Những nghiờn cứu quỏ trỡnh thụ phấn thụ tinh

3. Yờu cầu của đề tài

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 cam quýt cho thấy: Trong cụng thức tự thụ tỡm được 3 giống cam quýt cho quả khụng hạt, ở cụng thức giao phấn cũng tỡm thấy 3 tổ hợp lai cho quả khụng hạt [25]. Tuy nhiờn những kết quả nghiờn cứu trờn mới chỉ dừng ở mức độ kiểm tra về tỷ lệ đậu quả, số lượng hạt mà chưa đi sõu tỡm hiểu về chất lượng quả. Một số nghiờn cứu ảnh hưởng của nguồn hạt phấn khỏc nhau đến khả năng đậu quả và chất lượng của cam quýt cho thấy : Nguồn hạt phấn khỏc nhau cú tỷ lệ đậu quả và số lượng hạt/quả khỏc nhau, kớch thước quả thay đổi đụi chỳt, cỏc chỉ tiờu chất lượng khỏc thay đổi khụng nhiều. Điều này chứng tỏ nguồn hạt phấn ảnh hưởng đến năng suất, chất lượng quả thụng qua khả năng nõng cao tỷ lệ đậu quả và khả năng tạo quả khụng hạt [35].

Ngày nay cỏc nhà khoa học đều khẳng định rằng cú tới 50% số loài trong ngành thực vật hạt kớn mang khả năng tTạo quả khụng hạt hoặc tăng tỷ lệ đậu quả, giảm số lượng hạt/quả bằng cỏc nguồn hạt phấn khỏc [31], [47], [53]. Từ những kết quả nghiờn cứu trờn, việc tỡm ra nguồn hạt phấn phự hợp để sử dụng làm cõy trồng thụ phấn cho vườn cam quýt nhằm tăng năng suất , chất lượng quả là điều rất cú ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất.