1.4. Cải tiến giống cây cao su
1.4.2. Phương pháp cải tiến giống cao su cơ bản
Về cơ bản, quá trình cải tiến giống cao su tương tự như ở các cây trồng khác, là chu trình “giao phối tương hợp theo thế hệ”, GAM (Generation-wise Assortative Mating). Quá trình này mang tính chu kỳ trong đó các dòng vô tính xuất sắc nhất trong một thế hệ sẽ trở thành bố mẹ trong chu kỳ kế tiếp để tạo hậu duệ, các hậu duệ này sẽ được chọn lọc, nhân giống và sử dụng (Simmonds, 1989). Đến nay, phương pháp cơ
bản được áp dụng rộng rãi trong cải tiến giống cây cao su ở các nước là con đường lai hữu tính nhân tạo với bố mẹ đã được chọn lọc, tuyển chọn cây lai ở giai đoạn non (trên cây thực sinh hoặc dòng vô tính hóa), tuyển chọn ở giai đoạn trưởng thành và sau đó khuyến cáo trồng sản xuất ở các qui mô khác nhau (hình 1.2). Bên cạnh đó, nguồn vật liệu di truyền ban đầu cho quá trình tuyển chọn giống cao su cũng có thể được tạo ra bằng kỹ thuật lai hữu tính tự do (chỉ có thể xác định được mẹ) trong điều kiện có hoặc không có cách ly, nhưng thường chỉ được áp dụng rất hạn chế.
Hình 1.2. Chu trình cải tiến giống cao su cơ bản (đường liền: chính; đường đứt khúc: phụ)
Ngân hàng gen cao su
Lai hữu tính tự do
Tuyển non cây lai Lai hữu tính nhân tạo
Sơ tuyển Chọn lọc
ở giai đoạn trưởng
thành Chung tuyển
Khuyến cáo cho sản xuất ở các qui mô khác nhau
1.4.2.1. Lai hữu tính nhân tạo
Chương trình lai hữu tính nhân tạo để tạo giống cao su được bắt đầu vào năm 1920 ở Indonesia và sau đó được triển khai ở các nước trồng cao su khác, trong đó tại Việt Nam từ năm 1933 (Dijkman, 1951; Ferwerda, 1969; Ehert, 1955; Legnate và ctv, 1988). Về cơ bản, kỹ thuật lai hữu tính nhân tạo được thực hiện theo nguyên tắc “lai giữa bố/mẹ tốt nhất với bố/mẹ tốt nhất” và tránh giao phối cận huyết thống. Cho đến nay, việc chọn bố mẹ lai ở cây cao su chủ yếu dựa vào các đặc tính kiểu hình và gần đây có bổ cứu thêm việc chọn lựa bố mẹ dựa trên các phân tích về di truyền số lượng, chủ yếu là khả năng phối hợp chung, GCA, (Tan, 1987; Priyadarshan và Clément- Demange, 2004). Để khắc phục nhược điểm hạn hẹp ở nguồn vốn di truyền Wickham, gần đây các nước trồng cao su đều đưa dần nguồn di truyền mới di nhập, IRRDB’81, vào chương trình lai hữu tính để mở rộng vốn di truyền cũng như nhằm mục khai thác hiệu quả lai xa trong tạo giống cao su. Tuy nhiên, các kết quả bước đầu vẫn còn trong vòng nghiên cứu.
Trong thực tiễn, việc lai hữu tính nhân tạo có thể được thực hiện trên cây trưởng thành hoặc trên các vườn lai hữu tính chuyên biệt với cây cao su được tạo tán thấp và áp dụng kỹ thuật kích thích ra hoa sớm, nhằm tạo thuận lợi cho việc thi công. Lai hữu tính trên cây cao su trưởng thành cho tỉ lệ đậu trái cao hơn nhưng rất tốn công và khó thi công do cây cao; ngược lại tỉ lệ đậu trái trên vườn lai chuyên biệt được tạo tán thấp lại thấp hơn tuy dễ dàng thi công. Phương pháp lai hữu tính nhân tạo cũng còn có một số hạn chế: tỉ lệ đậu trái tương đối thấp ở cây cao su, trung bình khoảng 5%, biến thiên lớn theo dòng vô tính và điều kiện môi trường (chủ yếu bệnh phấn trắng do Oidium gây rụng trái non); sự bất đồng bộ về thời điểm ra hoa giữa các dòng vô tính; thời gian ra hoa ngắn chỉ trong vòng 10 – 15 ngày nên không tận dụng được hết hoa; và hạt phấn cao su không thể tồn trữ lâu dài được. Các hạn chế này ảnh hưởng đến số lượng cây lai trong mỗi tổ hợp cũng như việc thiết kế các tổ hợp mong muốn.
1.4.2.2. Chọn lọc giống cao su
Quá trình đánh giá, chọn lọc giống cao su bắt đầu từ cây lai đến khi có thể khuyến cáo trồng rộng rãi trong sản xuất thường rất dài, đến 25 – 30 năm và rất tốn kém (Tan, 1987; Simmonds, 1989; Annamma và ctv, 2006). Thông thường quá trình đánh giá, chọn lọc giống cao su gồm 3 giai đoạn: tuyển non, đánh giá ở giai đoạn trưởng thành: sơ tuyển và chung tuyển.
Tuyển non cây cao su lai thường được thực hiện khi cây còn nhỏ, trong vòng 36 tháng tuổi nhằm mục tiêu cơ bản là gạn lọc thải loại các cây lai kém chủ yếu về năng suất mủ và sinh trưởng đồng thời có thể chọn sớm các hậu duệ xuất sắc với một độ tin cậy nhất định, để giảm số lượng hậu duệ được chọn đưa vào trong các thí nghiệm đánh giá ở giai đoạn trưởng thành góp phần rút ngắn thời gian cũng như giảm khối lượng công tác và chi phí trong đánh giá giống cao su. Tuyển non có thể thực hiện trên cây thực sinh (Malaysia, Ấn Độ) hoặc trên dòng vô tính (cây ghép, ở Việt Nam). Cơ sở lý luận của tuyển non dựa trên sự tương quan giữa giai đoạn non và giai đoạn trưởng thành của các tính trạng cần quan tâm, trong đó chủ yếu là năng suất mủ. Nhiều nghiên cứu cho thấy tuyển non trên cây dòng vô tính hóa cho kết quả tin cậy hơn vì có thể tạo số lần lặp lại và số lượng cây trên ô cơ sở nhiều hơn so với chỉ một cây duy nhất trong trường hợp tuyển non trên cây thực sinh; tuy nhiên sẽ tốn kém hơn khi số lượng cây lai được tạo ra hàng năm quá lớn (Tan, 1987; Trần Thị Thúy Hoa, 1998; Lê Hoàng Ngọc Anh, 2006). Tại Việt Nam, công tác tuyển non được thực hiện trên cây lai đã được dòng vô tính hóa với chỉ tiêu chọn lọc chính là năng suất mủ và sinh trưởng. Thông thường khoảng 5 – 10% số cây lai được chọn lọc ở tuyển non.
Công tác tuyển giống cao su ở giai đoạn trưởng thành sau tuyển non thông thường gồm 2 bước nối tiếp nhau: sơ tuyển trên các thí nghiệm đánh giá giống qui mô nhỏ (thí nghiệm sơ tuyển) và chung tuyển trên các thí nghiệm đánh giá giống qui mô lớn (thí nghiệm chung tuyển). Các thí nghiệm sơ tuyển thường gồm 30 – 40 hoặc nhiều
hơn các dòng vô tính mới với đối chứng là một số dòng vô tính phổ biến trong sản xuất, được thiết kế 8 – 10 cây/ô cơ sở với 2 – 3 lần lặp lai. Mục tiêu của giai đoạn này là chọn lọc bước đầu các dòng vô tính xuất sắc ở giai đoạn trưởng thành cho một khối lượng khá lớn giống không thể bố trí ngay ở qui mô lớn và trên nhiều địa điểm. Các chỉ tiêu chọn lọc gồm năng suất mủ của 3 – 5 năm cạo, sinh trưởng, tăng trưởng, dầy vỏ, một số bệnh hại phổ biến. Thông thường việc chọn lọc ở giai đoạn sơ tuyển kết thúc sau 3 – 5 năm cạo mủ, tức khi cây ở năm tuổi thứ 9 đến 11.
Tiếp theo giai đoạn sơ tuyển, các dòng vô tính được chọn lọc sẽ được đưa vào đánh giá trên các thí nghiệm chung tuyển có thiết kế 60 – 100 cây/ô cơ sở với 3 – 4 lần lặp lại; mỗi thí nghiệm đánh giá 8 – 12 dòng vô tính gồm cả đối chứng là giống phổ biến trong sản xuất. Do mục tiêu là chọn lọc các giống xuất sắc, ổn định, thích nghi vùng trồng cao su vì vậy cùng một danh mục giống sẽ được bố trí trên nhiều thí nghiệm chung tuyển đặt ở các vùng trồng cao su khác nhau. Các chỉ tiêu chọn giống tương tự như ở sơ tuyển ngoài ra còn có các đánh giá về đáp ứng kích thích mủ, bệnh hại, tính thích nghi đối với điều kiện môi trường của các vùng trồng cao su khác nhau.
Chu kỳ chọn giống ở giai đoạn chung tuyển thông thường kết thúc sau khi theo dõi năng suất mủ được tối thiểu 12 năm, hay nói cách khác thời gian chung tuyển thường kéo dài khoảng 18 – 20 năm. Trong quá trình đánh giá, các dòng vô tính có thể được khuyến cáo dần cho sản xuất từ qui mô sản xuất thử đến trung bình. Kết thúc giai đoạn chung tuyển, giống cao su có thể được khuyến cáo trồng qui mô lớn trong sản xuất.
Nhìn chung, công tác cải tiến giống cao su truyền thống thông qua con đường lai hữu tính nhân tạo vẫn đang là hướng chủ đạo của các nước trên thế giới, đã tạo ra nhiều thế hệ giống cao su tiến bộ cho sản xuất.
1.4.2.3. Khuyến cáo giống cao su vào sản xuất
Do cây cao su là cây dài ngày, chu kỳ kinh tế rất dài cũng như thời gian chọn giống cao su rất dài để đủ độ tin cậy, vì vậy các nước đều khuyến cáo một bộ giống cao
su gồm nhiều giống trong từng thời kỳ cho sản xuất, được phân chia ở các qui mô sản xuất khác nhau dựa trên mức độ đầy đủ của kết quả đánh giá giống và nhằm tránh các rủi ro sinh học do trồng độc tôn một giống. Hiện nay các nước đều khuyến cáo bộ giống cao su gồm nhiều giống được khuyến cáo riêng biệt cho ba qui mô trồng: (i) qui mô sản xuất diện rộng, (ii) qui mô trung bình và (iii) qui mô sản xuất thử (MRB, 2009;
Cheta và Chan, 2008; Teerawatanasuk và Lekawipat, 2008; Annamma, 2006; VCS, 2006, 2008). Đồng thời bộ giống cao su cũng bao gồm các khuyến cáo giống riêng biệt cho các vùng trồng cao su khác nhau.
1.4.2.4. Tiến bộ trong công tác cải tiến giống cao su ở Việt Nam
Công tác cải tiến giống cao su ở Việt Nam đã được tái thực hiện vào năm 1976 với các đợt nhập nội giống cao su từ các nước châu Á và tiếp theo là chương trình lai hữu tính nhân tạo đã được bắt đầu từ 1982. Chương trình lai hữu tính đã được thiết kế theo hướng đa dạng hóa nguồn bố mẹ với các nguồn giống Wickham từ các nước khác nhau, sau đó được bổ sung các giống Wickham x Amazone và từ năm 1997 một số mẫu giống IRRDB’81 được chọn lọc đã được đưa vào làm bố lai. Đến nay, nhiều dòng vô tính thuộc giai đoạn lai hữu tính 1982 – 1990 đã được đưa vào sản xuất diện rộng đạt hiệu quả cao, một số dòng vô tính mới có triển vọng đạt năng suất mủ 2.500 – 3.000 kg/ha/năm đang được thực nghiệm ở các qui mô khác nhau. Cơ cấu giống cao su đang được khuyến cáo riêng biệt cho 6 vùng trồng cao su khác nhau của Việt Nam.
1.4.2.5. Các hạn chế trong công tác cải tiến giống cao su
Do các tính trạng kinh tế chủ yếu ở cây cao su đều mang bản chất di truyền đa gen và tác động có tính cộng chiếm ưu thế (Tan, 1987; Simmonds, 1989), vì vậy cải tiến di truyền về các tính trạng này ở cây cao su khó có thể có bước nhảy vọt mà mang tính tích lũy. Một điểm hạn chế khác rất quan trọng là nguồn vốn di truyền hữu hiệu thực tế của công tác cải tiến giống cao su, nguồn gen Wickham, rất hạn hẹp, sẽ hạn chế
tiến bộ trong tương lai của công tác cải tiến di truyền cây cao su. Vấn đề này đã được khắc phục với nguồn gen mới được sưu tập, IRRDB’81. Tuy nhiên, còn rất lâu nguồn gen này mới thực sự đóng góp hữu hiệu vào công tác cải tiến di truyền về các tính trạng kinh tế. Trong hiện tại, việc tránh giao phối cận huyết thống là con đường thực tế để giảm bớt tác hại cũng như giảm bớt sự xói mòn gen của nguồn di truyền Wickham.
Cây cao su phải mất 4 – 5 năm để có thể ra hoa vì vậy cũng làm hạn chế việc đẩy nhanh chu kỳ thế hệ. Mặt khác cây cao su thường chỉ có một vụ hoa tập trung trong một thời gian ngắn trong vòng 10 – 15 ngày vì vậy không dễ dàng để thực hiện đúng và đủ các tổ hợp mong muốn. Ngoài ra, ở cây cao su còn có hiện tượng ra hoa lệch pha giữa các dòng vô tính cho nên khó có thể tạo đầy đủ các tổ hợp mong muốn giữa các dòng vô tính này (Priyadarshan và Clément-Demange, 2004). Để khắc phục hiện tượng bất đồng bộ trong ra hoa và làm ra hoa sớm ở cây cao su, nhiều nơi đã áp dụng kỹ thuật kích thích ra hoa sớm bằng biện pháp khoanh vỏ thân cành có kết hợp hoặc không với phun coumarin (Najib và Paranjothy, 1978; Rohani và Paranjothy, 1980). Tuy nhiên, vẫn tồn tại sự biến thiên đáng kể giữa các dòng vô tính trong việc đáp ứng với kích thích ra hoa. Một hạn chế khác là tỉ lệ đậu quả ở cây cao su tương đối thấp, trung bình chỉ 5%, và biến thiên lớn giữa các dòng vô tính do đó đã hạn chế số lượng hậu duệ có thể tạo ra cho một tổ hợp bố mẹ nhất định dẫn đến không khai thác hết biến thiên di truyền phong phú có thể có của tổ hợp. Do chu kỳ tạo tuyển giống cao su quá dài, nhất là trong giai đoạn đánh giá trên cây trưởng thành, đã hạn chế rất lớn việc đẩy nhanh chu kỳ thế hệ so với các cây trồng khác. Để khắc phục, đã có những nghiên cứu và ứng dụng trong thực tiễn nhằm rút ngắn thời gian chọn giống theo hai hướng: bỏ qua một bước đánh giá giống hoặc giảm thời gian cần thiết để đánh giá giống, chủ yếu về năng suất mủ (Tan và ctv, 1981; Ong và ctv, 1986; Gonỗalves và ctv, 2005b; Chandrasekhar và ctv, 2005, 2007). Tuy nhiên, việc rút ngắn thời gian đánh giá giống cao su cũng đồng thời làm giảm độ tin cậy nhất là đối với một số đặc tính như gãy đổ do gió, mẫn cảm với bệnh hại và khô mặt cạo (Chandrasekhar và ctv, 2005, 2007).
1.4.2.6. Các hướng tiếp cận mới trong cải tiến giống cao su
Nghiên cứu về nuôi cấy mô trên cây cao su đã được bắt đầu từ khá lâu, nhưng gần đây mới đạt được các tiến bộ quan trọng. Theo Montoro (2008) ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô có thể mở ra các hướng đi mới trong cải tiến di truyền cây cao su như sau:
- Tạo dòng vô tính cao su tự ra rễ (cây cao su toàn thể) thông qua con đường nuôi cấy mô (phát sinh phôi soma) hoặc vi giâm cành, hoặc kết hợp cả hai.
- Tạo dòng vô tính cao su làm gốc ghép thông qua con đường nuôi cấy mô (phát sinh phôi soma) hoặc vi giâm cành, hoặc kết hợp cả hai.
- Trẻ hóa các dòng vô tính cao su hiện có bằng con đường nuôi cấy mô.
- Tạo dòng vô tính cao su biến đổi gen.
Đến nay đã có những thành công bước đầu trong các hướng tiếp cận ứng dụng nêu trên. Một số nghiên cứu cho thấy cây cao su tự ra rễ từ nuôi cấy mô và vi giâm cành có sinh trưởng và năng suất mủ cao hơn cây ghép thông thường khá nhiều trên cùng dòng vô tính trong thí nghiệm (Carron và ctv, 1997, 2001; Chen và ctv, 2001, 2004). Theo Carron và ctv (2007, 2008) cây cao su ghép với mắt ghép từ dòng vô tính đã được trẻ hóa có sinh trưởng vượt hơn so với cây ghép theo kỹ thuật truyền thống từ 5,8% đến 21,1%. Gần đây, Indonesia đã bắt đầu các công trình nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vi giâm cành chồi nách lá để tạo dòng vô tính cao su làm gốc ghép nhằm khắc phục sự bất đồng đều của gốc ghép thực sinh thông thường và tận dụng khả năng cải thiện sinh trưởng của gốc ghép dòng vô tính chọn lọc cho cây cao su ghép. Tuy nhiên vấn đề chết do nhiễm trong quá trình nuôi cấy và hệ số nhân thấp vẫn còn là hạn chế lớn của kỹ thuật này (Nurhaimi-Haris và ctv, 2008, 2010).
Trong những năm gần đây đã có một số tiến bộ trong nghiên cứu phân lập gen và chuyển gen ở cây cao su giúp mở ra những triển vọng phát triển các dòng vô tính cao su biến đổi gen trong tương lai. Đã có những thành công bước đầu trong nghiên cứu xác định và chuyển các gen liên quan đến tính kháng bệnh khô mặt cạo, sinh tổng
hợp Hevein (Jayashree và ctv 2003; Venkatachalam và ctv, 2007; Montoro và ctv, 2008). Hướng tiếp cận khác là ứng dụng các chỉ thị phân tử vào xây dựng bản đồ liên kết di truyền để ứng dụng trong công tác chọn giống cao su với sự trợ giúp của các chỉ thị phân tử.