Giong cay trong

1) Laø hieän töôïng khaùc nhau veà moät hay moät soá tính traïng giöõa caùc caù theå ñôøi con vôùi boá meï hoaëc giöõa caùc caù theå cuøng ñôøi hay khaùc ñôøi ñöôïc sinh ra töø moät bo[r]

PGS TS PHAN THANH KIEÁM

Giáo trình

GIỐNG CÂY TRỒNG

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP TP Hồ Chí Minh - 2006

Lời nói đầu

iống trồng môn khoa học chuyên ngành, theo nghĩa rộng lý thuyết chọn lọc, bao gồm việc nghiên cứu sử dụng nguồn gen thực vật, chọn tạo giống công nghệ sản xuất hạt giống, giống Khoa học nghiên cứu giống trồng có quan hệ chặt chẽ với khoa học khác thực vật học, sinh lý thực vật, sinh thái học, nông học, bệnh cây, trùng, tốn học, … đặc biệt di truyền học

Trong năm gần đây, nhờ phát triển nhanh chóng của sinh học đại, kỹ thuật ứng dụng nông nghiệp lĩnh vực khác để phục vụ cho lợi ích của người Nhiều kết di truyền phân tử kỹ thuật di truyền thực vật như: kỹ thuật ứng dụng PCR phân loại phân tử xác định tính đa dạng di truyền, chuyển gen kỹ thuật di truyền, nuôi cấy mô tế bào, nuôi cấy bao phấn hạt phấn, nuôi cấy phôi, nuôi cấy huyền phù tế bào, dung hợp tế bào, v.v… mở triển vọng cho chọn giống trồng đại

Giáo trình Giống trồng nhằm giới thiệu vấn đề cơ nghiên cứu sử dụng nguồn gen thực vật, chọn tạo giống mới, công tác sản xuất hạt giống những quy định sau Pháp lệnh giống trồng công bố ngày 05/04/2004 Trong giáo trình này, nhiều vấn đề lý luận liên quan đến môn học tác giả làm rõ Đây không chỉ tài liệu học tập tốt cho sinh viên mà tài liệu tham khảo cho học viên cao học nghiên cứu sinh ngành nông nghiệp

Trong trình biên soạn, tác giả cố gắng để cập nhật thông tin cần thiết phương pháp nghiên cứu, kết chọn giống nhân giống theo công nghệ truyền thống công nghệ phục vụ cho yêu cầu môn học

Một phần yêu cầu chương trình, phần hạn chế thời gian nên không tránh khỏi thiếu sót

Xin trân trọng giới thiệu

Tp Hồ Chí Minh, 5/2006 Tác giả

Mơc lơc

Lời nói đầu

Chương KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC GIỐNG CÂY TRỒNG 9

1 Chọn giống trồng lịch sử phát triển

2 Quan hệ chọn giống khoa học 13

3 Gioáng công tác giống trồng 15

Chương CƠ SỞ DI TRUYỀN CỦA CHỌN GIỐNG .31

1 Biến dị di truyền – sở chọn giống 31

1 Hiệu ứng gen thành phần di truyền 34

3 Khả di truyền 43

4 Tương quan di truyền số chọn lọc 47

5 Khả phối hợp 49

Chương TAØI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT 57

1 Nguồn gen thực vật trung tâm phát sinh trồng 57

2 Một số lý luận nguồn gen thực vật 62

3 Phân loại nguồn gen thực vật 64

4 Thu thập, nhập nội bảo quản nguồn gen 69

5 Nghiên cứu sử dụng nguồn gen thực vật 74

Chương LAI GIỐNG 81

1 Khái niệm ý nghóa lai giống 81

2 Lai gaàn 83

3 Lai xa 102

Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC 109

1 Cơ sở lý luận chọn lọc 109

2 Những nguyên tắc chọn lọc 112

3 Các phương pháp chọn lọc 114

5 Chọn lọc với giao phấn 131

6 Chọn giống sinh sản vô tính 136

Chương ƯU THEÁ LAI 139

1 Hiện tượng đặc điểm ưu lai 139

2 Cơ sở di truyền cách xác định mức độ ưu lai 141

3 Tạo giống ưu lai giao phấn 144

4 Tạo giống ưu lai tự thụ phấn 155

5 Sử dụng bất dục đực vật liệu vô phối sản xuất hạt lai 156

Chương SỬ DỤNG ĐỘT BIẾN VAØ ĐA BỘI THỂ TRONG CHỌN GIỐNG 169

1 Sử dụng đột biến chọn giống 169

2 Sử dụng đa bội thể 180

Chương ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG 193

1 Một số khái niệm 193

2 Tạo giống trồng biến đổi gen kỹ thuật di truyền 195

3 Một số ứng dụng công nghệ tế bào thực vật 207

Chương CHỌN GIỐNG KHÁNG BỆNH .217

1 Khái niệm tính kháng bệnh số thuật ngữ 217

2 Các giả thuyết chế bảo vệ trồng 220

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sức đề kháng 223

4 Các phương pháp chọn giống kháng bệnh 224

Chương 10 CHỌN GIỐNG KHÁNG SÂU VÀ CÔN TRÙNG227 Thiệt hại sâu hại côn trùng, khái niệm giống kháng 227

2 Cơ chế tính kháng sâu côn trùng 229

3 Các nguồn gen kháng chất di truyền tính kháng 231

Chương 11 QUÁ TRÌNH CHỌN GIỐNG, KHẢO NGHIỆM,

SẢN XUẤT THỬ VÀ CƠNG NHẬN GIỐNG 237

1 Trình tự bước chọn giống bố trí thí nghiệm 237

2 Khảo nghiệm giống 245

3 Giống công nhận tạm thời, sản xuất thử giống cơng nhận thức 249

4 Đánh giá vật liệu chọn giống trồng 252

Chương 12 SẢN XUẤT HẠT GIỐNG .259

1 Yêu cầu sản xuất hạt giống 259

2 Phục tráng giống 261

3 Nhân giống 264

4 Kiểm tra kiểm nghiệm chất lượng hạt giống 275

5 Thu hoạch, chế biến cất giữ giống 279

Chýõng

KHáI QUáT Về CÔNG TáC GiốNG CÂY TRåNG

 CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG VAØ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

 QUAN HỆ GIỮA CHỌN GIỐNG VÀ CÁC KHOA HỌC

 GIỐNG VÀ CÔNG TÁC GIỐNG CÂY TRỒNG

1 CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 1.1 Chọn giống trồng

Thuật ngữ “chọn giống” có nguồn gốc từ tiếng Latin “selectio”, có nghĩa chọn lọc, tuyển chọn Chọn giống khoa học tạo giống cải lương giống có Cải lương có nghĩa làm tốt hay số tính trạng, đặc tính sở giữ gìn ưu điểm có sẵn giống

Như vậy, chọn giống hoạt động khoa học người mà sản phẩm cuối trình hoạt động giống (trước chưa có) giống cải tiến (từ giống có sẵn) Tồn giống nơng nghiệp tạo cách chọn lọc, kết trình tích lũy biến dị di truyền có lợi từ nguồn vật liệu khởi đầu tự nhiên nhân tạo

Chọn giống, theo nghĩa rộng, lý thuyết chọn lọc, bao gồm việc lựa chọn vật liệu khởi đầu, tạo nghiên cứu biến dị di truyền lẫn việc tách tạo nên dạng

Chọn giống, theo N.I.Vavilov (1934), “về thực chất, can thiệp người vào hình thành thực vật động vật; nói cách khác chọn giống tiến hóa định hướng theo ý chí người”

1.2 Lịch sử phát triển khoa học chọn giống

Chọn giống trồng xuất phát triển đồng thời với trồng trọt Trong lịch sử phát triển chọn giống trồng trọt, có quy luật chung điều kiện canh tác cải tiến cách liên tục kèm theo việc liên tục tạo giống ngày tốt để gieo trồng điều kiện

Lịch sử chọn giống trồng chia thành giai đoạn: - Chọn giống dân gian (chọn giống nguyên thủy chọn giống cổ điển đến kỷ XVII);

- Chọn giống có phương pháp (thế kỷ XVIII, XIX); - Chọn giống khoa học (nửa đầu kỷ XX);

- Chọn giống đại (nửa cuối kỷ XX đến nay) 1.2.1 Chọn giống dân gian

Chọn giống nguyên thủy loài người biết trồng trọt Nhiều dẫn chứng thời cổ xưa khoảng 10 nghìn năm trước Cơng nguyên người biết chọn giống, 4-5 nghìn năm trước Công nguyên gieo giống trồng nay, vài trăm năm trước Công nguyên người tạo giống nho tuyệt hảo, người Ai Cập số vùng lân cận biết thụ phấn nhân tạo cho chà là, v.v

Chọn giống dân gian diễn thời gian dài khoảng cuối kỷ XVII Kết chọn giống dân gian hình thành giống địa phương giống cổ truyền có tính thích nghi cao, có nhiều đặc tính tốt, đặc biệt chống chịu điều kiện sống bất lợi …

1.2.2 Chọn giống có phương pháp

Trước học thuyết tiến hóa, việc chọn giống dựa sở phương pháp lai chọn lọc giản đơn Camerarious lần (1694) chứng minh thực vật có giới tính đề xuất việc lai để tạo giống mới, đến 1717, Thomas Fairchild người nhận lai I.G Konreuter từ 1755 đến 1806 tiến hành lai 54 loài thuộc 13 chi thực vật, năm 1760 ông nhận giống thuốc khác lồi ơng người phát ưu lai; Knight (1759 – 1834) người đưa giống hoa lai hữu tính; Le Conteur Shirief (1840) tiến hành chọn lọc cá thể cốc

Chọn giống hình thành mơn khoa học nhờ cơng trình sáng tạo Ch Darwin – nhà tự nhiên học người Anh Tác phẩm “Nguồn gốc lồi” Darwin cơng bố 24/10/1859, khái quát vĩ đại nhất, tạo bước ngoặt lịch sử sinh học gọi Học thuyết tiến hóa học thuyết chọn lọc nhân tạo Ngày 24/10/1859 xem thời gian xuất khoa học chọn giống Lý luận chọn lọc nhân tạo Darwin trình bày chi tiết tài liệu “Tính biến dị động vật thực vật trạng thái nuôi dưỡng” công bố vào năm 1868 Học thuyết chọn lọc nhân tạo Darwin có tác động sâu sắc đến nhiều hệ nhà chọn giống thời

1.2.3 Chọn giống khoa học

Chọn giống khoa học phát triển dựa thành tựu di truyền thực nghiệm Việc sử dụng vật liệu khởi đầu phương pháp chọn lọc xây dựng sở cơng trình nghiên cứu G.Mendel (1865), T.H Morgan (1910), Hugo De Vries (1901) Thuyết dòng W.L Johannsen (1903) thuyết biến dị tương đồng N.I Vavilov (1920) có tác động sâu sắc đến công tác chọn giống thời gian Những nhà chọn giống tiêu biểu kể đến: G Nilsson-Ehle (1909) với giống đại mạch, yến mạch; D L Rudzinski với giống lanh, lúa mì mùa thu; X.I Zegalov (1881 – 1927) học trò cộng tác viên Rudzinski, nhà bác học uyên bác chọn giống với “ Kiến thức chọn giống nông nghiệp” (1923, 1926, 1930) - sách gối đầu giường cho vài hệ nhà chọn giống Liên Xơ; P.P Lukianenko với giống lúa mì mùa thu Bezocta 4, Chín sớm 3-b, Bezocta có suất cao 42 – 48 tạ/ha

1.2.4 Chọn giống đại

Chọn giống đại bước phát triển mức độ cao chọn giống khoa học Chọn giống đại xây dựng tảng nghiên cứu di truyền học đại Đó việc khám phá chất liệu di truyền acid nucleic O Avery, C McLeod M McCarty (1944); dãy xoắn kép ADN J Watson, F Crick F Wilkens (1953); sử dụng plasmid tách dòng ADN H Boyer S Cohen (1977); nhân gen phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase Chain Reaction - PCR) K.B.Mullis (1985) phản ứng tổng hợp RADP; giải trình gen mù tạt (2000), gen lúa (2002) …

Quốc tế (CIMMYT), Philippines với Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI), Ấn Độ với việc thành lập Viện Nghiên cứu nơng nghiệp tồn Ấn (IARI) lan nhiều nước

Về thành tựu cách mạng xanh Ấn Độ nước thực thành cơng Từ nước có nạn đói kinh niên, sản lượng lương thực không vượt 20 triệu tấn/năm thành nước đủ ăn mà xuất với sản lượng lương thực 60 triệu /năm Nhân tố cách mạng xanh Ấn Độ việc tăng sản lượng lương thực giống lúa mì cao sản mang lại Các loại ngũ cốc khác nhờ tạo giống đạt suất kỷ lục: giống kê Bajra có suất 25 tạ/ha; ngơ có suất bình qn 50-78 tạ/ha; lúa miến 60-70 tạ/ha với đặc tính ưu việt, v.v…

Các giống lúa lùn, chống đổ, suất cao vượt bậc BPI-76, IR5, IR8, IR 64, … (Philippines), Jaya (Ấn Độ), H4, H5 (Sri Lanka) phổ biến rộng sản xuất

So với ngô lai, lai F1, việc phát triển giống lúa lai F1 dấu ấn lịch sử khoa học chọn giống việc sử dụng rộng rãi CMS, GMS sản xuất hạt giống lai suất cao thuyết phục giống lai F1 Trung Quốc nước đầu sản xuất lúa lai từ 1976 Về suất, Texas (Mỹ) người ta cơng bố tìm giống lúa lai có suất 13,8 tấn/ha, Ai Cập hai tổ hợp lúa lai SK2034H SK2046H có suất bình qn đạt 10,6 tấn/ha 11,5 tấn/ha, cao 14,3 tấn/ha

Từ 1983 đến nay, nhờ kỹ thuật di truyền, người ta tạo trồng biến đổi gen (Genetically Modified Organism – GMO) cách chuyển gen kháng sâu, kháng thuốc cỏ cho gần 20 loài trồng đậu nành, bắp, vải, khoai tây, lúa, cà chua, cải dầu, đu đủ, bầu bí, hướng dương, chuối, cà phê, chè, nho, thuốc lá, trồng rừng, cỏ phủ đất Năm 2001 có 52,6 triệu trồng biến đổi gen gieo trồng đến 2004 có 81 triệu Có 14 nước có diện tích 50 ngàn 45 nước khác tham gia nghiên cứu thử nghiệm

2 QUAN HỆ GIỮA CHỌN GIỐNG VAØ CÁC KHOA HỌC 2.1 Quan hệ di truyền với chọn giống nhân giống

dị sinh vật, sở lý luận chọn giống nhân giống trồng Mới hình thành vào đầu kỷ XX kết nghiên cứu di truyền từ phép lai, đột biến, đa bội thể, … góp phần quan trọng, có ý nghĩa định thành tựu công tác chọn giống Chọn giống trồng môn khoa học ứng dụng trực tiếp từ di truyền số lượng, di truyền phân tử, đặc biệt giai đoạn nay, công nghệ sinh học phát triển cách nhanh chóng

Kết nghiên cứu di truyền học đề sở đề hình thành phương pháp chọn giống tạo giống ưu lai, tạo giống chủng với tự thụ phấn, tạo giống quần thể với giao phấn, phương pháp nuôi cấy mô, nuôi cấy túi phấn, hạt phấn, dung hợp tế bào, … đến phương pháp chuyển gen kỹ thuật di truyền tạo giống trồng biến đổi gen mà phương pháp chọn giống truyền thống không thực

Môn chọn giống lấy di truyền học làm tảng, nhờ kết chọn giống mà sở lý luận di truyền học bổ sung phát triển

2.2 Chọn giống đại khoa học có tính tổng hợp

Chọn giống sử dụng thành tựu, kỹ thuật phương pháp nghiên cứu khoa học khác, liên quan đến thực vật học, tế bào học, di truyền học, sinh thái học, sinh lý, sinh hóa thực vật, nơng học, côn trùng học, bệnh cây, phôi học, mô học, …

Năng suất cao ổn định, chất lượng tốt mục đích sản xuất, mà người ta gieo trồng, tiêu chuẩn quan trọng giống tốt Nhưng, để tạo giống tốt cho vùng khác nhau, phải nghiên cứu yếu tố sinh thái đất đai, khí hậu thời tiết Tương tự, để tạo giống kháng sâu, bệnh, chịu hạn, mặn, …, phải nghiên cứu sinh lý chống chịu loại cây, chế chống chịu, liên quan đến mơ học sinh hóa, hình thái thực vật

2.3 Chọn giống đại thúc đẩy tiến hóa sinh giới

Các biện pháp nhân tạo tạo đa dạng di truyền làm vật liệu khởi đầu chọn giống làm cho giới sinh vật có thêm nhiều dạng mà nguồn biến dị tự nhiên khơng có Phép lai xa nhân tạo loài hoang dại trồng, loài trồng khác tạo nên nhiều sinh vật mới, đặc biệt công nghệ di truyền năm gần dây cho phép chuyển gen lạ vào trồng tạo nhiều loại trồng chưa thấy tự nhiên

3 GIOÁNG VÀ CÔNG TÁC GIỐNG CÂY TRỒNG 3.1 Giống trồng

3.1.1 Định nghóa

Theo Pháp lệnh giống trồng số 03/2004/L-CTN ngày 05/04/2004 thì:

“Giống trồng quần thể trồng đồng hình thái có giá trị kinh tế định, nhận biết biểu đặc tính kiểu gen quy định phân biệt được với quần thể trồng khác thông qua biểu hiện đặc tính di truyền cho đời sau”

Có thể hiểu giống trồng theo cách diễn đạt sau đây: - Giống quần thể trồng giống đặc tính kinh tế-sinh học tính trạng hình thái, chọn nhân lên để gieo trồng điều kiện tự nhiên điều kiện canh tác thích hợp nhằm nâng cao sản lượng chất lượng trồng (G.V Guliaev)

- Giống trồng tập hợp nông nghiệp 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 đặc tính (Nghị định Chính Phủ quản lý giống trồng, số 07-CP ngày 05/02/1996)

(Nghị định Chính phủ quản lý giống trồng, số 07-CP ngày 05/02/1996)

3.1.2 Những đặc điểm giống

1/ Giống sản phẩm sáng tạo người lao động liên tục, lâu dài hình thành nhờ chọn lọc nhân tạo

Giống phương tiện sản xuất nông nghiệp, tạo người yêu cầu ngày cao người trình sản xuất

2/ Giống có tính đồng di truyền, biểu thị ngồi tính trạng hình thái, nơng học, kinh tế, …

Tính đồng mặt di truyền làm cho trồng sinh trưởng phát triển đồng đều, phát huy tốt yếu tố thâm canh, suất cao, chất lượng sản phẩm đồng nhất, hiệu kinh tế cao, đáp ứng mục đích người sản xuất

3/ Giống đơn vị phân loại thực vật tương ứng với thứ, biến chủng Cây dại khơng có giống mà có dạng (forma)

4/ Giống có tính khu vực

Khơng có giống tốt cho địa phương, loại đất, trình độ canh tác Mỗi giống thích ứng với điều kiện canh tác định, phát huy tiềm năng suất giống Nếu đem giống đến gieo trồng nơi có điều kiện tự nhiên kỹ thuật khác không đem lại hiệu mong muốn Riêng suất, giống cho suất cao phạm vi định, vượt phạm vi thích ứng suất khơng cao, chí cịn giảm

5/ Giống có tính thời gian

Tính thời gian giống biểu hai mặt:

+ Giống tốt nhưng lâu ngày không chọn lọc nên dẫn đến thối hóa tạp giao, phân ly, đột biến tự nhiên có lẫn tạp giới thiếu ý thức người, giống độ thuần, độ đều, suất trở nên thấp Kết cục sau số năm phải thay giống

Như khơng có giống lại khơng bị thay giống giống giữ đặc tính tốt giống gốc

6/ Tính tương đối biểu tính trạng Đặc tính biểu hai mặt:

+ Trước hết, tính trạng xuất điều kiện định Nếu không đáp ứng được, tác động môi trường sống, xuất kiểu hình dẫn đến biến đổi kiểu gen để hình thành kiểu gen Sự thay đổi kết thích nghi trồng điều kiện

+ Hai là, khơng thể tồn giống có tất đặc tính hồn tồn lý tưởng Thường giống chín sớm, ngắn ngày suất khơng cao, chất lượng khơng tốt, giống có suất cao thời gian sinh trưởng dài, giống chịu hạn khơng chịu úng, giống chịu khơ nóng khơng chịu ẩm 3.1.3 Những đặc trưng, đặc tính giống

1/ Đặc trưng

Đặc trưng, cịn gọi tính trạng, biểu kiểu hình bên ngồi quan sát, đo đếm Có tính trạng đơn giản màu sắc, có khơng có lơng, râu, có tính trạng phức tạp độ lớn bơng lúa, cờ ngơ, đặc biệt có tính trạng (như suất) lại phối hợp nhiều tính trạng khác

Có thể chia tính trạng thực vật thành hai nhóm: tính trạng chất lượng tính trạng số lượng:

- Các tính trạng định tính, phân biệt khác trực tiếp mắt, nếm hay thử, coi laø tính trạng chất lượng Ví dụ có lơng, râu khơng có, màu vàng hay màu xanh, hạt trần hay có màng, trịn hay dài, trơn hay nhăn, nhiễm hay kháng bệnh v.v…

Sự phân chia có tính tương đối tính trạng chất lượng lượng hóa mức độ khác nhau, có nhiều tính trạng số lượng phân biệt mắt to, trung bình hay nhỏ, cao, trung bình hay thấp, dài hay ngắn, nhiều hay Tuy nhiên, tính trạng chất lượng tính trạng số lượng có khác sau đây:

Tính trạng chất lượng Tính trạng số lượng Do gen hay

số gen kiểm tra

2 Di truyền có tính rời rạc Ổn định, thay đổi tác động mơi trường

4 Trong chọn giống, chọn lọc theo dấu hiệu tính trạng, thu nhận gen

1 Do hai hay nhiều gen kiểm tra, độ lớn tính trạng hiệu ứng gen

2 Di truyền có tính liên tục Kém ổn định, biến động mạnh tác động môi trường

4 Trong chọn giống, chọn theo độ lớn tính trạng (theo hướng tăng giảm)

2/ Đặc tính

Những đặc điểm sinh lý, sinh hóa kỹ thuật thực vật gọi đặc tính

Đặc tính sinh lý thực vật mức độ chịu hạn, chịu rét, chống chịu sâu bệnh, phản ứng với điều kiện ánh sáng, phản ứng với phân bón, nước tưới, v.v…

Đặc tính sinh hóa phản ánh thành phần số lượng chất lượng chất khác protit, gluxit, lipit, xenlulose, este, vitamine, ancaloid, v.v…

Đặc tính kỹ thuật liên quan đến việc chế biến

3/ Những đặc tính tính trạng số lượng

Đối với tính trạng số lượng, khó xác định xác số lượng gen kiểm sốt tính trạng định khu chúng nhiễm sắc thể việc xác định quy luật di truyền tính trạng tính trạng định tính, chúng có đặc tính sau đây:

- Những tính trạng số lượng kiểm tra nhiều gen chúng khơng có hiệu ứng cộng tính mà cịn có hiệu ứng tương tác allen, gen Việc tính tốn hiệu ứng gen khơng thể thực mà đánh giá hiệu ứng trung bình gen Người ta xác định nhiều kiểu polygen khác nhau:

+ Các gen có ảnh hưởng lên tính trạng xác định

+ Mức độ ảnh hưởng gen khác nhau, số có ảnh hưởng mạnh, số khác ảnh hưởng yếu

+ Các gen nằm nhiễm sắc thể khác nhiễm sắc thể

Xu hướng trội tính trạng số lượng khác Kết phân tích di truyền tính trạng tính trạng khác phụ thuộc vào thực liệu nghiên cứu

- Những tính trạng số lượng có tác động qua lại liên kết với Sự tác động gen ảnh hưởng đến nhiều tính trạng, biểu tính đa hiệu gen Sự liên kết làm thay đổi tính di truyền Trong di truyền đa gen, liên kết phổ biến, việc phân tích di truyền phức tạp

3.1.4 Vai trò giống sản xuất nông nghiệp 1/ Giống tư liệu sản xuất đặc biệt, không thay

Vai trị đặc biệt giống thể chỗ sinh vật sống, khác với tư liệu sản xuất khác khơng thay từ mà sản xuất loại nông sản mà người trồng cần

2/ Sử dụng giống thích hợp biện pháp nhanh nhất, kinh tế để nâng cao suất trồng

Giống, thời vụ, nước, phân bón biện pháp kỹ thuật canh tác yếu tố định suất trồng Tùy mức độ đáp ứng yếu tố mà ta có suất khác Vai trị giống suất, trước hết, thể chỗ điều kiện canh tác, việc dùng giống mang lại hiệu lớn giống khác mà khơng phải đầu tư thêm phân bón, cơng lao động, … Hơn nữa, điều kiện đáp ứng đầy đủ yếu tố thâm canh, phát huy hết tiềm năng suất giống thay giống biện pháp nhất, nhanh để tăng suất trồng đời giống có tiềm năng suất cao lại tạo khả để đầu tư thâm canh Như vậy, bước nhảy vọt suất gắn liền với thay đổi giống

Bảng 1.1: Tiềm năng suất giống lúa thâm canh vùng nhiệt đới

Thời

kỳ Giống lúa

Thời gian ST (ngày)

Tiềm NS (tấn/ha)

Tiềm NS (kg/ha/ngày) 1970s

1990s 2010s

IR8

Các giống cải tiến indica Lúa hay siêu lúa

130 110 110

10 10 12

700 900 1.100

Nguoàn: RAP, 2002

XIX tấn/ha Mỹ suất bình quân đạt 10-15 tấn/ha, suất kỷ lục 25,4 tấn/ha Các giống lúa mì đạt suất 6-8 tấn/ha, kỷ lục 10 tấn/ha

Bảng 1.2: So sánh suất cấu trúc lúa cải tiến lúa cổ truyền

Đặc tính Lúa cải tiến Lúa cổ truyền Năng suất

bình quân

4-8 tấn/ha 2-4 tấn/ha Chiều cao Thấp 80-120 cm

nên chống đổ ngã

Cao 150-300 cm nên dễ đổ ngã, làm suất thấp

Thân Lóng ngaén, to,

thành dày, cứng, chống chịu số sâu bệnh đổ ngã bón đạm cao

Lóng dài, nhỏ, thành mỏng, mềm, dễ bị sâu bệnh cơng dễ đổ ngã bón đạm cao

Lá Ngắn, màu xanh

đậm (có nhiều diệp lục tố), thẳng đứng nên hiệu quang hợp cao

Dài, xanh nhạt, cong tạo nên bóng rợp làm phía khơng đủ ánh sáng làm hiệu quang hợp thấp

Khả đẻ nhanh

Cao, 20-100 chồi tùy điều kiện canh tác

Ít, 4-20 chồi Chỉ số kinh tế

(hạt/chất khô)

Cao, 0,4 – 0,5 Thấp, 0,2-0,3 Cảm quang Không cảm

quang nên trồng quanh năm

Đa số giống lúa cảm quang mạnh, lúa trổ lúc ngày ngắn (khoảng tháng 10) nên trồng vụ năm

Chịu phân đạm (N)

Cao, đến 200 kg N/ha mà không đổ ngã mật số chồi không cao

Rất thấp, đến 30-60 kgN/ha, phân đạm cao bị đổ ngã

Ở nước ta, tiến sản xuất trồng gắn liền với tiến giống lúa trồng quan trọng Cuộc cách mạng xanh Việt Nam gắn liền với việc nhập nội thử nghiệm giống lúa IR8 năm 1966 Long Định IR8 (được đặt tên Thần Nông 8) đưa vào sản xuất từ 1968 1968 coi năm bắt đầu cách mạng xanh Việt Nam Tác dụng tích cực cách mạng xanh chỗ làm cho bình qn mức gia tăng sản xuất vòng 30 năm qua là 6%/ năm Diễn biến suất lúa 20 kỷ qua Việt Nam sau: vào đầu kỷ I 0,5tấn/ha, vào đầu kỷ XX 1,2 tấn/ha, đến năm 1960s tấn/ha vào đầu kỷ XXI (2004) đạt 4,8 tấn/ha Vào năm 2004 nước ta sản xuất 36 triệu lúa Trong phát triển đó, việc đưa sản xuất giống lúa có vai trị to lớn Bảng 1.3: Dân số sản xuất lúa Việt Nam kỷ XX

Thời kỳ Dân số (tr người) DT lúa (1000ha) Sản lượng thóc (tr.tấn) Kg thóc /người Năng suất (tấn/ha) 1900 1913 1921 1931 1943 1955 1965 1975 1985 1990 1999 12,695 14,165 15,584 17,702 22,234 25,074 34,929 47,600 60,032 66,233 76,328 - 3,417 4640 4300 4736 4285 4826 4940 5704 6028 7648 3,966 4,425 6,200 5,200 6,044 6,120 9,370 10,539 15,875 19,255 31,394 312 312 398 294 272 244 269 221 264 290 411 - 1,3 1,3 1,2 1,3 1,4 1,9 2,1 2,8 3,2 4,1 1990/1900 5,2 lần 4,8 lần

1999/1900 laàn 7,9 laàn

Nguồn: Đào Thế Tuấn, 2001

3/ Giống định chất lượng nông sản

của điều kiện ngoại cảnh Vì vậy, việc chọn giống hay giống khác để gieo trồng định chất lượng nông sản sản xuất

Chọn giống góp phần định việc cải thiện phẩm chất nông sản Trước 1938, hàm lượng đường củ cải đường có 9% có giống 20%; giống hướng dương bình thường có 30% lipit, hàm lượng lipit giống hướng dương lai chứa tới 50-60% (Pustovoi, 1975)

Theo G.A.Guliaev (1978), Mỹ, từ vật liệu khởi đầu có hàm lượng lipit protit hạt ngơ 4,70% 10,92%, sau 60 năm chọn lọc theo hướng làm tăng hàm lượng lipit protit người ta có giống ngơ có hàm lượng lipit 14,83% protit 23,84% Theo hướng giảm nhận giống có hàm lượng lipit 0,77% protit 4,96%

4/ Hạn chế thiệt hại thiên tai, sâu bệnh

Mỗi giống có đặc tính chống chịu khác với điều kiện bất thuận sâu bệnh.

5/ Phù hợp với điều kiện gieo trồng phương thức canh tác định

Sử dụng giống sản xuất với khả thích ứng khác khơng làm tăng suất, chất lượng nông sản vùng có điều kiện thâm canh, mà cịn khai thác tốt vùng đất, điều kiện sinh thái, khí hậu khác làm tăng sản lượng hiệu sản xuất nông nghiệp

Theo Trần Văn Đạt (2004), diện tích trồng lúa thập niên 1990s vùng sinh thái châu Á sau: Lúa rẫy - 8,85 tr.ha (7%), lúa - 3,74 tr.ha (3%), lúa tưới tiêu mùa mưa - 49,21 tr.ha (37%), lúa tưới tiêu mùa khô - 24, 00 tr.ha (18%) Điều nói lên tính đa dạng cấu giống lúa để khai thác điều kiện gieo trồng khác

6/ Biện pháp quan trọng việc bố trí cấu trồng Có thể tạo giống có thời gian sinh trưởng khác để bố trí cấu luân canh, xen canh, gối vụ với trồng khác

Bảng 1.4: Tình hình sản xuất lúa châu Á năm 2003, dân số 2002 mức tăng sản lượng hàng năm giai đoạn 1993-2003

Sri Lanka Syria Tajikistan Thaùi Lan Đông Timo Thổ Nhó Kỳ Turkmenistan Uzbekistan Việt Nam 18,9 17,4 6,3 62,2 0,74 70,3 4,8 25,7 80,3 911,4 11,4 11.000,0 20,0 70,0 42,0 119,0 7.449,3 3,37 5,21 2,45 3,27 5,31 2,61 2,62 4,63 3.071,2 59,42 27.000,0 65,4 372,0 109,5 311,2 34.518,6 1,9 -0,1 16,2 4,6 2,6 6,5 2,5 -4,3 5,1 Nguoàn: FAOSTAT 2004

3.1.5 Phân loại giống 1/ Theo nguồn gốc

- Giống địa phương: Là giống hình thành chọn lọc lâu dài sử dụng lâu đời địa phương, có khả thích ứng chống chịu với điều kiện bất lợi địa phương, có suất phẩm chất ổn định

- Giống nhập nội: Là giống đưa từ vùng nước đến trồng vùng khác nước khác Các giống nhập nội có nhiều gen quý yếu tố cấu thành suất, phẩm chất, tính chống chịu, v.v sử dụng trực tiếp sản xuất gián tiếp để tạo giống Các giống sử dụng trực tiếp (qua khảo nghiệm) có suất cao, phẩm chất tốt

- Giống tạo thành: Là giống nhà chọn giống tạo phục vụ cho điều kiện gieo trồng khác Đặc điểm giống đồng tính trạng hình thái, có đặc tính chống chịu kinh tế khác phù hợp cho mục đích sản xuất khác nhau, có suất cao, thích nghi tốt

2/ Theo phương pháp chọn tạo

- Giống quần thể: Là giống thu phương pháp chọn lọc quần thể (chọn lọc hàng loạt, chọn lọc hỗn hợp, quần tuyển) giao phấn tự thụ phấn Giống quần thể không đồng di truyền hình thái Các giống địa phương giống quần thể

- Giống lai: Giống tạo lai hữu tính, gồm hai loại: + Giống lai thường: Là giống tạo từ quần thể lai chọn lọc cá thể hay quần thể qua số hệ Giống lai có độ di truyền độ đồng giống dòng Trong phân ly giống lai chọn lọc để tạo giống

+ Giống lai F1: Là giống hình thành nhờ sử dụng hệ đầu tổ hợp lai đơn, lai 3, lai kép có ưu lai cao suất số tính trạng khác Giống lai F1 có độ đồng cao sử dụng lần Có số trồng sử dụng đến đời F2 (nếu suất cao giống sản xuất đại trà) chất lượng phải đồng (bố mẹ có chất lượng tương đương nhau)

- Giống vơ tính: Là giống tạo phương pháp nhân giống vơ tính từ quần thể chọn (khoai lang, khoai tây, hành, mía, …) Giống vơ tính nhân vơ tính (chiết, ghép, nuôi cấy mô) từ cá thể tốt gọi giống dịng vơ tính

- Giống đa bội thể: Là giống tạo phương pháp chọn lọc từ vật liệu khởi đầu xử lý đa bội thể Các giống đa bội thể thường có suất cao, chất lượng tốt, sinh trưởng phát dục chậm

- Giống đột biến: Là giống tạo phương pháp chọn lọc từ vật liệu khởi đầu xử lý tác nhân đột biến Các giống đột biến thấp cây, chống bệnh tốt, hàm lượng protein cao, suất khá, chín sớm

- Giống biến đổi gen (Genetically Modified Organism - GMO): Là giống trồng chuyển vào hay số gen lạ gen kháng sâu, kháng thuốc cỏ kỹ thuật di truyền Hiện có gần 20 lồi trồng đậu nành, bắp, vải, khoai tây, lúa, cà chua, cải dầu, đu đủ, bầu bí, hướng dương, chuối, cà phê, chè, nho, thuốc lá, trồng rừng, cỏ phủ đất tạo phương pháp Các giống có suất cao hạn chế dịch hại

3/ Phân loại giống giao phấn (ngô)

vào trình thụ phấn Đặc điểm di truyền cá thể dị hợp, quần thể dị gen, có hình thái đồng Loại gồm: + Giống địa phương (local variety): Là giống tồn địa phương thời gian dài, có đặc trưng, đặc tính khác biệt với giống khác di truyền cho hệ sau Ví dụ: ngơ nếp, ngơ nổ, gié Bắc Ninh, lừ Phú Thọ, xiêm trắng, bắp đỏ Cao Miên…

+ Giống tổng hợp (synthetic variety): Là hệ tiên tiến giống lai nhiều dòng thụ phấn tự do, tạo cách: tạo dòng thuần, thử khả phối hợp để chọn bố mẹ tốt, lai tự dịng tốt, trì cải thiện quần thể chọn lọc gia đình

+ Giống hỗn hợp (composite variety): Là hệ tiên tiến tổ hợp nguồn vật liệu ưu tú có di truyền khác cách chọn thành phần bố mẹ gồm giống thụ phấn tự do, giống tổng hợp, lai kép, lai ba, theo số tính trạng cần thiết lai thử để chọn cặp có suất cao, giảm F2, tạo lập hỗn hợp thụ phấn dây chuyền luân giao, trì cải thiện giống chọn lọc quần thể

+ Giống thụ phấn tự cải thiện: Là tập hợp tất kiểu hình tương đối đồng đại diện cho phần ưu tú quần thể chu kỳ cải thiện

- Giống lai quy ước: Là giống lai dòng thuần, gồm: + Giống lai đơn: lai hai dòng thuần;

+ Giống lai ba: lai lai đơn dòng thuần;

+ Giống lai kép: lai hai lai đơn

- Giống lai khơng quy ước: Là giống lai có bố mẹ khơng

3.1.6 Tiêu chuẩn giống tốt (Mục tiêu chọn giống) 1/ Năng suất cao ổn định

khác, tức với mức đầu tư giống tốt giống cho suất cao giống khác Nói cách tương tự, toàn sinh khối mà tổng hợp được, giống tốt có tỷ lệ phần thu hoạch cao giống khác Điều nói lên rằng, giống khơng cho suất cao mà cần phải có hệ số kinh tế cao

Ngoài yếu tố suất cao, giống tốt phải giống cho suất ổn định, nghĩa mùa gặp yếu tố bất lợi (như hạn, rét, …) giống cho thu hoạch tốt giống khác Như giống phải có khả chống chịu cao với điều kiện không thuận lợi

2/ Phẩm chất tốt

Chất lượng sản phẩm phản ánh giá trị sử dụng Tùy mục đích nhu cầu sử dụng mà tạo giống có phẩm chất khác Nhu cầu mục đích sử dụng thay đổi theo thời gian Phẩm chất nông sản phản ánh:

+ Chất lượng dinh dưỡng; + Chất lượng chế biến;

+ Chất lượng mẫu mã hàng hóa

Mỗi trồng khác yêu cầu tiêu đánh giá chất lượng khác nhau:

Với lúa: độ trong, độ dẻo, vị đậm, mùi thơm, … Với bông: độ dài, độ mịn, độ bền, …

Với hạt lấy dầu: hàm lượng dầu

Với mía: hàm lượng đường (chữ đường CCS) Với khoai lang: hàm lượng tinh bột protein 3/ Chống chịu tốt

Ngồi tính chống chịu điều kiện bất lợi bất thường, phải có giống phù hợp điều kiện canh tác khó khăn đặc thù: giống chịu hạn, giống chịu phèn, giống chịu mặn, giống chịu úng, giống chịu rét, v.v

4/ Thời gian sinh trưởng phù hợp

khác nên giống phải phù hợp với cấu trồng vùng 5/ Phù hợp với trình độ phương thức canh tác định

Phải có giống phù hợp với:

+ Mức độ đầu tư khác điều kiện cho phép khác thâm canh, bán thâm canh, quảng canh nước trời, lúa nổi, …

+ Phương thức gieo trồng chăm sóc thu hoạch khác như: trồng thủ công, bán giới, gới đồng bộ, …

3.2 Công tác giống trồng

Cơng tác giống trồng có cơng đoạn chính: 3.2.1 Tạo giống

Để phục vụ cho việc tạo giống theo mục tiêu khác cần phải sử dụng vật liệu khởi đầu để tạo nguồn biến dị Nguồn biến dị chọn tạo giống bao gồm nguồn biến dị tự nhiên (quần thể tự nhiên) có: nguồn gen có (cây dại, giống địa phương, tập đồn giống trồng), thu thập nguồn gen, nhập nội gen nguồn biến dị nhân tạo (quần thể nhân tạo) có: quần thể lai, quần thể đột biến, đa bội kỹ thuật di truyền tạo

Sau sử dụng phương pháp tạo biến dị, chọn lọc biến dị có lợi để tạo giống đánh giá giống (so sánh sơ bộ, so sánh quy) quan tạo giống, giống đăng ký khảo nghiệm giống Quốc gia hay khảo nghiệm giống tác giả (Quy định khảo nghiệm công nhận giống trồng theo định số 52/2003/QĐ-BNN ngày 02/04/2003 Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp & PTNT)

3.2.2 Khảo nghiệm, sản xuất thử công nhận giống

3.2.3 Công tác hạt giống

Cơng tác hạt giống gồm nhân giống, phục tráng giống, sản suất hạt giống lai F1, kiểm tra giống chất lượng hạt giống, cung ứng hạt giống cho người trồng với giống cơng nhận thức Cơng tác hạt giống với giống chưa cơng nhận thức quan nghiên cứu thực hiện, không đề cập hệ thống

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát hệ thống công tác giống trồng Thu thập nguồn gen

Nhập nội gen

Khảo nghiệm, sản xuất thử, công nhận giống Kỹ thuật di truyền Đột biến , Đa bội

Công tác hạt giống

( Nhân giống, phục tráng giống, kiểm tra giống chất lượng hạt, Cung ứng hạt giống)

Tạo giống

Lai

- Chọn lọc - Đánh giá - Nhân sơ Nguồn gen có:

- Cây dại

- Giống địa phương

- Tập đoàn giống trồng

Chýõng

C¥ Së DI TRUN CđA CHäN GièNG

 BIẾN DỊ DI TRUYỀN – CƠ SỞ CỦA CHỌN GIỐNG

 HIỆU ỨNG GEN VAØ THAØNH PHẦN DI TRUYỀN

 KHẢ NĂNG DI TRUYỀN

 TƯƠNG QUAN DI TRUYỀN VÀ CHỈ SỐ CHỌN LỌC

 KHẢ NĂNG PHỐI HỢP

1 BIẾN DỊ DI TRUYỀN – CƠ SỞ CỦA CHỌN GIỐNG 1.1 Biến dị biến dị di truyền

Biến dị đặc tính thể sống xuất tính trạng tính trạng có Biến dị di truyền hai đặc tính trái ngược tồn giới sinh vật, tiền đề chọn lọc tự nhiên chọn lọc nhân tạo Người ta phân hai loại biến dị: biến dị không di truyền biến dị di truyền

Biến dị không di truyền (modification):

Biến dị không di truyền thay đổi đặc tính, tính trạng sinh vật tác động môi trường sống (dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng, ẩm độ, …) Biến dị khơng di truyền cịn gọi thường biến, biểu thị đặc tính thích nghi, phản ứng bình thường thể khơng thay đổi kiểu gen gây nên, biến dị không di truyền không truyền lại cho đời sau, khơng có ý nghĩa chọn giống

Thường biến có đặc điểm sau:

- Là biến đổi định hướng, có nghĩa vào kiểu mơi trường tác động biết trước biểu biến dị

- Mức độ biến dị (trong phạm vi phản ứng kiểu gen) tỷ lệ thuận với cường độ thời gian tác động môi trường

Biến dị không di truyền biến dị theo thời gian (tuổi, mùa) thay đổi ngoại hình sinh thái, biến đổi tổn thương

Biến dị di truyền (genetic variations): Biến dị di truyền hiểu:

1) Là tượng khác hay số tính trạng cá thể đời với bố mẹ cá thể đời hay khác đời sinh từ bố mẹ

Theo cách hiểu khác kiểu hình tính trạng cá thể có huyết thống khác kiểu gen mức độ biến dị phân biệt qua kiểu hình

2) Là tượng khác cá thể hệ chúng với bố mẹ cấu trúc vật chất di truyền tế bào thể biểu khơng biểu kiểu hình

Theo cách hiểu thay đổi vật chất di truyền nguyên nhân gây khác nhau, biểu lộ kiểu hình (gen trội) hiểu theo cách đầu biến đổi vật chất di truyền chưa biểu lộ (gen lặn)

Biến dị di truyền xảy tế bào sinh dưỡng (soma) tế bào sinh dục Nếu xảy tế bào sinh dưỡng gây biến dị tế bào, mô thể (ví dụ gây ung thư) Nếu xảy tế bào sinh dục di truyền cho hệ cháu

Từ khác biệt biến dị di truyền, chọn giống có biến dị có lợi di truyền lại cho hệ sau Trong thực tế cơng tác chọn giống, đặc biệt với tính trạng số lượng, cần hạn chế tác động không môi trường, xác định mức độ biến dị không di truyền môi trường gây để làm rõ biến dị nhân tố di truyền nhằm nâng cao hiệu chọn giống

1.2 Các loại biến dị di truyền ý nghĩa chọn giống

Được hình thành tự nhiên khơng có can thiệp người, do:

- Nội thể thay đổi cấu trúc di truyền (phân ly tự nhiên)

- Tạp giao tự nhiên dạng thực vật loài, khác loài tái tổ hợp ngẫu nhiên tạo

- Tác động môi trường sống (thay đổi đột ngột) làm phát sinh biến dị (đột biến)

Các biến dị tự nhiên thường gặp quần thể tự nhiên, có nhiều biến dị có lợi, chọn lọc, bồi dục để tạo nên giống Thường cơng việc nhà chọn giống tuyển lựa, sàng lọc từ nguồn biến dị tự nhiên Khi khơng cịn có khả để tìm thấy biến dị mong đợi tiến hành việc gây biến dị biện pháp nhân tạo để tạo đa dạng di truyền quần thể nhân tạo phục vụ cho việc chọn giống

2/ Bieán dị nhân tạo

Được hình thành tác động người Loại có: - Biến dị tái tổ hợp: Được hình thành qua hệ lai Đó phân chia tái tổ hợp giao tử phép lai, trình tự phối qua hệ

Từ biến dị tái tổ hợp chọn giống lai F1, giống quần thể với giao phấn, giống/dòng với tự thụ phấn, dòng vơ tính với sản xuất giống phương pháp nhân vơ tính

- Biến dị tác nhân đột biến nhân tạo: Được hình thành tác động tác nhân đột biến nhân tạo Trong biến dị đột biến nhân tạo, có:

+ Biến dị gen (đột biến gen, đột biến điểm): liên quan đến thay đổi cấu trúc hóa học ADN nhiễm sắc thể Có thể có loại đột biến gen đôi base, thêm đôi base, đảo base thay base

+ Biến dị số lượng nhiễm sắc thể (đột biến số lượng nhiễm sắc thể): thay đổi vật chất di truyền có hình thành thể đa bội

Ngồi cịn có biến dị liên quan đến thay đổi gen nằm bào quan tế bào chất ty thể, lạp thể hay episom, plasmid (ở vi khuẩn)

Trong tính trạng hình thành đột biến gây ra, có nhiều tính trạng q mà khơng thể tạo biện pháp lai hữu tính, chọn giống theo mục tiêu nhà chọn giống

- Biến dị nhờ kỹ thuật di truyền: Đây biến dị tạo từ việc chuyển gen cần thiết vào trồng thông qua kỹ thuật tái tổ hợp ADN tế bào, phương pháp thay đổi có chủ ý thành phần trình tự nucleotid ADN, tức tạo đột biến điểm có định hướng liên quan đến việc hình thành tính trạng hữu ích

1.2.2 Phân loại theo loại tính trạng

Theo cách biến dị di truyền có hai loại:

1/ Biến dị định tính: Là biến dị với tính trạng chất lượng màu sắc, hình dáng, hương vị, có râu hay khơng có, trơn hay nhăn, v.v… Vì loại biến dị có tính rời rạc nên dễ dàng phân biệt mắt, nếm hay thử

Với loại biến dị việc chọn giống đơn giản dựa trực giác để chọn

2/ Biến dị định lượng: Là biến dị với tính trạng số lượng chiều cao, độ dài, độ lớn, trọng lượng hạt, suất, v.v… Vì biến dị có tính liên tục nên để phân biệt khác cá thể phải dùng phép cân, đo, đếm tính tốn

Với loại biến dị việc chọn giống phải nhờ phương pháp toán thống kê

2 HIỆU ỨNG GEN VAØ THAØNH PHẦN DI TRUYỀN 2.1 Mơ hình giá trị kiểu hình

của hiệu ứng kiểu gen (G) tác động mơi trường (E) Mơ hình viết:

P = G + E (2-1)

Mơ hình (2-1) có hàm ý tác động môi trường độc lập với kiểu gen Tuy nhiên thực tế môi trường khác thích ứng kiểu gen biểu khác nhau, tức có tương tác kiểu gen mơi trường Vì mơ hình đầy đủ là:

P = G + E + (G×E) (2-2)

Khi nghiên cứu quần thể kiểu gen có giá trị trung bình chung m, mơ hình số học xác định thành phần giá trị độ lệch độ lớn cá thể (nhóm cá thể) so với giá trị trung bình chung quần thể sau:

P – m = G + E (2-1) vaø P – m = G + G  E + E (2-2)

Khi nghiên cứu nhiều cá thể, nhiều kiểu gen khác quần thể, giá trị mẫu theo dõi coi đại lượng ngẫu nhiên Khi mơ hình (2-1) (2-2) biểu thị mối quan hệ phương sai kiểu hình (ĩ2P) với phương sai kiểu gen (ĩ2G), phương sai môi trường (ĩ2E), phương sai tương tác genmôi trường (ĩ2

G  E ), có, để mức độ phân tán yếu tố gây ra:

ó2P = ó2G + ó2E

và ó2P = ó2G + ó2G  E + ó2E

2.1.1 Giá trị kiểu gen

Nếu ta lai bố mẹ lưỡng bội, thuần, giá trị kiểu gen bố mẹ lai mơ theo cách vẽ đồ gen Sturtevant (1913) hình 2-1 sau đây:

aa h Aa AA

- da +da

Trong đó: AA, aa, Aa kiểu gen tương ứng P1, P2 F1; điểm giá trị trung bình m bố mẹ Sự khác biệt kiểu gen bố mẹ AA aa với trung bình chúng da; khác biệt kiểu gen Aa F1 với trung bình cùa bố mẹ

Nếu tính trạng kiểm sốt nhiều gen di (di = da, db, … ) ký hiệu d (hoặc D) (di = D) hi (hi = ha, hb,

… ) ký hiệu h H (hi = H) Tham số D đặc trưng cho hiệu ứng cộng tham số H đặc trưng cho hiệu ứng trội

1 Hiệu ứng cộng (Additive effect) của gen kết tác động allen locus Nếu tính trạng kiểm tra bởi k cặp gen, k allen trội tác động theo hướng làm tăng giá trị tính trạng với hiệu ứng (d+) 2kk allen lại tác động theo hướng làm giảm giá trị tính trạng với hiệu ứng (d-) Hiệu ứng cộng kiểu gen (d)-

) d (

  = D D mang dấu dương (+) dấu âm (-)

2/ Hiệu ứng trội (Dominance effect) là hiệu ứng sinh tương tác allen locus Nếu tính trạng kiểm sốt nhiều gen (h ) - (h ) = H Giá trị H mang dấu dương (+) âm (-) biểu thị xu hướng trội

Quan hệ H D biểu thị mức độ trội, nếu:

H = H/D = 0, F1 = m, biểu thị trạng thái di truyền trung gian;

D  H  H/D 1, F1 m, biểu thị trạng thái trội khơng hồn tồn F1 theo hướng làm tăng tính trạng;

0  H = D H/D = 1, AA = Aa, F1 trội hồn tồn; H  D H/D  1, Aa  AA, F1 siêu trội

tương tự theo xu hướng ngược lại

3/ Hiệu ứng siêu trội (Overdominance effect) sinh độ lớn kiểu gen Aa lớn AA

tần số :7; hiệu ứng bội (duplicate epistasis), tần số 15 :1; hiệu ứng lặn (recessive epistasis), tần số :3 :4; hiệu ứng trội (dominance epistasis), tần số 12 : : 1; hiệu ứng lặn áp đảo (suppresible recessive epistasis), tần số 13 :3

2.1.2 Hiệu ứng môi trường tương tác gen môi trường

Môi trường (E) tác động tổng hợp yếu tố ảnh hưởng đến trồng tác động một vài yếu tố xác định (ví bón phân, tưới nước khác …) yếu tố lại tác động lên kiểu gen Giá trị mơi trường mang dấu dương (nếu làm tăng giá trị tính trạng) dấu âm (nếu làm giảm giá trị tính trạng) Có nhiều phương pháp đánh giá mức độ tác động môi trường tương tác genmôi trường với quần thể kiểu gen khác như: dòng thuần, quần thể hệ, giống, …

Một vài phương pháp thường dùng:

1/ Phương pháp phân tích phương sai (ANOVA): Mơ hình tính tốn: Yij =  + gi + ej + geij + eijn Trong đó:

Yij giá trị kiểu gen i mơi trường j;

 giá trị trung bình chung; gi giá trị kiểu gen i tạo ra; ej giá trị môi trường j tạo ra;

geij giá trị tương tác kiểu gen i môi trường j tạo ra;

eijn sai số tạo (giá trị lại)

2/ Phương pháp phân tích hồi quy (LR): Mơ hình tính tốn: Yij = gi + biEj + di2 Trong đó:

Yij giá trị kiểu gen i môi trường j; gi giá trị kiểu gen i tạo ra;

bi hệ số hồi quy kiểu gen i với số môi trường; Ej số môi trường;

Ngồi ra, người ta cịn sử dụng phương pháp phân tích FANOVA (cịn gọi phân tích AMMI – Additive Main and Multiplicative Interaction):

Mơ hình tính tốn: Yge =  ± g + e +  n gnen + ge Trong đó:

Yge giá trị kiểu gen g mơi trường e;

 giá trị trung bình chung;

g giá trị kiểu gen g tạo ra;

e giá trị môi trường e tạo ra;

 n gn en giá trị tương tác kiểu gen mơi trường tạo ra;

ge sai số tạo (giá trị lại) 2.1.3 Mô hình giá trị kiểu hình

Từ phân tích trên, khơng tính đến tương tác gen mơi trường, mơ hình biểu thị giá trị kiểu gen G = m + D + H + I Do tương tác không allen phức tạp, thường không lớn, nhiều người cho không quan trọng nên G = m+ D + H vậy:

P = m + D + H + E (2-3)

2.2 Cấu thành di truyền giá trị trung bình hệ

2.2.1 Ước lượng thành phần giá trị trung bình hệ theo mơ hình cộng - trội

Với cặp allen, giá trị hệ không phân ly sau:

P = m + d , P2 = m – d , F1 = m + h Giaù trị trung bình hệ F2 :

2 F =

4

(m + d) +

(m +h) +

(m – d) = m +

h Giá trị trung bình hệ F3 :

3 F =

8

(m +d) +

(m + h) +

(m – d) = m +

r

F = m + 1

1



r h

Giá trị trung bình hệ hồi quy lần thứ nhất: B1 = m +

2 d + h B2 = m -

2 d + h

Với nhiều cặp allen: Ta xác hiệu ứng gen mà xác định hiệu ứng trung bình gen, d thay giá trị bình quân hiệu ứng cộng [d], h [h], đó:

P1 = m + [d] , P2 = m - [d] , F1 = m + [h]

F = m +

[h] , F3 = m +

[h], Fr = m + 1

1



r [h]

1

B = m +

[d] +

[h] , B2 = m - [d] + [h] Mơ hình tốn học gọi mơ hình cộng – trội Để kiểm định mơ hình phải dựa vào việc phân tích giá trị trung bình hệ Có thể sử dụng phép thử Scaling test với phép thử A, B, C, D phép thử liên hợp Cavalli (1952) 2.2.2 Ước lượng thành phần giá trị trung bình hệ

theo mô hình tương tác không allen

Sự tồn tương tác không allen làm cho mơ hình cộng – trội với tham số m, [d], [h] khơng tương hợp Điều phát qua kiểm định Scaling test qua phép thử liên hợp phép thử 2

Mơ hình tương tác khơng allen có thành phần m, [d], [h], [i], [j], [l] giá trị trung bình hệ viết dạng: G = m + x[d] + y[h] + x2 [i] + xy [j] + y2 [l]

trong x tần số allen P1 trừ tần số allen P2, y tần số dị hợp tử

2.2.3 Tương tác ba gen nhiều gen

Tương tác ba gen nhiều gen nguyên nhân thường gặp làm cho mơ hình tương tác hai gen khơng khớp với trung bình hệ Việc xác định chúng khơng địi hỏi quy tắc Trung bình lý thuyết hệ vừa có tương tác hai gen vừa có tương tác ba gen có dạng:

G = m + x[d] + y[h] + x2 [iab] + xy [jab] + y2 [lab] + x3 [iabc] + x2y[jab/c] + xy 2[ja/bc] + y3[labc]

Mơ hình tương tác gen gồm 10 thành phần Để xác định chúng, hệ P1, P2, F1, F2, B1, B2 bổ sung hệ, ví dụ B11, B12, B21, B22, F3

2.2.4 Hiệu đường mẹ

Khi P1 × P2 khác P2 × P1 cách chắn phải nghiên cứu hiệu mẹ Nếu hiệu mẹ P1 ký hiệu dm (theo Mather K Jink J.L.,1971) hiệu mẹ P2 – dm , trường hợp không tồn tương tác khơng allen trung bình giá trị kiểu hình P1 , P2 F1 là:

1

P = m + [d] + [dm]; P2= m - [d] - [dm];

1

F = m + [h] + [dm] (Mẹ P1); RF1= m + [h] - [dm] (Mẹ P2)

2.3 Cấu thành di truyền phương sai hệ

2.3.1 Phương sai hệ không phân ly

P1 , P2 F1 hệ không phân ly, tức cá thể có kiểu gen giống Do phương sai kiểu gen VG = nên phương sai kiểu hình phản ánh tác động yếu tố mơi trường, VP1, VP2, VF1 coi VE Mặc dù trồng điều kiện thông thường VP1, VP2, VF1 không nhau, nên người ta thường xác định phương sai môi trường công thức:

4 /

2

1 F P

P

E V V V

V   

Cũng tính theo cơng thức S N.Warner(1952):

 /3

2

1 F P

P

E V V V

hoặc: VE =3 VP1VP2VF1

2.3.2 Phương sai hệ phân ly

Bảng 2.1: Thành phần phương sai hiệp phương sai một số hệ với tự thụ phấn

Phương sai F2 V1F2=

2

D +

H + Ew Phương sai giá trị

trung bình hệ F3 1F3

V =

D + 16

1

H + Eb +

n

3

2F V Trung bình phương sai hệ

F3 2F3

V =

4

D +

H + Ew Hiệp phương sai cá thể

F2 quần thể F3 1F23

W =

2 D + H Phương sai giá trị

trung bình heä F4 1F4

V =

D + 64

1 H +

n

 V1F4

Phương sai giá trị trung bình hệ Fr Fr

V1 =

2

D +  r 1

1

 H +n

1  V2Fr Hiệp phương sai trung

bình F3 quần thể F4 1F34

W =

2 D + 32 H Hiệp phương sai trung

bình F(r-1) quần thể Fr F(r )

W

1  =

2

D + 2r 3

1

 H

Trung bình phương sai hệ F4

4

2F V =

2

D + 32

1

H + Eb +

n

4

3F V Trung bình hiệp phương sai quần thể F3 quần thể F4

34

2F

W =

4 D + 16 H Trung bình phương sai hệ

F4 2F3

V =

8

D + 16

1

H + Ew Phương sai tập đoàn hỗn hệ

F3 F3

V =

D + 16

3

H + E1 Phương sai tập đoàn hỗn hệ

Fr VFr = r

1 r 2   

D + r 1 r   

H + E1 Tổng phương sai hoài giao

lần đầu VB11 + VB2 =

D +

2.4 Ước lượng số lượng gen kiểm soát tính trạng

Ước lượng số lượng gen kiểm sốt tính trạng có nhiều ý nghĩa nghiên cứu di truyền thiết thực phục vụ cho công tác chọn giống Tính trạng nhiều gen kiểm sốt kiểu di truyền phức tạp Chỉ cần có thay đổi một vài gen ảnh hưởng đến hàng loạt mối quan hệ liên quan đến biểu tính trạng tác động đến mối quan hệ (nếu có) tính trạng khác Dưới tác động yếu tố môi trường biểu tính trạng thay đổi mức độ khác

Trong chọn giống, số gen kiểm sốt tính trạng liên quan đến phương pháp thời gian chọn lọc, đặc biệt quần thể nhân tạo quần thể lai, quần thể đột biến, đa bội, … Có nhiều phương pháp để ước lượng số lượng gen cho kiểu lai khác

Serebrovski A.S., 1970 đề xuất cơng thức tính số lượng gen lai đơn trường hợp : i) Bố mẹ dòng ; ii) Các gen tác động đến việc hình thành độ lớn tính trạng; iii) Tất allen trội (làm tăng giá trị tính trạng) nằm bố (mẹ), bố mẹ lại chứa tồn allen lặn (làm giảm giá trị tính trạng); iv) Các gen khơng liên kết với (tức chúng phân ly độc lập); v) Tất giao tử hợp tử có sức sống Một điều kiện không thỏa mãn làm giảm số lượng gen k Trong cặp lai đơn P1 với P2 (P1 > P2), cơng thức tính tốn sau:

1/ F1 biểu trung gian bố mẹ:

      2 2 P P

1 2

G F G F

x x D

k

8 8



   

2/ F1 biểu hiệu ứng trội:

      

 

 

1 2 2

2

2

2

P P P P F P F P

2 G F 2 i G F

3 x x 4 x x x x 4 x x k

16 3D 4DD 4D

16            

 B F1 2 P P 3D k 16     Trong đó: 2G phương sai kiểu gen;

B P

 phương sai kiểu hình quần thể hồi giao F1 với bố mẹ có giá trị thấp (ở P2);

F1 P

 phương sai kiểu hình F1

Trong lai diallen, Hayman B I.,1958 ước lượng thành phần biến dị di truyền đưa cơng thức tính số lượng gen (nhóm gen) kiểm sốt tính trạng sau:

2 h k H  Trong đó: h2 =

2 j jj X x n n            

  - 4(n – 1)E/n2 H2 = 4V1L1– 4V0L1– 2E

3 KHẢ NĂNG DI TRUYỀN

Biến dị kiểu hình tính trạng quần thể (VP) bao gồm biến dị nhân tố di truyền (VG) gây (từ tất hiệu gen) biến dị ảnh hưởng điều kiện môi trường (VE ) Như vậy:

P G E

V V V

Thuật ngữ khả di truyền dùng để phần biến dị tính trạng yếu tố di truyền gây (biến dị kiểu gen) tổng số biến dị (biến dị kiểu hình) Khả di truyền thông tin cho biết cấu trúc quần thể giá trị chọn lọc Khả di truyền xác định hệ số di truyền nghĩa rộng hệ số di truyền nghĩa hẹp chúng có giá trị từ đến (hoặc từ đến 100%)

Hệ số di truyền nghĩa rộng mối quan hệ phần biến dị khác biệt kiểu gen gây biến dị kiểu hình, ký hiệu H2

Ở quần thể lai quần thể giao phấn, cấu trúc quần thể biến đổi phân ly tái tổ hợp gen Ở quần thể phương sai kiểu gen bao gồm thành phần hiệu ứng cộng, hiệu ứng trội tồn hiệu ứng không allen Hiệu ứng trội hiệu ứng khơng allen (nếu có) dần qua hệ, cuối khác biệt di truyền lại phương sai hiệu ứng cộng Hệ số di truyền nghĩa hẹp mối quan hệ phần biến dị di truyền hiệu ứng cộng gen trong biến dị kiểu hình, ký hiệu h2

2 D

P V h

V 

Trong VD phương sai hiệu ứng cộng tính gen Hệ số di truyền nghĩa rộng nghĩa hẹp có ý nghĩa chọn giống Hệ số di truyền không biểu thị mức độ di truyền tính trạng bố mẹ cho hệ sau Hệ số di truyền khả để chọn cá thể hay quần thể theo mục tiêu nhà chọn giống vào mức độ khác biệt kiểu gen điều kiện canh tác cụ thể Hệ số di truyền cho thấy khả cải biến quần thể Các tính trạng khác nhau, hệ số di truyền khác Hệ số di truyền cao (từ 0,8 trở lên) hiệu chọn giống cao, ngược lại, hệ số di truyền thấp (nhỏ 0,4) chọn lọc theo tính trạng hiệu Hệ số di truyền cịn cơng cụ với vi sai chọn lọc cho phép dự đoán hiệu chọn lọc theo tính trạng

Hệ số di truyền thành phần phương sai phụ thuộc vào quần thể môi trường nghiên cứu Cùng quần thể nghiên cứu môi trường khác nhau, môi trường thay đổi quần thể nghiên cứu, hệ số di truyền khác Vì hệ số di truyền sử dụng có giá trị điều kiện cụ thể

Để xác định hệ số di truyền nghĩa rộng dựa vào biến động hệ không phân ly, dựa vào phép phân tích phương sai, cịn để xác định hệ số di truyền nghĩa hẹp dựa vào hồi giao lần đầu (B1, B2) F2 hệ số hồi quy hệ Sau số công thức xác định hệ số di truyền:

1/ Hệ số di truyền nghóa rộng

 2

2

G F F E

2

F F

V V V

H

V V



 

Trong đó: VF2 phương sai kiểu hình F2 ; VE phương sai môi trường gây ra, VE = (VP1 + 2VF1 + VP2)/4

- Dựa vào phép phân tích phương sai

 

2 2 2 V ) 1 r ( V V V V r / ) V V ( r / ) V V ( H        

Trong đó: V1 phương sai kiểu gen ; V2 phương sai ngẫu nhiên (sai số) ; r số lần lặp lại

2/ Hệ số di truyền nghóa hẹp

- Dựa vào hồi giao lần đầu (B1, B2) F2

 2

2

1F B B

2 D

P 1F 1F

1

D 2V V V

V 2

h

V V V

 

  

Trong : VD phương sai kiểu gen cộng tính; V1F2 phương sai kiểu hình F2 (VP); VB1 phương sai kiểu hình quần thể hồi giao B1; VB2 phương sai kiểu hình quần thể hồi giao B2

- Dựa vào hệ số hồi quy hệ:  r r

r

1 F / F

y / x

1F W b h V    

Trong :   r r F / F W

 hiệp phương sai hệ r với r-1

V1Fr-1 laø phương sai hệ r-1

- Dựa vào quần thể hệ phân ly (như F3 F4) hệ không phân ly:

Theo bảng 2.1, phương sai tập đoàn hỗn hệ Fr là:

VFr = 1 2    r r

D + 1    r r

H + E1

Với hệ F3, F4 :VF3 =

D + 16

3

H + E1 ; VF4 =

8

D + 64

7

Nếu hệ P1, P2, F1, F3, F4 trồng vụ xem phương sai hệ khơng phân ly phương sai môi trường

Ta coù: D =

21

(48VF4– 28VF3– E1 - E1Ù)

trong E1 =

VP1 +

4

VF1 +

VP2 vaø E1Ù= 16

7

VP1 +

8

VF1 +

16

VP2

Hệ số di truyền nghóa hẹp F3 laø = F V D ,

Hệ số di truyền nghóa hẹp F4 = F V D

Hình 2-2: Ý nghóa hệ số di truyền h2 choïn loïc (theo J Rod, 1982)

Quần thể ban đầu với giá trị TB = x

Quần thể cá thể chọn với giá trị TB = x0

Quần thể sau chọn lọc với giá trị TB = x1 x0 ; HSDT h2= Quần thể sau chọn lọc với

2

x x x ; HSDT h2=0,75 Quần thể sau chọn lọc với x x3 x2 ; HSDT h2=0,50

Quần thể sau chọn lọc với

x x x ; HSDT h2=0,25

Quần thể sau chọn lọc với

x x ; HSDT h2=0,00

4 TƯƠNG QUAN DI TRUYỀN VÀ CHỈ SỐ CHỌN LỌC 4.1 Tương quan tương quan di truyền

Giữa tính trạng trồng tồn mối quan hệ qua lại mức độ khác Do vậy, chọn lọc tính trạng chắn ảnh hưởng đến hiệu di truyền tính trạng khác Do ảnh hưởng mơi trường nên nhiều trường hợp tương quan kiểu hình mà theo dõi không phản ánh quan hệ kiểu gen Vì cần thiết phải nghiên cứu mối tương quan di truyền Hệ số tương quan di truyền tính trạng tính theo cơng thức:

2 g g

12 g 12

g

Cov r

  

trong Covg12 hiệp phương sai kiểu gen tính trạng,

ĩg12 ĩg22 phương sai kiểu gen tương ứng với tính trạng Tương tự hệ số tương quan môi trường gây là:

2 e e

12 e 12

e

Cov r

  

Sử dụng tương quan di truyền công tác chọn giống cho thấy từ việc chọn lựa tính trạng ảnh hưởng đến hiệu di truyền tính trạng khác Như vậy, tham số quan trọng di truyền tính trạng số lượng Ví dụ như, số tính trạng có hệ số di truyền thấp, chẳng hạn suất, chọn lọc trực tiếp có hiệu thấp Giả sử có số tính trạng có tương quan (di truyền) chặt chẽ với tính trạng này, có hệ số di truyền cao, thay chọn lọc theo tính trạng ta lại chọn lọc theo tính trạng lại nhận kết tốt

Về quan hệ tương quan kiểu hình, tương quan kiểu gen tương quan mơi trường, ta xác định riêng biệt hệ số tương quan nhờ việc bố trí thí nghiệm sử dụng toán thống kê Tương tự, ta tính tốn phương sai kiểu hình với tính trạng phân tích thành phần hiệp phương sai kiểu hình

Nếu dùng óp12 óp22 biểu thị phương sai kiểu hình tính trạng 2, thì:

ĩp12 = ĩg12 + ĩe12 , ĩp22 = ĩg22 + ĩe22 Từ đó, hệ số tương quan kiểu hình:

2 p p 12 p 12 p Cov r    = 2 p p 12 e 12 g Cov Cov    2 e e 2 p p 12 e 2 e e 2 g g 12 g 2 p p 2 g

g Cov Cov

               2 p g h  

 vaø 2

2 p 2 g 2 h  

 , hệ số tương quan kiểu hình:

rp12 = 22 h

h rg12 + (1 h )(1 h22)

1 

 re12

Từ thấy, tương quan kiểu hình, tương quan kiểu gen tương quan ngoại cảnh quan hệ hợp sai đơn giản Trong tương quan kiểu hình, tương quan kiểu gen chiếm vị trí lớn với vai trò quan trọng hệ số di truyền Nếu tính trạng có hệ số di truyền cao tương quan kiểu hình chủ yếu chịu ảnh hưởng tương quan di truyền Ngoài ra, từ phép phân tích cịn cho thấy độ lớn phương sai kiểu hình độ lớn phương sai kiểu gen khơng liên hệ trực tiếp, chí biết hệ số tương quan kiểu hình rp12 lớn hệ số tương quan kiểu gen rg12 lại nhỏ, có rp12 rg12 trái ngược dấu

4.2 Chỉ số chọn lọc

Đối với số tiêu tổng hợp, ví dụ suất, giá trị kinh tế giống Giá trị tiêu tạo nhiều yếu tố riêng biệt Giả sử nghiên cứu tiêu tổng hợp có giá trị kiểu gen Y tạo nên giá trị kiểu hình xi (i = 1, 2, … , n) nhiều tính trạng có quan hệ tuyến tính sau:

dõi giá trị tính trạng liên quan, từ tính giá trị bi (i = 1, 2, …n) tính giá trị:

b1 x1 + b2 x2 + … + bn xn

Từ tính giá trị kiểu gen Y Căn vào độ lớn giá trị mà tiến hành chọn lọc Vì Y biểu thị tiêu tổng hợp gọi số chọn lọc

Để xác định hệ số b1 , b2 , … bn giải từ hệ phương trình sau:

P11 b1 + P12 b2 + … + P1n bn = g1y

P21 b1 + P22 b2 + … + P2n bn = g2y (2-5)

………

Pn1 b1 + Pn2 b2 + … + Pnn bn = gny

Trong Pii (như P11, P22, vv…) phương sai kiểu hình tính trạng i (như tính trạng 1, 2, vv.), Pij (i ≠ j) hiệp phương sai kiểu hình tính trạng i j (hiển nhiên Pij = Pji), giy hiệp phương sai kiểu gen tính trạng i tính trạng tổng hợp Y đối tượng tuyển chọn Nếu vế phải cơng thức (2-4) bao hàm tính trạng tổng hợp tuyển chọn, Pin (i = 1, 2, … , n – 1) phương trình (2-5) hiệp phương sai kiểu hình tính trạng i (i = 1, 2, … , n – 1) với hiệp phương sai kiểu hình tính trạng Pnn phương sai kiểu hình tính trạng tổng hợp

Do đó, qua bố trí thực nghiệm thích hợp, từ giá trị quan sát kiểu hình tính trạng (bao gồm tính trạng tổng hợp tuyển chọn), tính Pij gij Từ việc giải phương trình (2-5) ta giá trị bi (i = 1, 2, … , n) thay vào (2-4) có phương trình quan hệ số chọn lọc Y

5 KHẢ NĂNG PHỐI HỢP

5.1 Khái niệm khả phối hợp

Một phương pháp xác định giá trị thành phần di truyền cấu thành độ lớn tính trạng dựa vào việc đánh giá khả phối hợp theo tính trạng nghiên cứu

Bảng 2.2: Khối lượng 100 hạt số cặp lai F1 (g)

♀

♂ E F G H Trung bình g.c.a

A 11,9 12,0 11,4 11,5 11,7 0,2

B 11,3 11,8 11,2 10,9 11,3 - 0,2

C 11,5 11,6 11,0 11,1 11,3 - 0,2

D 11,7 12,2 11,6 11,3 11,7 0,2

T.bình 11,6 11,9 11,3 11,2 11,5 g.c.a 0,1 0,4 - 0,2 - 0,3

Trong bảng 2.2, có giống bố A, B, C, D lai với giống mẹ E, F, G, F tạo thành 16 cặp lai với khối lượng hạt khác Trung bình 16 tổ hợp 11,5 Trung bình cặp lai F1 có bố A 11,7 tương tự ta tính trung bình cặp lai có bố B, C D tương ứng 11,3, 11,3 11,7 trung bình cặp lai F1 có giống E, F, G H làm bố tương ứng 11,6, 11,9, 11,3 11,2 Nếu khơng tính đến sai số giá trị chênh lệch trung bình F1 theo bố mẹ so với trung bình chung khác giống gây ra, gọi khả phối hợp chung, viết tắt đầy đủ theo tiếng Anh G.C.A, hay g.c.a (General combining ability), ký hiệu chữ g Giá trị g.c.a với bố A 11,7 – 11,5 = 0,2 cho giống khác ghi bảng 2.2

Như vậy, khả phối hợp chung dòng (hoặc giống) là hiệu ứng cộng tính gen dịng (hoặc giống) đó, biểu thị phần đóng góp vào giá trị ưu lai trung bình tồn bộ tổ hợp mà tham gia, tính hiệu số giá trị trung bình tồn tổ hợp lai có so với trung bình chung của quần thể lai nghiên cứu

Căn vào giá trị trung bình chung khả phối hợp chung giống ta tính giá trị F1 theo hiệu ứng cộng là: xF1= trung bình chung + gbố +gmẹ Ví dụ, xA = 11,5 + 0,2 + 0,1

ï

Như vậy, khả phối hợp riêng dòng i với dòng j tổ hợp lai i  j hiệu ứng phi cộng tính gen F1 (tính trội có tương tác gen), biểu thị phần đóng góp

vào giá trị ưu lai tổ hợp này, tính giá trị chênh lệch F1 với trung bình chung sau trừ giá trị

khả phối hợp chung hai bố mẹ

Do khả phối hợp chung hình thành hiệu ứng cộng tính gen nên khơng đời sau, cịn khả phối hợp riêng hình thành hiệu ứng phi cộng tính (trội tương tác khơng allen) nên dần đời sau

Trong chọn giống đường hữu tính, sử dụng tổ hợp lai với giống có khả phối hợp chung cao biến động khả phối hợp riêng thấp có ý nghĩa việc chọn lọc đời sau nhằm tạo giống mới, sử dụng tổ hợp lai với giống vừa có khả phối hợp chung cao vừa có biến động khả phối hợp riêng cao có ý nghĩa việc tạo tổ hợp có ưu lai cao

Giá trị khả phối hợp chung khả phối hợp riêng thay đổi phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh nên phải tiến hành nghiên cứu nhiều năm Khả phối hợp chung trì qua hệ nên có ý nghĩa việc lai tạo, chọn lọc giống mới, khả phối hợp riêng dần hệ sau nên có ý nghĩa việc tạo giống lai F1

5.2 Mơ hình tốn học khả phối hợp

Mơ hình biểu thị giá trị thành phần tạo nên độ lớn tính trạng tổ hợp lai F1 (xij) sau:

xij = m + gi + gj + sij (2-6) Trong đó, gi gj giá trị khả phối hợp chung (hiệu ứng cộng) giống i j, sij giá trị khả phối hợp riêng (hiệu ứng phi cộng tính) giống i giống j tổ hợp lai, m giá trị bình quân quần thể lai

Nếu tổ hợp lai bố trí số lần lặp lại để tính tốn sai số giá trị cá thể l (xijkl ) cấu thành từ:

Trong đó, xijkl số liệu quan sát cá thể l lần lặp lại k tổ hợp lai giống i j; m hiệu ứng bình quân quần thể lai; vij hiệu ứng kiểu gen tổ hợp lai giống i j; bk hiệu ứng lần lặp lại k; (bv)ijk hiệu ứng tác dụng tương hỗ hiệu ứng kiểu gen tổ hợp giống i j với lần lặp lại k; eijkl hiệu ứng môi trường với cá thể l (nằm sai số ngẫu nhiên); gi , gj , sij nói (2-6)

Nếu tổ hợp lai tồn hiệu thuận nghịch thành phần cấu thành giá trị tính trạng cịn có hiệu ứng này, tức (2-8) có thêm số hạng hiệu ứng thuận nghịch rij

Các thành phần mơ hình (2-7) (2-8) có ràng buộc sau:

i i

g 0

 , ij ji

i j

s  s 0

  ,rij = - rji, k

k

b 0

 ,    

ij ijk k ijk

bv  bv 0

 

Người ta thường xác định khả phối hợp theo phương pháp lai đỉnh (topcross), luân giao (diallel-cross) luân giao phần (partial diallel-cross)

Lai đỉnh, Devis đề xuất năm 1927, Jenkins Bruce phát triển năm 1932, phương pháp lai hai giống mà giống lai với giống (khơng có lai nghịch) Lai đỉnh sử dụng để xác định khả phối hợp chung khả phối hợp riêng dòng/giống, phục vụ cho việc chọn giống ưu lai Khi cần đánh giá nhanh khả phối hợp chung loạt giống để chọn bố mẹ cho chương trình tạo giống chủng, ta cần lai chúng với vài ba giống ổn định khả phối hợp chung dùng làm mẫu thử Lúc đó, kiểu lai gọi lai thử (line  tester)

Với lai diallen, Griffing B.I (1956) đưa phương pháp lai từ n dịng bố mẹ với cách tính toán khác nhau:

- Phương pháp I: Số kiểu gen tham gia n2, gồm đầy đủ cặp lai thuận, nghịch dịng bố mẹ;

- Phương pháp II: Số kiểu gen tham gia n(n 1)

 , goàm

- Phương pháp III: Số kiểu gen tham gia n (n – 1), gồm tất cặp lai thuận nghịch;

- Phương pháp IV: Chỉ nghiên cứu n(n 1)



con lai thuận Trong phân tích số liệu thí nghiệm theo phương pháp lai trên, ông sử dụng mơ hình tính tốn Eisenhart giới thiệu (1947) Mơ hình I (mơ hình cố định) nghiên cứu tập hợp cá thể xem tổng thể, mơ hình II (mơ hình ngẫu nhiên) nghiên cứu mẫu rút từ tổng thể mà giá trị mẫu tính từ tập hợp cá thể mẫu

Phép phân tích Griffing thực bước: 1) Phân tích phương sai kiểu gen

2) Phân tích khả phối hợp Bước thực bước xác nhận tồn khác biệt kiểu gen

Các bảng phân tích phương sai kiểu gen theo sơ đồ lai diallen đầy đủ với p2 tổ hợp sau (Bảng 2.3)

Bảng 2.3: Bảng phân tích phương sai nguyên nhân biến dị

Kỳ vọng phương sai Nguồn

biến dị

TBP Độ

tự

Phương

sai Mô hình

cố định (I)

Mô hình ngẫu nhiên (II) Tổng số SS

Kieåu gen

(tổ hợp) Sv a - Vv ĩe

+ bc ơ(v) ó

e2+ cób2+ bc

óv2 Lần lặp Sb b - Vb óe2+ ac ơ(b) ó

e2+ cób2+ ac

ób2 L.lặp 

kiểu gen Sbv (a-1)(b -1) Vbv óe

+ c ơ(bv) óe2+ cób v2 Ngẫu

nhiên Se ab (c -1) Ve óe

2 ó

e2

Trong đó:

  

    

 x C

abc x x

SS

2

2 ;  

C bc X S v

v    ;

C ac X S b

b    ;

Sbv = S- Sb - Sv ; C

c X S  

  (X tổng giá trị c cá thể ô) Se = S – S

ơ mô hình cố định có quan hệ sau: ơ(v)= 

 j v a

1 ; ô

(v)=   k b b

; ô(bv)=

 

 i ik

2 ijk ) bv ( ) b )( a (

Và phân tích phương sai khả phối hợp (bảng 2.4) Bảng 2.4: Bảng phân tích phương sai khả phối hợp

Kỳ vọng phương sai Nguồn biến dị T BP Độ tự PS

Mô hình I Mô hình II KNPH

chung Sg p -1 Vg    

2 i e g p p

2 e2 s2 2p g2 p ) p (       KNPH

rieâng Ss  

p p 1 2



Vs     

i j ij e s ) p ( p 2 s 2 e p ) p p (     

HQ TN Sr  

p p



Vr     i j

2 ij e r ) p ( p 2 ó

e2+ 2ór2 MH I

ab(c-1)

V =

Ve /bc óe

2

Ngẫu

nhiên Se MH II:

(a–1)(b–1)

Vbv =

Vbv /bc

óe2

Trong đó:  

2 i

j i

g X

p X X p

S    

   

i 2 j i i j ji ij ij

s X

p X X p x x x

 2 j

i

ji ij

r x x

2

S 

 



Với lai partial diallen Kempthorne Curnow (1961) đề xuất, số cặp lai

2 ps

, p số giống nghiên cứu, s số nguyên tự chọn (s < p – 1, p s không lẻ chẵn)

Chýõng

TµI NGUY£N DI TRUN THùC VËT

 NGUỒN GEN THỰC VẬT VAØ CÁC TRUNG TÂM PHÁT SINH CÂY TRỒNG

 MỘT SỐ LÝ LUẬN VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT

 PHÂN LOẠI NGUỒN GEN THỰC VẬT

 THU THẬP, NHẬP NỘI VÀ BẢO QUẢN NGUỒN GEN

 NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG NGUỒN GEN

1 NGUỒN GEN THỰC VẬT VAØ CÁC TRUNG TÂM PHÁT SINH CÂY TRỒNG

1.1 Nguồn gen thực vật

Tài nguyên di truyền thực vật tồn đặc tính, tính trạng di truyền nằm dạng hoang dại, trồng gen bảo quản đặc biệt có tồn cầu Ở lồi có có nguồn gen, coi ngân hàng gen hay tập đồn quỹ gen lồi Tập đồn đa dạng nguồn tài nguyên di truyền lớn Nguồn tài nguyên di truyền thực vật góp phần quan trọng vào q trình tiến hóa trồng chọn lọc tự nhiên Hơn nữa, tập đoàn quỹ gen cung cấp số lượng lớn nguồn biến dị cho chọn giống nhằm cải biến trồng chọn lọc nhân tạo Trong nguồn tài ngun di truyền, có gen hơm chưa sử dụng gen quý cho ngày mai

các nhà thực vật học người Anh, Pháp, Tây Ban Nha Hà Lan tìm số dùng để khai thác chuối, cà phê, cao su, mía, bơng, quế, gia vị cảnh Dù vậy, trước Charles Darwin (1859) công bố học thuyết tiến hóa, De Candolle (1882) nghiên cứu nguồn gốc phân bố thực vật, Vavilov N.I (1920) đưa học thuyết trung tâm phát sinh trồng, nhân loại chưa quan tâm nhiều đến việc thu thập bảo tồn thực vật (Chang, 1985)

Vào năm 1950s, Ủy ban lúa gạo Quốc tế (IRC) FAO thành lập trung tâm bảo quản cấp vùng cho dòng (chi) lúa sinh thái: lúa Indica lưu giữ Viện Nghiên cứu lúa gạo quốc gia Cuttack, Aán Độ; Lúa Javanica lưu giữ Trung tân Nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Bogor, Indonesia lúa Japonica được lưu giữ Viện Tài nguyên nông sinh học (NIAR) Hiratsuka, Nhật Bản Số lượng giống lúa lúc 1.344 giống Từ 1962 Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) Los Banos (Philippines) bắt đầu chương trình thu thập, bảo tồn đánh giá giống lúa cổ truyền lúa dại đến có 115.000 mẫu giống lúa Cùng với lúa nhiều loại giống trồng thu thập, bảo quản đánh giá (Trần Văn Đạt, 2005)

Tuy nhiên, việc sử dụng dòng tự thụ phấn giống lai nhiều vùng đất rộng lớn việc đại hóa nghề trồng trọt làm dần giống địa phương truyền thống giống quần thể thụ phấn tự do-một nguồn dự trữ đáng kể biến dị Sự trồng trọt trồng cỏ làm dần lồi hoang dại Các lồi hoang dại có quan hệ huyết thống với lồi trồng bị giảm xâm nhập cỏ tự nhiên việc trồng giống cải tiến Sự mát cách đáng kể nguồn biến dị trồng dại gọi “sự xói mịn di truyền” Nhiều nước giới coi trọng đề án chống “sự xói mịn di truyền” Viện Tài ngun di truyền thực vật Quốc tế (International Plant Genetic Resources Institute, IPGRI) có trụ sở Rome nước Ý điều phối viên để quản lý lưu giữ nguồn gen thực vật giới

truyền thực vật FAO tổ chức Leipzig (Đức) phê chuẩn ngày 23/06/1996, tháng 11/2001, Hội nghị FAO tổ chức Rome phê chuẩn “Hiệp ước Quốc tế nguồn Di truyền thực vật cho lương thực thực phẩm” nhằm bảo tồn, sử dụng, trao đổi, buôn bán hạt giống giống, khuyến khích đa dạng sinh học phát triển bền vững Hiệp ước có hiệu lực từ năm 2003 có đủ 40 quốc gia phê chuẩn chấp nhận

Hiện nay, số sở lưu giữ nguồn gen đặc thù giới :

1 Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế lưu giữ khoảng 487.000 mẫu giống, có 400.000 mẫu lúa mì, 40.000 mẫu lúa nước, 27.000 mẫu ngơ khoảng 20.000 mẫu giống khoai tây

2 Viện Thực vật Saint Peterburgh, Liên bang Nga (VIR) lưu giữ 300.000 mẫu giống trồng;

3 Vườn thực vật Hoàng gia Kew, Anh lưu giữ 45.000 mẫu giống;

4 Tập đoàn quỹ gen lấy hạt Beltsville, Mỹ; Viện Cây trồng Bắc Kinh, Trung Quốc;

6 Trung tâm Tài nguyên di truyền Quốc gia New Delhi, Aán Độ;

7 Viện Di truyền thực vật Đức;

8 Viện Tài nguyên nông-sinh học Quốc gia Nhật Bản; Trung tâm Nghiên cứu Rau Đài Loan;

10 Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) Los Banos (Phi lippines) có 115.000 mẫu giống lúa

11 Tập đoàn quốc tế số loại trồng:

- Mía: Canal point, Florida (USA), Viện chọn giống mía (Coimbatore) giữ 2.800 mẫu giống;

- Laïc : Bambey, Senegan (Châu Phi);

- Khoai tây: Cambridge (Anh) Wisconsion (USA); - Bông vải: Tashken (Uzbekistan);

12 Nhiều viện Quốc tế khác có tập đoàn nhiều loại trồng khác

Ngoài Ban tài nguyên di truyền Quốc tế xác định số nơi bảo quản quỹ gen dạng nguyên trạng (in situ) Meghalaya với Citrus (cam, chanh), … với việc bảo quản phòng lạnh (ex situ)

1.2 Các Trung tâm phát sinh trồng

Học thuyết trung tâm phát sinh trồng N.I.Vavilov (1887-1943) nhà di truyền học, nhà thực vật học, nhà địa lý học người Nga xây dựng công bố 1920 Theo Vavilov, Trung tâm phát sinh trồng nơi tập trung đầy đủ gen chi (genus) lồi (species), xảy q trình hình thành lồi mạnh tập hợp tất gen lặên gen trội Ở trung tâm phát sinh tính trạng trội biểu kiểu hình chiếm ưu cịn ngồi trung tâm phát sinh bắt gặp kiểu gen khác nhau, tính trạng lặn phát

Có 12 trung tâm phát sinh trồng phát hiện, có trung tâm Vavilov phát trung tâm P.M Jukovski phát thêm

1/ Trung tâm Trung Quốc-Ấn Độ: Có hầu hết loài trồng quan trọng (hơn 140 loài, gồm: lúa nước (nơi phát sinh), đậu tương, kê, loại cải (cải bắp, su hào, súp lơ, cải bẹ, cải củ …), bắp nếp, loài cam, quýt, chanh, bưởi, loài táo, nơi phát sinh đậu phộng, mè, thuốc phiện, sâm, cao lương, kiều mạch, yến mạch, quê hương chè, đay, gai, cải dầu,…

2/ Trung tâm Đông Dương – Indonesia: Là trung tâm phát sinh lúa nước, quê hương chuối, xoài, dừa, măng cụt, sầu riêng, mít, mẵng cầu…

3/ Trung tâm Australia (Jukovski phát hiện): Là trung tâm phát sinh bơng hải đảo, có 500/605 lồi khuynh diệp nhiệt đới, 21 loài thuốc lá, 3/19 loài chi Oriza

5/ Trung tâm Trung Á (Afghanistan, Uzbekistan, Tadzikistan, Thiên Tân TQ): Trung tâm phát sinh lúa mì mềm (Triticum aestivum L.), đậu Hà Lan, đậu ngựa, đậu mỏ két, đậu liên lý, cà rốt, củ cải đỏ, hành tây, dưa bở, táo lê, anh đào, nho…

6/ Trung tâm Cận Đông (Các tiểu Vương quốc Ả rập thống nhất, Iran, Iraq, Kapkaz): Là trung tâm phát sinh lúa mì, mạch đen, đại mạch, cỏ linh lăng, cỏ lá, loài dưa, táo, nho…

7/ Trung tâm Địa Trung Hải: Là trung tâm phát sinh lúa mì cứng (Triticum durum L.), củ cải đường, bắp cải, trung tâm thứ nho, táo, cà rốt, đậu Hà lan, đậu côve…

8/ Trung tâm Đông Phi (Jukovski phát hiện): Nơi phát sinh đại mạch (Etiopia), lanh đặc sắc, loại đậu xanh, đậu triều, đậu phộng, quê hương cà phê, cao lương (lúa miến), thầu dầu, lúa nước châu Phi, cỏ G.herbaceum L…

9/ Trung tâm Châu Âu Xibia (Jukovski phát hiện): Trung tâm phát sinh I II củ cải đường, trung tâm gen I cỏ lá, số loài cỏ linh lăng, nho Amua, dâu tây, táo dại, trung thứ II hướng dương, trung tâm I lanh…

10/ Trung tâm Trung Mỹ (Mexico, Goatemala, Hondurat Panama): Là trung tâm phát sinh bắp, loại bầu bí, khoai tây dại, quê hương cacao, nguồn gốc luồi G.hirsutum L…

11/ Trung tâm Nam Mỹ: Là trung tâm phát sinh hải đảo G.barbadense-pepuvianum, quê hương khoai tây, cà chua, hướng dương, bầu bí…

12/ Trung tâm Bắc Mỹ (Jukovski phát hiện): Nơi phát sinh 50 loài hướng dương thân thảo, khoai tây thuốc dại, 40 lồi lupin dại, lồi bơng dại…

1.3 Công tác xây dựng quỹ gen thực vật Việt Nam

rất phong phú: có khoảng 1.000 lồi lấy gỗ, 100 lồi có tinh dầu, 90 lồi có sợi, 15 lồi có chất bột, 100 lồi cho tanin, 70 lồi cho nhựa, 1.000 loài thuốc, 100 loài ăn nhiều loài khác

Việt Nam nơi thuận lợi để trồng loài nhập nội Có tới 90% số trồng Tây Nam Trung Quốc, 70% số trồng Nam Ấn Độ trồng tốt Việt Nam

Từ nhận thức đắn vai trò quỹ gen thực vật, ngày 20/10/1982 Nhà nước định thành lập Trung tâm giống trồng Việt – Nga, việc thu thập, bảo tồn nghiên cứu quỹ gen thực vật bắt đầu vào hoạt động nước khu vực Từ 1983 đến thu thập nghiên cứu 54.124 mẫu giống 72 loại trồng, có 47.970 mẫu nhận từ Viện Thực vật Saint Peterburgh, Liên bang Nga mang tên N I Vavilov (VIR) đưa lưu giữ VIR 11.608 mẫu giống Trung tâm tiến hành hàng chục khảo sát, thu thập hàng ngàn mẫu giống loại

Đóng góp vào hoạt động thu thập, lưu giữ nghiên cứu sử dụng nguồn gen thực vật cịn có Viện, Trung tâm nghiên cứu, Trường Đại học Nhiều giống trồng lúa, ngơ, bơng, ca cao, cao su, mía đường, đậu tương, ăn quả, lạc, … nhập nội sử dụng có kết

2 MỘT SỐ LÝ LUẬN VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT

2.1 Lý luận dãy biến dị tương đồng N I Vavilov

Theo luật lồi, chi họ gần (theo nguồn gốc phát sinh) có biểu biến dị tương tự theo đặc tính tính trạng chúng Ví dụ, chi Oriza, tính có râu có tất lồi, tính chín sớm, chín muộn tương tự Mơ hình luật biến dị tương đồng mơ sau:

A1 (a + b + c + …) A2 (a + b + c + …) A3 (a + b + c + …)

Trong đó: A1, A2, A3 biểu thị chi loài gần nhau;

Quy luật phản ánh giống tính biến dị di truyền huyết thống lân cận có ý nghĩa to lớn chọn giống Nó cho phép:

- Căn vào tính biến dị lồi, chi lân cận để đốn trước đặc tính, tính trạng xuất đối tượng chọn giống

- Xác định đa dạng loài trồng hoang dại

- Định hướng nghiên cứu chọn tạo giống, tìm kiếm nguồn gen mong muốn cho mục tiêu tạo giống khác

Bằng việc sử dụng gen lùn đột biếân tự nhiên giống lúa mì Norin 10, hàng loạt giống lúa mì thấp cây, ngắn ngày, suất cao tạo năm 1950 Nguồn gen giống Norin 10 làm nên “cuộc cách mạng xanh” lần thứ nông nghiệp Tin tưởng vào đắn học thuyết dãy biến dị tương đồng, T.T Chang P.R Jenning kiên trì tìm kiếm nguồn gen lùn tương tự lúa nước họ tìm thấy nguồn gen quý báu giống Dee gee woo gen Taichung tạo hàng loạt giống lúa thấp để tạo nên “cuộc cách mạng xanh” lần thứ hai

2.2 Lý luận loại hình sinh thái

N.I.Vavilov cho rằng, phát tán loại hình lồi nhiều điều kiện sinh thái khác mà sinh loại hình sinh thái Loại hình sinh thái phát sinh tương tác kiểu gen mơi trường, loại hình sinh thái có kiểu gen chiếm ưu

2.3 Lý luận biến dị Ch Darwin

những biến dị đa dạng tương ứng Trong trình chọn nguồn gen, tập đoàn thu nhiều vùng sinh thái tốt

2.4 Lý luận giai đoạn phát dục Timiriazev

Theo Timiriazev, loại trồng phải trải qua giai đoạn phát dục bắt buộc liên quan đến yêu cầu ngoại cảnh Khi hoàn thành giai đoạn trước bước vào giai đoạn sau

3 PHÂN LOẠI NGUỒN GEN THỰC VẬT

3.1 Phân loại theo hệï thống phân loại thực vật

Hệ thống Lineaeus (1753) phân loại người kế tục hoàn thiện, gồm:

Giới - Phylum Chi - Genus Ngành - Divosio Loài - Species Lớp - Classis Nhánh - Proles

Bộ - Odines Biến chủng, thứ, giống - Varietas Họ - Familia Dạng - Forma

Tộc - Tribus Cá thể - Individus Ví dụ :

Cây lúa nước:

Giới thực vật có hoa hạt kín Lớp mầm: Monocotyledoneae Phân lớp: Thài lài

Bộ Hòa thảo: Graminalles

Họ Hòa thảo: Graminae (Poaceae) Họ phụ: Pryzoieae (Poideae) Tộc: Oryzae

Chi (Dòng): Oryza

Lồi: Oryza Sativa (lúa trồng châu Á) Oryza glaberrima (lúa trồng châu Phi)

Biến chủng: Var mutica (hạt dài, vỏ trấu vàng rơm, hạt thẳng, gạo trắng, râu)

Dạng: Elongatum (cây cao, lóng dài)

3.2 Phân loại theo số lượng nhiễm sắc thể

Loại trồng n 2n

- Luùa – Oryza sativa 12 24

- Ngoâ – Zea mays 10 20

- Cao lương – Sorghum vulgare 10 20 - Keâ –Setaria italica 18

- Khoai lang –Ipomea batatas 45 90

- Bông cỏ – G herbaceum L 13 26 - Bông luồi – G hirsutum L 26 52 - Khoai tây – Solanum tuberosum 24 48 - Đậu Hà Lan - Pisum sativum 14

- Đậu tương – Glycine max 20 40

- Dừa – Cocos nucifera 16 32

- Vừng – Sesamum indicum 13 26

- Thuốc – Nicotiana tabacum 24 48 Tổ tiên chung

Nam Đông Á Tây châu Phi

Lúa dại đa niên O rufipogon O longistaminata Lúa dại hàng năm O nivara O breviligulata Lúa troàng O sativa Indica O sativa Japonica O glaberrima

Ôn đới Nhiệt đới

Hình 3-1: Sơ đồ tượng trưng cho tiến trình tiến hóa

3.3 Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ

3.4 Phân loại theo phương thức thụ phấn

Đặc điểm cấu tạo hoa định kiểu thụ phấn thực vật Ở số loài cấu tạo hoa thuận lợi cho tự thụ phấn, cịn số lồi khác lại tạo điều kiện cho chúng giao phấn Sơ đồ sau (hình 3-2) đề cập đến cấu tạo hoa

Theo phương thức thụ phấn, người ta thường chia thực vật hai nhóm: nhóm tự thụ phấn nhóm giao phấn Nhóm tự thụ phấn có cấu tạo hoa lưỡng tính, nhị nhụy chín thì, cịn nhóm giao phấn thường có hoa đơn tính lưỡng tính nhị khơng thụ phấn cho nhụy Với

HOA

Lưỡng tính Đơn tính

Đơn tính đồng chu Đơn tính

biệt chu

Đực chín khác

Đực chín

Đực, khác hoa

Đực, hoa

Đực chín trước

Cái chín trước

Hình 3-2:Đặc điểm cấu tạo loại hoa khác Nguồn

gen thực

vaät

Trong nước Tự nhiên

Nhân tạo Nhập nội

- Cây dại

- Giống địa phương

- Tập đồn giống trồng

- Quần thể lai,

một số tự thụ phấn, phân chia tương đối chúng thường bị giao phấn thường xuyên

Phân biệt hai phương thức sau:

Đặc điểm Cây tự thụ phấn Cây giao phấn Cấu tạo

và bố trí hoa

Hoa lưỡng tính, nhị nhụy chín kỳ

Hoa đơn tính, hoa đực hoa hay khác cây, số có hoa lưỡng tính khơng tự thụ phấn Đặc tính

di truyeàn

- Đồng hợp tử

- Tự thụ phấn liên tục khơng bị thối hóa

- Dị hợp tử

- Tự thụ phấn liên tục bị thối hóa

Sau số trồng thuộc hai nhóm 1 Cây tự thụ phấn:

Lúa mì - Triticum aestivum Lúa (gạo)–Oriza sativa (Rice)

Đại mạch –Hordeum vulgare (Barley) Yến mạch –Avena sativa (Oats) Kê - Setaria italica (Foxtail millet)

Cao lương (lúa miến) –Sorgum vulgare (Jorwa) Đậu Hà Lan – Pisum sativum (Pea)

Lạc – Arachis hipogaea (Groundnut) Đậu xanh – Vigna radiata (Mung bean) Đậu nành – Glycine max (Soya bean) Đậu đũa –Vigna sinensis (Cowpea) Đậu ván –Dolichos lablab (Sem)

Đậu ngựa – Vicia faba (Broad bean) Đậu triều – Cajinus cajan (Pigeonpea)

Thuốc – Nicotiana tabacum N rustica (Tabacco) Đậu leo – Lens esculanta (Lentil)

Caø chua – Licopersicon esculentum (Tomato) Xà lách –Lactuca sativa (Lettuce)

Ớt – Capsicum annum (Chillies)

Khoai taây –Solanum tuberosum (Potato) Mô - Punus armeniaca (Apricot)

Cam quýt – Citrus (Citrus) Đào –Prunus persica (Peach Bông vải –Gossypium sp (Cotton) 2 Nhóm giao phấn:

Ngoâ –Zea mays (Maize)

Hướng dương – Heliathus annus (Sunflower) Thầu dầu – Ricinus communmis (Castor) Cỏ sữa –Medicago sativa (Alfafa)

Mía – Saccharum officinarum (Sugarcane)

Khoai tây (một số dòng) - Solanum tuberrosum (Potato) Cải bắp – Brassica oleracea (Cabbage)

Cà rốt – Daucus carota (Carrot)

Súplơ (bông cải) – B oleracea var botrytis (Cauliflower) Hành –Allium cepa (Onion)

Cải củ – Raphanus sativa (Radish)

Bí rợ –Cucurbita pepo/maxima/ (Pumpkin)

Dưa hương – Cucuebita moschata (Muskmelon) Dưa hấu –Citrullus vulgaris (Watermelon)

Khoai lang – Ipomaea batatas (Sweet potato) Củ cải đường – Beta vulgaris (Beets)

Maêng tây – Asparagus officunalis (Asparagus) Tỏi –Allium sativum (Garlic)

Táo tây –Pyrus malus (Apple)

Nho – Vitis vinifera (Grapes) Mận –Prunus divaricata (Plum)

Dâu tây –Pragaria sp. (Strawberries)

4 THU THẬP, NHẬP NỘI VÀ BẢO QUẢN NGUỒN GEN 4.1 Thu thập nguoàn gen

4.1.1 Nguyên tắc thu thập 1/ Thường xuyên

2/ Từ gần đến xa

3/ Có mục tiêu trọng điểm 4/ Không giới hạn không gian 4.1.2 Biện pháp thu thập

1/ Trao đổi nguồn gen: Giữa quan nước với nhau với tổ chức nước

2/ Tổ chức đoàn chuyên môn điều tra thu thập (chủ yếu trong nước)

3/ Cá nhân thu thập giữ quan chuyên môn Phiếu thu thập ghi rõ:

- Tên giống, loài, tên địa phương, tên phổ thông tên Latin (nếu biết)

- Mô tả đặc trưng đặc tính - Đặc điểm nông học

- Thời gian, địa điểm, tên người quan thu thập Khối lượng tối thiểu:

Lúa tương đương: 500 gr

Baép: 1.000 gr

Bông vải: 50 gr

Khoai tây (cuû): 2.000 gr

Khoai lang (cuû) : 1.500 gr

Cơ quan lưu trữ nguồn gen phải tuân theo chế độ kiểm dịch thực vật ban hành

4.2 Nhập nội giống trồng

4.2.1 Khái niệm

Nhập nội giống trồng công việc thực từ lâu hầu hết quốc gia có tác dụng tốt cho công tác chọn tạo giống Nhập nội giống trồng đưa kiểu gen một nhóm kiểu gen thực vật vào mơi trường mà trước chúng chưa gieo trồng Thông thường người ta nhập nội mẫu giống từ nước từ lục địa khác Trong quốc gia có vùng sinh thái khác nhau, việc đưa giống trồng từ vùng sang vùng khác gọi nhập nội

Nhập nội giống trồng nhằm mục ñích:

- Thu nhận giống mới: Ở nước ta, nhiều trồng quan trọng nhập vào : lúa mì, đại mạch, yến mạch, khoai tây, cỏ ngọt, ớt ngọt, …

- Cung cấp giống mới: Đưa giống lúa thấp TN1, IR8, IR5, IR64, … Hàng loạt giống ngô, giống bông, giống đậu nành, đậu xanh vào nước ta có suất cao, chất lượng tốt Ngồi cịn nhập giống có tính chống chịu sâu bệnh hại cao

- Sử dụng để làm vật liệu khởi đầu: tiếp tục chọn giống từ biến dị quần thể giống nhập nội lai với giống nội địa, đặc biệt giống địa phương để chọn giống

- Đưa số cảnh, số loài cỏ phục vụ cho đời sống văn hóa, tinh thần

Nhập nội giống trồng chia làm hai loại:

đưa vào sản xuất thử có kết (khơng qua khảo nghiệm) Ở nước ta giống lúa thấp IR5, IR8, IR64 v.v… nhập từ IRRI, nhiều giống lúa lai F1 nhập từ Trung Quốc (nhập bố mẹ tổ hợp lai nước sản xuất hạt lai nước nhập nội giống lai), hầu hết giống mía nhập từ Đài Loan, Cu Ba, Ấn Độ nhập vào sử dụng trực tiếp (có thể qua làm thuần)

- Nhập nội gián tiếp, tức nhập nội giống để làm vật liệu khởi đầu, tiếp tục chọn lọc, lai với giống địa phương hay giống hóa nước để tạo giống Hầu hết trồng nước ta nhập nội gián tiếp chủ yếu

Cả nhập nội trực tiếp nhập nội gián tiếp gọi nhập nội theo nghĩa rộng, riêng nhập nội trực tiếp gọi nhập nội theo nghĩa hẹp

4.2.2 Những ưu điểm hạn chế việc nhập nội Ưu điểm:

- Có thể phát triển sản xuất trồng mới;

- Nhận (trực tiếp) giống tốt cho sản xuất tạo giống tốt chọn lọc trực tiếp qua lai tạo Trong nhiều trường hợp cần chọn lọc đơn giản nhanh chóng có giống tốt cho sản xuất

- Tăng quỹ gen chống chịu sâu bệnh, khô hạn, v.v cho ngân hàng gen nước

- Khai thác nguồn gen, chống tượng “xói mịn di truyền”

Hạn chế :

Nếu thực không tốt quy định nhập nội nguồn gen, sẽ:

- Vơ tình đưa lồi cỏ nguy hiểm (nằm tạp chất qua dụng cụ, bao bì);

- Du nhập loại bệnh mới;

- Đưa trồng lạ có hại cho trồng sinh thái 4.2.3 Một số vấn đề cần quan tâm nhập nội

- Nhập nội giống phải dựa sở khí hậu giống nhau; - Nhập nội phải dựa hóa trồng;

- Nhập nội từ trung tâm khởi nguyên trồng;

- Ưu tiên nhập nội trồng có tính trạng, gen q

4.2.4 Nội dung công tác nhập nội 1/ Thu nhận mẫu giống nhập nội

Việc nhập nội giống trồng phải vào nhu cầu phục vụ cho mục đích tạo giống Có thể có nhiều đường thu nhận giống nhập nội khác nhau: i) Nhận nguồn gen theo yêu cầu trao đổi nguồn gen với Viện, Trung tâm nghiên cứu Quốc tế; ii) thông qua chương trình thử nghiệm Quốc tế; iii) Hợp tác song phương Quốc gia; iv) Sự trợ giúp tổ chức Quốc tế Tổ chức nông lương Liên hiệp quốc (FAO), Hiệp hội hạt giống Quốc tế (ISA), … ; v) Mua bán

2/ Kiểm dịch giống nhập nội

Để tránh rủi ro vật liệu nhập nội không cỏ dại, sâu bệnh côn trùng gây hại mùa màng nên phải kiểm dịch thực vật Những mẫu giống bị nghi nhiễm phải khử nhiễm dùng phương pháp đặc biệt để loại trừ nguồn dịch hại Trong trường hợp cần thiết phải trồng vật liệu điều kiện cách ly để theo dõi xử lý dịch hại Tất vật liệu nhập nội phải có xác nhận quan kiểm dịch nước sở hoàn toàn khơng bị dịch hại

3/ Trồng thí nghiệm

Những vật liệu sau nhập nội phải trồng thí nghiệm, theo dõi biểu chúng điều kiện – năm Tùy giống, sử dụng chúng nghiên cứu đưa sản xuất

4/ Chọn lọc, bồi dưỡng giống nhập nội

giống trồng mức độ khác nơi nguyên sản nơi nhập nội Vì cần phải thường xuyên làm công tác chọn lọc để bồi dưỡng giống nhập nội Thực tế cho thấy, nhiều trường hợp áp dụng phương pháp chọn lọc cá thể quần thể giống nhập nội tạo giống ưu việt giống nhập nội nơi nguyên sản

4.3 Bảo quản nguồn gen

4.3.1 Bảo quản kho bình thường

Hạt giống phơi khơ theo yêu cầu loại bỏ vào lọ túi chống ẩm cất kho chuyên môn

Số lượng hạt giống tối thiểu cất giữ:

- Loại hạt nhỏ (cải, vừng, thuốc lá, …): 30-100 g - Loại hạt vừa lúa tương đương: 100-250 g - Loại hạt lớn ngô tương đương: 500-1.000 g Các túi, lọ đựng hạt (thường có màu tối) phải dán phiếu ghi tên giống ngồi có thẻ bên trong, có số lưu trữ Thời gian bảo quản tùy sức sống loại yêu cầu công tác Thường bảo quản vịng năm có loại giữ 2-3 năm Hàng năm phải thử tỷ lệ nảy mầm, thấy tỷ lệ nảy mầm cịn 55% phải đưa gieo lại

4.3.2 Bảo quản phòng lạnh (ex situ)

- Bảo quản ngắn hạn: Thời gian bảo quản năm, nhiệt độ phòng 50C, ẩm độ phòng 10%, ẩm độ hạt giống 9% Bảo quản ngắn hạn thường áp dụng cho tập đoàn công tác

- Bảo quản trung hạn: Thời gian bảo quản 5-10 năm, nhiệt độ phòng từ -10C đến -50C, ẩm độ phòng 10%, ẩm độ hạt giống 7%

- Bảo quản dài hạn: Thời gian bảo quản 10-30 năm, nhiệt độ phòng từ -150C đến -200C, ẩm độ phòng 10%, ẩm độ hạt giống 3%

4.3.3 Bảo quản trồng (in situ)

Bảo quản trồng bảo tồn sở lưu trữ nguồn gen lẫn bảo tồn đa dạng di truyền tự nhiên, đặc biệt có ý nghĩa với loài hoang dại,động thực vật

Bảo quản trồng phương pháp không bảo tồn nguồn gen có mà cịn có nhiều biến dị di truyền làm đa dạng thêm tài nguyên di truyền thực vật, có nhiều gen quý cung cấp cho chương trình chọn giống

4.3.4 Bảo quản nuôi cấy mô (in vitro)

Các quan dinh dưỡng sinh sản trồng bảo quản điều kiện nhân tạo tối ưu Khi cần thiết tái sinh thành hoàn chỉnh Cách bảo quản đóng vai trị quan trọng giữ quỹ gen trồng Bảo quản nguồn gen nuôi cấy mô phát triển mạnh năm gần

Theo tài liệu Ban tài nguyên môi trường giới, nguồn gen khoảng 20 loài trồng khác dứa, cà phê, ca cao, cao su, khoai lang, khoai tây, sắn, chuối, đu đủ, dừa, nho, cam, cọ dầu, đậu mỏ két, phong lan, hoa tulip, hoa cúc, … lưu giữ đường

5 NGHIÊN CỨU VAØ SỬ DỤNG NGUỒN GEN THỰC VẬT 5 Nghiên cứu nguồn gen

5.1.1 Mơ tả tính trạng chất lượng

Việc mơ tả tính trạng chất lượng tn theo tiêu chuẩn xây dưng cho loại Khi mơ tả, đặc biệt ý đến tính trạng đặc thù giống phân biệt với giống khác Một số tính trạng đặc thù sử dụng làm gen thị tổ hợp lai : màu tím tai lúa, màu tím bơng, màu hoa tím đậu nành Cần quan tâm đến tính trạng có liên quan đến giá trị kinh tế : màu sắc hạt, quả, độ lông lá…

5.1.2 Nghiên cứu sơ tính trạng số lượng

trạng có giá trị kinh tế vật liệu yếu tố cấu thành suất, cấu trúc thân, lá, rễ, khả cành, đẻ nhánh… Các số liệu thu thập giai đoạn giúp nhà chọn giống sử dụng có hiệu nguồn vật liệu giai đoạn Khi nghiên cứu tính trạng số lượng cần quan tâm tới số vấn đề sau đây:

- Xác định số lượng gen kiểm sốt tính trạng

- Xác định mức độ biến động tính trạng với điều kiện mơi trường Kết giúp nhà chọn giống phân biệt biến dị thường biến quần thể với biến dị di truyền nằm cá thể quần thể Đây khâu định thành công chọn lọc

- Phân loại nguồn gen phương pháp thống kê có điều kiện dùng RFRP, RAPD- PCR

- Nếu điều kiện cho phép nghiên cứu sơ đặc tính di truyền tính trạng, thiết lập bảng đồ gen vật liệu khuôn khổ loài loài phụ

5.1.3 Nghiên cứu sơ đặc tính chống chịu

Tìm hiểu khả chịu rét, chịu chua, chịu mặn, chịu hạn, chịu ngập úng, tính chống đổ, tính chống rụng hạt… Đặc biệt ý đến tính chống chịu sâu bệnh, loài sâu bệnh nguy hiểm Tìm hiểu khả miễn dịch vật liệu với nòi sinh lý bệnh hại trồng

5.1.4 Nghiên cứu đặc tính đặc biệt

Nghiên cứu tính trạng định chất lượng nơng sản hàm lượng chất, chất lượng đặc biệt loài lấy sợi (độ dài, độ mịn sợi bơng, sợi lanh…)

Tính chống chịu đặc biệt : Là tính chống chịu với nịi sinh lý xác định bệnh nguy hại Với nghiên cứu vật liệu coi vật thử (tester) Ví dụ tính kháng đặc hiệu số giống lúa với nịi đạo ơn, tính miễn dịch số biến chủng khoai tây với bệnh mốc sương virus, tính chịu hạn đặc biệt nhiều giống lúa cạn, khả chịu đất xấu lạc, đậu xanh…

Trên sở kết qủa nghiên cứu, thành lập tập đoàn theo hướng chun dụng (tập đồn cơng tác) Tập đồn cơng tác thường xuyên bổ sung, hoàn thiện dần Sau số loại tập đồn cơng tác thơng dụng :

- Tập đoàn suất với thời gian sinh trưởng khác - Tập đoàn chống chịu sâu

- Tập đoàn chống chịu bệnh

- Tập đoàn chống chịu hạn, chua mặn, rét… - Tập đoàn giống chất lượng cao

5.2 Sử dụng nguồn gen thực vật chọn giống

5.2.1 Sử dụng giống địa phương 1/ Đặc điểm giống địa phương

Các giống địa phương, đa số giống quần thể, hình thành trình chọn lọc tự nhiên chọn lọc nhân tạo lâu đời điều kiện địa phương Là quần thể phức tạp bao gồm nhiều dạng, có dạng chiếm ưu Tất dạng, loại hình sinh học đa dạng đảm bảo cho giống địa phương thích nghi cao Mặc dù giống địa phương quần thể phức tạp chúng hỗn hợp giới dạng ngẫu nhiên Các dạng sinh học nằm trạng thái cân quần thể, có phản ứng khác với điều kiện khí hậu, thời tiết phản ứng chống chịu đa dạng với sâu bệnh

Các giống địa phương nói chung có đặc điểm sau đây:

- Thích nghi tốt với điều kiện địa phương cho suất ổn định

- Có tính chống chịu cao với số loài sâu bệnh nguy hiểm, chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận

2/ Sử dụng giống quần thể địa phương

- Lai tạo giống mới: Sử dụng giống địa phương có phẩm chất tốt chống chịu sâu bệnh cao khả thích ứng tốt để lai với giống khác có suất cao, có tính trạng tốt để tạo giống Ví dụ: Giống lúa NN75 tạo từ NN8  813

- Làm vật liệu đột biến để tạo giống Ví dụ, đột biến Nếp hoa vàng phản ứng ánh sáng ngày ngắn chọn Nếp hoa vàng gieo trồng quanh năm

5.2.2 Sử dụng tập đoàn giống trồng giới 1/ Đặc điểm tập đoàn giống trồng giới

Đó tập hợp hợp giống gốc từ nhiều nước giới với số lượng mẫu lớn phong phú, đa dạng chủng loại, dó có nhiều gen quý giá có khả đáp ứng mục tiêu chọn giống Ở có đầy đủ tập đồn chun dụng như: Tập đoàn giống chịu han, chịu lạnh, tập đoàn giống lúa chống bệnh đạo ơn, tập đồn giống lúa kháng rầy nâu, tập đoàn giống lúa chịu mặn, tập đồn giống có chất lượng cao… Các tập đoàn giống đáp ứng yêu cầu nhà chọn giống theo đơn đặt hàng

2/ Sử dụng tập đoàn giống trồng giới

- Sử dụng trực tiếp qua khảo nghiệm thấy giống đáp ứng yêu cầu sản xuất

- Làm vật liệu khởi đầu cho chương trình tạo giống 5.2.3 Sử dụng dạng dại

1/ Đặc điểm dạng dại

Các dạng dại hình thành nhờ chọn lọc tự nhiên, kết đấu tranh sinh tồn Tính thích nghi cao, phổ thích nghi rộng, đặc biệt có tính chống chịu cao với điều kiện bất lợi khơ hạn, nóng, rét, đất mặn, sâu bệnh làm cho dạng dại có giá trị đặc biệt chọn giống

2/ Sử dụng dạng dại

- Người ta xác định 20 lồi bơng dại có tính chống chịu bệnh Wilt gây Verticillium dahliae Kleb Fusarium oxysporum f vasinfectum Các nhà chọn giống Viện Sinh học thực nghiệm thuộc Viện Hàn lâm khoa học Uzbekistan đứng đầu S M Mirakhmedov sử dụng lồi bơng dại Mexico (ssp mexicanum) lai với giống trồng C.4727 chọn giống Tashkent 1, Tashkent 2, Tashkent 3, Tashkent có suất cao, kháng bệnh Wilt

- Ở Bungari, người ta sử dụng dạng cà chua dại thứ Var racemigerum có hàm lượng chất khơ cao, Var elongatum có

hàm lượng đường cao, hình trụ, Var pimpenelifolium chống bệnh sương mai lai với cà chua trồng Kết tạo dịng cà chua số 10 (N0 10) có kiểu chùm, hình trụ, có hàm lượng chất khơ hàm lượng đường cao, dễ bong vỏ gặp nước nóng, chống bệnh sương mai Dịng sử dụng làm mẹ để tạo nhiều giống cà chua lai có suất cao, chất lượng tốt, káng bệnh sương mai phục vụ cho công nghiệp đồ hộp xuất Nhờ thành tựu mà sản phẩm "cà chua trắng” Bungari tiếng

- Người ta (ở Hà Lan Đức) sử dụng dạng khoai tây dại thuộc lồi Solanum demissum Solanum phureja có nhiều củ, miễn dịch với bệnh sương mai bệnh virus X, Y, M để tạo giống khoai tây Pioneer, Progress suất cao, chống chịu bệnh

Việc sử dụng dạng dại công tác tạo giống gặp nhiều khó khăn: khó đậu quả, tính trạng cấu thành suất mang gen trội nên bắt gặp lai suất cao

5.2.4 Sử dụng dòng thuần, quần thể đa dòng giống trộn

1/Dòng

Dịng có ưu điểm đồng mặt di truyền nên ổn định Tuy nhiên, phổ di truyền hẹp nên sức đề kháng hẹp

Có thể sử dụng dịng có tính ưu việt khác để lai, tạo kiểu gen tái tổ hợp mới, từ chọn lọc giống Cũng tạo quần thể đa dịng, giống trộn

2/ Quần thể đa dòng

Đó tập hợp dịng nguồn gốc Các dịng chọn có đặc tính chống chịu khác nên quần thể đa dịng có phổ đề kháng rộng quần thể đơn dịng

3/ Giống trộn

Chương

LAI GièNG

 KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA LAI GIỐNG

 LAI GAÀN

 LAI XA

1 KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA LAI GIỐNG 1.1 Khái niệm lai giống

Lai giống giao phối (thụ phấn, thụ tinh) dạng bố mẹ có kiểu gen khác nhằm tạo lai có nhiều đặc tính tốt

Sự giao phối xảy tự nhiên khơng có can thiệp người (lai tự nhiên) người tiến hành (lai nhân tạo) tạo biến dị tái tổ hợp có giá trị chọn giống

Căn vào huyết thống bố mẹ người ta phân biệt lai gần lai xa:

- Lai gần lai giống, cá thể lồi Ví dụ, lai giữ giống loài lúa trồng O sativa (châu Á), O glaberrima (châu Phi) hai loài phụ O sativa Indica O sativa Japonica ; lai giữ giống bơng lồi G.hirsutum , loài G barbadense

- Lai khác loài lai giống, cá thể hai hay nhiều lồi với Ví dụ, lai giữ giống lúa trồng O sativa (châu Á) với giống lúa trồng O glaberrima (châu Phi), lúa trồng O sativa với lúa dại hàng năm O nivara; lai giữ giống bơng lồi G.hirsutum với lồi G barbadense, giữa G.hirsutum với bơng dại ssp.mexicanum

Cần phân biệt thụ phấn thụ tinh

phấn nhụy nằm khác gọi giao phấn (dị giao)

- Thụ tinh trình kết hợp giao tử đực (1n) với giao tử (1n) tạo hợp tử (2n) trình kết hợp nhân sinh sản (1n) với nhân sinh dưỡng (2n) tạo nội nhũ (3n)

Một số ký hiệu lai gioáng:

♀- Mẹ (giống nhận phấn, dấu hiệu thần Vệ nữ tay cầm

gương)

♂- Bố (giống cho phấn, dấu hiệu thần Chiến tranh giáo

mộc)

 - Phép lai

 - Tự giao (tự phối)

P1, P2, …, Pn – Thế hệ bố mẹ (P - từ chữ Latin Parental – cha, mẹ)

F1, F2, … , Fr – Con lai đời thứ 1, 2, …, r (F – từ chữ Latin Filial – đời sau)

F0 – Hạt lai mẹ (chưa gieo đời nào) A, B, C, D – Gen (allen) trội

a, b, c, d – Gen (allen) laën hay aån

P1 P2 (hoặc A  B) – P1 A mẹ (viết trước), P2 B bố (viết sau)

1.2 Ý nghóa lai gioáng

Lai giống phương pháp tạo biến dị tái tổ hợp Trong tái tạo hợp tử gen tổ chức lại kiểu gen làm xuất nhiều kiểu gen khác bố mẹ Nhờ phối hợp gen hữu ích kiểu gen mà chọn giống tốt theo mục đích nhà chọn giống

2 LAI GAÀN

2.1 Vai trò việc chọn giống bố mẹ lai giống

Cơng tác tạo giống lai hữu tính, nói chung, bao gồm giai đoạn:

- Chọn bố mẹ

- Lai thu nhận quần thể lai (có thể từ lai đơn, lai ba, lai trở lại (hồi giao, lai tích lũy), lai kép, lai nhiều bậc, )

- Chọn lọc nhiều lần, tạo dòng ưu tú đánh giá dòng Kết cuối trình trước hết phụ thuộc vào việc chọn bố mẹ Chọn bố mẹ để lai vấn đề phức tạp nhà chọn giống cần quy tụ tính trạng tốt bố mẹ cho đời sau, bố mẹ truyền lại cho gen Ở đời con, từ sở vật chất di truyền cha mẹ truyền lại có tổ chức lại, có số đặc tính tính trạng giống bố mẹ, có nhiều tính trạng Đó q trình phức tạp việc hình thành dạng dựa phát triển kiểu gen

Đã có nhiều kết nghiên cứu cho thấy: biểu bố mẹ đời khơng thiết có quan hệ trực tiếp Có trường hợp thân bố mẹ tốt đời sau không lý tưởng, ngược lại, thân bố mẹ khơng có ưu việt, hệ đầu có ưu lai cao việc chọn lọc hệ phân ly lại tạo giống tốt Việc chọn kiểu gen tốt phần lớn phụ thuộc vào phương pháp chọn lọc, việc có tạo hay khơng kiểu gen cần thiết (nằm nhiều kiểu gen khác tái tổ hợp trong quần thể lai), trước hết phụ thuộc vào việc chọn bố mẹ điều kiện tái tổ hợp

2.2 Các nguyên tắc chọn giống bố mẹ

Từ kinh nghiệm nhiều nhà chọn giống, nguyên tắc sau xây dựng việc chọn giống bố mẹ:

là phương pháp cho phép tạo giống phối hợp tính trạng, đặc tính tốt bố mẹ hình thành điều kiện sinh thái – địa lý khác Tuy nhiên, việc lai dạng xa nhau, khác sinh thái - địa lý phép phối hợp đơn giản tính trạng với mà việc tổ chức lại kiểu gen, có kiểu gen kế thừa tính trạng tốt bố mẹ, đồng thời hội để xuất tính trạng hệ Vì vậy, với phương pháp cho phép nhận lai khơng có ưu lai đời F1 mà cịn chọn từ hệ sau dòng trội bố mẹ

Vấn đề mấu chốt phương pháp đơn giản bố mẹ xa mặt sinh thái – địa lý mà khác biệt di truyền hình thành bố mẹ ảnh hưởng điều kiện sống khác

N.I.Vavilov khẳng định rằng, hiểu biết cách toàn diện phức hợp phức tạp vật liệu khởi đầu có sở lý thuyết di truyền đắn cho chọn giống Với nguyên tắc chọn giống bố mẹ theo sinh thái – địa lý, dựa vào kiểu sinh thái, ta thấy đặc tính chung biểu rõ rệt, chí cịn thấy tính trạng mong muốn cần tách

Rieti (Ý)

Acdito Squarehead (Anh) × Zeluhd (Hà Lan)

Squarehead (Anh) Spyk ×

Wilhelmina (Hà Lan) ×

Ibrido 21 (Ý) × Akago mughi (Nhật) (Chín sớm, nhiều bơng, KB) ( Có rộng, bơng to, NS cao)

(Chín sớm, kháng bệnh , suất cao)

Thực tiễn chọn giống khăûng định tính đắn nguyên tắc

Đối với bông, phương pháp áp dụng rộng rãi nhiều nước Các giống 10964, C 6002, 504 B, KK1543, 133, 24, 173, 141, Tashkent 1, Tashkent 2, Tashkent 3, Tashkent nhiều giống khác tạo Uzbekistan áp dụng phương pháp Ở Việt Nam, tạo theo phương pháp kể đến giống TM1, C118 giống lai F1 L18, VN20, VN35, VN15, VN04-1,

2.2.2 Chọn bố mẹ theo thành phần cấu thành tính trạng Đa số tính trạng kinh tế trồng có cấu trúc phức tạp có nhiều thành phần riêng biệt Biểu tính trạng phức tạp ln kết phối hợp yếu tố cấu thành Ví dụ, suất lấy hạt (quả) trồng theo bụi tính sau:

N = A  B  C  D

Trong đó: N: Năng suất

A: Số bụi bình qn đơn vị diện tích B: Số bơng (hoặc số cây) bình qn bụi

C: Số hạt (hoặc số quả) bình quân (hoặc cây)

D: Khối lượng hạt (hoặc quả) Ladoga × Red Fife (Gali )

Hard Red Cancutta (Aán Độ) Alpha ×

Gehum (Himalia) Frazer ×

Predule (Canada) Preston

Novinca Ladoga × Red Fife (Gali)

×

(Siêu chín sớm)

Như vậy, suất cấu thành nhiều thành phần như: số bụi bình quân đơn vị diện tích, số bơng (hoặc số cây) bình quân bụi, số hạt (hoặc số quả) bình quân (hoặc cây) khối lượng hạt (hoặc quả) Còn thời gian sinh trưởng cấu thành từ giai đoạn sinh trưởng, phát dục chúng Chẳng hạn, với bơng thời gian sinh trưởng tính bằng: thời gian từ gieo đến nụ + thời gian từ nụ đến hoa + thời gian từ hoa đến nở

Thành phần cấu thành tính trạng kiểm sốt tổ hợp gen khác Các tổ hợp gen nhiều trường hợp có tác động qua lại với hồn tồn độc lập Vì vậy, hướng di truyền số lượng nghiên cứu quy luật di truyền khả phối hợp giống theo thành phần cấu thành tính trạng

Khi có dạng ưu việt theo tính trạng mong muốn, tiếp tục nghiên cứu cấu trúc tính trạng dạng bố mẹ lựa chọn bố mẹ khác theo thành phần tính trạng Giống tốt tạo phải giống quy tụ thành phần ưu việt từ dạng bố mẹ Chẳng hạn như: Với suất lúa, mật độ gieo giống cần có số nhánh hữu hiệu cao, số hạt (chắc)/ cao, khối lượng hạt lớn Với thời gian sinh trưởng, giống chín sớm phải giống có giai đoạn phát dục ngắn Ở phép nhân, phép cộng đại số, kiểu gen tổ chức lại có thay đổi hiệu ứng gen để hình thành giá trị tính trạng đời so với bố mẹ Sau số ví dụ (bảng 4.1)

Khi hai bố mẹ có giá trị tính trạng tương đương giá trị thành phần cấu thành tính trạng khác nhau, F1 thường bắt gặp tượng ưu lai theo tính trạng Ở có quy tụ thành phần có giá trị mong đợi bố mẹ vào lai

Bảng 4.1: Một số tổ hợp lai bố mẹ

Cây trồng/Chỉ tiêu ♀ ♂ Dạng

mới Lúa nước(1)

- Số nhánh hữu hiệu/khóm (nhánh)

- Số hạt chắc/ (hạt) - Khối lượng 1000 hạt (g) - Năng suất cá thể (g/khóm)

Vijiya 120 25 12 ASD1 80 25 12 DL2 120 25 18 Lúa mì(2)

- Thời gian sinh trưởng (ngày) - Số hạt chắc/bông (hạt) - Khối lượng 1000 hạt (g) - Năng suất (tạ/ha)

Novinca 99 29,0 32,0 16,5 13 Gama-Beâta 98 44,4 23,8 14,8 GDC 24 99 40,1 30,0 20,5 (1) Sinha vaø Benejee, 1985 ;

(2) V E Pixarev

2.2.3 Chọn bố mẹ theo đặc tính chống chịu

Trong tập đồn quỹ gen trồng có nhiều vật liệu có gen chống chịu cao với điều kiện bất lợi khơ hạn, nóng, rét, đất mặn, sâu bệnh, …

Tính chịu hạn quy định đặc điểm hình thái trồng, đặc tính sinh lý tế bào chống lại bốc nước Đặc tính chịu hạn hình thành chọn lọc tự nhiên

Với tính chống chịu sâu bệnh, trồng có nhiều chế tự vệ khác do:

1) Có đặc điểm hình thái, cấu tạo tế bào tạo “hàng rào” ngăn cản xâm nhập dịch hại

2) Có phản ứng sinh lý tế bào bị dịch hại làm tổn thương Cây trồng có khả tạo chất chống lại dịch hại phản ứng làm tính độc chất gây hại có khả hủy hoại tế bào bị hại, ngăn cản lây lan

quan tới phản ứng hóa học dịch tế bào, hạn chế hủy diệt tác nhân gây bệnh Dạng kháng bảo đảm cho trồng có tính kháng bền vững

Những đặc tính quy định gen Mức độ kháng phụ thuộc vào số lượng gen kháng tính kháng chuyên biệt gen

Tuy nhiên, tính kháng khơng phải đặc tính vạn Cây trồng kháng đối tượng lại bị nhiễm đối tượng khác Vì vậy, cần phải biết phổ nòi loại bệnh hại kiểm tra cách lây nhiễm tự nhiên nhân tạo Một số trồng có khác biệt lớn mức độ kháng bệnh chất di truyền định

Với nhiều loại trồng, trồng liên tục nhiều năm điều kiện môi trường (sinh thái, kỹ thuật canh tác, …) hẳn phần tính kháng tự nhiên Ngược lại, loài hoang dại, giống địa phương giữ tính kháng điều kiện sống thay đổi

Trong chọn giống, người ta chọn giống có tính chống chịu để làm vật liệu khởi đầu Đa số trường hợp phải tiến hành lai phức hợp nhiều năm với nhiều dạng chống chịu khác để tạo giống kháng nhiều nòi khác

Về tạo giống kháng rầy nâu, kháng bệnh đạo ôn lúa, người ta sử dụng vật liệu giống lúa trồng có tính kháng giống lúa dại O.nivara L hay O.officinalis L tạo giống CR- 203 kháng rầy nâu, IR-17494 kháng bệnh đạo ôn

2.2.4 Chọn giống bố mẹ có nhiều tính tính trạng tốt

Những tính trạng trồng kiểm sốt gen Trong trường hợp chọn giống bố mẹ có nhiều tính trạng tốt, gen bố mẹ khác có hội tái tổ hợp để tạo thành kiểu gen tốt

2.2.5 Chọn giống bố mẹ theo khả phối hợp

Do giá trị khả phối hợp chung hình thành từ hiệu ứng cộng tính không qua hệ nên để chọn bố mẹ cho mục đích tạo giống chủng ta cần sử dụng giống có khả phối hợp chung cao Phương pháp lai đỉnh cho phép đánh giá nhanh với số lượng lớn nguồn vật liệu nghiên cứu

Nhằm tạo giống có ưu lai cao ta cần chọn giống vừa có khả phối hợp chung cao vừa có biến động khả phối hợp riêng cao Phương pháp lai diallen cho phép đánh giá xác vật liệu nghiên cứu

2.2.6 Chọn giống bố mẹ nhờ tin học

Điều cần thiết nhất, điều bất cập việc chọn giống bố mẹ đánh giá kịp thời, xác đặc tính di truyền tính trạng với số lượng lớn giống, giúp cho nhà chọn giống nhanh chóng chọn bố mẹ theo mục tiêu Kỹ thuật tin học giúp nhà chọn giống chọn bố mẹ thích hợp Máy tính có khả tính tốn nhanh cho biết sử dụng dạng bố mẹ lai với cho xác suất bắt gặp tính trạng mong muốn cao lai Tuy nhiên, tính đắn kết phụ thuộc vào độ xác số liệu nhập vào máy tính thành phần vật liệu khởi đầu

Những năm gần đây, nhiều nước (Mỹ, Một số nước thuộc Liên Xô trước đây, Thái Lan, Mexico, Đức, Czech …) sử dụng kỹ thuật thu nhiều kết khả quan Nước ta bước đầu áp dụng phương pháp cho số trồng ngơ, lúa

2.3 Các kieåu lai

Trong chọn giống, thời gian kết chọn lọc quần thể lai phụ thuộc vào kiểu lai khác Việc áp dụng kiểu lai phụ thuộc vào đặc tính di truyền vật liệu sử dụng mục tiêu cần đạt đến Sau số kiểu lai:

Ký hiệu kiểu lai theo hệ thống khác

Kiểu lai Thơng thường Hệ thống CIMMYT

Hệ thống USDA

Lai đơn A  B A - B A/B

Lai trở lại (A  B)  A A2 - B A* 2/B Lai ba (A  B)  C A – B × C A/B//C Lai kép (A  B)  (C  D) A – B × C – D A/B//C/D Lai nhiều

bậc

{(AB)CD}E (A – B × C – D) E A/B//C///D/4/E

2.3.1 Lai lần 1/ Lai đơn

Lai đơn lai hai dạng bố mẹ, tiến hành lần Khi lai đơn lai đời F1 nhận chất liệu di truyền bố mẹ Các kiểu gen hệ hình thành sở tái tổ hợp gen Người ta tiến hành chọn lọc liên tục cá thể ưu tú quần thể hệ để tạo dòng tốt Kiểu lai có ý nghĩa lai khác lồi bổ sung vài tính trạng cần thiết mà giống cần có từ giống khác

Sơ đồ lai đơn:

Lai lần

Lai nhiều lần

- Lai đơn

- Lai thuận nghịch - Lai đỉnh (topcross) - Luân giao (diallen cross) - Lai trở lại (back cross), lai tích lũy (lai bão hòa) - Lai hồi quy

- Lai nhiều bậc - Lai phức tạp Kiểu lai

A × B

AB Pheùp lai

F1

♀

2/ Lai thuận nghịch

Lai thuận nghịch hai cặp lai đơn mà vị trí bố mẹ đổi cho Nếu ký hiệu A  B cặp lai thuận B  A cặp lai nghịch Lai thuận nghịch thực ba trường hợp:

- Trường hợp 1: Khi muốn xác định khác hay không tế bào chất bố mẹ Nếu A  B khác B  A chúng khơng giống tế bào chất Trong trường hợp cho phép ta chọn giống làm mẹ tốt suất hay tính chống chịu, mặt khác lai xa có hội tạo nhiều kiểu gen trường hợp hai tế bào chất giống

- Trường hợp 2: Khi có khác tính kết hạt chọn giống làm mẹ cho hạt nhiều ngược lại Ví dụ, lai hai giống bơng: giống A thuộc lồi G hirsutum quả lớn, nhiều hạt với giống B thuộc loài G.barbadense nhỏ, hạt, hệ F1 ưu lai hai cặp A  B giống B  A để sản xuất nhiều hạt giống lai F1 ta dùng cặp A  B

- Trường hợp 3: Khi ưu lai F1 hai cặp C  D D  C Để sản xuất hạt giống lai F1 ta sử dụng hai cặp lai

Sơ đồ lai thuận nghịch:

3/ Lai đỉnh (Topcross)

Lai đỉnh phương pháp lai hai giống mà giống lai với giống (khơng có lai nghịch) Số cặp lai đỉnh tính theo cơng thức:

N = n1  n2 Trong đó: N số cặp lai

n1 số dòng mẹ (hoặc số dòng làm test) n2 số dòng bố (hoặc số dòng cần nghiên cứu)

A × B × A

AB AB

Lai thuận Lai nghịch

Ví dụ, sơ đồ lai đỉnh (36) sau: ♂ ♀ D (1) E (2) F (3) G (4) H (5) I (6) A(1) AD AE AF AG AH AI B(2) BD BE BF BG BH BI C(3) CD CE CF CG CH CI Lai đỉnh sử dụng để xác định khả phối hợp chung khả phối hợp riêng dòng (hoặc giống), phục vụ cho việc chọn giống ưu lai Khi muốn đánh giá nhanh khả phối hợp chung loạt giống, trường hợp này, ta cần lai chúng với vài ba giống ổn định khả phối hợp chung (thường có khả phối hợp chung thấp) dùng làm mẫu thử Lúc đó, kiểu lai gọi lai thử (line  tester)

4/ Luaân giao (diallel cross)

Là kiểu lai số giống nghiên cứu (thường 6-8 giống) mà giống lai với giống lại Luân giao dùng để xác định khả phối hợp chung khả phối hợp riêng dòng (hoặc giống), phục vụ cho việc chọn giống ưu lai, đồng thời nghiên cứu số thông số di truyền, đánh giá nhiều khía cạnh khác vật liệu nghiên cứu Cơng thức tính số cặp lai sau:

Chỉ có cặp lai thuận:

Cả lai thuận lai nghịch:

Trong đó: N số cặp lai; n số dòng bố mẹ nghiên cứu Griffing B.I (1956) đưa phương pháp ln giao n dịng bố mẹ với cách tính toán khác nhau:

- Luân giao đầy đủ với n2 kiểu gen, gồm tất cặp lai

thuận nghịch bố mẹ

- Ln giao nửa với n n 1 



kiểu gen, gồm tất cặp lai thuận dòng bố mẹ;

   

2 n

n!

N A n n 1

n 2 !

    

   

2 n

n n 1 n!

N C

2! n 2 ! 2



  

- Luân giao đầy đủ với n(n – 1) kiểu gen, gồm tất cặp lai thuận nghịch;

- Và, luân giao nửa với n n 1 



kieåu gen, có lai thuận

Sơ đồ luân giao đầy đủ 66 sau: ♂

♀

1

1 1×1 1×2 1×3 1×4 1×5 1×6

2 2×1 2×2 2×3 2×4 2×5 2×6

3 3×1 3×2 3×3 3×4 3×5 3×6

4 4×1 4×2 4×3 4×4 4×5 4×6

5 5×1 5×2 5×3 5×4 5×5 5×6

6 6×1 6×2 6×3 6×4 6×5 6×6

1×1, 2×2, 3×3, 4×4, 5×5, 6×6 giống tự giao 2.3.2 Lai nhiều lần

1/ Lai trở lại (hồi giao, back cross)

Lai trở lại lai lai (làm mẹ) với hai dạng bố mẹ Lai trở lại áp dụng để:

truyền tính bất dục tế bào chất cho giống để tạo dạng CMS tạo giống ưu lai “ba dòng”

- Khắc phục tính bất thụ lai hệ đầu lai xa: (A  B)  A

Trong lai trở lại, giống mẹ với tư cách thể nhận thường chọn giống có suất cao, có nhiều tính trạng q, cịn giống bố với tư cách thể cho thường giống chống chịu sâu bệnh hay chất lượng cao

Phương pháp lai cho phép ta giữ tổ hợp gen bổ sung vào gen với tính trạng cần thiết để thay cho nhược điểm giống Trong trình hồi giao, giá trị tính trạng xấu cần thay bên nhận giảm dần theo công thức

n    

  , nhận từ bên cho giá trị tăng

dần

n 1

2  

    Ở n số lần lai hai giống Chẳng hạn, lần lai thứ (n = 1) ta F1, giống nhận giảm

1    

  giá trị nhận giống cho

1

1

2

   

  giá trị Ở lần lai

thứ hai (n = 2) ta B1, giống nhận giảm

2

1

0, 25 25%

2

      

  giá trị nhận giống cho

1

1 0, 75 75%

2

 

    

  giá trị

Người ta dùng ký hiệu B1và B2 để kiểu lai lại với giống mẹ (B1) lai lại với giống bố (B2) (có thể BC1và BC2), cịn B11, B12, B13, … B1s để lai lại với giống mẹ 1, 2, 3, … s lần, tương tự B21, B22, B23, … B2s

Sau bảng tính tỷ phần nhân tế bào giống làm mẹ nhận từ giống bố qua các hệ hồi giao (bảng 4.2)

5

1 0, 9687 96,87%

2  

   

 

Bảng 4.2: Tỷ phần nhân tế bào giống mẹ nhận từ giống bố

Ký hiệu phép lai Thế hệ hạt lai

Số lần lai với bố (n) Tỷ lệ nhậân từ bố (%)

♀P1, P2♂

P1 P2 (P1 P2)  P2 [(P1 P2)  P2] P2

{[(P1 P2)  P2] P2} P2

{[(P1 P2)  P2] P2} P2 P2

{[(P1 P2)  P2] P2} P2 P2 P2

{[(P1 P2)  P2] P2} P2 P2 P2 P2 P F1 B21 B22 B23 B24 B25 B26 50 75 87,5 93,75 96,87 98,44 99,22 2/ Lai hoài quy

Lai hồi quy kiểu lai hai nhiều cặp lai tích lũy với với mục đích bổ sung nhiều đặc tính tốt cho lai Việc lai thực theo ví dụ sau đây: Có giống A có tiềm cho suất cao nhiễm bệnh Người ta muốn bổ sung tính kháng bệnh bạc giống B tính kháng bệnh đạo ơn giống C cho A Sơ đồ lai thực sau:

Năm thứ (Lai đơn): A  B A  C

Năm thứ (Hồi giao lần 1): (A  B)  B = ABB (A  C)  C = ACC Năm thứ (Hồi giao lần 2): ABB  B = ABBB ACC  C = ACCC Năm thứ (Hồi giao lần 3): ABBB  B = ABBBB ACCC  C = ACCCC

Năm thứ (Lai hồi quy): ABBBB  ACCCC

P A  B A  C A  D A  E

Naêm : F1 A F1 A F1 A F1 A 50% dạng A Năm : F1 F1 F1 F1 75% dạng A Năm : F1 F1 75% dạng A Năm : F1 75% dạng A

Hình 4-2:Lai hồi quy theo nguyên tắc tái tổ hợp tăng tiến với hồi giao không đầy đủ P A B A C A D A E

Năm 1: A  B A  C A  D A  E 50% dạng A Năm thứ 2: A2 B A2 C A2 D A2 E 75% dạng A Năm thứ 3: A3 B A3 C A3 D A3 E 88% dạng A Năm thứ 4: A4 B A4 C A4 D A4 E 94% dạng A Năm thứ 5: F1 F1 94% dạng A Năm thứ 6: F1 94% dạng A

Hình 4-3: Lai hồi quy theo nguyên tắc tái tổ hợp tăng tiến với hồi giao đầy đủ

3/ Lai nhiều bậc

Lai nhiều bậc kiểu lai lai đơn với giống có đặc tính mong muốn, lai nhận tiếp tục lai với giống khác có đặc tính tiếp tục lai với nhiều giống mà giống có ưu điểm riêng

Phương pháp không thực với dạng bố mẹ lồi mà cịn sử dụng lai xa để tạo giống khoai tây, lúa, lúa mì, cà chua, … Sau lần lai, liên tục chọn cá thể có kiểu hình tốt qua số đời, sau tiếp tục lai với dạng khác

cộng tác Viện Khoa học Nông nghiệp Đông Nam tạo giống lúa mì mùa xuân suất cao ổn định, phẩm chất tốt gieo trồng hàng triệu như: Liutexen 53û/12, Xatatopca -29, Albidum 43, nhiều giống lúa mì cứng râu khác

Có thể viết kiểu lai sau: {(AB)CD}EF

4/ Lai phức tạp (Composite cross) - Lai lai:

Để tạo nên vật liệu khởi đầu có biến dị di truyền phong phú, người ta dùng phương pháp lai lai Mục đích phương pháp lai quy tụ vào giống tương lai nhiều đặc tính tốt bố mẹ

Một số kiểu phối hợp bố mẹ :

P A  B C  D E  F G  H

Naêm : F1 F1 F1 F1 50% daïng A Năm : F1 F1 25% dạng A Năm : F1 12,5% dạng A

Hình 4-5:Lai hỗn hợp giống theo nguyên tắc tái tổ hợp tối đa Beloturca × Potapca

Xaroza Alpha ×

Liutexen 55/11 Albidum-24 ×

Xaratopca -29

P A  B A  C A  D A  E

Naêm : F1 F1 F1 F1 50% dạng A Năm : F1 F1 50% dạng A Năm : F1 50% dạng A

Hình 4-6:Lai hỗn hợp theo nguyên tắc tái tổ hợp tăng tiến      10 11  12 13  14 15  16 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1

F1 F1 F1

Hình 4-7: Lai hỗn hợp 16 giống theo nguyên tắc tái tổ hợp tối đa

36 M2 C-460

8517 × Cuc

Lai lại với C-4727 18819

137 - F Ecspress Bebbera

C - 4727 C- 1470

Ssp mexicanum Acala 0278

 2034





Tashkent-1

- Lai nhiều bố:

Trong lai phức tạp cịn thụ phấn hỗn hợp hạt phấn số dạng bố cho giống mẹ Sơ đồ lai viết : A  (B + C + D + E + …), đó, A giống mẹ B, C, D, E, … dạng bố

2.4 Kỹ thuật lai

Khi tiến hành công việc lai cần lưu ý đến vấn đề sau :

- Thời kỳ nở hoa cây, tức la thời gian sau gieo đến hoa

- Cấu tạo hoa ( gồm : hoa lưỡng tính, đơn tính, bơng cờ, gương hưóng dương, …)

- Thời gian nở hoa ngày

- Thời gian, sức sống hạt phấn nhụy

Ngoài ra, cần phải nắm vững phương pháp thụ phấn nhân tạo áp dụng Đó là:

- Thụ phấn bắt buộc, tức mẹ thụ phấn hạt phấn bố;

- Thụ phấn tự hạn chế, tức mẹ thụ phấn hạt phấn số bố đặc biệt chọn lọc (có thể từ số giống);

- Thụ phấn tự không hạn chế, tức mẹ thụ phấn hạt phấn tất giống xung quanh

2.4.1 Choïn bố mẹ

Trong vườn lai, giống bố trí theo sơ đồ xác định cho việc lại chăm sóc tiến hành cơng việc lai thuận tiện Việc bố trí thời gian gieo giống bố mẹ phải tính tốn cho nhị nhụy bố mẹ chín lúc Có thể bố trí giống bố mẹ chậu, chí chậu phải có chế độ chăm sóc chu đáo Chọn khoẻ điển hình cho giống, đeo thẻ chuẩn bị cho công việc

2.4.2 Khử đực, bao cách ly trước lai

bằng tay, máy hóa chất Khử đực xong phải bao cách ly triệt để

2.4.3 Thụ phấn, đánh dấu tổ hợp lai

Thời gian thụ phấn tùy thuộc vào loại trồng cho nhị nhụy chín lúc Sau thụ phấn xong phải bao cách ly trở lại đến nhụy khơng cịn khả tiếp nhận hạt phấn gỡ bao cách ly Tiến hành ghi đeo thẻ ghi tên tổ hợp, ngày lai lên mẹ

2.4.4 Chaêm sóc lai

Cây lai chăm sóc chu đáo, thu hạt lúc, phơi riêng 2.4.5 Tóm tắt kỹ thuật lai số

1/ Lai luùa :

Lai lúa khử đực tay - Chuẩn bị bố mẹ:

+ Chọn giống, bứng vào chậu trước lai 5-7 ngày, bón phân đầy đủ đeo thẻ ghi tên giống, bao cách ly Có thể trồng chung bố mẹ chậu trồng riêng

+ Cắt bớt già nhánh không lai - Khử đực bao cách ly trước lai:

+ Khử đực vào ngày hôm trước

+ Chọn bơng có địng thị 1/3 - 2/3 bông, bao phấn nằm vỏ trấu, khử đực bao cách ly Thao tác khử đực : dùng kéo cắt chéo phần bụng vỏ trấu, không làm tổn thương vịi nhụy nỗn, khơng làm dập bao phấn Gắp bao phấn khỏi vỏ trấu

+ Mỗi khử 20 - 30 hoa Khử xong bao cách ly bao giấy parafin

- Thụ phấn, đánh dấu:

+ Nếu trồng chung bố mẹ bao cách ly, hoa nở (9-10 giờ) rung nhẹ cho thụ phấn

+ Sau thụ phấn, đeo thẻ bao cách ly Trong thẻ ghi tên cặp lai, ngày lai, người lai (nếu cầân)

- Chăm sóc lai thu hoạch:

+ Đặt chậu nơi khô ráo, nắng nhẹ, tưới nước, bón phân đầy đủ

+ Sau 20-25 ngày thu hoạch riêng cặp lai + Phơi khơ nắng nhẹ, gieo khơng cần khô

Lai lúa với giống mẹ bất dục - Kiểm tra tính bất dục giống mẹ:

+ Nhỏ 1-2 giọt cồn KI lên lam kính + Dầm bao phấn mẹ lên cồn KI

+ Soi lên kính hiển vi, hạt phấn khơng nhuộm màu đen hạt phấn bất dục, ngược lại, nhuộm màu hạt phấn có tinh bột, tức hạt phấn không bất dục

- Thụ phấn, đánh dấu chăm sóc lai : Tương tự thụ phấn khử đực tay

Sản xuất lúa lai diện rộng

- Bố trí việc sản xuất lúa lai khu cách ly

- Bố trí thời vụ thích hợp để bố trí bố mẹ trỗ

- Tỷ lệ số hàng bố / mẹ : (8-10) : (10-12) với lúa Indica1 : : với lúa Sinica

- Mật độ giống mẹ 300.000 khóm/ha (khoảng cách 13 cm  16 cm), giống bố 45.000 khóm/ha (khoảng cách 13 cm  165-200 cm)

2/ Lai ngoâ

- Lai nghiên cứu :

Gieo bố cạnh mẹ, cắt cờ mẹ trước trổ cờ, bao cách ly Khi ngô trỗ cờ rũ phấn cho mẹ Thu hoạch bắp chín

- Sản xuất hạt lai diện rộng sản xuất :

3/ Các khác

- Bơng vải : Khử phấn mẹ chiều hôm trước sáng sớm hôm sau, thụ phấn từ 8-12 trưa hôm sau

- Cà chua : Khử phấn mẹ 1-2 ngày trước chóp phấn cịn xanh, lúc phấn hoa chưa chín Nhụy có khả nhận phấn 3-4 ngày sau hoa nở Có thể thụ phấn 2-3 lần cho hoa

- Đậu phộng : Có 10 nhị, khử đực vào 4-6 chiều hôm trước, thụ phấn xong trước 10 sáng hôm sau

2.5 Số lượng F1 tiến hành cặp lai Số lượng cá thể F1 xác định sở:

- Phục vụ cho việc nghiên cứu : Tùy loại thí nghiệm, số tổ hợp lai, số hạt lai cần thiết để tiến hành nghiên cứu hệï F1 tính tốn trước thực công việc lai

- Phục vụ cho việc chọn lọc giống mới:

Theo tính tốn, tăng số lượng cá thể F1 tần số xuất tất tổ hợp gen có hình thành giao tử tăng lên Vì vậy, hệ F2 hệ sau xuất cá thể có đủ đặc tính bố mẹ Nếu khơng lai số lượng lớn, nhân vơ tính F1 (với lúa, khoai tây,

… ) nuôi cấy mô đỉnh sinh trưởng để thu nhiều F1 Thông thường F1 cần khoảng 100-500 cá thể (4-5 hoa cà chua, hoa thuốc Với lúa, đậu tương cần 200-250 hoa để có khoảng 100-120 hạt

3 LAI XA

3.1 Khái niệm lai xa ý nghóa

3.1.1 Khái niệm lịch sử lai xa

khơng có dạng có tính chống chịu bệnh nên việc lai lồi khơng thể tạo giống chống chịu Thế số loài hoang dại Solanum demissum Lindl, S andigenum Hawk, S stoloniferum Schlechtd, S acaule Bilt, v.v… lại có tính chống chịu cao với bệnh Vì vậy, cần phải nghiên cứu sử dụng việc lai loài Phép lai hai cá thể thuộc hai loài khác chi gọi lai xa khác loài (interspecific hybridization), phép lai hai cá thể thuộc hai loài nằm hai chi khác gọi lai xa khác chi (intergeneric hybridization) Ví dụ phép lai Oryza sativa Oryza perennis lai xa khác lồi, cịn lúa mì 4x 6x với yến mạch gọi lai xa khác chi

Về lịch sử lai xa kết nghiên cứu Thomas Faichild năm 1717 với việc lai xa Dianthus caryophyllus Dianthus barbatus (Trần Đình Long, 1997)

I.G Konreuter từ 1755 đến 1806 tiến hành lai 54 loài thuộc 13 chi thực vật 1760 ông phát ưu lai nhận giống lai thuốc khác loài

I.V Mitsurin, nhà chọn giống tiếng người Nga, 1884 lai thành cơng lồi chi tạo nhiều giống trồng chất lượng cao, bảo quản lâu điều kiện bình thường

V Rimpau, nhà chọn giống người Đức lần (1888) nhận lai hữu thụ lúa mì lúa mạch đen

Cơng trình nghiên cứu tiếng G.O.Karpechenko (1928) nhà khoa học người Nga lai xa củ cải bắp cải (R sativus  B oleracea) tạo lai xa khác chi (Raphanobrassica) có hệ gen (genome) đa bội lệch

N.V Sixin, 1928 lai thành cơng lồi lúa mì (Triticum) cỏ băng (Agropyrum), tạo nhiều dạng thực vật mới, nhiều giống có giá trị

3.1.2 Ý nghĩa lai xa 1/ Sáng tạo loài

Việc lai loài nhân tạo cho dạng thực vật hoàn toàn chưa có trước Đó lồi Kết lai xa lúa mì hắc mạch, lưỡng bội hóa nhiễm sắc thể lai F1 tạo loài (Tritical) Từ tổ hợp lai dạng tritical tạo giống N0 57, N0 64 Hungari, giống Rosneer Welsh Canada, Cachirulu Tây Ban Nha, Coorong Úc và, TL419 Ấn Độ

2/ Làm xuất tính trạng, đặc tính mà dạng bố mẹ khơng có

Đó kết tái tổ hợp gen khác tạo nên tổ hợp hồn tồn hình thành tính trạng lai Điều đặc biệt có giá trị tạo giống hoa, cảnh Chẳng hạn tạo giống phong lan, hoa cúc, hoa layơn, hoa hồng, …, việc lai xa khác loài tạo bơng hoa có màu sắc mùi hương thơm ngát mà tự nhiên

3/ Chuyển gen kháng bệnh kháng sâu vào trồng - Chuyển gen chống rỉ sắt vào lúa mì

- Chuyển gen chống mốc hồng vào kiều mạch - Chuyển gen kháng bêïnh xoắn lùn vào lúa - Chuyển gen kháng bệnh Wilt vào - Chuyển gen chống bọ xít xanh vào lúa mì

4/ Chuyển gen kiểm sốt hàm lượng protein vào trồng Có nhiều lồi hoang dại có hàm lượng protein cao trồng có quan hệ họ hàng Ví dụ A magna, A sterillis, Triticum dicoccoides, … Gen chuyển vào giống cốc có suất cao

5/ Chuyển gen chống chịu với tác nhân bất thuận phi sinh học:

đựng lồi hoang dại khác

Có thể chuyển gen chịu hạn loài lúa dại O nivara, chịu mặn O granutata, … vào loài lúa trồng qua lai xa Người ta tạo giống mía có nhiều tính trạng tốt nhờ lai giống thuộc lồi mía trồng Saccharum officinarum L với hai lồi mía dại S spont L S robustum L (hình 4-9).

6/ Tạo dịng đơn bội, tạo lai tế bào đa dạng loại bất dục tế bào chất

Áp dụng phương pháp lai xa có nhiều kết tạo dòng đơn bội với đại mạch, lúa mì Dung hợp tế bào trần loài hội để thực việc lai tế bào mà phương pháp tạo giống truyền thống khơng thực Sử dụng bất dục đực có ý nghĩa việc sản xuất hạt giống ưu lai cho trồng thực thủ công Trong nguồn thực vật hoang dại tồn lớn nguồn gen bất dục tế bào chất phát nhiều lúa mì, lúa nước, iticum, Aegilops … Sử dụng kỹ thuật lai truy hồi nuôi cấy mô tế bào phát triển dạng bất dục đực với nguồn tế bào đa dạng

POJ 100

Fidji (S.offcinarum)

×

EK

Kassaer × ×

POJ 2364 EK 28

Labaina(S.robustum, lồi dại)

× POJ 2878

Hình 4-9:Tạo giống mía POJ 2878 phương pháp lai xa

POJ 100 Glagah

(S.spont, loài dại) Black cheribon

(S.offcinarum) ×

Loethers (S.offcinarum) ×

3.2 Đặc điểm lai khác loài

3.2.1 Biến dị di truyền khơng bình thường

Trong quần thể lai xa, từ F2 trở có đa dạng lớn kiểu hình lẫn kiểu gen cho thấy phân ly mạnh so với lai loài Nếu loài khởi đầu khác số lượng nhiễm sắc thể F1 phân chia khơng bình thường Nghiên cứu lai khác lồi với lúa mì có 28 42 nhiễm sắc thể cho thấy: lai F1 có 35 nhiễm sắc thể, cịn đời F2 có số nhiễm sắc thể giới hạn 28 – 42 hệ sau có số lượng nhiễm sắc thể trung gian từ 29 đến 41, sau cá thể phân hai nhóm với 28 42 nhiễm sắc thể Như vậy, cân di truyền ổn định dạng thiết lập hệ sau lai đời sau thường khơi phục lại dần loại hình bố mẹ Tuy nhiên, khơng phải phục hồi xác ngun bố mẹ ban đầu mà có giống hình dáng bên ngồi Những biểu biến dị không phụ thuộc nhiều vào gần gũi mặt di truyền bố mẹ

3.2.2 Con lai khác loài thường bất thụ

Có thể nhận hạt lai khác lồi đời F1 lai bị bất thụ, đời sau giảm dần tính hữu thụ Bố mẹ xa mặt di truyền đặc tính thể mạnh Các nguyên nhân gây tính bất thụ là:

1) Tính khơng hịa hợp nhân tế bào chất làm rối loạn phân chia tế bào trình hình thành tế bào sinh dục

2) Tác động gen làm cản trở phát triển quan đực hoa

3) Khác cấu trúc nhiễm sắc thể ngăn cản tiếp hợp chúng giảm phân Sự rối loạn nguyên nhân chủ yếu bất thụ lai xa

sắc thể, trình giảm phân để hình thành giao tử diễn bình thường Các giao tử có khả sinh sản nên tạo thành quả, hạt bình thường Ví dụ, lai cà chua trồng Lycopercicom esculantum Mill với cà chua dại Lycopercicom pimpine Mill để chuyển gen II (trội) kháng bệnh xoắn đốm nâu cà chua dại vào thay cho gen ii cà chua trồng Kết tạo giống cà chua kháng bệnh tốt Hoặc lai giống bơng thuộc lồi G hirsutum L có suất cao, lớn, chất lượng xơ bình thường với giống bơng thuộc lồi G barbadense L suất thấp, nhỏ, chất lượng xơ tốt Sự kết hạt diễn bình thường lai loài, hệ F1 hoàn toàn hữu thụ Người ta tạo nhiều lai có ưu lai suất, có chất lượng xơ tốt Tuy nhiên, hệ sau suất chất lượng giảm mạnh, thua bố mẹ mà xuất hiện tượng bất thụ

3.3 Những khó khăn lai xa biện pháp khắc phục

Bảng 4.3: Những khó khăn lai xa biện pháp khắc phục

Khó khăn Biện pháp khắc phục

1 Không thụ phấn,

thụ tinh được

(không đậu hạt lai) a Không thụ phấn mơi trường vịi nhụy mẹ khơng phù hợp cho hạt phấn bố nảy mầm

- Tiến hành lai mẹ non

- Tiếp cận vơ tính: ghép mẹ lên bố, sau thụ phấn bố lên hoa cành ghép (Aùp dụng cho mận dại mận trồng, khoai lang dại khoai lang trồng, ghép phơi lúa mì lên đại mạch thụ phấn đại mạch cho ghép)

- Thụ phấn mentor: Làm yếu hạt phấn mẹ đến mức khơng có khả thụ tinh, sau trộn với phấn bố để thụ phấn

- Lai với trung gian: để lai đào dại với đào trồng lai đào dại với sơn đào, sau lấy phấn F1 lai với đào trồng

- Sử dụng chất điều hòa sinh trưởng phun lên vòi nhụy để giải phóng chất kìm hãm (inhibitor) - Đa bội để có số NST

- Trường hợp hình thành hợp tử phơi bị chết lai nghịch đảo để tìm hịa hợp phôi TBC

b Thụ phấn không thụ tinh ống phấn bố ngắn nên phấn bố khơng tới nỗn

- Thụ phấn hỗn hợp khác loài - Thụ phấn nhiều lần

- Cắt bớt vòi nhụy

- Sử dụng chất điều hòa sinh trưởng cho ống phấn

2 Hạt lai chết

chừng: nội nhũ

hạt không đủ dinh dưỡng cho phôi không phù hợp cho phôi lai

- Ghép lai lên bố mẹ

3 Cây lai bất thụ:

do túi phấn khơng mở nhiễm sắc thể phân ly tổ

hợp khơng bính

thường

- Mở túi phấn biện pháp nhân tạo để giải phóng phấn túi phấn không mở - Xử lý đa bội để có số NST - Lai thuận nghịch

- Thụ phấn bố cho F1

Chửụng

CáC PHƯƠNG PHáP CHäN LäC

 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CHỌN LỌC

 NHỮNG NGUYÊN TẮC CHÍNH TRONG CHỌN LỌC

 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC CƠ BẢN

 CHỌN LỌC CHO CÂY TỰ THỤ PHẤN

 CHỌN LỌC CHO CÂY GIAO PHẤN

 CHỌN LỌC CHO CÂY SINH SẢN VÔ TÍNH

1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CHỌN LỌC 1.1 Khái niệm chọn lọc

Hàm ý chọn lọc tác động điều kiện tự nhiên can thiệp người vào quần thể thực vật làm cho quần thể thay đổi theo hướng có lợi cho theo hướng phục vụ cho mục đích người

Theo Ch Darwin (1859), trồng vật ni có hai hình thức chọn lọc: chọn lọc tự nhiên chọn lọc nhân tạo

Chọn lọc tự nhiên

Chọn lọc tự nhiên trình biến đổi quần thể trồng ảnh hưởng điều kiện mơi trường, khơng có can thiệp người Dưới tác động liên tục lâu dài điều kiện sống, có khắc nghiệt, làm cho cá thể khơng thích nghi bị chết, kết cấu trúc quần thể thay đổi, hoàn thiện thích nghi với điều kiện sống Darwin giải thích: “Tất cá thể quần thể khác vô số dấu hiệu chất khác biệt có ý nghĩa định với tiềm tiến hóa cá thể Bất động vật hay thực vật điều kiện sống phức tạp bị biến đổi theo hướng có lợi cho dù mức độ không đáng kể tất nhiên chọn lọc tự nhiên giữ lại”

Choïn lọc nhân tạo

Chọn lọc nhân tạo hay chọn lọc có định hướng q trình chọn lọc quần thể trồng người tiến hành nhằm phục vụ cho lợi ích người Trong trình phát sinh cá thể, cá thể mang biến dị xấu, khơng có lợi cho người bị loại bỏ, biến dị có lợi giữ lại

Theo Darwin, chọn lọc nhân tạo diễn hai hình thức: chọn lọc nhân tạo vơ ý thức chọn lọc nhân tạo có ý thức

Gọi chọn lọc vơ ý thức việc chọn lọc khơng có mục tiêu phương hướng định trước Hình thức người tiến hành diễn hàng chục nghìn năm trước có chọn lọc có ý thức Cịn, gọi chọn lọc có ý thức người tiến hành biến đổi giống có mục đích định trước việc chọn lọc có phương pháp

1.2 Vai trò chọn loïc

- Chọn lọc tự nhiên làm cho sinh vật đa dạng, có tính thích nghi chống chịu cao Đây nguồn tài nguyên di truyền phong phú, nguồn vật liệu khởi đầu tốt cho chương trình tạo giống phục vụ cho lợi ích người

- Bằng chọn lọc nhân tạo, người loại bỏ biến dị xấu, tích lũy giữ lại biến dị có lợi để phục vụ cho mục đích khác người

Như vậy, chọn lọc nhân tạo có vai trò to lớn, tạo giống trồng mới, trì phát triển đặc tính, tính trạng tốt cải tạo đặc tính, tính trạng xấu giống trồng có

1.3 Tại phải chọn lọc chọn giống ?

Mục tiêu chọn giống trước hết chọn giống có suất cao, ổn định có phẩm chất tốt Vì giống phải có độ đồng ngoại hình cao, có suất cá thể cao Để đạt điều phải thơng qua đường chọn lọc Vì lý sau nên chọn giống phải áp dụng phương pháp chọn lọc:

kiện đến 10% cao nhiều Đó nguyên nhân phát sinh biến dị làm cho quần thể đồng

2) Chọn lọc giúp ta trì giống có, đồng thời chọn lọc, bồi dục từ quần thể tự nhiên hay quần thể nhân tạo biến dị tốt, tạo giống Để sàng lọc nguồn biến dị quần thể tự thụ phấn, tốt sử dụng phương pháp chọn lọc cá thể, tạo dòng ưu tú phát triển thành giống

3) Trong quần thể giao phấn, với cấu trúc di truyền dị hợp tử, gen lặn có hại bị lấn át gen trội Tiến hành tự phối liên tục số hệ, tạo hội cho gen lặn hình thành dạng đồng hợp tử biểu lộ Trên sở ta loại bỏ gen có hại Tạp giao dòng sau loại bỏ gen xấu cho giống dị hợp tử tốt quần thể giao phấn Chọn lọc truy hồi phương pháp tốt để trì quần thể giao phấn tốt

1.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến chọn lọc

Việc lựa chọn phương pháp chọn lọc, thời gian kết chọn lọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố

1.4.1 Phương thức sinh sản trồng

Cây trồng có phương thức sinh sản hữu tính (bằng hạt) sinh sản vơ tính (bằng thân, cành, củ, rễ , lá, mô, …)

Về phương thức sinh sản hữu tính có hai nhóm: tự thụ phấn giao phấn Với hai nhóm phương pháp chọn lọc tạo giống khác Trên sở hiểu biết đặc tính di truyền nhóm cho phép nâng cao hiệu rút ngắn thời gian chọn giống

Việc chọn giống với loại sinh sản vơ tính phức tạp nhanh sinh sản hữu tính, sau vụ gieo trồng di truyền ổn định Nhiều sinh sản vơ tính có nguồn gốc hai nhóm sinh sản hữu tính, tạo hạt lai hữu tính Lợi dụng phương thức tạo tổ hợp lai có ưu lai cao sau cố định nhân vơ tính 1.4.2 Loại tính trạng

lượng, việc chọn lọc khó khăn, thời gian chọn lọc dài, kết ổn định

1.4.3 Mức độ biến dị di truyền quần thể chọn giống Quần thể ban đầu có biến dị di truyền mạnh, tức có nhiều kiểu gen khác biệt kiểu gen lớn, hiệu chọn lọc cao Nếu quần thể ban đầu biến dị, hiệu chọn lọc không cao Hiệu chọn lọc phụ thuộc vào vi sai chọn lọc, cường độ chọn lọc, hệ số di truyền tính trạng, tương quan di truyền số chọn lọc

1.4.4 Phương pháp chọn lọc

Tùy loại trồng, loại tính trạng, mức độ biến dị quần thể, mà lựa chọn phương pháp chọn lọc Thường áp dụng phương pháp chọn lọc quần thể nhanh chóng đạt u cầu quần thể ổn định, khơng tích lũy biến dị cá thể tốt, chọn lọc cá thể tốn kém, thời gian chọn lọc dài kết tốt ổn định Đối với giao phấn, việc chọn lọc cá thể dẫn đến suy thoái giống nên sử dụng tạo giống ưu lai

1.4.5 Xác suất tuyển chọn

Xác suất tuyển chọn thấp cường độ chọn lọc cao nhanh chóng đạt mục tiêu

1.4.6 Số lượng gen hoạt động gen

Tính trạng kiểm sốt gen việc chọn lọc dễ nhiều gen Trong quần thể lai, việc chọn lọc với quần thể gen tiến hành từ hệ đầu; cịn với tính trạng nhiều gen, việc chọn cá thể hệ sau Giá trị hoạt động cộng tính gen có ý nghĩa chọn giống chủng, giá trị hiệu ứng phi cộng tính có ý nghĩa việc tạo giống lai F1

2 NHỮNG NGUYÊN TẮC CHÍNH TRONG CHỌN LỌC 2.1 Xác định mục tiêu, phương hướng chọn giống rõ ràng

được phác thảo Một giống đạt mục tiêu đề phải giống có đặc điểm hình thái thích hợp, chẳng hạn để trồng dày phải gọn, thấp; để sản xuất gạo cao cấp phục vụ cho xuất ngồi tiêu chuẩn hình dạng, màu sắc, độ bạc bụng, phải đạt tiêu chuẩn độ hòa hồ, độ bền thể gel, hàm lượng amilose,

Phương hướng chọn giống bao gồm phương pháp tạo vật liệu khởi đầu, phương pháp chọn lọc, quy mơ chọn lọc, điều kiện thí nghiệm, để đạt mục tiêu Phương hướng chọn giống hiểu đường để đến đích Tất hoạt động trình chọn giống nhằm phục vụ cho mục tiêu chọn giống

2.2 Chọn vật liệu khởi đầu thích hợp

Vật liệu khởi đầu nguồn gen để từ chọn kiểu gen thích hợp, sở tổ chức lại (tái tổ hợp phương pháp lai, xử lý đột biến, .) kiểu gen phục vụ cho chọn giống Hiển nhiên là, khả chọn giống phụ thuộc hồn tồn vào có mặt gen cần thiết cho hình thành tính trạng mong muốn Ví dụ, muốn tạo giống kháng bệnh đạo ơn hại lúa vật liệu khởi đầu phải có gen kháng Khi có vật liệu khởi đầu thích hợp kết chọn giống lại phụ thuộc vào điều kiện phương pháp nghiên cứu thao tác kỹ thuật nhà chọn giống

2.3 Trong chọn giống cần dựa vào tính trạng trực tiếp tính trạng tổng hợp

Dựa vào số liệu thu thập tiêu để chọn hay loại bỏ theo tính trạng chọn trực tiếp Từ số liệu thu được, dựa vào mức độ tương quan tính trạng để suy đốn chọn lựa chọn gián tiếp qua tính trạng khác Ví dụ như, củ khoai lang vàng khoai lang trắng; giống lúa có đứng, dày chịu phân suất cao; giống nhiều lông kháng rầy, …

2.4 Vật liệu chọn giống trồng điều kiện đồng đều, thích hợp

Sự tác động khơng môi trường lên kiểu gen làm cho mối quan hệ giá trị kiểu hình khơng phản ánh quan hệ kiểu gen, việc chọn giống khơng xác Có thể điều kiện gieo trồng khơng thích hợp, kiểu gen khơng biểu cách đầy đủ Nguyên tắc khắc phục hạn chế nói

2.5 Điều kiện chọn giống phải tương ứng với điều kiện mà giống trồng tương lai Áp dụng các biện pháp kỹ thuật tốt cho ruộng chọn giống

Việc chọn giống thực vùng đất dự định phổ biến giống Ví dụ, nghiên cứu giống kháng hạn vùng khô hạn, giống chịu mặn vùng đất mặn Thơng thường người ta tạo điều kiện nhân tạo tương ứng để chọn giống

Việc áp dụng biện pháp kỹ thuật tốt cho ruộng chọn giống tạo thuận lợi để kiểu gen thể đầy đủ khả

2.6 Kết hợp chọn lọc ngồi đồng với chọn lọc phịng, theo dõi suốt thời kỳ sinh trưởng giống

Các tiêu theo dõi đồng tính trạng hình thái, kinh tế (như chiều cao, số lá, số hạt, suất, …) Những tiêu đặc tính chất lượng số đặc tính sinh lý, sinh hóa số tiêu hình thái, màu sắc phải thực phòng Nguyên tắc việc chọn giống phải thực cách tồn diện

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC CƠ BẢN

Có hai phương pháp chọn lọc bản: chọn lọc quần thể (hay quần tuyển) chọn lọc cá thể (hay cá tuyển)

3.1 Chọn lọc quần thể (Mass selection) 1 Phương pháp:

Từ quần thể ban đầu, chọn đánh dấu cá thể có tiêu chuẩn theo mục tiêu chọn giống dạng cây, dạng kích thước lá, dạng (hạt), màu sắc thân lá, chiều cao, thời gian sinh trưởng, khả cho suất, … Tùy loại cây, chọn 2-3 lần: lần chuẩn bị hoa, lần (hạt) có kích thước tối đa chọn thứ ba (hạt) chín Trong lần theo dõi, tiến hành loại bỏ thêm không đạt yêu cầu (không chọn thêm) Thu hạt chọn lần cuối bỏ chung năm sau gieo thành quần thể Quần thể so sánh với quần thể ban đầu giống sản xuất đại trà làm đối chứng

Phương pháp gọi phương pháp chọn lọc quần thể lần Nếu quần thể chưa đạt yêu cầu cần thiết tiến hành chọn thêm số vụ theo cách tương tự, gọi chọn lọc quần thể nhiều lần Trong quần thể có nhiều dạng khác nhau, phân lập thành quần thể khác

Cách chọn gọi “chọn dương” Trong trường hợp đa số quần thể đạt yêu cầu cần thiết, ta tiến hành loại bỏ khơng đạt u cầu Có thể thực 2- lần, sau lần số bị loại tăng thêm Cuối cùng, thu chung hạt Quần thể ban đầu ° ° ° ° ° ° °

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °° ° ° Vuï 1:

Chọn tốt, điển hình, đồng

Vụ 2:

So sánh giống

Trộn chung hạt tốt

Giống chọn

Giống đối chứng Giống

ban đầu

các lại để làm giống Cách chọn gọi “khử âm” Để làm (hoặc phục tráng) giống tự thụ phấn mức độ thối hóa chưa cao muốn nâng cao độ đồng quần thể giao phấn, người ta thường áp dụng phương pháp 2 Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ làm, tốn kém, nhanh có kết - Nhược điểm: Khơng kiểm sốt kiểu gen cá thể nên khơng tích lũy tách dịng có biến dị tốt Sau vài vụ, quần thể dễ độ đồng

3 Điều kiện aùp duïng

Phương pháp chọn lọc quần thể chủ yếu áp dụng để tạo quần thể từ quần thể tự nhiên phục tráng giống bị thối hóa

3.2 Chọn lọc cá thể (Individual selection, Pure line selection) 1 Phương pháp

Từ quần thể ban đầu, chọn đánh dấu cá thể tốt theo mục tiêu chọn giống Tiến hành theo dõi mơ tả tính

Hình 5.2: Sơ đồ chọn lọc quần thể nhiều lần

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Quần thể ban đầu (chọn tốt) Vụ

Vuï 2

Trộn hạt tốt Quần thể chọn lần

(chọn tốt) So sánh giống

Giống Đ/C Giống

chọn Giống

Đ/C

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Vuï ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Trộn hạt tốt Quần thể chọn lần

trạng cần thiết, cuối vụ thu riêng phân tích phòng Vụ sau, gieo riêng cá thể chọn thành dòng đánh giá tiêu Các dịng đồng dạng hình, có suất chất lượng tốt đưa vào tham gia so sánh dòng, lấy giống sản xuất đại trà làm đối chứng Nếu tốt tiếp tục bước

Chọn lọc gọi chọn lọc cá thể lần Trường hợp dịng chưa đồng tiếp tục chọn cá thể tốt, vụ sau gieo riêng tiếp tục chọn đạt yêu cầu

2 Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm: Theo dõi đặc tính cá thể nên tích lũy tạo dịng ưu tú nhằm tạo giống ổn định

- Nhược điểm: Phức tạp, khó làm, tốn kém, thời gian chọn lọc lâu Chọn lọc cá thể với giao phấn làm cho dịng suy thối

3 Điều kiện áp dụng

Phương pháp áp dụng rộng rãi chọn giống phục tráng giống quần thể giống bị thoái hóa nhiều

Có thể áp dụng phương pháp chọn lọc quần thể cải lương (hình 5-5) để cải tiến quần thể trường hợp chọn lọc quần thể lần khó đạt kết

Hình 5-3: Sơ đồ chọn lọc cá thể lần

Các dòng chọn

Quần thể ban đầu

Gieo thành dòng riêng biệt, chọn dòng tốt

So sánh giống

Vơ

QT ban đầu

Giống KĐ Giống Đ/C

Vuï

Vuï

Quần thể ban đầu

Gieo thành dịng riêng biệt, chọn dịng tốt, điển hình

Trộn chung hạt dòng tốt sau kiểm tra phòng

So sánh giống Vụ

Vụ

QT ban đầu

Giống ĐC Vụ

Hình 5-5: Sơ đồ chọn lọc quần thể cải lương Giống

mới Giống

KÑ

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Hình 5-4: Chọn lọc cá thể nhiều lần

Quần thể ban đầu Gieo riêng chọn tốt

So sánh giống với giống ban đầu giống đối chứng Vụ

Vuï

Vuï Vuï

Vụ

Đ/C

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Ñ/C Ñ/C

Ñ/C

4 CHỌN LỌC VỚI CÂY TỰ THỤ PHẤN 4.1 Cơ sở di truyền

Mục đích chọn giống tự thụ phấn tạo dịng ổn định, có tính trạng đặc tính mong muốn Từ kiểu gen hoàn toàn dị hợp tử, qua đời tự phối, tần suất kiểu gen hình thành xác định qua triển khai số hạng công thức:

 n k nk

1

2 1

2     

Trong đó: k: Số cặp gen kiểm sốt tính trạng n: Số hệ tự phối

2nk: Tổng số cá thể quần thể tự phối; (hay 100%): Tổng số tần số kiểu gen Ví dụ:

Với tính trạng có cặp gen kiểm sốt (k = 2), qua đời tự phối (n = 1) ta có :

   

1

1

2 1 0, 25 0, 50 0, 25

2           , nghĩa có 25% cá thể có kiểu gen đồng hợp tử cặp gen, 50% cá thể có kiểu gen đồng hợp tử cặp gen 25% cá thể có kiểu gen dị hợp tử

Nếu tiếp tục tự phối (n = 2), ta có:

 

2

2

1

2 1 0, 562 0, 375 0, 063

2     16      , tức có 56,2% cá thể có kiểu gen đồng hợp tử cặp gen, 37,5% cá thể có kiểu gen đồng hợp tử cặp gen 6,3% cá thể có kiểu gen hồn tồn dị hợp tử

Nếu n = ta lại có:

 

3

3

1

2 1 14 0, 766 0, 219 0, 015

Như vậy, qua lần tự phối số kiểu gen đồng hợp tử tăng lên Với tính trạng có nhiều cặp gen kiểm sốt, để có kiểu gen đồng hợp tử tất cặp gen, số đời tự thụ phải nhiều Đó sở xác định thời điểm (thế hệ) để chọn dịng đồng hợp tử ổn định

Bảng 5.1: Xác suất xuất kiểu gen đồng hợp tử tính trạng F2

Số gen kiểm sốt tính trạng Lượng

maãu 10 20 50 100

20 0,89 0,79 0,71 0,63 0,59

50 0,96 0,84 0,75 0,66 0,61

100 0,99 0,88 0,77 0,68 0,62

500 1,00 0,94 0,83 0,71 0,65

1000 1,00 0,96 0,85 0,73 0,66

5000 1,00 1,00 0,89 0,76 0,68

 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Theo Baker, 1994

4.2 Cách tiếp cận

Có thể hình dung cách tiếp cận qua sơ đồ sau: Giai đoạn I:

Khai thác biến dị có sẵn

Đột biến, đa bội, … chọn lọc Thu thập

Nhập nội Chọn lọc

Đánh giá Phổ biến

Giai đoạn II:

Tạo nguồn biến dị di truyền Các dịng quần thể có kiểu gen ổn định

Lai Choïn loïc

Đánh giá Phổ biến Hồi giao, chọn lọc

Bất kỳ loại nào, công việc chọn giống việc khai thác nguồn gen có sẵn Trong nhiều trường hợp giống tạo nhờ sử dụng nguồn gen Đây đường nhanh nhất, hiệu tiết kiệm Một nguồn gen có hạn khó khăn việc khai thác (ví dụ: chọn giống kháng bệnh suất chất lượng chưa tốt) tiến hành phương pháp tạo nguồn biến dị di truyền cho chọn giống

4.3 Phương pháp chọn lọc

4.3.1 Duy trì cải tiến quần thể tự nhiên

Quần thể tự nhiên hiểu quần thể địa phương, giống nhập nội, giống tốt lâu ngày chưa phục tráng

Để trì phục tráng giống ta tiến hành phương pháp chọn lọc quần thể hay chọn lọc quần thể cải lương

Để tạo giống ta tiến hành phương pháp chọn lọc cá thể hay nhiều lần để tách hình thành kiểu gen ưu tú

Chọn lọc để trì quần thể chọn lọc để cải tiến quần thể tự nhiên minh họa hình 5.7 sau:

x 68,26%

95,44% 99,73%

µ µ+ µ+2 µ+3 µ-

µ-2 µ-3

Hình 5-7:Quy tắc chọn lọc theo độ lệch chuẩn 

   

2 x

2

f x e

2

 

Theo quy taéc:

Xác suất để giá trị cá thể chọn nằm khoảng µ - 1 < x < µ + 1 68, 26%, tức là:

P[(µ - 1) < x < (µ + 1)] = 0, 6826 Cịn: P[(µ - 2) < x < (µ + 2)] = 0, 9544 Và: P[(µ - 3) < x < (µ + 3)] = 0, 9973 Trong thực nghiệm, với số mẫu lớn µx  sx:

- Muốn cho quần thể có độ đồng cao ta cần chọn nghiêm ngặt, tức lấy cá thể nằm khoảng x ±sx, P[(x - sx) < x < (x+ sx)] = 0,6826 Điều nghĩa chọn tập hợp 68,26% cá thể tập hợp mẫu theo dõi Tùy yêu cầu mở rộng khoảng cách

- Muốn cải tiến quần thể, ta chọn cá thể có giá trị nằm khoảng: (x ±2sx), P[(x - 2sx) < x < (x+ 2sx)] = 0, 0215, tức có 2,1% cá thể nằm khoảng

- Muốn hình thành dòng khác biệt với quần thể ban đầu chọn cá thể có giá trị x > (x+ 3sx), P [x > (x+ 3sx)] ≈ 0,001, tức có 1‰ cá thể nằm khoảng

Hiệu chọn lọc không phụ thuộc vào giá trị độ lệch mẫu chọn so với trị trung bình quần thể mẫu theo dõi mà phụ thuộc vào hệ số di truyền tính trạng

4.3.2 Chọn lọc với quần thể lai

Như bắt buộc, việc chọn lọc quần thể lai sử dụng phương pháp chọn lọc cá thể, tạo dòng

gen trở lên đến F6 , F7 bắt đầu chọn cá thể có kết Với quần thể lai, người ta thường áp dụng phương pháp chọn lọc sau:

1 Phương pháp Bulk

Phương pháp Bulk Nilsson Ehle đề xuất năm 1901 Phương pháp gọi phương pháp trồng dồn hay phương pháp gieo lại Ông cho việc chọn cá thể sớm hiệu hình thành cá thể ổn định muộn Nội dung phương pháp sau:

Hạt tổ hợp gieo liên tục từ F1 đến F5 không chọn lọc Từ F6 trở đi, tiến hành chọn lọc dịng hệ theo tính trạng, đặc tính mong muốn có dịng ổn

Mỗi hệ lấy phần hạt để gieo lại hệ sau

Giống cơng nhận thức F1

đến F5

Gieo riêng chọn cá thể tốt Gieo riêng dòng so sánh sơ F6

F7

×

♀ ♂

P

F8 Nhaân

So sánh quy, khảo nghiệm

………

Đ/C Ñ/C

Ñ/C ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

định ngừng chọn lọc Hạt dịng chọn đem so sánh sơ bộ, so sánh quy đăng ký khảo nghiệm (nếu tốt) Sơ đồ chọn lọc sau (hình 5-8)

Phương pháp đơn giản, đồng thời thực nhiều tổ hợp lai Tuy nhiên lượng hạt tổ hợp qua hệ ngày lớn nên phải bỏ lại Trong số hạt khơng gieo có nhiều kiểu gen tốt

Phương pháp cải tiến cách bắt đầu chọn cá thể từ F4, gọi phương pháp chọn lọc Bulk cải tiến

2 Phương pháp phả hệ (Pedigree method)

Phương pháp Newman đề xuất năm 1912 Nội dung bắt đầu chọn cá thể tốt từ F2, vụ sau gieo thành dòng tiếp tục chọn cá thể tốt dòng để gieo lại vụ sau Gieo riêng chọn tốt (1 bơng)

Giống cơng nhận thức F1

F2

F3

F4 F5

×

♀ ♂

P

F6,F7,F8 Nhaân So sánh sơ bộ, quy khảo nghiệm giống

………

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °°°°°

Gieo riêng chọn tốt (1 bông) Gieo riêng chọn tốt (1 bông) Gieo riêng chọn tốt (1 bông)

Việc chọn cá thể kết thúc hình thành dịng tốt Nội dung phương pháp trình bày sơ đồ

Phương pháp phức tạp, khối lượng công việc lớn, số lượng cá thể dòng bị đào thải cao, tốn

3 Phương pháp phổ hệ với chọn cá thể gián đoạn

Phương pháp A.Kerman Macky đề xuất năm 1948 Nội dung bắt đầu chọn cá thể tốt từ F2, vụ sau gieo thành dòng tiếp tục chọn cá thể tốt dòng để tiếp tục gieo vụ sau Từ F4 không chọn cá thể mà đưa dòng đồng đều, tốt vào so sánh

4 Phương pháp hạt ưu tú

Mỗi F2 lấy hạt để gieo vụ sau, qua hệ chọn tốt lấy hạt gieo lại

Giống công nhận thức F1

F2 F3 F4 F5

×

♀ ♂

P

F7,F8 …

Nhân So sánh sơ bộ, quy, khảo nghiệm giống

……… §/C

Gieo dịng chọn dòng tốt F

6

Chọn cá thể tốt để gieo vụ sau

Phương pháp Gouden đề xuất năm 1941 Nội dung từ F2 trở chọn tốt, lấy hạt tốt để gieo lai vào vụ sau Từ F6 bắt đầu chọn dòng tốt Nội dung phương pháp trình bày sơ đồ

5 Phương pháp hồi giao

Hồi giao phương pháp có hiệu để tăng cường sức đề kháng cho thể lai Trong phương pháp tiến hành hồi giao số hệ với giống có gen cần tăng cường, sau thực việc chọn lọc cá thể theo phổ hệ Hoặc, tiến hành chọn lọc cá thể qua hệ tiến hành hồi giao Số giao phụ thuộc vào kết đạt đời

4.4 Dự đoán hiệu chọn lọc

Hệ số di truyền, tương quan di truyền số chọn lọc liệu quan trọng cơng tác chọn lọc tính trạng số lượng quần thể tự thụ phấn, qua để xác định tiến độ di truyền (hiệu chọn lọc)

4.4.1 Sử dụng hệ số di truyền để dự đoán hiệu chọn lọc

1 Tiến độ di truyền vi sai chọn lọc

trị bình quân quần thể trước chọn x, giá trị bình quân cá thể chọn x0thì độ lệch x0 x gọi vi sai chọn lọc (S): S = x0- x

Để mối quan hệ vi sai chọn lọc S tiến độ di truyền ∆G ta xét đồ thị sau (Hình 5.11):

Trên đồ thị, hoành độ x giá trị cá thể quần thể khởi đầu tung độ y biểu thị giá trị bình quân đời Nếu quần thể khởi đầu khơng chọn lọc giá trị bình qn tương tự với giá trị bình quân đời con, tức là: y = x (x giá trị bình quân quần khởi đầu khơng chọn lọc) Những cá thể chọn có giá trị di truyền cao x tạo quần thể đời sau có giá trị bình qn cao giá trị bình quân quần thể khởi đầu, tức tạo tiến độ di truyền ∆G Nếu quần thể chọn có biến dị di truyền đường chọn lọc cá thể nâng cao giá trị ∆G theo tính trạng chọn, quần thể khơng cịn biến dị di truyền (chỉ có biến dị điều kiện ngoại cảnh) ∆G đạt giá trị cao Khi bình qn quần thể chọn cao quần thể ban đầu giá trị ∆G Tương quan vi sai chọn lọc tiến độ di truyền đường thẳng hồi quy theo phương trình: y – x = b (x – x) Vì y – x =

∆G x – x = S nên: ∆G = bS Giá trị hệ số hồi quy b giá trị hệ số di truyền, tức là:

∆G = Sh2 (5-1)

x

y

y

0 x x

Hình 5-11: Quan hệ tiến độ di truyền vi sai chọn lọc x

Như biết hệ số di truyền ta dự đốn kết chọn lọc tính trạng đời sau

Giá trị bình qn tính trạng đời thứ n là: X (Fn) = X (Fn - 1) + ∆G = X (Fn - 1) + Sh2 2 Cường độ chọn lọc

Vi sai chon lọc số đo tuyệt đối việc chọn quần thể bố mẹ Giá trị lớn nhỏ người chọn giống định Nhưng thực tiễn, việc định vấn đề khó khăn quan hệ với nhân tố khác Đó là:

- Xác suất số lượng cá thể chọn: Ví dụ, có quần thể có phương sai tương đồng, xác suất chọn lựa khác 50% 20% Rõ ràng, xác suất chọn lựa nhỏ (ở 20%) vi sai chọn lọc lớn

- Độ lớn nhỏ phương sai quần thể sai số tiêu chuẩn: Nếu mức độ biến dị quần thể khơng giống nhau, dù xác suất chọn lựa sinh vi sai chọn lọc khác Ví dụ, quần thể có phương sai ĩ12 = 1, chọn cá thể có giá trị cao với xác suất chọn 20%, giá trị cá thể x + 1,4, tức vi sai chọn lọc S = 1,4 Cũng vậy, quần thể có giá trị bình qn x có phương sai ĩ22 = 4, xác suất chọn 20%, giá trị bình quân quần thể chọn x+ 2,8 vi sai chọn lọc S 2,8

Như vậy, nói, xác suất tuyển chọn nhau,

(S x x;    G y x Sh2  i Ph )2

Hình 5-12:Vi sai chọn lọc (S) hiệu chọn lọc (G)

x x0

x y

quần thể có phương sai lớn vi sai chọn lọc lớn Cơng thức mối quan hệ là:

p S i 

 (5-2) óp = √óp2là sai số tiêu chuẩn quần thể, i số tỷ

lệ S ĩp Có thể nói, xác suất tuyển chọn, vi sai chọn lọc S bậc phương sai quần thể tỷ lệ thuận với Ở trạng thái ĩp2 = 1, i có giá trị vi sai chọn lọc Số i quan hệ với xác suất tuyển chọn mà không quan hệ với phương sai quần thể Chúng ta gọi i cường độ chọn lọc, mức tương đối để tiến hành chọn lọc quần thể

Quan hệ xác suất tuyển chọn q (%) cường độ chọn lọc i sau:

q,% 10 20 30 40 50 60 70

i 2,67 2,42 2,27 2,15 2,06 1,75 1,40 1,16 0,97 0,80 0,64 0,50 Cần lưu ý, số liệu bảng kết tính tốn vào phân bố chuẩn Bảng cho thấy cường độ chọn lọc tăng, xác suất tuyển chọn (tỷ lệ cá thể chọn) nhỏ, vi sai chọn lọc lớn

3 Dự đoán tiến độ di truyền

Từ công thức (5-1), (5-2) cơng thức tính hệ số di truyền ta có:

∆G = Sh2 = i óp h2 = i óg h2

i xác định dựa vào xác suất tuyển chọn q, ĩg bậc

2 phương sai kiểu gen h2 hệ số di truyền Vì biết phương sai kiểu gen, hệ số di truyền, vào xác suất tuyển chọn dễ dàng tính tiến độ di truyền

Tiến độ di truyền tính tương đối (%) sau:

g 2

G (%) i h 100 i.C.V.g h 100 x

 

  

trong đó: x giá trị trung bình quần thể, C V.g = x

g 

4.4.2 Sử dụng hệ số tương quan để dự đoán hiệu chọn lọc

Đối với tính trạng chọn lọc (ví dụ tính trạng 1), cơng thức tính trực tiếp tiến độ di truyền là:

∆G1 = i 12

g h



Sử dụng hệ số tương quan di truyền (ví dụ tính trạng 2) từ tiến độ di truyền tính trạng để tính tiến độ di truyền cho tính trạng 2:

∆G2 = bg12∆G1

trong bg12 hệ số hồi quy tính trạng tính trạng

bg12 = 2 g 12 g Cov 

do tính được:

∆G2 = rg 12 1 g 2 g G  

 = r

g 12 g12 12 g 2 g h k    = rg12 k 12

2 g h

 = rg12 k 22 2 p h h 

Do cần biết hệ số di truyền tương quan di truyền tính trạng tính tiến độ di truyền (đương nhiên ta có phương sai kiểu hình tính trạng)

Như tiến hành chọn lọc tính trạng dự đốn tiến độ di truyền tính trạng khác qua mối tương quan

4.4.3 Sử dụng số chọn lọc để dự đoán hiệu chọn lọc

Từ khái niệm số chọn lọc, ta xác định tiến độ di truyền qua số chọn lọc Y cường độ chọn lọc sau:

∆Gy = i b1g1y b2g2y  bngny

Nếu tiến độ di truyền xác định theo phương pháp chọn trực tiếp ∆G = 100% tiến độ di truyền xác định qua số chọn lọc tính trạng ∆Gy hiệu suất chọn lọc qua so sánh tương đối là:

G Gy  

5 CHỌN LỌC VỚI CÂY GIAO PHẤN 5.1 Cơ sở di truyền

Trong quần thể giao phấn đủ lớn, giao phối tự do, tần số kiểu gen hoàn toàn hội định Giả sử tần số gen A a p q (p + q = 1) Nếu chọn lọc hay giá trị chọn lọc ngang nhau, khơng có đột biến hay tỷ lệ đột biến thuậân nghịch cân bằng, tần số gen đời sau qua giao phối ngẫu nhiên :

P(AA) = p2 H(Aa) = 2pq Q(aa) = q2 Tần số không thay đổi đời

Bảng 5.2: Tần số gen qua đời giao phối ngẫu nhiên tần số kiểu gen đời

Giao phối ngẫu nhiên

lần thứ Kiểu gen đời Loại giao

phoái

Tần số

giao phối AA Aa aa

AA × AA p2 p2 p4

AA × Aa 2(p2.2pq)=4p3q 2p3q 2p3q

Aa × aa 2(p2.q2)= 2p2.q2 2p2.q2

Aa × Aa 2pq.2pq=4p2.q2 p2q2 2p2q2 p2q2

Aa × aa 2(2pq).q2=4pq3 2pq3 2pq3

aa × aa q2.q2=q4 q4

Coäng p2(p2+2pq+q2)+

2pq(p2+2pq+q2)+ q2(p2+2pq+q2)= (p2+2pq+q2)=

(p+q)2=1

p2(p2+2pq+q2)

= p2

2pq(p2+2pq+q2)

= 2pq

q2(p2+2pq+q2)

= q2

Đó nội dung định luật Hardy-Weinberg

Với giao phấn, việc chọn giống theo hai hướng: chọn giống ưu lai cải tiến giống Vấn đề tạo giống ưu lai với giao phấn đề cập chương

5.2 Phương pháp chọn lọc để cải tiến quần thể

Có nhiều phương pháp chọn lọc với quần thể giao phấn Sau số phương pháp thơng dụng

5.2.1 Chọn lọc quần thể

Đây phương pháp chọn lọc lâu đời giao phấn Phương pháp đơn giản, dựa vào kiểu hình để chọn tốt gộp chung lại làm giống Để nâng cao hiệu chọn lọc, trước hoa, cần nhổ bỏ khử đực cá thể sinh trưởng phát triển

5.2.2 Chọn lọc quần thể cải tiến

Phương pháp Gardner đề xuất năm 1961 Nội dung phương pháp gồm:

- Quần thể chọn lọc trồng cách ly với quần thể khác - Ruộng chọn giống chia nhiều ô, gieo thưa, chọn thu hoạch riêng ô

- Hạt tốt gộp chung theo ô chia làm ba: phần để trồng đời sau tiếp tục chọn lọc, phần đem so sánh quần thể chọn, phần cịn lại giữ lại kho

Thơng thường, việc chọn lọc theo phương pháp kéo dài 3-4 vụ (chu kỳ)

5.2.3 Phương pháp chọn cá thể (Phương pháp nửa) 1 Chọn lọc cá thể có cách ly:

- Vụ 1: Gieo vật liệu khởi đầu, chọn thu riêng hạt tốt

- Vụ 3: Tương tự vụ

Việc chọn lọc kết thúc kết đạt u cầu

2 Chọn lọc cá thể không caùch ly

- Vụ 1: Gieo vật liệu khởi đầu, chọn thu riêng hạt tốt

- Vụ 2: Chia hạt chọn làm hai phần: phần đem gieo để so sánh dòng, nửa giữ lại kho

- Vụ 3: Căn vào kết so sánh vụ trước, lấy hạt dòng tốt kho giống gieo tiếp tục chọn tốt thu riêng (như vụ 1)

- Vụ 4: Tương tự vụ Khu cách ly

Hình 5-13: Sơ đồ chọn cá thể nhiều lần với giao phấn có cách ly

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Quần thể ban đầu (chọn tốt)

Vụ

So sánh giống

GBĐ

Giống chọn lần

Đ/C

1 4

Vụ Đ/C

1-1 2-5 2-7 4-2 1-1 2-5 2-7 4-2

………

Vụ Đ/C

1-1-1 1-1-6 2-7-3 4-2-5 1-1-1 1-1-6 2-7-3 4-2-5

Giống chọn lần

Việc chọn lọc kết thúc kết đạt yêu cầu

5.2.4 Chọn lọc theo nhóm (họ)

- Vụ 1: Phân lập vườn vật liệu khởi đầu nhiều nhóm, nhóm chọn cá thể tốt theo đặc trưng chung nhóm

- Vụ 2: Hạt nhóm chia đơi: phần gieo khu cách ly, phần gieo khu so sánh Căn vào kết khu so sánh, nhóm tốt (ở khu cách ly ) tiếp tục phân lập thành nhóm mới, bỏ riêng

- Vụ 3: Tương tự vụ

Việc chọn lọc kết thúc kết đạt yêu cầu

Giữ lại kho

Hình 5-14: Sơ đồ chọn cá thể nhiều lần với giao phấn không cách ly

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Quần thể ban đầu (chọn tốt)

Chọn lần

So sánh dòng

Giống chọn lần Giống

Đ/C

1 2 5 1

1 5

1

2 4

2-1 2-2 2-3 4-1 4-2 4-3 2-1 2-2 2-3 4-1 4-2 4-3

Tiếp tục chọn cá thể tốt

Chọn

lần 4

Giữ lại kho

Chọn lần

Chọn lần

5.2.5 Chọn lọc truy hồi

Hình 5-16: Sơ đồ chọn truy hồi với giao phấn

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Quần thể ban đầu (chọn tốt)

So sánh dòng

Đ/C

1 2 5 1 2 3 4

1 5

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Gieo dòng tốt cho thụ phấn tự do, chọn tốt

Giữ lại kho Giữ lại kho

So sánh dòng

Đ/C

Hình 5-15: Sơ đồ chọn lọc theo nhóm (họ)

° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Quần thể ban đầu (chọn tốt)

Ñ/C

Gieo cách ly

Giống chọn

A B C A B C

KÑ

A B1 B2

Ñ/C A

Ñ/C

So sánh giống lớn

So sánh giống, khảo nghiệm

Tập hợp tốt theo nhóm

So sánh giống nhỏ

B1 B2 A B1 B2

Từ vườn vật liệu chọn giống, chọn cá thể tốt thu riêng Vụ sau hạt cá thể chia đôi: phần đem gieo để so sánh dòng, nửa giữ lại kho Sang vụ thứ 3, dựa vào kết so sánh vụ trước, lấy hạt dòng tốt kho giống gieo chung cho giao phấn tự do, tiếp tục chọn tốt thu riêng (như vụ 1) Tiếp tục làm lại số lần Xem sơ đồ 5-16

6 CHỌN GIỐNG CÂY SINH SẢN VÔ TÍNH

6.1 Đặc điểm di truyền sinh sản vô tính

Sinh sản vơ tính hiểu sinh sản khơng qua giao phối giới tính Có nhiều hình thức sinh sản vơ tính: 1) thân ngầm gừng; 2) tép hành, tỏi, tulip; 3) giò layơn; 4) củ khoai tây; 5) thân bò khoai lang; 6) thân củ huệ; 7) chồi chuối; 8) hom thân mía, hồ tiêu; 9) bỏng Một số dạng vơ tính vơ phối dinh dưỡng không cho hạt (apomixis), vô phối giao tử (agamospermy), dạng trinh sinh (partheno-genesis)

Phần lớn sinh sản vô tính lấy củ, rễ thân như: khoai tây, khoai lang, khoai từ, khoai sọ, mía số thức ăn gia súc Phần lớn sinh sản vơ tính có hình thức sinh sản hữu tính thuộc hai nhóm tự thụ phấn hay giao phấn sinh sản hữu tính yếu Việc chọn lọc với vừa giống hữu tính lại giống vơ tính Chẳng hạn mía, tạo giống F1 lai hữu tính, sau nhân vơ tính nên giống di truyền ổn định, thân giao phấn Một số trồng cam quýt, chè, cà phê ngày sản xuất chủ yếu sinh sản vô tính

Đặc điểm di truyền sinh sản vơ tính ổn định, khơng xảy phân ly, tái tổ hợp nên việc chọn tạo giống đơn giản Tuy nhiên, điều dẫn đến:

- Các hệ vơ tính tích lũy đột biến tự nhiên - Các gen có hại tích lũy dần

- Cơ quan sinh sản thường xuyên không hoạt động nên dẫn đến bất dục Thường bất dục đực nhiều bất dục

từ đột biến tự nhiên dứa Cayen, khoai tây Russet Burbank, nho Anab-e-shani số ăn

6.2 Các phương pháp choïn loïc

1 Chọn hỗn hợp

Thường áp dụng cho lấy củ khoai lang, khoai tây Từ vườn chọn giống, chọn tốt phù hợp với yêu cầu Cành, hom củ tốt hỗn hợp đem trồng, so sánh với giống khởi đầu giống tiêu chuẩn, tốt nhân giống phổ biến

Cũng sinh sản hữu tính chọn hỗn hợp lần nhiều lần cho sinh sản vơ tính

2 Chọn cá thể

Từ vườn chọn giống, chọn tốt Cành, hom củ tốt đem trồng riêng thành dòng So sánh dòng với giống khởi đầu giống tiêu chuẩn, loại bỏ dòng xấu, chọn dịng tốt Những dịng tốt tiếp tục thí nghiệm, so sánh, nhân giống phổ biến

Có thể chọn cá thể lần nhiều lần 3 Chọn củ

Từ vườn chọn giống chọn tốt, từ tốt chọn củ tốt Những củ tốt đem trồng riêng thành dòng (còn gọi hệ củ) So sánh hệ củ với giống khởi đầu giống tiêu chuẩn, chọn hệ tốt, loại bỏ hệ xấu Những hệ tốt tiếp tục thí nghiệm so sánh, nhân giống phổ biến

4 Chọn biến dị mầm

Ở sinh sản vơ tính thường xuất biến dị mầm Có biến dị mầm khó phát Trong biến dị mầm có biến dị có lợi, ví dụ biến dị đa bội thể

5 Phương pháp chọn phối hợp

Là phối hợp phương pháp chọn lọc với sinh sản hữu tính phương pháp nhân vơ tính

Chương

¦U THÕ LAI

 HIỆN TƯỢNG VAØ ĐẶC ĐIỂM CỦA ƯU THẾ LAI

 CƠ SỞ DI TRUYỀN VAØ CÁCH XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ ƯU THẾ LAI

 TẠO GIỐNG ƯU THẾ LAI Ở CÂY GIAO PHẤN

 TẠO GIỐNG ƯU THẾ LAI Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN

 SỬ DỤNG BẤT DỤC ĐỰC TRONG SẢN XUẤT HẠT LAI

1 HIỆN TƯỢNG VAØ ĐẶC ĐIỂM CỦA ƯU THẾ LAI 1.1 Hiện tượng ưu lai

Thuật ngữ ưu lai (heterosis) dùng để tượng lai đời F1 bố mẹ tính trạng, đặc tính

Căn vào loại nhóm tính trạng, người ta thường phân biệt bốn loại ưu lai:

- Ưu lai sinh sản: Biểu tăng số lượng chất lượng phận sinh sản nhiều hoa, nhiều lớn, nhiều hạt hạt to, tăng tỷ lệ đậu quả, kết hạt so với bố mẹ Loại ưu lai có lợi cho thu hoạch quả, hạt

- Ưu lai sinh dưỡng: Biểu tăng khối lượng phận sinh dưỡng thân to, nhiều cành nhánh, lớn, nhiều rễ rễ khỏe, nhiều củ củ to so với bố mẹ Loại ưu lai có lợi cho thu hoạch thân, lá, củ

- Ưu lai thích ứng: Biểu tăng sức sống, tăng tính chống chịu với điều kiện bất thuận so với bố mẹ Loại ưu lai làm cho suất trồng tăng

- Ưu lai tích lũy: Biểu tăng cường tích lũy chất vào phận hàm lượng tinh bột củ cao, hàm lượng protein hàm lương dầu hạt cao, hàm lượng đường thân, củ cao, hàm lượng chất thơm cao, v.v Loại ưu lai làm tăng chất lượng sản phẩm nông sản

ưu lai làm tăng 25-35%, đặc biệt lên tới 50% so với bố mẹ tốt

I.G Konreutor, người mô tả tượng năm 1760 ông nhận giống ưu lai lai loài thuốc núi (Nicotiana rustica) với thuốc trồng đưa sản xuất Về sau, tượng nhiều người nghiên cứu

Ch Darwin, năm 1876, cơng trình nghiên cứu “ Tác dụng thụ phấn chéo tự thụ phấn thực vật”, lần giải thích tượng ưu lai liên kết hợp tử giao tử có chất lượng khác

Bill, người (1878) tạo giống ngơ lai có suất vượt giống bố mẹ tốt 10-15%

G Shull, người (1904) sử dụng phương pháp tự thụ phấn cho ngơ, tạo dịng ơng làm sáng tỏ hiệu lai cưỡng Năm 1906, ông thực lai dòng tạo lai có suất cao Năm 1914, ơng gọi tượng thuật ngữ heterosis để ưu dị hợp tử giống lai

D.F Jones, người (1917) nghiên cứu đề xuất việc sản xuất hạt lai kép để giảm giá thành hạt giống lai

Ngày nay, việc sản xuất giống ưu lai phát triển mạnh nhiều loại trồng mà điển hình ngơ, lúa nước, bơng vải Ở Mỹ, người ta tạo giống ngô lai đạt suất 25,4 tạ/ha/vụ Các nhà chọn giống Trung Quốc tạo tổ hợp lúa lai “hai dòng” cho suất 17,1 tấn/ha Các giống bơng lai có suất cao sản xuất đại trà 30-65%

1.2 Đặc điểm ưu lai

- Ưu lai thể mạnh đời F1 giảm dần hệ sau:

Như đề cập chương 2, mục 2.1.1, giá trị F1 lai đơn trung bình hai bố me (MP) cộng hiệu ứng trội (độ lệch F1 với trung bình), tức là:

 

1

F  MP F MP , coøn

1

2

F M P F M P

F M P F

2

 

  r

r r 1 r

F M P

1

F M P F M P F

2

 

 

    

Một cách tổng quát, có n bố mẹ tham gia thì:

1

2

F M P F M P

F M P F

n n

 

    , vaø

  r

r r 1 r

F M P

1

F M P F M P F

n n

 

 

    

- Hầu hết tính trạng có ưu lai dương:

Với ưu lai dương, lai có giá trị tính trạng cao bố mẹ Biểu lai là: phôi phát triển khỏe, quan phát triển mạnh (như: hệ thống rễ phát triển mạnh, nhiều lá, thân cao to, khả cho suất cao, khả thích ứng rộng), chất lượng sản phẩm tốt

- Ở số tính trạng số xuất ưu lai âm:

Với ưu lai âm, lai biểu xấu bố mẹ, chí xấu bố mẹ thấp Ưu lai âm có lợi cho số tính trạng thời gian sinh trưởng… Ưu lai âm theo thời gian sinh trưởng thường bắt gặp nhiều cặp lai ngô, lúa nước,

2 CƠ SỞ DI TRUYỀN VAØ CÁCH XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ ƯU THẾ LAI

2.1 Cơ sở di truyền ưu lai

Như nêu, Darwin (1876) giải thích sở để hình thành ưu lai liên kết hợp tử giao tử có chất lượng khác Một cách tương tự, Shull (1914) cho ưu dị hợp tử giống lai Cho đến nay, chưa có ý kiến thống để giải thích sở di truyền tượng tồn giả thuyết sau đây:

2.1.1 Thuyết ưu dị hợp tử (thuyết siêu trội)

thái dị hợp tử có khả ứng phó với tính đa dạng điều kiện sống trình phát triển có sản phẩm gen trạng thái đồng hợp tử Ở điều kiện sống, allen allen khác có ưu hiệu tác động để đạt khả sống cao Phù hợp với giải thích này, dị hợp tử có ưu đặc biệt điều kiện sống biến động bất lợi, có nhiều ổ gen (locus) dị hợp tử biểu ưu lai cao F1 số ổ gen dị hợp tử cao Trong trường hợp allen, thuyết biểu thị sau:

a1a1 < a1a2 > a2a2 hay AA < Aa > aa 2.1.2 Thuyết ưu trội (thuyết tính trội)

Thuyết cho xuất ưu lai F1 kết phục hồi vai trò gen trội ổ gen mà bố mẹ trở thành đồng hợp tử lặn có hại Sự giải thích dựa giả thuyết cho nhiều gen lặn có hại ẩn kín tất dịng hình thành đồng hợp tử ổ gen tự giao Nếu dịng có kiểu gen AAbbCC lai với dịng có kiểu gen aaBBcc F1 có kiểu gen AaBbCc Do gen trội lấn át gen lặn trạng thái dị hợp tử nên AaBbCc có giá trị cao bố mẹ xuất ưu lai Tính đắn giải thích chứng minh nhiều trường hợp mà nhà chọn giống động vật thực vật quan sát được, không đủ để lý giải tất trường hợp ưu lai quần thể có tính trạng đa gen

2.1.3 Thuyết cân di truyền

Theo giả thuyết thể sinh vật trạng thái cân di truyền định, đảm bảo cho hình thành kiểu hình thích ứng với điều kiện sống Khi lai cá thể có kiểu cân di truyền khác hình thành thể có trạng thái cân di truyền mới, lai xuất tính trạng tốt bố mẹ

2.1.4 Thuyết đồng tế bào chất

nên đồng đồng hợp thể Sự đồng đồng hợp thể tế bào chất ngun nhân thối hóa tự giao Sau lai, tính đồng gen tế bào chất mất, làm xuất ưu lai

Những nghiên cứu di truyền tính trạng số lượng gần cho thấy loại hiệu ứng cộâng tính (additive effect), hiệu ứng tính trội (dominance effect) hiệu ứng tương tác không allen (epistasis) tham gia vào việc hình thành ưu lai Tùy loại trồng, loại tính trạng kiểu gen bố mẹ mà vài hay tất loại hiệu ứng gen xuất với vai trị khác

2.2 Xác định mức độ ưu lai

2.2.1 Độ trội

Trong nghiên cứu tính trạng số lượng, khơng thể xác định độ trội ổ gen mà tính độ trội trung bình thơng qua biểu kiểu hình

Như đề cập chương 2, mục 2.1.1, quan hệ H/D biểu thị mức độ trội H độ lệch F1 với trung bình bố mẹ: (H = F1 – MP = F1 - (P1 + P2)/2) và, D độ lệch P1 (hoặc P2,) với trung bình chúng: (D = P1 – MP (D > 0) hay D = P2 - (P1 + P2 )/ (D < 0) D = (P1 - P2 )/2 với P1 > P2)

Theo hướng làm tăng tính trạng, trường hợp sau xảy ra:

- Neáu F1 = MP, biểu thị trạng thái di truyền trung gian H = vaø H/D = 0;

- Nếu MP <F1 < P1, biểu thị trạng thái trội khơng hồn tồn H > < H/D <1 (có ưu lai lý luận so F1 với trung bình bố mẹ);

- Nếu F1 = P1 (bố mẹ cao nhất), biểu thị trạng thái trội hoàn tồn H = D H/D = 1;

- Nếu F1 > P1, biểu thị trạng thái siêu trội H > D H/D > (có ưu lai tuyệt đối so F1 với bố mẹ tốt nhất)

Công thức chung để tính độ trội sau:

p

F MP h

BP MP



 

Trong đó: hp độ trội; F1, MP biết, BP giá trị bố mẹ tốt

Từ giá trị hp ta biết xu hướng trội khả ưu lai mức độ ưu lai

2.2.2 Ưu lai lý luận (UTL lý thuyết, UTL trung bình hoặc UTL giả định)

Muốn biết mức độ (%) lai F1 trung bình bố mẹ:

F1 MP

MH, % 100 MP



 

2.2.3 Ưu lai tuyệt đối(UTL thực)

Muốn biết mức độ (%) lai F1 bố mẹ tốt nhất:

BH, % F1 BP 100 BP



 

Trong ưu lai âm BP giống có giá trị thấp F1 <BP, giá trị BH <

2.2.4 Ưu lai cạnh tranh(UTL chuaån)

Muốn biết mức độ (%) lai F1 giống sản xuất đại trà vùng dùng làm đối chứng chuẩn (S):

SH, % F1 S 100 S



 

Loại ưu lai có ý nghĩa việc sử dụng giống lai sản xuất

3 TẠO GIỐNG ƯU THẾ LAI Ở CÂY GIAO PHẤN

Cũng giống thuần, muốn đưa giống ưu lai sản xuất phải thực khâu sau đây:

- Tạo giống: Việc thực sở nghiên cứu;

- Tổ chức sản xuất chế biến hạt giống lai để cung ứng cho sản xuất

Sau phương pháp tạo giống ưu lai:

3.1 Lai giống, giống dòng

Đây phương pháp đơn giản, dễ làm, thường dùng cho ngô, cao lương … Việc sản xuất hạt lai theo phương pháp cho suất cao, giá thành thấp so với việc sử dụng dòng Ưu lai giống đạt 10-15%

Tạo giống ưu lai theo phương pháp gồm bước: 1/ Chọn bố mẹ

Để có tổ hợp ưu lai cao, việc chọn bố mẹ cần lưu ý: - Bố mẹ nên thuộc loại hình khác nhau, nhóm khác lồi, thích hợp với điều kiện địa phương, suất cao, phẩm chất tốt, chống chịu với điều kiện bất thuận Ngoài giống địa phương, cần thu thập sử dụng giống tốt khác làm bố mẹ

- Giống tính trạng hình thái kinh tế

Đặc điểm di truyền giống quần thể giao phấn dị hợp tử Khi lai với nhau, chúng phân ly thành kiểu gen khác Sự giống tính trạng hình thái kinh tế bố mẹ làm cho cá thể quần thể lai khác biệt hình thái Điều khơng làm cho quần thể đồng đều, suất cá thẩ suất quần thể cao mà cịn có đồng hình thái sản phẩm (độ lớn, màu sắc) Sự giống đặc tính kinh tế làm cho chất lượng cá thể quần thể lai khác biệt Đó sở để giống có phẩm chất tốt, đồng

- Bố mẹ thích hợp với điều kiện chế độ canh tác nơi phổ biến giống lai

Bố mẹ thích hợp với điều kiện chế độ canh tác địa phương sở để lai thích ứng tốt với điều kiện

Trong nhiều trường hợp phải bố trí thời gian xuống giống bố mẹ lệch chúng khơng hoa kỳ Đó khó khăn cho việc gieo trồng chăm sóc Chọn bố mẹ hoa kỳ, tốt giống bố tung phấn muộn giống mẹ 1-2 ngày, khắc phục khó khăn

2/ Lai thu hạt lai

Có thể thành lập cặp lai đơn, lai ba, lai kép

Kỹ thuật lai cho số đề cập chương 4, mục 2.4 3/ Đánh giá lai F1 chọn tổ hợp lai triển vọng

Sau thu hạt lai, tiến hành bố trí thí nghiệm so sánh tổ hợp với có mặt giống bố mẹ giống sản xuất đại trà để xác định mức độ ưu lai chọn giống triển vọng cho sản xuất

Có thể lai giống với dịng dịng với giống, sản xuất lai đơn, lai ba lai kép

3.2 Lai dòng tự phối

Tạo giống ưu lai theo phương pháp gồm bước: - Tạo dòng tự phối;

- Thử khả phối hợp để chọn dòng triển vọng làm bố mẹ;

- Lai dòng triển vọng thu hạt lai;

- Và, đánh giá lai F1 chọn tổ hợp lai triển vọng 3.2.1 Tạo dòng tự phối

1/ Khái niệm ý nghĩa tự phối với giao phấn Với giao phấn, tự phối tự thụ phấn cưỡng phấn hoa phấn hoa đực thụ cho hoa

East (1908) Shull (1909) tiến hành tự phối cho bắp nhận kết sau đây:

làm chết làm giảm chiều cao, sức sống suất hệ tự thụ phấn ban đầu;

- Xuất biến dị hình thái chiều cao cây, độ dài trái, chín sớm, sau nhiều hệ tự thụ phấn chúng phân lập dòng tự phối;

- Nhiều dòng sức sống đến mức khơng thể tồn được, dịng sống sót có bé sức sống

Tùy loại tính trạng, độ suy giảm qua hệ tự phối có khác Chiều cao giảm dần ngừng giảm sau lần tự phối, suất giảm xuống 1/2 1/3 so với suất giống thụ phấn tự ban đầu tiếp tục giảm 20 hệ tự phối

Nhiều kết nghiên cứu với giao phấn nhận kết tương tự mức độ suy thoái khác loại loại tính trạng Kết chung là: qua lần tự phối sức sống suất bị giảm, cuối hình thành dịng đồng hợp tử ổn định có sức sống kém, chiều cao tính thích ứng giảm, suất thấp

Người ta dùng I0, S0 để ký hiệu cho bắt đầu tiến hành tự phối, dùng  để ký hiệu cho tự phối dùng I1, I2, I3, … hay S1, S2, S3, … cho đời tự phối

Mặc dù dịng tự phối bị suy thối lai hai dòng tự phối tạo lai hệ đầu có sức sống suất cao vượt bậc

Ý nghĩa tự phối: Lợi dụng ưu đời F1 lai hai dòng tự phối để tạo giống ưu lai Đây phương pháp tạo giống đơn giản, dễ làm

2/ Cơ sở lý luận tự phối

Quần thể giao phấn có kiểu gen dị hợp tử, qua tự phối tỷ lệ đồng hợp tử tăng lên, gen có hại có hội biểu bị đào thải

Thế hệ F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7

Số đời tự thụ (n)

% đồng hợp tử 50 75 87,5 93,75 96,87 98,44 % dị hợp tử 100 50 25 12,5 6,25 3,13 1,56 Trong trường hợp cặp gen, đồng hợp tử lặn có hại có nửa số đồng hợp tử sau lần tự phối bị loại bỏ Chẳng hạn, qua lần tự phối (F4), có 87,5 : = 43,75% số cá thể có gen đồng hợp tử lặn

Một cách tồng quát, tính trạng có k gen kiểm sốt, từ quần thể hoàn toàn dị hợp tử, qua n đời tự phối, tần suất kiểu gen ứng với số hạng sau triển khai công thức sau:  n k

nk

2 1

2     

Trong đó: 2nk tổng số cá thể quần thể tự phối; (hay 100%) tổng số tần số kiểu gen Từ nhị thức Niutơn:

 n n n n 2 n n n n

n n n n n

ab C a b C a bC a  b   C ab  C a b ta coù:

 n k 0 n k 1 n k k 1   n k n

k k k k

nk nk

1

2 1 C C C C 1

2

 

 

             

   

Ví dụ: với tính trạng có gen kiểm sốt (k=3), qua đời tự phối (n=3), áp dụng cách triển khai ta có:

 

  343 147 21 1 0,670 0.287 0,041 0,002

512 1 2

1 3 3

3           

Kết cho biết, qua đời tự phối có 67,0% cá thể mang cặp gen đồng hợp tử, 28,7% cá thể có cặp đồng hợp tử, 4,1% cá thể có cặp gen đồng hợp tử 0,02% cá thể có cặp gen hoàn toàn dị hợp tử

3/ Tạo dòng tự phối

tự phối riêng rẽ Nguồn tự phối giống thụ phấn tự do, hỗn hợp, tổng hợp quần thể dị hợp Để tạo nhiều dịng tự phối ưu tú, quần thể ban đầu phải thể nhiều đặc tính tốt, có khả tạo nhiều biến dị tốt, tức có phổ di truyền rộng chứa đựng nhiều gen tốt

Có nhiều phương pháp tạo dịng tự phối phổ biến hai phương pháp sau đây:

- Phương pháp tiêu chuẩn (tự giao):

Vụ thứ (I0): Gieo riêng khoảng 200 ưu tú chọn

từ quần thể vụ trước thành dòng Trên dòng, chọn tốt để tự thụ phấn

Vụ thứ hai (I1): Từ bắp tự thụ, chọn khoảng 30-40 hạt

để gieo thành dòng (I1) Trên dòng tốt chọn 8-10 tốt để tự phối

Vụ thứ ba (I2): Từ bắp tự thụ (I1), chọn khoảng 30-40 hạt để gieo thành dòng (I2) Trên dòng tốt lại chọn 8-10 tốt để tự phối

Vụ thứ tư (I3): Hạt bắp tự thụ (I2) chia đôi, nửa khoảng 30-40 hạt gieo thành dòng (I3), dòng tốt lại chọn 8-10 tốt để tự phối, nửa lại cho lai với mẫu thử để xác định khả phối hợp chung

Vụ thứ năm (I4): Có việc: Giám định dòng tự phối

tự thụ phấn I4 tốt nhất; lai số dòng tốt với mẫu thử để tiếp tục thử khả phối hợp năm sau; và, nghiên cứu khả phối hợp chung từ tổ hợp lai vụ trước

Vụ thứ sáu (I5): Gieo dòng tự phối tốt, tự phối chọn

dòng tốt nhất, đồng thời nghiên cứu khả phối hợp chung từ tổ hợp lai vụ trước

Vụ thứ bảy (I6): Dựa vào kết nghiên cứu khả phối

hợp chung chọn dòng tự phối tốt - Phương pháp cận giao:

này cho thụ phấn dịng có quan hệ “chị-em” hệ Các chọn để thụ phấn có kiểu hình giống có đặc tính kinh tế tương tự Đây phương pháp tạo dòng bố mẹ hafsib áp dụng rộng rãi không cho trường hợp không tự phối mà cịn điều kiện bình thường cho nhiều loài giao phấn để nâng cao sức sống dòng bố mẹ Để tạo dòng đồng hợp tử, phương pháp dài phương pháp tiêu chuẩn 2-3 vụ, dòng tạo ký hiệu S để phân biệt với dòng I 3.2.2 Thử khả phối hợp

Nhằm tạo tổ hợp lai đơn, lai ba, lai kép có ưu lai cao, ta cần chọn dịng bố mẹ vừa có khả phối hợp chung cao vừa có giá trị biến động khả phối hợp riêng cao Muốn ta phải đánh giá dòng theo phương pháp lai diallen Tuy nhiên phương pháp lúc khơng cho phép đánh giá nhiều dịng số cặp lai lớn, bố trí thí nghiệm khó xác Chẳng hạn, có 100 dịng tự phối, tiến hành nghiên cứu với có tham gia dòng bố mẹ tổ hợp lai thuận ta có (100 × 101) : = 5050 kiểu gen Điều khơng thể thực Trong trường hợp số lượng dòng tự phối nhiều, để nhanh chóng đánh giá tiến hành ba cách:

- Một là, chia tất dịng thành nhiều nhóm, nhóm khoảng 6-8 dịng Tiến hành lai diallen theo nhóm, dựa vào kết phân tích khả phối hợp, chọn dịng ưu tú Sau chọn số dịng ưu tú, tiến hành lai diallen để đánh giá lại khả phối hợp chung khả phối hợp riêng, chọn dòng ưu tú nhất, cặp lai tốt, để tiến hành tạo giống lai đơn, lai ba lai kép Đây cách tốt phức tạp tốn

- Hai là, chia tất dịng thành nhiều nhóm, nhóm 20-30 dịng, tiến hành lai dịng nhóm với mẫu thử (lai đỉnh), bố trí thí nghiệm để đánh giá chọn dịng có khả phối hợp chung cao Sau chọn số dòng ưu tú, tiến hành lai diallen chọn dòng ưu tú cặp lai tốt cách

dịng ưu tú, sau lai diallen đánh cách Cơ sở cách làm dịng có độ lớn tính trạng cao thường có khả phối hợp chung cao

Về mơ hình tốn học phương pháp xác định khả phối hợp đề cập chương 2, mục Sau kiểm tra tồn khả phối hợp, tiến hành xác định giá trị khả phối hợp dòng (giống) theo công thức sau đây:

1) Theo phương pháp lai đỉnh (topcross) n1 dòng n2 mẫu thử :

- Khả phối hợp chung dòng i:

- Khả phối hợp chung mẫu thử j:

Trong đó: xij giá trị tồ hợp lai dòng i với mẫu j;

xi giá trị trung bình tổ hợp có dịng i tham gia;

x giá trị trung bình tất tổ hợp lai

 

e 1 i ˆ n n n gˆ

Var   ;   e2

2 j ˆ n n n gˆ

Var  

  e2

2 j i ˆ n gˆ gˆ

Var    (giữa dòng i j);

 

e j i ˆ n gˆ gˆ

Var    (giữa mẫu thử i j)

2) Theo phương pháp lai diallen nửa p dòng với p(p+1)/2 kiểu gen:

  n ij j i i x x ˆ

g x x

n        n ij i

j j

1 x x ˆ

g x x

- Khả phối hợp chung dòng i:

- Khả phối hợp riêng dòng i với dòng j:

Trong đó: X tổng giá trị tất kiểu gen (F1 bố mẹ);

X1., X.j tổng giá trị theo hàng i cột j; xii xjj giá trị dòng bố mẹ;

xij giá trị lai dòng i dòng j; p số dòng bố mẹ

  e2

i ˆ p p p ) gˆ ( Var     ,  

   e2

ii ˆ p p p p ) sˆ ( Var      ,

   e2 ij ˆ p p p p ) sˆ ( Var    

 , ˆ (i j)

2 p ) gˆ gˆ (

Var i j e2 

   , ) j i ( ˆ p ) p ( ) s ˆ sˆ (

Var ii jj e2 

 

 ,

 ˆ (i j,k;j k) p p ) sˆ sˆ (

Var ij ik e2  

 



ˆ (i j,k,l;j kl;k l) p p ) s ˆ sˆ (

Var ij kl e2   

 



3.2.3 Lai dòng triển vọng 1/ Lai đơn

Là lai dòng tự phối với Sơ đồ lai đơn sau:

Vườn lai

♀×♂ Hạt F1

Nhân dòng bố mẹ

ở khu cách ly Dòng B Dòng A

i i ii

1

ˆ

g X x X p p

 

    

  

ij ij i ii j jj

1

ˆ

s x X x X x X p 2  (p 1)(p 2)

      

Tất dòng tự phối ưu tú phối hợp diallen để tìm cặp triển vọng Ngồi lai dòng với giống

2/ Lai ba

Là lai giống lai F1 làm mẹ dịng hay giống Mục đích kiểu lai để giảm giá thành sản xuất hạt giống lai

Sơ đồ lai ba F1 với dịng sau:

Ngồi lai giống lai F1 với giống

3/ Lai keùp

Là lai hai giống lai F1 Cũng lai ba mục đích kiểu lai nhằm giảm giá thành sản xuất hạt giống lai Kiểu lai D.F Jones người đề xuất năm 1917

Dòng A × Dòng C

F1 (AB)

Nhân dòng/ giống bố mẹở khu cách ly

×

ABC Tạo hạt lai đơn

ở khu cách ly

Hạt lai ba Dòng B

Dịng C Vườn lai

♀×♂ Hạt F1

Sơ đồ lai kép sau:

3.2.4 Đánh giá lai F1

- Các lai đơn phối hợp theo kiểu diallen so sánh với nhau, mặt để chọn cặp lai đơn triển vọng đăng ký khảo nghiệm khảo nghiệm sản xuất, mặt khác lần đánh giá lại dòng để sử dụng lai ba làm thực liệu cho chương trình tạo giống khác Từ giá trị cặp lai đơn thiết lập tổ hợp lai kép có suất cao

- Các lai ba lai kép bố trí thí nghiệm quy để chọn lai tốt đưa khảo nghiệm

- Dự đoán suất lai kép:

Theo Jenkins (1934), suất lai kép (B) × (C×D) dự đoán qua cặp lai đơn theo bốn công thức sau:

+ Từ cặp lai đơn dòng

     

1 AB CD

F AC AD BC BD

4

  

     

+ Từ cặp lai đơn

     

1 AB CD

F AB AC AD BC BD CD

6

  

       

+ Từ cặp lai đơn dòng với giống

A × B C × D

AB CD

Nhân dòng bố mẹ khu cách ly

×

ABCD Tạo hạt lai đơn

ở khu cách ly

   

1 AB CD F

4

  

   [(giống)+(B×giống)+(C×giống)+(D×giố

ng)

+ Từ lai đỉnh dòng A, B, C, D với n dòng khác E, F, G, H, I, J, …

     

1 AB CD

F AE AF AG BE BF CE CF

4n

  

           

4 TẠO GIỐNG ƯU THẾ LAI Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN

Về nguyên lý tạo giống ưu lai tự thụ phấn giao phấn không khác biệt Tuy nhiên, cấu tạo bố trí hoa đặc tính di truyền tự thụ khác với giao phấn nên có khác thao tác kỹ thuật

- Với tự thụ phấn khơng cần tạo dịng tự phối mà làm vật liệu khởi đầu

- Khử đực triệt để trước lai, ngăn chặn tự phối Nhiều loại hoa nhỏ khử đực thủ cơng mà phải khử hóa chất hay sử dụng bất dục đực

- Trong so sánh dòng không cần bao cách ly giao phaán

Tạo giống ưu lai tự thụ phấn theo trình tự sau đây:

4.1 Chọn vật liệu thử (dòng/giống)

Vật liệu thử chọn từ dịng/giống triển vọng chương trình tạo giống có độ cao, giống địa phương qua tạo dòng thuần, giống xa sinh thái địa lý, giống có nhiều đặc tính tốt Nói chung, phổ di truyền rộng có hội để tạo lai có ưu lai cao Thường giống có giá trị cao tính trạng có khả phối hợp chung cao tính trạng

4.2 Làm vật lieäu

khác tùy loại Những có hoa hạt kín tỷ lệ thường thấp, ví dụ lúa khoảng 0,02%, cịn khác cà chua khoảng 5-10%; có vải tự thụ phấn chủ yếu điều kiện ong bướm nhiều, tỷ lệ ngoại hoa thụ phấn lên đến 50-80% Vì làm giảm độ di truyền giống Để làm giống, cần chọn điển hình, bao cách ly – vụ có dịng khiết

4.3 Thử khả phối hợp

Thực tương tự với dòng tự phối

Kết cuối chọn giống tốt nhất, cặp lai tốt để tiến hành tạo giống lai đơn, lai ba lai kép bước sau

4.4 Lai đánh giá giống lai

Căn vào kết thử khả phối hợp tạo tổ hợp lai đơn từ giống ưu tú nhất, giống lai ba giống lai đơn với giống có khả phối hợp chung biến động khả phối hợp riêng cao, giống lai kép từ cặp lai đơn

Các giống lai bố trí thí nghiệm quy để chọn giống tốt đề nghị khảo nghiệm

5 SỬ DỤNG BẤT DỤC ĐỰC VAØ VẬT LIỆU VÔ PHỐI TRONG

SẢN XUẤT HẠT LAI

5.1 Sử dụng bất dục đực sản xuất hạt lai

Trong nghiên cứu, với yêu cầu số lượng hạt lai không nhiều, việc tạo hạt lai khơng khó khăn Tuy nhiên cần đánh giá nhiều giống theo sơ đồ lai đỉnh, lai diallen với quy mơ thí nghiệm lớn, việc sản xuất hạt lai gặp phải khó khăn Đặc biệt, để sản xuất lượng hạt lai khổng lồ cung cấp cho sản xuất đại trà vấn đề sản xuất hạt giống khơng cịn nói đến việc lai thủ cơng, khơng với tự thụ phấn, hoa nhỏ, khó khử đực mà với hoa lớn, dễ khử đực mà trước sản xuất hạt lai thủ công Sử dụng bất dục đực phương pháp tốt để giải vấn đề

và thụ tinh núm nhụy phận sinh dục (nỗn) phát triển bình thường có khả thụ tinh, kết hạt Hiện tượng có lợi cho cơng tác lai giống, đặc biệt với tự thụ phấn Người ta phân biệt hai loại bất dục đực: bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility – CMS) bất dục đực nhân (Nuclear Male Sterility – NMS)

5.1.1 Sử dụng bất dục đực tế bào chất

1/Bất dục đực tế bào chất (CMS) sản xuất hạt lai “ba dòng”

Bất dục đực tế bào chất xảy tương tác gen nhân thay đổi gen cấu trúc gen tế bào chất Theo Lacadena (1968), dựa vào nguồn gốc phát sinh người ta chia CMS thành hai loại: i) Autoplasmic CMS - sinh bên loài đột biến tự phát tế bào chất thường gen ty thể và, ii) Alloplasmic CMS – sinh phép lai khác chi bất tương hợp kết hợp hệ gen (genome) loài hệ gen loài khác Đa số dòng CMS sử dụng nghiên cứu sản xuất hạt lai hầu hết trồng thuộc loại alloplasmic CMS

Theo Jones Clarke (1943), lai dịng CMS có gen bất dục S gen khơng có khả phục hồi phấn rfrf với dịng tự phối, có trường hợp sau xảy ra:

1) Cây BD (Srfrf) × Cây B.thường (Nrfrf) F1 bất dục (Srfrf) 2) Cây BD (Srfrf) × Cây B.thường (SRfRf) F1 B.thường (SRfrf) 3) Cây BD (Srfrf) × Cây B.thường (NRfRf) F1 B.thường (SRfrf) 4) Cây BD (Srfrf) × Cây B.thường (SRfrf) F1 BT (SRfrf)

BD(Srfrf) 5) Cây BD (Srfrf) × Cây B.thường (NRfrf) F1 BT (SRfrf)

BD (Srfrf)

Trong trường hợp trên, có kiểu gen Nrfrf (trường hợp 1) trì kiểu gen bất dục Srfrf, chuyển cho dịng mẹ, cịn kiểu gen NRfRf SRfRf (trường hợp 3) có khả phục hồi phấn, chuyển cho dòng bố

sử dụng ba dòng: dịng CMS làm mẹ, dịng trì CMS dịng phục hồi phấn

Dòng CMS (làm mẹ), thường gọi dịng A, có gen bất dục S (Sterile) tế bào chất có gen bất dục rfrf nhân Dòng CMS chuyển cho dòng làm mẹ xác định dịng có phấn bất dục, khơng phải khử đực

Dịng trì bất dục, thường gọi dịng B, có gen bình thường N (Normal) tế bào chất có gen bất dục rfrf nhân, có khả tự thụ phấn, kết hạt (tự nhân) Về mặt kiểu hình dịng B hồn tồn giống dịng A (dịng mẹ chuyển gen CMS) “anh em song sinh” khác dịng B ln hữu dục, tự thụ phấn kết hạt Để nhân dòng A (bất dục) làm mẹ ta cần lai dòng B với A Nếu dịng mẹ chọn khơng có kiểu gen trì (tức lai với dịng bất dục khơng cho bất dục) chuyển gen trì để tạo dịng B

Dịng phục hồi phấn (làm bố), thường gọi dịng R, có gen N S tế bào chất phải có gen đồng hợp tử trội RfRf nhân, có khả phục hồi phấn cao, hữu dục, tự thụ phấn kết hạt (tự nhân) Dòng mà nhân có gen dị hợp tử Rfrf có khả phục hồi phấn không cao (trường hợp 4, nêu) nên không sử dụng làm giống phục hồi tạo hạt lai Nếu dòng bố chọn khơng có gen phục hồi (tức lai với dịng bất dục khơng cho hữu dục) chuyển gen phục hồi cho dòng để tạo dịng R

Trình tự tạo hạt giống cho cặp lai xác định (bố mẹ bình thường) cách sử dụng bất dục đực tế bào chất sau:

- Tìm kiểu gen bất dục đực thích hợp (XBD)

- Chuyển gen bất dục tế bào chất cho dòng/giống mẹ để tạo dòng A chuyển gen trì cho dịng mẹ (nếu mẹ khơng có gen này) để tạo dịng B

- Tìm kiểu gen phục hồi phấn tốt chuyển cho dòng/giống bố (nếu bố khơng có gen này) để tạo dịng R

- Lai A với B để trì A (nhân A) lai A với R để tạo hạt lai F1

Bảng 6.1: Quan hệ ba dòng A, B R Tế bào chất Nhân Dục tính

phấn hoa

Tên gọi Ký hiệu

S rfrf Bất dục CMS A

N rfrf Hữu dục Thể trì B

S/N RfRf Hữu dục Thể phục hồi R

S Rfrf Hữu dục Thể lai A × R

Sơ đồ:

 Yêu cầu ba dòng:

- Dịng A: Ngồi tính trạng tốt giống mẹ chọn cho ưu lai cao lai với giống bố, dịng A phải có đặc điểm sau:

+ Có tính bất dục ổn định, không bị ảnh hưởng điều kiện môi trường, đặc biệt với nhiệt độ

S rr N rr S RR N RR

r R

S rr

Giao tử S r

Giao tử Giao tử đực Giao tử đực

S r

S rr S Rr

S: Gen bất dục đực tế bào chất N: Gen hữu dục tế bào chất R: Gen phục hồi phấn nhân

r: Gen khoâng có khả phục hồi phấn nhân Nhân dòng A Sản xuất hạt lai

Dòng A Dòng B Dòng A Dòng R

× ×

+ Được phục hồi dễ dàng: phổ phục hồi rộng, độ kết hạt cao ổn định

+ Cấu tạo hoa cách hoa hợp lý: đầu nhụy dễ bắt phấn, thời điểm hoa hợp lý

- Dòng B: Bên cạnh đòi hỏi tính trạng hình thái đặc tính phải có đề cập trước dịng B phải:

+ Là dòng + Có nhiều hạt phấn

- Dịng R: Ngồi tính trạng tốt giống bố chọn cho ưu lai cao lai với giống mẹ dịng phải có khả phục hồi mạnh, tức có độ kết hạt cao

2/ Tạo dòng A, B

Giả sử ta xác định cặp lai E × F có ưu lai cao E khơng có gen bất dục đực Để sản xuất hạt giống lai

Dịng A × Dịng B Vườn lai:

Dịng A × dịng R Tự thụ

phấn

Hình 6-2: Trình tự sản xuất hạt giống lai ba dòng Vườn sản xuất hạt lai

và dòng phục hồi Vườn nhân dịng A

và dòng trì B

Tự thụ phấn

Hạt F1 Dòng A × Doøng B

Tự thụ phấn

Vườn lai: Dịng A × dịng R

Tự thụ phấn Vụ

Vụ

Dịng A × Dịng B Tự thụ

phấn

Vườn lai: Dịng A × dịng R

cần sử dụng lai ba dịng

- Nếu E dòng thuần, có gen trì:

Muốn tạo dịng A cho dịng E ta dùng phép lai tích lũy qua vụ để chuyển gen bất dục từ dịng bất dục thích hợp có cho E, thân E dòng B

Trình tự tạo dịng A sau:

1 XBD × E (X BD × E) BD × E [(X BD × E) BD × E] BD × E {[(X BD × E) BD × E] BD × E } BD × E {[(X BD × E) BD × E] BD × E } BD × E  BD × E

vv… E BD (Doøng A)

- Nếu E gen trì bất dục: Vụ 1: XBD × E XDT × E Vụ 2: F1× E F1× E Vụ 3: F1× E F1× E Vụ 4: F1× E F1 × E Vụ 5: F1 × E F1× E

Vụ 6: EBD (Dòng A ) × EDT (Dòng B) Nhân dòng A Dòng A

3/ Tạo dòng phục hồi phaán R

Nếu giống F cặp lai E × F có gen phục hồi thân dịng R ta có đủ dịng để tạo hạt lai Nhưng F khơng có gen phục hồi dùng phép lai tích lũy để chuyển gen phục hồi thích hợp từ XPH cho F vừa tiến hành lai tích lũy vừa tiến hành kiểm tra khả phục hồi dòng bố chọn phục hồi ổn định

Dịng A × XPH (Hữu dục) F1 × F

Bất dục Hữu dục × F Bất dục Hữu dục × F Bất dục Hữu dục × F

Bất dục Hữu dục Hữu dục × F

Bất dục Hữu dục Hữu dục Hữu dục

 Chọn dòng hữu dục khơng phân ly

(Dòng R)

5.1.2 Bất dục đực nhân sản xuất hạt lai “hai dòng”

Bất dục đực nhân kiểm sốt gen nằm nhân tế bào, khơng chịu kiểm soát gen nằm tế bào chất Kiểu bất dục cặp gen lặn (msms) nhân định

Việc sử dụng kiểu bất dục đực nhân sản xuất hạt lai ln gắn liền với việc sử dụng dịng lưỡng dục Khi gieo dịng này, phân ly thành hai kiểu gen có kiểu hình giống hệt nhau: kiểu bất dục có 50% cá thể mang gen msms kiểu hữu dục có 50% cá thể mang gen Msms Để trì kiểu (dịng) bất dục làm mẹ, ta cần lai kiểu hữu dục với kiểu bất dục Như dòng lưỡng dục đảm nhận hai chức dòng A dòng B lai ba dịng

Để phục hồi tính hữu dục ta sử dụng dịng bố có kiểu gen MsMs gọi dòng phục hồi

5.1.3 Bất dục đực chức di truyền nhân sản xuất hạt lúa lai “hai dòng”

Với lúa, kiểu bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với điều kiện môi trường (EGMS) Shi Ming Song phát giống lúa Nongken 58 năm 1973 Từ vật liệu này, người ta phát hai kiểu EGMS: bất dục mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng (Photoperiod-sensitive Genic Male Sterility – PGMS) lai giống với Japonica bất dục mẫn cảm với nhiệt độ (Themoperiod-sensitive Genic Male Sterility – TGMS) lai với Indica Với PGMS, số chiếu sáng ngày dài 14 sinh hạt phấn bất dục, tức ngày dài bất dục ngược lại Với TGMS, nhiệt độ > 240C bất dục, <

Vườn nhân dòng lưỡng dục GMS

Vườn sản xuất hạt lai dòng phục hồi phấn Dịng GMS

Dòng R ×

50% Bất dục

Nhổ bỏ hoa 50% Hữu dục ục × 50% Hữu dục 50% Bất dục ục F1 Dòng GMS Dịng R × 50% Bất dục

Nhổ bỏ hoa 50% Hữu dục ục × 50% Hữu dục 50% Bất dục ục

Hình 6-5: Trình tự sản xuất hạt giống lai hai dịng

……… Dòng GMS Dòng R × 50% Bất dục

240C hữu dục Dựa vào đặc tính này, năm 1987, Yuan Long Ping (Viên Long Bình) đề xuất phương pháp sản xuất hạt lai hai dòng đến - năm đầu kỷ XXI - lúa lai hệ hai dịng có nhiều triển vọng khắc phục nhiều nhược điểm lúa lai ba dòng

Căn vào đặc điểm mẫn cảm khác dòng EGMS, người ta chia kiểu gen kiểm sốt tính bất dục đực chức lúa:

- Kiểu 1: Phản ứng yếu với nhiệt độ, nhạy cảm với quang kỳ (ký hiệu WTSP) có kiểu gen SnSn / tnP n



- Kiểu 2: Nhạy cảm với nhiệt độ, phản ứng yếu với quang kỳ (ký hiệu (STWP) có kiểu gen SnSn / t n Pn

- Kiểu 3: Nhạy cảm với nhiệt độ nhạy cảm với quang kỳ (ký hiệu (STSP) có kiểu gen SnSn / t n P n 

- Kiểu 4: Phản ứng yếu với nhiệt độ phản ứng yếu với quang kỳ (ký hiệu (WTWP) có kiểu gen SnSn / tnPn

Ưu điểm lúa lai hai dòng:

- Trong hệ lai hai dòng cần chọn lọc hai loại dòng, TGMS PGMS dòng cho phấn

- Khơng cần trì bất dục, khả tìm dịng cho phấn tốt lớn, khơng cần quan tâm đến gen phục hồi Ưu lai hệ hai dịng khơng khai thác lồi mà cịn thực phép lai xa lồi lồi phụ

- Khơng có hiệu ứng đồng tế bào chất nên nhiễm sâu bệnh hệ ba dòng, suất cao 5-10% Năng suất lúa hệ hai dịng khơng dừng lại mức 10-15 /ha mà cao

Hạn chế hệ cịn chỗ: cơng nghệ sản xuất hạt lai phức tạp phụ thuộc lớn vào yếu tố thời tiết

5.2 Sử dụng vật liệu vô phối sản xuất lúa lai “một dịng”

5.2.1 Khái niệm

Việc sản xuất lúa lai “ba dịng” lúa lai “hai dịng” có nhiều ưu điểm cịn hạn chế lớn Những hạn chế là:

- Một số gen kiểm sốt tính trạng kinh tế gen lặn, không biểu F1

- Mức độ biểu ưu lai thấp - Hàng vụ phải sản xuất hạt lai

Để khắc phục hạn chế trên, năm 1992, Yuan Long Ping nêu khái niệm lúa lai “một dòng” Ông định nghĩa: Lúa lai “một dòng” “lúa lai thuần” (Truebred hybrid rice) nhờ sử dụng thể vô phối (apomixis) để sản xuất hạt lai cố định ưu lai

Về lý thuyết, có nhiều phương pháp để cố định ưu lai phương pháp sử dụng thể vô phối phương pháp nhiều người quan tâm

Thể vô phối thường gặp thực vật Đó tượng tạo thành hạt hay khơng qua thụ tinh

Hình 6-6:Trình tự sản xuất hạt lúa lai hai dòng F1

Dòng EGMS × Dòng cho phấn

F1

5.2.2 Các vật liệu vô phối lúa 1/ Lúa đa phôi

Người ta phát hàng nghìn giống lúa có kiểu sinh sản vơ phối khơng bắt buộc, có dịng mạ sinh đơi Lu 52 (Japonica), Alixisini (Japonica), Shuang 13 (Indica) Shuang (Indica) với mã số API, APII, APIII APIV có tỷ lệ mạ sinh đôi 16,1%, 23,4%, 32,4% 5,0% tuyển chọn

2/ Vật liệu vô phối bất dục đực

Lúa vô phối Sichuan (SARI) phát lai (Fan × Zhong Dan 3) × Zen Shan 97 Phấn SARI bất thụ cao Trong điều kiện cách ly, SARI kết hạt 55,33% Sau khử đực kết hạt với tỷ lệ cao 17,50%

3/ Vật liệu vô phối có tần soá cao

Người ta thu nhận HDAR001 HDAR002 xạ ion hóa hạt khơ dịng mạ sinh đơi có tần số vơ phối tương ứng 48% 50% tỷ lệ kết hạt tương ứng 80% 50-85%

5.2.3 Hướng sử dụng thể vơ phối để tạo lúa lai “một dịng” 1/ Các đặc tính mong muốn thể sinh sản vơ phối Để trì ưu lai, thể sinh sản vơ phối lý tưởng cần có:

- Gen quy định sinh sản vô phối gen trội với kiểu di truyền đơn giản để lai F1 nhân lên cách dễ dàng

- Biểu sinh sản vô phối ổn định, hồn chỉnh khơng dễ bị ảnh hưởng mơi trường

- Thuộc tính sinh sản vô phối bắt buộc gần

- Nội nhủ phát triển tốt dùng làm thực phẩm

2/ Phương pháp tạo lúa lai “một dòng”

các tính trạng tốt đặc tính sinh sản vô phối vào cá thể tốt

- Gieo F1 với mật độ thưa, chọn tổ hợp có tần số vơ phối cao ưu lai cao

- Gieo F2 để đánh giá mức độ phân ly, chọn cá thể vơ phối có ưu lai cao

- Các cá thể F2 chọn gieo thành dòng F3 Chọn dịng đồng kiểu hình có ưu lai cao Đó dịng lúa lai “một dịng”

Murty đề nghị dùng thuật ngữ “Vybrid” để gọi giống lai cố định hay lúa lai “một dịng”

Chương

Sử DụNG Đột biến

®a béi thĨ chän gièng

 SỬ DỤNG ĐỘT BIẾN TRONG CHỌN GIỐNG

 SỬ DỤNG ĐA BỘI THỂ

1 SỬ DỤNG ĐỘT BIẾN TRONG CHỌN GIỐNG

1.1 Khái niệm ý nghĩa đột biến chọn giống

Thuật ngữ “đột biến”, có nguồn gốc từ tiếng Latin Mutatio, dùng để thay đổi đột ngột vật chất di truyền tế bào có tính chất nhảy vọt

Trong khoa học từ lâu biết đến đột biến Trong tác phẩm “Tính biến dị động vật thực vật trạng thái nuôi dưỡng”, Ch Darwin mô tả số lớn đột biến ông gọi “biến đổi có” hay “kỷ lục”

Cơng trình nghiên cứu cách hệ thống đột biến Oenothera lamarskiana Hugo de Vries người Hà Lan từ năm 1880, công bố năm 1901 Hăm-buốc (Đức) gọi Học thuyết đột biến Nội dung bao gồm:

- Đột biến xảy đột ngột, không qua bước chuyển tiếp - Các dạng đột biến xuất hoàn toàn ổn định, bền vững

- Đột biến khác với biến đổi di truyền, chúng không tạo nên dãy liên tục, biến đổi rời rạc, không tập trung

- Đột biến có nhiều hướng, có lợi có hại

- Sự xuất đột biến phụ thuộc vào số lượng cá thể - Một đột biến lặp lại nhiều lần

Thực chất đột biến gì?

- Hoặc thay đổi cấu trúc hóa học ADN nhiễm sắc thể, gọi đột biến điểm hay đột biến gen

- Hoặc thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể đứt đoạn, đảo đoạn, đổi đoạn, tăng đoạn, gọi đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể; Hoặc thay đổi số lượng NST làm tăng giảm số lần nhiễm sắc thể để hình thành thể đa bội hay thể đơn bội, gọi đột biến số lượng nhiễm sắc thể Cả hai loại đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể đột biến số lượng nhiễm sắc thể gọi chung đột biến nhiễm sắc thể

Ngoài hai loại đột biến kể cịn có loại đột biến liên quan đến thay đổi gen nằm tế bào chất gọi đột biến tế bào chất

Tất thay đổi làm thay đổi kiểu hình liên quan đến việc hình thành tính trạng

Biểu đột biến tự nhiên nào?

Trong tự nhiên, đột biến xuất nhiều loại thực vật, động vật vi sinh vật với số lượng lớn đa dạng Theo hiệu tác động lên sức sống tính hữu thụ, tất dạng đột biến chia thành nhóm:

- Nhóm thứ nhất: Đột biến gây chết liên quan đến gây chết phôi, khả rễ, khả tạo diệp lục, …;

- Nhóm thứ hai: đột biến làm giảm sức sống gọi đột biến nửa chết mức gây chết Thể đột biến sống thời gian ngắn, sau chết khuyết tật di truyền Chẳng hạn dạng lùn nửa chết thực vật, gà thiếu lông, …;

- Nhóm thứ ba: Thể đột biến có sức sống bình thường bất thụ nên gọi đột biến bất thụ;

- Nhóm cuối cùng:Là đột biến tạo sức sống tốt, hữu thụ, chí cịn tăng sức sống, tăng hữu thụ dẫn đến tăng suất chất lượng

Bảng 7.1: Tần số đột biến tự nhiên số sinh vật Đối tượng Đột biến Số giao tử

nghiên cứu

Tần số 1/triệu Ngô

Ngô

Ngô dòng Columbiski Ngô dòng Cornelsca Ruồi dấm

Người Người

Salmonella typhimurium

Wx wx Sh sh Ir ir Rr r W+ W Mù màu BS Ưa chảy máu Try D – 10+

1.503.744 2.469.285 265.391 43.415 70.000

1,2 106 1.820 29 28 28 0,0003 Theo D.F.Petrov,1984

Ý nghĩa đột biến:

- Tạo nguồn biến dị phong phú, nguồn biến dị di truyền cho chọn giống, có nhiều gen quý

- Có khả tạo giống mới, nhanh, ổn định, khơng phân ly, có nhiều đặc tính, tính trạng tốt chín sớm, suất cao, chống chịu sâu bệnh tốt, tăng hàm lượng protein, lipid, glucid sản phẩm

- Có thể cải thiện tính trạng riêng biệt cho giống tốt trồng

- Tạo kiểu hình lý tưởng dạng lá, quả, hạt, đột biến khảm cho cảnh ăn

- Có thể tạo giống bất dục đực dùng ưu lai, chuyển dạng bất dục thành hữu dục

- Có thể tạo đặc tính tốt cho số lồi mà khơng thể thực lai hữu tính

Hạn chế đột biến:

1.2 Các tác nhân gây đột biến (Mutagen) 1.2.1 Tác nhân vật lý

Tác nhân vật lý chủ yếu sử dụng để gây đột biến gồm tia xạ ion hóa tia xạ khơng gây ion hóa

1/ Tia xạ ion hóa:

Tia xạ ion hóa, cịn gọi tia phóng xạ ion hóa gồm hai loại:

- Tia có chất sóng điện từ với bước sóng cực ngắn, gồm: + Tia X (tia Rơnghen, ) Rơnghen phát năm 1896 chiếu tia âm cực vào vật rắn Tia X có bước sóng ngắn  = 0,05-10Å, sức xuyên mạnh, tốc độ 300.000 km/giờ, không bị lệch từ trường Tia sử dụng sớm công tác chọn giống trồng Tia X có hai loại: tia X cứng có bước sóng 0,01-0,05Å tia X mềm có bước sóng 1-10Å Người ta dùng máy quang tuyến X để xử lý

+ Tia Gamma () có bước sóng ngắn  < 0,05Å, sức xuyên mạnh tia X khơng mang điện nên có tác dụng điện ly gián tiếp nhờ hiệu ứng quang điện Trong sinh học thường sử dụng tia  đồng vị phóng xạ Co60 Cs137 Tia  sử dụng nhiều gây đột biến nhân tạo thực vật, nhiều giống lúa đột biến chịu hạn, chịu úng, kháng sâu bệnh, suất cao, chất lượng tốt tạo nhờ xử lý đột biến tia 

- Tia có chất hạt, gồm:

+ Tia alpha () tia phóng xạ ion hóa có chất hạt, hạt  hình thành từ hạt nhân nguyên tử helium (He), gồm proton nơtron Hạt  có khả xuyên sâu 0,07 mm mô sinh vật

+ Tia bêta () chùm điện tử giải phóng từ nguyên tử đồng vị phóng xạ P32 S35, dùng đột biến nhân tạo

Liều lượng phóng xạ ion hóa đo rơnghen (R) rad

hóa 1g mô sinh vật gấp 1000 lần so với 1cm3

1rad lượng phóng xạ hấp thụ lượng làm cho 1g mô sinh vật sống bị chiếu xạ hấp thụ lượng 100 erg (1rad = 100 erg/g)

1R = 1rad = 2,58 × 104 culong/kg không khí = 100 erg/g = 1% GY (gray)

Tia xạ ion hóa gây tổn thương cấu trúc ADN, làm đứt mạch đơn, đứt mạch kép thay base nitơ Đối với sinh vật nhân chuẩn, xạ ion hóa làm đứt gãy NST, thường gây chết Các sinh vật có khả sửa chữa sau đột biến thường dẫn đến đảo đoạn, lặp đoạn, chuyển đoạn đoạn biểu tính trạng

Có nhiều giả thuyết khác giải thích chế gây đột biến tia xạ ion như: Thuyết bia, thuyết độc tố, thuyết enzym, thuyết chế tác dụng gián tiếp thuyết đại

Hiện có có hai cách giải thích chế gây đột biến:

1) Sinh vật chất hữu vô tạo thành, cấu tạo từ nguyên tử phân tư Nguyên tử có hạt nhân mang điện tích dương xung quanh điện tử mang điện tích âm Số điện tích dương âm thường cân Khi chiếu xạ, tia , ,  … vào thể sinh vật làm số điện tử làm cho nguyên tử mang điện tích dương trạng thái cân Các nguyên tử bị ion hóa làm biến đổi hóa học phân tử ADN, protein dẫn đến phát sinh đột biến

2/ Tia xạ khơng gây ion hóa

Tia tử ngoại UV (UltraViolet) tia xạ không gây ion hóa có khả gây đột biến, có chiều dài bước sóng 200-400 nm (nanomet) Photon tia UV có lượng thấp, khơng xun sâu nên khơng tác động đến tế bào nằm sâu thể sinh vật có tác dụng xử lý hạt phấn noãn Tác động tia UV chủ yếu acid nucleic hợp chất tế bào hấp thu, hấp thu mạnh, khả đột biến cao Tần số gây đột biến tia cao bước sóng trùng với bước sóng ADN hấp phụ (từ 260-265nm) Theo Dubinin N.P., xử lý hạt phấn ngơ tia UV có bước sóng 254-265 nm có hiệu gấp 10 lần so với tia UV có bước sóng 297 nm gấp 100 lần so với tia có bước sóng 302 nm Khi chiếu xạ hạt phấn thường dùng tia UV có bước sóng 253 liều sử dụng 104 GR

1.2.2 Tác nhân hóa học

Trình tự tác động tác nhân hóa học:

- Trước hết, chúng vào phận tế bào, gây chấn thương mức phân tử;

- Sau đó, tác nhân hóa học tương tác với sản phẩm trung gian tế bào với sản phẩm tương tác tác động vào ADN Đây giai đoạn tiền đột biến

- Cuối cùng, liên kết hóa học làm sai lệch thơng tin gây đột biến

Các tác nhân đột biến gồm chất oxy hóa khử gốc tự do, chất alkyl hóa, chất đồng đẳng base nitơ,

ĐẤT ĐẤ

T 3 2 1

Hình 7-1:

Sơ đồ nguồn chiếu xạ  cố định - Thiết bị đóng mở nguồn chiếu - Hộp đựng đối tượng chiếu - Nguồn chiếu

chất cảm ứng với base chất nhóm acridin (C13H9N)

1/ Các chất oxy hóa khử gốc tự

Nhóm gồm chất H2O2, acid nitrơ HNO2, aldehyd, muối kim loại nặng Các chất gây phản ứng oxy hóa khử amin, làm cho nhóm amin (-NH2) base nitơ ADN bị thay nhóm hydroxyl (-OH) hay oxy (O2) Các base Guanin (G) bị khử amin biến thành Xantin không gây đột biến cấu trúc chất oxy hóa khử gốc tự cấu trúc Xantin giống Guanin Các base Adenin (A) bị khử amin trở thành Hypoxantin (Hy), Hypoxantin có xu hướng ghép đơi với Cytosin thành cặp Hy-C, đồng hóan A = T G  C Kết sau hai lần tái phân tử ADN có cặp G  C thay vào vị trí A = T làm thay đổi cấu trúc ADN tạo nên đột biến Với Cytosin (C), bị khửû amin trở thành Uracin (U) có ghép đơi Uracin Adenin gây đồng hoán G  C A = T, sau tái ADN xuất cặp A = T thay cặp G  C, gây đột biến

2/ Các chất alkyl hóa

Các chất gây alkyl hóa ethylmethan sunfonat (EMS), nitrozoethyl-urea (NEU), nitrozomethylure (NMU), ethylenimin (EI), diethylsulphat (DES), dimethylsulphat (DMS), … Các chất nhóm có hiệu gây đột biến cao

Sự alkyl hóa Guanin (G) Thymin (T) gây tượng ghép đôi sai dẫn đến đồng hoán A = T G  C G  C A = T Sự alkyl hóa guanin cịn dẫn đến khử purin nhóm base nitơ bị alkyl hóa phân tử ADN, phá vỡ liên kết nitơ purin đường deoxyriboza, gây đột biến

3/ Các chất đồng đẳng base nitơ

Các chất đồng đẳng base nitơ gồm có chất cafein, 5-bromuraxin (5-BU), aminopurin, aminopterin, hợp chất chứa halogen, … Các chất có khả thay base nitơ bình thường ADN trình tái ADN gây biến đổi cấu trúc ADN tạo nên đột biến

Các chất có ethylurethan, 5-aminouracin, teobromin, … Các chất kìm hãm tổng hợp Guanin Thymin, hình thành nucleotid khơng bình thường xâm nhập vào ADN gây đột biến

5/ Các chất nhóm acridin (C13H9N)

Các chất nhóm acridin (nhóm thuốc nhuộm) proflavin dùng nhiều nghiên cứu đột biến gen Các chất làm thêm cặp base nitơ phân tử ADN làm rối loạn trình tái sinh mã gây đột biến

Các tác nhân gây đột biến liều lượng xử lý ghi bảng 7.2 7.3

1.3 Quá trình tự sửa chữa sau đột biến

Tự sửa chữa sai sót ADN thuộc tính tế bào sống Đó khơi phục lại cấu trúc tự nhiên ADN bị tác nhân đột biến làm tổn thương Đến nhiều chế tự sửa chữa nghiên cứu

1) Sửa chữa trực tiếp quang phục hoạt (photo reparation): Dưới tác động photon ánh sáng, enzym photolyase trực tiếp loại bỏ dimer thymin (được hình thành chiếu tia UV), tách thành monome bình thường làm cho cấu trúc ADN phục hồi

2) Tự sửa chữa SOS: Là chế làm cho phân tử ADN tái bản, phiên mã bỏ qua đoạn bị tổn thương, bỏ qua dimer thymin để tái phiên mã xác

3) Sửa chữa chế cắt bỏ sai sót: Nhờ hàng loạt enzym nhận biết, base nitơ bị ghép sai cắt bỏ, enzym polymerase I xúc tác tổng hợp base phù hợp Quá trình phức tạp, chưa biết cặn kẽ

1 Chọn giống đột biến

Bảng 7.2 : Xử lý đột biến phân sinh thực TT Cây trồng Đối tượng Tác

nhaân

Liều xử lý

1 Lạc Hạt khô Tia  20-30 krad

2 Hạt tiêu Hạt khô Trung tử 2,4 rad

3 Đậu nành Hạt khô Tia  10-22 krad

4 Cà chua Hạt khô EMS 0,8%(24h, 240C) Đậu Hà Lan Hạt khơ

Hạt phấn

DES Tia 

0,2% (15h, 200C) 10 krad Lúa (Oryza sativa) Hạt khô Tia  60 krad Ngô (Zea mays) Hạt khô

Hạt phấn

Tia  Tia 

0,75-3 krad 14-28 krad Bảng 7.3: Xử lý đột biến phận sinh dưỡng TT Cây

troàng

Đối tượng Tác nhân

Liều xử lý

1 Khoai tây

Củ, bẹ, cuống hoa

Lá (in vitro)

Phiến (in vitro) Đầu rễ (in vitro)

EMS Tia X Tia X Tia X

100-500 krad 1,5-2 krad 2,25-2,75 krad 2,5-3,5 krad Táo Mắt ghép (ngủ)

Chồi non

Tia  Tia 

6-7 krad 2,5-5 rad Cam Mô sẹo (in vitro) Tia  6-16 krad Chuối Đỉnh ST chồi (in vitro) Tia  1-2,5 krad

5 Mía Chồi Tia  3,5-7 krad

6 Khoai lang

Ngọn đỉnh ST (in vitro) Tia  EI Tia 

1.5 Những thành tựu chọn giống đột biến

Theo thống kê FAO/IAEA (Tổ chức Nông-Lương Liên hiệp quốc/Tổ chức lượng nguyên tử Quốc tế), năm 1960 có giống trồng đột biến, đến năm 1965 có 30 giống, năm 1970 có 80 giống, năm 1975 có 145 giống, 1980 – 500 giống, 1988 – 1200 giống, 1992 – 1530 giống, 1995 – 1737 giống 1997 – 1870 giống, thuộc 154 loài khác Trong số 1870 giống kể trên, có 1375 giống nơng nghiệp, cịn lại hoa, cảnh Trong số 1870 giống, có 889 giống nhận trực tiếp từ đột biến, số lại qua lai tạo với giống gốc, dòng đột biến với

So sánh dịng với ĐC

Chọn thu riêng dòng ưu tú

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Xử lý hạt, gieo thu đột biến để riêng

Gieo riêng thu hạt đột biến

Gieo riêng dòng, thu hạt dòng đột biến tốt

So sánh suất số vùng Phân lập dịng thành giống

Nhân sản xuất M1

M3

M

M5 – M8

M9 – M10

Hình 7-2: Sơ đồ chọn giống đột biến với tính trạng đơn gen

° ° °

° °

° °

° °

° ª ° ° ° ° °  ° ª °

Phần lớn giống tạo ngũ cốc: lúa nước – 318 giống, lúa mì – 162 giống, lúa mạch 130 - giống, ngô 46 - giống, …

Trung Quốc nước có nhiều giống đột biến với 420 giống, có: lúa nước - 123, lúa mạch – 4, lúa mì – 97, ngơ – 25, hịa thảo nhỏ – 19, đậu tương - 24, cảnh – 66, ăn – 11 công nghiệp – 47

Ấn Độ nước đứng thứ hai với 237 giống, có: lúa nước – 31, lúa mạch – 14, lúa mì – 4, hịa thảo –4, đậu - 36, cảnh – 97, ăn – công nghiệp – 42

So sánh suất số vùng Phân lập dòng thành giống

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Gieo riêng thu hạt đột biến tốt

Gieo dòng, thu dòng đột biến đồng hợp tử tốt So sánh sơ dòng với ĐC Chọn thu riêng dòng ưu tú

Lựa chọn hạt phổ biến giống M1

M2

M3

M4

M6 – M10

M11

°

° ° °

° °

° °

M5

Hình 7-3: Sơ đồ chọn giống đột biến với tính trạng đa gen

° °

°  ° º ° ª ª ° ª ° ° °

Xử lý hạt, gieo thu đột biến để riêng

Các nước thuộc Liên Xô cũ (211 giống), Newtherland (164 giống), Nhật Bản (109 giống) Mỹ (105 giống) nước tạo nhiều giống đột biến

Việt Nam nước áp dụng phương pháp tạo giống đột biến muộn so với nhiều nước tạo 40 giống đột biến Các giống lúa đột biến gần kể đến giống ghi bảng 7.4

Bảng 7.4: Một số giống lúa chọn tạo phương pháp gây đột biến

TT Giống Nguồn gốc Nơi tạo giống Năm

1 10 11 12 DT 10 CM1 CL9 N29 ĐB1 ĐB5 Nếp PD2 TNĐB100 VND9-3 VNĐ95-19 VNĐ95-20 OM 2718

C4-63

Chiêm bầu HP IR64/Khang Dân 18 Doøng R29

Doøng 28R Doøng 28R

TK90 Nếp 415 Tài Nguyên Nàng Hương IR64 IR64 OM1738/MCRDB Viện DTNN Viện DTNN Viện DTNN Viện LT-TP Viện LT-TP Viện LT-TP Viện DTNN Viện lúa ĐBSCL Viện KHNNMN Viện KHNNMN Viện KHNNMN Viện lúa ĐBSCL

1990 1999 2004@ 1999 2004@ 2004@ 2004@ 1997 2004@ 1999 1999 2004@ @ - Công nhận tạm thời

2 SỬ DỤNG ĐA BỘI THỂ

2.1 Hiện tượng đa bội ý nghĩa đa bội thể chọn giống

Đa bội tượng biến dị làm tăng số lần số lượng nhiễm sắc thể (NST) nhân tế bào đa bội thể sinh vật mà tế bào thể có số nhiễm sắc thể cao 2n

Những sinh vật có tượng đa bội?

tính Ở thực vật hạt kín, phần lớn chi bao gồm loài đa bội chiếm khoảng 1/3 tổng số lồi Ở lớp bí tử có 50% lồi đa bội Đặc biệt họ hịa thảo có đến gần 72% loài đa bội Hàng loạt trồng quan trọng ngũ cốc, loại ăn cam quýt, chanh, táo, dưa, chuối tiêu đến hàng năm bông, đay, húng, … tới cảnh hoa hồng, hoa cúc, hoa lan, … đa bội Tuy nhiên, số lồi trồng khơng tìm thấy dạng đa bội tự nhiên lúa mạch (2n = 14), lúa mạch đen (2n = 14), củ cải đường (2n = 18)

Bảng 7.5: Các loại hình đa bội thể thường gặp Cây trồng Số NST (x) Số NST loại hình đa bội Họ cà Lúa nước Bơng vải Thuốc Hành Cải bẹ Mía

12 12

13 9, 10, 12

Khoâng có NST

10, 8, 40

24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 24, 48

26, 52

18, 20, 24, 48, 72, 96

14, 16, 18, 24, 28, 32, 42, 44, 48, 64, 68

20, 16, 18 80, 120

Bảng 7.6: Một số chi có lồi hoang dại lồi trồng đa bội

Tên thường Tên khoa học Số NST

giao tử (n)

Daïng@ Cải bắp

Cải bẹ

Mù tạt Ấn Độ – cải canh Cải dầu

Bông châu Á-bông Bông cỏ- châu Á Bông dại châu Mỹ

Bông hải đảo-bông Ai Cập

Bông luồi Đại mạch trồng Thuốc hoang dại Thuốc hoang dại Thuốc trồng Mận châu Mỹ

Brassica oleracea B canpes tris B juncca B napus Gossypium arboreum G herbaceum G thurberi G barbadense G hirsutum Hordeum vulgar Nicotiana sylvestris N tomentosa N tabacium

P runus americana P persica

9 (C) 10 (A) 18 19 13 (A2)

13 (A1)

13 (D1)

26 (A2 , D2)

26 (A1 , D1)

Đào

Mận châu Âu Mía

Mía dại

Lúa mì dại hạt Lúa mì hạt Lúa mì hạt dại Lúa mì haït

P domestica Saccharum officinarum S spontancum Triticum boeticum T.monooccum T.dicoccoides T dicoccum

16 40 20-64 (A) (A) 14 (AB) 14 (AB)

C C W W C W C @ - C: Dạng trồng; W: Dạng dại

Ý nghóa đa bội thể chọn giống?

- Tạo giống trồng có nhiều gen quý suất cao, phẩm chất tốt Bằng đa bội nhân tạo người tạo hàng loạt giống lúa mì mềm lục bội có suất cao, cam không hạt; dưa hấu không hạt, ngọt; nho tứ bội chất lượng cao; v.v…

- Nâng cao tỷ lệ kết hạt, khắc phục tính bất dục lai xa

- Duy trì ưu lai đời sau

- Coù thể tạo dạng bất dục sản xuất hạt giống lai

2.2 Các loại đa bội thể

Dựa vào kiểu biến đổi nguồn gốc, cấp độ người ta chia đa bội thể thành nhiều loại khác Sau bảng phân loại đa bội thể (bảng 7.7)

2.2.1 Nguyên bội (Đa bội cân, Euploid)

Dạng trồng có số lượng NST tăng bội số, ví dụ: từ 2n tăng lên thành 4n, 6n, 8n, …, từ 2n tăng lên thành 3n, 6n, 9n, 12n, … Chẳng hạn, số NST ở: Solanum (khoai tây) có : 12, 24, 36, 48

Tricum (lúa mì): 7, 14, 28, 42 Rosa (hoa hồng): 14, 28, 56 1/Đồng nguyên đa bội (Autopolyploid)

của thể có số NST thấp Nếu NST A, thể lưỡng bội AA, tam bội AAA, tứ bội AAAA, lục bội AAAAAA,

Ở thể đồng nguyên đa bội, trình phân bào giảm nhiễm xảy khó khăn nên thường hay bất thụ

Bảng 7.7: Các loại đa bội thể

Tên gọi Kiểu biến đổi Ký hiệu NGUYÊN BỘI

(Euploid)

Tăng bội số lượng genome 1.1 Đồng nguyên

đa bội (Autopolyploid)

Tăng bội NST lồi

- Monoploid Một genome x

- Polyploid Tam bội Tứ bội Ngũ bội Lục bội Bát bội Ba genome Bốn genome Năm genome Sáu genome Bảy genome 3x 4x 5x 6x 8x 1.2 Dị nguyên

ña boäi (Allopolyploid) Allotetraploid Allohexaploid Allooctaploid

Tăng bội NST từ hai hay nhiều loài

Hai genome khaùc Hai genome khaùc Hai genome khaùc

2x1+2x2

2x1+2x2+2x3

2x1+2x2

+2x3+2x4

2 LỆCH BỘI (Aneuploid)

Tăng giảm số lượng NST 2n ± …

- Nullisomic Giảm cặp NST 2n - - Monosomic Giảm NST 2n - - Momosomic kép Giảm NST từ cặp khác

nhau

2n -1-1

- Trisomic Taêng NST 2n +1

- Trisomic kép Tăng NST từ cặp khác

2n +1+1 - Tetrasomic Tăng cặp NST 2n +2 2n – Số lượng NST soma

n – Số lượng NST giao tử lồi

2/ Dị nguyên đa bội (Allopolyploid)

Là đa bội thể tạo nên tăng bội NST từ phép lai loài khác Trong thực tiễn, dị nguyên đa bội thường thấy số trồng thuốc lá, vải, …

Trong dị nguyên đa bội, có nhiều dạng sinh sản bình thường, khắc phục tượng bất dục thường thấy lai xa Kapechenco G.D., vào năm 1920s tiến hành lai bắp cải (Brassica oleracea) mang gen RR có 2n = 18 củ cải (Raphanus sativas) mang gen BB có 2n = 18 Cây lai có 2n = 18 (9R+9B) hoa khơng kết phân bào giảm nhiễm (meioz) khơng bình thường, số giao tử thể lai có từ đến 18 NST khơng có sức sống Trong kết hợp hai loại giao tử khơng phân cực (9R+9B) × (9R+9B) tạo lai dị nguyên tứ bội mang số đặc tính cải bắp số đặc tính cải củ, bền vững nhiều hệ, có 2n = 36, đặt tên Raphanobrassica

2.2.2 Lệch bội (Aneuploid)

Là đa bội thể tạo nên tăng bội số NST mà tăng giảm NST riêng biệt Bridret người phát tượng ruồi giấm nghiên cứu di truyền liên kết giới tính Ngày tượng tìm thấy nhiều loại trồng lúa mì, ngô, thuốc lá, vải, cà độc dược, … Trong lệch bội có trường hợp xảy ra: Loại thể NST (2n - 1) gọi đơn nhiễm (Monosomic); Loại thể NST từ cặp khác (2n 11) gọi đơn nhiễm kép; Loại thể cặp NST (2n -2) gọi vô nhiễm (hay thể khuyết - Nullisomic); Loại thể tăng thêm NST (2n +1) gọi Trisomic (thể ba); Loại thể tăng thêm NST từ cặp khác (2n +1+1) gọi Trisomic kép loại thể tăng thêm cặp NST (2n +2) gọi Tetrasomic (thể bốn)

2.3 Sự hình thành đa bội đặc điểm đa bội

2.3.1 Sự hình thành đa bội

Do tác động tác nhân gây đa bội tự nhiên nhân tạo làm cho:

- Các NST không phân ly hai cực trình phân chia tế bào

- Tế bào không tạo vách ngăn trình phân chia sau NST nhân đơi

Lồi A 2n

P a a × ♀

G

Tăng bội NST nhân tế bào giống lai

×

Lồi B 2n b b ♂

Đồng nguyên tứ bội loài A (4n) 4a

Tứ bội tạp (4n) 2a

2b

Đồng nguyên tứ bội loài B(4n) 4b

Nhân tố ảnh hưởng Nhân tố

ảnh hưởng

G ♀ ♂

2.3.2 Một số đặc điểm đa bội 1/ Đặc trưng hình thái:

- Thân cao to, phân cành - Lá to dày, màu xanh đậm - Khí khổng hạt phấn lớn - Hoa to

2/ Đặc tính sinh lý, sinh hóa:

- Sinh trưởng phát triển chậm nhị bội

- Cường độ hô hấp, áp suất thẩm thấu tế bào thấp nhị bội

- Khả chịu hạn, kháng sâu bệnh cao nhị bội - Hàm lượng chất gluxit, protein, lipit, vitamin cao nhị bội

3/Đặc tính di truyền: - Ít phaân ly

- Sử dụng ưu lai với đa bội trì lâu - Ít thối hóa tự thụ phấn

- Trong lệch bội thường gặp tượng bất dục Phân chia BT

Hạt phấn

Hình 7-5:Sơ đồ tăng bội số lượng NST tế bào sinh dục Tế bào mẹ hạt phấn

Lần phân chia

2n

2n 4n

n n

2n 2n 2n 2n

n n n n

n n 4n

n

n 2n 2n 2n 2n

° °

°

°

° ° ° °

° ° °

°

° °° °°

Lần phân chia

2.4 Các phương pháp gây đa bội

Để việc xử lý đa bội có hiệu quả, cần tuân thủ nguyên tắc sau đây:

- Xử lý vào phận mà q trình phân chia tế bào (nguyên nhiễm giảm nhiễm) diễn mạnh Ở mô phân sinh đỉnh sinh trưởng thân cành, đầu rễ hạt nẩy mầm tế bào phân chia nguyên nhiễm mạnh lúc hình thành tế bào mẹ hạt phấn phân chia giảm nhiễm mạnh

- Tác động vào lúc tế bào phân chia giai đoạn hậu kỳ Lúc NST hai cực, tác nhân gây đa bội làm đứt dây vô sắc, số NST nhân tăng gấp đôi

- Tác động vào giai đoạn mạt kỳ, kìm hãm phân chia, sinh tế bào hai nhân

2.4.1 Phương pháp gây chấn thương

Phương pháp gây chấn thương thường thực cho cà chua, cải bắp, cà rốt, nho, mía, Tỷ lệ thành cơng với cà chua đến 10-36%, với khác 1-2%

- Cắt ngọn, cắt cành (với cà chua lúc 5-6 lá) để chỗ cắt hình thành mơ sẹo Ở tế bào mô sẹo, tế bào chất phân chia chậm nhân nên tạo thành tế bào hai nhân sinh mầm bất định mọc cành đa bội Ở mía, việc cắt ngang thân xúc tiến phân bào, tế bào sinh nhiều nhân hình thành đa bội

- Theo Winkler, ghép cà chua lên khoai tây, chỗ tiếp xúc sinh cành đa bội

Ưu điểm phương pháp gây chấn thương đơn giản, dễ làm, tốn kém, có hiệu cho số

2.4.2 Phương pháp thay đổi nhiệt

Đây loại đa bội hình thành tự nhiên

- Với lúa: sau hạt nẩy mầm 24 giờ, tăng nhiệt độ lên 45-470C thời gian 25-30 phút hình thành dạng đa bội, lúc hình thành tế bào mẹ hạt phấn tăng nhiệt độ lên 430C tạo hạt phấn đa bội

- Với lúa mì lúa mì đen, để tạo dạng đa bội, lúc thụ phấn giữ nhiệt 250C 20 giờ, lúc hợp tử bắt đầu phân chia lần thứ tăng nhiệt lên 42-430C thời gian 20-30 phút, sau giảm xuống 250C

2.4.3 Phương pháp xử lý hóa chất

Xử lý hóa chất phương pháp chủ yếu để thu nhận dạng đa bội, dựa vào tác động đặc hiệu số chất hóa học, đặc biệt chất colchicine, để ngăn cản làm đứt sợi thoi vơ sắc, hình thành hai tế bào Colchicine chất kiềm thực vật có độc tính cao lấy từ Colchicum autumnale L mọc nhiều bờ biển Địa Trung Hải, có cơng thức hóa học (C22H25NO6 ), dễ tan nước, benzen rượu Ngồi colchicine, người ta cịn dùng số chất khác acenaphten, gameksan, lindan, chlorit xanguinarin, …

Trong chọn giống, người ta thường sử dụng colchicine có hiệu cao hẳn so với hóa chất vừa nêu Để việc xử lý colchicine có hiệu cần lưu ý vấn đề sau:

- Colchicine phải tác động đến đỉnh sinh trưởng hay mơ phân sinh, có cường độ phân bào mạnh (hạt nẩy mầm, chồi, con, đỉnh sinh trưởng, nụ hoa, củ, …

- Các phận khác nhau, thời kỳ sinh trưởng khác trồng có độ mẫn cảm với colchicine khác nên cần phải xác định nồng độ, thời gian, nhiệt độ xử lý thích hợp cho đối tượng thực nghiệm

- Phải tạo điều kiện tối ưu xử lý sau xử lý cho sinh trưởng, phát triển bình thường

Sau phương pháp xử lý số đối tượng: 1/ Xử lý hạt

Có thể xử lý hạt khô, hạt ngâm ủ hạt nẩy mầm sau xử lý xong phải rửa trước gieo

- Hạt khô: Nồng độ 0,1-0,2%, thời gian 3-6 ngày

2/ Xử lý mầm

Có thể nhúng tồn mầm (thông thường mầm dài 2-4 cm) vào dung dịch đặt vào đĩa petri có giấy lọc dung dịch, nồng độ 0,01-0,2% thời gian 3-12 ngày tùy loại Với có hạt nhỏ, mầm dài 0,5-0,8 cm nhúng vào dung dịch colchicine 0,05-0,1% giờ, sau rửa gieo

3/ Xử lý

Đây phương pháp sử dụng rộng rãi có hiệu

- Nhỏ giọt dung dịch colchicine 0,3-0,4% vào đỉnh sinh trưởng, 3-4 nhỏ lần liên tục 3-4 ngày đêm Tránh không cho dung dịch colchicine rơi xuống đất kìm hãm sinh trưởng làm chết

- Hoặc buộc thấm nước vào đỉnh sinh trưởng nhỏ dung dịch vào

- Với hòa thảo, tiêm dung dịch 0,1-0,2% trực tiếp vào phần thân gần đỉnh sinh trưởng lặp lại sau vài tháng

4/ Xử lý rễ

- Với hòa thảo, nhúng rễ vào dung dịch colchicine 0,01-0,05% 12 giờ, sau nhúng vào nước cất nhúng lại dung dịch với thời gian ngắn

- Với lúa mì, cao lương, mạch ba góc, cà chua, … xử lý rễ với dung dịch 0,0125-0,04% 24-144

Ngồi cịn xử lý chồi nách, thân với nồng độ 0,2-1% cách nhỏ giọt hay tiêm

2.5 Chọn giống đa bội số kết

2.5.1 Chọn giống đa bội

Trong cơng tác chọn giống đa bội, cần giải vấn đề sau đây:

1/ Khắc phục tương bất dục ña boäi

Để đa bội 3n, 5n, 7n, … bất dục thành dạng hữu dục, trước hết lai đa bội F1 bất dục, sau gây đa bội F1 dạng hữu dục

- Tuyển lựa bồi dưỡng đa bội điều kiện tốt Biện pháp có hiệu cho giao phấn Kiều mạch tứ bội sau tuyển lựa có số hạt/ tăng gấp lần so với quần thể ban đầu, suất tăng 37% Đại mạch tứ bội lúc tạo có tỷ lệ kết hạt thấp Sau tuyển chọn, tỷ lệ kết hạt đạt 90% so với đại mạch nhị bội, có nhiều đặc tính tốt Việc tuyển lựa lúa tứ bội nâng tỷ lệ kết hạt 80% Đặc biệt, với lanh sau 5-6 lần chọn có tỷ lệ kết hạt tương đương nhị bội

Tuy nhiên biện pháp khơng có kết với nhóm tự thụ phấn

- Lai lại: Lai lại với bố mẹ có số lượng nhiễm sắc thể giống đa bội để tăng tỷ lệ kết hạt tăng cường tính trạng tốt

2/ Giới hạn số lượng nhiễm sắc thể

Tùy loại trồng, dạng đa bội cho suất cao, chất lượng tốt giới hạn NST tối ưu, cần phải tiến hành làm thí nghiệm để xác định số lượng NST tốt cho loại

Loài lúa B (4n) Dạng lục bội

(6n) ×

F1 (3n) (Bất dục)

Xử lý đa bội Lồi lúa A

(2n)

Lồi lúa B (4n)

× Hoặc Loài lúa A

(2n)

Xử lý đa bội Dạng tứ bội

(4n)

2.5.2 Một số giống đa bội

Có nhiều loại trồng có giống đa bội có giá trị giống bạc hà đa bội; giống cải, củ cải đa bội; giống ngũ cốc đa bội; … Tuy nhiên, kể đến giống đa bội sau đây:

1/ Củ cải đường tam bội

Củ cải đường hoang dại Macgrap (người Đức) tìm thấy vào kỷ XVIII có hàm lượng đường 3-4% Củ cải đường tam bội 3n có suất cao, đặc biệt hàm lượng đường chứa củ 18-20% , cao giống nhị bội 15-20%, chống chịu bệnh cao

Các giống củ cải đường tam bội trồng nhiều nước, không cho hạt nên hàng vụ phải sản xuất hạt lai Người ta tìm giống nhị bội tứ bội thích hợp, trồng xen hai giống để sản xuất hạt tam bội Kết nghiên cứu cho thấy nhị bội có suất hạt cao tỷ lệ hạt tam bội nhận thấp, ngược lại tứ bội tỷ lệ hạt tam bội cao giống có suất củ hạt thấp giống nhị bội

2/ Dưa hấu tam bội

Giống dưa hấu nhị bội 2n nhiều hạt, giống tứ bội 4n hạt nhị bội, giống tam bội 3n khơng hạt, sản xuất hạt cách lai giống nhị bội (làm bố) với giống tứ bội (làm mẹ) để lấy hạt tam bội

Trước hết, nhị bội tứ bội hóa colchicine Cây tứ bội nhận biết trước hết qua khí khổng (lớn khác biệt với nhị bội qua hạt phấn hoa Khi sản xuất hạt tứ bội trồng xen với nhị bội

3/Nho tứ bội

Chương

øng dơng

c«ng nghƯ sinh häc tRONG Chän gièng

 MỘT SỐ KHÁI NIỆM

 TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN BẰNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN

 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT

1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM

1/ Công nghệ (Technology): Là thuật ngữ gọi tắt công nghệ sản xuất, bao gồm hai phần: phần kỹ thuật (Technique), gọi phần cứng (Hardware) phần thông tin (Information), gọi phần mềm (Software)

Như vậy, công nghệ hệ thống thiết bị kỹ thuật thơng tin quy trình sản xuất áp dụng q trình chế biến tài ngun (nói chung đầu vào) thành sản phẩm hàng hóa dịch vụ (nói chung đầu ra)

2/ Cơng nghệ cao (High Technology): Là khái niệm nói sản xuất với công nghệ đại tinh xảo, có hàm lượng trí tuệ cao

Nếu trước hiệu kinh tế chủ yếu dựa vào vốn đầu tư sức lao động giản đơn, nặng nhọc, chiếm 60-70% cấu giá thành, ngày sản phẩm cơng nghệ cao chất xám chiếm 70-75%, chí 80% cấu Công nghệ sinh học công nghệ cao, công nghệ mũi nhọn

3/ Công nghệ sinh học (Biotechnology): Được hiểu ngành sản xuất theo quy mô công nghiệp dựa nguyên lý trình sinh học sử dụng vật chất sống cấp độ phân tử, tế bào, thể hệ sinh thái để sản xuất thành phẩm hàng hóa phục vụ lợi ích người xã hội loài người

- Công nghệ gen;

- Công nghệ enzym protein; - Công nghệ vi sinh;

- Và, Cơng nghệ tế bào thực vật, độâng vật miễn dịch học Ít nhiều cơng nghệ có quan hệ đến nông nghiệp, đặc biệt công tác giống trồng Để phục vụ cho vấn đề tạo giống nhân giống trồng, công nghệ gen công nghệ tế bào ứng dụng ngày đạt hiệu cao

4/ Công nghệ gen (Kỹ thuật di truyền – genetic engineering):

Cơ sở công nghệ gen là: Thông tin di truyền mã hóa ADN tồn dạng gen, sửa đổi theo nhiều cách khác để đạt tới mục tiêu định nghiên cứu khoa học bản, khoa học ứng dụng y học

Thuật ngữ kỹ thuật di truyền (genetic engineering) sử dụng phổ biến Tuy nhiên, có số thuật ngữ khác sử dụng để khái niệm Đó thao tác gen (gene manipulation), tách dịng gen (gene cloning), cơng nghệ ADN tái tổ hợp (recombinant ADN technology), sửa đổi di truyền (gene modification) di truyền học (new genetics) Ngoài nhiều nước cịn dùng thuật ngữ cơng nghệ gen (gene technology), công nghệ di truyền (genetic technology) thao tác ADN (ADN manipulation), …

Ứng dụng quan trọng kỹ thuật di truyền tạo giống trồng tạo giống biến đổi gen

5/ Công nghệ tế bào thực vật: Là thuật ngữ dùng để thao tác có liên quan đến việc xử lý tế bào để tạo ra, nhân lên tạo thành hoàn chỉnh

Trong loại kỹ thuật thuộc công nghệ tế bào, nuôi cấy mô tế bào thực vật, nuôi cấy bao phấn túi phấn nhằm phục vụ cho việc nhân nuôi công nghiệp giống, tạo đơn bội phục vụ cho công tác tạo giống mới, … nhiều người quan tâm Ngoài ni cấy mơ cịn phục vụ cho việc chuyển gen thực vật

2 TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN BẰNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN

2.1 Cây trồng biến đổi gen

Cây trồng biến đổi gen (Genetically Modified - GM), gọi trồng chuyển gen (Transgenic) trồng có mang hay nhiều gen chuyển vào nhờ kỹ thuật di truyền Các gen dùng để chuyển (transgene) từ trồng không họ hàng với chuyển hay từ loài khác Thuật ngữ GMP (Genetically Modified Plant) dùng để thực vật biến đổi gen GMO (Genetically Modified Organism) - sinh vật (thực vật, động vật vi sinh vật) biến đổi gen nói chung

Cây trồng chuyển gen tạo lần vào năm 1983 nhóm nhà khoa học hoạt động độc lập với nhau: a) Đại học Washington, St Luis, Missouri; b) Đại học Rijks, Ghent, Bỉ; c) Công ty Monsanto, St Luis, Missouri; d) Đại học Wiscosin Vào ngày tháng năm 1983, nhóm nhà khoa học Đại học Washington, Đại học Rijks Công ty Monsant thông báo hội nghị Miami, Florida việc họ chuyển gen vi khuẩn vào trồng Sau tháng, hội nghị Los Angeles nhà khoa học Đại học Wiscosin thông báo họ chuyển gen trồng vào trồng khác loài

thuốc kháng kanamycin methotrexate dược phẩm dùng để chữa bệnh thấp khớp Robert Fraley, Stephen Rogers Robert Horsch Monsanto tạo thảo (petunia) kháng kanamycin John Kemp Timothy Hall Đại học Wiscosin đưa gen đậu vào hoa hướng dương

Đến năm 2004, có gần 20 loài trồng với 81 triệu trồng trồøng chuyển gen

2.2 Taïi phải tạo giống trồng chuyển gen?

2.2.1 Là phương pháp tạo giống ưu việt

1) Tạo giống trồng có phối hợp lồi xa nhau;

2) Có thể chuyển gen lạ vào thực vật; 3) Chuyển loại gen theo mong muốn

2.2.2 Có lợi cho người

Những mục tiêu có việc cải tạo giống trồng công nghệ chuyển gen (bảng 1)

Bảng 8.1: Mục tiêu lợi ích việc chuyển gen vào trồng

Mục tiêu Lợi ích - Kháng bệnh

- Kháng thuốc diệt cỏ - Kháng sâu hại côn trùng

- Kháng virus

- Tăng suất trồng, giảm mát tác nhân sinh học (bệnh, cỏ, sâu hại, …), giảm chi phí phịng trừ

- Chịu hạn - Chịu lạnh - Chịu muối

- Cho phép trồng vùng mà khơng thích hợp

- Giảm quang hô hấp - Tăng hiệu chuyển hóa lượng - Cố định đạm - Mở rộng phạm vi lồi có khả

cố định nitơ từ khí

- Giá trị dinh dưỡng - Tăng giá trị dinh dưỡng protein trữ kỹ thuật protein - Đặc tính bảo quản - Tăng thời gian sử dụng cho rau - Hấp dẫn khách hàng - Làm cho hoa rau hấp dẫn

2.3 Thực chất việc chuyển gen kỹ thuật di truyền gì?

Chuyển gen kỹ thuật di truyền tạo đột biến điểm có định hướng, tức thay đổi có chủ ý thành phần trình tự nucleotid ADN để hình thành gen hữu ích

Thực chất, hệ thống kỹ thuật tái tổ hợp ADN tế bào nhằm chuyển gen hay vài gen loài vào loài khác sở vật chất di truyền tái biểu ngồi tính trạng có ích cho người

2.4 Các bước chuyển gen vào trồng

Trình tự để chuyển gen vào trồng tiến hành sau:

- Xác định thu thập gen cần chuyển; - Phân lập gen;

- Gắn gen vào véctơ (plasmid) chuyển vào E coli (Escherichia coli) để nhân gen;

- Thiết kế véctơ (thực điều kiện cần cho chuyển gen);

- Chuyển véctơ thiết kế vào tế bào Agro-bacterium (trong trường hợp chuyển gen AgroAgro-bacterium);

- Chọn cá thể chuyển gen (nhờ selectable marker); - Tái sinh chuyển gen in vitro kiểm tra có mặt gen chuyển vào tái sinh;

- Phân lập chuyển gen qua hệ Sau tóm tắt số thao tác

1/ Xác định thu thập gen cần chuyeån

Bảng 8.2: Phổ tác động số gen Gen kháng Phổ tác động

CryI (a,c) (chủng Bt Kurstaki Alesti)

Diệt sâu đục thân, sâu đo, sâu xám (Bộ cánh vảy Lepidoptera), mối (bộ hai cánh Diptera)

CryI (b) (chuûng Bt Berliner)

Diệt sâu keo (Bộ cánh vảy Lepidoptera), mối (bộ hai cánh Diptera), sâu hại kho (bộ cánh cứng Coleoptera)

CryI (b,c) (chuûng Bt Thuringiensis)

Diệt sâu tơ, sâu xanh hại cải (bộ cánh vảy Lepidoptera)

CryI (d,e,f) (chủng Bt Aizawai)

Diệt sâu cánh vảy Lepidoptera CryIII (a,b,c) (chủng

Bt Kurstaki )

Diệt sâu cánh vảy Lepidoptera CryIII (a) (chuûng Bt

Shangai)

Diệt bọ khoai tây (bộ cánh cứng Coleoptera)

CryIII (a) (chuûng Bt Tenebrionis)

Diệt sâu (bộ cánh cứng Coleoptera) CryIV (a) (chủng Bt

Israelausis)

Diệt muỗi Culex Aedes (bộ hai cánh Diptera)

CryV Diệt sâu keo, mối, sâu hại kho (bộ cánh vảy hai cánh)

CryVI Diệt giun tròn (bộ Mematoda)

BXN Kháng thuốc cỏ Basta

RR Kháng thuốc cỏ Roundup

S4-HrA Kháng thuốc cỏ

ALTP1 Kháng bệnh héo virus Adh, Pdc Kháng ngập úng

2/Phân lập gen, goàm

- Cắt, nhận biết nối ADN cần thiết: Sử dụng enzym giới hạn để cắt ADN, nhận biết ADN gen thị chọn lọc, nối ADN “keo dán” ligase thu nhận tủa ADN ly tâm

Enzym giới hạn:

Enzym giới hạn enzym có khả nhận biết đoạn trình tự phân tử ADN cắt ADN điểm đặc hiệu Các nhà kỹ thuật gen sử dụng enzym giới hạn kéo để đồng thời cắt tách đoạn ADN, gen từ hệ gen đó, cắt véctơ tách dịng cắt véctơ tái tổ hợp để tạo điều kiện gắn (cài) đoạn gen mong muốn vào vị trí cần thiết

Theo kiểu cắt ADN, enzym giới hạn có hai nhóm chính: enzym giới hạn cắt đầu so le enzym giới hạn cắt đầu (hình 8-1)

3/ Gắn gen vào véctơ (plasmid) chuyển vào E coli (Escherichia coli) để nhân gen

Plasmid thường dùng làm véctơ để gắn gen cần chuyển

Plasmid phân tử ADN mạch vịng sợi đơi, nằm ngồi NST có khả chép độc lập, khơng mã hóa cho hệ gen tế bào Plasmid tìm thấy tự nhiên

a) HaeIII PstI EcoRI

b) 5'- G G C C-3' 5'- C T G C A G-3' 5'- G A A T T C-3' c) G G C C C T G C A G G A A T T C C C G G G A C G T C C T T A A G

Đầu so le 5' d)

Đầu Đầu so le 3'

Hình 8-1:Các loại đầu mút tạo enzym giới hạn a) Các enzym giới hạn sử dụng;

b) c) Các đoạn nhận biết cắt enzym;

vi khuẩn số nấm men

Bảng 8.3: Một số véctơ dùng cho tế bào thực vật Loại véctơ Hệ gen Ví dụ

Plasmid Virus

ADN ADN ARN

Plasmid Ti Agribacterium tumefaciens Virus khảm cải hoa, Geminivirus

Virus khảm thuốc

Mặc dù plasmid khơng quan trọng cho q trình sinh trưởng sinh vật chủ plasmid mã hóa gen bền vững với kháng sinh nên thường dùng vào việc thiết kế véctơ kỹ thuật di truyền

Các plasmid gắn vào gen cần chuyển nhân gen mơi trường vật chủ, sau chuyển vào tế bào trồng giúp cho gen chuyển có khả chép thể protein

Sau gắn gen cần chuyển với véctơ (plasmid) chúng chuyển vào E coli để nhân lên cách ủ tế bào khả biến với ADN, sốc nhiệt cấy mơi trường thạch để chọn khuẩn lạc có chứa plasmid tái tổ hợp

4/ Thiết kế véctơ (thực điều kiện cần cho chuyển gen)

Yêu cầu véctơ trước chuyển vào tế bào phải thiết kế sau:

H

HiinnddIIIIII EEccooRRII

G

Geennccaầànncchhuuyyeểånn

H

Hììnnhh 88 22::ĐĐooaạnïnAANNDDđđẫõđđưươợïccđđíínnhhvvầøoovvùccttơơ