4. GIẢ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
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 khả năng kết hợp chung cao, các dòng này có ý nghĩa lớn trong quá trình tạo giống (Trƣõng Đắch, 1980) [4].
+ Giai đoạn thử: Giai đoạn thử các dòng tự phối phụ thuộc vào nhà tạo giống trong quá trình chọn tạo dòng.
Tuy nhiên giai đoạn thử không phải là yếu tố quyết định trong quá trình tạo dòng ƣu tú (Hallauer, 1990) [34].
+ Chọn đúng cây thử: Yếu tố thành công trong công tác lai đỉnh là chọn đúng cây thử. Hiện nay có nhiều ý kiến khác nhau đối với vấn đề chọn cây
chọn cây thử nhƣ: năng suất, quan hệ huyết thống, nền di truyền, quan hệ bản thân dòng và các phản ứng của dòng trong lai thử. Xuất phát từ mục đắch kinh doanh, các nhà tạo giống lai thƣõng mại thƣờng sử dụng dòng ƣu tú làm cây thử vì họ muốn phát hiện một tổ hợp lai đỉnh là một lai đõn phục vụ cho sản xuất giống lai thƣõng mại (Ngô Hữu Tình, 1997) [18]. Theo Hallauer (1990)
[34], cây thử nên có sự khác biệt về di truyền và ở các nhóm có ƢTL đối lập
với dòng định thử.
Cây thử có thể có nền di truyền rộng (giống tổng hợp, giống lai kép...)
hoặc có nền di truyền hẹp (dòng thuần, lai đõn...). Theo Trần Hồng Uy (1985)
[25] thì không nên dùng cây thử có nền di truyền quá rộng hoặc có khả năng mạnh trong việc truyền một số đặc điểm cho con lai, cũng không nên sử dụng cây thử có nền di truyền quá hẹp (những dòng đồng huyết) vì sẽ không xác định đƣợc KNKH của dòng định thử.
Để đanh gia chắnh xác KNKH cua cac dong trong lai đỉnh nên sử dụng 2 hoặc nhiều cây thử. Cây thử năng suất thấp thắch hợp hõn cho việc đánh giá
dòng vì nó làm rõ sự khác biệt giữa các dòng đem thử, trong khi đó cây thử năng suất cao che lấp sự khác biệt đó. Hallauer, A.R và Miranda, J.B (1981) [35 ] cho rằng cây thử có khả năng kết hợp cao trong lai đỉnh có xác suất ra đƣợc giống lớn hõn cây thử có khả năng kết hợp trung bình hoặc thấp, còn
theo Kruliovski và Adamclunh, 1979; theo Ngô Hữu Tình, 1997 [17] thì cây
thử tốt nhất là dòng thuần có lƣợng alen trội và lặn bằng nhau.
Trong điều kiện Việt Nam nên sử dụng 2 cây thử, môt cây thƣ có nền di truyền rộng và một dòng thuần . Cây thƣ co nên di truyên rông la giống thụ phấn tự do trong sản xuất và một dòng thuần tốt để vừa xác định đƣợc khả năng kết hợp các dòng thuần nghiên cứu vừa có khả năng ra giống nhanh, phục vụ cho yêu cầu sản xuất.
Những cặp lai thu đƣợc qua lai đỉnh đƣợc so sánh theo phƣõng pháp thắ
nghiệm đồng ruộng và số liệu xử lý thống kê bằng phân tắch phƣõng sai (Analysis of Variance). Thƣờng các thắ nghiệm đƣợc bố trắ kiểu khối ngẫu
nhiên hoặc mạng lƣới cân bằng.
Mô hình toán học của các cặp lai đỉnh (Griffing, 1956) là:
Xij = ộ + gi + gj + sij + eijk
Trong đó: Độ lớn tắnh trạng con lai (i x j) ở lần nhắc lại k ộ: Tắnh trạng trung bình trong thắ nghiệm gi: KNKH chung của dòng i
gj: KNKH chung của cây thử j
sij: KNKH riêng giữa dòng i và cây thử j eijk: Sai số ngẫu nhiên.
Trên thực tế chọn tạo giống, xác định KNKH của vât liệu qua hai giai
đoạn. Giai đoan đâu đanh gia KNKH chung bằng phƣõng pháp lai đỉnh, sau đó đanh gia KNKH riêng bằng cách lai luân phiên.
Các dòng đa đƣõc chon loc qua lai đinh tiêp tuc lai luân phiên xác định
KNKH riêng để tìm ƣu thế lai. Những dòng khi lai với nhau cho ƣu thế lai cao nhất đƣợc sử dụng làm vật liệu tạo giống lai .
* Đánh giá khả năng kết hợp bằng phƣơng pháp lai luân phiên
Lai luân phiên (Diallel cross) là hệ thống lai thử dùng để đánh giá khả năng kết hợp do Sprague và Tatum đề xƣớng năm (1942) [38]. Năm 1974, East
đã sử dụng hệ thống lai luân phiên để xác định khả năng kết hợp của các kểu gen