3. Yờu cầu của đề tài
1.2.4. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu đặc điểm sinh sản hữu tớn hở cam quýt
1.2.4.1. Những nghiờn cứu về hiện tƣợng đa phụi ở cam quýt
Đa phụi là hiện tượng sinh học của cõy trồng. Xột về bản chất tiến hoỏ của thực vật, hiện tượng đa phụi và hiện tượng tạo quả khụng hạt khi cho tự thụ phấn là 2 quỏ trỡnh cựng tồn tại giỳp cho sinh vật tiến hoỏ và duy trỡ nũi giống. Hiện tượng quả khụng cú hạt khi cho tự thụ cú thể giải thớch là cơ chế tự bảo vệ để chống lại sự thoỏi hoỏ do giao phấn gần ở thực vật. Chớnh nhờ cơ chế này mà thực vật luụn tiến hoỏ và qua chọn lọc tự nhiờn sẽ chỉ tồn tại những loài mới cú khả năng thớch nghi với điều kiện sống [23], [27], [28].
Trỏi lại hiện tượng đa phụi sẽ giỳp cho thực vật duy trỡ được nũi giống ớt bị biến động qua nhiều thế hệ.
Đối với cam quýt núi riờng và cỏc loài cõy ăn quả núi chung hiện tượng đa phụi gõy trở ngại cho cụng tỏc lai tạo giống mới, là một yếu tố cú ý nghĩa thực tiễn giỳp tạo nờn quần thể gieo hạt đồng đều phục vụ làm gốc ghộp trong nhõn giống vụ tớnh ở cõy ăn quả.
Hạt đa phụi ở cam quýt phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau: - Cú tớnh chất di truyền cho thế hệ sau.
- Số lượng phụi/hạt phụ thuộc giống, tuổi cõy, điều kiện ngoại cảnh. - Hạt đa phụi khi gieo thỡ tỷ lệ cõy hữu tớnh rất thấp.
- Tỷ lệ hạt đơn phụi của giống cú hạt đa phụi phụ thuộc vào từng giống và cú tớnh chất di truyền.
- Trong những điều kiện cụ thể phụi hữu tớnh cú thể phõn biệt được bằng mắt thường.
Giai đoạn đầu của sự hỡnh thành quả phụi hữu tớnh hỡnh thành trước sau đú bị phụi vụ tớnh hỡnh thành sau lấn ỏt và phần lớn bị chết hoặc rất yếu khi hạt vào giai đoạn chớn sinh lý [49]. Nhiều tỏc giả nước ngoài đó nghiờn cứu khỏ tỷ mỉ hiện tượng đa phụi , sự phỏt triển của phụi hữu tớnh và phụi vụ tớnh của hạt đa phụi ở cam quýt . Trờn cơ sở đú đó xõy dựng thành cụng cỏc phương phỏp cứu phụi hữu tớnh trong hạt đa phụi phục vụ cho cụng tỏc chọn tạo giống, đồng thời phương phỏp này cú thể tạo giống mới bằng cỏch tạo đột biến ở phụi vụ tớnh trong phũng thớ nghiệm dựa trờn cơ sở của phương phỏp nuụi cấy mụ tế bào nhằm tạo ra một quần thể cõy con đồng đều với số lượng lớn theo ý muốn [21], [27], [28].
Hiện tượng đa phụi mang nhiều nhõn tố tớch cực nờn trong nghiờn cứu và sản xuất, hạt đa phụi được sử dụng làm gốc ghộp hoặc nhõn giống bằng gieo hạt. Trong chọn tạo giống, hạt đa phụi gõy khú khăn khi xỏc định con lai
ở cỏc thế hệ sau đặc biệt ở đời F1 [22]. Trong hạt đa phụi, những phụi vụ tớnh nảy mầm thành cõy khỏe hơn và cú khuynh hướng giống cõy mẹ nhiều hơn cõy mọc từ phụi hữu tớnh [23] nờn khi lai tạo giống, cỏc con lai yếu và thường chết gõy khú khăn cho cụng tỏc chọn tạo và chăm súc cõy lai.
Hạt ở cỏc giống thuộc họ cam quýt cú hai dạng, hạt đơn phụi và hạt đa phụi. Với cỏc giống chỉ cú hạt đơn phụi, hạt được xỏc định hỡnh thành từ quỏ trỡnh thụ tinh. Những hạt chỉ mang một phụi duy nhất được xỏc định là phụi hữu tớnh. Đối với cỏc giống cú hạt đa phụi, đặc điểm hạt là cú một phụi hữu tớnh và từ một đến nhiều phụi vụ tớnh (phỏt triển từ tế bào cõy mẹ khụng qua thụ tinh). Trong quỏ trỡnh phỏt triển của hạt, phụi hữu tớnh trong hạt đa phụi thường sinh trưởng yếu và đa phần bị đào thải nờn quần thể hạt đa phụi thường là cõy mọc từ phụi vụ tớnh. Hiện tượng đa phụi ảnh hưởng rừ rệt đến quỏ trỡnh sinh sản hữu tớnh gõy khú khăn trong quỏ trỡnh lai tạo chọn con lai. Tuy nhiờn, hiện tượng đa phụi được lợi dụng trong nhõn giống cõy trồng bằng phương phỏp gieo hạt để tạo ra quần thể cõy đồng đều mang đặc điểm di truyền của cõy mẹ từ quần thể hạt đa phụi và được ứng dụng trong nhõn giống, chọn làm gốc ghộp....
Hiện tượng đa phụi đó được nghiờn cứu nhiều trờn cõy ăn quả cũng như ở cam quýt, nhưng chưa cú nhiều ứng dụng trong chọn giống. Trong một số nghiờn cứu và ứng dụng hiện tượng đa phụi, Manporia, Rudin và Exinovka (Nga), Kadziura (Nhật Bản) đó tạo được những giống cam quýt khụng hạt, chớn sớm, chịu rột, cú năng suất cao và phẩm chất tốt [36], [37]. Nghiờn cứu về đặc điểm đa phụi, nhiều cụng trỡnh đó xỏc định cỏc giống cam quýt cú hạt đa phụi. Cỏc loài cam quýt, chanh đều đa phụi cũn bưởi chua là đơn phụi [27]. Chi cam quýt (Citrus) cú hạt đa phụi nhưng chỉ cú một phụi phỏt triển thành cõy. Cam sành (quýt king), loài quýt lai giữa cam chanh và quýt thường cú hạt đa phụi. Quýt (C. nobolis) cũng cú đặc điểm đa phụi
[23]. Phật thủ và chanh yờn (citrus medica), hai dũng được thuần dưỡng sớm nhất ở Đụng Dương, Ấn Độ, Trung Quốc là giống đơn phụi [23]. Bưởi (Citrus grandis) thường cú hạt đơn phụi, bưởi chựm (C. paradise), một dạng đột biến của bưởi lại cú hạt đa phụi [21], [23]. Cỏc giống bưởi đều cú hạt đơn phụi, nhõn giống bằng hạt, cõy rất xấu nờn phải nhõn giống vụ tớnh [22].
Hiện tượng phổ biến ở đa số giống và loài cõy cú mỳi, riờng ở 11 giống thuộc nhúm bưởi pumelo khụng thấy hiện tượng đa phụi [49]. Tớnh đa phụi được xem như một đặc điểm phõn biệt bưởi pummelo với nhúm bưởi grapefruit. Trong nhúm quýt C. reticulata, rất nhiều giống bao gồm Ponkan,
Satsuma... cú nhiều phụi và tỷ lệ phụi vụ tớnh cao. Rất nhiều giống quýt là đơn phụi (monoembryonic). Trong nhúm cam C. sinensis, số phụi trong hạt thường trung bỡnh hoặc cao. Số phụi vụ tớnh thường khỏ cao ở đa số cỏc giống, khụng cú giống đơn phụi ở nhúm này [27].
Ở Việt Nam hiện tượng đa phụi ở cam quýt chưa được nghiờn cứu nhiều, mới chỉ cú một số cụng trỡnh điều tra đỏnh giỏ hạt đa phụi làm cơ sở để tạo gốc ghộp đồng đều hoặc cứu phụi. Nghiờn cứu đặc điểm sinh sản hữu tớnh trong lai tạo là điều rất cần thiết.
1.2.4.2. Những nghiờn cứu quỏ trỡnh thụ phấn thụ tinh
a) Sự thụ phấn
Sự tự thụ phấn: Sự vận chuyển hạt phấn đến nỳm nhụy xảy ra bờn trong 1 hoa (hoa lưỡng tớnh, nhị và nhụy phải chớn cựng một lỳc) hay giữa 2 hoa trờn cựng một cỏ thể. Sự tự thụ ở thực vật làm cho hậu thế yếu đuối, kộm phỏt triển, giảm khả năng thớch nghi của cơ thể đối với điều kiện mụi trường, thu hẹp khả năng chống chịu và khả năng phỏt tỏn của loài. Để hạn chế hiện tượng tự thụ, thực vật thường cú cơ chế ức chế thụ phấn thu tinh như: Tớnh tự bất hũa hợp, tớnh bất dục đực, tớnh bất dục cỏi, bất dục cả đực và cỏi....
Sự thụ phấn chộo: Là hỡnh thức thụ phấn xảy ra ở cỏc hoa trờn cỏc cõy khỏc nhau, hoa phải là hoa đơn tớnh. Hoa lưỡng tớnh cũng cú thể thụ phấn chộo với điều kiện nhị và nhụy khụng chớn cựng một lỳc. Thụ phấn chộo dẫn đến kết quả tớnh biến dị lớn hơn trong số con chỏu và thường được chọn lọc tự nhiờn ủng hộ. Muốn xảy ra sự thụ phấn chộo cần cú tỏc nhõn trung gian: Nhờ cụn trựng, nhờ giú, nhờ nước, nhờ con người. Tất cả đều cú hỡnh thức tiến húa riờng.
b) Sự thụ tinh
Khi hạt phấn được mang đến nỳm nhụy, nú nảy mầm tạo ra một ống phấn. Hạt phấn nảy mầm chứa một nhõn ống phấn và hai nhõn tinh trựng là thể giao tử đực trưởng thành. Ống phấn sinh trưởng rồi chui qua cỏc tế bào của nỳm nhụy và vũi nhụy để đến lỗ noón.
Cơ chế ức chế thụ phấn thụ tinh
1- Tớnh tự bất hũa hợp: Tự tương khắc là đặc tớnh tự khụng sinh sản, hạt phấn đồng tớnh (autopollen) khụng cú khả năng khởi đầu sự nẩy mầm hoặc khụng sinh trưởng đến noón nờn khụng cú sự thụ tinh ở trong cựng một hoa, trong hoa của cựng một cỏ thể. Trong trường hợp này cú sự khụng hũa hợp giữa cỏc yếu tố sinh ra do cựng một kiểu gen quy định [34].
Di truyền kiểm soỏt tớnh tự bất hũa hợp ở cỏc giống cam quýt đó được nhiều nhà khoa học nghiờn cứu. Tỏc giả Soost chứng minh cú nhiều alen S của gen điều khiển tớnh bất hũa hợp di truyền ở cõy cam quýt và cú ớt nhất 4 alen S của gen tự bất hũa hợp được phỏt hiện thấy ở cỏc giống quýt “Dancy”, quýt “Clementine”, quýt lai “Minneola”. Dựa trờn kết quả nghiờn cứu về phõn ly đời con lai, Soost đó xỏc nhận: Cú hơn 8 alen của gen tự bất hũa hợp di truyền ở cỏc giống bưởi [31]. Năm 1988, tỏc giả Ueno quan sỏt sự hỡnh thành hạt và khả năng đậu quả của cỏc giống cam quýt: “C.hasaku”, “C.tachibana”, “C.nastdaidai”. Dựa vào kết quả quan sỏt trờn, Ueno cho rằng, kiểu gen tự bất
hũa hợp đối với giống “C.hasaku” là S1S1, với giống “C.nastdaidai” là S2S3, với giống “C.tachibana” là S1S2 [32].
Trờn họ cam quýt, hiện tượng tự bất hũa hợp tạo quả khụng hạt. Ở cỏc tổ hợp lai bất hũa hợp (bao gồm cả tự thụ và thụ phấn chộo), sản phẩm của gen S (gen bất hũa hợp) sẽ ức chế quỏ trỡnh thụ tinh và cho quả khụng hạt. Protein của gen S chỉ xuất hiện tại thời điểm hoa nở [41], [46]. Quỏ trỡnh thụ phấn diễn ra ở cỏc thời điểm trước và sau khi hoa nở (khi protein của gen S chưa xuất hiện) thỡ gen S khụng tỏc động, quỏ trỡnh thụ tinh được thực hiện bỡnh thường và tạo quả cú hạt. Cũng trong nghiờn cứu, tỏc giả đó phỏt hiện ra đặc điểm: Protein của gen S chỉ cú thể ức chế quỏ trỡnh thụ tinh với những hạt phấn cú cựng alen (của gen S) với giao tử cỏi nằm trong noón của hoa. Khi tạo nờn nhận biết nhầm lẫn cỏc hạt phấn cú cựng alen S, cú thể thỳc đẩy quỏ trỡnh thụ tinh và hỡnh thành hạt ở cam quýt.
Tự không dung hợp là một trong cỏc nguyên nhân gây ra hiện t-ợng thụ phấn thụ tinh bất th-ờng tạo quả không hạt ở các giống b-ởi không hạt nổi tiếng của Thái Lan. Do vậy để sản xuất quả b-ởi không hạt, các nhà khoa học đã khuyến cáo trồng b-ởi tách biệt với các tác nhân thụ phấn khác [42].
Một số nghiờn cứu khỏc chứng minh rằng: Sự kộo dài ống phấn liờn quan đến hoạt động của enzim PME (pectin methylesterase) [51]. Sự kộo dài ống phấn phụ thuộc vào sự hỡnh thành vỏch tế bào của ống phấn. Ngay tại chúp của ống phấn, hiện diện duy nhất là chất pectin mà khụng thấy cú xen- lu-lụ hoặc ca-lụ trong điều kiện bỡnh thường [52]. Khi cú mặt enzim PME thỡ nhúm cac-bụ-xin sẽ liờn kết với can-xi làm cho vỏch tế bào của ống phấn trở nờn dày hơn bất thường. Kết quả là ống phấn khụng kộo dài được trong vũi nhụy [53].
Cam Washington Navel và quýt Satsuma cú phần lớn lượng hạt phấn
tạo quả không hạt. Nhiều giống th-ơng phẩm là không hạt hoặc ớt hạt (2 tới 4 hạt) là do tỷ lệ hạt phấn sống thấp và mức độ noãn bất dục cao [43], [47].
Khi nghiên cứu những biểu hiện về sự sinh tr-ởng của ống phấn b-ởi ở cả hai tr-ờng hợp “tự tương khắc” và “hòa hợp” tỏc giả Ngô Xuân Bình kết luận: trường hợp “tự tương khắc” ống phấn bị ngừng sinh tr-ởng trong vòng từ 1- 6 ngày sau khi thụ phấn [40], [41]. Ng-ợc lại, ở tr-ờng hợp “hòa hợp” ống phấn sinh tr-ởng nhanh tới bầu và noãn trong khoảng từ 4-8 ngày sau khi thụ phấn. Ống phấn dị hình về hình thái đ-ợc phát hiện ở cả hai trường hợp “tự tương khắc” và “hòa hợp” nhưng gặp nhiều ở tr-ờng hợp “tự tương khắc”.
Ở tr-ờng hợp “tự tương khắc” nhiều ống phấn sinh trưởng và xuyên đ-ợc vào bầu noãn. Khi hoa đ-ợc thụ phấn sau khi nở 2 - 6 ngày thì sự sinh tr-ởng của ống phấn t-ơng tự nh- hoa đ-ợc thụ phấn đúng lúc hoa nở.
2- Hiện tượng bất dục
Hiện tượng bất dục là sự khụng cú khả năng sinh sản hữu tớnh, khụng tạo ra hạt và cú thể tạo quả đơn tớnh. Quả phỏt triển được trong trường hợp này khụng phải là kết quả của quỏ trỡnh thụ tinh mà do cỏc chất ausin kớch thớch quả lớn lờn. Đõy là biểu hiện phỏt triển khụng bỡnh thường của quỏ trỡnh sinh sản hữu tớnh ở thực vật. Nguyờn nhõn tạo ra hiện tượng bất dục cú thể là do nội tại của cõy làm cho cỏc phụi tử đực, phụi tử cỏi bị chết khi cũn non nờn khụng tạo được cỏc giao tử, hoặc tạo ra giao tử nhưng phụi bị trẫm…. Hoặc do nguyờn nhõn bờn ngoài như sự thay đổi bất thường của mụi trường khiến cho quỏ trỡnh thụ tinh khụng được thực hiện [53].
Ngày nay, người ta cú thể chủ động tạo ra cỏc loài bất thụ bằng cỏc biện phỏp: Thụ phấn bằng hạt phấn lạ hoặc hạt phấn đó chết; lợi dụng tỏc dụng của dịch tiết hạt phấn; sử dụng chất kớch thớch sinh trưởng; dựng tỏc động của điều kiện ngoại cảnh; dựng phương phỏp đa bội thể tạo dũng khụng hạt….
Hiện tượng bất dục là biểu hiện phỏt triển khụng bỡnh thường của quỏ trỡnh sinh sản hữu tớnh ở thực vật nhưng ở cõy cam quýt, hiện tượng bất dục tạo ra những quả cú giỏ trị dinh dưỡng cao: Cam Navel, quýt Satsuma,…. Cỏc loại quả này khụng hạt, hàm lượng đường cao, mụ cơ giới ớt phỏt triển, chớn sớm, chất lượng cao hơn cỏc loại quả được thụ tinh và cú hạt [22], [23].
Nhiều giống cây thuộc họ cam quýt có quá trình thụ phấn, thụ tinh không bình th-ờng. Theo Nakamura giống cam Washington Navel và một vài giống khác, có hạt phấn đực bị thoái hóa tr-ớc khi b-ớc vào giai đoạn phân bào thứ nhất, dẫn đến kết quả là không sản sinh ra đ-ợc hạt phấn bình th-ờng nên thụ phấn thụ tinh không bình th-ờng và tạo quả không hạt. Chanh Tahiti, là một giống tam bội có ý nghĩa kinh tế quan trọng trên thế giới, sự bất dục của hạt phấn không do bản chất tam bội mà do tế bào mẹ hạt phấn bị thoái hóa trong giai đoạn sớm giống nh- ở cam Navel[53].
Tính bất dục đực của quýt Satsuma là một hiện t-ợng rất phức tạp, số l-ợng hạt phấn tạo ra trong bao phấn không đồng đều, khi ít, khi nhiều, đôi khi hoàn toàn không có hạt phấn; tế bào mẹ hạt phấn có thể bị thoái hóa ở giai đoạn sớm, nh-ng hầu hết trải qua giai đoạn giảm nhiễm bình th-ờng. Tuy nhiên, hầu hết tế bào hạt phấn thoái hóa ở các giai đoạn khác nhau của sự phát triển, kết quả là vào giai đoạn nở hoa, chỉ một vài hạt phấn phát triển bình th-ờng, còn lại đều bị thoái hóa [35].
Ảnh hưởng của quỏ trỡnh thụ phấn, thụ tinh đến năng suất, chất lượng quả: Chất lượng quả cam quýt được đỏnh giỏ bởi cỏc đặc điểm sau: Vị quả, màu sắc quả, tỷ lệ thịt quả, độ mềm thịt quả và số lượng hạt, hàm lượng dinh dưỡng,... Mục tiờu của cỏc nhà chọn tạo giống là chọn giống cõy ăn quả cú mỳi khụng hạt [34], [39]. Quả cam quýt cú số lượng hạt ớt hoặc khụn g hạt được đỏnh giỏ rất cao. Quả khụng hạt ở cam quýt là k ết quả của cỏc hiện tượng sau: Cõy bị bất dục đực hoặc bất dục cỏi, bất dục cả đực và cỏi, cõy ở
thể đa bội lẻ (3n), (5n),… Nhiều nghiờn cứu gần đõy chứng minh rằng quả khụng hạt cũn là kết quả của một số giống khi cho tự thụ hoặc giao phấn với nguồn hạt phấn khỏc nhau [31], [32]. Nagai và Tanigawa (Nhật Bản) sử dụng 20 giống cam quýt tự thụ v à giao phấn đó cho kết quả cú 4 giống khi tự thụ cho quả khụng hạt, tuy nhiờn cụng thức giao phấn tỏc giả chưa tỡm được tổ hợp lai cho quả khụng hạt [25].
Một số nghiờn cứu quỏ trỡnh tự thụ và giao phấn trờn cõy thuộc họ