Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 5: Chọn giống khoai tây

Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 5: Chọn giống khoai tây cung cấp đến học viên các kiến thức về nguồn gốc, đa dạng và phân loại khoai tây; đặc điểm sinh học của cây khoai tây; di truyền một số tính trạng của cây khoai tây; mục tiêu trong chọn tạo giống khoai tây; phương pháp chọn giống khoai tây;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Chương CHỌN GIỐNG CÂY KHOAI TÂY Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 4.2.1 Giới thiệu Khoai tây trồng Solanum tuberosum L (2n = 4x = 48) lương thực, thực phẩm quan trọng sau lúa mỳ Khoai tây cung cấp thành phần dinh dưỡng khác có lợi cho sức khỏe người vitamin C, thiamine, riboflavin, thiacyne muối Ca, Fe, P K Khoai tây có diện tích trồng 19,2 triệu ha, suất 19,4 tấn/ha sản lượng đạt 374,3 triệu (FAO, 2011) Công tác nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây quan tâm nghiên cứu tất quốc gia nhằm chọn tạo giống suất cao, chọn tạo giống chất lượng, chọn tạo giống cho chế biến, chọn tạo tạo giống thích nghi chọn tạo giống chống chịu Những phương pháp chọn tạo giống truyền thống chọn dịng vơ tính, lai tạo giống, ngày sở tiến di truyền phân tử công nghệ sinh học nhiều phương pháp chọn giống đại áp dụng để phát triển giống khoai tây thành công 4.2.2 Nguồn gốc, đa dạng phân loại khoai tây a Nguồn gốc  Khoai tây có nguồn gốc vùng núi cao khoảng 3.800 m so với mặt biển Peru, tập trung vùng xung quanh hồ Titicaca  Khoai tây hóa 7.000 năm trước đây, canh tác trồng trọt cộng đồng thời kỳ đầu điều kiện lạnh khô vùng núi gọi ‘Chuno’, tồn đến ngày  Khoai tây có khoảng 200 lồi dại, độ bội loài dại phạm vi từ 2n = 2x = 24 đến lục bội 2n = 6x = 72, tất loài nằm lục địa châu Mỹ, chúng trồng từ miền Nam nước Mỹ, Trung Mỹ nước thuộc dãy Andes đến Chile độ cao khác từ ngang đến 4.000 m so với mực nước biển, số khơng hình thành củ (Huaman Z., 1986)  Nguồn gốc lai giống khoai tây theo Flor Rodriguez cs (2010): nhóm Petota lai khác lồi hai mức lưỡng bội đa bội b Phân loại (Solanum tuberosum) thuộc chi Solanum, họ Solanaceae Chi Solanum chi lớn họ Solanaceae, ước tính có 1.400 lồi Khoai tây Khoai tây thuộc nhóm Petota, nhóm phân thành nhóm phụ, nhóm phụ có lồi loài phân thành loài phụ Tất khoai tây trồng khoai tây dại thuộc nhóm Petota Một số hệ thống phân loại khoai tây sở số nhóm lồi Vì vậy, có hệ thống phân loại loài khoai tây trồng 3, hay 18 loài tùy thuộc vào mức độ biến dị loài so với loài khác Hệ thống phân loại khoai tây trồng gồm loài sử dụng rộng rãi Bảng 5.5 Tám loài khoai tây trồng Loài S x ajanhuiri Số nhiễm sắc thể Độ bội 2n = 2x = 24 Lưỡng bội 2n = 3x = 36 Tam bội 2n = 4x = 48 Tứ bội 2n = 5x = 60 Ngũ bội S goniocalyx S phureja S srenotomum S x chaucha S x juzepczukii S tuberosum ssp tuberosum ssp andigena S x curtilobum Ghi : ssp = loài phụ; x sau chữ S = loài lai (Nguồn Huaman, Z 1986) Phân loại khoai tây dựa độ bội số nhiễm sắc thể (x) tế bào sinh dưỡng Các tế bào sinh dưỡng bình thường có nhiễm sắc thể, nhiễm sắc thể khoai tây 12, x = 12 Các tế bào khoai tây trồng có nhiễm sắc thể khoai tây trồng có phạm vi độ bội từ lưỡng bội đến ngũ bội (Huaman Z., 1986) Trong lồi trồng nhóm Petota, có lồi S tuberosum lồi phụ ssp tuberosum trồng rộng khắp giới Những loài khác chủ yếu nước thuộc dãy Andes, khu vực có hàng nghìn giống tìm thấy khoảng 1.300 mẫu CIP thu thập bảo tồn, hình thành ngân hàng gen khoai tây quốc tế c Đa dạng nguồn gen khoai tây Nguồn gen khoai tây đa dạng hình thái di truyền, đa dạng hình thái đánh giá chủ yếu dựa mơ tả hình thái CIP (Gómez, 2000; Huamán Gómez, 1994) Danh sách mơ tả gồm 17 đặc điểm hình thái với 32 tính trạng đặc điểm hình thái có 18 đặc điểm xác định ổn định với điều kiện môi trường khác Mức độ đa dạng giống khoai tây trồng nhận biết khoảng 2.223 2.097 mẫu nguồn gen Trong vốn gen gia đình có tối thiểu 13 tối đa 160 giống nhất/ quần thể phụ vùng, nghĩa giống khác biệt mức có ý nghĩa mức đa dạng cao 4.2.3 Đặc điểm sinh học khoai tây a Đặc điểm thực vật học Khoai tây thân thảo, tập tính sinh trưởng khác loài loài Khoai tây có dạng thân đứng bán đứng, thân bao gồm thân, thân bị củ, thực sinh có thân trồng củ hình thành nhánh Tia củ (stolon) phát triển từ thân hình thành củ hình thành mần sinh trưởng thành nhánh bên Hình 5.10 Cấu tạo khoai tây (nguồn Huaman, Z 1986) Hình 5.11 Hình thái củ khoai tây (nguồn Huaman, Z 1986)  Chống chịu sương giá hay chống chịu lạnh mùa Đông tính trạng phức tạp di truyền đa gen Ngày nhà nghiên cứu chưa phân biệt rõ di truyền tính trạng hai thành phân  Hai tính trạng khơng có tương quan quần thể phân ly cho thấy hai tính trạng điều khiển di truyền độc lập  Phân tích trung bình tất phương sai khả thích nghi khí hậu phần chống chịu sương giá khơng thích nghi mơ hình trội cộng tính với tính trạng lặn phần tính trạng điều khiển số gen  Sử dụng thị phân tử xác định có gen có khả kháng bệnh có giá trị cho nhà chọn giống ứng dụng  Kasai cs (2000) phát triển thị SCAR cho gen Ry (từ andigena, nhiễm sắc thể 11) có khả kháng với PVY  Colton cs (2006) phát triển kiểm tra kỹ thị dựa phản ứng PCR để theo dõi gen RB từ S bulbocastanum với tính kháng bệnh rụng  Gebhardt cs (2006) chứng minh việc sử dụng thị chẩn đoán cho RX1 (khả kháng với PVX), Sen1 (kháng Synchytrium endobioticum pathotype 1, nguyên nhân gây mụn cóc khoai tây)  Năm 1988 gen tính kháng bệnh rụng lá, ghẻ, virus (PVY, PVA, PVX, PVM, PVS), tuyến trùng nang tuyến trùng rễ lập đồ Bảng 5.6 Gen kháng sâu bệnh khoai tây Kháng sâu bệnh Gen NST Tài liệu tham khảo Late blight R1 (dms) Ballvora cs 2002 R2 (dms) Li cs 1998 R3a, R3b (dms) 11 Huang cs 2005 R5-R11 (dms) 11 Huang 2005 R10, R11 (dms) 11 Bradshaw cs 2006 Rpi-ber 10 Rauscher cs 2006 RB (blb) Song cs 2003 Rpi-blb1 Van der Vossen cs 2003 Rpi-blb2 Park cs 2005a Rpi-blb3 Park cs 2005a Rpi-abpt (blb) Park cs 2005b R2-like Park cs 2005c Rpi-moc1 (mcq) Smilde cs 2005 Rpi-pin1 (pnt) Kuhl cs 2001 Wart Sen1 (tbr?) 11 Hehl cs 1999 Sen1-4 (tbr?) Brugmans cs 2006 PVY Ry (adg) 11 Hamalainen cs 1997 Ry (sto?) 11 Brigneti cs 1997 Ry (sto) 12 Song cs 2005 Ry-f (sto) 12 Flis cs 2005 Ny (tbr) Celebi-Toprak cs 2002 PVA Ra (adg) 11 Hamalainen cs 1998 Bảng 5.6 Gen kháng sâu bệnh khoai tây (tiếp) Kháng sâu bệnh PVX PVM PVS Golden potato cyst nematode Gen Rx1 (adg) Rx2 (acl) Nx (phu) Nb (tbr) Gm (grl) Rm (mga) Ns (adg) Gro1 (spg) H1 (adg) GroV1 (vrn) White potato cyst nematode Gpa2 (adg) Gpa3 (tar) Columbia root-knot R-Mc1 (blb) nematode R-Mc1-fen R-Mc1-hou R-Mh-tar Northern root-knot nematode Meloidogyne fallix root-knot MfaXIIspl nematode NST 12 9 11 Tài liệu tham khảo Bendahmane cs 1999 Bendahmane cs 2000 Tommiska cs 1998 Marano cs 2002 Marczewski cs 2006 Marczewski cs 2006 Marczewski cs 2002 Paal cs 2004 5 12 11 11 Bakker cs 2004 Jacobs cs 1996 Rouppe van der Voort cs 1997 Wolters cs 1998 Brown cs 1996 11 11 Draaistra 2006 Draaistra 2006 Draaistra 2006 12 Kouassi cs 2006 4.2.5 Mục tiêu chọn tạo giống khoai tây Mục tiêu lựa chọn giống khác quốc gia, tất chương trình có liên quan đến việc lựa chọn đầu tiên: Năng suất cao hơn, Sinh trưởng thích hợp, Ngủ nghỉ, chất lượng, phù hợp cho sử dụng Khả chống chịu bất thuận sinh học phi sinh học Nhiều Quốc gia mục tiêu chọn giống khoai tây mới: Phù hợp với yêu cầu thị trường, Năng suất cao chất lương tốt hơn, Kháng sâu bệnh, mẫn cảm với mơi trường Chất lượng dinh dưỡng tốt 4.2.6 Phương pháp chọn giống khoai tây a Chọn lọc tạo giống  Chọn lọc tạo giống khoai tây sử dụng với nguồn vật liệu di truyền biến dị có sẵn chương trình tạo giống hay nhập nội  Phương pháp chọn lọc áp dụng chủ yếu chọn lọc chu kỳ chọn dịng vơ tính,  Biến dị di truyền tối đa để chọn lọc hệ đầu hệ vơ tính  Tăng hiệu chọn lọc giai đoạn kết để cải tiến chất lượng vật liệu di truyền cho chọn lọc giai đoạn sau b Lai chọn dịng vơ tính Bảng 5.7 Các bước chọn tạo giống khoai tây phương pháp lai chọn dịng vơ tính Năm 10 Số dịng vơ tính chọn Lai , thu hoạch hạt, thơng thường lai nhiều tổ hợp 106 Gieo hạt, 250 – 1.000 hạt THL, giữ lại củ/1 chọn 600.000 Những dịng vơ tính năm thứ nhất, cây/dịng Thu hoạch sớm, 60.000 giữ lại - củ/cây chọn Dịng vơ tính năm thứ 2, đến cây/dòng, thu hoạch sớm, tất 15.000 củ dịng giữ lại Dịng vơ tính năm thứ 3, ô/dòng để lấy củ, thu hoạch sớm (20 5.000 cây); thí nghiệm quan sát thu hoạch chín (16 - 20 cây) Dịng vơ tính năm thứ 4, lơ củ/một dịng, thu hoạch sớm, thí 1.500 nghiệm quan sát ô (16-20 cây) số điểm (địa phương) khơng lặp lại, thu hoạch thời gian Dịng vơ tính năm thứ 5; lơ củ/một dịng, thu hoạch sớm, thí 500 nghiệm quan sát (16-20 cây) nhiều điểm (địa phương); khơng lặp lại, dịng tốt đưa vào thí nghiệm sàng lọc Các dịng tốt năm trước đưa so sánh giống ô thí nghiệm 200 quan sát (16 - 20 cây) nhiều địa phương, không lặp lại, củ tạo phân riêng Các dòng tốt đưa vào thử ngiệm quốc gia Các dòng so sánh với số dòng khuyến cáo thí 15 - 20 nghiệm suất nhiều địa phương có lặp lại Khuyến cáo giống: 3-6 Giai đoạn c Lai xa khoai tây Hình 5.13 Phương pháp lai lồi khoai tây khơng tạo củ tạo giống khoai tây lai bắc cầu (nguồn E Jacobsen cs, 1991 Evert Jacobsen, 2008) Hình 5.15 Chương trình chọn lọc chu kỳ kiểu gen đa tính trạng (nguồn Bradshaw cs, 2001) Ghi : DVT = dịng vơ tính; TL = dòng khoai tây kháng bệnh tàn muộn; pcn = dòng khoai tây kháng thuốc trừ tuyến trùng (potato cyst nematodes) d Đột biến tạo giống khoai tây Bảng 5.8 Các bước chọn giống khoai tây đột biến Thế hệ Đặc điểm M1(M1V1) Hạt, hạt phấn, phận sinh dưỡng mô nuôi cấy in vitro xử lý tác nhân lý học hóa học M2(M1V2) Quần thể trồng từ hạt (M2) phận sinh dưỡng (M1V2) thu hoạch từ M1 M1V1 Chọn lọc đột biến mong muốn hệ cho hệ M3 – M8 (M1V3 - M1V8 ) Tiếp tục chọn lọc, khẳng định di truyền, nhân ổn định hóa biểu dòng đột biến đồng ruộng hệ Phân tích so sánh dịng đột biến qua vụ, năm địa phương khác hệ Thí nghiệm khảo nghiệm trước phóng thích giống e Lai tế bào soma tạo giống khoai tây Hình 5.16 Sơ đồ phát triển khoai tây lai tế bào soma đơn bội Hình 5.17 Hình thái củ ( ký hiệu 62) dòng khoai tây lai tế bào soma khoai tây dại khoai tây trồng (nguồn Menke cs., 1996) f Chọn lọc MAS khoai tây bước chọn lọc khoai tây nhờ marker (MAS) gồm: 1.Lai để tạo hệ phân ly, nắm giá trị di truyền hệ số di truyền 2.Trồng 3.Chọn mẫu tách chiết DNA từ a PCR trực tiếp không yêu cầu phân lập thêm DNA b Một bước phân lập DNA c Nhiều bước phân lập DNA khơng có ni tơ lỏng d Nhiều bước phân lập DNA có ni tơ lỏng 4.Để áp dụng marker phân tử với mẫu DNA thực a Một bước ứng dụng marker (như real-time PCR) b Hoặc đa bước bao gồm khuyếch đại, nhân quan sát 5.Để chọn lọc hầu hết alen chuyên biệt xác định marker h Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Khoai tây biến đổi gen  Các giống khoai tây biến đổi di truyền thành công phát triển rộng rãi tạo giống  Gen mong muốn tìm thấy khoai tây canh tác họ hàng hoang dại clone chuyển gen  Các ưu tiên toàn giới cloning gen kháng tự nhiên chuyển chúng vào giống trồng thích nghi tốt mẫn cảm  Việc sử dụng gen cry để kiểm sốt trùng khoai tây thực vào cuối năm 1980  Chuyển gen kháng với bướm củ khoai tây (Phthorimaea operculella Zeller) cung cấp protein Bt mã hóa cry5  Chuyển gen kháng với bọ cánh cứng khoai tây cung cấp gen cry3A, mã hóa protein Cry3A từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis var tenebrionis, cách sử dụng promoter 35S CaMV Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ g Chọn giống trồng cho hạt thực sinh (TPS) Tạo giống TPS trồng trọt bắt đầu CIP vào năm 1972 với mục tiêu suất cao đồng chấp nhận TPS chọn giống nhằm mục đích để sản xuất giống tứ bội, từ lai 4x × 4x Việc sử dụng bất dục đực sử dụng tạo hạt TPS  Hạt giống tổng hợp thay cho TPS mà tránh cần thiết phải phát triển bố mẹ tạo thống lai ... cứu chọn tạo giống khoai tây quan tâm nghiên cứu tất quốc gia nhằm chọn tạo giống suất cao, chọn tạo giống chất lượng, chọn tạo giống cho chế biến, chọn tạo tạo giống thích nghi chọn tạo giống. .. khoai tây a Chọn lọc tạo giống  Chọn lọc tạo giống khoai tây sử dụng với nguồn vật liệu di truyền biến dị có sẵn chương trình tạo giống hay nhập nội  Phương pháp chọn lọc áp dụng chủ yếu chọn. .. thích giống e Lai tế bào soma tạo giống khoai tây Hình 5.16 Sơ đồ phát triển khoai tây lai tế bào soma đơn bội Hình 5.17 Hình thái củ ( ký hiệu 62) dòng khoai tây lai tế bào soma khoai tây dại khoai