Ưu thế lai (heterossis) lă thuật ngữ do nhă chọn giống ngô G.H.Shull (Mỹ) ựưa ra năm 1914 ựể chỉ hiệu quả lai biểu hiện vượt trội về sức sinh trưởng, sinh sản vă chống chịu của con lai ở thế hệ thứ nhất so với câc dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượng năy thể hiện rất rõ ở những con lai thu ựược từ sự giao phối giữa câc dòng tự phối với nhau.
Tuy nhiắn không phải tất cả câc con lai ựều có ưu thế lai mă nó chỉ xuất hiện ở những cặp lai nhất ựịnh. Mức ựộ ưu thế lai phụ thuộc văo loại cđy trồng, loại tắnh trạng vă vật liệu bố mẹ. Với năng suất, ưu thế lai có thể lăm tăng 25 - 35%, ựặc biệt có thể lắn tới 50% so với bố mẹ tốt nhất (theo Phan Thanh Kiếm, 2006) [10].
Theo Nguyễn Hồng Minh 1999, ựể ựịnh lượng mức ựộ thể hiện ưu thế lai của tắnh trạng, ựê phđn ra câc tắnh trạng sau:
- Ưu thế lai thực: F1 vượt hơn dạng bố mẹ tốt nhất theo tắnh trạng nghiắn cứu
- Ưu thế lai trung bình: F1 vượt hơn giâ trị trung bình của câc bố mẹ - Ưu thế lai chuẩn: F1 vượt hơn giâ trị của một giống chuẩn (giống ựối chứng) năo ựó ựem so sânh.
Ưu thế lai lă một hiện tượng sinh học tổng hợp thể hiện câc ưu việt theo nhiều tắnh trạng ở con lai F1 khi lai câc dạng bố mẹ ựược phđn biệt theo nguồn gốc, ựộ xa câch di truyền, sinh thâiẦSự thể hiện ưu việt của tắnh trạng ở con lai F1 ựem lại lợi ắch cho tiến hóa vă cho tạo giống ở những ựiều kiện sinh thâi vă canh tâc xâc ựịnh. Tạo giống ưu thế lai lă con ựường có hiệu quả cao nhằm tập hợp nhiều tắnh trạng mong muốn văo một kiểu gen. Mặc dù nó có ý nghĩa lớn về tạo giống cho sản xuất vă về tiến hóa, song bản chất vă nguyắn nhđn của
hiện tượng ưu thế lai cho tới nay vẫn chưa hoăn toăn sâng tỏ [14]. Một số giả thiết giải thắch hiện tượng ưu thế lai:
- Giả thiết liắn quan tới tương tâc giữa câc gen cùng locus - hiệu quả trội, siắu trội.
Con lai F1 thu ựược dị hợp tử năo ựó về câc gen. Câc gen trội ựược tắch lũy vă thể hiện lấn ât câc gen lặn gđy hiệu quả xấu, dẫn tới con lai F1 có ưu thế hơn bố mẹ mang câc gen lặn ở trạng thâi ựồng hợp tử:
AA bb CC dd x aaBBccDD Aa Bb Cc Dd.
Câc gen lặn a, b, c, d có hại hoặc có hiệu quả yếu về biểu hiện kiểu hình của tắnh trạng, mỗi bố mẹ có 2 gen lặn ựồng hợp tử. Ở thế hệ con lai F1 câc gen lặn ựược lấp trống, 4 gen trội phât huy tâc dụng, nó có ưu thế hơn hẳn bố mẹ.
Trường hợp kiểu dị hợp tử có tương tâc ựặc biệt dẫn tới hiệu quả thể hiện mạnh hơn so với câc kiểu ựồng hợp tử - ựó lă hiệu ứng siắu trội. Ưu thế lai như kết quả trực tiếp của hiệu ứng dị hợp tử:
AA < Aa > aa
Cơ sở của hiệu ứng trội, siắu trội ựược kiểm chứng rõ ở sự ựối lập giữa sức mạnh của con lai vă mức thể hiện tắnh trạng yếu ở câc dòng tự phối, do ở câc dòng tự phối có thể xuất hiện nhiều gen lặn gđy hiệu quả xấu. đối với câc tắnh trạng số lượng do nhiều gen kiểm tra, thể hiện ựộ lớn tắnh trạng tăng khi câc yếu tố trội tăng vă mức dị hợp tử tăng, ựiều năy hoăn toăn phù hợp với cấu trúc di truyền của con lai F1.
- Giả thiết liắn quan tới tương tâc giữa câc gen khâc locus
Nhóm giả thiết năy bao gồm những dạng tương tâc giữa câc gen khâc locus gđy nắn hiệu quả ưu thế về thể hiện tắnh trạng ở con lai F1 so với bố mẹ Hiệu quả tương tâc bổ sung giữa câc gen theo mô hình :
AA bb x aa BB Aa Bb
quả yếu hơn về thể hiện kiểu hình ở tắnh trạng, sự cùng tồn tại của chúng ở F1 tạo nắn hiệu quả tương tâc bổ sung giữa câc gen, kết quả thu ựược thể hiện tắnh trạng ưu thế hơn so với bố mẹ.
Trong tương tâc khâc locus, hoạt ựộng của gen năy có thể bị phụ thuộc văo gen kia. Trường hợp 1 gen ở trạng thâi lặn có thể gđy ức chế thể hiện kiểu hình của câc gen khâc. Gen lặn năy tồn tại ở bố mẹ, song ở con lai F1 nó ựược lấp trống bởi gen trội, do ựó hiệu quả ức chế không xảy ra, kết quả lă thể hiện của tắnh trạng ở F1 có ưu thế lai cao hơn bố mẹ.
Biểu hiện kiểu hình của tắnh trạng có thể do hiệu quả tâc ựộng của gen chắnh phối hợp với tâc ựộng của gen phụ. Ở con lai F1 có thể thu ựược câc tổ hợp ựổi mới giữa gen chủ với câc gen ựiều chỉnh có hiệu quả cao hơn trong sự thể hiện kiểu hình của tắnh trạng so với bố mẹ.
- Giả thiết liắn quan tới tương tâc nhđn - băo chất.
Trong quâ trình tự thụ những thông tin ở nhiễm sắc thể ựược gọi lă mới ựối với tất cả những gì có ở tế băo chất của tế băo trứng lă rất hiếm. Những tình thế về câc tương tâc bắn trong ựê ựược thiết lập ựặc trưng cho kiểu gen năo ựó, về cơ bản chúng vẫn tồn tại như trước thụ tinh.
Ngược lại khi lai giữa câc câ thể khâc nhau về mặt di truyền, ngay sau khi thụ tinh ựê hình thănh những mức ựộ khâc nhau về mối quan hệ nhđn - tế băo chất, do những nguồn gốc khâc nhau về nhđn vă tế băo chất của câc câ thể giao phối. Những ựổi mới khâc nhau thu ựược trong mối quan hệ nhđn - băo chất lă rất quan trọng. Có thể ở một số lần phđn chia tế băo, một số lượng gen năo ựó có mức hoạt ựộng tăng hơn, từ ựó nhiều sự kiện khâc nhau của quâ trình trao ựổi chất ựược tăng cường.
Giả thiết về tương tâc nhđn - băo chất có thể giải thắch sự ựiều hòa quâ trình phât triển ựược tăng tốc ngay từ sau khi thụ tinh ở trường hợp lai. Ở ựđy có thể nói, thông tin di truyền ựược trẻ hóa từ ngay sau khi thụ tinh.
Do că chua lă cđy tự thụ phấn, bộ phận ựực vă câi cùng trắn một hoa nắn vấn ựề sản xuất hạt giống lai că chua không ựơn giản như câc loăi cđy trồng khâc mă rất phức tạp. Trở ngại lớn nhất của nó lă diệt bộ phận ựực ựể ngăn chặn việc tự thụ vă tăng cường khả năng nhận phấn ngoăi từ dòng bố. Theo Nguyễn Văn Hiển, 2000 [9], hệ thống chọn giống că chua ưu thế lai theo phương thức khử ựực thụ phấn bằng thủ công gồm câc bước sau ựđy:
- Chọn bố mẹ:
Trong tập ựoăn giống hiện có hoặc tìm kiếm thắm dựa văo câc nguyắn tắc chọn cặp bố mẹ trong lai giống ựể chọn câc dạng bố mẹ cho chương trình chọn giống ưu thế lai. Qua ựúc kết kinh nghiệm vă thănh tựu của câc nhă chọn giống trắn thế giới, dựa văo câc lý luận do di truyền học mang lại người ta ựê ựề ra câc nguyắn tắc cơ bản ựể chọn cặp bố mẹ khi lai. Câc nguyắn tắc ựó lă:
Nguyắn tắc khâc nhau về kiểu sinh thâi ựịa lắ.
Nguyắn tắc khâc nhau về câc yếu tố cấu thănh năng suất. Nguyắn tắc khâc nhau về thời gian câc giai ựoạn sinh trưởng. Nguyắn tắc khâc nhau về tắnh chống chịu.
Nguyắn tắc bổ sung câc tắnh trạng ựặc biệt. - Lăm thuần bố mẹ
Bản thđn câc giống ựê lă câc dòng thuần tuy nhiắn vẫn có một tỷ lệ thụ phấn chĩo nhất ựịnh xảy ra. Chọn câc câ thể ựiển hình, bao câch li ựể thu hạt tự thụ tuyệt ựối, hạt thu ựược gieo thănh dòng, chọn câc dòng ựồng nhất vă tiếp tục bao câch li thắm một lần nữa sẽ có câc dòng bố mẹ thuần dùng cho bước tiếp theo. Câc dạng bố mẹ tiếp tục bao câch li ựể thu hạt duy trì.
- Thử khả năng kết hợp
Chia bố mẹ thănh câc nhóm, mỗi nhóm 5 - 6 giống ựể thử khả năng kết hợp giữa chúng với nhau. Tiến hănh lai dialen theo sơ ựồ, con lai ựược trồng thử nghiệm vă tắnh khả năng kết hợp. Mỗi sơ ựồ chọn ra một tổ hợp có khả
năng kết hợp riắng cao nhất.
- Lai thử lại vă so sânh giống
Câc tổ hợp tốt nhất ựược lai thử lại ựể có ựủ hạt giống cho bố trắ thắ nghiệm so sânh giống, câc tổ hợp ựược ựấu loại với nhau. Thắ nghiệm so sânh giống ựược bố trắ 3 - 4 lần nhắc lại theo khối ngẫu nhiắn, diện tắch ô thắ nghiệm 10m2, ựối chứng lă giống ựịnh thay thế. Tổ hợp ựược chọn phải ựạt yắu cầu:
Lă giống ựứng ựầu thắ nghiệm
Hơn ựối chứng về năng suất hoặc một mặt quan trọng năo ựó (chống bệnh tốt hơn, chịu rĩt tốt hơnẦ). Bước tiếp theo lă tổ chức sản xuất hạt giống ựể cung cấp ựủ cho tất cả câc loại khảo nghiệm.