có múi
2.3.1. Sơ lược lịch sử chọn tạo giống cây ăn quả có múi
Trước thế kỷ 18, chọn giống dựa trên chọn lọc tự nhiên: chọn các con lai và đột biến tự nhiên tốt. Nhân giống bằng hạt.
Thế kỷ 19, chọn giống vẫn dựa chủ yếu vào điều kiện tự nhiên: chọn các con lai và đột biến tự nhiên tốt. Phương pháp ghép mắt và chiết cành trở thành phổ biến trong nhân nhanh các giống tốt.
Thế kỷ 20, chọn tạo giống bằng phương pháp lai, đột biến nhân tạo và các kỹ thuật công nghệ sinh học. Các phương pháp cơ bản gồm:
Thụ phấn chéo: Cố định các gen quan tâm ở dòng thuần sau nhiều lần tự thụ. - Chọn các đột biến tự nhiên.
- Gây tạo đột biến nhân tạo (bằng hóa chất, chiếu xạ, cài gen vào nhiễm sắc thể).
- Các phương pháp công nghệ sinh học như:
+ Dung hợp tế bào trần giữa các kiểu gen khác nhau. + Chọn giống nhờ sự trợ giúp của dấu chuẩn phân tử. + Chuyển gen hữu ích.
Các nghiên cứu tạo quả không hạt trên thế giới
Hạt là đặc tính khộng mong muốn của nhiều loại quả bởi vì có thể chúng cứng hoặc dai, vị đắng và nhiều hạt còn tích tụ nhiều hợp chất độc hại cho cơ thể con người. Hạt và khoảng trống của hạt còn thay thế phần mô quả ăn được. Tính không hạt của quả là một đặc tính hấp dẫn ở các loài, cam quýt có số hạt trên quả lớn, xoài có hạt to hoặc như đu đủ và dưa tây có khoảng trống hạt lớn. Đối với cà chua thì hạt có ảnh hưởng đến vị quả, hạt nhỏ, cứng khó tiêu hóa cho người và động vật. Còn hạt trong quả cây có múi cũng là một đặc tính không mong muốn, làm
giảm chất lượng thương phẩm của quả và tính tiện lợi sử dụng đối với người tiêu dùng và chế biến nước quả. Vì thế ngay từ 3000 năm trước công nguyên người Ai cập và Hy lạp cổ đại đã mong muốn tạo được quả citrus không hoặc có ít hạt.
Nghiên cứu tạo cây ăn quả có múi không hạt trên thế giới thường tập trung vào một số hướng chính sau đây:
Chọn lọc các biến dị tự nhiên hoặc gây đột biến bất dục đực, chủ yếu bằng chiếu xạ chồi hay hạt (Deng, 2000). Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là hầu hết các gen đột biến là lặn, không biểu hiện ra tính trạng ở thế hệ M1. Các gen này chỉ biểu hiện ở thế hệ M2 mọc từ hạt hoa tự thụ của cây M1. Đối với cây citrus
do giao phấn nên hầu hết các gen đều tồn tại ở trạng thái dị hợp tử do vậy người ta chỉ có thể dễ dàng chọn lọc được các gen trội. Vì thế muốn chọn lọc được gen lặn đột biến phải tiến hành tự thụ cây M1 thu lấy hạt, trồng thành đời sau rồi kiểm tra đánh giá các cây về tính trạng mong muốn làm như vậy phải tốn rất nhiều thời gian và công sức.
Một chiến lược tạo giống tam bội bằng dung hợp tế bào trần hoặc lai hữu tính lưỡng bội và tứ bội, tạo giống tam bội không hạt bằng nuôi cấy nội nhũ hạt non (Gmitter và cộng sự, 1990) và dung hợp tế bào trần giữa cây nhị bội với cây đơn bội (Kobayashi và cộng sự, 1997). Thành công của kỹ thuật này phụ thuộc trước hết vào thành công của kỹ thuật nuôi cấy tế bào trần sau đó là kỹ thuật chọn lọc tế bào dung hợp tam bội có đặc điểm mong muốn.
Tạo cây tứ bội bằng xử lý đột biến in vitro bằng colchicine, rồi lai cây nhị bội với cây tứ bội sau đó cứu phôi có thể tạo cây tam bội. Tuy nhiên phương pháp này gặp một số khó khăn do: 1) Thiếu nguồn gen các giống tứ bội có khả năng phối hợp cao để lai với cây nhị bội cho con lai tam bội không hạt, năng suất cao và chất lượng tốt, 2) Các phôi tam bội hình thành sau khi lai thường bị kìm hãm phát triên bởi mối bất hòa giữa nội nhũ và phôi, để phá vỡ mối bất hòa thì cần phải tiến hành kỹ thuật cứu phôi non tam bội in vitro. 3) Cây tam bội thường cho nhiều quả nhỏ, dễ bị rụng hàng loạt nên thường cho năng suất thấp (Gmitter, 1995).
Như vậy các phương pháp gây và chọn lọc tạo cây cam quýt không hạt khác nhau, mỗi phương pháp do có ưu và nhược điểm riêng xét theo khả năng và thời gian thành công, biểu hiện của tính trạng thu được và giá trị sử dụng của vật liệu chọn giống tạo thành. Vì thế cần xây dựng một phương pháp nhằm tạo nhanh các giống cam quýt không hạt trên cơ sở sử dụng các giống vô phối hoặc một phần có tính vô phối, đang trồng phổ biến và thích ứng tốt.
Tuy nhiên sự hình thành hạt là một quá trình cần thiết cho sự phát triển quả: sự phát triển của hạt thúc đẩy sự giãn nở tế bào theo hướng tổng hợp auxin và các phân tử chưa biết khác. Sự tích lũy các chất chuyển hóa với sự phát triển phôi điều khiển tỷ lệ phân chia tế bào trong mô quả, ngoài ra số lượng hạt phụ thuộc kích thước và trọng lượng cuối cùng của quả. Như vậy, tính tạo quả không hạt là hình thành quả được mà không làm thay đổi chất lượng của quả.
Thời gian gần đây, các phương pháp biến nạp di truyền được ứng dụng rộng rãi trong các chương trình cải tiến di truyền chi citrus và thay thế các phương pháp chọn giống truyền thống. Các nhà khoa học đã đưa ra một đề xuất táo bạo, một hướng nghiên cứu mới nhằm tập trung những cố gắng để tạo ra bằng được quả không hạt, không qua quá trình thụ phấn hoặc thụ tinh tạo thành công nhiều giống dưa hấu không hạt, nho khô không hạt, cà và cà chua không hạt bằng công nghệ chuyển gen và đã chứng tỏ được khả năng của thao tác di truyền để hiện thực mong muốn này (Varoquaux và cộng sự, 2000). Vấn đề cơ bản của công nghệ chuyển gen là phải làm sao tạo được quả không hạt nhưng vẫn duy trì được sự phát triển của quả một cách bình thường để cho năng suất và chất lượng tốt.
Quy luật trong tự nhiên đó là thường quá trình phát triển của quả luôn gắn liền với việc tạo hạt, không kết hạt thì quả không phát triển được, làm cho quả bị thui hay bị rụng. Quá trình có thể tóm tắt xẩy ra như sau: hoa được thụ phấn, sau đó là quá trình thụ tinh xẩy ra, tạo nên hợp tử, từ đó hạt được hình thành, hạt sinh ra hấp thụ và kích thích bầu nhuy phát triển thành quả. Sơ đồ dưới đây nêu quá trình phát triển của quả hạt bình thường và các hướng chiến lược tạo quả không hạt .
hiện tượng vô phối hay trinh sản (parthenocarpy) là hiện tượng quả phát triển không cần xẩy ra quá trình thụ tinh vì thế quả không có hạt, trường hợp 2 hạt bị thui trong quá trình phát triển sớm của quả và như thế cũng tạo được quả không hạt hoặc hạt bị lép và teo đi (stenospermocarpy). Đây là trường hợp tạo quả dưa hấu tam bội không hạt là do trong cây quá trình phân bào giảm nhiễm xẩy ra bất bình thường, còn trong trường hợp ở cây nho là do có một số sai sót nào đó xẩy ra trong quá trình phát triển của nội nhũ dẫn đến làm thui hạt.
Hiện tượng vô phối được quan sát thấy ở rất nhiều loài cây trồng trong tự nhiên thí dụ như ở giống quýt Satsuma của Nhật bản, đây là một giống có hạt phấn bất dục do đó quả phát triển được nhưng không có hạt. Một giống quýt không hạt khác được phát hiện có tên là Clementine, tính không hạt ở giống này là do tính tự bất hợp của hạt phấn gây nên (Talon và cộng sự, 1992). Tuy nhiên, vấn đề chính quan sát thấy ở nhiều giống có tính vô phối tự nhiên thường là có tỷ lệ kết quả thấp và kích thước quả nhỏ hơn so với bình thường. Vì thế đối với kiểu vô phối ở giống Satsuma thì người ta phải khắc phục bằng cách thụ phấn bổ sung, còn đối với giống Clementine thì người ta phải phun thêm một số chất điều tiết sinh trưởng nhóm gibberellin (GA), cytokinin hay auxin. Riêng đối với auxin có vai trò làm tăng kích thước và khối lượng quả. Vì thế vấn đề đặt ra đối với cây họ cam quýt là làm sao tạo được quả không hạt bằng cách kích thích tạo tính vô phối mà không cần thụ phấn bổ sung và như thế sẽ không ảnh hưởng đến tỷ lệ đậu quả, kích thước và khối lượng quả.