Bài giảng môn học Nguyên lý và phương pháp chọn giống cây trồng - Chương 7: Chọn giống ở cây trồng tự thụ phấn cung cấp cho người học các kiến thức: Đặc điểm và di truyền nhóm cây tự thụ phấn, phương pháp chọn lọc giống thuần ở cây tự thụ phấn. Mời các bạn cùng tham khảo.
7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7.1 ĐẶC ĐIỂM VÀ DI TRUYỀN NHÓM CÂY TỰ THỤ PHẤN Cây tự thụ phấn phấn quan sinh sản đực chuyển đến quan sinh sản hoa Hiện tƣợng tự thụ phấn có xu hƣớng giảm dị hợp tăng đồng hợp qua hệ Chƣơng CHỌN GIỐNG Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN Những loài trồng quan trọng nhóm tự thụ phấn gồm: Cây họ hòa thảo (Poaceae) nhƣ lúa mỳ (Triticum L.), lúa mạch (Hordeum vulgare L.), lúa trồng châu Á (Oryza sativa L.) Các họ cà (Solanaceae) nhƣ cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.), cà pháo cà tím (Solanum melongena L.), ớt cay, ớt (Capsicum annum L.) Các rau họ đậu (Fabaceae) nhƣ: đậu tƣơng (Glycine max), đậu đũa (dolichos sinensis L.), cô ve leo (Phaseolus sp L.), đậu vàng (Phaseolus vulgaris L.), lạc (Arachis hypogae L.), đậu Hà Lan (Pisum sativum) Cây thuộc họ hoa cúc (Asteraceae) rau xà lách (Lactura sativa car capinata L.), rau diếp (Lactuca sativa secalina Alef), Đay (Corchorus capsularis), cam quýt (Citrus), đào (Prunus persica) thuộc nhóm 7.1.2 Động thái di truyền quần thể tự thụ phấn Bảng 7.1 Tỉ lệ đồng hợp qua hệ tự thụ phấn 7.1.1 Đặc điểm tự thụ phấn Cây tự thụ phấn có đặc điểm cấu tạo tập tính nở hoa phù hợp với tự thụ phấn nhƣ: hoa lƣỡng tính, nhị đực nhụy hoa, nhị nhụy chín thời điểm, nhị nhụy đƣợc bảo vệ kín quan khác hoa ngăn cản thụ phấn ngồi, hoa nhỏ có màu sắc, mùi vị Tự thụ phấn phân làm hai loại: •Thụ phấn ngậm (Cleistogamy): Quá trình thụ phấn diễn hoa chƣa nở, bảo đảm tự thụ phấn hồn tồn •Thụ phấn mở (Chasmogamy): Ở lồi có phƣơng thức thụ phấn hoa nở sau thụ phấn hoàn thành 7.1.3 Các loại giống tự thụ phấn Trên sở mục tiêu chọn tạo giống, phƣơng pháp tạo giống, hệ sử dụng ƣu giống chia thành nhóm giống là: Kiểu gen Thế hệ 10 n Cá thể dị hợp tử AA Aa aa 1/4 3/8 7/16 15/32 31/64 2/4 2/8 2/16 2/32 2/64 1/4 3/8 7/16 15/32 31/64 1023/2048 2/2048 (2n -1)/ 2n+1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 1023/2048 1/1024 2/2n+1 (2n -1)/ 2n+1 =1/2n Tỉ lệ cá thể đồng hợp tử (%) 0,0 50,0 75,0 87,5 93,8 96,9 99,9 1/2n 7.1.4 Các bƣớc chọn tạo giống tự thụ phấn Bƣớc Nội dung Thu thập nguồn vật liệu di truyền Tạo biến dị di truyền Giống Giống ƣu lai + Giống có hai loại giống chủ yếu là: Giống bắt nguồn từ Giống bắt nguồn từ tập hợp Giống bắt nguồn từ giống chọn lọc chọn lọc trực tiếp biến dị cá biệt quần thể Các giống bắt nguồn từ quần thể đồng hợp tử đồng Giống bắt nguồn từ tập hợp đồng nhất, nhƣng cá thể quần thể có kiểu gen khác nhau, nhận phấn từ khác (rất nhỏ), dị hợp xuất hệ sau Chọn lọc Đánh giá Khảo nghiệm Công nhận giống Lai Đột biến, đa bội Chuyển gen Công nghệ tế bào Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 7.2 PHƢƠNG PHÁP CHỌN LỌC GIỐNG THUẦN Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN 7.2.1 Chọn lọc cải tiến trì quần thể a) Chọn lọc hỗn hợp (Mass selection) Ứng dụng chọn lọc hỗn hợp: i.Duy trì độ quần thể kiểu gen có; ii.Chọn lọc dịng thích nghi với điều kiện mơi trƣờng nhập giống từ nơi khác đến địa phƣơng; iii.Chọn dịng kháng bệnh từ quần thể có; iv.Chọn biến dị tạo thành giống Hình 7.2 Chọn lọc hỗn hợp cải tiến quần thể (Nguồn George Acquaah, 2007) b) Chọn lọc dịng (Pure-line selection) Hình 7.3 Chọn lọc hỗn hợp trì quần thể (Nguồn George Acquaah, 2007) Hình 7.4 Phát triển dịng theo lý thuyết Johannsen (Nguồn George Acquaah, 2007) Các bƣớc chọn lọc Năm/vụ Kỹ thuật Thu nhận quần thể biến dị (giống địa, quần thể phân ly, giống giới thiệu thử nghiệm, trồng, chọn lọc thu cá thể có tính trạng mong muốn) Trồng chọn lọc vụ trƣớc thành hàng cái, khử bỏ khác dạng, thu hoạch, thí nghiệm dịng 3-6 Thí nghiệm so sánh suất sơ (preliminary yield trials) có đối chứng phù hợp - 10 Thí nghiệm so sánh suất (Advanced yield trail), thí nghiệm đa mơi trƣờng, phóng thích dịng có suất cao thành giống Hình 7.5 Các bƣớc tổng quát chọn tạo dòng (Nguồn George Acquaah, 2007) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 7.2.2 Chọn lọc hệ phân ly sau lai Ƣu điểm: a) Chọn lọc phả hệ (Pedigree method) Có thể kiểm tra đƣợc đặc tính di truyền cá thể qua hệ, phƣơng pháp có hiệu để tạo giống Phƣơng pháp chọn lọc cá thể quần thể phân ly phƣơng pháp đƣợc áp dụng rộng rãi chọn tạo giống trồng Đối với tính trạng, đặc tính có lợi cho ngƣời (hàm lƣợng protein, lipit, đƣờng hạt) nhƣng khơng có lợi cho sinh vật phƣơng pháp có hiệu Điểm khác chọn lọc phả hệ chọn lọc hỗn hợp hay chọn lọc dòng lai để tạo biến dị tái tổ hợp chọn lọc sau lai Khuyết điểm: Những bƣớc kỹ thuật chọn lọc phả hệ thiết lập quần thể chọn lọc bố mẹ để lai, trồng chọn lọc Phƣơng pháp chọn lọc phức tạp, tốn kém, thời gian chọn giống kéo dài, trƣờng hợp giống đƣợc chọn có hệ số nhân thấp Số lƣợng cá thể chọn hệ phụ thuộc vào nguồn nhân lực sở vật chất nhà chọn giống Các bƣớc phƣơng pháp Năm/vụ Thế hệ Hoạt động P1 x P2 Chọn bố mẹ, lai từ 20-200 cặp Trồng 50-100 F1, loại bỏ lai, không mong F1 muốn, nhiễm bệnh Thu riêng để trồng thành dòng vụ (F2) F2 Các cá thể thu đƣợc F1 trồng thành hàng F2 (2.000-5.000 cây) Chọn mong muốn thu riêng để gieo thành dòng vụ (F3) F3 Hạt F2 gieo thành hàng F3, tạo thành gia đình, chọn gia đình tốt, gia đình chọn dịng tốt, dịng chọn tốt (khoảng 3-5 cây) thu riêng tạo lập dòng gia đình hệ F4 F5 Tiếp tục chọn lọc nhƣ F3 Những dịng nhận biết đƣa sang thí nghiệm đánh giá suất sơ vụ năm thứ 6, thí nghiệm khơng lặp lại khơng có đối chứng Tiếp tục chọn lọc nhƣ F4 Những dịng đánh giá tốt PYT đƣa sang thí nghiệm so sánh suất, có lặp lại đối chứng F6 F7 F8 10-11 F9-F10 Tiếp tục thực nhƣ F5 Tiếp tục thực nhƣ F6 Tiếp tục thực nhƣ F7, thí nghiệm so sánh suất số địa phƣơng), xác định dòng triển vọng Nhân đủ lƣợng hạt, khảo nghiệm, khu vực hóa cơng nhận giống Hình 7.6 Các bước kỹ thuật chọn lọc phả hệ tự thụ phấn b) Phƣơng pháp chọn lọc phả hệ gián đoạn Ƣu điểm: Những kiểu gen bị loại bỏ trƣớc dòng tự phối Sự chọn lọc hệ có tham gia tạo thuận lợi để biến dị di truyền xuất Mối quan hệ dịng mơi trƣờng đƣợc biểu Nhƣợc điểm: Không thể dùng môi trƣờng, nơi xảy biến dị mà biết đƣợc tính trạng khơng biểu u cầu đất đai lao động tốn Hình 7.7 Sơ đồ chọn lọc phả hệ gián đoạn 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam c) Phƣơng pháp chọn lọc phả hệ dựa vào marker phân tử d) Chọn lọc trồng dồn (Bulk method) Hình 7.9 Sơ đồ chọn lọc trồng dồn Hình 7.8 Sơ đồ chọn lọc phả hệ hệ đầu dựa vào marker phân tử lúa Các bƣớc tiến hành Năm/vụ Thế hệ Hoạt động P1 x P2 Chọn bố mẹ lai F1 Trồng lai F1 tổ hợp lai, tổ hợp lai 50100 F1, khử bỏ lai, thu hoạch hỗn hợp hạt trồng vụ (F2) F2 Hạt hợp F1 tổ hợp lai (vụ 2) trồng khoảng 2.000 - 3.000 F2, thu hoạch hỗn hợp gieo trồng vụ 4-6 F3 – F5 Tiếp tục chọn lọc nhƣ vụ (F 2), đến F5 trồng 3.000 đến 5.000 cây, chọn ƣu tú khoảng 10% (300-500 cây) thu riêng tạo dòng F6 F6 Trồng dòng thu đƣợc F5, chọn lọc khoảng 10% (30-50 cây) đƣa sáng thí nghiệm so sánh suất sơ vụ (F7) 9-11 F7 F8-F10 Thí nghiệm so sánh suất sơ Thí nghiệm so sánh suất, lạp lại, có đối chứng nhƣ phƣơng pháp phả hệ e) Chọn lọc hạt đời sau (Single-seed descent) Ƣu điểm: Có thể gieo trồng đƣợc nhiều tổ hợp lai Đỡ cơng chi phí cho việc quan sát chọn lọc từ F2 - F5 Nhƣợc điểm: Có thể số kiểu gen mong muốn trình trồng dồn đặc biệt với tính trạng có lợi cho ngƣời nhƣng khơng có lợi cho sinh vật nhƣ: kiểu gen thấp cây, chín sớm f) Chọn giống lai trở lại (Backcross breeding) Hình 7.10 Sơ đồ chọn lọc hạt đời sau Hình 7.11 Sơ đồ bƣớc lai lại chuyển gen trội tạo giống kháng bệnh Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 Ƣu điểm phƣơng pháp: Phƣơng pháp giảm đƣợc số thí nghiệm đồng ruộng, tạo thành giống thích nghi với mơi trƣờng mục tiêu Lai trở lại lặp lại, sử giống bố mẹ, giống lai lại tạo trở lại Rất hữu ích để chuyển gen đặc thù Có thể áp dụng tự thụ phấn giao phấn Hạn chế phƣơng pháp: Phƣơng pháp khơng hiệu để chuyển tính trạng số lƣợng, tính trạng cần có hệ số di truyền cao nhận biết hệ Có liên kết tính trạng mục tiêu với tính trạng khơng phù hợp ngăn cản cải tiến giống Chuyển tính trạng lặn nhiều thời gian Hình 7.12 Sơ đồ lai trở lại chuyển gen lặn g) Lai lại cải biên (Modifications) - Lai lại hai chiều Bảng 7.3 Nguyên lý lai trở lại hai chiều với bố mẹ Cặp lai Thế hệ Tỉ lệ di truyền A:B A x B F1 50:50 F1 x A BC1 75 : 25 BC1 x B CBC2 37,5 : 62,5 CBC2 x A CBC3 68,8 : 31,3 CBC3 x B CBC4 34,4 : 65,6 CBC4 x A CBC5 67,2 : 32,8 - Lai lại phối hợp với QTL (Advanced backcross QTLs), đƣợc trình bày chƣơng 5 ...Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/ 18/15 7. 2 PHƢƠNG PHÁP CHỌN LỌC GIỐNG THUẦN Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN 7. 2.1 Chọn lọc cải tiến trì quần thể a) Chọn lọc hỗn... động tốn Hình 7. 7 Sơ đồ chọn lọc phả hệ gián đoạn 7/ 18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam c) Phƣơng pháp chọn lọc phả hệ dựa vào marker phân tử d) Chọn lọc trồng... chọn lọc bố mẹ để lai, trồng chọn lọc Phƣơng pháp chọn lọc phức tạp, tốn kém, thời gian chọn giống kéo dài, trƣờng hợp giống đƣợc chọn có hệ số nhân thấp Số lƣợng cá thể chọn hệ phụ thuộc vào