vào kết lai, tính trạng cần cải tiến, số gen khác bố mẹ, số tổ hợp quản lý (Sneep, 1977; Baker, 1984)

3.4 Chọn lọc từ quần thể lai

Phương pháp chọn theo phả hệ (phương pháp hệ thống; Pedigree method) (Hình 1.5)

Bắt ñầu chọn lọc hệ F2 Cây F2 trồng thưa để quan sát riêng biệt tạo lượng hạt lớn Chọn lọc F2 chủ yếu dựa vào ñánh giá trực quan, thường tính trạng có hệ số di truyền cao, như: chiều cao cây, thời gian chín, kiểu cây, dạng hạt, tính kháng bệnh, v.v

(55)

Vụ Thế hệ Sơ đồ Mơ tả quy trình

1 P P1 x P2 Tạo tổ hợp lai

2 F1

3 F2

4 F3

5 F4

6-7 Tiếp tục quy trình F5 F6, giảm số dịng chọn lọc Thí nghiệm nhỏ F6 F7

9 -12 F8-F11

Hình 1.5: Phương pháp phả hệ

Gieo hạt thu ựược từ F2 thành hàng vụ sau (các dòng F3) đánh giá trực quan dịng F3 thơng trực tắnh trạng dễ quan sát Chọn cá thể tốt dòng tốt Ở vụ sau trồng riêng biệt dịng F4 Tiếp tục quy trình cho ựến hệ F6 hay F7, ựạt ựược ựồng hợp tử

Cơ sở chủ yếu chọn lọc theo phả hệ chọn lọc tính trạng chất lượng trước tính trạng đánh giá trực quan với độ tin cậy Nhiều dịng đánh giá theo

x x x x x x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Trồng thưa F1 ñể tạo

1 lượng lớn hạt F2

Trồng thưa, chọn lọc cá thể F2 thu hạt riêng (tỉ

lệ chọn 10-20%)

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Trồng thành hàng (dòng F3)

Mỗi hàng 15-30 cõy

Chọn tốt nhất, tập trung vào dòng tốt * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Trồng thành hàng (dòng F4)

Chọn tốt dòng tốt, ñồng ñều

Số cá thể chọn < số dịng F4

Thí nghiệm có lặp lại Tiếp tục chọn lọc

Khảo nghiệm suất

So sánh với giống ñối chứng (giống tiêu chuẩn)

(56)

cách ðiểm phươpng pháp phải ghi chép nguồn gốc gia phả ñược chọn

Khi độ đồng hợp tử cao dịng trở nên đồng Chọn lọc dịng vơ nghĩa (Bảng 5.1) Vì thế, tiến hành khảo nghiệm suất hệ F6 F7 với số dịng Sau vụ đánh giá suất đào thải dịng xấu, ñưa vào hệ thống khảo nghiệm quốc gia dòng tốt phổ biến cho sản xuất

Ưu ñiểm – kiểm tra ñược nguồn gốc quan hệ di truyền cây/dịng tăng biến dị di truyền dịng giữ lại chọn lọc; chọn lọc có hiệu quả, kiểu gen ưu đào thải sớm có dịng ưu tú tham gia vào q trình đánh giá; rút ngắn thời gian chọn tạo giống

Nhược điểm – Tốn thời gian, chi phí; ghi chép nhiều; đánh giá tổ hợp lai; độ lớn quần thể có hạn

Phương pháp dồn (hỗn hợp; Bulk method) ( Hình 2.5)

Bao gồm lai, gieo trồng lượng hạt cố ñịnh hệ phân ly (F2 ñến F5), thu hoạch hỗn hợp Một vài dạng chọn lọc thực hệ (hay cho phép chọn lọc tự nhiên xảy ra)

Ưu ñiểm: ñơn giản ñể xử lý quần thể phân ly; giảm thiểu cơng sức chi phí để thu dịng thuần; giảm ghi chép sổ sách; chọn lọc tự nhiên làm tăng tần số kiểu gen mong muốn; tạo đánh giá nhiều tổ hợp lai thời gian, không gian nguồn lực hạn chế; kết hợp với chọn lọc hỗn hợp, thu khả thích nghi rộng cách luân phiên hỗn hợp ñịa ñiểm khác (shuttle breeding)

Nhược ñiểm: Chọn lọc tự nhiên có lợi cho kiểu gen mà nhà chọn giống không mong muốn; không phù hợp với gieo trồng trái vụ

Phương pháp hạt ( Bảng 2.5)

Xúc tiến hệ theo hướng ñồng hợp tử nhanh mà tiết kiệm không gian Từ thu ngẫu nhiên hạt Sau ñạt ñược ñộ ñồng hợp tử, cá thể ñược chọn ñánh phương pháp khác

Ưu điểm – dễ trì quần thể q trình tự phối; khơng ảnh hưởng chọn lọc tự nhiên; cần diện tích nhỏ cho hệ từ F2 – F5; tăng số hệ ñiều kiện trái vụ/mơi trường có kiểm sốt; địi hỏi ghi chép ít/tối thiểu; chọn lọc dựa vào ñồng hợp tử vật liệu phân ly

Nhược điểm – Mỗi cá thể F2 khơng có mặt hệ cháu hạt khả nảy mầm (<100%) số khơng hình thành hạt (ít hạt)

(57)

Vụ Thế hệ Sơ đồ Quy trình

1 P P1 x P2 Tạo tổ hợp lai

2 F1

3 - F2-F5

7 F6

8 F7

9 F8

10 F9

11 -13 F10-F12 Khảo nghiệm suất

So sánh với giống ñối chứng (giống tiêu chuẩn)

Hình 2.5: Phương pháp dồn

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Lấy phần hạt từ hệ, trồng hỗn hợp với mật độ bình thường o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o

đánh giá cỏ thể ựó chọn (dịng thuần)

Chọn dòng tốt

o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o

đánh giá dịng dựa vào nhiều hàng

Khảo nghiệm sơ thí nghiệm lặp lại

x x x x x x x x x x x x x x x

Trồng thưa F1 ñể tăng

hệ số nhân

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Trồng hỗn hợp với mật ñộ thưa Bắt ñầu chọn dũng chọn cá thể

(58)

Bảng 2.5: Quy trình phương pháp hạt

_ Vụ Thế hệ Quy trình

1 F1 Gieo trồng hệ F1

2 F2 Gieo trồng F2

Thu hoạch hạt

Thu họach hạt

Thu hạt

Chọn lọc tốt, thu hoạch

6 F6 Gieo cá thể chọn thành hàng

Chọn lọc hàng tốt

7 F7 đánh giá dòng ựược chọn thắ nghiêm

sơ bộ, có đối chứng

8-9 F8-F9 Thí nghiệm suất nhiều điểm

_

Phương pháp chọn dòng bắt nguồn từ F2 (phương pháp phả hệ cải tiến)

Về bản, chọn lọc tiến hành F2 phương pháp phả hệ, cá thể ñược chọn thu hoạch riêng Thế hệ F3 F2 gieo thành hàng (dịng), chọn lọc dòng tốt thu hoạch riêng hạt dịng Lặp lại quy trình vài hệ nữa, chẳng hạn hệ (tính theo số hệ F6) Ở hệ tiến hành chọn lọc dòng (dòng bắt nguồn từ F2) cho ñến ñạt ñược mục tiêu chọn giống gửi khảo nghiệm

Ưu ñiểm: tiết kệm lao ñộng, nguồn lực, xử lý nhiều tổ hợp lai so với phương pháp phả hệ

Nhược ñiểm: có hiệu cao tính trạng có hệ số di truyền cao

4 Phương pháp lai lại

Phương pháp lại lại Harlan Pope (1922) ñề xuất ñể cải lương trồng hạt nhỏ (cây cốc) Thơng thường lai lại sử dụng để cải tiến dịng có sẵn giống thích nghi hay tính trạng mà khơng làm ảnh hưởng tới tính trạng khác Tính trạng cần cải tiến tính trạng đơn giản, kiểm sốt di truyền rõ ràng, tức có hệ số di truyền cao Phương pháp lai lại ñược sử dụng để tạo dịng đẳng gen, giống nhiều dòng, tăng cường nguồn vật liệu di truyền lai với lòai hoang dại họ hàng

ðể áp dụng phương pháp lai lại có hiệu cần xem xét yếu tố sau:

i) Giá trị nông học kiểu gen sử dụng làm bố mẹ lai lại Bố mẹ lai lại phải vượt trội (ví dụ suất, khả chống ñổ, thời gian sinh trưởng, chất lượng, v.v)

(59)

Nếu nhiều tính trạng mức chấp nhận, nên áp dụng phương pháp phả hệ hay hỗn hợp

ii) Mức ñộ giống di truyền bố mẹ lai lại dòng cho ðộ giống lớn số hệ lai lại

iii) Hệ số di truyền tính trạng cần cải tiến

Giống thích ứng x (bố mẹ lai lại)

Giống cho

(Có alen cần có tính trạng bất lợi)

Ghi nhớ: di truyền giống cho ảnh hưởng tới số lần lai lại phải thực hiện; bố mẹ lai lại phải giống có kiểu gen tốt trừ tính trạng cần phải thay đổi thơng qua lai lại Vì chọn lọc bố mẹ lai lại bước quan trọng chương trình lai lại

Quy trình lai lại phụ thuộc vào kiểm sốt di truyền tính trạng u cầu đánh giá hệ ñẻ thẩm ñịnh kiểu gen Tốc ñộ phục hồi phụ thuộc vào mức ñộ chọn lọc tính trạng bố mẹ lai lại q trình lai hệ liên kết

Trường hợp 1 Tính trạng alen trội kiểm sốt biểu trước hoa (Giả sử cần

chuyển gen kháng bệnh)

Vụ 1 Lai giống thích nghi cảm nhiễm với giống cho kháng bệnh

Giống cần cải tiến x Giống cho rr RR

Rr (F1)

Vụ 2: Gieo hạt F1, lai lại với bố mẹ lai lại (rr) ñể tạo BC1F1 – 1Rr : 1rr

Vụ 3 Gieo hạt BC1F1, ựánh giá khả kháng bênh trước thụ phấn đào thải cảm nhiễm (lặn rr) lai kháng (Rr) với bố mẹ lai lại ựể tạo BC2F1

Vụ 4-5 Lặp lại vụ ñể tạo BC3F1 BC4F1

Vụ 6: đánh giá BC4F1 trước hoa, loại bỏ cảm nhiễm (rr); tự thụ kháng tạo BC4F2

Vụ 7: đánh giá BC4F2 (1RR : 2Rr : 1rr) trước hoa tự thụ trội (R-) Hạt BC4F2 thu hoạch riêng

Vụ 8: Gieo trồng hạt tự thụ BC4F2 ñánh giá trước hoa Loại bỏ phân ly (Rr) giữ lại không phân ly (RR) đánh giá tính trạng khác phương pháp khác

Trường hợp 2 Tính trạng cần cải tiến gen trội kiểm soát biểu sau

hoa/thụ phấn Quy trình:

Vụ vụ 2; tương tự trường hợp

Vụ 3: Cây BC1F1 ựược lai với bố mẹ lai lại ựể tạo hạt BC2F1 đánh giá tắnh trạng trước thu hoạch loại bỏ có gen lặn (phải lai lại nhiều hơn) Giữ lại tạo thành (Rr) hạt lai lại (1 Rr : aa)

(60)

Vụ 4-5: Lặp lại vụ

Vụ 6: Tự thụ BC4F1 ñể tạo BC4F2; ñánhgiá tính trạng trước thu hoạch loại bỏ có gen lặn

Vụ 7: Tự thụ BC4F2 (25% RR : 50% Rr : 25% rr); ñánhgiá tính trạng trước thu hoạch loại bỏ cảm nhiễm

Từng BC4F2 lại thu hoạch riêng

Vụ 8: Gieo hạt BC4F3 thành hàng riêng tự thụ Loại bỏ hàng phân ly Thu hoạch hàng ñồng hợp tử

Trường hợp 3: Tính trạng kiểm sốt gen lặn (ví dụ tính khơng đốt cuống cà

chua – jointless)

Vụ 1: JJ x jj Vụ 2: Jj x JJ

JJ : Jj (BC1F1)

Vụ 3: Tiến hành tự thụ BC1F1

Vụ 4: đánh giá hệ BC1F2 (tự thụ từ BC1F1), loại bỏ có ựốt (JJ, Jj), giữ lại không ựốt (jj) lai lại với bố mẹ lai lại ựể tạo BC2F1

Vụ 5-6: lặp lại vụ

Lưu ý: phải tiến hành tự thụ sau lần lai lại ñể xác ñịnh cá thể dùng ñể lai lại Quy trình tiến hành đến phục hồi kiểu gen giống chọn ñồng hợp tử lặn Ưu ñiểm lai lại:

- Lai lại phương pháp cĩ thể dự đốn kết - Rất hay khơng cần khảo nghiệm đồng ruộng

- Cần ñể phục hồi dạng mong muốn so với tự thụ phấn - Có thể tiến hành trái vụ, tính trạng mong muốn biểu Tốc độ phục hồi bố mạ lai lại 1-(1/2) n+1, n = số lần lai lại Nhược ñiểm:

- Chỉ có hiệu lực tính trạng có độ di truyền cao (di truyền đơn gen – tính trạng chất lượng)

- Năng suất sản phẩm lai lại bị giới hạn lựa chọn bố mẹ

- Giống cải tiến bị lạc hậu tính trạng khác trước phổ biến

- Gen khơng mong muốn thể cho khó loại trừ liên kết chặt với gen mong muốn

Xác suất loại trừ gen không mong muốn liên kết với gen mong muốn – (1-p)n+1, p tỉ lệ tái tổ hợp gen liên kết n số lần lai lại

5 Kỹ thuật ñơn bội kép (Double haploid)

Tạo dịng từ hệ phân ly theo phương pháp chọn lọc địi hỏi nhiều thời gian cơng sức (tự thụ chọn lọc) Tạo dòng cách nhân ñôi nhiễm sắc thể thể ñơn bội phương pháp khác để tạo dịng Nhiều giống dịng cải tiến lúa tạo Trung quốc, hàn Quốc, Nhật Hoa Kỳ Tại Viện Nghiên cứu

(61)

Lúa quốc tế,kỹ thuật nuôi cấy bao phấn áp dụng để tạo dịng ñơn bội kép sử dụng cho nhiều mục tiêu chọn giống khác nahu Ví dụ, dịng tạo thành, IR51500-AC-11-1, ñã ñược phổ biến làm giống (PSBRc50) Philippin Nhiều dịng đơn bội kép khác sử dụng làm bố mẹ chương trình chọn giống

Quy trình tạo dịng đơn bội kép:

Bước 1: Lai bố mẹ P1 x P2 → F1 Bước 2: Tạo phôi callus từ nuôi cấy hạt phấn Bước 3: Tái sinh thành hoàn chỉnh (cây đơn bội)

Bước 4: Nhân ựơi số nhiễm sắc thể ựơn bội colchicine ựể tạo ựơn bội kép Bước 5: đánh giá dòng ựơn bội kép tắnh trạng mong muốn

Những yếu tố cần lưu ý sử dụng phương pháp ñơn bội kép

- Nguồn hạt phấn (dị hợp tử)

- Giai ñoạn phát triển bao phấn (tuỳ theo lồi; giai đoạn đầu khoảng giai ñoạn tứ tử phân chia nguyên nhiễm ñầu tiên)

- ðiều kiện gieo trồng

- ðiều kiện xử lý trước nuôi cấy

- Môi trường ni cấy (tạo phơi tốt callus dễ tái sinh) Ưu điểm:

- Thời gian tạo dịng nhanh hơn, rút ngắn thời gian chọn giống - Chọn lọc thể ñơn bội kép hiệu

- Chọn lọc thể ñơn bội ñối với tính trạng alen trội kiểm sốt dễ dàng (khơng cần phải phân biệt cá thể ñồng hợp tử trội dị hợp tử)

Nhược ñiểm:

- Rút ngắn thời gian tạo dịng thời gian đánh giá dịng lâu - Tạo đơn bội kép địi hỏi thiết bị nhân lực chuyên môn

- Tần số thể đơn bội khĩ dự đốn trước - Tái tổ hợp bị hạn chế

Fehr, W R 1978 Breeding pp 120-155 in: A G Norman (Ed.) Soybean physiology, agronomy and utilization Academic Press, New York

Harlan, H V and M N Pope 1922 The use and value of backcrosses in small grain breeding J Heredity 13: 319-322

Pickering, R A 1979 Use of doulbled haploid technique in barley breeding at the Welsh Plant Breeding Station Report of the Welsh Plant Breeding Station for 1978 pp 84-85 Poehlman J M and Sleper D A 1995 Breeding field crops Iowa State University Press

Iowa, USA

Câu hổi ôn tập

1 Sau lai quần thể lai phân ly nào? Nếu có hai gen di hợp tử F1 hệ thứ F10 tỉ lệ cá thể ñồng hợp tử gen, hai gen bao nhiêu? Khi quầ thể ñồng hợp tử hoàn toàn?

(62)

2 Thế hệ sau lai phân ly mạnh nhất?

3 Sự khác chọn lọc hỗn hợp chọn lọc dòng Nêu ba cách chọn cặp bố mẹ

5 Tại anh/chị phải gieo trồng số cá thể lớn F2?

6 Mô tả bước phương pháp chọn lọc quần thể lai Ưu ñiểm nhược ñiểm phương pháp

7 Làm ñể tạo ñơn bội, ñơn bội kép? ưu phương pháp ñơn bội kép chỗ nào?

(63)

CHƯƠNG VI

PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC Ở CÂY GIAO PHẤN

Mục tiêu chương

1 Hiểu ñược ñặc ñiểm cấu trúc di truyền giao phấn

2 Giải thích áp dụng ñược phương pháp chọn lọc ñối với giao phấn

Giống giao phấn quần thể gồm cá thể giao phối ngẫu nhiên chia sẻ vốn gen chung Khác với tự thụ phấn, chọn lọc cá thể tạo giống dịng đồng dị hợp tử phân ly hệ Hơn tự phối sức sống suất bỉ ảnh hưởng nặng nề Do đó, thay vào việc tạo giống dựa vào chọn lọc thể, việc cải tiến tập trung vào quần thể Tiến di truyền thu thơng qua chọn lọc nhiều cá thể mong muốn lai chúng với Chọn lọc cần tiến hành số chu kỳ ñịnh ñạt ñược mục tiêu chọn giống Các giống tạo thành gọi giống thụ phấn tự

1 Chọn lọc cải tiến quần thể (intra-population improvement) 1.1 Chọn lọc hỗn hợp

Chọn lọc hỗn hợp bao gồm việc chọn lọc cá thể mong muốn dựa vào kiểu hình, thu hoạch hỗn hợp hạt cá thể ñược chọn ñể gieo trồng hệ sau Q trình lặp lại đạt ñược kết chọn giống mong muốn

Chọn lọc hỗn hợp phương pháp đơn giản, khơng cần đánh giá thí nghiệm lặp lại với nhiều hàng, khơng cần kiểm sốt thụ phấn khơng phải mô tả gia phả

Các yếu tố ảnh hưởng hiệu chọn lọc hỗn hợp bao gồm:

i) Hệ số di truyền tính trạng: Kết chọn lọc liên quan trực tiếp với hệ số di truyền tính trạng cần cải tiến, hệ số di truyền nghĩa hẹp Hệ số di truyền lớn mối quan hệ kiểu hình kiểu gen chặt chẽ

ii) Mức biến ñộng quần thể: ðộ biến động tính trạng quần thể lớn, hiệu chọn lọc cao

iii) Khả chọn lọc nhà chọn giống: Kết chọn lọc phụ thuộc vào khả nhà chọn giống ñể ñánh giá phù hợp ñể chọn lọc

iv) Quản lý trồng: Quản lý trồng nhằm làm cho biểu ñày ñủ Biện pháp canh tác tốt ñồng vườn chọn lọc cần thiết ñể kiểu gen khác biểu ñầy ñủ

v) ðộ lớn quần thể: Quần thể phải ñủ lớn ñể chọn lọc ñủ số cá thể mong muốn, tuỳ theo loại trồng, hệ số di truyền tính trạng cần chọn, cấu trúc di truyền quần thể khả nhận biết tính trạng mong muốn

Quy trình chọn lọc

1 Gieo trồng quần thể (đánh giá cá thể quần thể ựối với tắnh trạng cần cải tiến (quần thể ựủ lớn ựể tránh chuyển dịch di truyền); 2000 quần thể nền, chọn 10%

2 Thu hoạch lượng hạt từ ñược chọn, trồng ñiều kiện cách ly cho giao phối với

3 Lặp lại bước & nhiều chu kỳ

Chọn lọc sau thụ phấn - dựa vào kiểu hình mẹ: R= k1/2 σ2Ah2 Chọn lọc trước thụ phấn - chọn bố lẫn mẹ: R= kσ2Ah2

(64)

Chọn lọc hỗn hợp cải tiến ( Stratified selection)

Phương pháp chọn lọc hỗn hợp cải tiến Gadner (1961) ñề xuất ðể giảm biến động khơng đồng đất đai, ruộng chọn lọc chia thành nhiều chọn lọc tốt tiến hành Nội dung phương pháp mơ tả Hình 1.6

Vụ thứ nhất: Gieo quần thể khởi ñầu từ 7.500 ñến 10.000 cây, gieo trồng mật ñộ thưa ñể dễ dàng phân biệt theo dõi cá thể khác kiểu hình Quần thể chọn lọc ñược trồng cách ly ñể tránh lẫn tạp sinh học Chia ruộng chọn lọc thành nhỏ có diện tích tương đương ( khoảng 60 -100 ơ) để tiện cho việc chọn lọc

Ở vụ chọn tốt nhất, chiếm khoảng 15 - 20% số quần thể, nhiên cường ñộ chọn lọc phụ thuộc vào lồi trồng Ví dụ ngơ 100 cây, cường độ chọn lọc 5% số bắp chọn ô bắp Hạt chúng ñược hỗn hợp lại đem gieo chung để chọn lọc cho chu kỳ sau ( vụ chu kỳ )

Một phần hạt chu kỳ ñược trồng so sánh với chu kỳ trước ñể thấy ñược hiệu chọn lọc

Phương pháp có ưu, khuyết điểm sau: Ưu điểm:

- ðơn giản dễ tiến hành

- Hạn chế phần tác động mơi trường, nâng cao ñộ xác hiệu chọn lọc

Nhược ñiểm:

- Không kiểm tra ñược ñặc ñiểm di truyền cá thể - Khơng kiểm sốt ñược ảnh hưởng bố ( cho phấn ) -

Hình 1.6 : Sơ đồ chọn lọc hỗn hợp cải tiến ngô

(65)

1.2 Phương pháp chọn lọc chu kỳ

Khái niệm: Chọn lọc chu kỳ quy trình chọn lọc nhằm tăng tần số gen quần thể, lặp lại theo tính chu kỳ, biến dị di truyền ñược trì cho chu kỳ chọn lọc (Hình 2.6)

Các bước chu kỳ chọn lọc - Chọn cá thể

- đánh giá

- Giao phối cá thể ñược chọn ñể tạo quần thể cho chu kỳ (tái tổ hợp) (Chú ý: phân biệt ñơn vị chọn lọc ñơn vị tái thiết quần thể)

Chọn lọc chu kỳ gia đình half-sib (HS)

Quy trình chọn lọc chu kỳ gia đình half-sib (HS) A x B X

A x C Y

X & Y half-sib hay anh em nửa máu (cùng mẹ khác cha)

Có nhiều phương thức chọn lọc gia đình half-sib, phân biệt 1) vật liệu thử, 2) mức độ kiểm sốt bố mẹ 3) cách sử dụng hạt cho giao phối ñể tái thiết quần thể

1) Phương pháp bắp-theo-hàng

Vật liệu ban đầu Chọn lọc có tính trạng ưu việt

Trồng hệ ñược chọn, giao phối

Hỗn hợp hạt, chọn tốt

Chu kỳ ban

ñầu

Chu kỳ chọn lọc

Hình 2.6: Mơ hình chọn lọc chu kỳ; giá trị trung bình

quần thể tăng theo chu kỳ chọn lọc

(66)

Quy trình (Hình 3.6):

• Chọn tốt dựa vào kiểu hình

• Gieo phần hạt thu hoạch thành hàng (hàng cái), chọn lọc dựa vào suất hệ (gia đình HS)

• Gieo phần hạt dự trữ cá thể ñã chọn chọn cho giao phối ñể tạo quần thể

Hình 3.6 : Chọn lọc bắp hàng ngô

Phương pháp bắp theo hàng cải tiến (Lonnquist, 1964)

Quy trình:

• Chọn tốt dựa vào kiểu hình

• Gieo phần hạt thu hoạch thành hàng ñiểm ñể ñánh giá suất hệ với ñối chứng

Tại ñiểm chọn lọc, hạt gia đình HS cho hệ sau thu hoạch cách gieo cách ly dùng hàng bố ñể thụ phấn

♂ ♀ ♂ ♀ ♂

Bố hỗn hợp số hạt từ cá thể ñã chọn Tại ñiểm hàng ñánh dấu tốt nhất, thu hoạch, cân suất giữ riêng theo hàng Sau tập hợp kết ñánh giá

(67)

năng suất tính trạng khác điểm, chon 20% số 190 gia đình Như 38 gia ñình với gia ñình bắp làm thành quần thể

• Lặp lại quy trình (chu kỳ mới)

2) Chọn lọc half-sib dựa vào suất

Quy trình (Hình 4.6)

Vụ thứ 1: Chon lọc 50 – 100 có tính trạng mong muốn từ quần thể ban ñầu Thu riêng

và bảo quản riêng

Vụ thứ 2: Trồng ñược chọn từ vụ trước ñể ñánh giá suất khu cách

ly Một phần hạt ñược dự trữ

Vụ thứ 3: Quần thể ñược tái hợp với số hạt của:

a) ñến 10 tốt từ ruộng thử nghiệm suất vụ

b) Hạt dự trữ -10 dịng đánh giá tốt thử nghiệm suất

Hai quần thể trồng khu cách ly cho chúng tự thụ phấn để hình thành quần thể Hạt hỗn hợp quần thể a) nửa gen thụ phấn ngẫu nhiên từ dòng thử suất, quần thể b) nửa gen thụ phấn ngẫu nhiên từ bố quần thể ban ñầu

Hạt thu hoạch ñược vụ sử dụng theo hướng : + Giống tự thụ phấn

+ Trồng làm quần thể cho chu kỳ chọn lọc

+ Trồng làm quần thể để tự phối cho chương trình tạo giống ưu lai

Hình 4.6: Chọn lọc half-sib dựa vào suất (Poehlman, 1987)

(68)

3) Chọn lọc half-sib dựa vào suất lai thử

ðây phương pháp chọn lọc dựa vào lai thử (Hình 5.6)

Vụ thứ 1: Chọn 50 – 100 có tính trạng mong muốn từ quần thể ban ñầu trước

hoa (a) Thụ phấn chọn với tester, thu hoạch hạt lai từ tester hạt thụ phấn tự từ ñược chọn giữ riêng (b) với ñược chọn thụ phấn cho tester ñồng thời tự phối Thu hạt lai hạt tự phối cât giữ riêng

Vụ thứ 2: Gieo trồng lai thử thu ñược vụ Vụ thứ 3: Tái hợp quần thể hai cách:

a) Hỗn hợp số lượng hạt (hạt thụ phấn tự do) ngang từ – 10 có suất lai thử tốt gieo trồng khu cách ly ñể nhân giống

b) Hỗn hợp lượng hạt tự phối đến 10 có suất lai thử tốt gieo trồng hỗn hợp khu cách ly thụ phấn tự thu tổ hợp gen

Hình 5.6: Chọn lọc half-sib dựa vào suất lai thử (Poehlman, 1987) 4) Chọn lọc chu kỳ gia đình full-sib)

A x B K, L, M C x D X, Y, Z

K, L, M gia đình full-sib (FS - máu) X, Y, Z gia đình full-sib (FS - máu)

(69)

Vụ 1: Tạo gia đình FS cách lai cặp ngẫu nhiên; chia hạt thu hoạch làm phần:

phần dự trữ, phần ñánh giá vụ sau

Vụ 2: Sử dụng phần hạt ñể tiến hành thí nghiệm so sánh gia đình FS nhiều ñiểm, chọn

lọc gia ñình tốt

Vụ 3: Gieo hạt dự trữ gia đình FS chọn lai chúng với tạo ñể tạo quần thể cho

chu kỳ tạo gia ñình FS

Quần thể khởi ñầu

Lai cặp ñược chọn lọc Vụ

Vụ

đánh giá hệ (gia ựình full-sib)

Hỗn hợp hạt dự trữ từ cặp lai (gia

đình FS) ưu tú gieo cách ly

Hình 6.6: Chọn lọc chu kỳ gia đình full-sib (Poehlman, 1987)

(70)

5) Chọn lọc gia đình tự phối Quy trình: (Hình 7.6)

Vụ thứ 1: Chọn 50 – 100 từ quần thể khởi ñầu trước hoa, tự phối cá thể ñược

chọn Hạt tự phối thu riêng ñể gieo trồng ñánh giá S1 vụ

Vụ thứ 2: Hạt tự phối chia làm phần, phần trồng thử nghiệm lặp lại phần

dự trữ

Vụ thứ 3: Hỗn hợp số hạt dự trữ ñược ñánh giá tốt vụ 2, gieo trồng khu

các ly tạo ñược quần thể (tổ hợp gen mới)

Với phương pháp chọn lọc sở ñánh giá S1, gia đình S1 nhận gen từ bố mẹ Phương pháp áp dụng cho loài giao phấn mà số lượng hạt tự phối đủ cho thử nghiệm có lặp lại dự trữ ñể tái tổ hợp Phương pháp khơng áp dụng với lồi khơng tự phối

đánh giá gia ựình tự phối

Hỗn hợp hạt tự thụ dự trữ

ñược chọn, trồng cách ly

Vụ Vụ Vụ

Hình 7.6: Chọn lọc gia đình tự phối đời S1

(71)

6) Chọn lọc chu kỳ theo khả kết hợp chung (Jenkins, 1940)

Ở phương pháp chọn từ quần thể khởi ñầu ñược tự phối, ñồng thời lai với giống dị hợp thể vật liệu thử Nếu thao tác tiến hành lấy phần hạt tự phối gieo thành S1 năm sau lai với vật liệu thử (Hình 8.6) Ở vụ sau đánh giá suất tính trạng cần cải tiến; cá thể tốt ñược chọn lọc Hạt tự phối dự trữ ñược sử dụng ñể tạo quần thể cho chu kì chọn

Hình 8.6: Chọn lọc chu kỳ theo khả kết hợp chung (Briggs and Knowles, 1967)

7) Chọn lọc chu kỳ theo khả kết hợp riêng (Hull, 1945)

Khá với phương pháp chọn lọc chu kỳ theo khả phối hợp chung, vật liệu thử dòng tự phối

Quy trình:

Vụ 1: Tự thụ ñược chọn, ñồng thời lai với làm vật liệu thử quần thể khác

Vật liệu thử dịng tự phối đồng sản sinh giao tử có kiểu gen

Vụ 2: đánh giá suất lai thử, tốt thắ nghiệm lặp lại ựiểm

trong ñiều kiện cách ly; chọn lọc gai đình HS ưu việt

Vụ 3: Gieo hạt tự phối gia đình chọn cho giao phối ñể tạo quần thể chu kỳ

1

Vụ 4-6: Tiến hành chu kỳ thứ Lặp lại từ năm thứ 1-3 cho chu kỳ Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(72)

2 Cải tiến ñồng thời hai quần thể (interpopulation improvement) (Hình 9.6)

2.1 Chọn lọc chu kỳ half-sib hai chiều

Ở phương pháp hai quần thể cải tiến ñồng thời: quần thể A quần thể B Quần thể A làm vật liệu thử cho quần thể B

Quần thể B làm vật liệu thử cho quần thể A Quy trình:

Vụ 1: Tự thụ ñược chọn lai với vật liệu thử, quần thể làm vật liệu thử cho quần thể

kia 2A x 2B

3A x 2B gia đình HS hay gia đình lai thử cho quần thể B 4A x 2B

1B x 1A

3B x 1A gia ñình HS hay gia ñình lai thử cho quần thể A 4B x 1A

Vụ 2: Tiến hành thí nghiệm lặp lại riêng biệt cho tập hợp lai thử chọn HS tốt Vụ 3: Gieo hỗn hợp hạt tự phối ñược chọn quần thể cho giao phối theo

từng quần thể riêng

2.2 Chọn lọc Full sib hai chiều

Về nguyên tắc chọn lọc chu kỳ full-sib hai chiều tương tự chọn lọc chu kỳ half-sib hai chiều mô tả ðiều khác biệt chủ yếu đánh giá gia đình full-sib khơng phải gia đình half-sib

Nếu có hai bắp (ngô) hay từ hai chùm hoa riêng biệỉ trở lên (cây trồng khác) Quy trình

Vụ 1: Trồng quần thể (C0) thành hàng xen kẽ Mỗi quần thể A B chọn 200 cá thể; tự phối cá thể ñã chọn quần thể; lai cặp cá thể A & B để tạo gia đình full-sib Chọn tự phối lúc thu hoạch

Ví dụ: A1B1, A2B2, A3B3, A4B4 B1A1, B2A2, B3A3, B4A4

Hạt tự phối dự trũ, hạt gia đình FS (lai cặp) ñánh giá vụ sau

Vụ 2: đánh giá gia ựình FS thắ nghiệm có lặp lại (2-3 lần lặp lại; 3-4 ựịa ựiểm);

thí nghiệm cho quần thể A, thí nghiệm cho quần thể B Chọn cá thể tốt dựa vào suất gia đình full-sib

Vụ 3: Gieo hạt tự phối, cho giao phối hệ tự phối S1 ñể tạo quần thể cho chu kỳ chọn lọc

mới (C1) Kết thúc chu kỳ thứ Lặp lại quy trình cho chu kỳ thứ hai

Nếu có bắp (ngơ)

Vụ 1: Tự phối chọn lọc trông quần thể A B (C0); chọn lọc tự phối thu hoạch Ghi chép ngày tự thụ phấn S0 Thu hoach hạt tự phối dự trữ

(73)

Vụ 2: Trồng gia ựình S1 hai quần thể thành hàng xen kẽ (thành cặp theo ngày thụ phấn); tạo gia ựình full-sib với phần S1 (lai cặp số S1 A B) Vụ 3: đánh giá gia ựình full-sib thắ nghiệm có lặp lại (2-3 lần lặp lại; 3-4 ựịa ựiểm); thắ nghiệm cho quần thể A, thắ nghiệm cho quần thể B Chọn cá thể tốt dựa vào suất gia ựình full-sib

Hình 9.6: Chọn lọc chu kỳ hai chiều (thuận nghịch)

Trồng quần thể ban ñầu A & B Chọn tốt, tự thụ lai với chọn ngẫu nhiên từ quần thể ñể tạo lai thử

đánh giá tạo lai thử riêng biệt cho quần thể

Gieo trồng hạt tự thụ S1 tốt hai khu riêng biệt cho giao phấn ñể tạo quần thể C1

Lặp lại quy trình năm đầu Vụ

Vụ

Lặp lại quy trình năm thứ

Có thể tiếp tục chu kỳ

Vật liệu ban ñầu (Quần thể C0 A & B)

đánh giá suất Hạt tự phối

Vườn giao phối

Quần thể C1

đánh giá suất

Vườn giao phối

(74)

Vụ 4: Gieo hạt tự phối, cho giao phối hệ tự phối S1 ñể tạo quần thể cho chu kỳ chọn lọc (C1) Kết thúc chu kỳ thứ

Lặp lại quy trình cho chu kỳ thứ hai

3 Chọn lọc ña giao(tạo giống tổng hợp)

Chọn lọc ña giao dạng chọn lọc half-sib, phù hợp với loài giao phấn sinh sản hạt, có khả sinh sản vơ tính, ñặc biệt cỏ làm thứ ăn gia súc

Bước 1: Chọn lọc bắt đầu dựa vào kiểu hình tốt từ quần thể khởi ñầu (50 –

100 cá thể)

Bước 2: Cây chọn lọc ñược nhân vơ tính trồng điều kiện cách ly; dịng vơ tính

được bao quanh dịng khác tạo điều kện cho thụ phán chéo ngẫu nhiên tất dịng Thu hạt đa giao theo dịng vơ tính Giữ dịng vơ tính khu riêng nhà lưới

Bước 3: đánh giá hệ lai ựa giao Gieo hạt ựa giao ựánh giá suất

Bước 4: Dựa vào suất lai ña giao, chọn 4-10 dịng vơ tính tốt để tạo giống

tổng hợp Trồng dịng vơ tính dược chọn khu cách ly cho giao phối ngẫu nhiên Hạt thu ñược hạt tổng hợp

Hình 10.6: Phương pháp tạo giống tổng hợp thức ăn gia súc phương pháp ña

giao (Poelman, 1998)

(75)

Agrawal, R L 1998 Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production Fehr, W R 1986 Principles of cultivar developmet Macmillan Publishing Company Poehlman, J M 1987 Breeding field crops

1 Hiệu chọn lọc trước thụ phấn chọn lọc sau thụ phấn ây giao phấn khác nhau nào? sao?

2 Nếu cần trì quần thể thụ phấn tự giao phấnanh/chị áp dụng phương pháp chọn lọc nào? sao?

3 Nêu đặc ñiểm phương pháp chọn lọc hỗn hợp cải tiến Gadner ñề xuất so với chọn lọc hỗn hợp ñơn gaỉn, ý nghĩa ñiểm kỹ thuật cải tiến

4 Sự giống khác phương pháp chọn lọc bắp hàng chọn lọc bắp hàng cải tiến

5 Mô tã phương pháp chọn lọc gia đình half-sib, khác giống Mô tả phương pháp chọn lọc gia đình full-sib

7 Mơ tả phương pháp chọn lọc chu kỳ theo khả phối hợp chung riêng; khác hai phương pháp

8 Chọn lọc ña giao ứng dụng phương pháp

(76)

CHƯƠNG VII

CHỌN GIỐNG Ở CÂY SINH SẢN VƠ TÍNH Mục tiêu học tập chương:

1 Hiểu dạng sinh sản vơ tính, đặc điểm di truyền sinh sản vơ tính Hiểu dịng vơ tính phương pháp chọn lọc dịng vơ tính

3 Thiết kế phương pháp chọn giống thích hợp sinh sản vơ tính

1 Mở đầu

Nhiều lồi trồng quan trọng sinh sản dường vơ tính Có thể phân chia lồi sinh sản vơ tính thành nhóm sau:

1) Kết hạt bình thường nhân giống vơ tính: lồi trồng nhóm hoa, kết hình thành hạt bình thường sinh sản hữu tính khác, chúng nhân giống phương pháp vơ tính Ví dụ: số ăn

2) Kết hạt nhân vơ tính: lồi trồng nhóm hoa kết hạt điều kiện định (khoai lang)

3) Khơng hoa bất dục: loài trồng nhóm khơng hoa khơng kết hạt, sinh sản vơ tính thơng qua phân (cây tỏi)

Xét nguồn gốc sinh sản vơ tính xảy tự phát (tự nhiên) hay nhân tạo i) Các dạng sinh sản vơ tính tự nhiên gồm:

- Vơ phối: sinh sản vơ tính quan giống hạt (hạt hình thành khơng qua thụ tinh) Một dạng đặc biệt vơ phối đa phơi có múi (Citrus spp.)

- Chồi, thân ngầm: chuối, gừng, khoai sọ - Thân bò: Cây dâu tây, bạc hà - Củ: Khoai tây, thược dược

ii) Các dạng sinh sản vơ tính nhân tạo - Gié hành: tỏi tây

- Cành giâm, hom: Sắn, hoa cẩm chướng, dứa, khoai lang, chè, hồ tiêu - Ghép mắt: có múi, xồi, nhãn, táo tây, cao su

- Tách cây: cỏ hoà thảo, thức ăn gia súc

- Nuôi cấy in vitro (nuôi cấy mô): nhiều cảnh khác

Kỹ thuật ni cấy mơ cho phép nhân vơ tính trồng mà bình thường sinh sản hữu tính Tuy chi phí cho nhân giống in vitro cao hơn, phương pháp in vitro nhân giống nhanh phương pháp nhân giống vơ tính truyền thống (bằng phương pháp ghép) đồng thời kiểm sốt thể gây bệnh tốt Quy trình nhân in vitro khơng tạo ñiều kiện thử nghiệm giai ñoạn ñầu chương trình chọn giống mà cịn nhân nhanh dịng vơ tính (đồng di truyền) Hơn nữa, vật liệu tạo hoàn toàn bệnh

Nguồn biến dị di truyền sinh sản vơ tính gồm: - ðột biến tự phát (ñột biến mầm)

- ðột biến nhân tạo (cảm ứng) mức hoàn chỉnh mức tế bào - Tái tổ hợp: lai dòng, giống ưu tú; lai xa

Quy trình chọn giống sinh sản vơ tính gồm bước sau: Tạo nguồn biến dị di truyền (ðột biến nhân tạo, lai)

2 Chọn dòng vơ tính từ hệ cái; đánh giá sơ bộ, ñánh giá suất Khảo nghiệm quốc gia

4 Công nhận phổ biến giống

(77)

2 Phương pháp chọn giống

Nhiều sinh sản vơ tính có độ dị hợp tử cao đa bội thể, ví dụ, khoai tây, khoai lang, chuối, mía Giữa suất cá thể mức dị hợp tử có mối tương qn thuận Vì thế, mục tiêu tạo nguồn biên dị chon tạo giống tăng đối đa tính dị hợp tử cá thể quần thể

Phương pháp quy trình chọn tạo giống nhiều trồng sinh sản vơ tính tương đối giống Trước tiên, nhà chọn giống tạo Những nguyên lý áp dụng cho sinh sản hữu tính áp dụng cho sinh sản vơ tính, có khả sinh sản hữu tính Nhà chọn giống có tìm kiếm kiểu gen từ nguồn biến dị tự nhiên tạo quần thể phân ly hệ sinh sản từ hạt vơ tính chúng tiến hành chọn lọc dịng vơ tính Nhân giống vơ tính bảo đảm tính di truyền gia đình (dịng vơ tính) cố ñịnh thể từ ñầu, khác xa với sinh sản đường hữu tính

Tất sinh sản vơ tính giao phấn mẫn cảm với giao phối cận huyết Các cá thể dị hợp tử cao kiểu gen ưu tú coi tổ hợp ưu lai Do chọn dịng vơ tính nhanh hiệu biến động di truyền cố ñịnh ñược ngay; khả tổ hợp chung lẫn khả tổ hợp riêng sử dụng hồn tồn chọn lọc có hiệu lực Hơn nữa, kiểu gen ưu tú ñược xác ñịnh, trì dễ dàng, cấu trúc di truyền khơng bị phá vỡ khơng có q trình phân chia giảm nhiễm dung hợp giao tử

2.1 Chọn dịng vơ tính

Phương pháp đơn giản phân lập biến dị sẵn có quần thể giống sinh sản vơ tính Biến dị bao gồm quần thể hỗn hợp di truyền hay đột biến tự nhiên Dịng hố vật liệu ban ñầu từ nhiều nguồn khác ñánh giá dòng chọn dòng tốt Thời gian chọn cách thức cụ thể phụ thuộc vào loại trồng: hàng năm hay lâu năm

Năm thứ (Giai ñoạn 1): Gieo trồng quần thể dịng vơ tính Kiểm tra, đánh giá đặc ñiểm cần cải tiến suốt vụ gieo trồng, ñặc biệt giai đoạn quan trọng q trình sinh trưởng Dựa vào kiểu hình chọn mong muốn đặc điểm hình thái, khả sinh trưởng, kháng bệnh, vv

Thu hoạch riêng ñã chọn, ghi chép suất phân tích chất lượng sản phẩm Loại bỏ khơng đạt u cầu suất chất lượng Những dòng giữ lại ñược ghi nhãn cẩn thận

Năm thứ (giai ñoạn 2): Trồng hệ dịng chọn đánh năm trước Chọn lọc số dịng tốt

Năm thứ (giai ñoạn 3): Tiến hành khảo nghiệm suất sơ với giống ñối chứng Ghi chép suất, chất lượng, tỉ lệ bệnh Giữ lại dịng tốt

Năm thứ 4-7 (giai đoạn 4): Tiến hành khảo nghiệm nhiều ñiểm ñể khẳng ñịnh tính ưu việt dịng

Năm thư 8-10 (giai đoạn 5): Nhân dịng tốt nhất, khảo nghiệm rộng, công nhận giống dưa vào sản xuất

2.2 Xử lý ñột biến

Theo lý thuyết, ñột biến ñiểm kiện hiếm, xảy với tần số thấp Tuy nhiên, sinh trưởng sinh dưỡng dịng/giống vơ tính gồm hàng tỉ lần phân chia tế bào khả xảy đột biến khơng phải thấp Cũng xử lý ñột biến nhân tạo ñể tăng tần số ñột biến có lợi xử lý tế bào ni cấy để tăng biến dị xơ ma Nếu biến đổi xảy tế bào sinh dưỡng, sau tế bào phân chia nguyên nhiễm tế bào chiếm phần đáng kể đỉnh sinh trưởng hình thành biến đổi lâu dài Biến đổi có

(78)

thể tạo thể khảm biến dị mầm Mắt cành ghép tách từ cành ñột biến trở thành dịng vơ tính Q trình phân lập ñột biến chọn lọc thể ñột biến sinh sản vơ tính đề cập chương Ở lồi cảnh, đột biến tự nhiên nhân tạo ñều ñược sử dụng làm giống

2.3 Phương pháp lai

Phương pháp chọn giống hiệu sinh sản vô tắnh phương pháp lai lai bố mẹ (có nhiều tắnh trạng mong muốn) dị hợp tử chọn lọc ựời F1 hệ vô tắnh với mục ựắch phân lập hay số dạng phân ly tốt Khi hệ chọn lọc tăng dần số gia ựình vơ tắnh giảm ựi, số gia ựình tăng lên cuối số gia ựình với số cá thể lớn ựược khảo nghiệm trở thành giống

Chọn bố mẹ

Chọn bố mẹ khâu ñịnh ñể tạo hệ phân ly có nhiều tính trạng mong muốn Thơng thường việc lựa chọn bố mẹ dựa vào nguồn thông tin khác

(i) Thông tin kiểu gen bố mẹ liên quan tới tính trạng ñã biết ñược kiểm soát di truyền

(ii) Thơng tin kiểu hình bố mẹ: bố mẹ ñược lai với cho ñiểm yếu bố mẹ ñược bù lại bố mẹ

(iii) Thông tin khác bố mẹ về: - nguồn gốc ñịa lý

- gia phả

- giá trị ñối với tập hợp tính trạng

(iv) Thơng tin tiềm làm bố mẹ (khả kết hợp)

(v) Thông tin suất hệ ñầu từ tổ hợp mà bố mẹ ñó ñã tham gia

Ở số trồng chọn tổ hợp có triển vọng nhà chọn giống cần xem xét phả hệ bố mẹ Thông tin gia phả định lượng thơng qua hệ số cận huyết cặp bố mẹ Lai dịng vơ tính có kiểu hình mong muốn khơng có quan hệ họ hàng phương pháp tốt ñể tạo gia ñình dị hợp tử ña dạng di truyền

ðối với tính trạng nơng học tính trạng hình thái khác bố mẹ ñịnh lượng cách tính khoảng cách Ơ clit ðối với số liệu sinh hoá thị phân tử thước ño giống hay khác kiểu gen i j sử dụng:

j j

ij ij

N N

N

gs =

trong Nij = số băng có hai bố mẹ i j Ni = số băng có bố mẹ i

Nj số băng có bố mẹ j

Chọn dịng vơ tính

Các gia đình thu sau lai thường ña dạng di truyền Mỗi có kiểu gen riêng, khác với khác, biểu ưu lai mức ñộ khác có tiềm trở thành giống Xác định chọn lọc ưu tú có ưu lai phải dựa vào việc ñánh giá gia đình (Hình 1.7) Một chọn kiểu gen lý tưởng chúng trì nhân phương pháp nhân vơ tính

Giai đoạn chọn lọc 1: Gieo hạt ñược trồng vườn chọn lọc Mỗi tổ hợp ñược gieo riêng Mỗi kiểu gen Vì số lượng thường lớn (5000-20.000

(79)

cây con) nên ñánh giá trực quan cảm nhận chung suất phận kinh tế, khả chống chịu, hay tính trạng cần cải tiến

Giai đoạn chọn lọc 2: Mỗi dịng đời vơ tính thứ trồng thành hàng 5-15 (phụ thuộc vào trồng) với khoảng cách bình thường, khơng lặp lại Sơ đồ thí nghiệm sơ đồ ngẫu nhiên hồn tồn Trên ruộng chọn dòng trồng xen kẽ giống tiêu chuẩn bố mẹ ñể tạo ñiều kiện so sánh

Giai đoạn chọn lọc 3: Các dịng vơ tính “sống sót” qua giai đoạn chọn lọc ñược nhân lên, dòng 60 -100 cá thể Mỗi dịng trồng (2 lần lặp lại); bố mẹ dùng làm đối chứng Sơ đồ thí nghiệm phải bố trí cho giảm thiểu cạnh tranh Những dịng xác định kiểu gen tốt ñược chuyển sang giai ñoạn chọn lọc Chúng ñược nhân lên với số lượng cá thể dòng lớn

Giai đoạn Năm Quy trình Mơ tả chọn lọc

1 ⊗ o o ⊗ ⊗ o o

o o o o o ⊗ o ⊗ o o o o ⊗ ⊗ ⊗ o o o ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ o o o ⊗ o 2

3

4 4-5

5 6-8 Thí nghiệm nhiều điểm

9 Bắt đầu nhân giống

Phổ biến giống Hình 1.7: Chọn lọc sinh sản vơ tính

Giai ñoạn chọn lọc 4: Vào thời ñiểm số lượng dịng giảm đáng kể, số dịng tăng lên đủ để thí nghiệm lặp lại nhiều lần Sơ đồ thí nghiệm khối ngẫu nhiên hồn chỉnh 3-4 lần lặp lại Giống thương phẩm tốt dùng làm đối chứng Thí nghiệm đánh giá tiến hành vụ; đào thải dịng ổn ñịnh

Giai ñoạn chọn lọc 5: Chỉ dịng tốt chuyển sang thí nghiệm khảo nghiệm nhiều ñiểm khoảng vụ; điểm thí nghiệm lặp lại ðịa điểm phải ñại

Chọn lọc cá thể (quần thể sau lai)

Dịng vơ tính đời 1, khơng lặp lại

Dịng vơ tính đời 2, trồng lần lặp lại

Dịng vơ tính đời 3, trồng lần lặp lại Có

giống đối chứng Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(80)

diện cho vùng mục tiêu giống ñến giống thương phẩm làm ñối chứng ñể so sánh Khi chọn cần lưu ý tính ổn định suất qua nhiều vụ Chọn lọc dịng tốt để gửi cơng nhận giống

2.4 Chọn giống sinh sản vô phối

Cây sinh sản vô phối sinh sản hạt hình thành khơng qua q trình thụ tinh hay vơ tính Trong tự nhiên, tượng vô phối phổ biến, không thường xuyên; vơ phối xảy 10% họ thực vật có hoa 1% 40.000 loài Phổ biến họ hòa thảo, họ hoa hồng số ăn cam qt, xồi

ðặc điểm sinh sản vô phối

Sinh sản vô phối ảnh hưởng tới phát sinh ñại bào tử phát sinh đại giao tử, khơng ảnh hưởng tới qúa trình hình thành hạt phấn Phân chia giảm nhiễm xảy bình thường hạt phấn có sức sống

Có hai dạng sinh sản vơ phối: Sinh sản vô phối bắt buộc không bắt buộc Ở sinh sản vô phối bắt buộc 100 % hệ giống mẹ Ngược lại, sinh sản vô phối không bắt buộc phần hệ tạo thành giảm nhiễm bình thường và/hoặc thu tinh bình thường tế bào trứng Trong thực tế phần lớn dạng sinh sản vô phối khơng bắt buộc Thành cơng đáng ý thức ăn gia súc sinh sản vô phối cỏ Brachiaria Panicum châu Mỹ La tinh ñều sinh sản vô phối không bắt buộc Một đặc điểm chung thể vơ phối hoang dại ñều ña bội thể, mà phần lớn chúng tứ bội thể

Kiểm sóat di truyền ưu điểm sinh sản vơ phối

Nghiên cứu chế di truyền chế vô phối cơng việc khó thực khó tạo lai quần thể phân ly cần thiết Tuy nhiên nghiên cứu kết luận vô phối di truyền kiểu tính trạng chất lượng, ví dụ Panicum, Cenchrus, Paspalum, Brachiaria, Tripsacum Chuyển sinh sản vô phối vào chương trình chọn giống có số ưu điểm Nếu gen kiểm sốt vơ phối chuyển vào lồi hữu tính, tất nguồn gen lồi có khả bố mẹ lai Kiểu gen thể vơ phối cố định hệ F1, sức sống lai không bị qua giảm chi phí sản xuất hạt lai Người nơng dân giữ giống lai mà khơng phải mua hạt F1 hàng năm.Việc trì kiểu gen ưu tú đơn giản hiệu mà khơng cần phải cách ly

Trong chương trình sản xuất giống lai sử dụng bất dục đực, vơ phối khơng cần phải tạo trì dịng bất dục (dịng A), dịng trì bất dục (dịng B) dòng phục hồi hữu dục (dòng R) Các dòng A, B R địi hỏi thời gian để tạo ra, khơng gian cách ly nghiêm ngặt để trì Sử dụng dịng A dịng R tương ứng làm hẹp vốn gen nhân tế bào chất

Gieo trồng hạt vơ phối có nhiều ưu ñiểm so với củ giống Chẳng hạn ñối với khoai tây giảm chi phí sản xuất giống, bảo quản, vận chuyển lây lan bệnh hại, ñặc biệt bệnh virut, bệnh dễ truyền qua củ giống

Phương pháp chọn giống

Trước lập kế hoạch thiết kế phương pháp chọn giống ñiều cần thiết phải làm ñối với nhà chọn giống xác định thể vơ phối cách đánh giá hệ từ hạt thụ phấn tự do, quan sát tế bào Chẳng hạn, tỉ lệ ñồng giống mẹ từ cá thể biểu thị mức độ vơ phối Quan sát tế bào học giám định nhanh hơn, ví dụ, chế sinh sản vô phối kiểu vô bào tử phơi bất định xác định sớm vào lúc nở hoa Vì vậy, tạo nguồn biến di di truyền công việc chủ yếu ñối với nhà chọn giống, ñặc biệt ñối với thể vô phối bắt buộc Muốn nhà chọn giống phải tạo mức ñộ ñịnh sinh sản hữu tính để thực tái tổ hợp gen từ hay nhiều bố mẹ khác từ tự thụ phấn

(81)

Vô phối bắt buộc

Cây vô phối bắt buộc sinh sản đườn vơ phối chương trình chọn giống sử dụng làm mẹ Ở sinh sản vô phối trình phát sinh tiểu bào tử tạo giao tử đực giảm nhiễm bình thường ðể sử dụng chương trình chọn giống sinh sản vơ phối cần có độ hữu dục hạt phấn mức độ định

a) Quy trình chọn giống tổng qt lồi thức ăn gia súc trình bày sơ đồ (Hanna, 1999) (Hình 2.7)

Thu thập vật liệu ban đầu (nguồn gen)

Xác ựịnh phương thức sinh sản Mơ tả ựặc ựiểm hình thái đánh giá khả thắch ứng Chất lượng thức ăn Hữu tắnh x Vô phối bắt buộc

(gen trội) F1

Cây hữu tính Cây vơ phối

1 Sử dụng chọn lai với vơ phối khác

1 Chọn kiểu hình tốt Loại bỏ khơng

được chọn Gieo trồng thí nghiệm lặp lại Phổ biến giống vô phối Hình 2.7: Sơ đồ chọn giống tổng qt thức

ăn gia súc vô phối (gen trội)

b) Sơ ñồ chọn giống ñối với Cenchrrus cilliaris (Taliafero Bashaw, 1966) (Hình 3.7): Cây sinh sản hữu tính phát năm 1958 Quy trình lặp lại sử dụng S2 F2

Dịng hữu tính Vơ phối x Hữu tính Tự thụ

S1 Con lai F1

Hữu tính Vơ phối Vơ phối Hữu tính S2 Giống F2

Hình 3.7: Sơ đồ chọn giống cỏ Cenchrus cillaris

(82)

Vô phối không bắt buộc

ðối với sinh sản vô phối không bắt buộc, Panicum squy trình chọn giống tiến hành sau (Hình 4.7)

Cây vơ phối x Cây hữu tính

*Cây vô phối Cây trung gian Vơ phối x Hữu tính

*Cây vơ phối Cây trung gian Cây hữu tính

Hình 4.7: Sơ đồ chọn giống vơ phối khơng bắt buộc

* Cây đánh giá ñể làm giống 2.5 Chọn giống có củ (Khoai lang khoai tây)

Ngoài phương pháp xử lý đột biến, lai chọn lọc dịng vơ tính theo mơ tả trên, áp dung phương pháp chọn lọc chu kỳ cho chọn lọc ngắn hạn dài hạn (Hình 5.7) Mục đích phương pháp tạo quần thể có di truyền rộng trì tiến chọn giống lâu dài Với chu kỳ chọn lọc quần thể cải tiến, tần số gen có lợi quần thể tăng lên Hệ thống chọn lọc chu kỳ khép kín hoạc mở tuỳ thuộc vào mục tiêu chọn giống nguồn gen sẵn có

Trong nhiều phương pháp sử dụng ñối với khoai tây, phương pháp lai phương pháp ñược sử dụng phổ biến để kết hợp nhiều tính trạng khác giống, lồi họ hàng Quy trình chọn tạo giống truyền thống trình bày bảng 1.7 Số lượng tổ hợp số lượng dòng tạo ra, ñánh giá chọn lọc phụ thuộc vào nguồn lực sở chọn giống

Hình 2: Phương pháp chọn lọc chu kỳ khoai lang

Hình 5.7: Sơ đồ chọn lọc chu kỳ khoai lang

Phơng pháp chọn lọc chu kỳ khoai lang

ThÕ hƯ 1, 2, (kh«ng chän lọc)

500

Thụ phấn nhờ côn trùng khu cách ly

500 thụ phấn nhờ côn trùng

khu cách ly

500 tiếp tục nh Tạo quần thể

nhá, chän läc theo mơc tiªu chän gièng ThÕ hệ (bắt đầu chọn lọc)

4-20 bố mẹ, Giao phèi víi

(83)

Bảng 1.7: Quy trình chọn giống khoai tây Vụ (Năm) Số

con/số dòng Số củ/ dịng Quy trình

1 25000 Gieo chậu/khay; chọn tia củ

ngang 1-3 cm

2 8000 Trồng vườn chọn giống, kiểu cây,

dạng củ, ñộ sâu mắt củ

3 1000 4-5 Kiểu cây, thời gian sinh trởng, bệnh, hàm lượng tinh bột

4 150 10-20 đánh giá suất ô nhỏ, khả

kháng bệnh, khả thắch ứng 50 40-100 đánh giá suất, kháng bệnh, chất

lượng

6 8-10 100-150 đánh giá suất, kháng bệnh, chất lượng

7 400 đánh giá suất, kháng bệnh, chất

lượng

8 600 đánh giá suất, kháng bệnh, chất

lượng

9-10 1500 Khảo nghiệm

1 Agrawal, R L 1998 Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production Science Publishers, Inc., USA

2 Hanna, W W 1999 Use of apomixis in cultivar development Advances in Agronomy Vol 54: 333-350

3 Vũ đình Hịa 2000 Chọn giống khoai lang chọn giống khoai tây Trong Chọ giống trồng, NXB Giáo dục, trang 263-280

1 Nêu ưu ñiểm nhược ñiểm sinh sản vơ tính a) trồng trọt, b) chọn giống

2 ðặc ñiểm hệ từ hạt sinh sản vơ tính tính di truyền, độ đồng

3 Làm ñể tạo nguồn biến dị sinh sản đường vơ tính?

4 So sánh lai ñời F1 hai giống sinh sản vơ tính lai đời F1 hai giống tự thụ phấn Cho nhận xét

5 Liệt kê phương pháp chọn giống sinh sản vơ tính Phác họa quy trình chọn giống sử dụng phương pháp lai

7 Thế sinh sản vơ phối? Ưu điểm vơ phối chọn giống gì? Mơ tả phương pháp chọn giống sử dụng sinh sản vô phối

(84)

CHƯƠNG VIII

CHỌN TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ðỘT BIẾN

1 Nắm ñược phương pháp ñột biến nhân tạo phương pháp chọn giống bổ sung quan trọng

2 Phạm vi khả cải tiến trồng phương pháp xử lý ñột biến

3 Hiểu ñược tác nhân ñột biến, liều lượng xử lý biện pháp bảo hộ lao ñộng cần thiết Nắm ñược phương pháp xử lý hệ ñột biến phương pháp chọn lọc

1 Ý nghĩa phương pháp chọn giống ñột biến

ðột biến chế chủ yếu tạo biến dị di truyền thể sống ðột biến thực vật thay ñổi di truyền ñột ngột xảy toàn vật chất di truyền (phân tử ADN) ðối với chọn tạo giống, ñột biến (bao gồm ñột biến gen ñột biến nhiễm sắc thể, độ biến nhân ngồi nhân, ñột biến số lượng nhiễm sắc thể) cung cấp nguồn vật liệu di truyền mang tính trạng để trực tiếp gián tiếp tạo giống

Phần lớn giống ñược tạo thành thơng qua lai chọn lọc, số giống tạo thành trực tiếp từ thể ñột biến tương đối có xu tăng Tính ñến năm 2003, có 2250 giống ñột biến thuộc 175 lồi cơng nhận đưa vào sản xuất (FAO/IAEA), 1000 giống đưa 15 năm gần ñây Những nước ñứng ñầu Trung Quốc, Ấn ðộ, Hà Lan, Nga, Hà Lan, Mỹ Nhật Bản

Ý nghĩa chọn giống phương pháp ñột biến ngày tăng với tiến chọn giống nguồn biến dị di truyền dự trữ loài trồng dần cạn kiệt Trong số trường hợp, sử dụng biến dị di truyền cảm ứng chí có hiệu

Bằng phương pháp đột biến thay đổi, cải tiến tính trạng đơn gen đa gen Phương pháp ñột biến ñã ñược áp dung thành công ñể tạo khả kháng sâu, bệnh, ñiều kiện bất lợi ngoại cảnh, cải tiến hàm lượng chất có ích, tăng chất lượng sản phẩm, giảm chiều cao cây, tạo tính chín sớm, tăng suất, tạo tính bất dục đực (nhân tế bào chất), v.v (Bảng 1.8) Thậm chí phương pháp đột biến cải tiến đồng thời nhiều tính trạng, ví dụ giống lúa mì đột biến “Sharbati Sonora” có mầu sắc hạt tốt hơn, có suất, hàm lượng protein lyzin cao giống gốc “Sonora 64” Như vậy, ñột biến phương pháp bổ sung cho phương pháp chọn giống khác Các thể ñột biến tạo thành, sử dụng trực tiếp làm giống mới, sử dụng gián tiếp làm vật liệu bố mẹ cho phương pháp lai Chẳng hạn, giống lúa Yangdao giống đột biến có suất cao chất tốt gieo trồng Trung Quốc ñược sử dụng làm bố giống lai Liangyoupeijiu phổ biến năm 2001

Bảng 1.8 Các tính trạng cải tiến giống ñột biến lấy hạt (Micke et al., 1990)

Tính trạng Cây cốc Cây khác Tổng cộng

Năng suất 248 131 379

Giảm chiều cao 289 47 336

Kháng bệnh Kháng sâu

186

53

239 14

Chín sớm 164 88 252

Chất lượng hạt 115 61 176

Khả thích ứng 82 39 121

(85)

ðặc biệt, phương pháp ñột biến ñược áp dụng khi: - Nguồn biến dị tự nhiên tính trạng mong muốn,

- Tính trạng mong muốn có nguồn gen trồng liên kết chặt với tính trạng khơng mong muốn,

- Một giống ưu tú ñang gieo trồng cần cải tiến tính trạng đơn giản,

- Tính trạng mong muốn có nguồn gen dại có họ hàng thân thuộc, khó lai liên kết chặt với tính trạng không mong muốn,

- Cần biến dị sinh sản đường vơ tính (cây cảnh, ăn )

2 Tác nhân đột biến tính chất

Từ hiệu đột biến xạ ion hố (Muller, 1927; Stadler, 1928) hợp chất hố học (Auerbach Robsson, 1947) phát hiện, danh sách tác nhân đột biến ngày tăng Tần số phổ đột biến phụ thuộc vào việc chọn lựa tác nhân đột biến, cường độ liều lượng xử lý Hai nhĩm tác nhân sử dụng phổ biến chọn giống đại tác nhân lý học (bức xạ ion hố, giàu lượng) tác nhân hố học Tuy tác nhân cĩ tính đặc thù việc dự đốn kiểm sốt phổ đột biến tương đối khĩ, đặc biệt tỉ lệ đột biến gen biến đổi nhiễm sắc thể

Các xạ xạ i-on hố mật độ cao chủ yếu gây biến ñổi nhiễm sắc thể (sắp xếp lại, ñoạn, v.v.) đột biến điểm Bức xạ xạ ion hố mật độ thưa (bức xạ X, xạ gamma xạ ñiện từ) xạ cực tím gây nhiều đột biến điểm Thực tế, phần lớn giống ñột biến ñưa vào sản xuất kết xử lý tác nhân lý học (bức xạ ion hóa) (Bảng 2.8)

Các tác nhân hố học đa dạng nhiều chủng loại so với tác nhân lý học Các tác nhân ethyl methane sulphonate (EMS) hợp chất siêu ñột biến nitrozo u-rê (Nitrozoethyl u-rê) gây tần số ñột biến cao nhiều loại trồng Các tác nhân ñột biến thơng dụng trình bày bảng 3.8 4.8

Bảng 2.8: Số lượng giống tạo thành từ tác nhân ñột biến khác (Micke et al., 1990)

Tác nhân ñột biến Cây sinh sản

hạt

Cây sinh sản sinh dưỡng

Tổng cộng

Tia gamma 366 204 570

Tia X 65 227 292

Trung tử 36 13 49

Bức xạ khác 17 22

Tác nhân hóa học 81 14 95

3 Liều lượng xử lý

Một yêu cầu ñể chương trình tạo giống đột biến thành cơng chọn liều lượng xử lý thích hợp Hiệu lực tác nhân ñột biến ñược ño thay ñổi di truyền vật liệu xử lý Khi xử lý người ta phân biệt số liều lượng sau:

- Liều lượng chiếu = lượng phát từ nguồn xạ ðơn vị chiếu từ nguồn dùng phổ biến Roentgen

(86)

1 Roentgen (R) = 87 erg/g vật chất

- Liều lượng hấp thụ = lượng phát xạ xạ từ nguồn sang ñối tượng ñược ñối tượng hấp thụ

rad (r) = 100 erg/g vật chất

hoặc Gray (Gy) = Joule = 100 rad (Gray ñơn vị xạ theo hệ thống quốc tế SI)

Bảng 3.8: Các xạ ion hố thơng dụng xử lý ñột biến ñặc ñiểm chúng

Bức xạ Nguồn Bước

sóng/dạng

Mức gây hại Sức ñâm

xuyên

Tia X Máy X quang 10-3 – 10 nm Nguy hiểm Nhiều cm

Tia gamma ðồng vị phóng xạ (60Co,, 137Cs) Lò phản ứng nhiệt hạch

0,1 Ao Nguy hiểm Mạnh

Tia cực tắm đèn cực tắm 2800-2900 Ao Có thể nguy hiểm

Bề mặt Neutron

(nhanh, chậm, nhiệt)

Lò phản ứng nhiệt hạch Rất nguy

hiểm

Nhiều cm

Bảng 4.8: Các tác nhân đột biến hố học thơng dụng chọn giống

Tên Bản chất Nồng ñộ thường sử dụng

Ethyl methane sulphonate Không màu 0,1 – 0,3%

N-methyl-N-nitrozo urê Chất rắn màu vàng 0,01-0,03% N-ethyl-N-nitrozo urê Chất rắn màu vàng 0,01-0,03% Natri azid (NaN3) Chất rắn màu trắng 0,001-0,004 M

Liều lượng hay nồng độ (đối với hố chất) xử lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố, kiểu gen ñiều kiện sau xử lý Khi nhà chọn giống khơng có nguồn thơng tin đối tượng xử lý sử dụng liều lượng LD50, liều lượng mà sau xử lý 50% số sống sót có khả hoa kết hạt Trong thực tế chọn giống nhà chọn giống thường xử lý – liều lượng xung quanh LD50 ñể xác ñịnh liều lượng tối ưu ðối với hố chất , dựa vào tài liệu cơng bố, làm thí nghiệm khảo sát xử lý với dãy nồng thời gian khác Bảng 5.8 cho biết tác nhân liều lượng xử lý số trồng

4 Vật liệu phương pháp xử lý ñột biên 4.1 Chọn kiểu gen

Việc chọn lọc giống nào/dịng để xử lý đột biến phụ thuộc vào tính trạng cần cải tiến Chẳng hạn, ñể giảm hàm lượng a xit linolenic đậu tương xuống 3% xử lý vật

(87)

liệu nhập nội nhập nội thích ứng hàm lượng 5% có xác xuất cao so với giống tốt có hàm lượng tới 8%

Thông thường nhà chọn giống chọn giống tốt cần phải cải tiến tính trạng Trong số trường hợp nhà chọn giống sử dụng lai F1 lúc hai gen khác ñược tiếp xúc với tác nhân ñột biến qua làm tăng tần số tái tổ hợp

4.2 Chọn vật liệu xử lý

Tuỳ loại trồng phận xử lý có khác - Cả cây: con, loại nhỏ

- Hạt: vật liệu dùng ñể xử lý phổ biến hạt chịu ñược tác động vật lý ngâm nước, phơi khơ, sấy nóng

- Hạt phấn

- Các phận sinh dưỡng: cành giâm, mắt, ñỉnh sinh trưởng - Tế bào nuôi cấy

ðối với sinh sản hạt, xử lý hạt khô tác nhân vật lý thuận tiện thực tế Hạt giống phải ñại diện cho giống (ñồng nhất, hạt tác giả, hạt siêu nguyên chủng) Tuy nhiên trở ngại hạt cấu trúc ña bào nên kiện đột biến xảy tế bào dẫn đến hình thành thể khảm hệ ñầu sau xử lý (M1) Hơn thể khảm M1 xảy trình chọn lọc lưỡng bội ñơn bội

Bảng 5.8: Tác nhân ñột biến liều lượng xử lý số trồng

Cây trồng Vật liệu xử lý Tác nhân Liều lượng

A Cây sinh sản hạt

Lúa mì Hạt khơ Tia Gamma

Trung tử nhanh EMS

10-25 krad 600-800 rad 3,76%

Lúa nước Hạt khô Tia X 14-28 krad

Ngô Hạt khô Tia Gamma 0,6 -2 krad

Lạc Hạt khô Tia Gamma 20-30 krad

ðậu tương Hạt khô Tia Gamma 10-20 krad

Cà chua Hạt khô EMS 0,8%

Hồ tiêu Hạt khô Trung tử nhanh

Tia Gamma 2,4 krad 14-22 krad B Cây sinh sản vơ tính

Khoai tây Củ EMS 100-500 ppm

Mía Hom mắt Tia Gamma 2-6 krad

Khoai lang Hom Tia Gamma

Ethylenimin 20 krad 0,5%

Cà phê hạt khô Tia Gamma 2,5-20 krad

Cam qúyt Hạt khô

Mắt Tia Gamma 1-2,5 krad krad

Hoa cúc Cành giâm Tia X 1200 rad

(88)

ðối với sinh sản vơ tính vật liệu xử lý phải bệnh Có thể xử lý phận nhân giống, mắt ghép, cành ghép, hom hay cành giâm, củ, gié hành hay mẫu mơ cắt (đỉnh sinh trưởng, biểu bì, bầu, tầng ni, v.v.) Các quan chứa nhiều tế bào sau xử lý tạo thành cấu trúc khảm gồm tế bào có ñặc ñiểm di truyền khác dạng hình quạt tầng sinh mơ (khảm hình quạt) Thơng thường khảm hình quạt tạo thành hệ VM1 chuyển thành khảm vịng với lớp tế bào đột biến đồng ðể tạo điều kiện hình thành thu đột biến khơng mang thể khảm áp dụng số kỹ thuật sau ñây:

i) Tỉa cắt cành sơ cấp sử dụng mầm nách ñể nhân

ii) Lấy mắt nhiều lần mầm hình thành từ thuỳ nguyên thủy phần phần cành VM1

iii) Nhân đột biến đồng thơng qua mầm nách ñiều kiện in vitro

iv) Áp dụng kỹ thuật mầm bất ñịnh Mầm bất ñịnh thường phát triển từ tế bào mầm bất định hình thành từ lá, thân hay cành giâm đột biến tạo đột biến đồng khơng kảm Nhược điểm kỹ thuật khơng thể áp dụng với tất lồi

Xử lý hạt phấn lưỡng bội tương tự xử lý thể ñơn bội Mọi ñột biến hạt phấn ñều truyền lại cho hệ cái, hạt phấn tham gia vào trình thụ tinh hợp tử hình thành hạt Những hình thành hệ M1 phân biệt với gen đột biến, cịn tế bào, mơ quan đồng di truyền, khơng khảm (Hình 1.8)

M1

4.3 Phương pháp xử lý Xử lý xạ ion hoá

ðể xử lý xạ, hạt phận sinh dưỡng, con, hoa, bao phấn, hạt phấn ñược ñặt nguồn chiếu Hạt ñược tải thành lớp mỏng Trong trình xử lý hat phải trộn phận phải ñảo nhiều lần tuân thủ ñiều kiện bảo hộ lao ñộng Thời gian chiếu phụ thuộc vào công suất nguồn liều lượng cần xử lý, công suất nhỏ thời gian xử lý dài, ngược lại công suất lớn thời gian xử lý ngắn

ðộ ẩm hạt có ý nghĩa định tác động đột biến tia độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp tới trạng thái sinh lý Phơi khơ tăng thủy phần hạt làm tăng tác động cuả tia xạ Do hạt nên ñược xử lý ñộ ẩm ñịnh tiêu chuẩn hố, để lặp lại kết Ngồi nhiệt độ ơ-xy hạt khơng khí ảnh hưởng tới kết xử lý

Hạt phấn

A A a A a a

AA Aa AA Aa AA

Giao tử Giao tử đực

Hình 1.8: Sự hình thành thể đột biến xử lý hạt phấn Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(89)

Bên cạnh việc xử lý hạt quan sinh sản sinh dưỡng, xử lý hạt phấn ñược quan tâm Ưu ñiểm xử lý hạt phấn tham gia vào trình thụ tinh hạt phấn truyền cho hệ tất ñột biến Tiến hành xử lý 4-7 ngày trước tung phấn, cách cắt cành hoa cắm vào bình nước ñặt nguồn chiếu Liều lượng xử lý thấp nhiều so với liều lượng tối ưu hạt, hạt phấn có hàm lượng thủy phần cao mẫn cảm với tia Liều lượng có hiệu lực thường biến ñộng khoảng 0,5 ñến krad ñối với tia X tia gamma Sau xử lý hạt phấn ñược dùng ñể thụ phấn cho mẹ

Với tia xạ xử lý nhanh (trong thời gian ngắn từ vài phút ñến vài giờ) xử lý lâu dài trường gamma (từ nhiều tuần trở lên với cường độ thấp) Cũng xử lý gián đoạn, tổng liều lượng xử lý thực cách xử lý ngắt quảng cách khoảng thời gian ñịnh

Xử lý tác nhân hoá học

Xử lý chất hố học thường diễn dung dịch Vì tác nhân đột biến hố học độc gây ung thư nên phải thực biện pháp bảo hộ nghiêm ngặt Hạt (hay phân sinh dưỡng) ñược ngâm (hay nhúng) dung dịch thời gian định Thơng thường để đạt hiệu cao lặp lại kết quả, xử lý tác nhân hố học tiến hành theo nhiều bước: làm trương hạt nước, xử lý, rửa sạch, phơi khô hạt Riêng với Natri azid hạt xử lý gieo mà không cần làm trương hay rửa sau xử lý Khi xử lý tác nhân hố học, tác động tác nhân đột biến bị ảnh hưởng trạng thái sinh lý phận xử lý Trong ñiều kiện ảnh hưởng, nhiệt độ pH dung dịch đóng vai trị quan trọng bậc Liều lượng xử lý kết nồng ñộ thời gian xử lý Cả hai yếu tố xác định tác nhân, lồi hay giống trồng thơng qua thí nghiệm sơ Thời gian phân giải hay bán rã tác nhân ñột biến thường ngắn nên thời gian xử lý ñột biến nằm khoảng từ ñến 16

Nhiệt ñộ xử lý xung quanh 20oC, thể tích dung dịch tốt gấp 10 lần thể tích hạt xử lý Sau xử lý hạt phải ñược rửa ñể loại bỏ chất phân giải thuỷ phân Thời gian rửa phụ thuộc vào tác nhân xử lý tốt nên rửa nhiều vòi nước chảy

Hiệu hiệu suất xử lý

Hiệu = số ñột biến tạo ñơn vị liều lượng (ví dụ cường độ đo Gy hay số miligram hóa chất lít x thời gian xử lý)

Hiệu suất = tỉ số thay đổi (đột biến) mong muốn với hệ khơng mong muốn (như bị bất dục chết) = số ñột biến (số ñột biến diệp lục) 100 M1 (hoặc 100 M2) chia cho tỉ lệ bị tổn thương, chết bất dục

5 Quy trình chọn lọc đột biến 5.1 Cây sinh sản hạt

Bước 1: Xử lý đột biến

Hạt, đỉnh sinh trưởng, tiền phơi, giao tử, hợp tử, tế bào đơn (trong ni cấy) giống ñã chọn ñược xử lý với tác nhân ñột biến: tia X, tia gamma, trung tử nhanh, trung tử nhiệt tác nhân hoá học Việc lựa chọn tác nhân ñột biến liều lượng phụ thuộc vào loại vật liệu tác nhân ñột biễn sẵn có Câu hỏi đặt nhà chọn giống hạt cần ñược xử lý hệ gồm (ví dụ hệ M2) từ xử lý

(90)

ñột biến ñể phát thể phân ly ðiều quan trọng ñể xác ñịnh ñộ lớn M1

ðộ lớn hệ M1

Nếu xử lý hạt, số lượng hạt xử lý phụ thuộc vào: - Tỉ lệ sống sót M1 (hay số gia đình M2) - Số đánh giá phương thức chọn lọc M2 - Di truyền tính trạng tỉ lệ đột biến

Brock (1971) ñưa phương pháp ước lượng ñộ lớn hệ M1

( )

( −µ)

− =

1 log

1 log p1 n

trong

n = số cá thể M1 sống sót để tạo gia đình M2 µ = tỉ lệ ñột biến

p1 = xác suất xảy đột biến

Số gia đình M2 Tỉ lệ ñột biến

p1 = 0,90 p1 = 0,99

10-2 233 465

10-3 2326 5652

10-4 23260 46520

10-5 232600 465200

Bước 2: Trồng hệ M1

Trồng vật liệu xử lý ñiều kiện cách ly hay bao cách ly với đối chứng Thường hệ M1 quan sát thay nhiều thay đổi kiểu hình ảnh hưởng trực tiếp tác nhân đột biến Tìm khảm không khảm dị hợp tử Tùy theo mục tiêu chọn giống mà định gieo tồn hạt hay hạt hay nhiều quan sinh sản (bông, quả, v.v.) M1 gieo trồng hệ M2 dạng hỗn hợp hay theo gia đình Thu hoạch giữ hạt vật liệu cách phù hợp

i) Trồng theo gia đình từ 15-20 (số phụ thuộc vào tỉ lệ phân ly) ñể dễ dàng ñánh giá ñột biến lặn ñơn gen (như ñột biến diệp lục, hình thái, kháng bệnh, tính trạng chất lượng khác )

ii) Trồng với khoảng cách để đánh giá tính trạng số lượng

iii) Tìm thể phân ly, giám ñịnh ñột biến cảm ứng thu hạt từ đột biến; áp dụng phương pháp chọn lọc chọn lọc hệ lai: phương pháp hệ thống, phương pháp hạt

Số cần ñánh giá hệ M2

Thế hệ (tự thụ phấn) M1 gọi gia đình M2 ðể xác ñịnh ñúng tần số ñột biến lặn ñối với lưỡng bội Li Redel (1969) sử dụng công thức sau:

(91)

D GECN

S

M R

* * *

=

trong R = tần số ñột biến, M = số gia đình M2 phân ly đột biến lặn, S ssó sống sốt, GECN = số lượng tế bào mơ xử lý đột biến có hiệu lực di truyền (dòng tế bào), = hệ số hiệu chỉnh cho lưỡng bội D = liều lượng tác nhân ñột biến

Câu hỏi ñặt gia ñình M2 cần ñánh giá cá thể? Brock (1971) tính tốn độ lớn cần thiết gia ñình M2 là:

( )

( a) p m

− − =

1 log

1

log 2

trong

m = số gia đình M2 a = tỉ lệ phân ly

p2 = xác suất để có thể ñột biến ñồng hợp tử Số cá thể gia đình M2 Tỉ lệ phân ly

P2 = 0,90 P2 = 0,99

1/4 16

1/8 17,2 34,5

1/12 26,3 52,6

1/16 35,7 71,4

1/20 45,5 91,0

Trồng hạt thu ñược hệ M2; tìm phân ly kiểm chứng thể đột biến chọn M2 Có thể xử lý chùm hoa, nhánh cá thể riêng rẽ từ hệ hệ M1 (Hình 2.8)

xử lý hạt

cây m1

cây m2 m3

Hình 2.8: Có thể xử lý bơng cá thể riêng biệt Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(92)

i) Thể ựột biến ựã chọn ựược ựánh giá sơ giá trị nông học ii) đánh giá tắnh ổn ựịnh di truyền thể ựột biến

iii) ðể sử dụng gián tiếp chương trình chọn giống lai thể đột biến mong muốn với vật liệu chọn giống

Bước ñến 9: Trồng hệ hệ sau

đánh giá thể ựột biến ổn ựịnh nhiều ựiểm Dựa vào suất tắnh trạng khác, thể ựột biến cơng nhận phổ biến giống cải tiến và/hoặc sử dụng gián tiếp ựể chuyển tắnh trạng có ắch vào vật liệu chọn giống có triển vọng

Bước 10 Khảo nghiệm thức công nhận giống

5.2 Cây sinh sản vô tính

Ở sinh sản vơ tính, mơ sinh dưỡng ñược xử lý chồi/ñỉnh sinh trưởng ðỉnh sinh trưởng phận ña bào ñột biến thường xảy kiểu cục phần Áp lực chọn lọc lưỡng bội (xô ma) ảnh hưởng lớn tới hình thành biểu ñột biến ðặc ñiểm quan trọng thể khảm phải tách đột biến khỏi thể khảm để tạo đột biến tồn phần di truyền ổn định cho hệ sau

Hình 3.8: Các tầng sinh mơ đỉnh chồi phân hố (C) mặt cắt ngang ñỉnh sinh trưởng có tế bào đột biến dạng khảm khác (A, B)

ðỉnh chồi chồi nách có ba lớp L1, L2 L3 (Hình 3.8C) gọi lớp sinh mơ Các lớp tạo thành chồi phân hố có mầm nách Sau xử lý ñột biến, tế bào lớp sinh mơ bị ñột biến Vị trí tế bào ñột biến quan trọng số mệnh Nếu tế bào đột biến hậu hình thành khó phục hồi đột biến Nếu tế bào đột biến tham gia vào hình thành chồi (Hình 3.8A) tạo khảm vịng (Hình 3.8B) cắt chồi liên tục (cây thân gỗ) trồng nhiều

khảm hình quạt đột biến tồn phần

khảm vịng khảm phần chồi khơng đột biến

thuỳ nguyên thuỷ

l1 l2 l3 khảm phÇn

( đột biến phần lớp l1) ( đột biến lớp l1)khảm vòng l1 l2

l3 A

C B

(93)

hệ liên tiếp (cây lấy củ) làm tăng tần số mầm phát triển từ tế bào/mơ đột biến thành chồi đột biến

Các loại đột biến theo thuyết sinh mơ đỉnh sinh trưởng bao gồm dạng sau (Hình 3.8):

- Khảm phần - Khảm vịng - Khảm hình quạt - ðột biến tồn phần

Quy trình phân lập ñột biến

Bước 1: Xử lý ñột biến

Xử lý phận sinh dưỡng mô phân sinh, gié hành, củ, cành giâm, v.v tia X, tia gamma, tác nhân hoá học với liều lượng thích hợp

Bước 2: Thế hệ VM1

Tìm phát triển thể khảm từ đỉnh sinh trưởng hay mô phân sinh mầm nách Cắt chồi VM1, ghép mắt, v.v

Trồng vật liệu VM1 Chọn ñột biến thường bắt ñầu hệ VM2 Xác ñịnh cành ghép, cành, đột biến vịng hay đồng Cắt bỏ chồi khơng đột biến

Trồng vật liệu M1V2 Kiểm chứng tắnh ựồng di truyền dòng ựột biến Tiếp tục phân lập ựột biến xô ma nhân ựột biến đánh giá sơ thể ựột biến

Bước ñến bước 10: Thế hệ VM4 hệ sau

đánh giá tắnh ổn ựịnh ựồng dịng vơ tắnh VM4 hệ sau Những dòng ựồng ổn ựịnh ựược ựánh giá ựối với ựặc ựiểm nông học

Mắt tam cấp Lá thứ cấp Chồi thứ cấp (thế hệ VM2)

Chồi sơ cấp (thế hệ VM1)

Mắt thứ cấp Lá sơ cấp

Cành ghép

Gốc ghép

(94)

Phương pháp tách thể khảm xử lý phận nhân cành hay ghép mắt

ðối với thân gỗ

- Xử lý có chồi thường hay chồi bất ñịnh - Tạo ñiều kiện ñể chồi sinh trưởng (VM1)

- Bấm liên tục ñể kích thích tế bào khu vực đột biến tái sinh biểu

(VM2, VM3, vv)

- Cắt cành giâm từ cành ựột biến ựể nhân giống - đánh giá tắnh trạng mong muốn

ðối với lấy củ

- Xử lý củ, nửa củ hay lát cắt có chứa mắt - Trồng VM1

- Chọn củ kảm VM1 - Trồng VM2

- Chọn đột biến tồn phần VM2

- Trồng VM3 ựể khẳng ựịnh nhân giống - đánh giá tắnh trạng mong muốn

Fehr, W R 1987 Principles of cultivar development, Chapter 20 Mutation breeding Borojevic, S 1990 Principles and methods of plant breeding

van Harten, A M 1995 Mutation breeding – Theory and practical applications Cambridge University Express

1 ðột biến gì? Các loại đột biến?

2 Tại ứng dụng phương pháp xử lý ñột biến ñể tạo giống trồng? Khả ứng dụng nào? Khi sao?

4 Liệt kê tác nhân ñột biến lý học hóa học Sự khác hai nhóm tác nhân lý hoạc hóa học

5 Liệt kê yếu tố ảnh hưởng xử lý ñột biến

6 Các phận xử lý đột biến? Ưu nhược ñiểm xử lý phận gì?

7 Thế liều lượng hấp thụ? liều lượng chiếu?

8 Mô tả thao tác/phương pháp xử lý đột biến tác nhân lý học? hóa học ðặc điểm/khó khăn xử lý hạt phận sinh dưỡng (ña bào)? cách khắc

phục

10 Tại xử lý ñột biến cành, bơng hệ M1 coi cá thể riêng biệt?

11 Thể khảm gì? Làm để tách thể khảm?

(95)

CHƯƠNG X

LAI XA Mục tiêu học tập chương

1 Hiểu ñược phạm vi ứng dụng lai xa (khác loài, khác chi) chọn giống Phân tích chế sinh lý, di truyền cản trở trình lai xa

3 Nắm kỹ thuật khắc phục khó khăn lai xa 1 Những ứng dụng lai xa

Lai xa lai hai loài chi (lai khác loài) lai hai loài thuộc hai chi khác (lai khác chi) nhằm chuyển gen có ích từ lồi sang loại khác Lợi ích cụ thể lai xa gồm (Briggs Knowles, 1967)

1) Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay lồi chi có quan hệ họ hàng sang giống trồng gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục ựực tế bào chất, gen phục hồi, khả chống chịu, v.v

2) Tận dụng sức sống lai lồi định, ví dụ lai khác lồi bơng; lồi thức ăn gia súc, lai cao lương cỏ Sudan; sinh sản vơ tính mía khoai tây

3) Tạo lồi dị đa bội mới, triticale 4) Xác định mối quan hệ tiến hố lồi

2 Khó khăn lai xa

Khó khăn chủ yếu việc sử dụng lai xa hàng rào sinh sản thiếu hài hoà hệ thống sinh lý tế bào, cản trở trao đổi (interchange) di truyền hai lồi Trong trường hợp lai xa khó thành cơng lý sau:

1 Bất hợp lai (không tạo hợp tử F1): bất hợp lai không hài hoà hệ thống sinh lý từ loài chi khác cản trở hình thành hợp tử F1 Ví dụ hạt phấn khơng nảy mầm đàu nhụy, ống phấn khơng xun hết vịi nhụy, giao tử đực khơng kết hợp với trứng ống phấn xuyên tới noãn

2 F1 khơng có khả sống: Một số F1 tổ hợp lai xa khơng có khả sống yếu nguyên nhân sau ñây

- Bất dục nhiễm sắc thể: Sự khác cấu trúc nhiễm sắc thể hai lồi can thiệp vào q trình cặp đơi phân chia nhiễm sắc thể phân chia giảm nhiễm khơng hài hồ hai genom khác lai xa

- Khơng hài hồ gen loài tế bào chất loài kia: kết tương tác có hại chí gây chết

- Khơng hài hồ kiểu gen hợp tử F1 với kiểu gen nội nhũ mơ lồi mẹ Sự kết hợp hai genom, genom loài mẹ genom lồi bố khác tạo hiệu ứng liều lượng bất lợi

3 F1 bất dục: Sự bất dục nhiễm sắc thể khơng hài hồ genom bố mẹ, genom loài với tế bào chất lồi gây bất dục F1 Nếu bất dục ñược gây nên phức hệ gen ñặc thù ñược gọi bất dục gen (bất dục lai gen) Nếu khơng có cặp đơi nhiễm sắc thể lai, bất dục kết phân chia khơng bình thường số lượng tổ hợp nhiễm sắc thể giao tử từ genom bố mẹ Ở số lai xa, cặp đơi phân chia nhiễm sắc thể xảy bình thường, F1 bất dục khác cấu trúc nhiễm sắc thể Sự tương tác genom khác dẫn đến loại trừ nhiễm sắc thể

(96)

trong hai genom bố mẹ hợp tử F1 trình phân chia nguyên nhiễm phôi trưởng thành bị bất dục cao ñộ Sự ñào thải nhiễm sắc thể tính bất hợp genom loài tế bào chất loài

4 Sự suy nhược lai: Trong số trường hợp thu lai xa có sức sống cao hữu dục F2 lại yếu bất dục Hiện tương gọi suy nhược lai hay bất lực di truyền Sự suy nhược lai kết hợp ñoạn nhiễm sắc thể trình phân chia giảm nhiễm F1 gồm khác nhỏ cấu trúc làm cho giao tử ñoạn hay lặp ñoạn nhỏ lại quan trọng, giao tử khả sống (con lai F1 bất dục) Tái tổ hợp tạo bào tử F2 hệ sau khơng bình thường, giao tử bất thường ñào thải giai ñoạn giao tử Hiện tượng gọi suy nhược lai hệ F2

3 Phương pháp khắc phục khó khăn lai xa

Sự trao ñổi di truyền hai lồi thực khắc phục phá vỡ hàng rào trở ngại sinh sản Nhà chọn giống áp dụng phương pháp sau ñây

3.1 Cản trở trước thụ tinh Chọn lồi bố mẹ để lai

Thơng thường nhà chọn giống có nguồn gen đa dạng gồm giống trồng trọt, tổ tiên hoang dại, họ hàng Nhà chọn giống cần sàng lọc nguồn gen có tiềm biểu tính trạng mong muốn Trước hết cần chọn nguồn gen có quan hệ họ hàng gần gũi với giống trồng trọt (vựa gen thứ cấp) Cách tốt ñể xác ñịnh mối quan hệ giống trồng trọt loài họ hàng dựa vào số liệu từ thí nghiệm lai Nghiên cứu hệ thống sinh học nhà phân loại tế bào học kết hợp với vấn ñề chọn giống cách tốt ñể xác ñịnh mối quan hệ Nhà chọn giống phải lai thử nhiều tổ hợp khác

Số tổ hợp lai

Sau chọn lọc nguồn gen làm bố mẹ, nhà chọn giống phải lai thử với số lượng lớn ðiều quan trọng có biến động di truyền lớn giống trồng trọt loài hoang dại họ hàng Nhà chọn giống phải tìm cách ñể thử hết phạm vi biến ñộng nguồn vật liệu có

Lai thuận nghịch

Lai thuận nghịch để tìm hướng lai có kết cần thiết, ñặc biệt nhà chọn giống chưa biết tổ hợp bố mẹ

Tăng mức bội thể: Nhân đơi số nhiễm sắc thể ứng dụng thành cơng tổ hợp lai loài khác mức bội thể Kỹ thuật sử dụng phổ biến xử lý côn xi xin

Lai gián tiếp

Khi nhà chọn giống lai hai lồi trực tiếp với áp dụng phương pháp gián tiếp Phương pháp gián tiếp gồm loạt tổ hợp lai có tham gia giống trồng trọt với hai ba loài hoang dại họ hàng Mặc dù giống trồng trọt loài tương hợp lai định khơng thể lai trực tiếp với nhau, nhiễm sắc thể genom ñược tập hợp thể thông qua lai gián tiếp Tuy nhiên nhà chọn giống phải tiến hành lai thử nhiều lần sàng lọc cá thể từ quần thể phân ly để trì gen mong muốn cần ñược chuyển

(97)

Cải tiến kỹ thuật lai

Kỹ thuật lai xa tương tự lai trongloài Tuy nhiên cải tiến kỹ thuật khử ñực thụ phấn giúp nhà chọn giống khắc phục hàng rào cản trở trước thụ tinh trường hợp ñịnh Các kỹ thuật gồm:

i) Ghép phơi: Ghép phơi hạt nảy mầm lồi vào nội nhũ hạt nảy mầm lồi Ví dụ, lấy phơi lúa mì ghép vào nội nhũ mì đen để tạo lúa mì Những lai với hạt phấn mì đen tạo số lai cao lần so với ñối chứng

ii) Hỗn hợp hạt phấn: hỗn hợp hạt phấn có sức sống bình thường khơng tương hợp với hạt phấn tương hợp sức sống biện pháp khắc phục bất hợp lai số loài (Mentor pollen), ví dụ lồi Poplar (Knox et al., 1972)

iii) Sử dụng dung môi hữu cơ: số lồi tính bất hợp hạt phấn bề mặt vịi nhụy lồi khác bị phá vỡ cách xử lý ñầu nỵuy hạt phấn dung mơi hữu

iv) Cắt bỏ đầu nhụy trước thụ phấn: Khó khăn để tạo lai xa khoai tây (các loài Solanum sinh trưởng ống phấn bị ức chế) khắc phục cách cắt bỏ ñầu nhụy thay mẫu agar chứa ñường gelatin

v) Xử lý chất điều hồ sinh trưởng: số tổ hợp lai xa hạt phấn có khả nảy mầm đầu nhụy lồi khác ống phấn sinh trưởng chậm vòi nhụy làm cho trứng bị thoái hoá hoa rụng trước xảy q trình thụ tinh Khó khăn khắc phục cách xử lý chất điều hồ sinh trưởng để kích thích ống phấn phát triển Chất điều hồ sinh trưởng làm tăng tỉ lệ sống phôi sau thụ tinh Ví dụ, lai giống lê lưỡng bội tứ bội thành công nhờ xử lý bầu nhụy với axit õ-naphthoxyacetic

vi) Cát ngắn vòi nhụy: Cắt ngắn vịi nhuỵ làm rút ngắn khoảng cách để ống phấn đến nỗn Ví dụ cát ngắn râu ngô lai ngô với Tripsacum

vii) Dung hợp tế bào trần: Dung hợp tế bào trần (cong gọi lai xơ ma) coi phương pháp hữu hiệu ñể khắc phục hàng rào sinh sản

viii) Lai với số lượng lớn: Lai với số lượng lớn biện pháp khắc phục hàng rào trước thụ tinh ðể lai số lượng lớn nhà chọn giống phải áp dụng kỹ thuật khử ñực thụ phấn hàng loạt Nếu có gen thị, nhà chọn giống cần thụ phấn mà khơng cần khử đực, thu hoạch hạt từ mẹ sàng lọc hệ ñể tách lai

ix) Thụ phấn in vitro: Thụ phấn nỗn điều kiện in vitro, loại bỏ hồn tồn vịi nhụy mô thành bầu nhuỵ, phương pháp hữu hiệu vùng bất hợp tập trung ñầu nhụy, vòi nhụy bầu

3.2 Cản trở sau thụ tinh Sử dụng hc mơn sinh trưởng

Trong nhiều trường hợp hợp tử F1 phơi non bị tỉ lệ đậu hạt thấp phơi khơng phát triển Nhà chọn giống xử lý hc mơn sinh trưởng sau thụ phấn để giữ hoa kích thích đậu

Phấn hỗn hợp

Hỗn hợp phấn loài khác với loài tương hợp làm tăng tỉ lệ đậu Ví dụ, hoa lồi mẹ có ba đầu nhụy hoa, hai đầu nhụy thụ phấn thụ phấn với phấn loài khác cịn đầu nhụy thụ phấn với tương hợp lồi, tăng tỉ lệ đậu

(98)

Nuôi cấy phôi

Trong trường hợp hợp tử không phát triển bình thường nội nhũ khả ni dưỡng phơi phơi ni cấy mơi trường nhân tạo Phương pháp cịn gọi cứu phôi

Ghép

Ghép F1 lên bình thường hai lồi bố mẹ làm tăng sức sống lai F1 khơng có khả sống diệp lục khơng phát triển hệ thống rễ phát triển 5) Tạo ña bội khác nguồn: Nhiều lai xa thường bất dục cao Có thể khắc phục tính bất dục cách nhân đơi số lượng nhiễm sắc thể F1 tạo thể ña bội thể khác nguồn

3.3 Sự suy nhược F2

Một số lai xa F1 phát triển hữu dục bình thường, hệ lại giảm sức sống độ hữu dục, chí số khơng bình thường bất dục Sự bất dục cân di truyền (Stebbins, 1958) Vì thế, nhà chọn giống phải gieo trồng quần thể lớn hi vọng tạo tổ hợp gen nhiễm sắc thể cân

Lai lại nhiều lần với bố mẹ hồi giao phương pháp tạo cân lai Chẳng hạn bông, lai lại vài lần với hai bố mẹ phục hồi hoàn toàn bố mẹ hồi giao

4 Một số thành tựu lai xa ăn 4.1 Họ cam quýt: Tangelo

Họ cam quýt (Rutaceae) có số loại có ngon giới, có nhiều lai lồi Tangelo (Hình 1.9) lai bưởi với quýt Giống tangelo trồng rộng rãi Quận San Diego lai tạo bưởi (C x paradisi) với quýt (C reticulata) Bản thân bưởi (C x paradisi) lai (C maxima) với với cam (C sinensis)

Hình 1.9: Con lai bưởi (C x paradisi) với quýt (C reticulata)

Bưởi

(99)

4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ñào,v.v.)

Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều ăn có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus Mỗi lồi có nhiều giống khác nhà thực vật học ñã chuyển số loài thành chi riêng biệt, gồm Amygdalus (ñào) Armeniaca (mơt) Một số loại đào lơng (P persica syn Amygdalus persica), đào trơn gọi nectarine (một giống khác f P persica), mận (P domestica), mơ (P armeniaca syn Armeniaca vulgaris),và anh ñào (P avium and P cerasus)

Một số loài chi Prunus ựã ựược lai với ựể tạo lai khác lồi (Hình 2.9) lai ựào mơ - peachcot (Prunus persica x P armeniaca), lai giưa anh ựào mơ - cherrycot (P besseyi x P armeniaca), lai giữa mận mơ - plumcot (P domestica x

P armeniaca) Một số lai có tên khác tùy theo giống bố mẹ ñược sử dụng mức

ñộ giống với bố mẹ

Hình 2.9 Con lai mận (Prunus domestica) mơ (P armeniaca) - Plumcot Vì lai giống mận nhiều nên gọi "pluot." "

Fehr, W R 1987 Principles of cultivar development Chapter 14: Interspecific hybridization Macmillan Publishing Company

Agrawal, R L 1998 Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production Science Publishers, Inc

1 Thế lai xa?

2 Khi nhà chọn giống cần tiến hành lai xa? Khi lai xa gặp khó khăn gì? sao?

4 Liệt kê số phương pháp khác phục khó khăn lai xa

5 Hiện tượng suy nhược lai F2 gì? Cách khắc phục nào?

(100)

CHƯƠNG X

LAI XA Mục tiêu học tập chương

1 Hiểu ñược phạm vi ứng dụng lai xa (khác loài, khác chi) chọn giống Phân tích chế sinh lý, di truyền cản trở trình lai xa

3 Nắm kỹ thuật khắc phục khó khăn lai xa 1 Những ứng dụng lai xa

Lai xa lai hai loài chi (lai khác loài) lai hai loài thuộc hai chi khác (lai khác chi) nhằm chuyển gen có ích từ lồi sang loại khác Lợi ích cụ thể lai xa gồm (Briggs Knowles, 1967)

1) Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay lồi chi có quan hệ họ hàng sang giống trồng gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục ựực tế bào chất, gen phục hồi, khả chống chịu, v.v

2) Tận dụng sức sống lai loài định, ví dụ lai khác lồi bơng; lồi thức ăn gia súc, lai cao lương cỏ Sudan; sinh sản vơ tính mía khoai tây

3) Tạo lồi dị đa bội mới, triticale 4) Xác định mối quan hệ tiến hố lồi

2 Khó khăn lai xa

Khó khăn chủ yếu việc sử dụng lai xa hàng rào sinh sản thiếu hài hoà hệ thống sinh lý tế bào, cản trở trao đổi (interchange) di truyền hai lồi Trong trường hợp lai xa khó thành cơng lý sau:

1 Bất hợp lai (không tạo hợp tử F1): bất hợp lai không hài hoà hệ thống sinh lý từ lồi chi khác cản trở hình thành hợp tử F1 Ví dụ hạt phấn khơng nảy mầm đàu nhụy, ống phấn khơng xun hết vịi nhụy, giao tử đực khơng kết hợp với trứng ống phấn xuyên tới noãn

2 F1 khơng có khả sống: Một số F1 tổ hợp lai xa khơng có khả sống yếu nguyên nhân sau ñây

- Bất dục nhiễm sắc thể: Sự khác cấu trúc nhiễm sắc thể hai loài can thiệp vào q trình cặp đơi phân chia nhiễm sắc thể phân chia giảm nhiễm không hài hoà hai genom khác lai xa

- Khơng hài hồ gen lồi tế bào chất loài kia: kết tương tác có hại chí gây chết

- Khơng hài hồ kiểu gen hợp tử F1 với kiểu gen nội nhũ mơ lồi mẹ Sự kết hợp hai genom, genom loài mẹ genom loài bố khác tạo hiệu ứng liều lượng bất lợi

3 F1 bất dục: Sự bất dục nhiễm sắc thể khơng hài hồ genom bố mẹ, genom loài với tế bào chất lồi gây bất dục F1 Nếu bất dục ñược gây nên phức hệ gen ñặc thù ñược gọi bất dục gen (bất dục lai gen) Nếu khơng có cặp đơi nhiễm sắc thể lai, bất dục kết phân chia khơng bình thường số lượng tổ hợp nhiễm sắc thể giao tử từ genom bố mẹ Ở số lai xa, cặp đơi phân chia nhiễm sắc thể xảy bình thường, F1 bất dục khác cấu trúc nhiễm sắc thể Sự tương tác genom khác dẫn đến loại trừ nhiễm sắc thể

(101)

trong hai genom bố mẹ hợp tử F1 trình phân chia nguyên nhiễm phôi trưởng thành bị bất dục cao ñộ Sự ñào thải nhiễm sắc thể tính bất hợp genom loài tế bào chất loài

4 Sự suy nhược lai: Trong số trường hợp thu lai xa có sức sống cao hữu dục F2 lại yếu bất dục Hiện tương gọi suy nhược lai hay bất lực di truyền Sự suy nhược lai kết hợp ñoạn nhiễm sắc thể trình phân chia giảm nhiễm F1 gồm khác nhỏ cấu trúc làm cho giao tử ñoạn hay lặp ñoạn nhỏ lại quan trọng, giao tử khả sống (con lai F1 bất dục) Tái tổ hợp tạo bào tử F2 hệ sau không bình thường, giao tử bất thường ñào thải giai ñoạn giao tử Hiện tượng gọi suy nhược lai hệ F2

3 Phương pháp khắc phục khó khăn lai xa

Sự trao ñổi di truyền hai lồi thực khắc phục phá vỡ hàng rào trở ngại sinh sản Nhà chọn giống áp dụng phương pháp sau ñây

3.1 Cản trở trước thụ tinh Chọn lồi bố mẹ để lai

Thơng thường nhà chọn giống có nguồn gen đa dạng gồm giống trồng trọt, tổ tiên hoang dại, họ hàng Nhà chọn giống cần sàng lọc nguồn gen có tiềm biểu tính trạng mong muốn Trước hết cần chọn nguồn gen có quan hệ họ hàng gần gũi với giống trồng trọt (vựa gen thứ cấp) Cách tốt ñể xác ñịnh mối quan hệ giống trồng trọt loài họ hàng dựa vào số liệu từ thí nghiệm lai Nghiên cứu hệ thống sinh học nhà phân loại tế bào học kết hợp với vấn ñề chọn giống cách tốt ñể xác ñịnh mối quan hệ Nhà chọn giống phải lai thử nhiều tổ hợp khác

Số tổ hợp lai

Sau chọn lọc nguồn gen làm bố mẹ, nhà chọn giống phải lai thử với số lượng lớn ðiều quan trọng có biến động di truyền lớn giống trồng trọt loài hoang dại họ hàng Nhà chọn giống phải tìm cách để thử hết phạm vi biến ñộng nguồn vật liệu có

Lai thuận nghịch

Lai thuận nghịch để tìm hướng lai có kết cần thiết, ñặc biệt nhà chọn giống chưa biết tổ hợp bố mẹ

Tăng mức bội thể: Nhân đơi số nhiễm sắc thể ñã ñược ứng dụng thành công tổ hợp lai loài khác mức bội thể Kỹ thuật sử dụng phổ biến xử lý côn xi xin

Lai gián tiếp

Khi nhà chọn giống khơng thể lai hai lồi trực tiếp với áp dụng phương pháp gián tiếp Phương pháp gián tiếp gồm loạt tổ hợp lai có tham gia giống trồng trọt với hai ba loài hoang dại họ hàng Mặc dù giống trồng trọt loài tương hợp lai định khơng thể lai trực tiếp với nhau, nhiễm sắc thể genom ñược tập hợp thể thông qua lai gián tiếp Tuy nhiên nhà chọn giống phải tiến hành lai thử nhiều lần sàng lọc cá thể từ quần thể phân ly để trì gen mong muốn cần ñược chuyển

(102)

Cải tiến kỹ thuật lai

Kỹ thuật lai xa tương tự lai trongloài Tuy nhiên cải tiến kỹ thuật khử ñực thụ phấn giúp nhà chọn giống khắc phục hàng rào cản trở trước thụ tinh trường hợp định Các kỹ thuật gồm:

i) Ghép phơi: Ghép phơi hạt nảy mầm lồi vào nội nhũ hạt nảy mầm lồi Ví dụ, lấy phơi lúa mì ghép vào nội nhũ mì đen để tạo lúa mì Những lai với hạt phấn mì đen tạo số lai cao lần so với ñối chứng

ii) Hỗn hợp hạt phấn: hỗn hợp hạt phấn có sức sống bình thường không tương hợp với hạt phấn tương hợp sức sống biện pháp khắc phục bất hợp lai số loài (Mentor pollen), ví dụ lồi Poplar (Knox et al., 1972)

iii) Sử dụng dung môi hữu cơ: số lồi tính bất hợp hạt phấn bề mặt vịi nhụy lồi khác bị phá vỡ cách xử lý ñầu nỵuy hạt phấn dung mơi hữu

iv) Cắt bỏ đầu nhụy trước thụ phấn: Khó khăn để tạo lai xa khoai tây (các loài Solanum sinh trưởng ống phấn bị ức chế) khắc phục cách cắt bỏ ñầu nhụy thay mẫu agar chứa ñường gelatin

v) Xử lý chất điều hồ sinh trưởng: số tổ hợp lai xa hạt phấn có khả nảy mầm đầu nhụy lồi khác ống phấn sinh trưởng chậm vòi nhụy làm cho trứng bị thoái hoá hoa rụng trước xảy q trình thụ tinh Khó khăn khắc phục cách xử lý chất điều hồ sinh trưởng ñể kích thích ống phấn phát triển Chất điều hồ sinh trưởng làm tăng tỉ lệ sống phôi sau thụ tinh Ví dụ, lai giống lê lưỡng bội tứ bội thành công nhờ xử lý bầu nhụy với axit õ-naphthoxyacetic

vi) Cát ngắn vòi nhụy: Cắt ngắn vịi nhuỵ làm rút ngắn khoảng cách để ống phấn đến nỗn Ví dụ cát ngắn râu ngơ lai ngô với Tripsacum

vii) Dung hợp tế bào trần: Dung hợp tế bào trần (cong gọi lai xơ ma) coi phương pháp hữu hiệu ñể khắc phục hàng rào sinh sản

viii) Lai với số lượng lớn: Lai với số lượng lớn biện pháp khắc phục hàng rào trước thụ tinh ðể lai số lượng lớn nhà chọn giống phải áp dụng kỹ thuật khử ñực thụ phấn hàng loạt Nếu có gen thị, nhà chọn giống cần thụ phấn mà khơng cần khử đực, thu hoạch hạt từ mẹ sàng lọc hệ ñể tách lai

ix) Thụ phấn in vitro: Thụ phấn nỗn điều kiện in vitro, loại bỏ hồn tồn vịi nhụy mô thành bầu nhuỵ, phương pháp hữu hiệu vùng bất hợp tập trung đầu nhụy, vịi nhụy bầu

3.2 Cản trở sau thụ tinh Sử dụng hc mơn sinh trưởng

Trong nhiều trường hợp hợp tử F1 phơi non bị tỉ lệ đậu hạt thấp phơi khơng phát triển Nhà chọn giống xử lý hc mơn sinh trưởng sau thụ phấn ñể giữ hoa kích thích ñậu

Phấn hỗn hợp

Hỗn hợp phấn loài khác với loài tương hợp làm tăng tỉ lệ đậu Ví dụ, hoa lồi mẹ có ba ñầu nhụy hoa, hai ñầu nhụy thụ phấn thụ phấn với phấn lồi khác cịn ñầu nhụy thụ phấn với tương hợp lồi, tăng tỉ lệ đậu

(103)

Nuôi cấy phôi

Trong trường hợp hợp tử không phát triển bình thường nội nhũ khả ni dưỡng phơi phơi ni cấy mơi trường nhân tạo Phương pháp gọi cứu phôi

Ghép

Ghép F1 lên bình thường hai lồi bố mẹ làm tăng sức sống lai F1 khả sống diệp lục khơng phát triển hệ thống rễ phát triển 5) Tạo ña bội khác nguồn: Nhiều lai xa thường bất dục cao Có thể khắc phục tính bất dục cách nhân đơi số lượng nhiễm sắc thể F1 tạo thể ña bội thể khác nguồn

3.3 Sự suy nhược F2

Một số lai xa F1 phát triển hữu dục bình thường, hệ lại giảm sức sống độ hữu dục, chí số khơng bình thường bất dục Sự bất dục cân di truyền (Stebbins, 1958) Vì thế, nhà chọn giống phải gieo trồng quần thể lớn hi vọng tạo tổ hợp gen nhiễm sắc thể cân

Lai lại nhiều lần với bố mẹ hồi giao phương pháp tạo cân lai Chẳng hạn bông, lai lại vài lần với hai bố mẹ phục hồi hoàn toàn bố mẹ hồi giao

4 Một số thành tựu lai xa ăn 4.1 Họ cam quýt: Tangelo

Họ cam quýt (Rutaceae) có số loại có ngon giới, có nhiều lai lồi Tangelo (Hình 1.9) lai bưởi với quýt Giống tangelo trồng rộng rãi Quận San Diego lai tạo bưởi (C x paradisi) với quýt (C reticulata) Bản thân bưởi (C x paradisi) lai (C maxima) với với cam (C sinensis)

Hình 1.9: Con lai bưởi (C x paradisi) với quýt (C reticulata)

Bưởi

(104)

4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ñào,v.v.)

Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều ăn có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus Mỗi lồi có nhiều giống khác nhà thực vật học ñã chuyển số loài thành chi riêng biệt, gồm Amygdalus (ñào) Armeniaca (mơt) Một số loại ñào lông (P persica syn Amygdalus persica), ñào trơn gọi nectarine (một giống khác f P persica), mận (P domestica), mơ (P armeniaca syn Armeniaca vulgaris),và anh ñào (P avium and P cerasus)

Một số loài chi Prunus ựã ựược lai với ựể tạo lai khác lồi (Hình 2.9) lai ựào mơ - peachcot (Prunus persica x P armeniaca), lai giưa anh ựào mơ - cherrycot (P besseyi x P armeniaca), lai giữa mận mơ - plumcot (P domestica x

P armeniaca) Một số lai có tên khác tùy theo giống bố mẹ ñược sử dụng mức

ñộ giống với bố mẹ

Hình 2.9 Con lai mận (Prunus domestica) mơ (P armeniaca) - Plumcot Vì lai giống mận nhiều nên gọi "pluot." "

Fehr, W R 1987 Principles of cultivar development Chapter 14: Interspecific hybridization Macmillan Publishing Company

Agrawal, R L 1998 Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production Science Publishers, Inc

1 Thế lai xa?

2 Khi nhà chọn giống cần tiến hành lai xa? Khi lai xa gặp khó khăn gì? sao?

4 Liệt kê số phương pháp khác phục khó khăn lai xa

5 Hiện tượng suy nhược lai F2 gì? Cách khắc phục nào?

(105)

CHƯƠNG X

ỨNG DỤNG ðA BỘI THỂ VÀ ðƠN BỘI THỂ TRONG CHỌN GIỐNG Mục tiêu học tập chương

1 Hiểu phân tích vai trị của ña bội thể tiến hóa khả ứng dụng chọn giống trồng

2 Nắm ñược ñặc ñiểm loại ña bội thể

3 Hiểu ñược phương pháp tạo sử dụng ñơn bội thể trình chọn giống

4 Phân biệt ñược loại hình ña bội thể, ñường hình thành đa bội thể phương pháp xử lý nhân tạo

5 Sử dụng ña bội thể sản xuất

1 ða bội thể

1.1 Ý nghĩa ña bội thể tự nhiên chọn giống

Một thể sống ñược gọi đa bội thể có tế bào chứa hai nhiễm sắc thể (bộ nhiễm sắc thể ký hiệu x), nói cách khác số nhiễm sắc thể bội số x lớn 2x, ví dụ, tam bội thể (3x), tứ bội thể (4x), lục bội thể (6x), bát bội thể (8x)

ða bội thể tượng phổ biến thực vật, đặc biệt hạt kín 30% ñến 70% hạt kín trạng thái ña bội (Grant, 1971; Goldblatt, 1980) Phần lớn sản phẩm trồng nuối sống lồi người đa bội, ví dụ lúa mì, mía, khoai tây, khoai lang, vv (Bảng 1.10) Một số lồi chi có số nhiễm sắc thể thay ñổi tạo thành dãy ña bội, ví dụ lồi cà phê có số nhiễm sắc thể 22, 44, 66 88 loài thuộc họ cà có số nhiễm sắc thể 24 48 ðiều chứng tỏ dạng tổ tiên có số nhiễm sắc thể tương ứng 11 12 mà từ tạo dạng có số nhiễm sắc thể khác Bảng 1.10: Số nhiễm sắc thể số trồng

Cây trồng Số nhiễm sắc thể

cơ (x) Số nhiễm sắc thể Mức ña bội

Lúa mì 42 6x

Lạc 10 40 4x

Mía 10 80 8x

Chuối 11 22,33 2x, 3x

Khoai tây 12 48 4x

Khoai lang 15 90 6x

Bông 13 52 4x

Táo tây 17 34, 51 2x, 3x

Ngược lại với q trình tiến hóa xảy từ từ lồi hình thành từ quần thể cách ly, lồi xuất cách đột ngột Cơ chế phổ biến thơng qua hình thành thể đa bội tự nhiên Một thể tứ bội xuất quần thể lai với thể tứ bội khác Tứ bội thể lai với thể lưỡng bội loài bố mẹ tạo thành bất dục Hiện tượng tạo “hàng rào sinh sản” thể đa bội lồi bố mẹ - ñộng lực quan ñối với hình thành lồi

Các nhà khoa học cho ý nghĩa tiến hóa đa bội thể khơng làm giàu gen mà cịn biến ñộng di truyền nhờ tăng khả tái tổ hợp thể ña bội Trong tự nhiên tỉ lệ đa bội bội thể có tương quan với vĩ độ độ cao (Bảng 2.10) Có nhiều quan ñiểm khác mối quan hệ này, nhiệt ñộ cực ñoan (sốc nhiệt ñộ) cảm ứng ña bội, đa bội thể có tính đệm tốt thể lưỡng bội ñể chống lại ñiều kiện khí hậu

(106)

cực ñoan (lạnh, hạn hán ) Tuy nhiên, thực tế nhiều trồng nhiệt ñới dạng đa bội thể Q trình tiến hóa lồi q trình chuyển từ lưỡng bội sang đa bội thể

Các nhà khoa học cho có số yếu tố tạo ưu thích nghi tiến hóa đa bội thể Quan trọng có lẽ thể đa bội có tính dị hợp tử cao thể lưỡng bội Chẳng hạn, thể tứ bội có bốn alen locut, độ dị hợp tử yếu tố định khả sinh trưởng, suất khả thích nghi ða bội thể khác nguồn có độ dị hợp tử cao nhiều làm tăng sức sống ưu lai thể ña bội

Mặc dù đa bội thể có ý nghĩa lớn q trình tiến hóa, việc ứng dụng đa bội thể chọn tạo giống hạn chế so với phương pháp khác lai giống hay tạo giống lai Nguyên nhân chủ yếu nhiều trường hợp thể ña bội nhân tạo biểu rối loạn cân di truyền Vì phải tìm phương pháp tạo đa bội thể phù hợp, kết hợp với lai chọn lọc cẩn thận ñối với vật liệu thơ đa bội

Bảng 2.10: Quan hệ vĩ ñộ tỉ lệ ña bội thể quần thực vật tự nhiên (Tischler, 1936)

Vùng Vĩ ñộ ñịa lý Tỉ lệ ña bội thể (%)

Xi-xin 36-38 37,0

Hungari 44-49 48,6

Trung Âu 46-55 50,7

ðan Mạch 54-58 53,5

Tây nam Greenland 60-62 74,0

ðảo băng 63-66 71,2

Tây bắc Alaska 68 59,3

Spitsbergen 77-81 74,0

ðảo Peary 82-84 85,9

1.2 ða bôi thể nguồn (autopolyploid)

ða bội thể nguồn hình thành tăng bội số nhiễm sắc thể lồi ða bội thể gọi theo bội số nhiễm sắc thể bản: ví dụ, thể tam bội có ba nhiễm sắc thể (3x); thể tứ bội có nhiễm sắc thể (4x)

a) ðặc ñiểm chung ña bội thể nguồn

Nếu so sánh với hệ tuền thân lưỡng bội ña bội thể nguồn có đặc điểm khác biệt sau:

Tế bào lớn thường làm cho quan quả, hạt (rất có ý nghĩa phận sử dụng), hoa (có ích cảnh, Hình 1.10), thân (có ý nghĩa thức ăn gia súc

Lá dày với tỉ lệ dài rộng nhỏ Bộ thường xanh đậm giịn

Tế bào biểu bì khí khổng lơn hơn, tế bào bảo vệ chứa số lượng sắc lạp nhiều Tăng số lượng sắc lạp tiêu có ích ñể phát mức ña bội (ví dụ khoai tây, cỏ ba lá) Ví dụ, khoai tây 2x có 10-15 sắc lạp; 4x có 18-24 sắc lạp

Hình 1.9: Hoa loa kèn trắng tứ bội

(107)

Hạt phấn thường lớn với nhiễu lỗ mầm

Sinh trưởng chậm tất giai đoạn sinh trưởng, chín muộn hơp đơi hoa ngắn hoa

ðộ hữu dục thể ña bội nguồn thường thấp thể lưỡng bội tương ứng, khả sản xuất hạt khó khăn gây khó khăn trồng phải gieo trồng hạt Tuy nhiên mức độ hữu dục cịn phụ thuộc vào mức đa bội, ña bội cao bất dục lớn; ña bội chẵn có độ hữu dục cao đa bội lẻ (Bảng 3.9)

Bảng 3.9: Mối quan hệ mức ña bội ñộ hữu dục (ñộ nhuộm màu hạt phấn) ña bội thể nguồn (Nishi Mitsouka, 1969)

Mức ña bội x 2x 3x 4x 5x

Tỉ lệ nhuộm màu hạt phấn (%) 95 52 78 31

Ống phấn 4x thường sinh trưởng chậm lưỡng bội

Thể tứ bội nguồn loài lưỡng bội tự bất hợp với hệ thống tự bất hợp giao tử locut trở nên tương hợp, ñó hệ thống bào tử nhiều locut phản ứng tự bất hợp chỉyếu so với thể lưỡng bộiác loại ña bội thể nguồn (tam bội tứ bội, ) ña bội thể tự nhiên

b) Di truyền ña bội thể nguồn

Tính di truyền đa bội thể nguồn tương ñối phức tạp Sự phân ly thay ñổi theo cặp đơi nhiễm sắc thể, mức độ đa trị trình giảm nhiễm, khoảng cách gen từ tâm ñộng chất tần số bắt chéo Ví dụ, tứ bội thể nguồn (2n=2x) có bốn nhiễm sắc thể tương ñồng Theo nguyên lý , bốn nhiễm sắc thể tương đồng cặp đơi với q trình giảm nhiễm tối ña có x lần tứ trị ñược tạo thành Tuy nhiên trường hợp vây xảy Ngồi tứ trị tế bào mẹ bào tử tạo thành hình thể khác tam trị + ñơn trị, hai lưỡng trị bốn ñơn trị

Phức tạp thể ña bội nguồn loại có nhiều alen locut (đa alen), ví dụ : ba alen A1, A2, A3, A3; bốn alen A1, A2, A3, A4 Tính đa alen tượng có ý nghĩa chọn giống ña bội nguồn, ñặc biệt mối quan hệ với giao phối cận huyết ưu lai ðể minh họa phân ly tính trạng lưỡng bội đa bội trình bày (Hình 2.10)

c) Phương pháp tạo đa bội thể nguồn Tạo ña bội ñường nguyên phân

ða bội thể nguồn tự nhiên hình thành từ lồi lưỡng bội khác chúng có nhiều đặc điểm có lợi mong muốn khơng có lưỡng bội ðiều kích thích nhà chọn giống tìm phương pháp ñể tăng nhân tạo số nhiễm sắc thể loài trồng lưỡng bội

Các phương pháp cổ dựa vào thực tế trình giảm nhiễm phân chia nhiễm sắc thể mẫn cảm với tác nhân nóng, lạnh, thuốc gây mê, v.v Khi phân chia tế bào không xảy sau trình nguyên phân nhiễm sắc thể, chẳng hạn nhiệt ñộ tới hạn, số nhiễm sắc thể tế bào tăng gấp đơi Một thực tế khác mơ sẹo hình thành bị chấn thương chồi mọc từ mơ sẹo có số nhiễm sắc thể tăng gấp đơi Trong năm 1930, phát tác ñộng conxixin ñối với trình phân bào bước nhảy vọt để tăng số nhiễm sắc thể

Xử lý conxixin

Conxixin – chất alkaloid ñược chiết xuất từ tất phận Colchicum autumnale tác nhân có hiệu để tạo đa bội thể ñường nhân tạo Conxixin tan nước tạo tỉ lệ tế bào ña bội cao nồng độ khơng độc với nhiều

(108)

lồi trồng Khí cười (N2O) điều kiện áp suất cao (± 10 atm) acenapthane có tác động conxixin Tất chất ñều chất ñộc ñối với thoi vô sắc, làm sợi thoi chức Sự phân chia nhiễm sắc thể xảy nhiễm sắc tử khơng kéo cực Ở giai ñoạn sau tâm ñộng phân chia thành tế bào khơng hình thành Do tế bào có nhiễm sắc thể nhân tăng gấp đơi Q trình phân chia nguyên nhiễm gọi phân chia conxixin (Levan, 1938)

Lưỡng bội Tứ bội

Po AA x aa AAAA x aaaa

F1 Aa AAaa

Giao tử tạo thành hệ F1

0,5A; 0,5a 0,167 AA; 0,667Aa; 0,167aa

1A : 1a 1AA : 4Aa : 1aa Tỉ lệ phân ly hệ F2

0,5A 0,5a 0,5A 0,25AA 0,25Aa 0,5a 0,25Aa 0,25aa

0,167AA 0,667Aa 0,167aa 0,167AA 0,0278

AAAA 0,1111 AAAa 0,0278 AAaa 0,667Aa 0,1111

AAAa 0,4444 AAaa 0,1111 Aaaa 0,167aa 0,0278

AAaa

0,1111 Aaaa

0,0278 aaaa Các nhóm kiểu gen hệ F2

0,25AA 0,0278 AAAA (quadriplex)

0,50Aa 0,2222 AAAa (Triplex)

0,25aa 0,5000 AAaa (Duplex)

0,2222 Aaaa (Simplex) 0,0278 aaaa (Nulliplex)

Hình 2.10: Phân ly đơn tính lai lưỡng bội tứ bội nguồn

Vật liệu xử lý: Levan (theo Dewey, 1980) kết luận trồng thích hợp với việc cải tiến thơng qua nhân đơi số nhiễm sắc thể cần có đặc ñiểm sau:

- số lượng nhiễm sắc thể thấp

- sản phẩm thu hoạch phận sinh dưỡng - giao phấn

- kiểu sinh trưởng lâu năm

- có khả sinh sản sinh dưỡng

Cần phải tạo số lượng lớn dòng tứ bội thể từ nguồn lưỡng bội ña dạng ñể ñảm bảo ña dạng alen chương trình chọn giống Lai đơn lai kép dịng 4x đa dạng di truyền cần thiết để tạo giống có ưu lai tối đa

i) Xử lý hạt: Thường sử dụng dung dịch conxixin nồng ñộ từ 0,1-0,5% thời gian xử lý từ đến 24 Có thể xử lý trước sau hạt nảy mầm nhiệt ñộ xấp xỉ 27oC Các yếu tố áp dụng riêng lẻ hay kết hợp, tùy theo loại trồng giống ii) Xử lý phận sinh dưỡng: nhỏ giọt conxixin đặt bơng thấm dung dịch conxixin lên ñỉnh sinh trưởng (hoặc mầm nách, mắt củ, v.v.) Cũng xử lý cành giâm thời gian 4-5 ngày sau trồng ghép cần thiết ðiều quan trọng trường hợp chất ñộc ñối với sợi thoi phải có hoạt lực tế bào ñang phân chia Chi tiết xử lý conxixin ñối với số trồng ñược cung cấp bảng 4.10

(109)

Bảng 4.10: Xử lý conxixin ñể tạo ña bội thể nguồn số trồng Cây trồng Vật liệu xử lý Nồng ñộ

conxixin (%) Thời gian xử lý (giờ)

Lúa miến Cây 0,1-1,0 Dung dịch đưa vào mơ áp lực thấp; rễ khơng tiếp xúc với dung dịch

Bông vải ðỉnh

con (4-5 lá) 0,08 Xử lý 12 ngắt quãng ñều ñặn

Ớt cay Hạt 0,1 ngày

Vừng Chồi sinh

dưỡng 0,4 Phun ngày lần ngày cách Thuốc Chồi sinh

dưỡng ñang sinh trưởng

0,4 Tẩm dung dịch ngày lần 10-15 phút, tuần

Xử lý conxixin mơ xơ ma đơn giản, dễ làm có hiệu nhược điểm tạo thành thể khảm: mơ có số nhiễm sắc thể nhân đơi mơ có số nhiễm sắc thể bố mẹ bình thường có mặt Thơng thường mơ bình thường sinh trưởng nhanh chèn ép mơ đa bội Vì phải thường xun loại bỏ mơ bình thường tạo hội cho chồi ña bội sinh trưởng phát triển Xử lý ñỉnh sinh trưởng giảm thiểu tính khảm số nhiễm sắc thể Phương pháp tốt ñể tăng hiệu conxixin giảm thiểu tính khảm có nhiều tế bào giai đoạn phân chia nguyên nhiễm cách xử lý trước với 5-amono-uracil Xử lý 5-amino-uracil ngăn chặn tổng hợp ADN không ngăn chặn phân chia tế bào sau kết thúc xử lý Sau rửa 5-amino-uracil, phần lớn tế bào phân chia lúc Bằng phương pháp nhà chọn giống ñã thành cơng việc giảm thiểu tính khảm đậu đỗ, ngô hành tây

Nuôi cấy mô

Trong năm gần việc ni cấy in vitro trở thành cơng cụ hữu ích để nhân đơi số nhiễm sắc thể, ví dụ thuốc lá, khoai tây nhiều trồng khác Tuy nhiên, người ta chưa hiểu hết chế làm tăng số nhiễm sắc thể q trình ni cấy Sự nhân đơi nhiễm sắc thể xảy thơng qua dung hợp tế bào trần, nhiên kỹ thuật hữu ích để tạo đa bội khác nguồn lai xa

Tất phương pháp liên quan tới q trình đa bội hóa đường ngun phân, nhiễm sắc thể ban đầu có cộng đồng dạng thơng qua đa bội hóa ðiều có giá trị ñối với gen (alen) nhiễm sắc thể đó, ví dụ Aa AaAa; AA AAAA aa aaaa, hệ C1 không tạo AAAa hay Aaaa

Nhân đơi liều lượng alen có lợi số tính trạng lại khơng có lợi số tính trạng khác, ví dụ giảm độ hữu dục ñã nêu phần Mặc dù phận sinh dưỡng ña bội lớn sức sống cao lưỡng bội, suất sinh dưỡng ña bội thường thấp Nguyên nhân độ đồng hợp tử tăng (độ cận huyết), ñặc biệt ñối với giao phấn sinh sản vơ tính dẫn đến suy thối cận huyết Vì vật liệu đa bội thơ sau xử lý phải ñược tiếp tục lai chọn lọc

Ứng dụng ña bội thể nguồn sản xuất

i) Dưa hấu tam bội không hạt: suất chất lượng dưa hấu tam bội cao dưa hấu lưỡng bội; ñược chấp nhậ Nhật bản, Hoa Kỳ Phải gieo xen Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(110)

lưỡng bội với tam bội làm thụ phấn ruộng sản xuất thương phẩm (tỉ lệ lưỡng bôi : tam bội)

ii) Củ cải ñường tam bội: củ dài hàm lượng ñường, suất ñường cao

iii) Nho tứ bội: to hạt

iv) Cây tức ăn gia súc: suất cỏ khô cỏ tam bội cao lưỡng bội

v) Cây cảnh: dạng hoa mới, hoa lớn hơn, thời gian hoa kéo dài, hoa giữ ñược lâu

Tạo ña bội thể đường hữu tính hay giảm nhiễm

Tạo ña bội thể ñường hữu tính hay giảm nhiễm dựa vào chế giao tử 2n Những giao tử có số nhiễm sắc thể tương tự tế bào xô ma Tần số giao tử 2n kiểm sốt di truyền bị ảnh hưởng mạnh ñiều kiện ngoai cảnh Ví dụ, vụ nghiên cứu tỉ lệ đơi (dyad - có giao tử 2n), ba (triad –bộ ba có giao tử 2n + giao tử 1n) bốn (tetrad - giao tử 1n) biến động mạnh các dịng khoai tây Solunum phureja

Kết cấu di truyền giao tử 2n giai đoạn nhân đơi nhiễm sắc thể hay bồi hoàn trước sau giảm phận xác ñịnh

Tăng nhiễm sắc thể trước giảm nhiễm: tăng nhiễm sắc thể bất thường trình phát triển tế bào mẹ bào tử (dung hợp tế bào, di chuyển nhân, nội phân, v.v), thực chất nhân ñôi nhiễm sắc thể kiểu nguyên phân Kết trình là: locut AA hình thành AAAA (quadriplex), locut aa tạo thành aaaa (nulliplex) locut dị hợp tử Aa tạo thành AAaa (duplex) Sau tế bào mẹ bào tử đa bội phân chia giảm nhiễm bình thường tạo tứ thể, bào tử 2n cuối giao tử 2n

Tăng nhiễm sắc thể sau giảm nhiễm: trình xảy hai bào tử giao tử giảm nghiễm dung hợp với nhau, ví dụ nhân hạt phấn túi phơi Vì tất nhân hạt phấn túi phơi đồng di truyền, sản phẩm dung hợp giao tử 2n hoàn toàn ñồng hợp tử Cả hai chế tăng số nhiễm sắc thể trước sau giảm nhiễm xảy trường hợp ngoại lệ

Tăng nhiễm sắc thể ñường giảm nhiễm: Hiện tượng tăng số nhiễm sắc thể ñường giảm nhiễm ñược ý nhiều bồi hoàn số 2n sau xảy giảm nhiễm từ 2n nhiễm sắc thể xuống n Sự tăng nhiễm sắc thể qua ñường giảm nhiễm đóng vai trị chủ đạo q trình tiến hóa thể đa bội tự nhiên (Skiebe, 1975) ñược nghiên cứu nhiều chi, chẳng hạn Solanum, Primula, Brassica, Saccharum Alstroemeria

Giao tử 2n hình thành thơng qua bất thường q trình giảm nhiễm; chủ yếu thơng qua phương pháp sau:

i) Thông qua giảm nhiễm lần thự khơng đầy đủ Sự phân chia khơng kết thúc cách tạo thành thành tế bào Bình thường nhóm nhiễm sắc thể giai đoạn trung kỳ II tách thành nhóm nhờ hình thành hai sợi thoi độc lập Tiếp theo đó, màng ngăn giảm nhiễm cân ñạo ñược tạo thành ñể tạo tứ tử Thay vào việc hình thành sợi thoi ñộc lập trung kỳ II, trường hợp bất bình thường có sợi thoi tạo thành chia nhiễm sắc thể thành nhóm, nhóm có 2n nhiễm sác thể Hai nhịm ñược tách nhờ màng ngăn cân tạo thể hai (dyad) Sự bồi hoàn số nhiễm sắc thể phân chia lần thứ khơng đầy đủ gọi bồi hồn phân chia lần thứ Bồi hoàn phân chia lần thứ tạo giao tử 2n ñồng di truyền giống mẹ

ii) Thông qua giảm nhiễm lần thứ hai khơng đầy đủ ðây trình nội phân nguyên nhiễm hai nhân giảm nhiễm hình thành từ lần phân chia Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(111)

thứ bình thường – nhân phân chia kiểu nguyên phân Trong trường hợp màng ngăn cân ñược tạo thành chia nhân 2n ñể tạo thành thể hai Kiểu bồi hoàn gọi bồi hoàn phân chia lần hai Bồi hoàn phân chia lần thứ hai tạo thành giao tử 2n khác ñồng hợp tử 1.3 ða bội thể khác nguồn (allopolyploidy)

a) ðặc ñiểm chung ña bội thể khác nguồn

Khác với ña bội thể nguồn, ña bội thể khác nguồn hình thành tăng hai hay nhiều nhiễm sắc thể khác (genom loài hay chi khác nhau) ða bội thể khác nguồn tạo thành lai lồi khác sau số nhiễm sắc thể (hay genom) ñược nhân ñôi Các genom khác thường ñược ký hiệu chưa hoa (ví dụ, lúa mì AABBDD, số nhiễm sắc thể lad xA + xB + ,v.v với công thức chung 2n = 2(xA + xB + ) Ở ña bội thể khác nguồn lý tưởng, nhiễm sắc thể genom khác nhau, chẳng hạn A, B khơng cặp đơi với Hơn nhiễm sắc thể tồn kép, chúng tạo thành lưỡng trị trình giảm nhiễm giảm nhiễm diễn bình thường thể lưỡng bội ða bội nguồn gọi song lưỡng bội (amphidiploid)

Tương tự ña bội thể nguồn, ña bội thể khác nguồn tồn tự nhiên chế tạo loài Các lồi họ hàng hoang dại đa bội nhiều trồng ña bội khác nguồn (Bảng 5.10)

Nhìn chung đa bội thể khác nguồn (song lưỡng bội) có độ hữu dục cao đa bội nguồn Tuy nhiên độ hữu dục tính ổn ñịnh song lưỡng bội nhân tạo phụ thuộc vào mức ñộ tương ñồng nhiễm sắc thể genom loài bố mẹ

Bảng 5.10: Một số đa bội thể khác nguồn tự nhiên

Lồi Tên La tinh Các loài xuất phát

ban ñầu Công thức genom

Thuốc Nicotiana tabacum Nicotiana rustica

N sylvestris N tomentosiformis

2n = 2(12 + 12) = 48 (SSTT) Bông vải Gossypium hirsutum

Gossypium barbadense

G aboreum G raymondii

2n = (13 + 13) = 52 (AADD)

Lạc Arachis hypogaea Loài khác chưa biết

A duranesis

B (?) 2n = 10 + 10) = 40 Cải dầu Brassica napus

Brassica campestris

B oleracea 2n = (9 + 10) = 38 (CCAA)

Lúa mì Triticum aestivum T monococcum, Aegilops speltoides, Aegilops squarosa

2n + (7 + + 7) = 42 (AABBDD)

Cà phê Coffea arabica 2n = (11 + 11) = 44

Hoa thược dược

Dahlia variabilis D merckii D coccinea

2n + ( 16 + 16) = 64 Chuối Musa acuminato

(AA)

Musa balisiana (BB) AAB ABB

(112)

b) Tạo ña bội thể khác nguồn

Nếu biết lồi chi bố mẹ ña bội thể khác nguồn tự nhiên, nhà chọn giống tái tổng hợp lại để tăng biến động di truyền thơng qua phương pháp sau:

Phương pháp

A - - - - - - B Các lồi bố mẹ lưỡng bơi AA BB x

A - - - - - - B 2n = 2xA 2n = 2xB

A - - - - - - B Song ñơn bội bất dục 2n = xA + xB

A - - - - - - B Song lưỡng bội hữu dục AABB

A - - - - - - B 2n = 2(xA + xB) Phương pháp

A - - - - - - B Các lồi bố mẹ lưỡng bơi AA BB A - - - - - - B

Xử lý conxixin A - - - - - - B A - - - - - - B

x Tứ bội nguồn A - - - - - - B

A - - - - - - B

A - - - - - - B Tứ bội khác nguồn AABB A - - - - - - B

Phương pháp

Phương pháp sử dụng giao tử 2n hình thành bồi hồn lần phân chia thứ i) AA x BB → AAB ( giao tử 2n bố mẹ A)

AAB x BB → AABB ( giao tử 2n AAB lai lại với BB) ii) AA x BB → AABB (giao tử 2n AA BB)

Phương pháp Dung hợp tế bào trần

c) Ứng dụng ña bội thể khác nguồn

Tạo lồi trồng mới: Thành cơng đa bội thể khác nguồn chọn giống hạn chế Trong thực tế có Triticale (song lưỡng lúa mì mạch đen) cỏ mạch gieo trồng mức ñộ ñịnh

Tái tổng hợp lồi có: Các nhà chọn giống tái tổng hợp trồng có như cải dầu (Brassica napus) từ B oleracea (2n = 2x = 18) B campestris (2n = 2x = 20) (Hình 3.10), lúa mì (=Triticum aestivum) từ Aegilops speltoides, T monococcum

(113)

Aegilops squarosa (cả loài 2n = 2x = 14) Ngoài việc tái tổng hợp trồng có nhà chọn giống tổng hợp thể đa bội khác nguồn mới, kết hợp tính trạng mong muốn từ bố mẹ khác Triticale ví dụ (Hình 4.10) Triticale kết hợp tính trạng tốt Triticum Secale, suất chất lượng lúa mì, khả chịu rét tính kháng bệnh mạch đen Một số ví dụ khác là: Festulolium (Lolium x Festuca) kết hợp tính chịu rét, kháng sâu bệnh cỏ ñuôi trâu với sinh trưởng sớm nhanh mùa xuân, ñộ ngon , khả chốn ñổ cỏ mạch; Raphanobrassica (Raphanus x Brassica) kết hợp kháng bệnh rễ sưng củ cải với suất bắp cải

Khắc phục cản trở lai xa: Lai xa thường gặp khó khăn khác số nhiễm sắc thể loài bố mẹ, tạo cân nội nhũ Thơng thường hạt phát triển bình thường tỉ lệ nhiễm sắc thể mẹ bố 2:1 nội nhũ (điều kiện bình thường lưỡng bội) Nếu hạt khơng thỏa mãn điều kiện tỉ lệ xa sức sống hạt thấp ðể khắc phục tượng thay đổi số nhiễm sắc thể hai bố mẹ trước lai

Phục hồi hữu dục lai xa: Trong nhiều trường hợp lai xa thường bất dục, nhiễm sắc thể khơng cặp đơi q trình phân chia giảm nhiễm Nhân đơi số nhiễm sắc thể lai tạo ña bội thể khác nguồn (song lưỡng bội) phục hồi tính hữu dục

Tăng khả kháng sâu, bệnh ñiều kiện bất lợi: Tăng số nhiễm sắc thể liều lượng gen tăng biểu tăng nồng độ chất chuyển hóa thứ cấp hóa chất phịng thủ Ví dụ, cỏ mạch tứ bội có khả kháng bệnh tốt nhiều cacbonhydrat cấu trúc cỏ mạch lưỡng bội ða bội thể khác nguồn kết hợp đa dạng khả sản xuất hóa chất phịng thủ từ loài khác nhau, tạo khả kháng sâu, bệnh rộng dạng kháng bền vững

Hình 3.10: ða bội thể khác nguồn Brassica napus tái tổng hợp từ bố mẹ lưỡng bội có sức sống cao

Hình 4.10: Triticale hay Triticosecale (C) – lai lúa mì mềm (A Triticum aestivum) với mì đen (Secale

cereale)

(114)

2 ðơn bội thể

2.1 Ý nghĩa ñơn bội thể chọn giống

Số lượng nhiễm sắc thể xô ma (2n) thực vật ñược tạo thành hợp hai giao tử bố mẹ, giao tử chứa số lượng ñơn bội hay n nhiễm sắc thể ðơn bội thể thể sống hình thành từ nhân có n nhiễm sắc thể Theo lý thuyết, đơn bội thể hình thành từ tế bào trứng, trợ bào tế bào đối cực từ phía mẹ từ nhân vơ tính hai nhân hữu tính từ phía bố Sự sinh trưởng của nhân chứa n nhiễm sắc thể thành hoàn chỉnh xảy điều kiện in vivo (mẫu sinh phụ sinh) ñiều kiện in vitro (nuôi cấy bao phấn tiểu bào tử nuôi cấy nỗn) Một đồng hợp tử hồn tồn tạo giao tử ñồng loại hình đơn bội Ngược lại, dị hợp tử tạo nhiều loại hình giao tử khác đơn bội thể khác di truyền Những nhóm đơn bội thể khác từ dị hợp tử ñược gọi “mẫu giao tử” Vì vậy, tính dị hợp tử coi biến ñộng di truyền ẩn biểu đơn bội hóa ðơn bội thể có thể chứa công thức genom khác phụ thuộc vào mức bội thể bố mẹ (Bảng 6.10) Sử dụng đơn bội thể rút ngắn nhanh q trình đồng hợp tử hóa cách chuyển từ đơn bội sang ñơn bội kép Một số ưu ñiểm khác ñơn bội thể là:

i) Cây ñơn bội biểu tất thông tin di truyền kiểu hình; dễ dàng nhận biết alen ẩn; khả kháng điều kiện bất lợi nhận biết chọn lọc

ii) Có thể phát đột biến đơn bội, đột biến khơng thể truyền qua giai đoạn phơi

Bảng 6.10: Các loại hình đơn bội thể hình thành từ bố mẹ (cây trồng) có số nhiễm sắc thể khác

Cây trồng Công thức genom ðơn bội thể tạo thành

Công thức genom Cây trồng lưỡng bội

(lúa, ngô) 2n = 2x ñơn ñơn bội 2n = x

Tứ bội nguồn

(khoai tây, cỏ mêdi) 2n = 4x nhị ñơn bội nguồn 2n = 2x Lục bội nguồn

(cỏ timothy) 2n = 6x tam ñơn bội nguồn 2n = 3x Tứ bội khác nguồn

(bông, lạc) 2n = 2(xA + xB) nhị ñơn bội khác nguồn 2n = xA + xB Lục bội thể khác

nguồn Lúa mì, kiều mạch)

2n = 2((xA + xB + xC) tam ñơn bội khác

nguồn 2n = xA + xB xC + 2.2 Tạo ñơn bội thể

Nguồn gốc cảm ứng đơn bội thể khơng phụ thuộc vào lồi, chi họ cụ thể Người ta phát đơn bội thể khoảng 250 lồi 25 họ, 60% thể đơn dơn hội 40% ña ñơn bội

a) Phương thức hình thành đơn bội điều kiện in vivo

Phương thức hình thành in vivo khác lớn, có điểm chung chúng hình thành sau tự thụ gaio phấn Vì vậy, đơn bội thể hình thành quần thể hỗn hợp chúng phải ñược chọn lọc

Các q trình sau đâu dẫn đến tạo thành ñơn bội i) Mẫu sinh (thụ tinh giả)

Trong q trình mẫu sinh tế bào đơn bội túi phôi páht triển thành bào tử thể (cây hồn chỉnh) Trong trường hợp thụ tinh nhân thứ cấp túi phơi xảy nội nhũ tạo thành ni sồng phơi đơn bội Phương thức ñã ñược nghiên

(115)

cứu ngô lưỡng bội, khoai tây tứ bội nguồn cỏ medi mặt tế bào học quan ñiểm chọn giống

Thể ñơn ñơn bội: xảy hệ chấu tổ hợp lai loài bố mẹ lưỡng bội với tần số khác nhau: 0-3% ngô (Chase, 1969), 0,01-1,8% cocoa (Dublin, 1978) Tần số xảy phụ thuộc vào kiểu gen bố mẹ yếu tố môi trường chọn lọc tần số cao Coe (1959) chọn dịng ngơ tạo 3% ñơn ñơn bội thể

Ở thể ñơn ñơn bội nhiễ sắc thể không cặp ñôi q trình giảm nhiễm Giao tử tạo thành có số nhiễm sắc thể lệch bất dục Chỉ sau nhân đơi số nhiễm sắc thể tạo thể lưỡng bội song lưỡng bội hữu dục hoàn toàn ñồng hợp tử

Nhị ñơn bội: ñơn bội thể hình thành từ cây tứ bội nguồn Có thể tạo nhị đơn bội từ tứ bội nguồn cách thụ phấn kiểu gen định lồi lưỡng bội thân thuộc (lai khác lồi) Ví dụ khoai tây, lồi thụ phấn lưỡng bội Solanum phureja, cỏ medi Medicago falcata Lai 4x với 2x tạo hệ lai nhị ñơn bội Nhị đơn bội có 2x nhiễm sắc thể thường dị hợp tử (cây mẹ dị hợp tử cao)

ii) Phụ sinh

Trong trường hợp phụ sinh trình thụ tinh diễn bình thường Nội nhũ phát triển, tế bào trứng có nguồn gốc từ genom mẹ bị nhân bố đẩy ngồi nhân bố gắn vào tế bào chất mẹ rồ phát triển thành bào tử thể ñơn bội Thể ñơn bội phụ sinh, ví dụ ngơ, chứa x nhiễm sắc thể từ bố tế bào chất từ mẹ Nếu mẹ chứa bất dục tế bào chất ñược dùng để tạo đơn bội bước thu tế bào chất bất dục nhân bố, mà bình thường phải 6-7 thê hệ hồi giao Tần số ñơn bội phụ sinh phụ thuộc vào loài thường thấp, chẳng hạn ngơ 80.000 cây, qua thấp để ứng dụng thực tế Một khó khăn ñể phát ñơn bội phụ sinh thị di truyền cần thiết bố ñồng hợp tử lặn mẹ ñộng hợp tử trội

iii) Loại trừ nhiễm sắc thể

Loại trừ hoàn toàn genom bố mẹ lai dẫn ñến ñơn bội Loại trừ nhiễm sắc thể ñược phát chi ñại mạch Hordeum (lange, 1971; Kasha Kao, 1970) số giống lúa mì lai với Hordeum bulbosum (Barclay, 1975) Thu nhận thể ñơn bội ñại mạch cách lai Hordeum vulgare với H bulbosum Thụ tinh kép diễn bình thường hai chiều lai thuận nghịch, nhiễm sắc thể H bulbosum bị ñào thải khỏi nội nhũ phôi Sự loại trừ nhiễm sắc thể xảy sớm phụ thuộc vào việc sử dụng H bulbosum bố hay làm mẹ Do nội nhũ khả sống nên phải ni cấy phơi điều kiện nhân tạo Cây ñơn bội ñược xử lý với conxixin ñể tạo ñơn bội kép

b) Tạo ñơn bội thể ñiều kiện in vitro

ðể tạo cây đơn bội điều kiện in vitro ni cấy bầu nỗn khơng thụ tinh ni cấy bao phấn, hạt phấn Ni cấy nỗn để tạo ñơn bội ñã ñược sử dụng thành công ñại mạch, lúa mì, củ cải đường hoa đồng tiền Tuy nhiên phương pháp có triển vọng chi phí cao

Năm 1964 Guha Maheswari người biệt hóa mơ sẹo Datura innoxia thành phương pháp họ ñã thu nhận ñược ñơn bội từ hạt phấn thơng qua ni cấy bao phấn Tiếp sau nuôi bao phấn thành công thuốc lúa nước (Bourgin Nitsch, 1967; Niizeki Oono, 1968) Ngày phương pháp nuôi cấy bao phấn phương pháp có hiệu để tạo thể ñơn bội, ñặc biệt thuốc lá, khoai tây, cà chua, lúa nước, lúa mì, petunia, thập tự, hoa ñồng tiền, cỏ ba Nhiều giống trồng đơn bội kép đưa vào sản xuất thơng qua tạo đơn bội đường ni cấy bao phấn hạt phấn (Bảng 7.10)

(116)

Phương pháp: Khử trùng bao phấn non đưa vào mơi trường ni cấy nhiệt độ thích hợp (khoảng 28oC) Nhiều yếu tố ảnh hưởng tới thành công nuôi cấy bao phấn, ví dụ thành phần mơi trường (phụ thuộc lồi cây, giai ñoạn phát triển bao phấn), giai ñoạn tiểu bào tử ni cấy, điều kiện xử lý trước nuôi cấy Nitsch Norreel (1973) phát hoa Datura innoxia xử lý lạnh (48 giờ, 3oC) trước khi ni cấy bao phấn kết nuôi cấy tốt nhiều Ngược lại Brassica napus B campestris xử lý nóng trước nuôi cấy bao phấn kết lại tốt (Keller Amrstrong, 1978) Ở B napus nuôi bao phấn có kết để nhiệt độ 30oC 14 ngày nuôi cấy bao phấn 25oC

Khả nuôi cấy bao phấn phụ thuộc vào kiểu gen vật liệu nuôi cấy Chẳng hạn, lúa nước khả tạo ni cấy lồi phụ Japonica tốt loài phụ Indica Bảng 7.10: Ni cấy bao phấn giống trồng đơn bội kép ñược sử dụng sản xuất

Cây trồng Phương pháp ni cấy sử dụng

Số dịng đơn bội kép tạo hàng năm

Giống nhị đơn bội sản xuất Báp cải Ni cấy tiểu bào tử

Nuôi cấy hạt phấn > 10.000 + Củ cải Nuôi cấy tiểu bào tử

Nuôi cấy hạt phấn > 10.000 + ðại mạch Nuôi cấy tiểu bào tử

Nuôi cấy hạt phấn Lai xa

> 10.000 + Lúa mì Ni cấy tiểu bào tử

Nuôi cấy hạt phấn Lai xa

> 10.000 + Lúa nước Nuôi cấy hạt phấn > 1.000 +

Ớt Nuôi cấy hạt phấn > 1.000 +

Agrawal, R L 1998 Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production Science Publishers, Inc

Borojevic, S 1990 Principles and methods of plant breeding Elsevier Science Publishers

Câu hỏi ôn tập Thế nhiễm sắc thể bản?

2 ða bội thể tự nhiên hình thành nào? Nêu ví dụ? Sự khác ña bội thể nguồn ña bội thể khác nguồn?

4 Tại sử dụng conxixin/oryzalin để nhân đơi số nhiễm sắc thể? Những điểm cần lưu ý xử lý tạo đa bội thể conxixin?

5 ðặc ñiểm ña bội thể nguồn? Ngun nhân hình thành đặc điểm ñó? Khả ứng dụng ña bội thể nguồn chọn giống?

7 ðặc ñiểm ña bội thể khác nguồn?

8 So sánh phương pháp tạo ña bội thể khác nguồn (khả tiến hành)? Có thể ứng dụng đa bội thể khác nguồn chọn giống? 10 ðơn bội thể ưu ñiểm ñơn bội thể chọn giống?

11 Tạo ñơn bội thể nào? Mô tả phương pháp cụ thể?

12 Ưu ñiểm phương pháp tạo ñơn bội thể nuôi cấy bao phấn/hạt phấn? Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(117)

CHƯƠNG XI TẠO GIỐNG LAI

1 Hiểu ñược ñặc ñiểm phương pháp tạo sử dụng giống lai sản xuất Nắm ñược sở di truyền ưu lai khai thác ưu lai

3 Thảo luận ñược khác phưương pháp giao phấn tự thụ phấn Giải thích ngun lý sử dụng bất dục đực, tính tự bất hợp sản xuất hạt lai

1 Ý nghĩa giống lai

Phương pháp lai trình bày phần trước (đối với tự thụ phấn) sử dụng tái tổ hợp tính trạng hay gen bố mẹ khác Khác với phương pháp trên, giống lai sử dụng hiệu ứng lai quan trọng lai hệ F1 : ưu lai Ưu lai hẳn lai so với bố mẹ Nguyên nhân ưu lai nằm tác ñộng tương hỗ di truyền ña dạng mà chọn lọc đơn lai giống khơng thể tận dụng tận dụng khơng triệt để

Tạo giống lai ñược ứng dụng ñầu tiên ðức vào năm 1894 cảnh Begoni, cơng nhận áp dụng thực tế từ năm 1920 Hoa Kỳ lĩnh vực tạo giống sản xuất hạt giống ngô lai

Tạo giống lai phương pháp lai có điểm chung khác ðiểm chung hai phương pháp ñều tổ hợp hai hay nhiều bố mẹ Tuy nhiên, phương pháp lai nhằm tạo vật liệu ban đầu có biến động di truyền lớn cho trình chọn lọc, ñó tổ hợp bố mẹ phương pháp tạo giống lai sản xuất hạt giống trực tiếp sử dụng cho sản xuất Như tổ hợp bố mẹ phương pháp lai nằm khâu cịn tạo giống lai nằm khâu cuối trình tạo giống

Bản chất phương pháp tạo giống lai lai hai hay nhiều bố mẹ với tạo hệ F1 có hiệu ứng ưu lai cao để gieo trồng sản xuất Vì sau đời F1 q trình phân ly diễn làm giảm dần suất, nên phải thường xuyên sản xuất ñời F1

Thành công phương pháp tạo giống lai phụ thuộc trước hết vào việc tìm kiễm cặp bố mẹ có ưu lai cao khả tổ hợp tốt Vì khả tổ hợp phải di truyền cách ổn ñịnh, nên bố mẹ phải đồng hợp tử Vì giao phấn trạng thái dị hợp tử nên bố mẹ ñồng hợp tử (dịng tự phối) tạo đường tự thụ (tự phối)

ðể có hiệu kinh tế, hạt lai phải ñược sản xuất khối lượng lớn mà lai phương pháp thủ công Hơn 100 % hạt F1 phải hạt lai tránh tượng tự thụ phấn ðiều thoả mãn sử dụng bất dục đực làm mẹ

Giống lai có ý nghĩa to lớn dối với việc nâng cao suất trồng cung cấp tiềm to lớn ñối với Cách mạng xanh lần thứ ðiển hình thành công tạo giống ngô Hoa Kỳ lúa lai Trung Quốc So với giống thụ phấn tự tốt nhất, giống lai tăng suất xấp xỉ 30% Ngày giống lai công nghệ quan trọng ñối với nhiều loại lương thực thực phẩm tồn giới Ngồi ngơ lúa, giống lai nhiều trồng khác, hướng dương, bông, cà chua, dưa chuột, dưa hấu, hành tây, loài rau thập tự, v.v chiếm tỉ trọng lớn thị trường giới

Giống lai công nghệ giống lai có ba ưu điểm quan trọng sau:

1) Tiềm năng suất cao: suất giống lai giao phấn thường có suất cao nhiều so với giống tự tốt nhất; giống lai tự thụ phấn có suất cao giống thường tốt 25-30% Ngoài ra, tính trạng mong

(118)

muốn dễ dàng đưa vào giống lai, chẳng hạn tính kháng bệnh, chất lượng sản phẩm

2) Giống lai có độ đồng ñều cao: giống lai ñồng nhiều tính trạng; ñồng ñều thời gian chín kích thước thuận lợi cho thu hoạch giới; đồng đêu kích thước màu sắc cần thiết cho công nghiệp chế biến người tiêu dùng

3) Bản thân giống lai có chế bảo hộ di truyền Hạt giống giống thụ phấn tự cho suất tương ñương bố mẹ, suất gieo trồng hạt thu từ lai F1 thấp nhiều so với suất F1 Sự suy giảm suất ñời thứ (F2) giống lai loại trừ khả giữ giống người sản xuất sản xuất giống thực có ủy quyền nhà chọn giống hay quan chọn giống

G H Shull (1909) – Tự phối lai ngô

1 Thế hệ ngô tự thụ so với ngô giao phấn từ quần thể

2 Suy thoái cận huyết cao hệ tự phối ñầu tiên giảm dần hệ tự phối

3 Lai dịng tự phối có họ hàng xa tạo ta lai có sức sống cao dịng có quan hệ họ hàng gần nhau

4 Năng suất F2 thấp suất F1

2 ðo ưu lai

Ưu lai (còn gọi sức sống lai) tăng sức sống, kích thước, khả sinh sản, tốc độ phát triển, khả kháng sâu, bệnh khắc nghiệt khí hậu, biểu thể lai so với dòng tự phối tương ứng kết khác thể chất giao tử bố mẹ (Shull, 1952) Nói cách khác, ưu lai ưu việt (đối với hay nhiều tính trạng) lai F1 so với bố mẹ Ưu lai biểu thị ba cách, tùy thuộc vào mục đích sử dụng để so sánh suất/khả lai: ưu lai trung bình bố mẹ (so với trung bình bố mẹ), ưu lai bố mẹ cao hay ưu lai thực(so với bố mẹ tốt nhất) ưu lai chuẩn (so với giống tiêu chuẩn)

Ưu lai trung bình (Mid-parent heterosis, HMP)

HMP(%) = 100

) (

) ( 1

x P P

P P F

+ + −

Ưu lai so với bố mẹ cao hay ưu lai thực (Heterobeltiosis, HB)

HB(%) = x100

Pb Pb

F −

Ưu lai tiêu chuẩn (Standard heterosis, HS)

HS(%) = x100

S S

F −

trong F1 = Giá trị (năng suất) lai

(119)

P1 = Giá trị bố mẹ P2 = Giá trị bố mẹ Pb = Giá trị bố mẹ cao S = Giống tiêu chuẩn

3 Cơ sở di truyền ưu lai

ðể sử dụng tối ña hiệu ứng ưu lai, hiểu biết rõ ràng sở di truyền ưu lai cần thiết Tuy nhiên, qua nhiều năm nghiên cứu ứng dụng chưa có sở lý thuyết thống trọn vẹn ưu lai Hiện tồn nhiều giả thuyết, giả thuyết giới hạn kết thực nghiệm ñịnh (Fischer, 1978) Uu lai kết trội hồn tồn khơng hồn tồn, siêu trội, tương tác gen (ức chế), tương tác giưa tế bào chất mẹ nhân bố tổ hợp tất yếu tố Về chất, ưu lai biểu phức tạp giải thích dựa vào ngun nhân đơn lẻ Hai giả thuyết quan trọng có ý nghĩa ứng dụng thực tế giả thuyết tính trội giả thuyết siêu trội ðể tạo giống lai có ưu lai cao nguồn bố mẹ phải ña dạng, xa di truyền, thuộc nhóm ưu lai khác

3.1 Giả thuyết tính trội

Theo giả thuyết tính trội, ưu lai kết tác ñộng tương tác alen trội có lợi Dị hợp tử khơng cần thiết chừng bố mẹ lai có tối đa số alen trội kết hợp với hay bổ sung tính trội (tác động tích luỹ gen trội có lợi, Bruce, 1910; Jones,1917, 1945, 1958) AA ≥ Aa > aa

Mẹ (A) Bố (B) AABBccddEE x aabbCCDDee

F1 AaBBCcDdEe

3.2 Giả thuyết siêu trội

ðối với giả thuyết siêu trội dị hợp tử cần thiết ñể tạo nên ưu lai Trạng thái dị hợp tử vượt hiệu ứng gen trội; kiểu hình thể dị hợp tử ưu việt kiểu hình thể đồng hợp tử (Shull, 1908; East, 1936; Hull, 1945):Aa > AA aa

3.3 Cơ sở phân tử ưu lai

Một số nghiên cứu mức phân tử lúa năm gần ñây ủng hộ thuyết siêu trội (Stube et al, 1992; Yu et al., 1997), số nghiên cứu khác ủng hộ thuyết tính trội (Xiao et al., 1995) Yu et al (1997) tính siêu trội nhiều locut tính trạng số lượng tương tác cộng tính gen ảnh hưởng tới suất hạt yếu tố cấu thành suất hệ ñời F3 tổ hợp lúa lai Shan You 63 Zhang et al (2001) chứng minh tham gia nhiều tương tác hai locut sở di truyền tính trạng số lượng ưu lai Li et al (2000) kết luận phần lớn locut tính trạng số lượng có quan hệ với suy thối cận huyết ưu lai có liên quan tới tương tác locut 90% locut tính trạng số lượng ñóng góp vào ưu lai siêu trội

4 Quy trình tạo giống lai giao phấn

(120)

Phần lớn giống lai ñược sử dụng giao phấn, ngô, hướng dương, củ cải đường, thập tự, v.v , quy mơ lớn ngô Hai lý chủ yếu i) ngô trồng quan trọng, ii) ngô đơn tính gốc nên tạo giống lai tương ñối dễ dàng

ðối với giao phấn q trình tạo giống lai hai bước sau: tạo dịng tự phối làm bố mẹ sản xuất hạt lai (Hình 1.11)

4.1 Tạo dịng tự phối Tạo quần thể phân ly

Thơng thường để tạo quần nguồn vật liệu ban ñầu nhà chọn giống sử dụng nguồn gen sẵn có: quần thể tự nhiên, giống thụ phấn tự do, giống lai ñơn, lai ba, lai kép, giống cải tiến tạo phương pháp chọn lọc chu kỳ,v.v Việc lựa chọn quần thể ban đầu để tạo dịng tự phối cần xem xét quan hệ ưu lai kiểu gen có tương tác tế bào chất- nhân liên quan tới sản xuất hạt lai ñể phát triển nhóm ưu lai khác Cần phải thử nghiệm trước để phân chia vật liệu thành nhóm ưu lai

i) Chọn lọc giao tử

Một phương pháp sử dụng quần thể giao phấn tự để tạo quần thể phân ly có tần số cá thể mong muốn cao phương pháp chọn lọc giao tử (Stadler, 1945) ðây phương pháp áp dụng nguyên lý thử sớm Xác suất ñể hai giao tử ưu việt hợp với tạo cá thể ưu tú bình phương tần số giao tử Ví dụ, 15% giao tử ưu việt 0,152 hay 2,25% số hợp tử (cá thể) ưu tú Trong quần thể mà tần số cá thể ưu tú thấp, chọn lọc giao tử thay chọn lọc hợp tử làm tăng xác suất tìm kiếm gen có ích Phương pháp chọn lọc giao tử ñược tiến hành cách lai quần thể với dòng tự phối tốt Cá thể tốt lai giám định thơng qua lai thử Thế hệ tự phối cá thể tốt tạo thành quần thể mà từ rút dòng

Vụ 1: Lai quần thể (hỗn hợp phấn chọn) với dịng tự phối

Mỗi hạt F1 ñại diện cho giao phối giao tử quần thể với giao tử dòng tự phối Giả sử tất giao tử dịng tự phối nhau, kiểu gen hạt F1 khác gen giao tử quần thể

Vụ 2: Gieo trồng hạt F1, tự phối cá thể ñồng thời lai với thử Dự trữ hạt tự phối

ñể sử dụnh vụ Hạt lai thử ñược sử dụng ñể ñánh giá thí nghiệm lặp lại vụ Lai dịng tự phối với vật liệu thử để làm ñối chứng

Vụ 3: đánh giá lai thử Chọn F1 cho lai thử có suất ưu việt

hơn so với ñối chứng

Vụ 4: Hạt tự phối F1 ñược chọn tạo thành quần thể F2 Từ quần thể F2

này tiến hành tạo dịng tự phối

Vật liệu ban đầu cho q trình chọn lọc giao tử gồm quần thể phân ly, dòng tự phối vật liệu thử Dòng tự phối phải dịng mong muốn cung cấp nửa số lượng alen Chọn vật liệu thử tiến hàng tương tự phương pháp khác Ưu ñiểm chọn lọc giao tử tạo quần thể mà từ rút dịng tự phối tốt với tần số cao Nhược ñiểm phương pháp lượng biến dị di truyền quần thể tạo thành hạn chế so với quần thể ban ñầu

ii) Lai ñơn, lai ba kiểu lai khác

Các kiểu lai khác dòng tự phối sử dụng để rút dịng Tuy nhiên trình lựa chọn bố mẹ cần phải xem xét mối quan hệ ưu lai cá kiểu gen tương tác nhân tế bào chất trình sản xuất hạt lai

(121)

Mối quan hệ ưu lai: Năng suất lai tỉ lệ thuận với mức ưu lai lai hai bố

mẹ Ưu lai tăng ña dạng di truyền bố mẹ tăng; cần phải trì hai vốn gen mà lai với có ưu lai cao

Quan hệ tế bào chất – nhân: Sản xuất giống lai sử dụng hệ thống bất dục ñực tế bào chất –

nhân địi hỏi phải có dịng có gen phục hồi (gen Rf), địng bất dục đực tế bào chất-nhân (dịng A) dịng trì (dịng B) Tạo dịng B từ quần thể chọn giống ñể chuẩn bị cho bước tạo dòng bất dục; tạo dòng phục hồi (dòng R) từ quần thể khác ñể sử dụng dòng bố sản xuất hạt lai Tạo quần thể phục hồi không phục hồi tách biệt cịn giúp trì đa dạng di truyền hai vốn gen

iii) Quần thể tạo thành từ chọn lọc chu kỳ

Quần thể cải tiến phương pháp chọn lọc chu kỳ hữu ích việc tạo dịng tự phối Các dịng đánh giá phận chương trình chọn lọc chu kỳ sử dụng để tạo quần thể lại từ lại tiếp tục rút dịng

Tạo dòng tự phối

Các dòng tự phối làm bố mẹ ñược tạo cách tự phối đến mức đồng hợp tử định thơng qua tự thụ (tự phối) hay thụ phấn chị em Tự phối ñường nhanh ñể ñạt ñược mức ñồng hợp tử Tuy nhiên, cần ý mức ñộ tự phối trước dòng ñược coi đồng hợp tử thích hợp, ảnh hưởng tới sức sống bố dòng làm bố mẹ, khả trì tính tồn vẹn di truyền quản lý trình sản xuất hạt lai

⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊗ ⊗ ⊕ ⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊗ ⊗ ⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊗

⊗ ⊗

D1 D2 D3 Dn D1

D2 Dn

Hình 1.11: Quy trình tạo giống lai giao phấn

Ở nhiều giao phấn, sức sống dòng tự phối tỉ lệ nghịch với mức ñộ nội phối (hay giao phối cận huyết) Sức sống gồm khả sản xuất hạt làm mẹ hay sản xuất phấn

Chọn dòng S1 tốt

cây tốt dòng tốt, tự phối

Vật liệu ban ñầu

Chọn tốt tự phối

Lặp lại trình tự phối số hệ ñến S6 (ñồng

hợp tử)

đánh giá khả kết hợp dòng; xác ựịnh tổ hợp tốt

(122)

khi làm bố ðể sản xuất hạt lai có hiệu kinh tế, đặc biệt lai đơn, sức sống dịng tự phối mối quan tâm chủ yếu nhà chọn giống

Các phương pháp sử dụng tạo dịng tự phối gồm phương pháp chọn lọc phả hệ, hỗn hợp, phương pháp hạt, phương pháp thử sớm Sự lựa chọn phương pháp hay phối hợp phương pháp phụ thuộc vào ñiều kiện cụ thể nhà chọn giống Phương thức thụ phấn tự phối, thụ phấn chị em (fullsibbing, halfsibbing) Phương pháp phổ biến nhát phương pháp phả hệ (xem phương pháp phả hệ tự thụ phấn)

3 đánh giá khả kết hợp

Mục đích chương trình tạo giống lai xác định dịng mà lai với dịng khác tạo lai có suất vượt trội Ngoài khả năng suất thân dòng tự phối, khả kết hợp tính trạng quan trọng để chọn dịng làm bố mẹ cho giống lai Khả kết hợp khả dòng tự phối lai với dịng khác (giống khác) tạo hệ có suất cao

- Khả kết hợp chung (KNKHC)– khả dịng tự phối để tạo hệ có suất cao, đo suất trung bình dịng tự phối lai với nhiều bố mẹ/dòng khác

- Khả tổ hợp riêng (KNKHR) – khả dịng tự phối để tạo lai cụ thể cĩ suất cao với dịng khác KNKHR đo độ lệch suất dự đốn thơng qua KNKHC

Khả tổ hợp chung

ðể dánh giá khả dòng làm bố mẹ cho lai, tất dòng ñược lai với tổ hợp (lai ñơn) số tổ hợp lai nhỏ n(n-1)/2 ðiều thực số dịng Ví dụ, có 1000 dịng tự phối số tổ hợp phải tạo [1000*(999)/2] = 499.500, số khơng thể thực chương trình chọn giống Do nhà chọn giống phải xác định chọn số dịng hạn chế có tiềm di truyền tốt trước ñánh giá chúng tổ hợp lai cụ thể

Cơ sở di truyền số lượng ưu lai

ðối với mục đích chọn giống điều quan trọng phải hiểu ñược kiểu tác ñộng gen chủ yếu việc thiết kế quy trình chọn giống có hiệu Falconer (1960) ưu lai biểu khi:

i) có mặt tính trội

ii) có khác tần số gen hai bố mẹ

Ví dụ: Có hai quần thể A B, giá trị kiểu gen tần số kiểu gen tương ứng hai quần thể trạng thái cân Hardy-Weinberg ñối với locut có hai alen A1 A2

iá trị tần số kiểu gen lai hai quần trình tính tốn Giá trị tần số kiểu gen quần thể A B locut có hai alen trạng thái cân HArdy-Weinberg

Tần số gen Kiểu gen

Quần thể A Quần thể B

Giá trị kiểu gen

Số alen A1

A1A1 p2 r2 +a

A1A2 2pq 2rs d

A2A2 q2 s2 -a

Giá trị tần số kiểu gen lai hai quần thể A B

(123)

Kiểu gen Tần số Giá trị kiểu gen

A1A1 pr +a

A1A2 ps + qr d

A2A2 qs -a

Trong p r tần số alen A1 and q s tần số alen A2, a d hiệu ứng kiểu gen

Giá trị trung bình quần thể A (XA), B (XB) F1 (XF1) là:

XA = (p-q)a + 2pqd

= (2p–1)a + 2(p –p2)d XB = (r-s)a + 2rsd

= (2r-1)a + 2(r-r2)d XF1 = (pr-qs)a + (ps+qr)d

= {pr –(1-p)(1-r)}a + {p(1-r) +r(1-p)}d = {pr-(1-p-r+pr)}a + (p-pr+r-pr)d = (pr-1+p+r-pr)a + (p+r-2pr)d = (p+r-1)a + (p+r-2pr)d Ưu lai trung bình

h = [XF1 – (XA + XB]/2

= (p+r-1)a + (p+r-2pr)d – (1/2){(2p–1)a + 2(p –p2)d + (2r-1)a + 2(r-r2)d}

= (p+r-1)a – (1/2){2(2p-1)a + (2r-1)a} + (p+r2pr)d - (1/2){2(p-p2)d + 2(2(r-r2)d}

= (p+r-1)a – (1/2){a(2p-1+2r-1)} + (p+r- 2pr)d – 1/2{2d(p-p2+r + r2)} = (p+r-1)a –(1/2){a(2p+2r-2)} + (p+r-2pr)d – (1/2){2d(p+r-p2-r2)} 2(p+r-1)a

= (p+r-1)a - - + (p+r-2pr)d -

(p+r-p2 – r2)d

= d(p+r-2pr-p-r + p2 + r2) = (p-r)2d

Như vậy, ưu lai biểu có tính trội tần số gen trội có lợi hai quần thể khác Ưu lai lớn alen cố định quần thể cịn alen cố ñịnh quần thể khác: p = r = ngược lại

Bước ñầu tiên đánh giá tiềm dịng lai chúng với bố mẹ chung so sánh, ñánh giá lai Bố mẹ chung thường ñược gọi vật liệu thử lai tạo gọi lai thử hay lai đỉnh Vì vật liệu thử giống với tất dòng, khác lai ñỉnh phản ánh khả kết hợp chung dòng tự phối

Vật liệu thử ñể xác ñịnh khả kết hợp chung q trình tạo dịng tự phối quần thể khơng đồng tổ hợp lai có di truyền rộng Vật liệu thử khơng đồng phản ánh tập hợp gen mà dịng tự phối kết hợp dịng lai với nhiều bố mẹ riêng rẽ dãy lai ñơn Năng suất dòng kết hợp với tập hợp gen thước đo khả trung bình dịng lai với dịng khác Trong q trình ñánh giá khả kết hợp chung sử dụng một, hai hay nhiều vật liệu thử ðộ xác

(124)

tăng tỉ lệ thuận với số vật liệu thử số tổ hợp tăng theo với số vật liệu thử Nếu nguồn lực hạn chế nhà chọn giống phải lựa chọn việc đánh giá nhiều dịng với ñộ xác thấp (một vật liệu thử) hay với số dịng mà độ xác cao (hai hay nhiều vật liệu thử)

Ngày ñể rút ngắn thời gian chọn tạo giống, nhà chọn giống sử dụng dịng tự phối sẵn có để đánh giá sớm khả kết hợp dòng ðối với lồi trồng sử dụng lai đơn sản xuất thương phẩm, vật liệu thử dòng tự phối ñang ñược sử dụng rộng rãi ñể sản xuất hạt hạt lai ðối với trồng sử dụng lai ba, chẳng hạn củ cải ñường, vật liệu thử giống lai đơn Tổ hợp dịng x vật liệu thử tạo thành giống lai thương phẩm, rút ngắn thời gian đánh giá cơng nhận lai

Khả kết hợp riêng

đánh giá cuối ựánh giá suất làm bố mẹ lai sử dung sản xuất Tất dịng có khả kết hợp chung cao ựược lai với ựể xác ựịnh tổ hợp có suất vượt trội (ưu lai cao), gọi khả kết hợp riêng Khả kết hợp riêng suất dòng lai với dòng khác Khả kết hợp riêng ựược ựánh giá sơ ựồ lai dialen (xem chương IV)

Khảo nghiệm lai

Dựa vào ñánh giá khả kết hợp riêng, tổ hợp tốt ñược ñánh giá khảo nghiệm nhiều vụ nhiều ñiểm ñể xác định tổ hợp lai tốt cho việc cơng nhận phổ biến vào sản xuất

4.2 Sản xuất hạt lai

Các loại lai dòng tự phối

Giống lai thương phẩm hệ ñầu tiên tổ hợp lai (F1) hai hay nhiều dòng tự phối khác di truyền Trong sản xuất tồn loại lai sau ñây

Lai ñơn: Lai ñơn tổ hợp (F1) hai dịng (A x B) chon dựa vào khả kết hợp

riêng cao Lai ñơn biểu ưu lai tối ña thường có suất cao loại lai khác Chúng ñồng di truyền ñồng ñều kiểu hình tính trạng hình thái, thời gian sinh trưởng ñặc ñiểm khác Mặc dù dễ chuyển tính trạng vào lai, thường lai đơn di truyền lai đơn hẹp, thích nghi với phạm vi định mơi trường mẫn cảm với dịch bệnh, vùng sản xuất hình thành quan hệ ký chủ -ký sinh Ngày nay, lai ñơn chiếm ưu sản xuất, chi phí sản xuất giống cao loại lai khác

Lai ba: Lai ba (A x B) x C ñược tạo cách lai lai đơn với dịng tự phối

khơng có quan hệ họ hàng Hạt lai ba rẻ so với hạt lai ñơn Tuy lai ñơn, lai ba ñồng ñều suất cao lai kép

Lai kép: Lai kép có tham gia dịng tự phối xa di truyền ñược tạo

cách lai hai lai ñơn với (A x B) x (C x D) Lai kép ñược sử dụng phổ biến năm đầu sử dụng ngơ lai Chi phí sản xuất giống thấp lai đơn lai ba, có hội kết hợp tính trạng lai phong phú hơn, suất thường thấp Lai kép có mức biến động cao lai đơn lai ba, có khả đệm tốt thích nghi tốt với ñiều kiện biến ñổi, bất lợi ngoại cảnh

(125)

Giống tổng hợp: Giống tổng hợp tạo thành thơng qua giao phối dịng tự phối,

đặc biệt dịng có khả kết hợp chung cao Thế hệ sau giống tổng hợp trì nhờ thụ phấn tự ñiều kiện cách ly (thông thường giống tổng hợp kết lai 6-8 dịng thự phối) Ưu điểm giống tổng hợp sản xuất hạt giống dễ dàng hơn, không yêu cầu độ xác cao phức tạp sản xuất hạt lai ñơn, lai ba lai kép Giống tổng hợp gieo trồng thương phẩm nhiều hệ suất thấp so với tất loại lai khác

Dự đốn lai ba lai kép

đánh giá dòng tự phối ựể tạo lai ba lai kép thường khó khăn số tổ hợp phải ựánh giá lớn Nếu gọi n số dòng tự phối, số lượng tổ hợp tạo (không tắnh lai nghịch) là; Số lai ựơn = [n(n-1)]/2

Số lai ba = [n(n – 1)(n – 2)]/2 Số lai kép = [n(n – 1)(n – 2)(n-3)]/8

Như vậy, với 20 dịng tự phối cĩ 190 lai đơn, 3420 lai ba 14.535 lai kép Số lượng lai ba lai kép trở nên qua lớn khơng thể đánh giá thực nghiệm Jenkins (1934) xây dựng phương pháp dự đốn suất lai kép (gọi phương pháp Jenkins B) Phương pháp sử dụng rộng rãi để xác định tổ hợp lai kép dịng tự phối đánh giá thí nghiệm đồng ruơng

Năng suất lai kép (A x B) x (C x D) dự đốn dựa trung bình lai đơn cịn lại khơng tham gia vào tổ hợp lai kép:

(A x B) x (C x D) = 1/4[(A x C) + (A x D) + (B x C) + (B x D)] Năng suất lai ba dự đốn theo nguyên lý trên:

(A x B) x C = 1/2[(A x C) + (B x C)]

Giả sử ta có dịng tự phối A, B, C, D; tất lai ñơn ñược ñánh giá suất chúng sau (ñơn vị tấn/ha):

A x B = 8,8 B x C = 9,2 A x C = 8,9 B x D = 8,0 A x D = 8,4 C x D = 8,1 Năng suất dự đốn lai kép (A x C) x (B x D) =

1/4[(A x B) + (A x D) + (B x C) + (C x D)] = 1/4(8,8 + 8,4 + 9,2 + 8,1) = 8,6 Năng suất dự đốn lai ba (A x D) x C =

1/2[(A x C) + (D x C)] = = 1/2(8,9 + 8,1)= 8,5

Sau dự đốn suất tất lai ba hay lai kép xác định lai cĩ suất dự đốn cao nhất, lai thử nghiệm đồng ruộng để đánh giá suất thực chúng

Sản xuất hạt lai

Yêu cầu ñối với sản xuất hạt lai - Giống lai phải có ưu lai cao

- Năng suất phải bù đắp chi phí gia tăng sản xuất hạt giống

- Loại bỏ hoàn toàn hạt phấn hữu dục từ dịng mẹ (khử đực nhân tạo, sử dụng bất dục ñực )

(126)

- Truyền phấn từ bố sang mẹ đầy đủ, kịp thời có hiệu (nhờ gió, trùng) - Sản xuất hạt giống lai phải tin cậy có hiệu kinh tế

Các khía cạnh liên qua đến sản xuất giống hạt lai trình bày chương 14 Phần lớn lồi trồng quan trọng biểu ưu lai, khác với ngô cấu trúc hoa hay chế thụ phấn làm cho việc tạo giống lai khơng dễ dàng, khơng có hệ thống bất dục ñực chế tự bất hợp Trong chương trình bày sở tạo giống lai sử dụng bất dục ñực tự bất hợp

Sử dụng bất dục ñực tế bào chất-nhân

Khi sử dụng bất dục ñực tế bào chất-nhân để sản xuất hạt lai, quy trình tạo dịng tự phối sử dụng làm mẹ khác quy trình tạo dịng bố Phải tạo trì ba loại dịng khác nhau, là:

i) Dịng bất dục ñực tế bào chất-nhân (dòng A): sử dụng làm dòng mẹ

ii) Dịng trì bất dục (dịng B): sử dụng làm dịng bố để trì nhân dòng mẹ

iii) Dòng phụ hồi (dòng R): sử dụng làm dịng bố để sản xuất hạt lai

Tạo dịng bất dục đực (dịng A) dịng trì (dịng B)

Dịng A B cặp dịng giống tính trạng, trừ tính trạng kiểm sốt tính bất dục hay hữu dục Sau dịng tự phối đẫ chọn dựa vào khả kết hợp nhà chọn giống tạo dòng A B từ dòng ưu tú ðể tạo dóng A dịng B phải có nguồn bất dục đực làm dịng cho Cách tốt để tạo dòng A tiến hành lai thử với dịng bất dục sẵn có (dịng cho) để xác định kiểu gen rfrf Bằng cách tạo cặp dòng với dịng A có sẵn, xác định dễ dàng dịng cho phấn B thơng qua hệ F1 Con lai F1 có 100% số bất dục cho phấn dịng B ðồng thời tạo cặp dòng với dòng A, dịng tiến hành tự phối Hạt tự phối dự trữ để lai lại dịng B xác định để tạo dịng A

Dưới quy trình tạo cặp dịng A B Vụ 1:

- Tiến hành lai thử cách tạo cặp dòng tự phối với dịng A sẵn có (vật liệu thử bất dục ñược tế bào chất)

- Tự thụ dòng Vụ 2:

- Gieo hệ lai thử (F1) tạo vụ thứ với dòng tự phối cho phấn vụ

- Kiểm tra hệ F1 giai ñoạn hoa Chọn bất dục 100% loại bỏ tất phân ly hữu dục Xác định dịng cho phấn làm dịng B

- Tiến hành lai lại bất dục 100% với dịng B tương ứng để tạo BC1 Duy trì dòng B tự thụ hay thụ phấ chị em dòng

Vụ 3:

- Gieo trồng dòng BC1 với dòng B tương ứng Nếu phát hữu dục loại bỏ tồn BC1 tương ứng

- Kiểm tra phân loại dịng BC1 thành nhóm 100% bất dục nhóm phân ly hay hữu dục để xác định dịng trì Chọn dịng BC1 giống với dịng B tương ứng

- Cây chọn từ BC1 tiếp tục ñược cặp đơi với dịng B để tạo BC2 Duy trì dòng B tự thụ hay thụ phấ chị em dòng

Vụ 4:

(127)

- Gieo trồng BC2 với dòng B

- Tạo cặp 5-10 BC2 (về kiểu hình giống với dịng B tương ứng) với dịng B để tạo BC3 tương tự vụ trước

- ðể sơ ñánh giá khả kết hợp, cách ly 10-20 dòng B với hay nhiều dòng bất dục phấn hay lai F1 ñể tạo tổ hợp lai mẫu thực nghiệm

Vụ 5:

- Trồng dòng BC3 với dịng trì ựể tạo BC4 dịng B nư vụ trước - đánh giá lai thực nghiêm tạo vụ trước ựể xác ựịnh dịng có khả làm bố

mẹ

- Cách ly dòng bất dục (BC3) với dòng cho phấn, tạo lai F1 thực nghiệm , ñánh giá khả kết hợp dòng tự phối bất dục

- Tiến hành lai BC3 với bố cho phấn chọn lọc để thử khả làm dịng mẹ Vụ 6:

- Cách ly dịng trì với mẹ chọn lọc ñể tạo lai tốt cho khảo nghiệm sơ tạo tổ hợp

Vụ vụ sau:

- Kiểm tra ñánh giá tổ hợp lai ; chuyển tổ hợp tốt từ khảo nghiệm sơ sang thí nghiệm lặp lại nhiều ñiểm

- Nhân BC5 dòng B tương ứng ñã ñược xác ñịnh khảo nghiệm vụ trước làm bố mẹ - Bắt ñầu triển khai sản xuất hạt giốngcủa lai tiềm cho thí nghiệm sản xuất

thương phẩm ñánh giá khả sản xuất giống

- Phân phối giống cho thí nghiệm vùng sản xuất Chuẩn bị thủ tục cho công nhận giống

Sử dụng hệ thống tự bất hợp

Tính tự bất hợp sử dụng ñể tăng cường thụ tinh chéo trình sản xuất hạt lai bắp cải, su lơ, su lơ xanh hoa thập tự khác Các chị em dịng tự phối đồng hợp tử alen S ñược chọn biểu mạnh mẽ alen S không thụ tinh chéo lẫn Kết khơng có hạt tự thụ

Khi dịng đồng hợp tử alen S (S1S1) trồng thành hàng luân phiên với dòng tự phối khác có alen S2S2, hai dịng dễ dàng thụ phấn chéo cho Tính tương hợp lai dịng tự phối S1S1 S2S2 đảm bảo cho q trình sản xuất hạt lai F1 hạt lai thương phẩm thu hoạch từ hai dịng

Như vậy, tạo giống lai sử dụng tự bất hợp địi hỏi phải tạo dịng tự phối đồng hợp tử alen S biểu tính tự bất hợp cao, sau đánh gía khả kết hợp tạo giống lai (sản xuất hạt lai) (Hình 2.11)

Tạo dịng tự phối tự bất hợp đồng hợp tử alen S

Tạo dòng tự phối tự bất hợp ñồng hợp tử alen S ñược thực theo bước sau: Bước 1:

a) Chọn quần thể giống giao phấn giống lai có ñặc ñiểm mong muốn Những ñựơc chọn thường dị hợp tử alen S hồn tồn ngẫu nhiên gen tự bất hợp

b) Tự thụ chọn lọc (S0) cách thụ phấn sớm (giai đoạn nụ) để trì nhân giống; đảm bảo cho khơng có thụ phấn ngồi xảy Hạt thu ñược dùng cho hệ S1

(128)

c) ðồng thời tiến hành tự thụ hoa ñã nở chọn (S0), đảm bảo khơng có thụ phấn Thao tác nhằm kiểm tra khả kết hạt phát triển ống phấn hoa ñã mở làm thước ño cường ñộ tự bất hợp ñược chọn Nếu phát ñược chọn có tính tương hợp tương hợp yếu, loại bỏ tất hạt cây, kể hạt tạo thành từ thụ phấn sớm

d) Chỉ hạt (thu ñược từ thụ phấn sớm) ñược chọn (S0) biểu tính tự bất hợp mạnh sử dụng cho hệ sau

x x

x

Hình 2.11: Sơ đồ tạo dịng tự phối giống lai sử dụng hệ thống tự bất hợp S1S2 S2 S3 S4S5 S1S4 S2S4

S3S4 S1S3 S2S5 S3S5

S2 S3 S4S5 S1S3 S1S2

Kiểm tra ñộ ñồng hợp tử allen S S1S1 S2S2 S3S3,

Nhân dòng tự phối (thụ phấn nụ)

Vật liệu ban đầu Tạo dịng tự phối

cách thụ phấn nụ

S1S1 S2S2 S3S3

S4S4

S1S2 S3S4

Hạt lai ñưa vào sản xuất

(129)

Bước 2:

Gieo trồng hệ S1 Quần thể gồm ba kiểu gen: S1S1, S1S2 S2S2 theo tỉ lệ 1:2:1 Tiến hành lai thuận nghịch S1 chị em ñể xác ñịnh kiểu gen cá thể

Tiếp tục tự thụ kiểm tra ñộ ñồng hợp tử alen S

Phương pháp hiệu ñược bắt ñầu cách lai thuận nghịch loạt chị em ñời S1 tiếp tục cho ñến ba kiểu gen ñược ñịnh chắn Mỗi ba kiểu gen sẽãe ba S1 ñại diện

Một nhóm 11 quần thể S1 có xác suất 95% có ba kiểu gen: S1S1, S1S2 S2S2

5 Quy trình tạo giống lai tự thụ phấn

Về mặt nguyên lý, chọn giống ưu lai tự thụ phấn tương tự giao phấn Tuy nhiên ñặc ñiểm tự thụ phấn hoa lưỡng tính, phận đực hoa nên sản xuất hạt giống khó khăn nhiều, trở ngại lớn khử đực ñể tránh tự thụ phấn tăng cường khả nhận phấn ngồi từ dịng, giống bố Phụ thuộc vào số lượng hạt thu ñược từ khả khử ñực tự thụ ñược chia thành nhóm:

Nhóm thứ nhất: Bao gồm lồi trồng có khả sản xuất hạt giống lai theo phương

thức khử ñực, thụ phấn tay Các trồng thuộc nhóm thường có nhiều hạt từ quả, khử đực dễ dàng

Nhóm thứ 2: Bao gồm lồi trồng mà có hạt, khử đực khó khăn, việc sản xuất

hạt giống lai theo phương thức khử ñực, thụ phấn tay tốn không thực ñược

5.1 Phương pháp tạo giống ưu lai nhóm khơng bắt buộc sử dơng bất dục

Các lồi trồng thuộc nhóm có: cà chua, cà bát, thuốc lá, ớt,v.v Quy trình chọn giống ưu lai nhóm gồm bước sau ñây:

Chọn làm bố mẹ

Bố mẹ để tạo giống lai cĩ thể chọn từ tập đồn giống cĩ tìm kiếm thêm, dựa vào nguyên tắc chọn cặp bố mẹ lai giống để chọn dạng bố mẹ cho chương trình chọn giống ưu lai Bản thân giống tự thụ dịng Tuy nhiên, thụ phấn chéo dù tỉ lệ nhá cĩ thể làm cho giống khơng hồn tồn chủng nên việc làm bố mẹ cần thiết Chọn cá thể điển hình, bao cách ly để thu hạt tự thụ, hạt thu gieo thành dịng, chọn dịng đồng tiếp tục bao cách ly thêm lần cĩ dạng bố mẹ dùng cho bước Các dạng bố mẹ tiếp tục bao cách ly để thu hạt trì

Thử khả kết hợp

Chia bố mẹ thành nhóm, nhóm – giống ñể thử khả phối hợp chúng với Tiến hành lai theo sơ ñồ Dialen, lai trồng thử nghiệm tính khả phối hợp riêng theo mơ hình sơ đồ (xem phần 6.3.2.) Mỗi sơ ñồ chọn mét tổ hợp có khả phói hợp riêng cao

Lai thử lại so sánh giống

Các tổ hợp tốt lai thử lại để có đủ hạt giống cho bố trí thí nghiệm so sánh giống Thí nghiệm so sánh giống bố trí –4 lần nhắc lại theo khối ngẫu nhiên, ñối chứng giống ñịnh thay Tổ hợp ñược chọn phải ñạt u cầu:

- Là giống đứng đầu thí nghiệm

(130)

- Hơn đối chứng suất 20% mét tính trạng nơng học quan (ví dụ, khả chống bệnh tốt hơn, chịu rét tốt hơn…) Bước tổ chức sản xuất hạt giống ñể cung cấp ñủ cho loại thí nghiệm khảo nghiệm

5.2 Phương pháp tạo giống ưu lai nhóm bắt buộc sử dụng bất dục đực

ðây nhóm khó áp dụng phương pháp ưu lai Ở nhóm khơng phát triển dịng mẹ bất dục khơng thể nói đến ứng dụng chọn giống ưu lai Mặt khác nhóm tự thụ phấn điển lúa, lúa mì… vấn đề truyền phấn từ hoa bố sang hoa mẹ vấn ñề tăng cường khả thụ phấn ngồi dịng bất dục để nâng cao suất sản xuất hạt lai trở ngại không nhỏ ðể áp dụng thành công công nghệ ưu lai nhóm tự thụ phấn ñiển hình phải giải nhiệm vụ lớn:

a) Tìm phát dịng bất dục có tính trạng nơng sinh học q, tiềm cho suất cao, dễ trì dịng làm mẹ tổ hợp lai

b) Xác lập cơng nghệ sản xuất hạt lai nâng cao khả nhận phấn ngồi, tạo điều kiện tốt cho vectơ truyền phấn, vấn đề có tính ñịnh

Chương trình chọn giống ưu lai nhóm tự thơ phấn điển hình áp dơng theo sơ đồ sau:

Tìm kiếm kiểu gen bất dục Chuyển gen bất dục sang giống

đại để tạo dịng bất dục có tính trạng quý,

tiềm cho suất cao

Tìm dịng bố phục hồi cho ưu lai cao Xây dựng công nghệ sản xuất hạt lai

Duy trì dịng bất dục Sản xuất hạt lai thương phẩm

Tạo dịng bất dục đực

a) Phát hiện, sàng lọc, tạo kiểu gen bất dục: Kiểu bất dục ñực sử dụng phổ biến loài trồng bất dục ñực tế bào chất (CMS) gần ñây bất dục ñực chức di truyền nhân (EGMS) lúa Trước hết kiểu gen bất dục phát sàng lọc từ giống có (ví dụ, CMS hành tây; Jones Emsweller, 1937; bất dục ñực chức cà chua, Dascalov, 1966) Trong nhiều trường hợp nguồn bất dục ñược phát lồi họ hàng lồi hoang dại, ví dụ, CMS kiểu WA lúa (Nillson; 1967, Yuan Long Ping, 1966) Các dịng EGMS, dịng TGMS tạo phương pháp xử lý ñột biến b) Chuyển gen bất dục đực vào dịng làm mẹ Việc chuyển gen bất dục ñực vào giống ñại, suất cao phụ thuộc vào chế di truyền gây bất dục ñực

Bất dục ñực tế bào chất (CMS)

Về mặt nguyên lý sử dụng bất dục ñực tế bào bào chất tự thụ phấn hoàn toàn giống giao phấn ðiểm khác biệt chọn giống ưu lai tự thụ phấn sử dụng lai đơn với nhiều lồi khơng thể sản xuất hạt lai theo phương pháp khử ñực, thụ

(131)

phấn tay Chương trình chọn giống ưu lai tự thụ sử dụng bất dục ñực tế bào chất gồm bước sau:

- Bước 1: Tạo dịng bất dục đực dịng trì tương ứng: vào chương trình tạo giống mà tìm kiếm dịng bất dục CMS nhập nội chuyển gen bất dục vào giống sẵn có Dịng bất dục tế bào chất ký hiệu dịng A, dịng trì tương ứng ký hiệu dịng B

- Bước 2: Tìm dịng phục hồi: sử dụng giống sẵn cĩ tập đồn cơng tác, dịng triển vọn hay giống tốt cĩ để lai với dịng mẹ CMS Dịng bố đạt yêu cầu thoả mãn điều kiện:

a) Phục hồi phấn tốt cho dòng A

b) Cho ưu lai cao ðây dòng R làm bố tổ hợp lai - Bước 3: Lai thử lại khảo nghiệm lai

Lai thử lai bố trí thí nghiệm so sánh với giống ñối chứng Các tổ hợp tốt ñược sản xuất hạt giống ñưa vào khảo nghiệm rộng

Hệ thống chọn giống ưu lai tự thụ phấn sử dụng bất dục ñực tế bào chất ñược gọi hệ thống “3 dòng” bao gồm dòng A bất dục, dịng B trì bất dục dịng R phục hồi hữu dục cho ưu lai

Sử dụng hệ thống “3 dịng” ổn định mặt di truyền song hệ thống sản xuất hạt giống cồng kềnh, phải qua lần lai có hạt lai F1 thương phẩm nên rủi ro lớn, giá thành hạt giống cao

Kiểu bất dục ñực chức phản ứng với điều kiện mơi trường

Kiểu bất dục ñực chức phản ứng với ñiều kiện chiếu sáng (PGMS), phản ứng với ñiều kiện nhiệt ñộ (TGMS) ñược ứng dụng lúa ðặc ñiểm di truyền dạng bất dục chức cặp gen kiểm sốt tính trạng chuyển gen bất dục cho giống khác chọn thể phân ly để tạo dịng bất dục tương ñối dễ dàng

Hệ thống chọn giống ưu lai ứng dụng bất dục ñực chức di truyền nhân ñược gọi hệ thống “ dịng” hệ thống sử dụng dịng mẹ dịng bố Sử dụng tính mặt dịng mẹ để sản xuất hạt giống dòng mẹ trạng thái bất dục chức trì dịng mẹ tự phối dịng mẹ trạng thái hữu dục

Hệ thống dịng có phổ phục hồi rộng dễ tìm dòng phục hồi cho dòng mẹ Tuy nhiên dòng bất dục ñực chức di truyền nhân phản ứng với điều kiện mơi trườ phụ thuộc vào mơi trường mơi trường thay đổi làm cho dạng EGMS khơng ổn định

Agrawal R L 1998 Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production Science Publishers

Fehr, W R 1987 Principles of cultivar development Vol Macmillan Publishing Company

1 Liệt kê khác giống phương pháp lai giống phương pháp tạo giống ưu lai sử dụng F1

2 Nêu chất di truyền thuyết tính trội siêu trội ưu lai Anh/chị ño ưu lai sao?

4 Nêu bước quan trọng trình tạo giống lai 1) giao phấn 2) tự thụ phấn; giải thích cụ thể

(132)

5 Nêu phương pháp tạo dòng tự phối giao phấn So sánh ưu ñiểm nhược ñiểm phương pháp

6 Thế khả két hợp chung? khả kết hợp riêng? Sự khác KHKHC KNKHR?

7 Phương pháp ñánh giá khả kết hợp chung riêng

8 Tai gọi bất dục ñực nhân mẫn cảm với môi trường bất dục ñực chức năng?

(133)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống trồng………….… ……….119

CHƯƠNG XII

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG

1 Nắm ñược vai trị cơng nghệ sinh học cơng cụ bổ sung cho chọn giống trồng Hiểu ñược nguyên lý kỹ thuật di truyền chuyển gen

3 Giải thích ngun lý thị phân tử ứng dụng trình chọn giống

1 Mở ñầu

Chọn giống q trình sáng tạo liên tục để thỏa mãn nhu cầu thay ñổi người Cho tới tương lai gần phương pháp chọn giống thông thường phương pháp phổ biến, tái tổ hợp kiểu gen ưu tú khâu then chốt ñể tạo vật liệu chọn giống cho trình chọn lọc

Các phương pháp chọn giống truyền thống dựa vào tái tổ hợp gen nhiễm sắc thể thông qua sinh sản hữu tính theo nguyên lý di truyền Mendel Sự phát triển tế bào học, ña bội thể, cảm ứng ñột biến, di truyền số lượng, di truyền tế bào chất lĩnh vực có liên quan hỗ trợ tích cực nâng cao hiệu phương pháp truyền thống Trong năm gần đây, cơng nghệ sinh học (CNSH), ñặc biệt di truyền phân tử kỹ thuật di truyền phát triển vượt bậc tạo ñiều kiện cho việc ứng dụng phương pháp chọn tạo giống trồng Ngày CNSH ñộc lập kết hợp với phương pháp truyền thống làm tăng khả cải tiến trồng suất, khả thích ứng chất lượng sản phẩm

CNSH bao gồm loạt phương pháp quy trình sử dụng thể sống hệ thống sinh học ñược biến ñổi ñể tạo sản phẩm tăng suất trồng vật nuôi Trong trồng trọt cải lương giống trồng, hầu hết quy trình CNSH sử dụng nuôi cấy mô tế bào in vitro từ mảnh mô, tế bào phân lập, mô sẹo, tế bào trần mơ phơi để thực q trình biến đổi sau tái sinh hoàn chỉnh Từ thập kỷ 80, nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp nhà chọn giống ñã tạo trồng chuyển gen, vượt qua hàng rào cản trở lai hữu tính trồng

2 Nuôi cấy mô tế bào

ðầu thé kỷ 20 Haberlandt khám phá tính tồn vẹn tế bào xô ma thực vật khả tạo hồn chỉnh đường nuôi cấy mô tế bào Tuy nhiên phải 50 năm sau việc tái sinh hoàn chỉnh từ tế bào ñơn tế bào trần (protoplast) trở thành thực

Nuôi cấy mô tế bào nuôi cấy tế bào thực vật phân lập hay mảnh mô thực vật tách rời môi trường dinh dưỡng điều kiện vơ trùng Sau mơ ni cấy tái sinh thành hồn chỉnh Người ta xây dựng quy trình tương đối hồn chỉnh để tái sinh cho số lồi mẫu thuốc lá, khoai tây, mía, hoa lan số ăn hoa khác nhau, nhiều lồi chúng sinh sản vơ tính dễ dàng ðối với phần lớn trơng đồng ruộng, cốc, bơng đậu lấy hạt việc thiết lập quy trình để áp dụng rộng rãi khó nhiều Ở loài tần số tái sinh thấp kết tái sinh từ nuôi cấy không thay đổi theo lồi mà cịn với kiểu gen lồi, nguồn mơ cấy, tuổi sức khỏe cho mô cấy, môi trường dinh dưỡng nhiều yếu tố khác Nhìn chung, cơng nghệ ni cấy mơ tế bào cho phép nhân nhanh kiểu gen có giá trị

(134)

hay vật liệu chọn giống mơi trường có kiểm sốt Một số khả ứng dụng nhân nhanh ñối với trồng là:

- Nhân quy mô lớn kiểu gen dị hợp tử - Nhân kiểu gen tự bất hợp

- Nhân bố mẹ bất dục chương trình tạo giống lai - Nhân vật liệu bệnh

- Bảo quản trao ñổi nguồn gen quốc tế

Tuy nhiên, khuôn khổ chương thảo luận số kỹ thuật nuôi cấy in vitro liên quan trực tiếp tới trình chọn giống

2.1 Ni cấy phơi, ni cấy noãn thụ phấn in vitro

Các nhà chọn giống chủ yếu ñã ñang tận dụng biến dị di truyền có trong nguồn gen trồng trọt cách sử dụng nhiều sơ ñồ lai chọn lọc khác Tuy nhiên với thâm canh ñộc canh kiểu gen chọn lọc tính trạng có ý nghiã kinh tế biến dị di truyền ngày giảm nguồn gen trồng trọt Thậm chí số trường hợp biến dị số tính trạng có ý nghĩa kinh tế khơng cịn thoả đáng hay thiếu hồn tồn, ví dụ tính kháng bệnh vàng lụi, sâu ñục thân, chịu mặn lúa, sâu hồng đục bơng, bệnh khảm vàng ñậu xanh

ðể khắc phục yếu tố ảnh hưởng ñến suất, nhà chọn giống cần nguồn di truyền hay nguồn gen đề kháng từ lồi hoang dại thân thuộc hay khơng thân thuộc Một khó khăn lớn sử dụng lồi hoang dại để lai với trồng tính bất hợp lai Trong số trường hợp phôi lai từ tổ hợp lai lồi có quan hệ xa thường yếu khơng có khả sống cung cấp dinh dưỡng nội nhũ khơng đầy đủ Những phôi thường bị chết thời gian ngắn sau hình thành hợp tử khơng thể phát triển thành hạt có khả sống Vì nuôi cấy phôi hay cứu phôi phương pháp ñể khắc phục hàng rào bất hợp, bảo ñảm ñể phôi non sinh trưởng, nảy mầm, phát triển thành Thông qua sử dụng phương pháp người ta tạo nhiều lai khác lồi nhiều loại trồng lúa mì, lúa nước, đại mạch, bơng, đậu đỗ, lồi ăn cảnh nhờ nhiều gen có ích ñã ñược chuyển vào trồng

Noãn ñã thụ tinh đơi ni cấy để cứu phơi từ tổ hợp lai xa mà không cần tách phơi khỏi nỗn Nỗn chứa phơi lai non tách sau thụ tinh điều kiện vơ trùng nuôi cấy môi trường dinh dưỡng Bằng đường ni cấy nỗn phơi ni cấy giai đoạn sớm so với ni cấy phơi tách rời Hơn nữa, phơi phát triển nỗn có mơi trường hố học lý học thuận lợi phơi ni cấy bên ngồi nỗn

Thụ phấn thụ tinh in vitro gồm việc thu thập noãn chưa thụ tinh, cấy nỗn mơi trường dinh dưỡng điều kiện vơ trùng, thụ phấn cho nỗn với hạt phấn tươi Ống phấn xuyên qua thành nỗn vào túi phơi thụ tinh cho tế bào trứng Phương pháp ñã ñược áp dụng ñể tạo lai lồi mà ống phấn khơng thể sinh trưởng xun vào nỗn bình thường sau thụ phấn

2.2 Nuôi cấy bao phấn sản xuất ñơn bội

Trong phần lớn chương trình chọn giống việc tạo giống cải tiến bao gồm việc gieo trồng quần thể F2 lớn chọn lọc dòng mong muốn hệ phân ly từ F2 ñến F7 ñể cuối tạo dịng đồng hợp tử Ni cấy bao phấn hay hạt phấn

(135)

một kỹ thuật hữ hiệu để tạo dịng ñồng hợp tử từ hệ ñầu tiên (dòng ñơn bội kép), ñó tiết kiệm nguồn lực rút ngắn thời gian cần thiết ñể tạo giống

Nuôi vấy bao phấn nuôi cấy in vitro bao phấn chứa tiểu bào tử hay hạt phấn chưa thành thục môi trường dinh dưỡng ñể tạo ñơn bội Số nhiễm sắc thể đơn bội nhân đơi để tạo lưỡng bội đồng hợp tử hồn tồn, gọi thể đơn bội kép Ni cấy bao phấn có ích ñối với nhà chọn giống thể ñơn bội kép sử dụng làm dịng tự thụ phấn giao phấn Thời gian cần thiết ñể tạo giống hay dịng tự phối phương pháp đơn bội kép ñược rút ngắn nhiều hệ so với phương pháp truyền thống ñể ñạt ñộ ñồng hợp tử tự thụ phấn Các dịng đơn bội kép tạo hội ñể cải tiến hiệu chọn lọc nhiều tính trạng quần thể khơng có phương sai trội, đồng thời gen lặn biểu kiểu hình Kỹ thuật áp dụng thành công Trung Quốc việc tạo giống lúa nước lúa mì Tuy nhiên hạn chế việc áp dụng rộng rãi phương pháp khả ni cấy khó tính đặc thù cao kiểu gen Ví dụ, nhà chọn giống lúa Indica khơng thể sử dụng kỹ thuật có hiệu nhà chọn giống lúa Japonica kiểu gen Indica khó ni cấy Ngồi ảnh hưởng loài kiểu gen loài, khả tạo ñơn bội ñường nuôi cấy bao phấn/hạt phấn cịn bị ảnh hưởng giai đoạn phát triển bao phấn, ñiều kiện sinh lý cho phấn, ñiều kiện xử lý trước nuôi cấy, môi trường dinh dưỡng, điều kiện ni cấy hiệu lưỡng bội hố colchicine

2.3 Biến dị dịng xơ ma chọn lọc dịng tế bào

Ban đầu ni cấy mơ sử dụng làm kỹ thuật ñể tạo sinh khối phương pháp nhân giống lý tưởng ñể sản xuất hàng loạt ñồng bố mẹ ban ñầu giống ưu tú

Tuy nhiên, với thời gian cơng trình nghiên cứu nhiều lồi trồng có giá trị kinh tế người ta thấy tế bào mơ ni cấy mơi trường nhân tạo thường xuất biến ñổi di truyền bao gồm thay ñổi số lượng cấu trúc nhiễm sắc thể, xắp xếp lại nhiễm sắc thể, ñột biến gen, hoạt hóa gen di ñộng, vv Các biến dị ñược truyền cho tái sinh Tập hợp biến dị di truyền hình thành q trình ni cấy gọi biến dị dịng xơ ma (somaclonal variation) (Larkin Scowcroft, 1983) Biến dị dịng xơ ma chịu ảnh hưởng lồi cây, kiểu gen lồi mơ cấy, chế độ ni cấy (thời gian cấy chuyền, ñiều kiện lý học môi trường, thành phần môi trường ) thời gian nuôi cấy in vitro, tính ổn định genom Như thân nuôi cấy mô tế bào nguồn biến dị di truyền quan trọng, mẻ phong phú kiểu gen thích ứng có ích cho cải lương giống trồng Một số thể biến dị dịng xơ ma có ích phân lập, khả đề kháng virut Fiji bệnh ñốm vàng viền nâu bệnh sương mai mía (Heinz cộng sự, 1977); khả kháng bệnh đốm nhỏ ngơ (Bretell Ingram, 1979); khả kháng sương mai khoai tây (Shepard cộng sự, 1980); khả chịu hạn lạnh lúa (Lê Trần Bình cộng sự, 1996)

Một ưu ñiểm quan trọng biến dị di truyền q trình ni cấy khả chọn lọc dịng tế bào in vitro Có thể nuôi xử lý hàng triệu tế bào không gian hạn chế, chẳng hạn ñĩa pe tri chọn lọc cách xử lý tế bào ni cấy điều kiện bất lợi gọi tác nhân chọn lọc Cũng kết hợp xử lý đột biến ni cấy để tăng tần số biến dị di truyền Tuy nhiên, tính trạng biểu mức tế bào xác ñịnh ñược cách sàng lọc tế bào nuôi cấy, bao gồm đặc tính kháng thuốc trừ cỏ, chịu mặn hay chịu kim loại sắt hay nhôm, a xit amin tương ñồng, chịu

(136)

nhiệt ñộ thấp, yếu tố dinh dưỡng khả kháng ñộc tố tạo tác nhân gây bệnh Các kiểu gen phân lập kháng với điều kiện bất lợi sử dụng trực tiếp chương trình chọn giống Tính trạng số lượng di truyền phức tạp suất, khả chống đổ hay chất lượng thích hợp với chọn lọc mức tế bào

Chọn lọc dòng tế bào in vi tro bao gồm bước sau:

1) Nuôi tế bào từ kiẻu gen thích nghi có nhược điểm tính trạng định cần cải tiến,

2) Xử lý tế bào nuôi cấy tác nhân chọn lọc thích hợp nhằm ức chế sinh trưởng tế bào, trừ tế bào có khả ñề kháng,

3) Tái sinh từ tế bào sống sót

Các tế bào tiếp xúc với tác nhân chọn lọc thông qua nuôi cấy nồng ñộ hay mức khác tác nhân chọn lọc Có thể xử lý tế bào ni cấy huyền phù đồng nhiều so với tế bào ni cấy callus Tế bào sống sót ñược chuyển sang môi trường tái sinh ñể chồi rễ phát triển Các đặc tính biểu ni cấy tế bào phải biểu tái sinh Ở sinh sản hạt đặc tính phải biểu khơng đổi hệ sinh sản hữu tính tái sinh Chọn lọc dịng chống chịu ñồng ruộng cần thiết ñể thẩm tra tính di truyền khả chống chịu chọn mức tế bào

3 Dung hợp tế bào trần

Trong phương pháp chọn tạo giống truyền thống lai hữu tính phương pháp ñể tạo biến dị tổ hợp thông qua dung hợp giao tử Tuy nhiên lai hữu tính thực cá thể lồi hay lồi có quan hệ thân thuộc Lai lồi có quan hệ xa thường khó khăn hàng rào cản trở việc lai xa làm giảm tính hữu dụng kỹ thuật lai việc tăng nguồn biến dị di truyền cần thiết cho việc cải lương trồng Vì phương pháp ñề xuất từ năm 1973(Keller Melchers, 1973) ñể khắc phục hàng rào lai hữu tính lồi có quan hệ họ hàng xa phương pháp dung hợp tế bào xô ma hay dung hợp tế bào trần

Dung hợp tế bào trần hợp tế bào xơ ma khơng có thành tế bào cá thể loài khác sau tái sinh lai từ tế bào dung hợp Trong lai hữu tính, tính trạng ADN quan tử kiểm sốt hồn tồn giống mẹ khơng có tổ hợp quan tử bố mẹ Trong dung hợp tế bào trần , khả dung hợp nhân, cịn có khả xảy hỗn hợp tế bào chất, hình thành tổ hợp di truyền hồn toàn Ti thể lạp thể hai tế bào khác hợp hoặc/và tái tổ hợp tạo tế bào dị tế bào chất, gọi cybrid Như vậy, đường lai xơma người ta thu tổ hợp lạp thể hay/và ti thể tương tác nhân tế bào chất

Dung hợp tế bào trần q trình nhiều giai đoạn, bao gồm việc phân lập tế bào trần từ loài khác nhau, dung hợp tế bào trần hai loài khác nhau, giám ñịnh nhân sản phẩm dung hợp cuối tái sinh lai hữu dục từ sản phẩm dung hợp

Trước tế bào xơma dung hợp phải loại bỏ thành tế bào để tạo tế bào trần Tế bào thịt lá, rễ, thân mầm loại mô khác tế bào ni cấy huyền phù xử lý với enzym phân giải thành tế bào ñể thu nhận tế bào trần Yếu tố hạn chế việc ứng dụng rộng rài lai xơma khó tái sinh từ protoplast khơng có khả sử dụng cách có chọn lọc phần nhỏ genom lồi đế kết hợp với lồi (Vasil, 1990)

(137)

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống trồng………….… ……….123

Lai xơma sử dụng có hiệu để kết hợp khả kháng bệnh virut khoai tây từ kiểu gen loài từ loài khác (Wenzel, 1994) Lai xơma phương tiện có hiệu ñẻ chuyển bất dục ñực tế bào chất đa dạng hố nguồn bất dục việc tạo giống lai

3.1 Dung hợp tế bào phát triển sản phẩm dung hợp

Tế bào thực vật tích điện âm đẩy cản trở trình dung hợp tự phát Vì bước ñầu tiên ñể kết dính tế bào làm cho chúng tiếp xúc với nhau, qua tạo cầu nối tế bào chất hai tế bào trần Lần ñầu tiên vào năm 1973 Keller Melchers ñã ñề xuất phương pháp dung hợp nhờ chất hoá học Ngày phần lớn người ta sử dụng tác nhân dung hợp hỗn hợp polyethylene glycol, nitrat canxi dimethylfoxid

Một phương pháp khác có hiệu quả, ñối với họ cà, dung hợp ñiện Trước tiên tế bào trần ñược tiếp xúc với thơng qua trường điện xoay chiều khơng đồng hai điện cực Sau q trình dung hợp diễn thơng qua xung điện dịng điện chiều có điện cao (500-2000 V/cm) khoảng thời gian cực ngắn (1 - 50 µs - micro giây)

Trong sản phẩm dung hợp, dung hợp nhân thường không diễn mà diễn vài ngày Hai nhân hợp vào thời ñiểm lần phân bào nguyên nhiễm ñầu tiên Nhiễm sắc thể hai nhân lúc tạo ñĩa trung kỳ dung hợp nhân xảy vào kỳ cuối Cũng nhân phân chia ngun nhiễm cịn nhân thứ hai bị tạo nên có kiểu nhân giống với hai bố mẹ

Trong trình phân bào sau dung hợp, quan tử tế bào dị nhân phân ly, đào thải hay tái tổ hợp tạo thành dạng lai khác (Hình - 1)

Nếu mục đích kết hợp nhân loài với toàn tế bào chất loài kia, người ta xử lý loài cho tế bào chất tia X tia gamma xử lý lồi với hố chất iodoacetate iodoacetamide ñể loại trừ quan tử trước dung hợp Phương pháp gọi phương pháp “thể cho — thể nhận” (Galun Aviv, 1986) 3.2 Chọn lọc sản phẩm dung hợp

Khi hỗn tế bào trần hai lồi bố mẹ mơi trường dung hợp thu ñược loại tế bào trần khác nhau: Những tế bào khơng dung hợp có kiểu nhân giống bố mẹ; sản phẩm dung hợp hình thành dung hợp tế bào trần bố mẹ (sản phẩm dung hợp ñồng nhân); sản phẩm lai tế bào xơ ma hình thành dung hợp tế bào trần bố mẹ (sản phẩm dung hợp dị nhân) Tỉ lệ sản phẩm dung hợp hay lai tế bào xô ma thường thấp phụ thuộc vào lồi bố mẹ, tính tương hợp chúng phương pháp dung hợp Một khó khăn việc phân lập lai tế bào xô ma phương tiện ñể giám ñịnh lai (sản phẩm dung hợp) tách chúng khỏi hỗn hợp tế bào trần

Về có phương pháp ñược sử dụng ñể tách sản phẩm dung hợp Phương pháp thứ dựa vào khả nhận biết tế bào lai sau dung hợp Tế bào trần bố mẹ khơng có chlorophyll (diệp lục) dung hợp với tế bào trần chứa chlorophyl bố mẹ Sản phẩm dung hợp (một nửa có màu xanh) phân biệt chọn lọc nhờ kính hiển vi Cũng thị tế bào trần chất màu huỳnh quang cho dung hợp chọn tế bào lai máy phân loại tế bào (Galbrath, 1984)

Phương pháp thứ hai dựa vào khả kháng kép lai xơma với chất độc chất kháng sinh (hygromycin, kanamycin) amino a xit tương đồng Bố mẹ (hai lồi chẳng hạn) có khả kháng độc tố hay axit amin tương ñồng Sau

(138)

khi dung hợp tế bào trần bố mẹ chọn lọc tế bào lai dễ dàng chúng kháng hai

Phương pháp thứ ba chọn lọc lai xôma cách so sánh biểu kiểu hình tính trạng hoàn chỉnh với bố mẹ Tuy nhiên phương pháp áp dụng tỉ lệ dung hợp cao Có thể thu tỉ lệ lai xôma cao cách áp dụng phương pháp dung hợp nhờ ñiện Bằng cách Schilde-Rentschler Ninnemann (1988) thu nhiều lai xơma khoai tây

4 Kỹ thuật di truyền

Kỹ thuật di truyền thực vật nhằm chuyển ñoạn ADN lạ, thường gen có chức mã hố cho thơng tin hay đặc điểm có lợi ñịnh vào tế bào thực vật khả kháng sâu hại, kháng virut hay kháng thuốc trừ cỏ Cây tái sinh từ tế bào chuyển nạp có gen lạ ñược lồng vào genom, biểu kiểu hình di truyền ổn ñịnh ñược gọi chuyển gen (transgenic plants hay genetically engineered plants) Gen lạ có nguồn gốc vi sinh vật, thực vật, động vật, chí gen tổng hợp Q trình chuyển gen bao gồm nhiều bước: Xác định phân lập gen có ích, nhân gen, chuyển gen vào tế bào thực vật, tái sinh tế bào chuyển nạp thành hoàn chỉnh ñánh giá biểu gen

Trong bước trên, kỹ thuật chuyển gen đóng vai trị định kết chuyển gen Chuyển gen vào tế bào thực vật thực gián tiếp thông qua vectơ hay trực tiếp (Bảng 1.12)

Bảng 1.12: Các phương pháp chuyển gen

PHƯƠNG PHÁP VẬT LIỆU CƠ CHẾ NHẬN XÉT

1 Phương pháp gián tiếp

Chuyển gen nhờ

Agrobacterium tumefaciens

Protoplast, meristem, mô

Chuyển gen nằm T-ADN Ti-plasmid

Hệ thống hồn hảo có hiệu cao ñối với hai mầm

2 Phương pháp trực tiếp

Thông qua PEG Protoplast Lỗ nhỏ màng tế bào

Chỉ sử dụng với tế bào trần có khả tái sinh Chích điện

(Electroporation)

Protoplast Lỗ nhỏ màng tế bào

Chỉ sử dụng ñược với tê bào trần có khả tái sinh Bắn hạt (Microprojectile/

bombardment/ biolistics)

Tế bào, phôi xô ma hợp tử, mầm, mô

Hạt vàng hay wolfram bọc ADN

Sử dụng cho nhiều loại trồng mô, dễ dàng kinh tế

Vi chích (Microinjection) Protoplast Chích ADN xy lanh

Khả sử dụng có hạn lần chích ñược tế bào, ñòi hỏi kỹ cao

(139)

4.1 Chuyển nạp thông qua Ti-plasmid vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens

A tumefaciens vi khuẩn gây khối u hai mầm phản ứng hình thành khối u kết của kiện chuyển gen tự nhiên Mấu chốt hình thành khối u Ti-plasmid (Ti= tumor inducing) vi khuẩn chứa gen mã hoá sinh tổng hợp hooc môn (auxin xitokinin) chịu trách nhiệm cho hình thành khối u Các gen nằm vùng T-ADN (transferred DNA) plasmid Khi plasmid xâm nhập vào tế bào cây, vùng T-ADN ñược chuyển vào genom ðoạn T-ADN phần tử di ñộng trình chuyển gen

Ý nghĩa Agrobacterium kỹ nghệ di truyền khả chuyển ñoạn ADN vào tế bào thực vật Lợi dụng phương thức chuyển nạp gen tự nhiên nhà khoa học thực vật dựa vào kỹ thuật phân tử ñiều khiển T-ADN ñể thiết kế hệ vec tơ cách lồng ñoạn ADN cần chuyển gắn vào vùng T-ADN vi khuẩn, sau cho nhiễm vi khuẩn chứa plasmid ñã biến ñổi ðể lây nhiễm người ta nuôi cấy tế bào trần thực vật, tế bào ñơn môi trường lỏng, ñặt mô cấy dung dịch huyền phù chứa vi khuẩn có plasmid biến ñổi thời gian ñịnh Qúa trình chuyển nạp thơng qua Agrobacterium gồm bước sau đây:

- Phân lập gen có ích từ thể cho (ADN lạ) nhân

- Loại bỏ T-ADN khỏi Ti-Plasmid dịng vi khuẩn chọn lọc

- Chuyển ADN lạ vào Ti-Plasmid với gen khởi ñộng gen thị có khả chọn lọc dễ dàng (ví dụ gen uidA vi khuẩn mã hoá β-glucuronidaza thường gọi gen GUS, hay gen kháng kháng sinh)

- ðưa plasmid ñã biến ñổi trở lại Agrobacterium ñể nhân - Chuyển plasmid ñã biến ñổi vào tế bào thực vật

- Chọn tế bào ñược chuyển nạp gen - Tái sinh tế bào chuyển nạp

- Chọn biểu gen chuyển nạp (cây chuyển gen)

Ở số lồi dễ ni cấy, khoai tây cà chua chẳng hạn, mẫu cắt rời ñược nhúng vào dung dịch chứa vi khuẩn thời gian ngắn Sau mẫu đưa vào mơi trường dinh dưỡng Trong khoảng thời gian vi khuẩn tiếp tục sinh trưởng xâm nhập tế bào tạo số tế bào chuyển gen Vì phần nhỏ tế bào chuyển nạp nên cần phải tiến hành chọn lọc Việc chọn lọc thơng thường dựa vào gen có khả chọn lọc, ñó gen kháng kháng sinh hay kháng thuốc trừ cỏ Sau mẫu chuyển vào mơi trường khác chứa chất kháng sinh ñể diệt Agrobacterium cịn sót lại chất kháng sinh khác hay thuốc trừ cỏ để loại trừ tế bào khơng chuyển gen

Các tế bào ñược chọn ñược chuyển sang loạt các môi trường dinh dưỡng ñể tái sinh Kết qủa tái sinh tạo chuyển gen phụ thuộc vào loài Phương pháp chuyển gen thơng qua Agrobacterium áp dụng thành cơng nhiều lồi hai mầm thuốc lá, khoai tây cà chua

4.2 Chuyển nạp trực tiếp

Hệ vec tơ thơng qua vi khuẩn Agrobacterium có hiệu cao số loài hai mầm Các trồng kinh tế chính, đặc biệt loại cốc nhiều loại đậu đỗ ít khơng phù hợp với chuyển nạp thơng qua Agrobacterium Nhiều cố gắng ñược tiến hành ñể phát triển kỹ thuật chuyển gen trực tiếp vào tế bào khơng thơng qua kí chủ trung gian

(140)

Chuyển gen thơng qua Polyethylene glycol (PEG): Ban đầu PEG sử dụng dung hợp tế bào sau ñược phát triển thành kỹ thuật ñơn giản ñể chuyển nạp di truyền PEG 6000 nồng ñộ 15-20% giảm thiểu tác ñộng ñẩy ADN màng tế bào bảo vệ ADN khỏi hoạt tính phân giải nucleaza PEG kích thích hấp thụ tế bào ñối với phần tử nhỏ tách rời lục lạp, liposom hay vi khuẩn Do PEG làm kết tủa ADN plasmid lên màng tế bào tạo ñiều kiện ñể ADN xâm nhập vào tế bào

Chích điện (electroinjection hay electroporation): Chích điện áp dụng xung điện có hiệu điện cao lên tế bào trần ñể tạo khe hở thời màng tế bào làm cho ñại bào tử ADN xâm nhập vào tế bào Thời gian cường ñộ xung ñiện ñược ñiều chỉnh cho tế bào sống sót hấp thụ ADN cách toả ñáng Phương pháp dễ lặp lại so với phương pháp PEG ñược sử dụng ñể tạo tế bào chuyển gen loài, chẳng hạn lúa

Phương pháp bắn hạt (microprojectile bombardment): Hạt vàng hay won-fram, đường kính 1-4 µm bọc ADN, ñược kết tủa với CaCl2, spermidine PEG Hạt bọc ADN ñược tăng tốc (300-600 m/s) thiết bị ñặc biệt gọi máy bắn hạt Với tốc ñộ hạt xâm nhập qua thành màng tế bào Mật ñộ hạt sử dụng phải ñược ñiều chỉnh cho không làm tổn thương tế bào

Những trồng áp dụng thành cơng phương pháp bắn gen đậu tương, bơng, đu đủ, ngơ, lúa nước, lúa mì, mía, cao lương, vv Phương pháp ñược sử dụng ñể chuyển gen vào lạp thể ti thể

Phương pháp vi chích: Dùng micropipet hay xylanh nhỏ ñể ñưa trực tiếp ADN vào tế bào trần

4.3 Các tính trạng chủ yếu ñược cải tiến ñường chuyển gen a Tạo giống kháng sâu hai

Gen tạo độc tố có tác dụng diệt sâu, ví dụ gen nội ñộc tố Bt từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis,

Gen tạo chất ức chế men phân giải protein làm hạn chế khả tiêu hoá thức ăn sâu hại (chất ức chế trip-sin)

Phịng trừ sâu hại hố học khơng tốn mà cịn gây hậu xấu tới mơi trường Do tạo giống kháng sâu hại thơng qua kỹ nghệ di truyền dựa vào gen độc tố Bt vi khuẩn Bacillus thuringiensis tiến quan trọng chọn giống kháng sâu ðộc tố Bt tinh thể tạo trình tạo bào tử vi khuẩn Những protein tinh thể có hoạt tính kháng số loại trùng khơng độc với người

Khi sâu hấp thụ tinh thể protein, ñộ pH cao ruột phân giải tinh thể giải phóng protein Vào giai đoạn protein chưa có hoạt tính độc, men proteaza ñặc biệt dịch ruột phân huỷ protein lại lõi kháng men proteaza, lõi hồn tồn có hoạt tính Bộ lõi liên kết với chất nhận ñặc thù tế bào biểu mô nằm dọc theo ruột tự lồng vào màng nguyên sinh tế bào Tích tụ protein làm cho tế bào bị rò rỉ chất dinh dưỡng chết Côn trùng ngừng ăn chết đói vịng 24 tiếng đồng hồ

ðộc tố Bt có hoạt tính với nhiều lồi sâu hại, ñặc biệt sâu thuộc cánh vảy Lepidoptera Bt gen ñã ñược chuyển vào ñể phòng trừ sâu hại phòng trừ Manduca sexta hại thuốc lá, sâ xanh hại cà chua sâu xanh đục bơng Helicoverpa zea, v.v

(141)

Một số trồng chuyển gen Bt trồng quy mơ thương mại cà chua, bông, ngô, khoai tây (James Krattiger, 1996; James, 1997)

Một protein có khả diệt sâu chất ức chế proteinaza tách chiết từ nhiệt đới, khoai mơn khổng lồ Cây tạo lượng chất ức chế cao củ Chất ức chế tinh khiết có tác dụng làm giảm khả sinh trưởng sâu non Heliothis armigera, làm hoạt tính men proteaza tiêu hố nên chúng bị chết đói Tương tự, gen mã hố chất ức chế tripsin đậu bị chuyển vào thuốc để phịng trừ sâu hại

b Tạo giống kháng virut Cản trở truyền virut,

Cản trở nhân lên virut tế bào Chống lại biểu bệnh (triệu chứng)

Kỹ nghệ di truyền kỹ thuật có hiệu để tạo giống trồng kháng virut Các gen sử dụng ñể chuyển vào ñều ñược phân lập từ virut Phương pháp phổ biến chuyển gen mã hoá vỏ protein virut vào - chế ñược gọi bảo vệ chéo Tế bào thực vật biểu gen mã hoá vỏ protein cản trở trình nhân virut Bằng phương pháp người ta ñã tạo giống kháng ñược 36 loại virut ñại diện cho 16 nhóm khác (Larkin, 1995), có bệnh có ý nghĩa kinh tế khảm hoa cỏ medi, hoa dưa chuột, virut xoăn khoai tây, virut đốm vịng đu đủ, v.v

Chiến lược tạo giống kháng virut thứ hai sử dụng gen mã hoá replicaza virut Enzym replicaza enzym giúp cho virut tổng hợp axit nucleic tế bào thực vật Cây ñược chuyển gen chứa ñầu ñịnh gen replicaza tổng hợp phân tử ARN nhỏ chứa ñiểm nhận biết ñể liên kết với replicaza Do phân tử ARN cạnh tranh với ARN virut trình liên kết với enzym replicaza Nếu tế bào thực vật mã đủ loại ARN có khả ức chế trình nhân virut

Khả thứ ba sử dụng gen có trình tự ngược chiều (anti-sense) với gen ñịnh virut Gen có trình tự ngược mã mARN có trình tự bổ sung với ARN virut A RN ngược chiều can thiệp trực tiếp vào biểu gen virut cách kết hợp với ARN virut tạo thành phân tử kép, ngăn cản trình dịch mã hay vận chuyển ARN từ nhân tế bào chất

Những trồng chuyển gen kháng virut trồng diện tích lớn gồm thuốc lá, cà chua, bí đỏ đu đủ (James Krattiger, 1996; James, 1997 )

c Tạo giống kháng thuốc trừ cỏ

Sản xuất dư thừa loại protein (enzym) mẫn cảm với thuốc trừ cỏ, bảo ñảm ñủ lượng cần thiết cho chức tế bào có mặt thuốc,

Giảm khả liên kết protein mẫn cảm với thuốc cách thay ñổi cấu trúc protein,

Trang bị cho khả làm hoạt tính chuyển hố thuốc trừ cỏ

Sản xuất dư thừa protein (enzym) mẫn cảm với thuốc trừ cỏ ñã ñược áp dụng thành cơng nhiều lồi trồng để tăng tính kháng thuốc trừ cỏ, ví dụ Phosphinothricin (thương phẩm Basta) bialaphos Phosphinothricin ức chế enzym tổng hợp glutamin (glutamin synthaza - GS) Ức chế GS gây tích luỹ amonia nhanh chóng làm cho chết Tăng tổng hợp GS lên nhiều lần khắc phục ảnh

(142)

hưởng thuốc trừ cỏ De Block (1987) ñề xuất chiến lược liên quan tới enzym có khả khử độc thc trừ cỏ Basta Gen Bar phân lập từ Steptomyces hygroscopicus tham gia vào trình sinh tổng hợp bialaphos mã hoá enzym phosphinothricin exetyltranferaza (PAT) enym axetyl hố nhóm NH2 tự phosphinotricin làm cho khơng bị ngộ độc

ðột biến gen protein mục tiêu làm khả liên kết thuôc trừ cỏ tăng khả káng hay chịu thuốc trừ cỏ, chẳng hạn thuốc trừ cỏ glyphosate, atrazine sulphonylurea

Một số trồng ñược chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ trồng quy mô thương mại đậu tương, ngơ, bơng, cải dầu, thc (James Krattiger, 1996; James, 1997)

d Tăng chất lượng sản phẩm

Cây thực phẩm chuyển gen ñược ñưa vào sản xuất năm 1994 Mỹ giống cà chua “Flavr Savr” Ở giống cà chua thơng thường, số enzym tạo q trình chín, có poly-galacturonaza, phân giải thành tế bào làm mềm cà chua Những giống cà chua phải thu hoạch chưa chín ñể vận chuyển xử lý ñể chín trước tiêu thụ

ðể làm chậm trình chín quả, người ta phân lập gen mã hoá enzym poly-galacturonaza chuyển vào gen cà chua Tuy nhiên gen chuyển vào ngược chiều với gen bình thường (anti-sense), làm chức gen bình thường việc tổng hợp poly-galacturonaza Giống cà chua ñã ñược sản xuất thương mại Mỹ (giống Flavr Savr) (James Krattiger, 1996)

5 Chọn lọc dựa vào thị (Marker-assisted selection)

Giám định xác giống, dịng nguồn vật liệu khởi ñầu cho chọn giống quan trọng ñối với việc chọn lọc bố mẹ ñể tạo nguồn biến dị di truyền Ví dụ, quan hệ họ hàng yếu tố xác ñịnh việc chọn bố mẹ tự thụ phấn lẫn giao phấn Tạo giống dòng thường dựa vào việc sử dụng dịng có quan hệ thân thuộc, lai tốt tạo thành từ tổ hợp bố mẹ tự phối có quan hệ xa Có thể xác định mức ñộ thân thuộc cách kiểm tra gia phả, suất lai đặc điểm hình thái Các phương pháp xác định thường khơng xác

ðể tăng độ xác giám định nguồn gen, năm gần ñây nhà chọn giống ñã áp dụng phương pháp ñiện di isozym tính ña hình ñộ dài phân ñoạn hạn chế (restriction fragment length polymorphism, viết tắt RFLP), AFLP kỹ thuật phân tích genom khác ðiện di enzym dựa vào việc ñịnh lượng loạt enzym chứa mơ đặc thù, chẳng hạn nảy mầm Trong enzym xác định alen khác (allozym hay isozym) nhờ tính di ñộng khác màng polyacrylamide gel ñiện trường Tính di động enzym phụ thuộc trọng lượng phân tử , điện tích cấu trúc ba chiều

RFLP phân ñoạn ADN tạo ADN ñược phân giải enzym phân giải ADN gọi enzym cắt hay enzym hạn chế ( restriction enzymes hay restriction endonuleases) Enzym hạn chế cắt ADN điểm đặc thù tuỳ theo trình tự bazơ Ví dụ enzym BAM HI cắt điểm ADN có trình tự guanin-guanin-adenin-thymidin-xytosin - xytosin (GGATCC) Các phân đoạn cắt có độ dài khác trọng lượng phân tử khác tách mơi trường ñiện di Các kiểu gen khác tạo

(143)

ra RFLP khác ñược cắt enzym ñây sở ñể phân biệt cá thể khác Cuối khác nhận biết cách chuyển phân ñoạn ADN sang màng mỏng tiếp xúc với ñoạn mẫu ADN thị vời P32 (probe) thông qua kỹ thuật gọi Southern blot ðoạn mẫu ADN ñoạn ADN mạch ñơn có trình tự biết trước dùng cho mục đích giám ñịnh

Khả ứng dụng lớn isoym RFLP lập ñồ di truyền hỗ trợ cho chọn lọc kiểu gen mong muốn với hỗ trợ thị di truyền Trước ñây thị hình thái sử dụng để xây dựng đồ di truyền Chỉ thị hình thái khơng thể áp dụng có hiệu chương trình chọn giống khơng có sở nơng học, số lượng ít, có tính lặn hiệu ứng đa hiệu khác Sự ñời thị isozym (protein) vào năm 1970 thị ADN từ năm 1980 cho phép người ta ñịnh vị gen với mật ñộ cao ứng dụng hiệu Việc chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa vào việc phân tích gián tiếp có mặt hay vắng mặt ñoạn nhiễm sắc thể (hay ñoạn ADN) mang gen hay alen mong muốn gel hay phóng xạ ñồ gọi chọn lọc thông qua thị di truyền

Chỉ thị isozym có nhiều ưu điểm so với thị hình thái Kỹ thuật đơn giản, cần lượng vật liệu nhỏ, phân tích nhiều mẫu giai đoạn non Vì kiểu gen mong muốn giữ lại cịn kiểu gen khác ñược ñào thải Bản chất trội song song isozym cho phép xác ñịnh kiểu gen Khả ứng dụng liên kết thị isozym ñã ñược minh hoạ cà chua Gen kháng tuyến trùng M1 liên kết chặt với gen Aps-1 (Acid phosphatase-1) Trong nhiều chương trình chọn tao giống cà chua người ta sàng lọc quần thể phân ly ñối với có mặt alen Aps-1 (Acid phosphatase) thay cho việc ñánh giá khả kháng tuyến trùng Ở lúa, gen mẫn cảm quang chu kỳ liên kết chặt nằm gen Est-2 (Esterase) gen Pg1-2 nhiễm sắc thể số Nhiều tính trạng nơng học liên kết chặt với isozym ñã ñược phát cà chua gen Prx-2 (Peroxidase) với ms-10, gen Got-2 (Glutamate oxaloacetate transaminase) với I-3 nấm Fusarium oxysporum

Tuy nhiên, hạn chế thị isozym không ñủ ñể bao trùm toàn ñồ nhiễm sắc thể ðể ñịnh vị gen thị cần phải có liên kết chặt (dưới cM) Từ năm 1980 nhà nghiên cứu ñã xây dựng ñồ di truyền dựa vào RFLP, AFLP ña hình khuếch đại ngẫu nhiên (random amplified polymorphic DNA (RAPD) nhờ kỹ thuật phản ứng dây chuyền polymeraza (Polymerase chain reaction, viết tắt PCR) Khác với isozym, thị ADN có số lượng lớn cho phép xây dựng đồ bão hồ tồn genom Tương tự thị isozym, thị ADN trội song song, không bị ảnh hưởng môi trường phân ly theo quy luật Mendel Các tính trạng cần cải tiến tương quan với RFLP đị liên kết ðặc biệt có ích vật liệu thị ADN cho phép xây dượng ñồ định vị locut kiểm sốt tính trạng số lượng

Hiện ñồ RFLP ñã ñược thiết lập cho số trồng lúa, ngơ, cà chua, khoai tây, đậu xanh Các ñồ dùng ñể ñịnh vị gen kiểm sốt tính trạng nơng học khác nhau, gồm locut kiểm sốt tính trạng số lượng Ví dụ cà chua RFLP ñã ñược sử dụng ñể ñịnh vị gen kháng virut khảm thuốc lá, locut kiểm soát khối lượng quả, locut kiểm soát hàm lượng chất rắn hồ tan, lo cut kiểm sốt ñộ pH ðịnh vị gen RFLP giúp nhà chọn giống gám định mơ tả đặc ñiểm giống chọn lọc tính trạng phức tạp khó thực phương pháp truyền thống Hơn kỹ thuật PCR giúp nhà chọn giống xác định có mặt gen có ích có hiệu quả, đặc biệt gen kháng bệnh - gen mà trước ñây khẳng ñịnh ñược có mặt ký sinh Một số ưu điểm chọn lọc dựa vào thị phân tử là:

(144)

6

Khả chọn lọc sớm từ giai ñoạn ñối với tính trạng biểu muộn đời sống cây, rút ngắn thời gian phải gieo trồng đánh giá (chất lượng hạt, tính mẫn cảm quang chu kỳ),

6

Khả giám định sàng lọc tính trạng khó chọn lọc, tốn kém, tốn thời gian ñể ñánh giá (khả kháng bệnh, khả chống chịu ñiều kiện bất thuận),

6

Khả phân biệt ñiều kiện ñồng hợp tử dị hợp tử nhiều locut hệ mà không cần phải ñánh giá hệ con,

6

Khả chọn lọc đồng thời nhiều tính trạng,

6

Khả chọn lọc xác để phục hồi nhanh kiểu gen bố mẹ giảm liên kết bất lợi với gen mục tiêu trình lai lại chuyển gen có ích vào trồng lai xa

6 Dụ đốn tổ hợp cho lai cĩ suất cao TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Agrawal, R L 1998 Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production Shepard, J., F D Bidney and E Shahin 1980 Potato protoplast in crop improvement

Science, 28: 17-24

1 Công nghệ sinh học số ứng dụng Việt Nam Tập II 1994 Nhà xuất Nông nghiệp

2 Cell and tissue culture techniques for cereal crop improvement Science Press, Beijing and IRRI 1983

3 Biotechnology for Asian Agriculture 1991 Asian and Pacific Development Center David R Murray 1991 Advanced methods in plant breeding and biotechnology CAB

International

5 Vũ đình Hồ 1997 Công nghệ sinh học nông nghiệp - Những tiềm tồn Tạp chắ Hoạt ựộng khoa học

1 Thế công nghệ sinh học?

2 Những ứng dụng ni cấy mơ tế bào gì? Cho ví dụ

3 Thế biến dị dịng xơ ma? Tại nói biến dị dịng xơ ma phương pháp chọn lọc mức tế bào?

4 Thế ADN tái tổ hợp (hay kỹ thuật di truyền)?

5 Liệt kê phương pháp chuyển gen, so sánh ưu nhược ñiểm phương pháp

6 Liệt kê bước trình chuyển gen sử dụng vi khuẩn Agrobacterium Thế thị di truyền? Tiêu chuẩn thị tốt

8 Uư ñiểm chọn lọc dựa vào thị

(145)

CHƯƠNG XIII

KHẢO NGHIỆM VÀ CÔNG NHẬN GIỐNG CÂY TRỒNG

1 Nắm ñược yêu cầu giống trồng

2 Hiểu quy trình khảo nghiệm cơng nhân giống trồng giới Việt Nam

3 Những kiến thức để giám định mơ tả giống trồng

4 Kiến thức khảo nghiệm DUS ( Khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định) khảo nghiệm VCU (khảo nghiệm giá trị canh tác giá trị sử dụng) Hiểu ñược chế bảo hộ giống trồng

1 Những khái niệm

1.1 Khái niệm giống trồng

Khái niệm giống trồng: Là nhóm trồng có đặc điểm kinh tế, sinh học tính trạng hình thái giống nhau, cho suất cao, chất lượng tốt vùng sinh thái khác ñiều kiện kỹ thuật phù hợp

Khái niệm giống trồng nghị định 07-CP: Là tập hợp nơng lâm nghiệp lồi có đồng di truyền, có đặc điểm khác biệt với trồng lồi hay nhiều đặc tính sinh sản (hữu tính hay vơ tính) giữ đ-ược đặc tính

ðịnh nghĩa giống trồng nghị ñịnh 13/2001/Nð-CP ngày 20/4/2001 bảo hộ giống trồng mới: Giống trồng nhóm trồng cấp thấp phân loại thực vật, nhóm trồng cần phải đáp ứng ñiều kiện sau ñây:

Nhận biết ñược biểu đặc tính kiểu gen quy định

Phân biệt với nhóm trồng khác thông qua biểu ñặc tính ñã nêu ñiểm a ñiều khoản

Ổn ñịnh qua trình nhân giống

Giống trồng mới: Là giống trồng có tính khác biệt, tính đồng , tính ổn định chưa biết đến rộng rãi

Giống trồng ñược biết ñến rộng rãi bao gồm: Giống trồng ñược nhà nước bảo hộ

Những giống trồng có đơn u cầu bảo hộ, quan có thẩm quyền cơng bố tạp chí chuyên ngành

Những giống trồng ñược công nhận quốc gia

Giống ñịa phương: Là giống ñã tồn lâu ñời tương ñối ổn định địa phương có đặc trưng, đặc tính khác biệt với giống khác di truyền ñược cho đời sau

Dịng : quần thể nhỏ hình thành từ tập hợp sinh từ

Hệ ( family) quần thể bắt nguồn từ dòng

Giống tạo thành : giống ñược tạo quan nghiên cứu khoa học phương pháp chọn tạo khoa học Chúng có độ đồng cao tính trạng hình thái đặc tính sinh vật , kinh tế

Giống quần thể: giống thu ñược cách chọn lọc hàng loạt ( chọn lọc hỗn hợp) giao phấn tự thụ phấn Chúng khơng đồng mặt di truyền

Giống –dịng: giống tạo chọn lọc cá thể tự thụ phấn Giống –dịng vơ tính: thu cách chọn lọc cá thể sinh sản sinh dưỡng

Giống ñột biến hay ña bội thể : Là giống ñược tạo phương pháp gây ñột biến hay ña bội thể

(146)

Nguồn gen: ( Quỹ gen) nguồn thực liệu loài giống trồng hoang dại ñược bảo quản ñể sử dụng công tác chọn tạo giống

Giống gốc ( hay gọi giống tác giả, lâm nghiệp gọi mẹ) giống tác giả chọn lọc, lai tạo lấy từ quỹ gen có tính di truyền ổn định

Giống gốc ( hay gọi giống tác giả, lâm nghiệp gọi mẹ) ñược Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn công nhận ñưọc nhân tiếp làm giống cho sản xuất ñại trà ( chi tiết thơng tư 02,1997)

Giống khảo nghiệm: Là giống ñược ñăng ký khảo nghiệm DUS VCU Giống điển hình: giống ñược sử dụng làm chuẩn ñối với trạng thái biểu cụ thể tính trạng

Giống ñối chứng: Là giống nhóm với giống khảo nghiệm, có nhiều tính trạng tương tự với giống khảo nghiệm

Mẫu chuẩn: Là mẫu giống có tính trạng đặc trưng phù hợp với mơ tả giống, quan chun mơn có thẩm quyền cơng nhận

Tính trạng đặc trưng: Là tính trạng di truyền ổn định, bị biến đổi tác động ngoại cảnh, nhận biết mơ tả cách xác

Cây khác dạng: Cây coi khác dạng khác biệt rõ ràng với giống khảo nghiệm nhiều tính trạng sử dụng khảo nghiệm DUS

1.2 Khái niệm tính trạng, đặc tính giống Tính trạng

Tính trạng chia thành hai loại tính trạng số lượng tính trạng chất lượng

+ Tính trạng số lượng tính trạng cân đo, đong , đếm Tính trạng số lượng ñược quy ñịnh số gen nhiều gen, tạo thành dãy biến dị liên tục biến động mạnh tác động mơi trường Ví dụ chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, số quả, số hạt

+ Tính trạng chất lượng tính trạng khơng cân đo, đong đếm được, ñược ñiều khiển gen gen, tạo thành dẫy biến dị gián đoạn chịu tác động mơi trường Ví dụ màu sắc hoa,, màu sắc thân

ðặc tính

+ ðặc tính đặc điểm sinh lý , sinh hóa đặc điểm kỹ thuật thực vật Ví dụ : tính chịu hạn, chịu mặn

+ ðặc tính sinh hóa hàm lượng đường, protein hạt + ðặc tính kỹ thuật hàm lượng bột

1.3 Yêu cầu giống trồng bước phổ biến giống trồng Một giống trồng phổ biến sản xuất phải ñảm bảo số yêu cầu ñược chấp nhận người sản xuất, góp phần nâng cao suất, thu nhập bảo vệ môi trường Một số yêu cầu giống trồng ñối với sản xuất nông nghiệp là:

Thông qua khảo nghiệm DUS xác định đảm bảo tính khác biệt, tính đồng tính ổn định

Giống trồng phải có suất cao ổn ñịnh ñối với vùng sinh thái cụ thể mà giống ñược phổ biến sản xuất kỹ thuật canh tác phù hợp

Chất lượng nơng sản đảm bảo bao gồm chất lượng dinh dưỡng, chất lượng thị trường chất lượng nấu nướng

Giống có khả chống chịu ñiều kiện bất thuận sâu bệnh hại

Yêu cầu với giống trồng cho công nhận giống Quốc gia: phải thông qua hai khảo nghiệm khảo nghiệm DUS khảo nghiệm VCU Trên sở kết khảo nghiệm báo cáo ñể Hội ðồng Khoa Học Công Nghệ Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn xem xét công nhận giống

(147)

Yêu cầu với giống trồng cho bảo hộ: Một giống trồng ñược ñăng ký baổ hộ quyền tác giả cần phải ñăng ký khảo nghiệm DUS tuân thủ quuy ñịnh bảo hộ quyền tác giả Giống trồng phải đảm bảo tính khác biệt, tính đồng tính ổn định

2 Các bước chọn tạo phổ biến giống trồng

Chọn tạo phổ biến giống trồng ñược thực qua

Bước 1: Tác giả hay quan tác giả thực nghiên cứu chọn tạo giống trồng, bước chọn tạo tạo quan hay tác giả tự thực theo ñơn ñặt hàng nhà nước, tổ chức hay cá nhân

Bước 2: Khí có kết chọn tạo quan tác giả tác giả ñăng ký khảo nghiệm hệ thống khảo nghiệm Quôc gia bao gồm khảo nghiệm DUS VCU

Bước 3: Trên sở kết khảo nghiệm DUS VCU báo cáo trước Hội đồng khoa học Bộ Nơng Nghiệp Phát Triển Nông Thôn hội nghị khoa học thường xuyên hàng năm Hội ñồng khoa học tư vấn giúp Bộ trưởng xem xét định cho khu vực hố giống ñồng thời nộp ñơn làm thủ tục bảo hộ quyền tác giả Công nhận giống Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn qua hai bước công nhận giống tạm thời công nhận giống Quốc Gia

Bước 4: Khuyến cáo ñể phổ biến giống, mở rộng phạm vi áp dụng giống thông qua kênh khác kênh khuyến nông, chuyển giao tiến kỹ thuật Viện nghiên cứu trường nông nghiệp

Bước 4: Nhân giống cung cấp cho sản xuất ( Hình 1)

Hình 1.13: Các bước chọn tạo phổ biến giống trồng Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(148)

3 Mô tả nhận biết giống trồng

3.1 Nguyên tắc phương pháp xác ñịnh số tính trạng quan trọng để nhận biết giống trồng

Nguyên tắc

ðể mô tả nhân nhận biết giống cần trồng trọt ñiều kiện mơi trường đồng kỹ thuật phù hợp

Số lượng mẫu ñủ lớn ñể ñại diện cho quần thể giống Phương pháp lấy mẫu phải xác

Áp dụng phương pháp xác định phù hợp cho tính trạng đặc điểm cần mơ tả nhận biết

3.2 Phương pháp đánh giá xác định tính trạng ñặc ñiểm giống

đánh giá trực tiếp: Là phương pháp ựo, ựếm, quan sát, phân tắch trực tiếp tắnh trạng ựặc ựiểm giống Vắ dụ ựánh giá tắnh trạng chiều cao cây, số lá, tuổi thọ lá, số cành, số hạt hàm lượng Amylose, protein, ựộ ựường, vitamin quan sát ựo ựếm trực tiếp ựồng ruộng hay phân tắch phòng thắ nghiệm

đánh giá gián tiếp: đánh giá tắnh trạng cần ựánh giá thông qua tắnh trạng khác vắ dụ ựánh giá tắnh chống ựổ thông qua ựường kắnh gốc thân, tỷ lệ khối lượng phân mặt ựất phần gốc Phương pháp ựánh giá gián tiếp ựộ chắnh xác không cao nên cần có phương pháp chuẩn mực ựảm bảo ựộ chắnh xác trình ựánh giá

đánh giá tự nhiên: ựánh giá giống trực tiếp gieo trồng ựiều kiện sinh thái thắch hợp ựể ựánh giá Vi dụ trồng ựiều kiện hạn ựể ựánh giá tắnh chịu hạn, trồng ựiều kiện mặn ựể ựánh giá tắnh chịu mặn

đánh giá nhân tạo: Sử dụng phương pháp tạo ựiều kiện ựể ựánh giá Thơng qua biện pháp hố học kỹ thuật ựể ựánh giá vắ dụ ựánh giá khả chịu hạn lúa xử lý KClO3 với hạt, rễ mạ ựể ựánh giá

đánh giá vùng sinh thái khác nhau: đánh giá nhận biết giống vùng sinh thái khác với mục tiêu tìm vùng sinh thái tối ưu cho vật liệu chọn giống ựồng thời rút ngăn thời gian ựánh q trình chọn tạo giống

Ứng dụng cơng nghệ sinh học ñánh giá giống : ứng dụng phương pháp RAPD (Randomly Emplifield Polymorphic DNA) Các ñoạn DNA ñặc trưng cho kiểu gen ñối tượng nghiên cứu ñược khuyếch ñại số lượng kỹ thuật PCR ( Polymerase Chain Reaction) Các mẫu lồi có kiểu gen khác khuyếch đại đoạn có kích thước giống sử dụng mồi ngẫu nhiên ñể chạy PCR Sau khuyếch ñại PCR người ta ñiện di ñể ñọc kết PCR Dựa vào kỹ nghệ so sánh mẫu giống với mẫu tiêu chuẩn Ví dụ đánh giá tính chống chịu bạc giống ứng dụng với lúa so sánh với giống chống bạc ñã xác ñịnh ñể kết luận giống có khả chống bệnh bạc hay không? ( Taq Polymerase loại DNA Polymerase chịu nhiêt lấy từ vi khuẩn Thermocellus quaticus ñược dùng ñể tổng hợp ñoạn DNA mơi trường dư thừa deoxynucleotid hai đoạn mồi)

3.3 Phương pháp lấy mẫu ñánh giá

Lượng mẫu cỡ mẫu ñánh giá cần ñảm bảo theo mẫu thống kê n ≥ 30, lượng mẫu quy định cho tính trạng khác Với mẫu nhỏ lượng mẫu theo dõi đánh giá hay hàng, mẫu lớn lấy mẫu thống kê, mẫu ngẫu nhiên ñể ñánh giá giống

Vắ dụ : đánh giá suất giống với vật liệu giống giai ựoạn thắ nghiệm so sánh thu hoạch tồn thắ nghiệm, Nhưng giai ựoạn khu vực hố thu mẫu thơng kê ựể ựánh giá

3.4 Thời ñiểm ñánh giá

Mỗi tính trạng, phương pháp đánh giá cho kết xác giai đoạn sinh trưởng định giống Do tuỳ tính trạng phương pháp ñể xác ñịnh thời

(149)

ñiểm ñánh giá phù hợp thời điểm mà tính trạng hay đặc điểm ñánh giá biểu rõ ñiển hình

Ví dụ đánh giá chiều cao phải đánh giá giai đoạn trỗ cờ ngơ , giai đoạn chín sữa hay chín sáp lúa

4 Khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định (DUS)

4.1 Bảo hộ quyền tác giả giống trồng Thế giới Việt Nam

Trên giới quốc gia có luật bảo hộ giống trơng bảo hộ với sáng chế cơng nghiệp Trong liên minh Châu Âu có hệ thống lớn UPOV, liên minh quốc tế bảo hộ giống trồng gọi tắt UPOV UPOV thành lập theo cơng ước quốc tế bảo hộ giống trồng Cơng ước có 42 nước thành viên tham gia ( tính đến năm 1999) có mạng lưới tồn cầu Những nội dụng cơng ước khảo nghiệm DUS ñã ñược cụ thể ñiều kiện Việt Nam Cơng ước có văn kiện 1961 1978 quy ñịnh ñiều kiện bảo hộ bao gồm ñiều kỹ thuật ñiều phi kỹ thuật Văn 1978 ñược sửa ñổi năm 1991

Khái niệm bảo hộ giống trồng công ước UPOV: Bảo hộ giống trồng hay gọi “ Quyền nhà tạo giống cây” ñộc quyền khai thác giống dành cho nhà tạo giống trồng ðây dạng quyền sở hữu trí tuệ tương tự với quyền sở hữu trí tuệ khác Patent, quyền, nhãn hiệu hàng hóa kiểu dáng cơng nghiệp Bảo hộ giống trồng có số ñặc ñiểm tương tự với sáng chế công nghiệp(Patent) Cả hai hình thức bảo hộ dành cho người nắm quyền dạng quyền ñộc quyền nhằm ñộng viên hoạt ñộng sáng tạo Bảo hộ giống trồng bảo hộ quyền bảo hộ giống trồng cho phép chủ sở hữu giống ñược bảo hộ kiểm sốt nhân ( sao) giống trồng bảo hộ Bảo hộ giống trồng hình thức bảo hộ riêng ñộc lập ñược thiết kế nhằm mục đích bảo hộ giống trồng mới, có ñiểm chung với quyền sở hữu trí tuệ khác, đồng thời có nét đặc thù riêng

So sánh bảo hộ sáng chế bảo hộ giống trồng

Bảo hộ Patent Bảo hộ giống trồng I- ðối tượng bảo hộ Sáng chế ( Công

nghiệp)

Giống II- Yêu cầu bảo hộ

1-Kiểm nghiệm tư liệu Bắt buộc Bắt buộc

2- Kiểm nghiệm đồng ruộng Khơng bắt buộc Bắt buộc 3-Vật liệu để khảo nghiệm Khơng bắt buộc Bắt buộc 4- ðiều kiện bảo hộ (a) Tính

(b) Khả áp dụng cơng nghiệp

(c) Khơng hiển nhiên ( trình độ sáng tạo) (d) Bộc lộ đầy đủ

a) Tính mang tính thương mại

b) Tính khác biệt c)Tính đồng d) Tính ổn định e) Tên thích hơp III- Phạm vi bảo hộ

1- Xác ñịnh phạm vi bảo hộ ðược xác ñịnh yêu cầu bảo hộ patent

ðược ấn ñịnh luật pháp quốc tế( cơng ước UPOV cáca nước thành viên UPOV 2-Sử dụng giống ñược bảo hộ

cho tạo giống Có thể phải có cho phép chủ patent Không cần cho phép, trừ sử dụng vào mục đích nghiên cứu

3- Sử dụng vật liệu nhân giống ñược bảo hộ trồng nơng dân để trồng tiếp cho vụ sau ruộng người

Có thể xin phép chủ

patent Thường không cần phải xin phép Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(150)

đó

IV- Tên giống Khơng bắt buộc Bắt buộc

V- Thời hạn bảo hộ 20 năm kể từ ngày nộp

ñơn 18 năm ñối với nho, 15 năm lồi khác Giống trồng đăng ký bảo hộ công ước UPOV phải tuân thủ quy định cơng ước thủ tục bảo hộ yêu cầu kỹ thuật Trong yêu cầu kỹ thuật quan thơng qua khảo nghiệm DUS

Việt Nam trước năm 70 chưa có bảo hộ giống trồng, giống trồng quan nghiên cứu nhà nước chọn tạo cung cấp cho sản xuất theo hệ thông phân phối nhà nước từ Trung Ương ñến ñịa phương Hệ thơng có tác dụng toots giai ñoạn ñất nước tập trung cho ñấu tranh giành độc lập giải phóng dân tộc ðến thời kỳ ñổi mới, nên kinh tế phát triển theo nên kinh tế thị trường bao cấp xóa bỏ đồng thời cần có khuyến khích hoạt động sáng tạo nhà khoa hộc vấn đề Bảo hộ giôngá trồng cần thiết

Những năm đầu kỷ 20 Chiính Phủ có nhiều bước chuẩn bị cho công tác bảo hộ giống trồng hội thảo, dự án trợ giúp từ bên EU, JICA,DANIDA Nhiều văn cho bảo hộ quyền tác giả ñã ñược ban hành như:

+ Nghị định Chính phủ bảo hộ giống trồng số 13/2001/Nð-CP ngày 20/4/2001

+ Thơng tư hướng dẫn thực nghị định 13/2001/Nð-CP số 119/2001/TT-BNN ngày 21/12/2001

+ Thông tư số 92/2002/TT-BTC ngày 8/10/2002 Bộ Tài thu, nộp sử dụng phí thẩm định, cung cấp thơng tin, dịch vụ lệ phí đăng ký, cấp, cơng bố, trì hiệu lực văn bảo hộ giống trồng

+ Quyết định thành lập văn phịng bảo hộ + Quyết ñịnh ñơn vị khảo nghiệm DUS + Mẫu hồ sơ gửi văn phòng bảo hộ

4.2 Nội dung khảo nghiệm DUS Việt Nam ( Procedure to conduct test for distinctness, Uniformity and Stability)

Ngày 20/4/2001 Chính phủ ban hành nghị định số 13/2001/Nð-CP bảo hộ giống trồng Nghị ñịnh gồm chương 23 ñiều nhằm bảo hộ quyền lợi tổ chức, cá nhân chọn tạo có quyền thừa kế hợp pháp giống trồng lãnh thổ Việt Nam Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nơng Thơn có thơng tư số 119/2001/TT-BNN ban hành ngày 21/12/2001 hưỡng dân chi tiết thực nghị định 13 Chính phủ Trong văn pháp lý có đầy đủ thơng tin cho nhà chọn giống xin bảo hộ quyền tác thủ tục,, hồ sơ, mẫu gửi, baổ hộ, thời gian bảo hộ, quyền lợi, nghĩa vụ người ñăng ký bảo hộ Trong phần nguyên lý chương cung cấp cho sinh viên phần kỹ thuật cảu khảo nghiệm DUS ñược quy ñịnh tiêu chuẩn ngành ban hành kèm theo định 143/2002/BNN-KHCN ngày 6/12/2002 lồi trồng Lúa, Ngơ lạc, đậu tương, cà chua khoai tây

Tiêu chuẩn ngành với lúa : 10TCN 554-2002 Tiêu chuẩn ngành với ngô: 10TCN 556-2002 Tiêu chuẩn ngành với lạc : 10TCN 555-2002 Tiêu chuẩn ngành với ñậu tương: 10TCN 553-2002 Tiêu chuẩn ngành với cà chua : 10TCN 557-2002 Tiêu chuẩn ngành với Khoai tây : 10TCN 552-2002

Những điểm kỹ thuật khảo nghiệm DUS Các thuật ngữ khảo nghiệm DUS

Giống khảo nghiệm: Là giống lúa ñược ñăng ký khảo nghiệm DUS Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(151)

Giống điển hình: giống ñược sử dụng làm chuẩn ñối với trạng thái biểu cụ thể tính trạng

Giống ñối chứng: Là giống nhóm với giống khảo nghiệm, có nhiều tính trạng tương tự với giống khảo nghiệm

Mẫu chuẩn: Là mẫu giống có tính trạng đặc trưng phù hợp với mơ tả giống, quan chun mơn có thẩm quyền cơng nhận

Tính trạng đặc trưng: Là tính trạng di truyền ổn định, bị biến đổi tác động ngoại cảnh, nhận biết mơ tả cách xác

Cây khác dạng: Cây coi khác dạng khác biệt rõ ràng với giống khảo nghiệm nhiều tính trạng sử dụng khảo nghiệm DUS

Thủ tục ñăng ký khảo nghiệm

Tờ khai ñăng ký bảo hộ giống trồng theo mẫu Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn Giống trồng tham gia khảo nghiệm DUS, có kết nhà tạo giống nộp ñơn xin bảo hộ theo trình tự luật páhp

Yêu cầu vật liệu khảo nghiệm:

Yêu cầu vật liệu số lượng: ñảm bảo số lượng theo yêu cầu loài trồng ví dụ lúa : giống kg/1 giống, dịng A,B,R,S =2kg/dịng Ngồi tác giả cần cung cấp thêm theo yêu cầu quan khảo nghiệm có u cầu thêm để đánh giá tính đồng đannhs giá khác

Chất lượng, tỷ lệ nảy mầm, ñối chứng: Phải tương ñương tiêu chuẩn xác nhận giống thuần, không xử lý loại hố chất ðối chứng tác giả ñề xuất ñược lấy từ mẫu chuẩn quan khảo nghiệm

Phương pháp bố trí thí nghiệm khảo nghiệm DUS

Thời gian khảo nghiệm tối thiểu vụ có điều kiện tương tự

Số điểm khảo nghiệm: bố trí ñiểm ( ñây ñiểm khác với khảo nghiệm VCU)

Thí nghiệm bố trí tối thiểu có lần nhắc lại

Các yêu khác nư ñối với thí nghiệm đồng ruộng để đánh giá giống vật liệu tạo giống

Giai ñoạn sinh trưởng tính trạng đánh giá khảo nghiệm :

Giai ñoạn sinh trưởng lúa khảo nghiệm DUS chia thành 99 giai đoạn Tính trạng quan sát để đánh giá 62 tính trạng đặc điểm, đo có 34 tính trạng 28 tính trạng bổ sung

Phương pháp đánh giá tính khác biệt tính đồng tính ổn định

Tính khác biệt:

Tính khác biệt xác ñịnh khác tính trạng ñặc trưng giống khảo nghiệm giống ñối chứng Với tính trạng chất lượng: quan sát khác biệt biểu trạng thái khác cách rõ ràng chắn Tính trạng số lượng: Sự khác số ñố ñếm sai khác với ñối chứng mức có ý nghĩa LSD mức 5% Lượng mẫu đánh giá tính khác biệt: ðo đếm 20 ngẫu nhiên

Tính đồng

Căn ñể ñánh giá tính ñồng sở khác dạng cua tất ô thí nghiệm Tỷ lệ khác dạng tối đa 0,1% giống thuần, dịng bất dục, dịng trì dịng phục hồi ; 2% giống lai F1 với xác xuất tin cậy 95% Nếu quan sát 1000 số khác dạng tối ña cho phép là: Giống thuần, dòng bất dục, dòng phục hồi: cây, giống lai F1 27 Tính đồng đánh giá thơng qua cv% tính trạng so với ñối chứng phải ngang thấp đối chứng

Tính ổn định

Tính ổn ñịnh giống ñược ñánh giá gián tiếp thông qua ñánh giá tính khác biệt tính ñồng Nếu có số liệu khảo nghiệm vụ giống khác khơng sai khác có ý nghĩa xác xuất tin cậy tối thiểu 95% coi giống ổn định

(152)

Tổng kết công bố kết khảo nghiệm

Tổng kết công bố kết khảo nghiệm quan khảo nghiệm cơng bố báo tạp chí chun ngành đồng thời thơng báo cho tác giả giống tham gia khảo nghiệm 4.3 Khảo nghiệm DUS với số loài trồng Việt Nam

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho lúa

Cơ quan chịu trách nhiệm : Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống trồng Trung Ương

Yêu cầu vật liệu: Giống = kg, giống lai = kg, dòng A,B,R = kg/1dịng ,giống Phẩm cấp mẫu gửi phải tương đương cấp xác nhận tỷ lệ nảy mầm, ñộ sạch, ñộ ẩm Mẫu gửi khảo nghiệm không xử lý loại hố chất

ðể đánh giá tính đồng quan khảo nghiệm yêu cầu gửi đến giống 100 bơng, bơng điển hình sâu bệnh

Phân nhóm:

Phân nhóm sơ theo phương pháp theo loài phụ, theo phản ứng giống với mơi trường theo điều kiện canh tác

Phân nhóm chi tiết dự tính trạng sau: 1) gốc( cùng) màu sắc bẹ 2) Lá ( sắc tố antoxian) tai 3) Thời gian trỗ ( 50% số trỗ)

4) Thân ( chiều cao khơng tính bơng trừ lúa nổi) 5) Hạt gạo lật( chiều dài)

6) Hạt gạo lật (màu sắc) 7) Nội nhũ ( dạng nội nhũ) 8)Hạt gạo lật ( hương thơm) Phương pháp khảo nghiệm Tối thiểu vụ có điều kiện tương tự

Bố trí điểm ( có tính trạng khơng quan sát bố trí điểm bổ sung) Thí nghiệm lần nhắc lại

Mỗi lần nhắc lại giống khảo nghiệm cấy 10 hàng, giống ñối chứng hàng liên tiếp nhau, hàng cách hàng 20cm, cách 15 cm, hàng 50

ðối với thí nghiệm hàng- bơng đánh giá tính đồng nhất, chọn mẫu nhiên 50 bơng số 100 bơng tác giả gửi đến

Các biện pháp kỹ thuật Tuổi mạ cấy

Rất ngắn ngày = - 3,5 Ngắn = - 4,5 Trung bình = - Dài ngày =

Các kỹ thuật khác khảo nghiệm VCU Bảng tính trạng đặc trưng giống lúa

Phương pháp đánh giá ( trình bày phần 2.2) Tổng kết công bố kết khảo nghiệm

Bản mô tả thời kỳ sinh trưởng, phát triển lúa chia chi tiết từ giai ñoạn lai ñược chia nhỏ 99 giai ñoạn sau:

Nảy mầm ( giai ñoạn)

Sinh trưởng ( giai ñoạn) ðẻ nhánh ( giai đoạn)

Vươn lóng ( giai ñoạn) Làm ñòng( giai ñoạn)

(153)

Trỗ ( giai ñoạn) Nở hoa ( giai ñoạn) Chín sữa ( giai đoạn) Chín sáp ( giai đoạn) Chín ( giai ñoạn) Nhổ cấy ( giai ñoạn)

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho giống ngô + Cơ quan chịu trách nhiệm : Trung tâm Khảo Kiểm Nghiệm Quốc Gia

+ Yêu cầu vật liệu: Dòng tự phối 1500 hạt; Giống thụ phấn tự = kg /giống; Giống lai = kg dòng bố mẹ 1500 hạt quan khảo nghiệm có yêu cầu giống Phẩm cấp mẫu gửi phải tương ñương cấp xác nhận tỷ lệ nảy mầm, ñộ sạch, ñộ ẩm Mẫu gửi khảo nghiệm không xử lý loại hố chất

+ Phân nhóm

Phân nhóm theo mục đích sử dụng : Ngơ tẻ/ngơ nếp/ngơ đường/ngơ rau Phân nhóm theo tính trạng đặc trưng

Bông cờ

Bắp ( sắc tố antoxian) râu Cây ( chiều cao)

Bắp ( dạng hạt) Bắp ( mày hạt) Bắp ( màu ñỉnh hạt) + Phương pháp khảo nghiệm

Tối thiểu vụ có điều kiện tương tự

Bố trí điểm ( có tính trạng khơng quan sát bố trí điểm bổ sung) Thí nghiệm lần nhắc lại

Mỗi lần nhắc lại:

ðối với dòng tự phối hàng , hàng 15 cây( 30 cây), dịng có đối chứng hàng 15 cây, khoảng cách hàng x hàng 70 cm, x 35 cm Giống thụ phấn tự do, giống khảo nghiệm hàng hàng 15 ( ô 60 cây) giống ñối chứng hàng 30 cây, khoảng cách 70 x35 cm

+ Các biện pháp kỹ thuật khảo nghiệm VCU + Bảng tính trạng đặc trưng

Trong khảo nghiệm DUS có quy định 35 tính trạng đặc trưng 13 tính trạng sử dụng cho tất giống ln ln có mơ tả giống Các tính trạng theo dõi giai ñoạn sinh trưởng, phát triển khác Trong khảo nghiệm DUS ngơ chia thành 93 giai ñoạn khác

+ Phương pháp ñánh giá tính khác biệt, tính đồng tính ổn định

đánh giá tắnh khác biệt: phải ựược tiến hành riệng biệt ựo ựếm ngẫu nhiên 40 Tắnh khác biệt ựược xác ựinh khác tắnh trạng ựặc trưng giống khảo nghiệm giống ựối chứng Với tắnh trạng ựịnh tắnh ( quan sát, nếm thử) giống khảo nghiệm giống ựối chứng ựược coi khác biệt, tắnh trạng cụ thể chúng biểu trạng thái khác cách rõ ràng chắn tắnh trạng ựịnh lượng ( ựo ựếm) dựa giá trị LSD ựể ựánh giá tắnh khác biệt

đánh giá tắnh ựồng nhất: Dòng tự phối giống lai ựơn : Phương chủ yếu dựa vào tỷ lệ khác dạng tất ô thắ nghiệm áp dụng với quần thể chuẩn: tỷ lệ khác dạng tối ựa 1%, dòng tự phối 2%, giống lai ựơn xác suất tin cậy 95%

Dòng tự phối 60 : Giống lai ñơn 120 cây:

Giống lai 3, lai kép, lai nhiều dòng giống thụ phấn tự do:

ðối với tính trạng định tính: Tính ñồng giống khảo nghiệm ñược so sánh trực tiếp với mức ñộ ñồng ñều giống ñối chứng

(154)

ðối với tính trạng định lượng: áp dụng phương pháp COYU ( Combined Over years Uniformity)

Tính đồng cịn đánh giá thơng qua hệ số biến động ( CV%) tính trạng giống khảo nghiệm so với giống ñối chứng Nếu CV% giống khảo nghiệm tương đương thấp giống đối chứng coi giống khảo nghiệm ñồng

đánh giá tắnh ổn ựịnh: Tắnh ổn ựịnh ựược ựánh giá gián tiếp qua tắnh khác biệt tắnh ựồng Nếu số liệu vụ khảo nghiệm vụ giống mà khác khơng có ý nghĩa mức xác suất tin cậy 95% coi tắnh trạng ựó ổn ựịnh

+ Báo cáo kết khảo nghiệm

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho giống lạc + Cơ quan chịu trách nhiệm: Trung tâm Khảo Kiểm Nghiệm Quốc Gia

+ Yêu cầu vật liệu khảo nghiệm: Lượng mẫu kg, yêu cầu khác ñối với lúa + Phân nhóm:

Phân nhóm theo phân loại thực vật: Valencia; Virginia Spanish Phân loại theo tính trạng đặc trưng:

Thời gian chín

Hoa ( quy luật phân bố) Hạt ( khối lượng 100 hạt) + Phương pháp

Tối thiểu vụ có ñiều kiện tương tự

Bố trí ñiểm ( có tính trạng khơng quan sát bố trí điểm bổ sung) Số lần nhắc lại lần, lần 100 trồng hàng, giống có đối chứng 50 cây, khoảng cách 35 x 10 cm

+ Bảng tính trạng đặc trưng

Trong khảo nghiệm DUS với lạc 24 tính trạng đặc trưng có 10 tính trạng bắt buộc phải có mơ tả cho tất giống

+ Phương pháp ñánh giá

đánh giá tắnh khác biệt: Tất quan sát ựể ựánh giá tắnh khác biệt ựược tiến hành riệng biệt ựược ựo ựếm 20

Cơ sở ñể ñánh ñối với lúa

đánh giá tắnh ựồng ựối với lúa dựa vào tỷ lệ khác dạng đánh giá tắnh ổn ựịnh: ựối với lúa

+ Tổng kết báo cáo kết khảo nghiệm

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho giống ñậu tương

+ Cơ quan chịu trách nhiệm: Trung tâm Khảo Kiểm Nghiệm Quốc Gia + Yêu cầu vật liệu:

Lượng mẫu : kg/1 giống

Chất lượng yêu cầu khác ñối với lúa Giống ñối chứng : Như lúa

+ Phân nhóm khảo nghiệm

Phân nhóm khảo nghiệm đậu tương dựa theo tính trạng Cây ( màu lơng thân chính)

Hoa ( màu sắc) Hạt ( màu rốn hạt) Cây ( thời gian chín)

+ Phương pháp bố trí khảo nghiệm

Thời gian, số điểm khảo nghiệm lúa

Bố trí giống tối thiểu 300 cây, chia làm lần nhắc lại lần nhắc lại hàng, hàng 25 cây, khoảng cách 50 x 10 cm Biện pháp kỹ thuật khảo nghiệm VCU + Bảng tính trạng đặc trưng

(155)

Khảo nghiệm DUS với ñậu tương theo dõi giai đoạn với 20 tính trạng đặc trưng, tronmg tính trạng ln ln có bảng tính trạng tất giống

( Học viên theo luận tính trạng đặc trưng theo tài liệu tham khảo) + Phương pháp ñánh giá

đánh giá tắnh ựồng : Căn vào tỷ lệ khác dạng ựối với lúa

Quần thể chuẩn khác dạng tối ña 0,5% với mức tin 95% 300 tối ña cho phép khác dạng

đánh giá tắnh ổn ựịnh: ựối với lúa + Tổng kết công bố kết khảo nghiệm

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho giống cà chua + Cơ quan chịu trách nhiệm: Trung tâm Khảo Kiểm Nghiệm Quốc Gia

+ Yêu cầu vật liệu

Lượng vật liệu : Giống 25 g hạt

Giống lai = 10 g hạt F1, dịng bố, mẹ 0,5 g Chất lượng hạt giống, đối chứng quy định khác

Phân nhóm khảo nghiệm dựa tính trạng: Cây ( dạng hình sinh trưởng)

lá ( phân thuỳ lá)

Cuống hoá ( có hay khơng có li tầng) Quả ( độ lớn quả)

Quả ( Dạng theo mặt cắt dọc Quả ( số ngăn hạt)

Quả ( Màu xanh vai quả) Quả ( Màu vỏ quả)

+ Phương pháp bố trí khảo nghiệm Thời gian, số ñiểm khác

Bố trí : 20 giống nhà có mái che 40 giống ngồi đồng ruộng, chia làm lần nhắc lại

Mật ñộ 70 x 50 cm trồng so le luống rộng 1,6 m Có thể trồng hàng kép hàng ñơn luống rộng 100 cm cách 50 cm

Có 58 tính trạng đặc trưng tính trạng từ 59-70 tính trạng bổ sung 18 tính trạng ln ln có mơ tả ñối với tất giống

Khi ñánh giá tính khác biệt, đồng ổn định thơng qua đặc tính chống chịu cần theo dõi điều kiện nhiễm nhân tạo 10

Quần thể chuẩn khác dạng tối ña 0,5% với mức tin 95% 300 tối ña cho phép khác dạng

đánh giá tắnh ổn ựịnh: ựối với lúa + Tổng kết công bố kết

Quy phạm khảo nghiệm DUS Việt Nam làm sở bảo hộ cho giống khoai tây Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(156)

+ Cơ quan chịu trách nhiệm: TTKN + Yêu cầu vật liệu

Lượng mẫu 150 củ vụ với đường kính 35 - 40 mm

Chất lượng củ giống giống ñối chứng quy ñịnh với khác phải tương ñương cấp xác nhận ,khoẻ mạnh, khơng nhiễm lồi sâu hại nguy hiểm, khơng xử lý loại hố chất

Phân nhóm khảo nghiệm dựa tính trạng Mầm:( Màu sắc tố antoian thâm mầm Cánh hoa ( màu mặt trong)

Củ ( màu vỏ củ) Củ ( màu thịt củ)

+ Phương pháp bố trí khảo nghiệm Thời gian, số ñiểm khác

Bố trí thí nghiệm 100 củ giống chia làm lần nhắc lại, mỗ hàng 25 cây, khoảng cách 70 x 40 cm

Theo dõi ñánh giá thời kỳ 50 tính trạng đặc trưng 11 tính trạng ln ln có mơ tả tất giống

Quần thể chuẩn khác dạng tối ña 2% với mức tin 95% 100 tối ña cho phép khác dạng

đánh giá tắnh ổn ựịnh: ựối với lúa + Tổng kết công bố kết

5 Khảo nghiêm giá trị canh tác giá trị sử dụng (VCU)

Khảo nghiệm VCU(testing for Value of Cultivation and Use) ñược quy ñịnh cho 14 loài trồng gồm cà chua, khoai lang, sắn, bơng lúa, mía, khoai tây, dâu, đậu tương, lạc, ngơ, đậu xanh, dưa hấu cải bắp theo tiêu chuẩn ngành sau:

Bảng 1: Quy ñịnh khảo nghiệm cho 14 loài trồng của Bộ trưởng số 257/NN-CSQL-Qð ngày 26/8/1972 Tên quy phạm khảo nghiệm Số hiệu

1 Giống cà chua 10 TCN 219-95

2 Giống khoai lang 10 TCN 223-95

3 Giống 10 TCN 298-97

4 Giống sắn 10 TCN 297-97

5 Giống mía 10 TCN 299-97

6 Giống lúa 10 TCN 558-2002

7 Giống khoai tây 10 TCN 310-98

8 Giống dâu 10 TCN 328-98

9 Giống ñậu tương 10 TCN 339-98

10 Giống lạc 10 TCN 319-98

11 Giống ngơ 10 TCN 340-98

12 Giống đậu xanh 10 TCN 468-2001

13 Giống dưa dấu 10 TCN 467-2001

(157)

14 Giống cải bắp 10 TCN 469-2001 5.1 Những điểm quy phạm khảo nghiệm VCU

(testing for Value of Cultivation and Use):

i) Quy ñịnh chung : quy ñịnh nguyên tắc, mục tiêu, mạng lưới khảo nghiệm, ñịa ñiểm khảo nghiệm quy ñịnh quy ñịnh khảo nghiệm quốc gia trồng nông nghiệp Bộ trưởng số 257/NN-CSQL-Qð ngày 26/8/1972

ii) Phương pháp khảo nghiệm

Khảo nghiệm bản: tiến hành từ - vụ có vụ trùng tên Khảo nghiệm sản xuất : Tiến hành - vụ

iii) Khảo nghiệm

Bố trí thí nghiệm: Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh lần nhắc lại, số lồi u cầu lần nhắc lại, kích thước thí nghiệm quy định cụ thể cho lồi trồng Bảng quy định Bộ Nơng Nghiệp Phát Triển Nơng Thơn quy định kích thước diện tích thí nghiệm số trồng tham gia khảo nghiệm VCU

Với khảo nghiệm sản xuất : Quy định diện tích tối thiểu 500m2/1 ñiểm khảo nghiệm, không thiết phải nhắc lại, giống ñối chứng khảo nghiệm bản, quy trình kỹ thuật tiên tiến ñịa phương

5.2 Quy trình kỹ thuật khảo nghiệm

Thời vụ: Tuỳ thuộc vào lồi vùng sinh thái để bố trí phù hợp Kỹ thuật trồng chăm sóc

Mật độ trồng tùy thuộc vào lồi giống khảo nghiệm

Làm đất Phân bón : Phân bón quy định cụ thể cho lồi trồng mùa vụ

Phòng trừ sâu bệnh: Tuân thủ theo hướng dẫn ngành BVTV với khảo nghiệm chun ngành đánh giá tính chống chịu không sử dụng loại thuốc

Thu họạch : Thu hoạch chín theo quy định với lồi ví dụ lúa thu hoạch 85% số hạt bơng chín Các theo dõi thu ñể theo dõi tiếp tiêu phịng

Tính suất cơng việc quan trọng khảo nghiệm phải đảm độ xác cao thu phơi đến đạt độ ẩm bảo quản lồi trồng cân tính kg/ơ quy suất hecta tính suất theo mẫu lúa làm cân suất tươi ô, lấy 1000 hạt phơi khơ đến độ ẩm 14% làm lại cân khối lượng thóc khơ, tính tỷ lệ khơ / tươi mẫu Năng suất tính = Tỷ lệ khơ/tươi mẫu x khối lượng thóc tươi

Chỉ tiêu theo dõi

Lượng mẫu theo dõi: 10 cây/ơ

Cách lấy mẫu: Cây cố định luống, ô

Chỉ tiêu theo dõi với khảo nghiệm VCU theo loài trồng theo phương pháp khảo nghiệm hay khảo nghiệm sản xuất Ví dụ lúa có 29 tiêu cần theo dõi đánh giá, nhìn chung có nhóm tiêu sau:

Chỉ tiêu sinh trưởng

Năng suất yếu tố cấu thành suất Khả chống chịu

Chất lượng

ðặc ñiểm hình thái Thống kê xử lý số liệu

(158)

ðể ñảm bảo ñộ tin cậy số liệu cơng bố , tất các số liệu phải xử lý thống kê giá trị như: Gía trị trung bình, phương sai, LSD DMRT Phân tích thống kê thực chương trình IRRISTAT, Excel

Công bố kết khảo nghiệm

Với khảo nghiệm sản xuất : Quy định diện tích tối thiểu 500m2/1 điểm khảo nghiệm, khơng thiết phải nhắc lại, giống ñối chứng khảo nghiệm bản, quy trình kỹ thuật tiên tiến địa phương

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 George, R A T 1985 Vegetable Seed Production Longman Press, Essex

2 L.O.Copeland and M B McDonald,1985 Principle of seed science and technology, Macmillan publishing company, New York and Collier Macmillan publishers, London management

4 Nguyễn Văn Hiển cộng sự, 2000, Giáo trình chọn giống trồng , NXB Giáo dục Seed Biology,2002 OHIO State University

6 Nghị định Chính phủ bảo hộ giống trồng số: 13/2001/Nð-CP ngày 20/4/2001

7 Thông tư hướng dẫn thực nghị ñịnh 13/2001/Nð-CP số: 119/2001/TT-BNN ngày 21/12/2001

8 Quyết ñịnh 12/2002/Qð-BNN-TCCB ngày 19/2/2002 thành lập văn phòng bảo hộ giống trồng

9 Quyết dịnh số 29/Qð/BNN-KHCN việc ñịnh ñơn vị khảo nghiệm DUS lồi trồng bảo hộ

10 Quyết ñịnh số 143/2002-Qð/BNN-KHCN ngày 6/12/2002 Bộ trưởng Bộ NN&PTNT việc ban hành tiêu chuẩn ngành

11 10TCN 551-2002 Quy ñịnh tạm thời hạt giống lúa lai hai dòng kỹ thuật 12 10 TCN 552 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn

định giống khoai tây

13 10 TCN 553 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định giống đậu tương

14 10 TCN 554 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định giống lúa

15 10 TCN 555 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn ñịnh giống Lạc

16 10 TCN 556 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định giống ngơ

17 10 TCN 557 -2002 quy phạm khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định giống cà chua

Tiêu chuẩn ngành 10TCN 558-2002 quy phạm khảo nghiệm giá trị canh tác sử dụng giống lúa “ khảo nghiệm VCU “ (testing for Value of Cultivation and

Use)

Câu hỏi ôn tập Câu 1: Những khái niệm giống trồng

Câu 2: Phân biệt tính trạng đặc tính giống Câu 3: Những kỹ thuật khảo nghiệm DUS

Câu 4: ðiểm khác khảo nghiệm DUS cà chua lúa Câu 5: Những kỹ thuật khảo nghiệm VCU

Câu 6: Vai trò khảo nghiệm DUS khảo nghiệm VCU công nhận giống trồng

(159)

CHƯƠNG XIV SẢN XUẤT HẠT GIỐNG

1.Cung cấp khái niệm cấp hạt giống

2 Cung cấp nguyên lý sản xuất hạt giống thuần, hạt giống ưu lai ba nhóm tự thụ phấn, giao phân sinh sản vô tính

2 Trình bày ngun lý kỹ thuật kiểm nghiệm cấp chứng hạt giống

1 Niệm vụ sản xuất hạt giống

Giống tốt tảng ngành sản xuất nơng, lâm nghiệp Chọn tạo giống địi hỏi cơng sức lâu dài, chi phí tài lớn kiến thức chuyên môn kỹ thuật Chọn giống có ý nghĩa hạt giống ñược ñưa vào sản xuất ñến tay người nông dân Tuy nhiên, giống phát huy hiệu hạt giống giống cung cấp cho sản xuất khơng có chất lượng

Sản xuất hạt giống chất lượng cao, có độ lồi giống, khả nảy mầm cao, sinh lực mạnh, kích thước to đồng nhất, khơng có cỏ dại bệnh truyền qua hạt thuỷ phần thấp công việc ñòi hỏi kỹ kỹ thuật, kiến thức di truyền chọn giống Duy trì độ di truyền hạt có ý nghĩa quan trọng, giúp cho người trồng có khả tận dụng tối đa lợi ích giống Vì sản xuất giống cần ñược thực giám sát chặt chẽ điều kiện tiêu chuẩn hố có tổ chức tốt

Nhiệm vụ sản xuất giống là:

- ðưa giống công nhận vào sản xuất cung cấp ñủ hạt giống giống ñã ñược phổ biến

- Duy trì độ di truyền giống giống - Duy trì sức sản xuất giống

2 Nguyên lý trì giống trồng

ðể ñảm bảo hạt giống cung cấp cho nơng dân có độ phù hợp, chương trình sản xuất giống phải dựa vào việc cung cấp thường xuyên hạt cao làm sở cho hệ nhân Ở nước giới thực luật bảo hộ giống trồng, trách nhiệm nhà chọn giống chưa kết thúc giống ñược công nhận, phổ biến cung cấp lượng nhỏ hạt giống ban ñầu, gọi hạt giống bố mẹ đầu dịng cho cở sở sản xuất giống Thường thường nhà chọn giống phải ñảm bảo cung cấp liên tục lượng nhỏ hạt giống di truyền ñể nhân tiếp chừng giống sản xuất ðiều địi hỏi phải tiến hành theo phương thức xác, qn để chất lượng di truyền hạt giống khơng bị thay đổi

2.1 Nguyên lý di truyền

Nguyên nhân thoái hoá di truyền

ðộ di truyền giống bị thối hố q trình sản xuất giống nhiều nguyên nhân

Lẫn giới: Lẫn tạp giới, nguyên nhân quan trọng gây thối hố giống xảy

nhiều khâu trình sản xuất giống: gieo nhiều giống sử dụng chung máy gieo hạt, qua trồng loài vụ trước ruộng sản xuất giống, qua giống khác gieo trồng ruộng kề bên, qua máy thu hoạch tuốt hạt, qua bao bì, thùng chứa, băng chuyền

Lai tự nhiên (cịn gọi lẫn sinh học): trở thành nguyên nhân gây thoái hoá nghiêm

trọng sinh sản hữu tính Mức độ lẫn sinh học phụ thuộc vào mức giao phấn chéo với giống khác, dạng không mong muốn, nhiễm bệnh chí với lồi họ hàng

(160)

thân thuộc Các yếu tố xác định mức độ lai tự nhiên hệ thống sinh sản, khoảng cách giống khác nhau, tác nhân thụ phấn Vì vậy, lẫn sinh học ngun nhân gây thối hố giao phấn Hướng gió chủ yếu, số lượng trùng thụ phấn hoạt tính chúng, khoảng cách cách ly ñiểm cần lưu ý ñể hạn chế lẫn sinh học

Phân ly tồn dư: Các giống tạo phương pháp lai, ñặc biệt giống công nhận

phổ biến sớm cịn mức dị hợp tử tồn dư phân ly tạo nên hỗn tạp khơng đặc trứng cho giống làm suy thối độ di truyền

ðột biến: ðột biến kiện hiếm, khó phát thường khơng làm thối hố giống cách nghiêm trọng Tuy nhiên qua nhiều hệ số lượng đột biến tích lũy đến giới hạn ñịnh ảnh hưởng ñến ñộ di truyền giống

Chọn lọc tự nhiên: Các giống giao phấn giống nhiều dòng tự thụ phấn

những quần thể khơng đồng di truyền Chúng phát huy cao tiềm năng suất ñiều kiện tối ưu thành phần cấu thành quần thể ñiều kiện ngoại cảnh Nếu gieo trồng ñiều kiện khác xa với điều kiện thích nghi giống, chọn lọc tự nhiên gây chuyển dịch di truyền

Tích lũy bệnh: Bệnh khơng làm thay đổi cấu trúc di truyền giống áp lực bệnh có

thể làm cho giống khả đề kháng Tích lũy bệnh qua hạt vật liệu làm giống làm giảm tiềm năng suất giống Cây sinh sản vơ tính thối hố nhanh nhiễm vi rut, nấm vi khuẩn, ví dụ bệnh vi rút khoai tây, cay ăn

Biến ñổi phát triển: Khi trồng ñược trồng ñiều kiện khí hậu, ñất ñai khác

nhau ñiều kiện bất lợi ñộ cao khác nhiều hệ liên tiếp dẫn đến biến đổi phát triển phản ứng sinh trưởng, làm chuyển dịch di truyền quần thể giống

Nguyên lý trì ñộ di truyền

ðộ di truyền giống trì thơng qua áp dụng nguyên lý say ñây

1) Thế hệ nhân giống

Hạn chế số hệ nhân giống tính từ hạt tác giả nguyên tắc quan trọng ñể trì ñộ giống Trong hệ thống xác nhận giống nhằm trì độ di truyền đặc điểm chất lượng khác, q trình sản xuất giống thường giới hạn hệ gọi cấp hạt giống (Hình 1.14)

Hạt tác giả: hạt tác giả hạt (hay vật liệu sinh dưỡng) trực tiếp nhà chọn giống hay

quan chọn giống kiểm soát, cung cấp lượng hạt giống ban ñầu ñể nhân hạt siêu nguyên chủng

Hạt siêu nguyên chủng: Hạt giống gốc ñược quản lý ñể trì đặc tính độ di truyền

của giống, trại sản xuất giống ñảm nhiệm tuân thủ quy trình nghiêm ngặt (Tiêu chuẩn Ngành) Quá trình sản xuất phải ñược tra xác nhận Hạt siêu nguyên chủng nguồn hạt ñể nhân hạt nguyên chủng xác nhận

Hạt nguyên chủng: Hạt nguyên chủng hạt nhân từ hạt siêu nguyên chủng ñược quản lý để

duy trì đặc tính độ di truyền giống Hạt nguyên chủng ñược quan xác nhận giống chấp nhận xác nhận phải ñảm bảo chất lượng ñể sản xuất hạt xác nhận

Hạt xác nhận: Là hạt nhân từ hạt nguyên chủng (hoặc siêu nguyên chủng) ñược quản lý ñể

duy trì đặc tính độ di truyền giống theo tiêu chuẩn cấp xác nhận ñược quan xác nhận giống chấp nhận xác nhận Hạt xác nhận cấp giống cung cấp cho sản xuất thương phẩm

(161)

2) Thực biện pháp ngăn ngừa

Thực biện pháp sau ñây ñể khắc phục giảm thiểu thoái hoá ñộ di truyền

i) Cây trồng trước: Khơng có trồng trước, trồng loài ruộng sản xuất giống biện pháp tốt ñể ngăn ngừa lẫn tạp giới Thực chế độ ln canh phù hợp giúp giảm thiểu trồng trước loài làm nhiễm tạp ruộng giống

ii) Cách ly ruộng giống: Ruộng giống nên cách ly với nguồn có khả gây lẫn tạp sinh

học, ñặc biệt ñối với giao phấn

iii) Khử lẫn: Khử lẫn nhổ bỏ lẫn, dạng lẫn biện pháp quan trọng ñể

khắc phục suy giảm ñộ di truyền xảy lẫn giới lai tự nhiên với lẫn,

3) Sản xuất giống vùng thích ứng

Chỉ nên nhân giống vùng thích ứng giống để tránh thối hố giống biến ñổi phát triển dẫn ñễ chuyển dịch di truyền giống ñược gieo trồng nhiều hệ liên tiếp môi trường khác

4) Các biện pháp kiểm soát chất lượng

Xác nhận giống: Tiêu chuẩn cao ñộ giống đảm bảo thơng qua việc kiểm

sốt q trình sản xuất hạt giống, hệ thống xác nhận giống ðể thực mục đích đó, cán chun mơn có trình độ kinh nghiệm quan xác nhận giống tiến hành kiểm

Vật liệu từ chương trình chọn giống

Duy trì hạt giống gốc đầu dịng để sản xuất hạt tác giả (Lượng nhỏ quay vòng

hệ thống khép kín)

Hạt siêu nguyên chủng

Hạt nguyên chủng

Hạt xác nhận

Ruộng sản xuất ñại trà

Hạt giống ñược cung cấp vụ

Hình 1.14: Dịng chu chuyển hạt giống quy trình theo tổ chức Hợp tác Kinh tế và Phát triển (OECD -Organisation for Economic Cooperation and Development)

(162)

định ruộng giống vào giai đoạn sinh trưởng thích hợp Các tiêu chuẩn ruộng giống bao gồm nguồn giống, lịch sử ruộng giống, yêu cầu ñất, yêu cầu cách ly, tỉ lệ lẫn giống cho phép, cỏ dại, sâu bệnh, v.v Lơ giống sau thu hoạch kiểm nghiệm ñộ tiêu chuẩn chất lượng khác phịng thí nghiệm Các tiêu chuẩn tỉ lệ hạt ñúng giống (ñộ thuần), ñộ sạch, hạt cỏ dại, ñộ mẩy hạt (khối lượng 100 hạt), tỉ lệ nảy mầm, bệnh hạt giống, ñộ ẩm hạt, v.v Lơ giống xác nhận ruộng giống hạt giống ñược kiểm ñịnh kiểm nghiệm thoả mãn yêu cầu chất lượng cấp hạt tương ứng

Hậu kiểm: Giống ñưa vào sản xuất giống cần phải kiểm tra định kỳ thơng qua hậu kiểm

nhằm đảm bảo giống trì độ di truyền lúc ban ñầu

2.2 Nguyên lý nông học

Bên cạnh việc áp dụng ngun lý di truyền để trì độ chất lượng hạt giống, công nghệ sản xuất giống tiêu chuẩn phải áp dụng nguyên lý nông học nhằm bảo đảm suất hạt có chất lượng cao Các ngun lý là:

Khí hậu nơng nghiệp ñịa ñiểm sản xuất giống

Giống trồng ñưa vào sản xuất giống phải phù hợp khí hậu nơng nghiệp, thích nghi với chu kỳ ánh sáng, nhiệt ñộ, lượng mưa, vùng Nhu cầu ánh sáng, nhiệt ñộ lương mưa tối ưu phụ thuộc vào loài giống trồng Phần lớn trồng nơng nghiệp địi hỏi đủ ánh sáng nhiệt ñộ trung bình cho trình hoa thụ phấn Mưa nhiều gây ảnh hưởng tới trình thụ phấn, thụ tinh dẫn ñến tỉ lệ kết hạt Lượng mưa nhiều thuận lợi cho phát triển sâu bệnh hại, kéo dài q trình chín, gây khó khăn cho thu hoạch cơng đoạn khác ðiều kiện thời tiết q nóng khơ gây ảnh hưởng xấu tới hoa nhiều loại trồng, rau, Nhiệt ñộ thấp gây hại tới chất lượng hạt giai ñoạn đầu q trình chín Vì vùng có khí hậu khắc nghiệt thường khơng thích hợp cho sản xuất giống Ngược lại vùng có nhiều ánh nắng, nhiệt độ lượng mưa trung bình đất nhẹ có ñộ phì tốt vùng lý tưởng ñể sản xuất hạt giống có chất lượng cao

Cách ly

Một yếu tố quan trọng trình sản xuất giống giảm tối thiểu khả thụ phấn chéo ruộng khác Ruộng giống phải cách ly với ruộng bên cạnh trồng loài theo yêu cầu tiêu chuẩn xác nhận giống ðiều thực khoảng cách (cách ly không gian) thời gian nở hoa khác (cách ly thời gian) Khoảng cách cách ly cần thiết phụ thuộc vào loại trồng, phương thức thụ phấn cấp hạt giống Ví dụ, khoảng cách cách ly tự thụ phấn ngắn giao phấn; giao phấn thụ phấn nhờ côn trùng ngắn giao phấn thụ phấn nhờ gió ðối với số giống trồng, ví dụ sản xuất giống ngơ lai, cách ly thời gian cách ly khơng gian khơng thể thực Các giống khác ñược gieo vào thời ñiểm khác Sản xuất lượng nhỏ hạt tác giả số trồng, cách ly cách bao hoa riêng rẽ thu phấn nhân tạo

Khử lẫn kiểm soát cỏ dại

Cơng đoạn khử lẫn q trình sản xuất giống sở đảm bảo lơ giống sản xuất có chất lượng di truyền cao Cây lẫn khác điển hình giống chiều cao cây, màu sắc, kích thước dạng lá, hay ñặc ñiểm nhận biết ñược ruộng giống Cây lẫn phải loại bỏ hồn tồn khỏi ruộng giống sớm tốt, trước hoa giao phấn Thơng thường khữ lẫn ñược tiến hành nhiều lần trinh sinh trưởng Nhổ bỏ dị dạng, bị bệnh không mong

(163)

muốn Phương pháp gieo trồng phải ñảm bảo cho ruộng giống quan sát giám ñịnh lẫn dễ dàng

Sản xuất hạt chất lượng cao địi hỏi kiểm sốt cỏ dại ruộng giống tất giai ñoạn sinh trưởng Cỏ dại không làm giảm suất hạt mà nguồn nhiễm tạp thu hoạch Chọn ruộng giống thực luân canh thích hợp biện pháp hạn chế cỏ dại

Nước dinh dưỡng

ðảm bảo ñủ ñộ ẩm ñất/ñủ nước phù hợp với nhu cầu loại trồng yếu tố ñảm bảo suất Số lần tưới lượng nước tưới phụ thuộc vào kết cấu ñất, lượng mưa nhu cầu Tưới nước có hiệu cao ñược cung cấp ñầy ñủ chất dinh dưỡng dạng phân bón hữu vơ

Ruộng giống mẫn cảm với ñiều kiện bất lợi ñộ ẩm giai ñoạn sinh dưỡng, hoa chín ðộ ẩm khơng bình thường (qúa khô ướt) ảnh hưởng xấu tới nảy mầm, sinh trưởng phát triển ruộng giống

Bón đầy đủ cân đối phân đạm, lân, kali chất khoáng thiết yếu khác yếu tố ñể ñảm bảo sinh trưởng phát triển ruộng giống Do người sản xuất giống phải nắm vững nhu cầu dinh dưỡng loại trồng, giống ñể ñảm bảo dinh dưỡng hợp lý giai đoạn sinh trưởng Có thể sử dụng tham khảo quy trình, quy phạm sản xuất giống ñối với loại giống trồng theo tiêu chuẩn nhà nước/tiêu chuẩn ngành

Quản lý sâu bệnh hại

Kiểm sốt có hiệu sâu bệnh hại cần thiết ñể sản xuất hạt giống khoẻ Ngoài thiệt hại suất, sâu bệnh hại làm giảm chất lượng hạt giống, bệnh truyền qua hạt giống sang vụ sau

Thu hoạch, phơi sấy bảo quản

Sau hồn thành cơng đoạn canh tác chăm sóc ruộng giống chấp thuận để xác nhận giống, ruộng giống sẵn sàng cho khâu thu hoạch Thời ñiểm thu hoạch nhằm ñảm bảo suất chất lượng hạt cao có ý nghĩa quan trọng Hạt chín hồn tồn vừa dễ thu hoạch lại dễ làm mà hao hụt lại thấp ðộ ẩm hạt tiêu tốt ñể ấn ñịnh thời ñiểm thu hoạch tối ưu ðộ ẩm tối ưu lại phụ thuộc vào lồi cây, chẳng hạn đậu tương thu hoạch ñộ ẩm hạt 13%, lúa mì 15% ngơ 30-35% Khi thu hoạch tay hay máy tránh làm tổn thương hạt

Có thể thu hoạch ruộng giống phương pháp thủ công hay giới, phải thận trọng tránh làm tổn thương hạt qua trình thu hoạch tách hạt giảm thiểu khả làm lẫn giới

Phơi hạt gạch hay xi măng thích hợp ñể giảm ñộ ẩm tăng khả bảo quản Thơng thường hạt phải phơi khơ nhanh đến ẩm độ an tồn để trì khả sống sức sống Nếu sấy hạt hệ thống sấy phải ý ñiều chỉnh nhiệt ñộ ñể tránh làm tổn thương hạt, giảm tỉ lệ nảy mầm

Có thể bảo quản hạt bao bì thời gian ngắn Bao bì phải ghi, đeo nhãn phù hợp cẩn thận Kho bảo quản phải khô ráo, mát, xử lý thuốc cần thiết

3 Sản xuất giống

3.1 Sản xuất giống tự thụ phấn

Sản xuất hạt nguyên chủng từ hạt giống đầu dịng

Giống dịng (hay giống thường) tự thụ phấn ñồng ñồng hợp tử Sự ñồng kết q trình chọn giống thơng qua tự thụ phấn liên tục nhiều hệ chọn

(164)

lọc hệ thể Vào thới ñiểm khảo nghiệm thức, giống đạt mức độ đồng cần thiết Việc trì giống trước, sau giống cơng nhận q trình nhân giống cần thiết để đảm bảo hạt giống có chất lượng di truyền cung cấp cho người sản xuất

Hệ thống trì Việt Nam nhằm sản xuất hạt siêu nguyên chủng ñể cung cấp cho hệ thống sản xuất giống cấp Duy trì tự thụ phấn thường dạng kiểm tra hệ (Hình 2.14 3.14 ), phụ thuộc vào hệ số nhân mức ñộ giao phấn tự nhiên điều kiện khí hậu định Vật liệu ban đầu (Go) đưa vào trì hạt giống gốc (gíơng tác giả siêu ngun chủng), đạt độ 100%, có chất lượng gieo trồng tốt

Phương pháp trì gồm chọn lọc cây, trồng hệ thành hàng ô ñánh giá, chọn lọc ñộ ñồng theo nguyên giống Các dịng chọn lọc giai đoạn cuối q trình trì thu hoạch hỗn hợp ñể tạo hạt siêu nguyên chủng Thời gian chọn lọc vụ, gồm bước sau (Hình 2.14)

Hình 2.14: Sơ đồ trì sản xuất hạt giống siêu nguyên chủng từ nguồn giống gốc Phục tráng giống

Phục tráng giống ñược áp dụng ñối với giống ñang sản xuất chưa khơng có hạt giống gốc thuần, giống bị thối hố, giống địa phương Vật liệu ban ñầu lấy ruộng sản xuất ñại trà ruộng cấy dảnh sản xuất giống nguyên chủng, xác nhận, coi ruộng ruộng G0 trình phục tráng ðối với lúa số cá thể chọn ruộng G0 từ 100-150 khóm Thời gian chọn lọc phục tráng vụ gồm bước sau (Hình 3.14)

Ruộng vật liệu ban ñầu

1

Chọn cá thể

So sánh, đánh giá dịng

Hỗn hợp hạt siêu nguyên chủng

Hạt guyên chủng Vụ

G0

Vụ G1

Vụ G2

(165)

Hình 12.3:

Hình 3.14 Sơ đồ phục tráng sản xuất hạt giống siêu nguyên chủng lúa 3.2 Sản xuất hạt giống giao phấn

Giống thụ phấn tự giao phấn thường khơng đồng di truyền mức độ định Sự khơng đống ưu điểm giống ngun lý khơng thay đổi Chọn tạo giống thường chọn lọc có định hướng phía trì giống lại loại bỏ dạng sai lệch hai phía ðiều phức tạp khó khăn phần lớn giao phấn tính mẫn cảm với suy thối cận huyết, cần phải ý trì giống

Chon lọc hỗn hợp

Chọn lọc hỗn hợp áp dụng phần lớn tính trạng nhận biết trước hoa Phương pháp chọn lọc hỗn hợp có độ tin cậy thấp khơng thể áp dụng ñể sản xuất hạt tác giả hạt siêu nguyên chủng cho nhiều hệ Có kiểu chọn lọc hỗn hợp:

1 Chọn lọc hỗn hợp âm tính (Hình 4.14) Chọn lọc hỗn hợp dương tính (Hình 5.14) Chọn lọc hỗn hợp phân ô (Hình 6.14)

o o x o o o o o o o o o o o x x o o o o o o x o o o o o x o o o o o o o o o o o o o o x o

Hỗn hợp hạt

Hình 4.14: Chọn lọc âm tính

Ruộng vật liệu ban đầu

2 n

Vụ G0

Vụ G3

Vụ G1

Vụ G2

1

2

Hỗn hợp siêu nguyên chủng

Nguyên chủng Ruộng vật liệu ban

ñầu

Chọn thể

So sánh, đánh giá dịng

So sánh, đánh giá, nhân dịng

Loại bỏ cá thể lẫn, khác dạng

(166)

o o x o o o o o o o o o o o x x o o o o o o x o o o o o x o o o o o o o o o o o o o o x o

Hình 5.14: Chọn lọc hỗn hợp dương tính

o x o o

o o o x

o x o o

o o o o

o x o o x o

o o

o o o o

o x o o

o o o o o o

o x

o x o o

o o o o

x o o o

o x o o o o

o x

o o o o

o o o x

o x o o

Hình 6.14: Chọn lọc hỗn hợp phân Chon lọc gia đình nửa máu (Half-sib)

Trung tâm cải tiến lúa mì ngơ quốc tế (CIMMYT) ñã ñề xuất hệ thống trì ñối với giống ngơ thụ phấn tự do, dịng nửa máu (ít 500) thụ phấn hỗn hợp phấn chúng (Hình 12.5) Cách làm đảm bảo khả chọn lọc trước hoa cho phấn giảm rủi ro suy thoái cận huyết thụ phấn nội dòng nửa máu Các dòng nửa máu sử dụng cho hạt sử dụng để chọn nghiêm khắc sau hoa ñặc ñiểm bắp hạt Hệ thống trì áp dụng liên tục

Duy trì giống, nguyen tắc phải trì biến động di truyền vốn có, giá trị trung bình phương sai tính trạng Trong thực tế, q trình làm làm giảm phương sai chuyển dịch giá trị trung bình

Hỗn hợp hạt

Hỗn hợp

Chọn lọc tốt dúng giống

(167)

o o o o o o o o o o o o o o o o

Cây chọn lọc→gia đình HS

Hình 12.5: Chọn lọc gia đình nửa máu

Cây chọn lọc→gia đình HS

Hình 6.14: Chọn lọc gia đình nửa máu

4 Duy trì giống lai giao phấn

Giống lai ñồng dị hợp tử cao Bản thân giống lai khơng thể trì mà trì bố mẹ chúng tức dịng tự phối (cây giao phấn hay dòng tự thụ phấn) Duy trì giống phụ thuộc vào phương pháp sản xuất giống Hạt lai sản xuất cách khử ñực, bất dục ñực nhân, bất dục ñực tế bào chất bất hợp, sử dụng hồn tồn Dưới trình bày trì sản xuất hạt dịng tự phối bố mẹ ngơ

i) Duy trì độ di truyền dịng tự phối

Duy trì hạt dòng tự phối cách tự thụ phấn thụ phấn chị em

Tự thụ phấn kết hợp với ñánh giá hệ con: phương pháp có khả cung cấp hạt

giống tốt Nhược ñiểm phương pháp tự thụ lặp di lặp lại nhiều hệ làm giảm sức sống dịng

Quy trình

Vụ 1: Tự thụ phấn dòng Thu hoạch riêng có tính trạng đồng nhất, phân tích hạt giữ lại có biểu bên giống

Vụ 2: Mỗi thu hoạch vụ trước trịng thành hàng, tiến hành tự thụ phấn hàng, giữ lại hàng có đặc điểm Thu hoạch tự thụ riêng, kiểm tra hạt ñồng Giữ phần hạt từ ñể ñánh giá hệ vụ sau (vụ 3); hỗn hợp lương từ ñể tạo nguồn hạt

Vụ 3: Vụ vụ tiếp theo, hạt sản xuất thơng qua đánh giá hệ tương tự vụ thứ

Thụ phấn chị em: Lai với dịng để trì dịng tự phối có ưu điểm giữ sức sống sức sản xuất dịng mức cao tốn so với tự thụ phấn ñánh giá Nhược ñiểm ñộ di truyền thấp

Vụ 1: chọn đồng trước thụ phấn Lai ñã chọn với tay cách ly Khi thu hoạch giữ địng hỗ hợp hạt Sử dụng phần hạt ñể nhân, phần khác sử dụng ñể tiếp tục trì

Chọn lọc

Bố

Cây cho hạt (rút cờ)

Hỗn hợp dòng chọn lọc

làm hạt SNC Lớp Học Phần VNUA - Khoa Nông Học - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

(168)

Vụ 2: vụ vụ sau lặp lại vụ ñể sản xuất hạt tác giả dòng tự phối

Có thể dụng tự thụ thụ phấn chị em luân phiên ñể kết hợp ưu ñiểm phương pháp

ii) Sản xuất lượng lớn hạt dòng tự phối làm bố mẹ sản xuất hạt lai F1

Trong thực tế sản xuất lượng hạt lớn dịng khơng thể thực nhờ thụ phấn tay Do đó, dịng trồng cách ly hạt sản xuất thông qua thụ phấn tự Khử lẫn ruộng thận trọng ñể tránh lẫn giới thu hoạch, vận chuyển, làm sạch, đóng gói

iii) Sản xuất hạt mẹ bất dục ñực

Lượng lớn hạt dịng A đựợc sản xuất điều kiện cách ly Dịng A trồng xen kẽ với với dịng B (bố) hạt tạo thành nhờ thụ phấn tự Hạt thu hoạch từ dịng A sử dụng ñể sản xuất hạt lai, hạt thu hoạch từ dịng B dùng để tiếp tục sản xuất hạt dòng A vụ sau

Hạt bố mẹ hữu dục, Nrfrf hay RfRf ñược sản xuất với khối lượng lớn cách trồng cách ly cho thụ phấn tự

5 Duy trì giống lai tự thụ phấn 5.1 Duy trì dịng bố mẹ

Nhân dịng bố mẹ giống ưu lai không sử dụng bất dục thực quy trình trì quy trình phục tráng Những giống ưu lai sử dụng dịng bất dục quy trình nhân trì phục trang giống phụ thuộc vào đặc điểm dịng bất dục Ví dụ nhân trì dịng bố mẹ sử dụng bất dục ñực di truyền tế bào chất ( CMS) sản xuất hạt giống lúa lai hệ dịng minh họa sơ đồ ( hình 7.14)

Biểu thối hố dịng A

Phân ly kiểu hình, thời gian sinh trưởng, số thân suy giảm tính trạng kinh tế, nơng sinh học

Hồn tồn giảm sút mức độ bất dục mẹ

Giảm sút khả kết hợp nên suất hạt lai F1 thấp Xuất bán bất dục dòng A

Tập tính nở hoa mộ số A khơng tốt, thời gian nở hoa A kéo dài không tập trung

Tỷ lệ hoa không mở tăng, tỷ lệ nhơ vịi nhuỵ hoa A giảm Tỷ lệ trỗ không A tăng

Sự thối hố dịng trì ( B) dịng phục hồi (R)

Tương tự dòng a, dịng B dịng R có tượng thối hố

Sự thối hố dịng B R biểu nguyên nhân giống lúa nhiên có số biểu khác như:

Giảm khả phục hồi tính bất dục dịng R khả trì dịng B Lượng phấn giảm

Biểu thoái hoá ruộng lúa lai F1 ðộ ñồng ñều quần thể

Tỷ lệ ñậu hạt thấp, tỷ lệ lép cao Khả chống chịu giảm sút

Năng suất lai giảm dẫn ñến hiệu ứng UTL giảm

Duy trì dịng A,B,R phục tráng chọn tạo tác giả cung cấp theo kỹ thuật đặc thù đảm bảo dịng A ngun bản, bất dục hồn tồn có UTL

(169)

lai với R, dịng B ngun có khả trì tính bất dục dịng A hồn tồn, dịng R ngun có khả phục hồi bất dục dòng A cho lai F1 có ưu lai

Duy trì nhân dịng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ñộ(TGMS) vụ kiểm tra nhiệt ñộ bất dục hữu dục cá thể Những cá thể bất dục hồn tồn nhiệt độ cao hữu dục nhiệt ñộ thấp ñược sử dụng nhân siêu nguyên chủng Nhân siêu nguyên chủng dòng bất dục TGMS thực ñiều kiện nhiệt ñộ thấp kỹ thuật với giống

Duy trì nhân dịng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (PGMS).tương tự dòng TGMS kiểm tra bất dục hữu dục ñiều kiện ánh sáng ngày ngắn ánh sáng ngày dài nhân dịng điều kiện ánh sáng ngày ngắn

Duy trì nhân dịng B, R áp dụng giống Tuy nhiên dịng B R có ảnh hưởng lớn ñến chất lượng hạt lai F1 nên cần có cách ly tốt khử bỏ khác dạng nghiêm ngặt

Hình 7.14: Sơ đồ sản xuất trì dịng A, B R lúa lai hệ dòng 5.2 Sản xuất hạt lai F1

Sản xuất hạt giống ưu lai F tự thụ phấn không sử dụng bất dục tiến hành trì dịng bố mẹ theo phương pháp trì giống Tổ chức sản xuất hạt lai quan trọng kỹ thuật xác ñịnh thời vụ gieo trồng ñể bố mẹ trỗ trùng khớp, kỹ thuật khử ñực thụ phấn ñảm bảo chất lượng hạt giống , giảm chi phí lao động sản xuất hạt lai, giảm giá thành

Sản xuất hạt lai F1 lúa sử dụng bất dục CMS, TGMS,PGMS cần có kỹ thuật xác cho tổ hợp Những kỹ thuật ảnh hưởng đến suất chất lượng hạt lai F1:

(170)

Chọn đất khu vực sản xuất : khu ñất tốt, phẳng điều tiết nước hồn tồn chủ động

Cách ly khơng gian 100m khu vực xung quanh khơng có sản xuất lúa,cách ly thời gian trỗ chênh lệch với sản xuất lúa xung quanh 20 ngày

Bố trí thời vụ cho lúa trỗ vào thời gian có điều kiện khí hậu thuận lợi: Nhiệt độ trung bình 24-300C, độ ẩm phạm vi 70-80%, nhiệt ñộ chênh lệch ngày ñêm 8-100C, ánh sáng đầy đủ gió nhẹ, khơng có mưa liên tục ngày liền thời kỳ trỗ Năng suất hạt bị ảnh hưởng nhiệt ñộ <200C > 350C

Bố trì thời vụ gieo bố mẹ trỗ trùng khớp dựa vào thời gian sinh trưởng khác (GDD),số khác (LND), hiệu tích nhiệt (EAT) Khi lúa chuẩn bị trỗ cần kiểm tra ñể ñiều chỉnh thời ñiểm nở hoa bố mẹ trùng khớp

Mỗi tổ hợp có kỹ thuật cấy tỷ lệ hàng bố hàng mẹ thích hợp bố:8 mẹ , 2: 10 hay 2:12

Sử dụng hóa chất MET ( Multi effects Triazole, KH2PO4) ñể tăng khả ñẻ nhánh, ñẻ nhánh sớm Sử dụng GA3 tăng khả trỗ dịng mẹ, mở rộng góc mở hoa, kéo dài vịi nhụy , mở rộng góc địng tăng chiều cao bố ñể tăng khả nhận phấn hàng mẹ

Kỹ thuật thụ phấn bổ sung, khử lần, bón phân, tưới nước làm cỏ cần nghiên cứu phù hợp cho tổ hợp ñể nâng cao chhất lương suất hạt lai F1

6 Duy trì sinh sản vơ tính

Cây sinh sản vơ tính chất tương đối ổn định di truyền, khơng có biến động di truyền phân ly nội dịng vơ tính chừng giống xuất thân từ mẹ Tuy nhiên giống vơ tính dị hợp tử cao Các dạng dị hợp thường biểu ñột biến dễ dàng so với dạng ñồng hợp tử tự thụ phấn Ngồi trì giống cịn phải giữ cho vật liệu bệnh

i) Chọn lọc dòng vơ tính

Duy trì theo phương pháp chọn dịng vơ tính thực chất phương pháp kiểm tra hệ độ di truyền bệnh Vì cơng việc phải tiến hành diện tích bệnh khơng có nguy lây nhiễm dịng bị bện phải loại bỏ (Hình 8.14)

o o x o o o

o o o o o o

o x o x o o

o o o x o o

Chọn dòng nhân

Hình 8.14: Duy trì sinh sản vơ tính hàng năm

ii) Duy trì mẹ (cây đầu dịng)

ðối với lâu năm, ví dụ ăn quả, đầu dịng ñối với cành ghép gốc ghép phải ñược trì cẩn thận (Hình 9.14) Cây phải ñược xuất phát trược tiếp từ gốc

Chọn cá thể

So sánh,

ñánh giá

Vật liệu ban ñầu

(171)

được kiểm tra bệnh truyền nhiễm ñều ñặn Các biện pháp canh tác chăm sóc phải đảm bảo tránh hay giảm thiểu lây bệnh

o o o o o o

Mắt ghép gốc ghép

Hình 9.14: Duy trì đầu dịng

iii) Duy trì ni cấy in vitro

Những trồng ñược nhân giống thương mại nuôi in vitro cảnh, loại hoa (hoa đồng tiền), phải trì đầu dịng (cây mẹ) điều kiện in vivo để tránh tránh biến đổi tích luỹ đột biến q trình nhân in vitro (Hình 10.14) Ưu điểm việc duy trì in vivo đưa vào mơi trường in vitro thường xun đảm bảo hệ số nhân cao Cây mẹ phải ñược trì điều kiện cách ly nhân cẩn thận

o đầu dịng

o o x o x o

o o o o

Hình10.14: Duy trì mẹ hàng năm nhân ñiều kiện in vitro 7 Kiểm nghiệm cấp chúng hạt giống

Tính xác thực chất lượng hạt giống có vai trị quan trọng sản xuất góp phần nâng cao suất chất lượng nông sản Hạt giống giống chất lượng gây thiệt hại cho sản xuất đơi thiệt hại to lớn kinh tế xã hội diện rộng Do ñó hạt giống sản xuất phải ñăng ký kiểm nghiệm ñể ñược cấp chứng cấp hạt giống theo quy ñịnh trước lưu thông thị trường

Kiểm nghiệm hạt giống bao gồm kiểm nghiệm ñồng ruộng, kiểm định phịng hậu kiểm Kiểm nghiệm ñồng ruộng nhằm xác ñịnh nguồn hạt giống gốc, ñộ thuần, cỏ dại, quy trình kỹ thuật áp dụng sản xuất Kiểm định phịng nhằm xác định độ phịng, độ sạch, cỏ dại, sức sống hạt giống, sức khỏe hạt giống, tỷ lệ nảy mầm, ñộ

Kiểm tra, ñánh giá Vật liệu ban đầu

Ni cấy

in vitro

Nuôi cấy

in vitro

(172)

và ñộ mảy hạt Hậu kiểm nhằm kiểm tra lại sở để xác định có tranh chấp chất lượng hạt giống Mỗi tiêu kiểm nghiêm có phương pháp lấy mẫu, phương pháp kiểm tra riêng, lô giống ñạt tiêu cấp giống theo quy ñịnh ñược cấp chứng ñược phép lưu thông thị trường

Cơ quan chịu trách nhiệm kiểm nghiệm cấp chứng hạt giống Trung Tâm Khảo Kiểm Nghiệm Quốc Gia ñơn vị Trung Tâm ủy quyền quan có chức kiểm nghiệm Bộ Nông Nghiệp Phát Triển Nông Thôn ñịnh

1 Luyện Hữu Chỉ cộng sự, 1997 Giáo trình chọn giống trồng, NXB Nông nghiệp Walter R Fehr,1983 Applied plant breeding , Department of Agronomy, Iowa state University Ames, IA 50011 U.S.A

3 L.O.Copeland and M B McDonald,1985 Principle of seed science and technology, Macmillan publishing company, New York and Collier Macmillan publishers, London

4 Hudson T Hartmann and Dale E Kester, 1893, Plant Propagation (Principle and practices) Hall International, Inc

5 IRRI, 1988, Hybrid rice proceeding of the International symposium on hybrid rice CIP, 1995 Production and Utilization of true potato seed in Asia, A publication of CIP’s crop management

7 Nguyễn Văn Hiển cộng sự, 2000, Giáo trình chọn giống trồng , NXB Giáo dục Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống trồng Trung Ương, 2000 Quy phạm khảo nghiệm chất lượng giống lúa

9 Vũ Công Hậu,1999, Cây ăn Việt Nam, NXB Nông nghiệp

10 George, R A T 1985 Vegetable Seed Production Longman Press, Essex

1 Trình bày cấp hạt giống Việt Nam tiêu chuẩn cấp hạt giống ñối với giống

2 Trình bày sơ đồ kỹ thuật sản xuất hạt giống tự thụ phấn, giống khác sơ đồ?

3 Nhân dịng bố mẹ sản xuất hạt lai tự thụ phấn không sử dụng bất dục đực có sử dụng bất dục

4 Những kỹ thuật sản xuất hạt lúa lai F1 hệ dòng hệ dịng Sản xuất hạt giống ngơ thụ phấn tự

6 Kỹ thuật nhân dòng tự phối

7 Có loại hạt giống ưu lai ngơ, trình bày kỹ thuật sản xuất hạt lai ñơn

8 Có loại vật liệu giống sinh sản vơ tính, kỹ thuật sản xuất củ giống khoai tây siêu nguyên chủng

9 Vai trò kiểm nghiệm hạt giống, nguyên lý kiểm nghiệm cấp chứng hạt giống

Định dạng
Số trang	172
Dung lượng	4,38 MB