4. GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.4.2. Giống ngô lai (Hybrid)
Ngô lai là kết quả của việc ứng dụng ƣu thế lai trong tạo giống hay là kết quả của tác động gen trội (Ngô Hữu Tình, 1997) [18]. Giống ngô lai có những đặc điểm sau:
- Hiệu ứng trội và siêu trội đƣợc sử dụng trong quá trình tạo giống.
- Giống có nền di truyền hẹp, thắch ứng hẹp.
- Yêu cầu thâm canh cao, năng suất cao và có độ đồng đều tốt.
- Hạt giống chỉ sử dụng đƣợc một đời F1.
Hiện nay ngô lai đƣợc chia thành hai loại chắnh: giống ngô lai không
quy ƣớc và ngô lai quy ƣớc.
+Giống ngô lai không quy ước (Non - Conventional hybrid)
Giống ngô lai không quy ƣớc đƣợc tạo ra trong đó ắt nhất có một bố hoặc mẹ không phải dòng thuần. Đây là bƣớc chuyển tiếp từ việc gieo trồng ngô thụ phấn tự do sang giống lai quy ƣớc. Thể loại ngô lai không quy ƣớc rất phong phú song có thể gộp thành bốn loại sau:
Loại 1: Giống lai giữa giống
Loại 2: Lai đỉnh (lai giữa một dòng thuần và một giống) Loại 3: Giống lai giữa các gia đình
Là giống đƣợc tạo ra bằng cách lai các dòng thuần với nhau. Tuỳ theo số dòng tự phối sử dụng mà phân giống ngô lai quy ƣớc thành những loại
chắnh sau:
Lai đơn (A x B) :Là giống đƣợc tạo bởi 2 dòng thuần . Lai đõn có những
ƣu điểm là năng suất cao và trạng thái cây đồng đều hõn các nhóm giống khác. Tuy nhiên giống lai đõn có nhƣợc điểm là đòi hỏi thâm canh cao và phạm vi thắch ứng hẹp. Một số giống ngô lai đõn đang đƣợc ƣa chuộng trong
nƣớc là LVN10, LVN4, LVN 20, LVN99Ầ
Lai kép [(A x B)x (C x D)]: Là giống lai tạo ra bằng cách lai giữa hai
giống lai đõn với nhau. Giống lai kép có những ƣu điểm nổi bật nhƣ: năng
suất hạt giống cao, hạ giá thành, cây bố lai đõn cho phấn nhiều hõn dòng tự phối nên tăng tyÒ lệ hàng cây mẹ so với hàng cây bố trong ruộng sản xuất giống. Hõn nữa lai đõn có khả năng chống chịu môi trƣờng bất thuận tốt hõn
tự phối nên làm giảm rủi ro trong sản xuất hạt giống. Bên cạnh đó giống lai kép có yếu điểm là độ đồng đều thấp, năng suất kém hõn lai đõn.
*Lai ba [(A x B) x C]: Giống lai ba đƣợc tạo thành bằng cách lai giữa
giống lai đõn với một dòng tự phối. Giống lai ba có những ƣu điểm: tiềm
năng năng suất cao hõn giống lai không quy ƣớc và lai kép. Do sử dụng giống
lai đõn làm mẹ nên năng suất hạt giống cao, giá thành hạt giống hạ, khả năng
thắch ứng rộng. Tuy nhiên giống lai ba lại có hạn chế là quy trình sản xuất hạt
giống đòi hỏi thêm một vụ và thêm bãi cách ly, độ an toàn không cao, độ đồng đều của cây và bắp không cao bằng lai đõn. Những giống lai ba đƣợc sử dụng nhƣLVN17, LVN27, LVN29,...
*Lai ba cải tiến [(A x B) x (C x C')]: Là giống lai tạo ra giữa một giống
lai đõn với một tổ hợp lai giữa các dòng chị em nên có khả năng sinh trƣởng tốt hõn, lƣợng phấn nhiều hõn, thời gian tung phấn dài hõn, kết quả là hạn chế
Giống ngô lai quy ƣớc đƣợc chia thành nhiều loại khác nhau tuy nhiên
theo phƣõng pháp chuẩn để tạo giống ngô lai quy ƣớc trải qua ba bƣớc chắnh:
Bƣớc 1: Phát triển dòng thuần
Bƣớc 2: Thử khả năng kết hợp của các dòng thuần
Bƣớc 3: Kết hợp các dòng thuần trong tổ hợp lai có ƣu thế lai cao (Ngô Hữu Tình, 1997)[18].
Nhìn chung giống ngô lai quy ƣớc có ƣu điểm về năng suất, độ đồng đều về dạng cây và bắp. Nhu cầu hạt giống ngô lai quy ƣớc ở Việt Nam hiện
nay là 3000 - 4000 tấn/năm.
1.5. DÒNG THUẦN VÀ PHƢƠNG PHÁP LAI LUÂN PHIÊN 1.5.1. Khái niệm tự phối - dòng thuần
1.5.1.1. Tư phôi
Tƣ phôi là thụ phấn cƣỡng bức các cây giao phấn. Đacuyn là ngƣời đầu tiên nghiên cứu một cách sâu sắc vấn đề thụ phấn trong thế giới thực vật. Qua các kết quả nghiên cứu của mình, ông nhận thấy rằng tất cả các loại cây đều thiên về giao phấn. Ở các cây giao phấn (ngô, cao lƣõngẦ), sự giao phấn tiến
hành thƣờng xuyên, ở cây tự thụ cũng vân có hiện tƣợng giao phấn (Nguyễn Đức Lƣõng và cs, 1999) [10].
Khoa học và thực tiễn đã chứng minh đƣợc rằng sự giao phấn có lợi cho thực vật, tự thụ phấn lâu đời làm giảm sức sống của cây, đặc biệt càng giảm mạnh đối với những cây thắch ứng với sự giao phấn. Ở mỗi dòng nếu tiếp tục tự phối sự đồng nhất của các cây tăng lên và sự khác nhau của các
dòng rõ hõn, nhiều hõn. Ngƣời ta thấy rằng sau 5 - 7 đời tự thụ phấn các cây của dòng trở nên đồng nhất, các dòng này gọi là dòng tự phối.
1.5.1.2. Dòng thuần
các nguồn nguyên liệu không đồng nhất về mặt di truyền, sau 6 - 8 thế hệ tự phối mới thu đƣợc các thể đồng hợp. Đối với ngô thƣờng sau 7 - 9 đời tự phối nếu đạt đƣợc độ đồng đều, ở các trạng thái nhƣ: Chiều cao cây, chiều cao đóng bắp, năng suất, hình dạng và màu hạt... thì đƣợc gọi là dòng thuần (Trần Hồng Uy, 2002)[27]. Vật liệu tạo dòng thuần gồm các giống ngô địa phƣõng,
các giống ngô thụ phấn tự do cải tiến và các giống ngô lai...
Bằng cách tự phối, đa tạo ra sự khác nhau về sinh lý và di truyền của các dạng bố mẹ giữa các dòng tự phối. Các dòng tự phối qua lai đã tái hợp để tạo ra giống lai có sức sống năng suất cao hõn.
Ƣu thê lai cua các giống lai giữa các dòng thuân biểu hiện mạnh nhất ở F1, từ F2 trở đi năng suất giảm do co sƣphân ly giƣa cac tắnh trạng , vì vậy làm giảm tắnh đồng nhất ở các con lai . Tự phối dẫn đến hậu quả là sức sống giảm, năng suất giảm nhƣng không phải không có giới hạn. Thực nghiệm chứng minh rằng tự phối đến một thời gian nhất định thì sức sống và năng suất trở thành ổn định. Với cây trồng giao phấn chéo thì dòng tự phối đƣợc tạo ra bằng cách từ phối từng cây riêng rẽ. Nguồn cho tự phối có thể là các giống thụ phấn tự do, hỗn hợp, tổng hợp, nguồn gen phức hợp hoặc bất kỳ một quần thể dị hợp nào. Việc tuyển chọn nguồn hoặc quần thể để dẫn xuất
dòng tự phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với kêt qua sau này của các thể laiẦ Để đạt lợi thế tối đa tạo thành đƣợc các dòng tự phối ƣu tú thì quần thể
cõ bản phải có cõ sở di truyền rộng. Nghĩa là phải tập trung đƣợc mức nhiều nhất các gen mong muốn, thực tế độ biến dị hạn chế của quần thể cõ bản sẽ là giới hạn di truyền cho việc khai thác ƣu thế lai. Phƣõng pháp cải tiến quần thể gần đây đã đạt đƣợc các thể thức chủ yếu giúp sƣ dung các quần thể cõ bản môt cach co hi ệu quả , nhờ đó mà có thể phân lập đƣợc các dòng tự phối có triển vọng. Thực tế thành công trên thị trƣờng các năm gần đây của ngô lai
Trong công tác chọn tạo giống ngô lai, dòng thuần là vật liệu tạo giống quan trọng. Chọn tạo dòng thuần là một quá trình liên tục, đòi hỏi nhiều thời gian, sức lực và trắ tuệ của nhà khoa học. Son g dòng
thuần chỉ mới là sản phẩ m khoa học, chƣa phải là sản phẩ m cuối cùng, giống lai mới là mục tiêu và là sản phẩm hàng hóa.
Dòng thuần chỉ có giá trị khi có khả năng kết hợp cao, dễ nhân dòng và sản xuất hạt lai.
Chọn tạo dòng thuần để dùng làm bố mẹ chọn tạo giống năng suất cao, ổn định là mục tiêu cõ bản của chƣõng trình tạo giống ngô lai.
1.5.1.3. Nguyên liệu tạo dòng thuần
Nguồn nguyên liệu tạo dòng thuần đã có nhiều thay đổi căn bản. Mỹ là nƣớc có nguồn nguyên liệu tạo dòng thuần phong phú, trong những năm 1930
các dòng thuần ở Mỹ chủ yếu đƣợc tạo ra từ các giống gốc địa phƣõng, chỉ có 2% là đƣợc tái tạo, nhƣng năm 1980 các dòng thuần chủ yếu đƣợc tạo bằng con đƣờng lai tạo. Nguồn nguyên liệu để tạo ra dòng thuần ở Mỹ rất đa dạng, các nhà tạo giống đã sử dụng 15% quần thể có nguồn di truyền rộng , 16% từ quần thể có nê n di truyền hẹp, 14% từ quần thể của các dòng ƣu tú, 39% từ tổ hợp lai của các dòng ƣu tú và 17% từ quần thể hồi giao để tạo dòng (Bauman,
1981) [30].
1.5.1.4. Phương pháp tạo dòng
Phƣõng pháp tạo dòng cũng ngày càng đa dạng. Một số phƣõng pháp tạo dòng thuần đã đƣợc các nhà khoa học nhƣG.F.Sprague và S.A.Eberhart,
1955; CIMMYT,1990; R.J.Saikumar, 1999... đề xuất sử dụng nhƣ:
- Phƣõng pháp chuẩn (Standard method): Đây là phƣõng pháp tự phối để tạo dòng thuần do Shull đề xƣớng và công bố vào năm 1909-1910. Phƣõng
của chúng đƣợc chọn lọc trong tất cả các thế hệ tiếp theo của tự thụ phấn cho đến khi đạt tắnh đồng đều cần thiết tuỳ theo dòng riêng biệt.
- Phƣõng pháp Sib (cận phối) hoặc Fullsib (cận phối giữa anh em đồng máu). Phƣõng pháp tạo dòng fullsib nhằm giảm mức độ suy thoái do quá trình tự phối gây nên. Bằng phƣõng pháp này có thể tạo đƣợc dòng có sức sống và năng suất tốt hõn bằng con đƣờng tự phối. Ở Việt Nam, Ngô Hữu Tình và cs cũng đã tạo đƣợc một số dòng thuần bằng phƣõng pháp này (Ngô Hữu Tình,
1997) [18].
- Phƣõng pháp hồi giao (backcross-BC): Đây là phƣõng pháp cõ bản để cải tạo dòng thuần về cả năng suất, chất lƣợng, khả năng chống chịu và KNKH. Bằng cách tiến hành 1-2 lần BC sau đó tự phối có thể tạo đƣợc dòng mới có những đặc điểm mong muốn. Phần lớn các dòng tốt hiện nay đƣợc tạo ra bằng phƣõng pháp này.
- Phƣõng pháp tạo dòng đõn bội (Haploid breeding): Là phƣõng pháp ứng dụng công nghệ sinh học để tạo nên các dòng đõn bội từ bao phấn, noãn chƣa thụ tinh. Phƣõng pháp này giúp các nhà tạo giống rút ngắn thời gian tạo dòng chỉ còn 2-3 năm (Chase, S.S, 1952) [32].
- Phƣõng pháp thuần hóa tắch hợp: Thuần hoá tắch hợp là phƣõng pháp phát triển dòng thuần khoẻ mạnh với một hoặc một số tắnh trạng quan tâm đƣợc cải thiện. Nguyên lý của phƣõng pháp này là trong quá trình thuần hoá, nhà chọn giống tiến hành làm sao để kết hợp đƣợc các gen và tắch luỹ đƣợc các allen điều khiển tắnh trạng.
Ngoài các phƣõng pháp trên còn có một số phƣõng pháp tạo dòng khác nhƣ: Phƣõng pháp chọn lọc phả hệ (Pedogree selection), phƣõng pháp một hốc (Single-hill method), phƣõng pháp chọn lọc giao tử (Gamete selection), phƣõng pháp tạo dòng đõn bội (haploid breeding).
Đánh giá dòng nhằ m xác định khả năng sử dụn g của chúng là một công việc nặng nhọc, tốn kém vì :
- Dòng phải có khả năng sinh trƣởng khỏe, chống chịu tốt, cho năng suất cao để đạt hiệu quả trong quá trình sản xuất hạt giống. Tuy nhiên do áp lực tự phối nên càng tăng độ đồng hợp tử thì dòng càng bị
suy thoái, giảm khả năng chống chịu, năng suất giảm.
- Yêu cầu là dòng phải có khả năng kết hợp cao, tức là con lai có
ƣu thế lai cao về năng suất và khả năng chốn g chịu (Phan Xuân Hào,
1997 và cs) [6].Chắnh vì vậy số dòng đƣợc sử dụng làm vật liệ u tao giông chỉ chiếm một tyÒ lệ rất nhỏ trong số dòng đƣợc tạo ra . Hallauer và Miranda (1981) [35] cho biêt , khoảng 72.000 dòng đã đƣợc tạo ra và thử nghiệm từ năm 1939, nhƣng số dòng đƣợc sử dụng làm vật liệu tạo giống chỉ chiêm 0,01
đến 0,1%.
1.5.2. Đánh gia năng kết hợp của dòng
1.5.2.1. Khái niệm khả năng kết hợp
Khả năng kết hợp là một thuộc tắnh đƣợc chế định di truyền, truyền lại thế hệ sau qua tự phối hoặc qua lai. Khả năng kết hợp đƣợc biểu thị bằng giá trị trung bình của ƣu thế lai ở tất cả các tổ hợp lai và độ chênh lệch so với giá trị ấy ở tổ hợp lai cụ thể.
Một dòng thuần chỉ có ý nghĩa sử dụng khi đồng thời có các đặc điểm nông sinh học phù hợp và có KNKH cao. KNKH là một thuộc tắnh quan trọng không chỉ ở ngô mà ở cả các cây trồng khác. Đánh giá KNKH là xác định xem dòng đó có cho con lai tốt hay xấu thông qua lai tạo.
Khái niệm về khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp
riêng (SCA) đƣợc đề xuất bởi Sprague & Tatum (1942) [38] đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và tạo giống một số loại cây
liệu là dòng thuần biểu hiện qua con lai. Trong nhiều năm qua, Trung tâm cải
lƣõng ngô và lúa mỳ quốc tế (CIMMYT) đã sử dụng kết quả của việc đanh giá KNKH để thiết lập nhóm ƣu thế lai trong các nguồn gen của Trung tâm.
(Beck et al., 1990; Crossa et al., 1990 và Han et al., 1991) [31]
KNKH chung biểu hiện phản ứng trung bình của một dòng, giông quan
sát đƣợc ở tất cả các tổ hợp lai mà dòng, giông đó tham gia. KNKH chung bị chi phối bởi các gen cộng tắnh.
KNKH riêng đƣợc biểu thị bằng độ lệch của tổ hợp lai cụ thể nào đó so với giá trị ƣu thế lai trung bình của nó (Sprague, 1946) [39]. Khả năng kết hợp riêng chủ yếu do tác động của yếu tố trội, siêu trội, ức chế và bị ảnh hƣởng bởi điều kiện môi trƣờng.
Tuy nhiên ảnh hƣởng của KNKH chung thƣờng lớn hõn và quan trọng đối với dòng không đƣợc chọn lọc. KNKH riêng quan trọng hõn ở tổ hợp lai giữa các dòng mà đƣợc thử trƣớc. Những dòng không đƣợc thử trƣớc sự khác nhau về KNKH chung lớn hõn so với sự khác nhau về KNKH riêng (Sprague và Tantum, 1942) [38].
Nhƣ vậy đánh giá KNKH thực chất là xác định tác động của gen. Việc giữ hay loại bỏ dòng thuần dựa trên các kết quả đánh giá KNKH. Khó khăn nhất của việc đánh giá KNKH của một dòng là tắnh không đo đếm đƣợc của nó và giữa tắnh trạng đo đếm đƣợc của dòng không có sự tƣõng quan hoặc tƣõng quan rất thấp với KNKH. Mặc dù hiện nay ngƣời ta đã nghiên cứu không ắt các chỉ thị gián tiếp để xác định KNKH của vât liêu khõi đâu , nhƣng kết quả không rõ ràng. Nhƣ vậy để đánh giá khả năng kết hợp của vât liêu khõi đâu thông qua việc lai thử là phƣõng pháp duy nhất và chắc chắn nhất.
Từ kết quả đánh giá KNKH của dòng tự phối, thông qua các tắnh trạng ở tổ hợp lai của chúng sẽ giữ lại dòng có khả năng kết hợp cao, loại bỏ dòng có
1.5.2.2. Các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp
Để đánh giá KNKH của vật liệu, ngƣời ta thƣờng áp dụng các phƣõng pháp thử truyền thống:
- Phƣõng pháp lai đỉnh (Topcross)
- Phƣõng pháp lai luân giao (Diallen cross)
- Phƣõng pháp dùng khu cách ly riêng (Policross).
* Đánh giá khả năng kết hợp bằng phƣơng pháp lai đỉnh
Lai đỉnh là phƣõng pháp thử chủ yếu để xác định khả năng kết hợp chung (GCA) do Devis đề xuất năm 1927. Theo ông, KNKH chung của quần thể gốc và các thế hệ có nguồn gốc từ chúng là cực kỳ quan trọng đối với quá trình tạo giống ngô lai. Phƣõng pháp này có ý nghĩa rất lớn ở giai đoạn đầu
trong quá trình chọn lọc khi đối tƣợng dòng còn quá lớn không thể đánh giá đƣợc bằng phƣõng pháp lai luân phiên (Ngô Hữu Tình, 1997) [17]. Trong lai
đỉnh ngƣời ta sử dụng các cây thử chung (Tester) để thay thế cho việc lai tất cả các vật liệu khác nhau - phƣõng pháp này đƣợc gọi là lai đỉnh toàn phần. Để tăng độ chắnh xác ngƣời ta thƣờng dùng hai hay nhiều cây thử trong khi tổ hợp lai không tăng.
Trong quá trình đánh giá KNKH bằng lai đỉnh cần chọn dòng tự phối có