I. KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA 1 Khái niệm chung
I.2. nghĩa của lai giống:
Lai giống là phương pháp cơ bản để tạo ra biến dị tổ hợp phục vụ cho chọn lọc.
Nhờ lai giống mà có thể phối hợp được các đặc tính và tính trạng có lợi của các dạng
bố mẹ và con lai. Tuy nhiê n bố mẹ truyền cho con cái bộ gen của chúng và kết quả của
quá trình tái tổ hợp là nhiều kiểu gen mới đã được tạo ra, sau khi tương tác với môi trường đã tạo ra các kiểu cành mới rất có íc h cho chọn giống. Đó là kiể u cây thâm
canh, kiểu cây lí tưởng ở lúa, dạng thân rẻ quạt ở mía, hà m lượng dầu siêu cao ở hướng dương, các dạng bất dục đực chức năng di truyề n nhâ n cảm ứng với mô i trường kiểu
TGMS ở lúa, kiểu vòi nhụy siêu dài ở bông, cà chua ….
Một hiệu ứng đặc biệt nhận được trong lai giống là hiệu ứng ưu thế lai biểu hiện ở đời. Nhờ hiệu ứng này mà phương pháp tạo giố ng ưu thế la i đã ra đời và nhiều giố ng
cây trồng năng suất siê u cao đã được tạo ta ở ngô, lúa, củ cải đường, mía, hành tây… Không phải ngẫu nhiên mà nhiều nhà khoa học về sinh học đã cho rằng thế kỉ
21 là thế kỉ của sinh học, trong đó các giống cây trồng và vật nuôi ưu thế lai chiế m vị
trí tuyệt đối trong sản xuất nông nghiệp.
II- LAI GẦN
II.1- Các nguyê n tắc chọn cặp bố mẹ
Thà nh tựu của chọn giố ng là chọ n được kiểu ge n mong muố n vì kết quả của phép lai là điều quyết định. Chọn được bố mẹ để thoả mãn yêu cầu đặt ra là cơ sở để
tạo ra các biế n dị tổ hợp mong muốn, đảm bảo cho chọn lọc thành công.
Qua đúc kết kinh nghiệm và thành tựu của các nhà chọn giống thế giới, dựa vào các lí luận do di truyề n học mang lại người ta đã đề ra các nguyên tắc cơ bản để chọn
cặp bố mẹ khi lai. Các nguyên tắc đó là:
- Nguyên tắc khác nha u về kiểu sinh thái địa lý.
- Nguyên tắc khác nha u về các yếu tố cấu thành nă ng suất
- Nguyên tắc khác nha u về thời gian các giai đoạn sinh trưởng
- Nguyên tắc khác nha u về tính chống chịu
- Nguyên tắc bổ sung các tính trạng đặc biệt.
II.1.1- Nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái địa lý
Kiểu hình của một dạng thực vật là kết quả tương tác giữa kiểu gen và môi
trường giố ng và dạng thực vật trong quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhâ n tạo được hình thành thích nghi với một điề u kiệ n khí hậu, đất đai nhất định. Bất cứ cây
trồng nào trên trái đất cũng có nhiề u giống và dạng được hình thà nh trong các điều
kiện sinh thái, địa lý khác nhau. Ví dụ vùng ôn đới đã xuất hiện và phổ biến các dạng
lúa thuộc loài phụ Japonica chịu lạnh, ngược lạ i tại vùng Đông Nam Châu Á nhiệt đới
được hình thành trong các điều kiệ n sinh thái địa lý khác nha u mà đã xuất hiện rất
nhiề u dạng khác nhau: tại vùng Đồng Tháp Mười có lúa thơm cao cây, tại Tây Nguyên có lúa cạn chịu hạ n, vùng Đồng bằng Bắc Bộ có lúa mùa, lúa chiê m…
Thực chất của nguyê n tắc chọn cặp bố mẹ theo loại hình sinh thái địa lý là ở chỗ
liên kết các tính trạng và đặc tính của các dạng hoặc giống xa về địa lý, sinh thá i vào một giống mới. Các dạng la i xa nhau về địa lý không phải liên kết với nhau một cách cơ giới về các tính trạng mong muố n mà chính là sự tổ hợp các gen khác nha u của bố
và mẹ. Gía trị của các kiểu sinh thá i địa lý được xác định ở chỗ chúng có bản chất di
truyền khác nhau chứ không phải ở chỗ chúng xa nhau về địa dư. Sự khác biệt về mặt
di truyề n được biểu hiện ra bên ngoà i bằng cách tính trạng và đặc tính như chịu hạn,
chịu úng, chịu chua, chịu mặn, chịu rét, chịu nóng, thời gian sinh trưởng ngắ n, dài… Việc chọn bố mẹ xa nhau về địa lý là nhằ m tổ hợp được các gen kiể m tra các tính trạng khác nhau do đó kết quả của la i giông sẽ chắc chắn hơn và vật liệu cung cấp cho chọn
lọc sẽ phong phú hơn, xác suất chọn được giống tốt, thích nghi với điều kiện sinh thái địa phương cao hơn.
II.1.2- Nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất
Các yếu tố cấu thành nă ng suất là các tính trạng số lượng. Các tính trạng này hầu hết do hệ thống đa gen quyết định.
Chúng ta hãy đề cập tới công trình nghiê n cứu về lúa của Sinha và Benejee (1985) trong tổ hợp Vijaya x ASD1. Khi cấy bằng một hạt thóc, 2 giống có các yếu tố
cấu thành năng suất sau:
Vijaya ASD1
Số nhánh hữu hiệu/ khóm 4 6
Số hạt chắc/ bông 120 80
Khối lương 1000 hạt (ga m) 25 25
Năng suất cá thể (ga m/ khóm) 12 12 Khi la i Vijaya với ASD1 thì xảy ra sự tổ hợp sau:
Nhánh hữu hiệ u Số hạt/ bông Khối lượng 1000 hạt Năng suất cá thể
(gam) (gam/ khó m) 4 80 25 8 6 120 25 18
Tác giả đã chọn được dạng mới có năng suất cao hơn hẳn với bố mẹ từ việc lai
hai dạng bố mẹ có năng suất cá thể như nhau (12 ga m/ khó m) nhưng có các yếu tố cấu thành năng suất khác nhau.
II.1.3- Nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai đoạn sinh trưởng
bất lợi gây thiệt hại cho mùa màng, cần có các giống ngắn đến cực ngắ n, song năng
suất và chất lượng cần đạt yêu cầu.
Để phát huy tối đa tự do tổ hợp của các kiểu gen quyết định các pha sinh trưởng
của cây trồng nhằ m tạo ra giống mới có thời gian sinh trưởng theo ý muố n thì bố và mẹ
dùng trong phép lai cần có cấu trúc thời gian các gia i đoạn sinh trưởng khác nhau.
Khi nghiên cứu vật liệu khởi đầu của nguồn gen cần có các quan sát tỉ mỉ về
thời gian hoàn thành các gia i đoạn sinh trưởng. Tương tự như nguyê n tắc khác nhau về
các yếu tố cấu thành năng suất, người ta có thể tạo ra các giố ng có thời gian sinh trưởng ngắn hơn từ hai dạng bố mẹ có cùng thời gia n sinh trưởng nếu các giai đoạn sinh trưởng là m nên thời gian sinh trưởng của bố mẹ khác nhau.
II.1.4- Nguyên tắc khác nhau về tính chống chịu sâu bệnh
Cây trồng vốn có tính chống chịu sâu bệnh nhờ thừa hưởng tính di truyề n của tổ
tiên chúng. Song tính chống chịu này đã yếu đi nhiều do có sự bảo vệ của con người
trong quá trình canh tác. Chọn tạo ra các giống vừa có năng suất cao, vừa chống chịu
tốt với các loài sâu bệnh gây hại là mục tiêu của bất kì chương trình tạo giống nào. Mặt khác ở mỗ i vùng sinh thái đặc thù thì tuy cũng là một loại bệnh như ng ở
mỗi vùng có các nòi khác nhau. Vì thế mà một giố ng có thể hoàn toàn kháng bệnh ở vùng này như ng khi chuyển sang vùng khác lại bị nhiễ m bệnh. Một giống cây trồng có
khả năng thích ứng rộng cần có phổ kháng sâu bệnh rộng, cùng lúc có thể chống được
nhiề u nòi sinh lí khác nhau.
Khi chọn các dạng bố mẹ cần chú ý sự khác nhau về tính trạng bệnh ngang để tổ
hợp được một phổ kháng sâu bệnh rộng vào giống tương la i. Ví dụ: CR 203 là giống
chống rầy với cả 3 biotyp nên được trồng ở rất nhiề u vùng khác nhau từ vĩ tuyến 17 trở
ra, giống IRI 352 kháng đạo ôn tổng hợp, là một giống lúa nếp phổ biến ở vụ xuân. Các
giống lúa trên đều được tạo ra nhờ phép lai các dạng bố mẹ có tính kháng rầy nâ u và
đạo ôn khác nhau.
II.1.5- Nguyên tắc bổ sung các tính trạng cần thiết
Giố ng cây trồng là sản phẩ m của toàn thể loài người. Một giố ng cây trồng tốt sẽ được con người nhân rộng ra nhiều vùng địa lý khác nhau. Nhờ đặc điể m này mà một
giống tốt được tạo ra không còn bó hẹp trong từng nước. Nhập nội giống cây trồng có các đặc tính tốt là phương pháp nhanh để đưa giống vào sản xuất. Tuy nhiên các giố ng
cây trồng mới tạo ra khi di chuyể n từ vùng sinh thái này sang vùng sinh thái khác tỏ ra
còn khiế m khuyết hoặc thiế u một số tính trạng quan trọng nào đó như kém chịu rét,
chống đổ không tốt, chất lượng chưa cao… Trên tổng thể, các giống mới được tạo ra theo các phương pháp tạo giống hiện đại đều là các kiểu gen tốt, chúng chỉ còn thiếu
Trong các phép lai nguyê n tắc bổ sung các tính trạng, sửa chữa khiế m khuyết luôn được áp dụng triệt để và bằng cách này các giống cây trồng ngà y càng được hoàn thiệ n hơn.
II.2- Các phương pháp lai:
Trong quá trình chọn tạo giống tuỳ theo kết quả cần đạt mà thực hiện các phương pháp lai khác nhau. Các phương pháp lai theo sự tha m gia của bố mẹ mà phân thành la i một lần và lai nhiều lần. Trong trường hợp đầu công tác chọn lọc được tiến
hành trong quần thể con lai lặp lại với bố hoặc mẹ theo một hệ thống.
Các phương pháp la i
Một lần Nhiều lần
- Lai đơn - La i lại
- Lai thuận nghịch - La i hồi quy
- Lai đỉnh - La i nhiều bậc
- Lai Dialen - La i nhiều bố,mẹ
(Polycross)
II.2.1- Lai một lần:
a) Lai đơn (lai đơn giản): trong la i đơn chỉ có sự tha m gia của một bố và một mẹ
và phép lai chỉ tiế n hành một lần; phép lai đơn được sử dụng rộng rãi vì bố và mẹ được
nghiên cứu tỉ mỉ thông qua các tính trạng. Người ta tiến hành phép lai giữa 2 bố mẹ có
các tính trạng bổ sung. Lai đơn có thể tiến hành trong loài (lai gần) nhưng cũng có thể
thực hiệ n phép lai khác loài phụ hoặc khác loài (lai xa)
Nếu kí hiệu các dạng bố mẹ là A, B, C, D… thì có thể biểu diễn la i đơn là: A x
B; C x D; B x D…
b) Lai thuận nghịch: khi lai thuậ n nghịch thì mỗ i dạng trong phép lai lần lượt
là m bố và làm mẹ.
Lai thuận nghịch cho phép xác định mối quan hệ giữa nhân và tế bào chất, sự ảnh hưởng của tế bào chất tới con lai. Nếu hai dạng bố mẹ khác nhau về tế bào chất thì kết quả giữa ha i lần lai thuận và nghịch không giố ng nhau. Phép lai này đặc biệt quan
trọng khi lai xa, giữa lai thuận và la i nghịc h trong la i xa có sự khác nhau không chỉ về độ kết hạt mà còn cả chất lượng con lai.
c) Lai đỉnh (Top cross): lai đỉnh thường sử dụng để xác định khả năng tổ hợp
chung nhằ m loại bỏ các dòng giống không có khả năng tổ hợp. Các dòng giống ma ng
d) Lai dialen: lai dia len còn gọi là lai luân phiên, trong đó tất cả các dòng, giống tham gia vào sơ đồ la i đều được lần lượt cặp đôi với nhau kể cả chiề u thuận và chiều
nghịch. Lai dialen là phép lai rất có hiệu quả để tìm ra khả năng phố i hợp của các dòng giống với nha u, để tìm hiểu sự di truyền các tính trạng số lượng có liên quan đến năng
suất bằng phương pháp phân tích Hayman.
II.2.2- Lai nhiều lần:
a) Lai lại (lai tích luỹ): điể m đặc biệt của lai lạ i là sau khi nhận được con lai F1 người ta tiếp tục đem lai với một trong ha i bố mẹ với số lần lặp lại cần thiết. Phép lai
lại thường được áp dụng khi một giố ng cây trồng nào đó có hàng loạt tính trạng tốt
song cần bổ sung thêm một vài tính trạng khác để hoàn thiện giống cũ.
Trong phép lai giống cơ bản cần được cải thiện gọi là thể nhậ n, thường là các giống có năng suất cao, còn giống dùng để bổ sung tính trạng gọi là thể cho (thường là các giống có tính chống chịu tốt). Phép lai lạ i được áp dụng phổ biến để truyền tính bất
dục đực tế bào chất cho các giống nhằ m tạo ra các dòng CMS mới sử dụng trong chọn
giống ưu thế lai hệ "3 dòng".
b) Lai hồi quy: lai hồ i quy là một kiểu đặc biệt của lai lại trong đó một giố ng có năng suất cao chưa có tính kháng sâu bệnh được sử dụng là m thể nhận còn các giố ng
có tính chống chịu tốt (trong đó có tính kháng sâu bệnh) được sử dụng là m thể cho. Sau
khi tiến hành việc lai tích lũy của thể nhận với thể cho người ta lai các con lai tích luỹ
với nhau bổ sung cho giống nhậ n các tính trạng cần thiết.
c) Lai nhiều bậc: lai nhiều bậc là phép lai phức tạp điển hình, trong đó sau lần
lai thứ nhất người ta tiếp tục la i với giống thứ 3 có các tính trạng mo ng muốn. Phép lai
có thể tiếp tục với giống thứ 4 và 5 tuỳ theo yêu cầu của chương trình tạo giống.
d) Lai nhiều bố mẹ: lai nhiều bố mẹ thường được áp dụng để tạo ra quần thể
mới ở cây giao phấn hoặc để tổng hợp nhiều tính trạng của nhiều giống vào con lai nhằ m nâng cao hiệu quả của chọn lọc. Để thực hiện phép lai người ta chia các giống
tham gia thành từng cặp, sau khi có con lai thì chúng lại được cặp đôi và lai với nhau.
Ví dụ sơ đồ la i 16 giống như sau:
1 x 2 3 x 4 5 x 6 7 x 8 9 x10 11 x 12 13 x 14 15 x 16 Năm thứ nhất F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 F1 (Vụ thứ 1) Năm thứ 2 F1 F1 F1 F1 (Vụ 2) Năm thứ 3 (Vụ 3) F1 F1
Năm thứ 4 (Vụ 4) F1(1 x 2 x… 16)
Như vậy sau 4 lần lai thì con la i tổng hợp được nguồn gen của 16 giố ng khác nhau để
có phổ di truyền rộng, tiền đề để chọn lọc thành công.
II.3- Kĩ thuật lai giống:
II.3.1- Chọn cây bố mẹ:
Sau khi đã xác định được tổ hợp lai, chọn được cặp bố mẹ cần trồng cây để có
vật liệu lai. Thường thì cây la i được trồng ở ruộng riê ng, được chă m sóc chu đáo để chúng sinh trưởng và phát triển bình thường. Đối với cây lúa có thể trồng trong chậu
hoặc ô xi măng để tiện cho chă m sóc và dễ dàng cho khử đực sau này. Cần nghiên cứu
kĩ vật liệu lai đê bố trí sao cho cây bố và cây mẹ nở hoa trùng khớp. Nếu cần có thể sử
dụng các biện pháp đặc biệt để điều chỉnh bố mẹ ra hoa cùng nha u như xử lý ánh sáng,
xử lý nhiệt độ thấp, dùng chất điều tiết sinh trưởng… Chọn cây to, khoẻ, đại diện cho
giống, đánh dấu bằng thẻ để sử dụng làm vật liệu la i.
II.3.2- Chuẩn bị cây lai và dụng cụ lai
Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết như panh, kéo, thẻ đánh dấu, bao cách li, lọ mầu đen đựng hạt phấn…
Trước khi thực hiện thao tác lai, cây la i cần được chọn kĩ và chuẩn bị chu đáo:
cắt bỏ các cây không dùng cho phép la i, dọn sạch các lá chết, lá vàng úa, cắt bỏ các hoa
thừa.
Ví dụ ở cây lúa : mỗi khó m chỉ giữ lại từ 3 - 4 nhá nh, các nhánh khác cắt bỏ, dọn
sạch lá chết. Ở mỗ i bông chỉ giữ lại từ 15 - 20 hoa thành thục, các hoa khác cắt bỏ, cây
lúa được đánh trồng trong chậu dùng cho lai cần bón thêm một lượng phâ n đạ m và kali nhỏ.
II.3.3- Khử đực:
Các hoa ở cây mẹ phải được khử đực triệt để. Đây là khâu quan trọng đặc biệt ở
cây tự thụ phấn. Khi khử đực không được là m tổn thương nhuỵ cái, không là m vỡ bao
phấn, diệt hết nhị đực. Thông thường ở hầu hết các loài cây trồng người ta tiến hành khử đực vào chiều hôm trước và thụ phấn vào sáng hôm sau. Tuy nhiên cần nghiên cứu
kĩ đặc tính nở hoa của từng loài cây để xác định thời điể m khử đực tốt nhất sao cho bộ