- giá trị ựối với một tập hợp tắnh trạng
4. Một số thành tựu lai xa ở cây ăn quả 1 Họ cam quýt: Tangelo
4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ựào,v.v.)
Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều cây ăn quả có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus. Mỗi loài có rất nhiều giống khác nhau. các nhà thực vật học ựã chuyển một số loài thành các chi riêng biệt, gồm Amygdalus (ựào) và Armeniaca (mơt). Một số loại quả là ựào lông (P. persica syn. Amygdalus persica), ựào quả trơn còn gọi là nectarine (một giống khác của f P. persica), mận (P. domestica), mơ (P. armeniaca syn. Armeniaca vulgaris),và anh ựào (P. avium and P. cerasus).
Một số loài của chi Prunus ựã ựược lai với nhau ựể tạo con lai khác loài (Hình 2.9). đó là con lai giữa ựào và mơ - peachcot (Prunus persica x P. armeniaca), con lai giưa anh ựào và mơ - cherrycot (P. besseyi x P. armeniaca), con lai giữa giữa mận và mơ - plumcot (P. domestica x P. armeniaca). Một số con lai có tên khác nhau tùy theo giống bố mẹ ựược sử dụng và mức ựộ giống với một trong 2 bố mẹ..
Hình 2.9. Con lai giữa mận (Prunus domestica) và mơ (P. armeniaca) - Plumcot. Vì con lai giống mận nhiều hơn nên còn gọi là "pluot." "
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Fehr, W. R. 1987. Principles of cultivar development. Chapter 14: Interspecific hybridization. Macmillan Publishing Company.
Agrawal, R. L. 1998. Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science Publishers, Inc.
Câu hỏi ôn tập
1. Thế nào là lai xa?
2. Khi nào nhà chọn giống cần tiến hành lai xa? 3. Khi lai xa gặp những khó khăn gì? tại sao?
4. Liệt kê một số phương pháp khác phục khó khăn khi lai xa.
91
CHƯƠNG X
LAI XA Mục tiêu học tập của chương Mục tiêu học tập của chương
1. Hiểu ựược hả năng và phạm vi ứng dụng của lai xa (khác loài, khác chi) trong chọn giống. 2. Phân tắch ựược những cơ chế sinh lý, di truyền cản trở quá trình lai xa
3. Nắm ựược kỹ thuật khắc phục khó khăn khi lai xa.
1. Những ứng dụng của lai xa
Lai xa là lai giữa hai loài cùng một chi (lai khác loài) hoặc lai giữa hai loài thuộc hai chi khác nhau (lai khác chi) nhằm chuyển các gen có ắch từ loài này sang loại khác. Lợi ắch cụ thể của lai xa gồm (Briggs và Knowles, 1967).
1) Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay loài hoặc chi có quan hệ họ hàng sang các giống cây trồng. đó là các gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục ựực tế bào chất, gen phục hồi, khả năng chống chịu, v.v.
2) Tận dụng sức sống con lai ở những loài nhất ựịnh, vắ dụ như con lai khác loài ở bông; các loài cây thức ăn gia súc, như con lai giữa cao lương và cỏ Sudan; cây sinh sản vô tắnh như mắa và khoai tây.
3) Tạo ra các loài dịựa bội mới, như triticale 4) Xác ựịnh mối quan hệ tiến hoá giữa các loài
2. Khó khăn khi lai xa
Khó khăn chủ yếu trong việc sử dụng lai xa là hàng rào sinh sản do thiếu hài hoà giữa các hệ thống sinh lý hoặc tế bào, cản trở sự trao ựổi (interchange) di truyền giữa hai loài. Trong những trường hợp ựó lai xa khó thành công vì những lý do sau:
1. Bất hợp lai (không tạo ra hợp tử F1): bất hợp lai do không hài hoà trong hệ thống sinh lý của cây từ các loài hoặc các chi khác nhau cản trở sự hình thành hợp tử F1. Vắ dụ hạt phấn không nảy mầm trên ựàu nhụy, hoặc ống phấn không xuyên hết vòi nhụy, hoặc giao tửựực không kết hợp với trứng mặc dù ống phấn xuyên tới noãn.
2. F1 không có khả năng sống: Một số F1 của các tổ hợp lai xa hoặc không có khả năng sống hoặc quá yếu do những nguyên nhân sau ựây.
- Bất dục nhiễm sắc thể: Sự khác nhau về cấu trúc giữa nhiễm sắc thể của hai loài can thiệp vào quá trình cặp ựôi và phân chia nhiễm sắc thể trong phân chia giảm nhiễm do không hài hoà giữa hai genom khác nhau ở con lai xa.
- Không hài hoà giữa gen của loài này và tế bào chất của loài kia: kết quả tương tác có thể có hại hoặc thậm chắ gây chết.
- Không hài hoà giữa kiểu gen của hợp tử F1 với kiểu gen của nội nhũ hoặc mô của loài mẹ. Sự kết hợp của hai genom, một genom của loài mẹ và genom kia của loài bố khác có thể tạo ra hiệu ứng liều lượng bất lợi.
3. F1 bất dục: Sự bất dục nhiễm sắc thể hoặc sự không hài hoà giữa genom bố mẹ, hoặc genom của loài này với tế bào chất của loài kia có thể gây ra sự bất dục của F1. Nếu sự bất dục ựược gây nên bởi một phức hệ gen ựặc thù ựược gọi là bất dục gen (bất dục con lai do gen). Nếu không có sự cặp ựôi của nhiễm sắc thể ở con lai, bất dục là kết quả của phân chia không bình thường về số lượng và tổ hợp nhiễm sắc thể của giao tử từ các genom bố mẹ. Ở một số con lai xa, mặc dù sự cặp ựôi và phân chia nhiễm sắc thể xảy ra bình thường, F1 vẫn bất dục do sự khác nhau về cấu trúc nhiễm sắc thể. Sự tương tác giữa các genom khác nhau có thể dẫn ựến sự loại trừ nhiễm sắc thể của một
trong hai genom bố mẹ ở hợp tử F1 trong quá trình phân chia nguyên nhiễm của phôi và cây trưởng thành sẽ bị bất dục cao ựộ. Sự ựào thải nhiễm sắc thể cũng có thể do tắnh bất hợp giữa genom của loài này và tế bào chất của loài kia
4. Sự suy nhược của con lai: Trong một số trường hợp có thể thu ựược con lai xa có sức sống cao và hữu dục nhưng cây F2 lại yếu và bất dục. Hiện tương trên gọi là sự suy nhược của con lai hay sự bất lực di truyền . Sự suy nhược con lai có thể do sự kết hợp các ựoạn nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia giảm nhiễm ở F1 gồm các khác nhau nhỏ về cấu trúc làm cho giao tử mất ựoạn hay lặp ựoạn tuy nhỏ nhưng lại quan trọng, do ựó các giao tử mất khả năng sống (con lai F1 bất dục). Tái tổ hợp có thể tạo ra bào tử F2 hoặc các thế hệ sau không bình thường, nếu giao tử bất thường thoát ựược sựựào thải trong giai ựoạn giao tử. Hiện tượng này gọi là sự suy nhược của con lai thế hệ F2.
3. Phương pháp khắc phục khó khăn khi lai xa
Sự trao ựổi di truyền giữa hai loài chỉ thực hiện ựược nếu khắc phục hoặc phá vỡ hàng rào trở ngại về sinh sản. Nhà chọn giống có thể áp dụng các phương pháp sau ựây.
3.1. Cản trở trước khi thụ tinh Chọn loài bố mẹ ựể lai Chọn loài bố mẹ ựể lai
Thông thường nhà chọn giống có nguồn gen ựa dạng gồm các giống trồng trọt, tổ tiên hoang dại, họ hàng. Nhà chọn giống cần sàng lọc nguồn gen có tiềm năng biểu hiện các tắnh trạng mong muốn. Trước hết cần chọn nguồn gen có quan hệ họ hàng gần gũi nhất với giống trồng trọt (vựa gen thứ cấp). Cách tốt nhất ựể xác ựịnh mối quan hệ giữa giống trồng trọt và loài họ hàng là dựa vào số liệu từ các thắ nghiệm lai. Nghiên cứu hệ thống sinh học của các nhà phân loại tế bào học kết hợp với các vấn ựề chọn giống là cách tốt nhất ựể xác ựịnh mối quan hệ. Nhà chọn giống phải lai thử nhiều tổ hợp khác nhau
Số tổ hợp lai
Sau khi chọn lọc nguồn gen làm bố mẹ, nhà chọn giống phải lai thử với số lượng lớn. điều này cực kỳ quan trọng vì có sự biến ựộng di truyền lớn ở các giống trồng trọt cũng nhưở các loài hoang dại họ hàng. Nhà chọn giống phải tìm cách ựể thử hết phạm vi biến ựộng trong nguồn vật liệu mình có.
Lai thuận nghịch
Lai thuận nghịch ựể tìm hướng lai có kết quả là rất cần thiết, ựặc biệt khi nhà chọn giống chưa biết gì về các tổ hợp bố mẹ.
Tăng mức bội thể: Nhân ựôi số nhiễm sắc thểựã ựược ứng dụng thành công trong các tổ hợp lai giữa các loài khác nhau về mức bội thể. Kỹ thuật sử dụng phổ biến nhất là xử lý côn xi xin.
Lai gián tiếp
Khi nhà chọn giống không thể lai hai loài trực tiếp với nhau thì có thể áp dụng phương pháp gián tiếp. Phương pháp gián tiếp gồm một loạt tổ hợp lai có sự tham gia của giống trồng trọt với hai hoặc ba loài hoang dại họ hàng. Mặc dù giống trồng trọt và một loài tương hợp lai nhất ựịnh không thể lai trực tiếp với nhau, các nhiễm sắc thể của genom ựược tập hợp trong cùng một cơ thể thông qua lai gián tiếp. Tuy nhiên nhà chọn giống cũng phải tiến hành lai thử nhiều lần và sàng lọc những cá thể từ những quần thể phân ly ựể duy trì các gen mong muốn cần ựược chuyển.
93
Cải tiến kỹ thuật lai
Kỹ thuật lai xa tương tự như lai trongloài. Tuy nhiên những cải tiến kỹ thuật về khử ựực và thụ phấn có thể giúp nhà chọn giống khắc phục những hàng rào cản trở trước khi thụ tinh trong những trường hợp nhất ựịnh. Các kỹ thuật ựó gồm:
i) Ghép phôi: Ghép phôi hạt ựang nảy mầm của một loài vào nội nhũ hạt ựang nảy mầm của loài kia. Vắ dụ, lấy phôi lúa mì ghép vào nội nhũ mì ựen ựể tạo ra cây lúa mì. Những cây này khi lai với hạt phấn mì ựen sẽ tạo ra số con lai cao hơn 5 lần so với ựối chứng.
ii) Hỗn hợp hạt phấn: hỗn hợp hạt phấn có sức sống bình thường nhưng không tương hợp với hạt phấn tương hợp nhưng mất sức sống là một biện pháp khắc phục sự bất hợp lai ở một số loài (Mentor pollen), vắ dụ các loài Poplar (Knox et al., 1972).
iii) Sử dụng dung môi hữu cơ: ở một số loài tắnh bất hợp giữa hạt phấn và bề mặt vòi nhụy của loài khác có thể bị phá vỡ bằng cách xử lý ựầu nỵuy hoặc hạt phấn bằng dung môi hữu cơ.
iv) Cắt bỏựầu nhụy trước khi thụ phấn: Khó khăn ựể tạo ra con lai xa ở khoai tây (các loài Solanum do sinh trưởng ống phấn bịức chế) có thể khắc phục bằng cách cắt bỏựầu nhụy và thay thế bằng một mẫu agar chứa ựường và gelatin.
v) Xử lý chất ựiều hoà sinh trưởng: ở một số tổ hợp lai xa hạt phấn có khả năng nảy mầm trên ựầu nhụy của loài khác nhưng ống phấn sinh trưởng quá chậm trong vòi nhụy làm cho trứng bị thoái hoá hoặc hoa rụng trước khi xảy ra quá trình thụ tinh. Khó khăn này có thể khắc phục bằng cách xử lý chất ựiều hoà sinh trưởng ựể kắch thắch ống phấn hoặc sự phát triển của quả. Chất ựiều hoà sinh trưởng cũng có thể làm tăng tỉ lệ sống của phôi sau khi thụ tinh. Vắ dụ, lai giữa các giống lê lưỡng bội và tứ bội thành công nhờ xử lý bầu nhụy với axit õ- naphthoxyacetic.
vi) Cát ngắn vòi nhụy: Cắt ngắn vòi nhuỵ làm rút ngắn khoảng cách ựể ống phấn ựến ựược noãn. Vắ dụ cát ngắn râu ngô khi lai ngô với Tripsacum.
vii) Dung hợp tế bào trần: Dung hợp tế bào trần (cong gọi là lai xô ma) ựược coi là một phương pháp hữu hiệu ựể khắc phục hàng rào sinh sản.
viii) Lai với số lượng lớn: Lai với số lượng lớn cũng là biện pháp khắc phục hàng rào trước khi thụ tinh. để lai số lượng lớn nhà chọn giống phải áp dụng kỹ thuật khử ựực và thụ phấn hàng loạt. Nếu có gen chỉ thị, nhà chọn giống chỉ cần thụ phấn mà không cần khửựực, rồi thu hoạch hạt từ cây mẹ và sàng lọc thế hệ con ựể tách con lai.
ix) Thụ phấn in vitro: Thụ phấn noãn trong ựiều kiện in vitro, trong khi loại bỏ hoàn toàn vòi nhụy và các mô thành bầu nhuỵ, là một phương pháp hữu hiệu khi vùng bất hợp tập trung ởựầu nhụy, vòi nhụy hoặc ở bầu.
3.2. Cản trở sau khi thụ tinh Sử dụng hoóc môn sinh trưởng Sử dụng hoóc môn sinh trưởng
Trong nhiều trường hợp hợp tử F1 hoặc phôi non bị mất do tỉ lệựậu hạt thấp hoặc phôi không phát triển. Nhà chọn giống có thể xử lý hoóc môn sinh trưởng sau khi thụ phấn ựể giữ hoa và kắch thắch ựậu quả.
Phấn hỗn hợp
Hỗn hợp phấn của loài khác với loài tương hợp cũng làm tăng tỉ lệựậu quả. Vắ dụ, nếu hoa loài mẹ có ba ựầu nhụy trên một hoa, hai ựầu nhụy thụ phấn thụ phấn với phấn của các loài khác còn ựầu nhụy kia thụ phấn với cây tương hợp cùng loài, sẽ tăng tỉ lệựậu quả.
Nuôi cấy phôi
Trong trường hợp hợp tử không phát triển bình thường do nội nhũ mất khả năng nuôi dưỡng phôi thì phôi có thể nuôi cấy trên môi trường nhân tạo. Phương pháp này còn gọi là cứu phôi.
Ghép
Ghép cây con F1 lên cây bình thường của một trong hai loài bố mẹ làm tăng sức sống con lai nếu F1 không có khả năng sống do diệp lục không phát triển hoặc hệ thống rễ phát triển kém. 5) Tạo ựa bội khác nguồn: Nhiều con lai xa thường bất dục cao. Có thể khắc phục tắnh bất dục bằng cách nhân ựôi số lượng nhiễm sắc thể của F1 tạo ra thểựa bội thể khác nguồn.
3.3. Sự suy nhược ở F2
Một số con lai xa F1 phát triển và hữu dục bình thường, nhưng thế hệ con lại giảm sức sống và ựộ hữu dục, thậm chắ một số không bình thường và bất dục. Sự bất dục có thể do sự mất cân bằng di truyền (Stebbins, 1958). Vì thế, nhà chọn giống phải gieo trồng quần thể lớn mới hi vọng tạo ra những tổ hợp gen và nhiễm sắc thể cân bằng.
Lai lại nhiều lần với bố mẹ hồi giao cũng là một trong những phương pháp tạo ra sự cân bằng ở con lai. Chẳng hạn ở bông, lai lại một vài lần với một trong hai bố mẹ có thể phục hồi hoàn toàn bố mẹ hồi giao.
4. Một số thành tựu lai xa ở cây ăn quả 4.1 Họ cam quýt: Tangelo 4.1 Họ cam quýt: Tangelo
Họ cam quýt (Rutaceae) có một số loại có quả ngon nhất thế giới, trong ựó có nhiều con lai giữa các loài. Tangelo (Hình 1.9) là con lai giữa bưởi với quýt. Giống tangelo trồng rộng rãi ở Quận San Diego là con lai tạo ra giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata). Bản thân bưởi (C. x paradisi) là con lai giữa (C. maxima) với với cam (C. sinensis).
Hình 1.9: Con lai giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata) Bưởi
95
4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ựào,v.v.)
Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều cây ăn quả có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus. Mỗi loài có rất nhiều giống khác nhau. các nhà thực vật học ựã chuyển một số loài thành các chi riêng biệt, gồm Amygdalus (ựào) và Armeniaca (mơt). Một số loại quả là ựào lông (P. persica syn. Amygdalus persica), ựào quả trơn còn gọi là nectarine (một giống khác của f P. persica), mận (P. domestica), mơ (P. armeniaca syn. Armeniaca vulgaris),và anh ựào (P. avium and P. cerasus).
Một số loài của chi Prunus ựã ựược lai với nhau ựể tạo con lai khác loài (Hình 2.9). đó là con lai giữa ựào và mơ - peachcot (Prunus persica x P. armeniaca), con lai giưa anh ựào và mơ - cherrycot (P. besseyi x P. armeniaca), con lai giữa giữa mận và mơ - plumcot (P. domestica x P. armeniaca). Một số con lai có tên khác nhau tùy theo giống bố mẹ ựược sử dụng và mức ựộ giống với một trong 2 bố mẹ..
Hình 2.9. Con lai giữa mận (Prunus domestica) và mơ (P. armeniaca) - Plumcot. Vì con lai giống mận nhiều hơn nên còn gọi là "pluot." "
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Fehr, W. R. 1987. Principles of cultivar development. Chapter 14: Interspecific hybridization. Macmillan Publishing Company.
Agrawal, R. L. 1998. Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science Publishers, Inc.
Câu hỏi ôn tập
1. Thế nào là lai xa?
2. Khi nào nhà chọn giống cần tiến hành lai xa? 3. Khi lai xa gặp những khó khăn gì? tại sao?
4. Liệt kê một số phương pháp khác phục khó khăn khi lai xa.
CHƯƠNG X
ỨNG DỤNG đA BỘI THỂ VÀ đƠN BỘI THỂ TRONG CHỌN GIỐNG Mục tiêu học tập của chương