Giáo trình Chọn giống cây trồng
172 trang
2712
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Chọn giống cây trồng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tài liệu đính kèm:
- giao_trinh_chon_giong_cay_trong.pdf
Nội dung text: Giáo trình Chọn giống cây trồng
- 1 B GIÁO D C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C NƠNG NGHI P HÀ N I PGS.TS.VŨ ðÌNH HỒ (Ch biên) PGS.TS.VŨ VĂN LI T. PGS.TS. NGUY N VĂN HOAN GIÁO TRÌNH CH N GI NG CÂY TR NG HÀ N I – 2005
- 2 L I NĨI ð U Cách đây hơn 10.000 năm con ngư i đã tr c ti p can thi p vào s ti n hĩa và làm thay đ i c u trúc di truy n c a th c v t đ th a mãn nhu c u c a mình. B t đ u b ng ch n l c nh ng cá th phù h p cho s ti n hĩa, ch n l c nhân t o đ i v i nh ng tính tr ng mong mu n như h t và qu to, th i gian sinh trư ng ng n, th p cây, v.v đã làm thay đ i các lồi th v t so v i h hàng hoang d i thân thu c. V m t l ch s , ch n gi ng đư c coi là m t ngh thu t r i sau đĩ là ngh thu t và khoa h c, ngày nay ch n gi ng là m t ngành khoa h c t ng h p. Nh ng ti n b ch n gi ng ch y u di n ra sau khi tái phát hi n các quy lu t di truy n c a Mendel. Ngày nay khoa h c ch n gi ng địi h i s ph i h p c a nhi u nhà khoa h c trong các ngành liên quan, gi a các cơ s nghiên c u ch n t o gi ng, trung tâm tài nguyên di truy n và các cơ s khác tham gia vào quá trình kh o nghi m và xác nh n gi ng cây tr ng m i. Cu c “Cách m ng xanh” cây lúa mì và lúa nư c thơng qua các gen lùn đã mang l i cu c s ng m no cho hàng tri u ngư i. Ti p t c nh ng d ng cơng ngh sinh h c đ chuy n các gen cĩ ích, ch n gi ng cây tr ng là m t trong nh ng ngành s n xu t đ ng gĩp to l n cho l i ích c a lồi ngư i. V i nh ng phát tri n m i trong ch n t o gi ng cây tr ng trên th gi i và Vi t Nam, ch ng h n như các gi ng ưu th lai, nh ng ti n b trong k thu t di truy n, vi nhân hàng lo i trong đi u ki n in vitro, v.v. cu n giáo trình này cung c p cho sinh viên đ i h c và sau đ i h c ngành ch n gi ng cây tr ng, nơng nghi p, làm vư n nh ng nguyên lý và ki n th c c p nh t cơ b n c a ch n gi ng th c v t d a trên ki n th c di truy n ng d ng và nh ng ngành khoa h c liên quan. V cơ b n, cu n giáo trình c p nh t thêm nhi u ki n th c c a ch n gi ng so v i các giáo trình biên so n trư c đây. Vì v y, đ ti p thu t t n i dung c a giáo trình sinh viên ph i cĩ cơ s v th c v t h c, di truy n, các ki n th c sinh h c, th ng kê và tr ng tr t đ i cương. Cu n giáo trình g m 14 chương chia làm 3 Ph n. Ph n đ u (Chương 1 – 4) gi i thi u nh ng ki n th c nh p mơn làm n n t ng cho ch n t o gi ng; đĩ là l ch s c a ti n hĩa cây tr ng, quá trình ch n gi ng, vai trị và xu th c a ch n gi ng trong s n xu t nơng nghi p, ngu n gen trong ch n gi ng, các nguyên lý sinh s n, di truy n, đ c bi t di truy n s lư ng. Ph n II (Chương 5- 12) trình bày các phương pháp ch n t o gi ng cơ b n, đ c thù đ i v i phương th c sinh s n: t th ph n, giao ph n và sinh s n vơ tính, đ t bi n, đa b i th , lai xa và ng d ng cơng ngh sinh h c trong ch n gi ng. Ph n III (Chương 13 và 14) cung c p cho sinh viên nh ng nguyên lý liên quan t i cơng nh n gi ng, duy trì và s n xu t gi ng. Các tác gi sau đây đã đĩng gĩp cho cu n giáo trình này: 1. Vũ ðình Hịa, các chương I, III, IV, VII, VIII, IX, X, XII 2. Nguy n Văn Hoan, các chương II, V, XI 3. Vũ Văn Li t, các chương VI, XIII, XIV Chúng t i tin tư ng r ng cu n giáo trình s cĩ ích cho sinh viên trong vi c lĩnh h i b n ch t khoa h c c a ch n gi ng, c p nh t nh ng ki n th c c n thi t đ cĩ th ti p c n nh ng ki n th c cao hơn và l a ch n đ phát tri n ch n t o gi ng thành m t ngh nghi p. Tuy nhiên do th i gian và đi u ki n cĩ h n cu n giáo trình chưa th đ c p đ y đ nh ng ki n th c mà đ c gi cĩ th yêu c u và khĩ tránh kh i nh ng khi m khuy t. R t mong nh n đư c s đĩng gĩp ý ki n c a đ c gi đ t p th tác gi c i ti n, b sung trong l n xu t b n sau. Thay m t t p th tác gi Ch biên PGS. TS. Vũ ðình Hịa Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .1
- 3 M C L C Trang L i nĩi đ u i Chương 1. Ch n gi ng cây tr ng trong s n xu t nơng nghi p 1 1. L ch s ch n gi ng cây tr ng 1 2. Ch n gi ng cây tr ng là gì? 2 3. Vai trị c a ch n gi ng trong s n xu t nơng nghi p 3 4. Xu hư ng phát tri n c a ch n gi ng cây tr ng 4 Chương 2: Ngu n gen th c v t trong ch n gi ng cây tr ng 6 1. Khái ni m ngu n gen th c v t và ý nghĩa c a ngu n gen th c v t 6 trong ch n gi ng 2. Phân lo i ngu n gen (t p đồn), ngu n thu th p và trung tâm 7 kh i nguyên 3. Các trung tâm tài nguyên di truy n th c v t 9 4. Thu th p và b o t n ngu n gen 11 5. Nh p n i 15 6. ðánh giá, mơ t , l p cơ s d li u và s d ng ngu n gen 16 7. Khái ni m v a gen 18 Chương 3. Phương th c sinh s n, tính t b t h p và b t d c đ c 20 th c v t 1. Phương th c sinh s n th c v t 20 2. Tính t b t h p 23 3. B t d c đ c 26 Chương 4 Di truy n s lư ng trong ch n gi ng cây tr ng 30 1. Giá tr ki u hình, ki u gen và các thành ph n phương sai 30 2. H s di truy n và hi u qu ch n l c 32 3. Tương quan di truy n và ph n ng liên đ i 33 4. Ch n l c đ ng th i nhi u tính tr ng 43 5. Tương tác ki u gen – mơi trư ng và tham s n đ nh 38 6. Kh năng k t h p 43 Chương 5: Phương pháp lai và ch n l c cây t th ph n 47 1. C u trúc di truy n c a qu n th th th ph n 47 2. Ch n l c d a vào ngu n bi n d t nhiên 48 3. Ch n l c t các qu n th lai 49 4. Phương pháp lai l i 54 5. K thu t đơn b i kép 56 Chương 6: Phương pháp ch n l c cây giao ph n 59 1. Ch n l c c i ti n qu n th 59 2. C i ti n đ ng th i hai qu n th 68 3. Ch n l c đa giao (t o gi ng t ng h p) 70 Chương 7: Ch n gi ng cây sinh s n vơ tính 72 1. M đ u 72 2. Phương pháp ch n gi ng 73 i
- 4 Chương 8: Ch n t o gi ng b ng phương pháp đ t bi n 80 1. Ý nghĩa c a phương pháp ch n gi ng đ t bi n 80 2. Tác nhân đ t bi n và tính ch t 81 3. Li u lư ng x lý 81 4. V t li u và phương pháp x lý đ t bi n 82 5. Quy trình ch n l c th đ t bi n 85 Chương 9. ng d ng đa b i th và dơn b i th trong ch n gi ng 1. ða b i th - 2. ðơn b i th - Chương 10: Lai xa 91 1. Nh ng ng d ng c a lai xa 91 2. Khĩ khăn khi lai xa 91 3. Phương pháp kh c ph c khĩ khăn khi lai xa 92 4. M t s thành t u lai xa cây ăn qu 95 Chương 11. T o gi ng lai 96 1. Ý nghĩa c a gi ng lai 96 2. ðo ưu th lai 97 3. Cơ s di truy n c a ưu th lai 98 4. Quy trình t o gi ng lai cây giao ph n 98 5. Quy trình t o gi ng lai cây t th ph n 108 Chương 12: ng d ng cơng ngh sinh h c trong ch n t o gi ng cây 113 tr ng 1. M đ u 113 2. Nuơi c y mơ và t bào 113 3. Dung h p t bào tr n 116 4. K thu t di truy n 118 5. Ch n l c d a vào ch th 122 Chương 13. Kh o nghi m và cơng nh n gi ng cây tr ng 125 1. Nh ng khái ni m cơ b n 125 2. Các bư c ch n t o và ph bi n gi ng cây tr ng 127 3. Mơ t và nh n bi t gi ng cây tr ng 127 4. Kh o nghi m tính khác bi t, tính đ ng nh t và tính n đ nh 129 (DUS) 5. Kh o nghi m giá tr canh tác và giá tr s d ng (VCU) 136 Chương 14: S n xu t h t gi ng 140 1. Nhi m v c a s n xu t gi ng 140 2. Nguyên lý duy trì gi ng cây tr ng 140 3. S n xu t gi ng 144 4. Duy trì gi ng lai cây giao ph n 148 5. Duy trì gi ng lai cây t th ph n 149 6. Duy trì cây sinh s n vơ tính 151 7. Ki m nghi m và c p ch ng ch h t gi ng 152 ii
- 5 CHƯƠNG I CH N GI NG CÂY TR NG TRONG S N XU T NƠNG NGHI P M c tiêu c a chương 1. N m đư c l ch s thu n hĩa và ch n gi ng cây tr ng 2. Hi u đư c b n ch t c a ch n gi ng (là s ti n hĩa đ nh hư ng, tính đa ngành,v.v.) 3. Hi u đư c vai trị c a ch n gi ng đ i v i nơng nghi p và xu th ch n gi ng hi n đ i 1. L ch s ch n gi ng cây tr ng Nơng nghi p tr thành m t phương pháp s n xu t lương th c th c ph m kho ng 10.000 năm trư c. Là m t b ph n c a nơng nghi p con ngư i chuy n t săn b n, hái lư m tr thành ngư i tr ng tr t và chăn nuơi, bi n đ i h sinh thái phù h p nhu c u c a mình và cũng b t đ u bi t cách tác đ ng quá trình ti n hố t nhiên b ng con đư ng ch n t o gi ng cây tr ng và v t nuơi. S đa d ng sinh h c c a trái đ t là do ch n l c t nhiên, cịn s đa d ng c a cây tr ng và v t nuơi là do ch n l c nhân t o. Ch m ch p và t t , quá trình ti n hố thơng qua gieo tr ng và ch n l c đã tr thành cơng vi c thư ng xuyên mà ngày nay đư c g i là ch n gi ng Trong quá trình đĩ tính di truy n- s truy n tính tr ng t b m cho th h con cái - đĩng vai trị h t s c quan tr ng. H qu c a tính di truy n đã đư c ngư i xưa bi t đ n t khi b t đ u th c hành nơng nghi p. Nhi u phương pháp khác nhau đã phát tri n trong ch n gi ng cây tr ng. M t trong nh ng phương pháp quan tr ng nh t là phương pháp ch n l c. ðây là phương pháp sơ khai nh t b t đ u cùng v i s thu n hĩa nhưng cũng là phương pháp thành cơng nh t trong ch n gi ng th c v t. Quá trình ch n l c đã làm thay đ i đ c đi m di truy n c a cây tr ng lương th c, th c ph m ch y u thơng qua ch n l c vơ ý th c và cĩ ý th c theo c m nh n v giá tr s d ng, th m m , kinh t c a con ngư i (s ti n hố cĩ đ nh hư ng) (B ng 1.1). Theo Nicolai I. Vavilov, cĩ 8 trung tâm kh i nguyên c a nh ng lồi cây tr ng quan tr ng (vùng đ a lý cĩ s đa d ng di truy n l n nh t) mà t i đĩ cây tr ng đư c thu n hố t các lồi t tiên c a chúng. Ví d , lúa mì đư c thu n hố vùng C n ðơng; ngơ Trung M ; lúa nư c n ð , Trung Qu c và ðơng Nam Á. Thu n hố và ch n gi ng là s thúc đ y s ti n hố cĩ đ nh hư ng c a con ngư i. Kh năng phân bi t và l a ch n đã hình thành ý tư ng ch n l c. ðây là phương pháp sơ khai nh t nhưng cũng là phương pháp thành cơng nh t trong ch n gi ng cây tr ng. ði u ki n tiên quy t c a ch n l c là s đa d ng hay s bi n đ ng di truy n c a qu n th . Ch nh ng cá th cĩ năng su t cao nh t, tho mãn nh t theo m c đích t qu n th đa d ng đư c l a ch n, ph n cịn l i b lo i b . Th h con c a các cá th đư c ch n đư c ti p t c gieo và sàng l c. Quá trình đĩ l p đi l p l i cho đ n khi qu n th đ ng nh t cĩ nhi u tính tr ng mong mu n nh t. B ng 1.1: S thay đ i di truy n c a cây g n li n v i quá trình thu n hố và ch n l c. Tính tr ng Ví d M t kh năng phát tán Ngơ, lúa mì M t tính ng ngh Lúa nư c, lúa mì, ki u m ch Chuy n t lâu năm sang m t năm Lúa nư c, lúa mì đen, s n M t kh năng ra qu C t , khoai lang M t kh năng hình thành h t Chu i, cam quýt Tăng kích thư c H t ð u Qu Bí ngơ Cơ quan d tr S n, cà r t Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .3
- 6 Tuy nhiên, ch n l c các gi ng cây tr ng năng su t cao khơng ph i là cơng vi c d dàng. Nhi u cơng c khác nhau đư c s d ng đ h tr cho ch n l c. Vì v y, ch n gi ng khoa h c ngày nay g n li n v i s phát tri n c a các ngành khoa h c khác (B ng 2.1). B ng 2.1: Nh ng s ki n phát tri n khoa h c nh hư ng t i ch n gi ng cây tr ng Năm S ki n 1694 Camerarius – nghiên c u và phát hi n gi i tính th c v t 1760 Linneaus – mơ t các cơ quan gi i tính m t s lồi th c v t và t o ta con lai khi lai các gi ng khác nhau 1760 Koelreuter – ngư i tiên phong trong vi c lai gi ng; đã lai và mơ t s lư ng l n con lai trong và gi a các lồi thu c lá 1859 Darwin cơng b cu n sách “V ngu n g c các lồi thơng qua ch n l c t nhiên” gây tác đ ng m nh m t i ch n gi ng 1865 Mendel đ xu t các đ nh lu t di truy n 1870 Beal ch ng minh s u s ng con lai (hybrid vigor) ngơ khi lai 2 gi ng khơng cĩ quan h h hàng 1900 Tái phát hi n đ nh lu t di truy n Mendel do Tshermak, Correns và De Vries m ra m t k nguyên m i trong di truy n h c và ch n gi ng d a vào các nguyên lý di truy n 1903 Johannsen - h c thuy t dịng thu n, m i quan h gi a ki u hình và ki u gen 1904-1918 Shull, East, Jones – phát hi n s suy thối t ph i và ưu th lai ngơ, m đ u cho vi c s d ng gi ng lai F1 trong s n xu t 1928-1929 Mueller và Stadler - ð t bi n phĩng x 1953 Watson, Crick và Wilkins – mơ hình xo n kép c a phân t ADN 1960s Cách m ng xanh b t đ u b ng các gi ng lúa mì t o ra Mexico (mang gen lùn, năng su t cao, thích ng v i đi u ki n c a các nư c nghèo, vùng á nhi t đ i) – gi i Nobel Hồ Bình dành cho N. Borlaug năm 1970 1970s K thu t ADN tái t h p 1970's Các gi ng lúa nư c th p cây cĩ năng su t cao đư c đưa vào Vi t Nam, ví d IR-8, IR5 , làm thay đ i mùa v bi n v xuân thành v lúa chính 1980s K thu t di truy n phân t RFLP, AFLP, RAPD b n đ gen 1990's K ngh chuy n gen và đưa cây chuy n gen vào s n xu t, v i 58,7 tri u ha năm 2002 trên tồn th gi i 2. Ch n gi ng cây tr ng là gì? Ch n gi ng cây tr ng là ngh thu t và khoa h c c i ti n tính di truy n c a th c v t vì l i ích c a lồi ngư i (Poehlman và Sleper, 1995). Ch n gi ng cây tr ng đ ng nghĩa v i c i ti n cây tr ng. Trong quá kh , khi con ngư i bi t thu n hĩa cây d i thành cây tr ng ch n gi ng là ngh thu t ch n l c, đĩ là kh năng quan sát và phân bi t nh ng cá th phù h p m c đích kinh t , th m m c a mình. Ch n gi ng mang tính khoa h c di n ra trong kho ng 200 năm tr l i đây, đ c bi t sau khi tái phát hi n các đ nh lu t di truy n c a Mendel vào đ u th k 20 và ch n gi ng mang tính khoa h c nhi u hơn tính ngh thu t. G n đây, cơng ngh sinh h c và k thu t di truy n cho phép chuy n b t kỳ gen nào vào cây, g i là cây chuy n gen. B ng 3.1 so sánh m t s đ c đi m c a phương pháp ch n gi ng truy n th ng và phương pháp ch n gi ng hi n đ i (Cơng ngh sinh h c). Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .4
- 7 B ng 3.1: Phương pháp ch n gi ng truy n th ng và phương pháp ch n gi ng áp d ng cơng ngh sinh h c ð c đi m Ch n gi ng truy n th ng Ch n gi ng hi n đ i Gen đư c chuy n Ch các gen t cây tr ng Gen cĩ ích t b t kỳ cơ th cùng lồi ho c các lồi h s ng nào (vi rut, vi khu n, hàng tương h p th c v t, n m men, đ ng v t, v.v.) Phương pháp chuy n gen Lai và ch n l c K thu t di truy n Th i gian thu nh n cây m i Trên 2 năm Dư i 2 năm Chi phí ch n gi ng Chi phí th p Chi phí cao Cơng ngh s d ng Cơ b n và đơn gi n K thu t cao và khĩ 2. Vai trị c a ch n gi ng trong nơng nghi p ð tăng năng su t cây tr ng c n ph i đ m b o các y u t quan tr ng sau: - Ki u gen (gi ng) - Nư c - Dinh dư ng - Qu n lý d ch h i (sâu b nh) - ði u ki n đ t đai - H t gi ng C i ti n cây tr ng thơng qua ch n gi ng ch là m t y u t đ c i ti n năng su t. B n y u t , nư c, dinh dư ng, qu n lý d ch h i và đi u ki n đ t đai h p thành bi n pháp canh tác t o ra mơi trư ng t i ưu cho cây tr ng sinh trư ng và phát tri n. Gi ng (ki u gen) bi u th kh năng s n xu t c a cây trong m t mơi trư ng nh t đ nh. Như v y, đ tăng năng su t ph i c i ti n c mơi trư ng sinh trư ng cho cây l n c i ti n đ c đi m di truy n. Năng su t t i đa khơng th đ t đư c ch b ng bi n pháp canh tác t t hay ch b ng gi ng đư c c i ti n. Khơng cĩ bi n pháp canh tác t t phù h p thì ti m năng năng su t c a gi ng s b lãng phí; khơng cĩ gi ng t t thì l i ích và hi u qu c a các bi n pháp canh tác khơng đ t t i đa. Thành qu ch n t o gi ng cây tr ng trên ph m vi th gi i đã nâng cao năng su t, ch t lư ng s n ph m nơng nghi p, tho mãn nhu c u ngày càng cao c a lồi ngư i. ði n hình là “ Cách m ng xanh” t th p k 60 c a th k 20 đã làm tăng v t năng su t cây tr ng, ch y u là lúa mì, lúa nư c, ngơ do c i ti n ki u gen k t h p v i c i ti n k thu t (phân đ m, tư i tiêu, cơ gi i hố). Vi t Nam cơng tác gi ng cây tr ng khơng ch gĩp ph n vào vi c tăng năng su t, ch t lư ng mà làm thay đ i c cơ c u mùa v , tính đa d ng c a s n ph m, b o đ m an ninh lương th c, v.v. . Năng su t lúa, ngơ và nhi u cây tr ng khác khơng ng ng tăng trong nhi u th p k qua (B ng 4.1, Hình 1.1) Mục tiêu chọn giống T o gi ng m i là áp d ng các nguyên lý di truy n và các khoa h c liên quan khác đ c i ti n đ c đi m di truy n. M c tiêu chính c a chương trình ch n gi ng g m: - Nâng cao năng su t h t, s i, th c ăn, d u, đư ng, qu , Năng su t cĩ th c i ti n thơng qua kh năng sinh trư ng c a cây, kh năng s d ng ánh sáng, CO2, nư c và dinh dư ng cĩ hi u qu . (Ví d , các nhà khoa h c chuy n gen cây C4 vào cây lúa nư c đ tăng kh năng quang h p) - C u trúc c a cây Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .5
- 8 - Lá đ ng – tr ng dày hơn - Th p cây – ch ng đ t t hơn, tăng h s kinh t , tăng hi u qu s d ng nư c - Kh năng ch ng ch u - ði u ki n b t l i c a mơi trư ng (h n, rét, chua, m n, v.v.) - Kháng sâu, b nh (gen Bt ch ng sâu, gen mã hố v protein kháng vi rut ) - Kháng thu c tr c - Ch t lư ng: thành ph n dinh dư ng (vitamin A - Beta-carotene gi ng Lúa Vàng, tăng kh năng b o qu n (cà chua), vacxin d a vào th c ph m (cà chua, khoai tây). B ng 4.1: Năng su t lúa Vi t Nam và th gi i (1975-2000) Năm Vi t Nam Th gi i 1975 21,2 17,0 1980 20,8 18,7 1985 27,3 22,0 1990 31,9 24,0 1995 36,9 25,1 1998 39,6 25,7 2000 42,5 - Bushels trên Acre 160 140 120 100 80 60 Gi ng lai đơn Gi ng th ph n t do 40 20 Gi ng lai kép 0 1866 1876 1886 1896 1906 1916 1926 1936 1946 1956 1966 1976 1986 1996 Năm Hình 1.1: Năng su t ngơ t năm 1870 đ n năm 1996 3. Xu hư ng phát tri n c a ch n gi ng cây tr ng Chon t o gi ng cây tr ng là m t cơng vi c sáng t o, c n thi t đ gi i quy t v n đ lương th c, th c ph m, s i tồn c u cho hi n t i và tương lai trong b i c nh đ t tr ng tr t b thu h p, tăng dân s và nhu c u khơng ng ng thay đ i. Bu i đ u c a ch n gi ng thành cơng cĩ th đ t đư c b ng các phương pháp ch n t o gi ng đơn gi n, như ch n l c các cá th mong mu n nh t t nh ng qu n th t nhiên. T i th i đi m đĩ tính ngh thu t (kh năng quan sát và xác đ nh s khác nhau v giá tr kinh t , th m m gi a các cá th trong qu n th c a cùng m t lồi) đĩng vai trị quan tr ng. V i s c i ti n cây tr ng thơng qua ch n gi ng yêu c u đ i v i gi ng tăng lên; m i m c tiêu đư c gi i quy t l i là đi m xu t phát c a nh ng nhi m v m i, ph c t p hơn. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .6
- 9 ð t o ra ngu n bi n d m i cĩ nhi u tính tr ng mong mu n, nhà ch n gi ng ph i áp d ng nhi u phương pháp khác nhau: lai, đ t bi n, đa b i th , t o gi ng lai, và g n đây là cơng ngh sinh h c. Trong xu hư ng phát tri n, ti n b c a ch n gi ng ngày càng địi h i đ u tư cao hơn, thi t b hi n đ i hơn. Ch ng h n, mu n ch n đư c m t cây đ u lupin nghèo alkaloid ph i phân tích 1,5 tri u cá th ; đ tìm ra m t cây khơng tách v ph i ki m tra 10 tri u cây (Keppler, 1963). Tương t , đ tìm đư c m t th đ t bi n đơn gen v protein cây t th ph n ph i gieo tr ng kho ng m t tri u cá th (Oram và Brock, 1972). Hơn n a, ch n gi ng hi n đ i khơng ch liên quan t i vi c c i ti n m t tính tr ng đơn l mà nhi u tính tr ng ph c t p hơn. Do tính ph c t p c a ch n gi ng ngày m t tăng nên s đĩng gĩp c a nhi u ngành khoa h c vào ch n gi ng (di truy n h c và các ngành khoa h c cĩ liên quan) cũng tăng lên. Cơ s khoa h c c a ch n gi ng hi n đ i ngày m t r ng hơn, mang tính t ng h p c a nhi u mơn khoa h c khác như t bào h c, sinh h c phân t , th c v t h c và phân lo i h c, sinh lý, b nh cây, cơn trùng, hĩa h c, th ng kê. ð u th k 20 các phương pháp ch n gi ng ch y u d a vào kinh nghi m. Khi di truy n h c t o cơ s lý thuy t các phương pháp ch n gi ng cĩ hi u qu hơn m i đư c áp d ng, đĩ là phương pháp ch n l c chu kỳ, phương pháp c i ti n qu n th , phương pháp h i quy. Vi c s d ng ưu th lai và b t d c đ c t gi a th k 20 và cây tr ng chuy n gen vào cu i th k 20 s khơng th c hi n đư c n u khơng cĩ s phát tri n c a sinh h c hi n đ i. Nh ng ti n b g n đây nh t v nuơi c y mơ, t bào và k ngh di truy n như dịng hĩa gen và chuy n n p gen đã cho phép các nhà ch n gi ng thi t k nh ng phương pháp m i. Hi u qu c a cơng tác ch n t o gi ng hi n đ i cũng địi h i s h p tác qu c t , c trong cơng tác ch n gi ng l n cơng tác kh o nghiêm và trao đ i ngu n gen. Nhi u t ch c qu c t và khu v c đư c hình thành nh m h tr , xúc ti n ti n đ ch n gi ng và s d ng gi ng m i. Nh ng t ch c qu c t và khu v c liên quan g m: Vi n nghiên c u Lúa qu c t (Philippin), Trung tâm c i ti n Lúa mì và Ngơ qu c t (Mêhicơ), Trung tâm Khoai tây qu c t (Peru), Trung tâm Nơng nghi p Nhi t đ i (Colombia), Vi n Nơng nghi p nhi t đ i (Nigeria), Trung tâm Nghiên c u và Phát tri n Rau châu Á, v.v Câu h i ơn t p 1. Ch n gi ng cây tr ng là gì? T i sao ngư i ta g i ch n gi ng là s ti n hĩa cĩ đ nh hư ng c a con ngư i? 2. S khác nhau gi a tính ngh thu t và tính khoa h c trong ch n gi ng. 3. Nêu nh ng áp d ng c a m t s ngành khoa h c: sinh lý th c v t, b nh cây, thơng kê sinh h c trong ch n gi ng. 4. Nêu vai trị c a ch n gi ng đ v i s n xu t nơng nghi p. 5. Mơ t trình phát tri n c a khoa h c ch n gi ng cây tr ng trong kho ng 200 năm tr l i đây. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .7
- 10 CHƯƠNG II NGU N GEN TH C V T TRONG CH N GI NG CÂY TR NG M c tiêu h c t p c a chương 1. Hi u đư c s c n thi t, vai trị và ý nghĩa c a ngu n gen và đa d ng di truy n trong ch n gi ng và nơng nghi p. 2. N m đư c các trung tâm phát sinh và đa d ngg cây tr ng trên th gi i 3. Phân lo i đư c ngu n gen thưc v t s d ng trong ch n gi ng và trong đ i s ng 4. Phân tích đư c s c p thi t và phương pháp thu th p, b o t n và s d ng ngu n tài nguyên di truy n th c v t 1. Khái ni m ngu n gen th c v t và ý nghĩa c a ngu n gen th c v t trong ch n gi ng Ngu n gen th c v t là m t t p h p v t li u th c v t, cĩ th là các gi ng gi ng đ a phương, các gi ng c i ti n, hay các lồi hoang d i h hàng thân thu c, v.v. làm cơ s cho c i ti n cây tr ng, ch n t o gi ng cây tr ng m i hay các ho t đ ng nghiên c u cĩ liên quan. ðĩ là m t t p h p tính đa d ng di truy n th c v t đư c tích lu qua nhi u năm ti n hố trong đi u ki n ch n l c t nhiên và nhân t o. Ngu n gen cũng cĩ nghĩa là cung c p thơng tin đã tư li u hố v ngu n gen liên quan t i m t lồi trong các ngân hàng gen trên tồn th gi i đ các nhà ch n gi ng s d ng. M t thu t ng khác do Nhĩm chuyên gia v khám phá và du nh p th c v t c a FAO năm 1970 dùng đ ch ngu n gen là Tài nguyên di truy n (Các Trung tâm tài nguyên di truy n). M c tiêu chính c a các trung tâm tài nguyên di truy n là b o t n ngu n gen lâu dài, nhân và phân ph i ngu n gen. S t p h p s đa d ng di truy n hay ngu n gen th c v t cung c p ngu n bi n d to l n cho các chương trình ch n gi ng đ t o ra các gi ng m i ưu vi t cĩ nhi u tính tr ng mong mu n. Ngu n v t li u càng đa d ng bao nhiêu, thì kh năng/xác su t t o ra gi ng t t càng cao b y nhiêu. Vavilov, nhà ch n gi ng ngư i Nga đã nh n ra nguyên lý gi n đơn này t nh ng năm đ u c a th k 20. Trong kho ng t 1923 đ n 1931, Vavilov đã t ch c nhi u đồn thám hi m và thu th p cây tr ng trên tồn th gi i, v i trên 300.000 m u c a các d ng tr ng tr t l n các lồi hoang d i h hàng và đã ch ng minh s đa d ng di truy n c a cây tr ng và ý nghĩa c a tính đa d ng đ i v i ch n gi ng. Cơng trình đi u tra, thu th p và phân lo i đã cung c p ngu n d li u giá tr và ý nghĩa to l n v phân b cây tr ng trên th gi i, s gi ng trong m t lồi, s bi n đ ng c a các tính tr ng cĩ ích, dãy bi n d tương đ ng, t n s và s phân b các gen đ i v i các tính tr ng đ c thù, v.v Trên cơ s các cơng trình này Vavilov đã k t lu n và đ xu t 8 trung tâm kh i nguyên cây tr ng trên th gi i (B ng 1.2.). Ngày nay, nhi u trung tâm qu c t , trung tâm vùng và qu c gia đư c thành l p đ thu th p và b o t n ngu n gen. ð c bi t, vi c thu th p và b o t n ngu n gen ngày càng tr nên c p thi t do nguy cơ sĩi mịn gen hay sĩi mịn di truy n. Hàng nghìn gi ng đ a phương c a hàng trăm lồi hình thành do ch n l c t nhiên và nhân t o và các lồi h hàng đang m t d n và b thay th b i các gi ng m i và khai hoang m r ng di n tích tr ng các gi ng c i ti n. S m t mát đáng k nh t x y ra trong nh ng th p k g n đây. Ví d , trong năm 1949 Trung Qu c gieo tr ng g n 10.000 gi ng lúa mì , nhưng đ n năm 1970 s lư ng gi ng ch cịn kho ng 1.000 (FAO, 1995) . Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .6
- 11 2. Phân lo i ngu n gen (t p đồn), ngu n thu th p và trung tâm kh i nguyên 2.1 Phân lo i ngu n gen th c v t Ngu n gen th c v t đư c phân thành m t s lo i sau: i) T p đồn cơ b n (base collection): ðây là nh ng t p h p l n c a ngu n gen đư c gi b ng h t trong kho qu c gia và qu c t đ b o t n lâu dài, ch a đ ng thơng tin di truy n c a m i lồi đư c b o qu n d i h n (các trung tâm b o t n). Ngu n gen này ch cung c p và s d ng trong nh ng trư ng h p c n thi t, khi t p đồn ho t đ ng b thi u h t, m t mát. ð b o qu n lâu dài c n cĩ nh ng đi u ki n c n thi t gi đư c t l n y m m và tính n đ nh di truy n. H t thư ng đư c b o qu n đi u ki n nhi t đ -18 đ n -20oC v i đ m 3- 5%. H t đư c đĩng gĩi trong bao bì kín cách ly v i mơi trư ng ngồi và ki m tra đ nh kỳ t l n y m m. ii) T p đồn ho t đ ng (active collection): T p đồn này g m các m u gi ng các lo i cây tr ng c th c a t p đồn cơ b n đư c l p l i, đư c b o qu n v i s lư ng l n trong đi u ki n thích h p, đư c tư li u hố và đư c các nhà ch n gi ng s d ng tr c ti p cho cơng tác ch n t o. T p đồn ho t đ ng thư ng xuyên bi n đ ng và đư c nhân b sung đ s d ng. ði u ki n b o qu n m c trung h n (10-15 năm) nhi t đ 5oC, đ m khơng khí tương đ i 30-45% và đ m h t 7-8%. N u s lư ng và ngu n g c đ a lí c a các m u gi ng đ t t i lu ng đáp ng nhu c u tồn th gi i thì t p đồn cơng tác đĩ đư c g i là T p đồn th gi i. iii) T p đồn cơng tác (working collection): Là t p đồn g m s lư ng m u gi ng c n thi t do cơ s nghiên c u gi ph c v cho cơng tác ch n t o gi ng ho c nghiên c u. T p đồn cơng tác thư ng đư c b o qu n ng n h n (2-3 năm) nhi t đ 18-20oC, đ m khơng khí 50-60%, hàm lư ng nư c trong h t 8-10%. Cĩ 3 ngu n đa d ng di truy n đư c thu th p i) Cây hoang d i và các d ng sơ đ ng t i các trung tâm đa d ng sơ c p (kh i nguyên). Ngu n gen này đư c thu th p thơng qua các đồn thám hi m cĩ t ch c t i các vùng đa d ng cây tr ng. ii) Th c v t du nh p s ng trong các trung tâm tr ng tr t th c p, nơi mà s đa d ng đư c b sung. Ngu n gen này cũng cĩ th thu th p thơng qua các đồn thám hi m t i các vùng thích h p. iii) S n ph m c a quá trình ch n gi ng, bao g m đ t bi n c m ng, đa b i th , các dịng ch n gi ng k t h p đư c nhi u tính tr ng cĩ l i, các gi ng c i ti n (Hình 2.2a, 2.2b). 2.2 Trung tâm kh i nguyên c a cây tr ng Alphonse de Candolle (1886) là ngư i đ u tiên đ xu t ý tư ng v Trung tâm kh i nguyên c a cây tr ng. De Candolle cho r ng trung tâm kh i nguyên c a cây tr ng là vùng đa d ng mà t i đĩ cây đư c thu n hố đ u tiên và cịn t n t i các d ng t tiên hoang d i. ði u đĩ cĩ th h tr thơng qua b ng ch ng kh o c , l ch s và ngơn ng h c. ð u nh ng năm 1920 c a th k 20 Nikolai I. Vavilov m ra m t phương pháp m i đ đ nh v ngu n gen và ng d ng ki n th c đĩ vào th c ti n ch n gi ng. Ngu n gen kh ng l thu th p và t p h p t i Vi n Th c v t tồn Liên bang là ngu n gen phong phú nh t th gi i th i b y gi đã giúp Vavilov đ xu t 8 trung tâm kh i nguyên c a cây tr ng hay trung tâm đ a lý c a tính đa d ng (B ng 1.2, Hình 1.2; 2.2; 3.2). S t p trung mang tính đ a lý c a tính đa d ng là m t hi n tư ng th c t , ph n ánh ý nghĩa v đ a lý và nơng h c. Vavilov cũng đ xu t lu t c a dãy bi n d tương đ ng: các cây tr ng quan h g n nhau cĩ nh ng bi n d gi ng nhau. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .7
- 12 Qua nhi u năm nghiên c u các nhà khoa h c đã ch rõ s chuy n d ch c a nhi u lồi cây tr ng t trung tâm kh i nguyên đ n các vùng đ t xa xơi vì m c đích tr ng tr t d n đ n s hình thành các trong tâm đa d ng th c p. Trung tâm sơ c p: T i trung tâm sơ c p s đa d ng c a lồi t n t i trong s c nh tranh v i các ph n t t nhiên khác trong cùng mơi trư ng s ng. Ví d , trung tâm sơ c p c a khoai tây Nam M , c a ngơ Trung M . Trung tâm th c p: T i trung tâm th c p nh ng y u t sinh v t và phi sinh v t b t l i tr thành nh ng y u t ch n l c. Các gi ng sơ đ ng trung tâm th c p là m t ph n quan tr ng c a ngu n gen vì cĩ s tham gia, tác đ ng c a con ngư i trong quá trình hình thành. nhi u m t, nh ng trung tâm th c p này đã tr thành ngu n thu th p gen quan tr ng, đ c bi t đ i v i các h sinh thái, sinh h c khác nhau. Ví d , trung tâm th c p c a cà phê Braxin. Sau cơng trình cơng b c a Vavilov v ngu n g c c a cây tr ng, r t nhi u thơng tin, d li u đư c tích lũy v v n đ này. Zhukovsky (1968) đã x p s p l i b n đ th gi i v trung tâm kh i nguyên và phân b ngu n gen th c v t. Nh ng vùng l n đư c chia thành nh ng ti u vùng đ c thù cho các lồi nh t đ nh, hình thành b n đ th gi i m i v tính đa d ng di truy n mang tên Vavilov- Zhukovsky v trung tâm đa d ng và tài nguyên th c v t. B ng 1.2: Các trung tâm đa d ng di truy n c a cây tr ng trên th gi i Trung tâm kh i nguyên Các lồi cây tr ng quan tr ng 1. Trung tâm Trung Qu c Lúa mi n, đ u tương, tre trúc, hoa cúc, mơ, c i, đào, cam quýt 2. Trung tâm n ð Lúa nư c, cà, dưa chu t, xồi, mía 2a. Trung tâm Indo-Malay Chu i, mít, d a, mía 3. Trung tâm Trung á Lúa mì, lanh, đ u, bơng, h nh nhân 4. Trung tâm C n ðơng Lúa mì, đ i m ch, mì đen, lanh 5. Trung tâm ð i Trung Lúa mì, đ u lupin, c ba lá, lanh, ơ liu, c n tây, v.v. H i 6. Trung Tâm Abixini Lúa mì c ng, cao lương, cà phê, hành tây, v.v. 7. Trung tâm Mêhicơ và Ngơ, đ u Lima, khoai lang, bí ngơ, bơng, đu đ , h tiêu, Trung M v.v. 8. Trung tâm Nam M Khoai tây, s n, đ u, cà chua, bí ngơ, v.v. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .8
- 13 Hình 1.2: Các trung tâm kh i nguyên c a cây tr ng I Trung tâm Trung Qu c VI Trung Tâm Abixini II Trung tâm n ð VII Trung tâm Trung M IIa Trung tâm Indo-Malay VIII Trung tâm Nam M III Trung tâm Trung Á VIIIa Trung tâm Chiloe IV Trung tâm C n ðơng VIIIb Trung tâm Brazin – Paraguay V Trung tâm ð a Trung H i Hình 2.2: S đa d ng c a các Hình 3.2: S đa d ng c a các gi ng đ u gi ng ngơ đ a phương Phaseolus Peru 3. Các trung tâm tài nguyên di truy n th c v t 3.1 Các t ch c qu c gia c p qu c gia nhi u t ch c tham gia vào các ho t đ ng thu th p và b o t n tài nguyên di truy n (B ng 2.2) B ng 2.2. Các trung tâm tài nguyên th v t qu c gia trên th gi i Nư c T ch c Anh Vư n Th c v t Hồng Gia, Vi n John Innes, Tr m ch n gi ng cây Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .9
- 14 tr ng vùng Scotland, Vi n ch n gi ng th c v t n ð C c Tài nguyên di truy n th c v t qu c gia, Niu Deli Brazin Trung tâm Tài nguyên di truy n qu c gia ð c H i H p tác k thu t (GTZ), Vi n Di truy n và Nghiên c u cây tr ng trung ương Hà Lan Vi n Ch n gi ng cây làm vư n, Vi n ch n gi ng cây tr ng, Vi n nghiên c u gi ng cây tr ng, Tr m ki m nghi m gi ng In đơ nê xia Vi n Sinh h c qu c gia, Bogor Italia Phịng Nghiên c u ngu n gen, ðH Bari Mêhicơ Vi n nghiên c u nơng nghi p qu c gia M H th ng ngu n gen th c v t qu c gia (NPGS), B Nơng nghi p M Nga Vi n Cây tr ng tồn Liên Bang (VIR) Nh t B n Trung tâm Nghiên c u Nơng nghi p Qu c gia Yatabe, Tsukuba, Vi n Nghiên c u Nơng nghi p Qu c gia Kyoto Pháp Vi n Nghiên c u Nhi t đ i và cây lương th c (IRAT), Vi n Nghiên c u Nơng nghi p Qu c gia (INRA), Cơ quan nghiên c u khoa h c và k thu t h i ngo i Ơxtrâylia T ch c Nghiên c u Khoa h c và Cơng nghi p Liên hi p Anh (CSIRO), B Nơng nghi p bang New South Wales Thu ði n Ngân hàng gen Scandivania 3.2 Các trung tâm tài nguyên di truy n qu c t và vùng Các trung tâm nghiên c u nơng nghi p qu c t và vùng g m: - Vi n nghiên c u lúa qu c t (IRRI), Los Banos, Philippin - Trung tâm C i ti n ngơ và lúa mì qu c t (CIMMYT), El Batan, Mêhicơ - Vi n Nơng nghi p nhi t đ i (IITA), Ibadan, Nigeria - Trung tâm Nơng nghi p qu c t (CIAT), Cali, Colombia - Trung tâm nghiên c u và hu n luy n nơng nghi p nhi t đ i (CATIE), Turrialba, Costa Rica - Ngân hàng Khoai tây ð c-Hà Lan, Braunschweig, CHLB ð c - Vi n nghiên c u cây tr ng qu c t cho vùng nhi t đ i bán khơ h n (ICRISAT), Hyderabad, n ð - Trung tâm khoai tây qu c t (CIP), Lima, Peru - Trung tâm nghiên c u nơng nghi p qu c t vùng khơ h n (ICARDA), Aleppo, Syria - Trung tâm nghiên c u và phát tri n rau châu Á (AVRDC), Shanhua, ðài Loan 3.3 Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t (IPGRI) Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t (IPGRI) do Nhĩm tư v n v nghiên c u nơng nghi p qu c t (CGIAR) thành l p năm 1974 (ban đ u là H i đ ng Tài nguyên Di truy n Th c v t Qu c t , IBPGR) cĩ tr s đ t t i T ch c Luơng th c và Nơng nghi p c a Liên hi p qu c (FAO) Rơm, Italia. Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t nghiên c u, thu th p, b o t n, tư li u hố, đánh giá và s d ng s đa d ng di truy n c a cây tr ng cĩ ích vì l i ích c a con ngư i trên tồn th gi i. Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t đĩng vai trị xúc tác khuyên khích các ho t đ ng đ duy trì m ng lư i c a các t ch c nh m b o t n ngu n tài nguyên di truy n th c v t. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .10
- 15 M ng lư i c a Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t cĩ trên 600 vi n trên 100 qu c gia. ð i v i m i nư c trong chương trình, Vi n Tài nguyên di truy n th c v t qu c t đ u h tr các ho t đ ng theo nhu c u c a chương trình tài nguyên di truy n qu c gia. 4. Thu th p và b o t n ngu n gen 4.1 Thu th p ngu n gen V i s phát tri n nơng nghi p hàng hố và hi n đ i hố trong nơng nghi p nhi u gi ng cây tr ng đ a phương gi m d n v s lư ng th m chí b thay th hồn tồn b i các gi ng m i, m t nguy cơ g i là s sĩi mịn gen hay sĩi mịn di truy n. Tăng tính đ ng nh t c a các gi ng cây tr ng v i n n di truy n ngày càng h p d n t i nguy cơ d ch h i do sâu, b nh, tăng r i do cho nơng dân và đe do tính b n v ng. Vi c thu th p và b o t n ngu n tài nguyên di truy n là m t nhi m v quan tr ng đ i v i c m c tiêu trư c m t l n m c tiêu lâu dài c a t t c các nư c trên th gi i. Ngày nay vi c thu th p ngu n gen cây tr ng đư c các nhà chuyên mơn ti n hành cĩ h th ng thơng qua nhĩm chuyên gia bao g m các lĩnh v c ch n gi ng, di truy n, nơng h c, b o v th c v t và các chuyên gia đ a phương. ði u quan tr ng nh t c n chú ý khi thu th p là k thu t l y m u và s phân b qu n th . Cĩ th s d ng c hai phương pháp l y m u ng u nhiên và l y m u đ nh hư ng. Tư li u hố các d li u cĩ ích m t cách chính xác cĩ ý nghĩa c c kỳ quan tr ng đ i v i ngư i thu th p, ngư i đánh giá và ngư i s d ng. Ngu n đa d ng di truy n c n thu th p và b o t n g m: - Các gi ng đ a phương, nh t là các gi ng chưa đư c s dung trong ch n gi ng - Các gi ng c i ti n đã và đang đư c gieo tr ng - V t li u ch n gi ng, tuy khơng cĩ giá tr canh tác nhưng cĩ giá tr ch n gi ng (các tính tr ng mong mu n đ c thù như kh năng kháng sâu b nh, ch t lư ng cao, v.v.) - Các v t li u di truy n đ c bi t (th đ t bi n, đa b i th , b t d c đ c, cây chuy n gen ) - Các lồi hoang d i h hàng, các lồi t tiên c a cây tr ng - V t li u nh p n i Vi c t ch c thu th p ngu n gen cĩ th th c hi n thơng qua các hình th c sau: a. T ch c các đồn chuyên mơn đi đi u tra, thám hi m đ thu th p các vùng khác nhau trong nư c. b. Các cán b nơng nghi p và các cá nhân, cơ quan liên quan cĩ trách nhi m thu th p v t li u và g i ngu n v t li u thu th p đư c v cá cơ quan chuyên mơn. c. H p tác v i các t ch c vùng và qu c t đ đ nh kỳ trao đ i v t li u. Thu th p và b o t n ngu n gen bao g m nhi u ho t đ ng, đĩ là thu th p, mơ t , đánh giá, tư li u hố, b o t n, trao đ i và s d ng. Vi c b o t n là m t cơng vi c địi h i h t s c c n th n và chu đáo đ tránh l n, m t mát và đư c tư li u hố (cơ s d li u) đáp ng nhu c u c a cơng tác ch n t o gi ng. Các m u gi ng cĩ th đư c duy trì trong đi u ki n c a h sinh thái t nhiên hay h sinh thái nơng nghi p truy n th ng, trên đ ng ru ng, trong nhà kính ho c b ng h t. Phương pháp thu th p Thu th p cây l y h t M u thu thu th p: Chi n lư c l y m u ph thu c vào t ng lồi cây, đ c bi t là phương th c sinh s n, m c đ chu chuy n gen gi a các qu n th , v.v. Tuy nhiên đi u đĩ thư ng khơng bi t trư c nên vi c thu th p c n bao trùm c vùng b ng cách l y m u ng u nhiên v i kho ng cách khơng gian nh t đ nh (l y m u ki u phân ơ). Kho ng cách ph thu c vào s đa d ng c a đi u ki n mơi trư ng. Ch ng h n, n u vùng thu th p tương đ i đ ng nh t v khí Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .11
- 16 h u, lo i đ t, th m th c v t, bi n pháp canh tác, các gi ng cây tr ng và vĩ đ , kho ng cách khơng gian cĩ th r t l n (20-50 km ho c hơn). Ngư c l i, n u các y u t mơi trư ng thay đ i m nh (nh t là vĩ đ ), thì m u thu th p ph i nhi u hơn (ch ng h n m i m t km, ho c 100m đ cao). Vi c l y m u ph i theo nguyên t c l y m u qu n th ch khơng ph i l y m u cá th . ði m l y m u: ði m l y m u là vùng mà trong đĩ m u c a qu n th đư c thu th p. M i m u s mang s hi u thu th p riêng v i nh ng ghi chép nh t đ nh, ví d : - Tên gi ng (c tên đ a phương) và tên lồi (tên La tinh) - ð a đi m thu th p, mùa v , đi u ki n t nhiên - ði u kiên sinh thái, ch đ canh tác nơi thu th p - Nh ng tính tr ng ch y u: năng su t, kh năng ch ng ch u sâu, b nh và đi u kiên ngo i c nh b t thu n. - Ghi tên ch c v , chuyên mơn c a ngư i thu th p - C n tuân theo ch đ ki m d ch th c v t đã ban hành đ tránh lây lan d ch h i nh t là các lồi d ch h i nguy hi m. Vi c ch n đi m thu th p ph thu c vào: i) s đa d ng c a mơi trư ng, ii) ki u phân b và m t ddooj cá th trong qu n th , iii) quan sát nh ng bi n d hi m trong qu n th . ð bi n đ ng gi a các đi m càng l n thì đi m l y m u càng g n nhau. S cây và h t thu th p m i cây trong t ng m u: Thơng thư ng phương pháp l y m u đư c th c hi n theo ki u ng u nhiên hay l y m u khơng l a ch n. Sai s l y m u nh nh t khi m u l n. Phương th c chung là l y m u ng u nhiên b ng cách thu th p cây theo m t kho ng cách nh t đ nh d c theo m t c t ngang cho đ n khi khơng ít hơn 50 nhưng khơng nhi u hơn 100 cây. M i cây l y 50 h t sao cho m i m u ch a t 2.500 đ n 5.000 h t B ng 3.2). N u lồi cây ch cĩ qu nh và ít h t cĩ th thu m t s qu c a ba cây sát bên c nh đ đ 50 h t. N u lồi cây cĩ nhi u chùm qu , bơng, v.v. v i s lư ng h t l n, thì ch thu m t ph n c a m i cây đ cĩ đ 50 h t. N u qu n th thu th p cĩ đ bi n đ ng l n ngư i thu th p cĩ th i) l y m u l n hơn ho c ii) l y nhi u m u khác nhau. Trong quá trình l y m u c n chú ý thu th p h t t nh ng cây kh e khơng b hư h i, đ m b o h t cĩ s c s ng t t. B ng 3.2: S lư ng h t m u thu th p Lo i qu n th S cây S h t m i cây T ng s h t m i m u Bi n đ ng l n 100 50 5.000 Tương đ i đ ng 50 50 2.500 nh t Thu th p cây cĩ c Thu th p cây l y c khĩ khăn hơn so v i cây l y h t. Nh ng khĩ khăn ch y u g m: - T n nhi u th i gian hơn đ thu th p - Ph i thu ho ch vào đúng giai đo n chín. Thu ho ch non khĩ b o qu n, đ già cây ch t khĩ tìm - V t li u c ng k nh khĩ b o qu n và v n chuy n - M u thu th p khĩ gi s ng trong quá trình v n chuy n và b o qu n Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .12
- 17 Thu th p v t li u hoang d i: các lồi hoang d i t n t i thành qu n th , nhưng m i ki u gen cĩ th t nhân lên trên di n tích r ng l n. C n quan sát k lư ng ki u hình và m u khơng quá g n nhau theo phương th c sau: i) Thu th p ch m t c t m i m t trong 10-15 cá th làm m u h n h p ii) Di n tích đi m l y m u cĩ th 100 x 100m ho c nh hơn iii) L y m u nhi u đi m t t hơn là l y nhi u cây ít đi m iv) Ch n đi m l y m u trên ph m vi mơi trư ng càng l n càng t t v) B sung băng m u h t n u đư c vi) Làm tiêu b n n u th i gian cho phép Thu th p v t li u tr ng tr t: ðây là nh ng dịng nhân vơ tính (dịng vơ tính), ch khơng ph i là qu n th , vì th vi c l y m u mang tính ch n l c. Phương pháp l y m u theo nh ng tiêu chí sau: i) Thu th p t ng gi ng (ki u hình thái phân bi t đư c b ng m t thư ng) khác bi t t i m i ch ho c m i làng ii) L y m u l p l i kho ng cách 10-50 km trong vùng; kho ng cách ph thu c vào kho ng cách gi a các ch ho c các làng iii) Thu th p tồn b các ki u hình thái m i đi m thu th p. M u trùng l p cĩ th ch nh lý và lo i b sau iv) B sung b ng m u h t n u cĩ Thu th p cây ăn qu và cây thân g Khác v i cây l y h t, thu th p cây ăn qu và cây thân g cũng khĩ và ph c t p hơn vì nh ng lý do sau: i) H t c a m t s cây ăn qu nhi t đ i và cây thân g như chơm chơm, cà phê, cao su, cacao là h t khĩ b o qu n, khơng th b o qu n trong đi u ki n bình thư ng và h t s ng r t ng n. Vì v y, n u thu th p h t c n đư c gieo ngay. ii) Vì lý do nêu trên, thư ng ph i thu th p cành giâm (m t). iii) Phương th c thu th p ph i g n li n v i vi c b o qu n. C n gieo h t tr c ti p; cành ph i giâm b ng k thu t phù h p ho c m t ph i ghép lên g c ghép và m i ki u gen ph i đư c gi lâu dài trên cây to. iv) S lư ng h t ho c cành giâm thu th p c n ph i đư c cân nh c k lư ng trư c khi lên k ho ch thu th p. v) Cây thư ng phân b r i rác nên l y m u ch th c hi n đư c khi phát hi n cây th c s mà khơng cĩ ý ni m gì v m u c a qu n th Thu th p v t li u hoang d i: i) Thu h t 10 hay 15 cá th trên kho ng 10 hecta và h p l i thành m t m u ii) Thu càng nhi u h t cho m t m u càng t t. N u h t l n, như d a ch ng h n, 10-15 h t là đ iii) N u khơng cĩ h t ho c khơng cĩ thi t b đ gi h t kh i ch t, thu cành ho c b ph n vơ tính, m i cây m t cành, t 10 đ n 15 cá th trên 10 hecta iv) Ti n hành l p l i kho ng khơng gian nh t đ nh, tùy theo s khác bi t v khí h u, đ cao và đ t đai. v) Thu x p đ chuy n h t ho c cành v tr m đ gieo ho c tr ng, n u h t thu c lo i khĩ b o qu n Th th p v t li u tr ng tr t: Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .13
- 18 i) C g ng thu th p h t ho c qu b t kỳ đâu cĩ th đư c; n u khơng thu cành ho c m t, b ph n vơ tính, v.v. ii) N u cây đư c tr ng t h t thì coi c làng là m t đi m thu th p và thu th p ki u ng u nhiên t 10-15 cá th . iii) N u cây đư c nhân b ng phương pháp vơ tính t các gi ng đư c ch n l c, thu th p t ng gi ng khác bi t và gi m i gi ng thành m u riêng iv) Thu th p càng nhi u đi m càng t t, thu th p r i rác nh ng kho ng cách nh t đ nh trong c vùng v) H t ho c cành thu th p đư c ph i đư c gi mát và m, t t nh t là gi nguyên h t trong qu và chuy n v tr m ngay, n u h t thu c lo i khĩ b o qu n. 4.2 B o t n ngu n gen a) B o t n ngo i vi (ex-situ conservation) ðây là hình th c b o t n ch y u hi n nay trên th gi i, m t hình th c b o t n ngồi ph m vi cư trú t nhiên c a các lồi. Tài nguyên di truy n đư c b o t n trong các trung tâm tài nguyên qu c gia, vùng và qu c t khác v i mơi trư ng s ng t nhiên d ng b o qu n h t, tr ng ngồi ru ng hay b o qu n in vitro. Vi t Nam ngân hàng gen qu c gia hi n đang lưu gi 12.500 m u gi ng c a 115 lồi, trong đĩ: - 10.700 m u b ng h t - 1.800 m u đ ng ru ng - 102 m u trong đi u ki n in vitro B o qu n h t B o qu n ng n h n: H t gi ng đư c làm khơ t i đ m thích h p (9%); th i gian b o qu n h t gi ng trong vịng 5 năm. B o qu n trung h n: H t gi ng đư c làm khơ t i đ m th p hơn so v i b o qu n ng n h n (7%), b o quan trong d ng c bao gĩi và kho chuyên d ng đ m 10%, nhi t đ -1 đ n - 5oC. B o qu n dài h n: H t gi ng đư c làm khơ t i đ m 3%, đ ng trong h p kim lo i, b o qu n trong kho l nh sâu nhi t đ -15 đ n -20oC. H t gi ng đư c b o qu n t 20-30 năm. B o qu n in vitro Ngu n v t li u di truy n đư c b o qu n trong mơi trư ng dinh dư ng nhân t o. ð i tư ng b o qu n d ng in vitro là nh ng v t li u sinh s n vơ tính, ho c các lồi mà h t khĩ b o qu n (recalcitrant seed), h t ph n và ngân hàng ADN. Trong đi u ki n in vitro cũng cĩ th b o qu n ng n h n, trung h n và dài h n. Trong b o qu n ng n h n, v t li u đư c cung c p cho nhu c u ch n t o gi ng và nghiên c u c a cơ s . Trong b o qu n trung h n, ph i gi m t c đ sinh trư ng c a v t li u m t cách đáng k b ng cách gi nhi t đ và ánh sáng th p, ho c gi m n ng đ ơ-xy. B o qu n m u trong đi u ki n nhi t đ r t th p -180oC trong mơi trư ng ni tơ l ng là phương pháp b o qu n dài h n. V i đi u ki n này m i quá trình s ng b đình ch hồn tồn. B o qu n trên đ ng ru ng ðây là cách b o qu n t p đồn th c v t s ng ngồi khu v c cư trú t nhiên. ð i tư ng b o qu n đ ng ru ng là cây lâu năm như cây ăn qu , cây cơng nghi p, cây thu c, cây sinh s n vơ tính và h u tính khác. B o qu n ngu n gen trên đ ng ru ng cĩ ưu đi m là d ti p c n đ nghiên c u, đánh giá và s d ng nhưng d b m t mát do đi u ki n khơng thu n l i và địi h i di n tích đ t đai l n và nhân l c. b) B o t n n i vi (hay b o t n t i ch , in-situ conservation) Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .14
- 19 B o t n n i v hay b o t n t i ch là b o t n ngu n gen trong mơi trư ng sinh s ng, ti n hố t nhiên, ho c thu n hố đ u tiên c a cây tr ng đĩ. ð i tư ng b o qu n n i v cĩ th là b t kỳ m t lồi th c v t nào, nhưng ch y u là các lồi t tiên c a cây tr ng, các lồi hoang d i cĩ quan h h hàng v i cây tr ng. V i m t s gi ng đ a phương đư c hình thành do quá trình ch n l c và tr ng tr t lâu đ i t i m t đ a phương cũng cĩ th b o qu n t i ch trên đ ng ru ng c a nơng dân hay b o qu n d a vào c ng đ ng . 5. Nh p n i Nh p n i theo nghĩa r ng là đưa v t li u (cĩ th là gi ng, d ng, lồi hoang d i h hàng v i cây tr ng) vào mơi trư ng m i mà trư c đây chưa đư c gieo tr ng. Theo nghĩa h p nh p n i là di chuy n v t li u t nư c này sang nư c khác. N u v t li u nh p n i thích h p t t v i mơi trư ng m ithì sau khi kh o nghi m cĩ th đư c cơng nh n là gi ng đưa vào s n xu t mà khơng c n thay đ i g i là nh p n i sơ c p (s d ng tr c ti p). Ngư c l i, n u v t li u nh p n i khơng thích ng mà ph i qua ch n l c ho c s d ng lai đ chuy n hay k t h p các gen cĩ ích g i là nh p n i th c p (s d ng gián ti p). B ng phương pháp nh p n i trong nhi u th p k qua Vi t Nam đã đưa vào s n xu t nhi u gi ng cây tr ng m i như, ch ng h n lúa: IR8, IR22, CR203, IR64, IR17494, IR50404, Khang Dân 18, nhi u gi ng lúa lai ngu n gơc Trung Qu c; Khaoi tây: Diamant, Nicola, Mariella; S n: KM60, KM94,v.v. M c đích c a nh p n i cây tr ng trong chương trình ch n t o gi ng là: i) S d ng nh ng gi ng ưu vi t đang đư c gieo tr ng trên th gi i ii) Nh p cây tr ng m i và ti n hành chương trình ch n gi ng cây tr ng đĩ iii) Thu th p ngu n gen đ s d ng trong vi c c i ti n cây tr ng 5.1 Phương pháp nh p n i gi ng a) Tìm ki m và thu nh n: Căn c vào chi n lư c, m c tiêu ch n t o và nghiên c u vi c tìm ki m và thu nh n v t li u nh p n i cĩ th th c hi n b ng nhi u con đư ng khác nhau: 1) thư yêu c u chính th c g i t i các trung tâm tài nguyên qu c t , khu v c, hay qu c gia, 2) h p tác song phương, đa phương và trao đ i v t li u v i các t ch c, 3) thơng qua quan h cá nhân v i các nhà khoa h c các t ch c khác nhau. Tuy nhiên dù nh p n i b ng cách nào cũng ph i tuân th m t quy trình xác đ nh và các quy đ nh v ki m d ch th c v t. b) Ki m d ch th c v t: Ki m d ch th c v t m t bi n pháp nh m h n ch s lây lan sâu và b nh h i du nh p vào vùng chưa nhi m sâu, b nh thơng qua v t li u t nư c ngồi hay vùng khác nh p vào. Phương pháp ki m d ch v t li u nh p n i đư c ti n hành tùy theo đ i tư ng sâu, b nh h i, cĩ th c m hồn tồn hay h n ch . M i nư c cĩ quy đ nh riêng v ki m d ch trong quá trình nh p và trao đ i v t li u cây tr ng. Yêu c u chung khi nh p v t li u là gi y ch ng nh n, Gi y phép nh p kh u và ti n hành ki m d ch. c) Gi y phép nh p kh u: Nhà ch n gi ng hay cơ s nghiên c u ph i cĩ gi y phép nh p kh u chính th c đ nh p v t li u g i cho cơ quan cĩ th m quy n trư c khi v t li u đư c chuy n đi. ðơn xin nh p ph i ch a đ thơng tin c n thi t: tên cây tr ng, lo i v t li u (h t, qu , cây trong ng nghi m ), t ch c/nư c s n xu t v t li u, cách th c nh p hàng (đĩng gĩi và v n chuy n); nơi đ n và tên, đ a ch ngư i nh p. Vi c ki m d ch đư c ti n hành theo các bư c sau: Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .15
- 20 Ki m d ch t i nơi đ n: Ki m d ch đư c ti n hành khi nh p v t li u t i đi m đ n: c ng, sân bay, c a kh u biên gi i theo lu t và quy đ nh ki m d ch đ ngăn ng a s du nh p và lây lan d ch h i m i. Ki m d ch sau khi nh p: V t li u nh p n i trư c khi chính th c chuy n cho các cơ quan hay nhà ch n gi ng đư c tr ng trong đi u ki n cách ly trong m t th i gian nh t đ nh đ đ m b o r ng v t li u khơng cĩ tác nhân gây b nh và sâu h i du nh p t ngồi vào. Ki m d ch sau khi nh p r t c n thi t đ i v i b nh truy n qua h t, cây gi ng nh t là b nh vi rút. Trong nhi u trư ng h p ph i x lý đ phịng tr sâu h i trong kho. V t li u nh p n i khơng tho mãn yêu c u ki m d ch ho c nghi ng nhi m t p s b h y ho c tr l i ngư i g i. 6. ðánh giá, mơ t , l p cơ s d li u và s d ng ngu n gen 6.1. ðánh giá, mơ t và l p cơ s d li u Ngu n gen đư c đánh giá, kh o nghi m và nhân lên nh ng đ a đi m nh t đ nh, thư ng trong 2-3 v đ xác đ nh ti m năng và kh năng thích ng c a chúng. Các đ a đi m đư c ch n d a vào ngu n g c v t li u đ cĩ th t o ra đi u ki n gieo tr ng tương t nơi nguyên s n. Thơng thư ng, ngu n gen đánh giá đư c tr ng trong thí nghi m cĩ b trí đ i ch ng xen k kho ng cách đ u đ n đ ti n so sánh. D li u v nhi u m t và các tính tr ng đư c theo dõi theo danh sách mơ t đ i v i t t c các m u gi ng, đ c bi t các ch tiêu v kh năng kháng sâu, b nh, các đi u ki n b t l i và tính tr ng sinh hố. D li u và m t ph n h t đư c g i đ n b ph n b o qu n lâu dài và ph n cịn l i làm “t p đồn ho t đ ng”. Song song v i cơng tác thu th p, b o t n, đánh giá m t h th ng tư li u hố v tài nguyên di truy n là cơng vi c c n thi t đ s d ng ngu n gen cĩ hi u qu . Thơng qua cơ s d li u các nhà ch n gi ng, nhà nghiên c u d dàng tra c u thơng tin c n thi t và tìm ki m v t li u cho các chương trình ch n gi ng. 6.2. S d ng ngu n gen M c tiêu và chi n lư c s d ng ngu n gen th c v t thay đ i theo th i gian. Trong nh ng năm đ u c a ch n gi ng nhà ch n gi ng đơn gi n ch s d ng ngu n gen s n cĩ, ch y u là v t li u đ a phương cho cơng tác ch n t o. Cho đ n khi ngu n gen s n cĩ khơng cho phép ti p t c c i ti n ti m năng di truy n nhà ch n gi ng m i b t đ u tìm ki m ngu n bi n d m i. ð c bi t khi d ch h i bùng n do tr ng ph bi n m t s ít gi ng đ ng nh t, nhà ch n gi ng ph i tìm ki m ngu n kháng di truy n đ h n ch d ch h i. Chính vào th i đi m đĩ nh n th c v thu th p, b o t n và s d ng m i đư c hình thành, nh m cung c p ngu n bi n d k p th i theo nhu c u ch n t o gi ng. S d ng tr c ti p làm gi ng Ngu n gen thu th p đư c cĩ th s d ng tr c ti p làm gi ng m i, nh t là nh ng cây th c ăn gia súc hay cây h đ u, nh ng cây tr ng mà quá trình ch n gi ng chưa cĩ gì đáng k . ð i v i nh ng cây tr ng cĩ quá trình ch n gi ng lâu đ i như ngơ, đ u tương, lúa nư c, v.v. vi c s d ng tr c ti p làm gi ng ít x y ra ho c h u như khơng th c hi n đư c. Chuy n các tính tr ng đơn gen (Introgression) Kh năng s d ng ch y u nh t ngu n gen ph n l n các lồi cây tr ng là chuy n các tính tr ng đơn gen mong mu n t các lồi hoang d i ho c ngu n gen khơng thích nghi vào các gi ng ưu tú, ví d như các gen kháng sâu và b nh h i. Thơng thư ng, t p đồn m u gi ng đư c sàng l c v tính tr ng mong mu n (ví d , kh năng kháng b nh) r i lai v i các gi ng ưu tú. Sau nhi u th lai l i gen kháng b nh đư c chuy n vào thành gi ng m i. Phương pháp này cĩ hi u qu cao đ i v i cây t th ph n, ho c cây tr ng mà d t o dịng thu n, như lúa mì, đ u tương, ngơ. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .16
- 21 Chuy n tính tr ng s lư ng Phương pháp đ u tiên đ c p t i s d ng tính tr ng ph c t p là thơng qua phương pháp ch n gi ng truy n th ng (Ininda et al., 1996; Peel và Rasmusson, 2000), đĩ là lai tr c ti p r i sau đĩ t o dịng thu n. Tuy nhiên, k t qu thư ng kém hơn so v i vi c s d ng và chuy n các tính tr ng đơn gen. M t s nhà nghiên c u cho r ng đ chuy n tr c ti p các tính tr ng s lư ng c n ph i ti n hành nhi u chu kỳ ch n l c. Chuy n gen nh ch th M c tiêu là chuy n gen chính xác hơn b ng cách xác đ nh gen mong mu n nh l p b n đ di truy n (ho c k thu t khác) và chuy n sang ngu n gen ưu tú. Ch th di truy n là nh ng ví trí gen (locut) khác bi t nhau bao trùm tồn b genom. Hi n nay cĩ nhi u ch th đ i v i ph n l n các lo i cây tr ng. Ch n l c các ch th này cho phép liên k t chúng v i nh ng ví trí gen tính tr ng s lư ng (QTL) c a tính tr ng m c tiêu. M t khi đã xác đ nh đư c m i liên quan, các gen tính tr ng s lư ng đư c ch n l c d a vào ch th . Do đĩ, các alen cĩ l i n gi u trong m t ki u hình khơng mong mu n c a ngu n gen hoang d i cĩ th khai thác cĩ hi u qu . Tuy nhiên phương pháp chuy n gen nh ch th thư ng t n kém. Phương pháp k t h p (Incorporation) M t phương pháp khác đ s d ng ngu n gen là phương pháp k t h p (Simmonds, 1993). phương pháp này m c tiêu khơng ph i là s d ng ngu n gen hoang d i khơng thích ng trong chương trình ch n gi ng mà t o ra nh ng qu n th cĩ n n di truy n r ng, đư c tăng cư ng đ s d ng trong tương lai. Phương pháp k t h p cho phép s d ng nhi u m u gi ng hơn so v i các chương trình chuy n gen. ði u này đ c bi t quan tr ng vì ki u hình c a v t li u hoang d i khơng th hi n h t tính h u d ng c a chúng, các alen t t cĩ th b n gi u. Ví d , gen t t đ i v i năng su t s khơng đư c s d ng n u ngu n gen đĩ l i ch a gen chín mu n, m t tính tr ng thư ng b lo i khi ch n l c. Phương pháp k t h p d a trên ý tư ng là các qu n th cĩ nên di truy n r ng là cách t t nh t đ s d ng nhi u ngu n gen. K t h p nhi u v t li u v i nhau cho phép tái t h p t i đa và ch n l c cư ng đ th p đ h n h p các alen l i v i nhau. Các gen cĩ ích đư c t h p l i và tách ra kh i các gen khơng cĩ l i. Ti n hành ch n l c theo kh năng thích nghi v i đi u ki n đ a phương, trong khi gi qu n th trong đi u ki n cách ly v i v t li u ch n gi ng ưu tú. K t qu cu i cùng là t o ra m t t p h p ngu n gen b sung cho v t li u ch n gi ng đ m r ng n n di truy n mà khơng làm gi m đáng k v năng su t như khi s d ng tr c ti p ngu n gen. Giá tr c a ngu n gen đ a phương Ngu n gen đ a phương hay các gi ng đ a phương là nh ng qu n th h n h p các dịng khác nhau, t t c đ u thích nghi t t v i đi u ki n chúng đư c t o thành và ti n hố. Tuy nhiên, các dịng cĩ th ph n ng khác nhau v i sâu b nh h i; m i dịng kháng v i các nịi gây b nh nh t đ nh, làm cho qu n th gi ng đ a phương b o v hi u qu đ i v i d ch b nh. S đa d ng di truy n trong gi ng cũng như gi a các gi ng đã t o ra cơ ch kháng b nh đ c trưng đ i v i các ch ng nh t đ nh và cho phép ngư i tr ng t n d ng các đi u ki n ti u khí h u khác nhau. Thơng thư ng các gi ng đ a phương đư c lai v i v t li u ưu tú sau đĩ lai l i m t ho c hai l n, cho giao ph i các qu n th t o thành m t cách ng u nhiên nhi u th h và áp d ng các phương pháp c i ti n qu n th tiêu chu n, ho c ch n các ki u gen cĩ ích thơng qua t th ph n. 2.8. Khái ni m v v a gen Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .17
- 22 Khái ni m v a gen do Harlan và de Wet (1971) đ xu t nh m đưa ra m t đ nh hư ng th c t v m i quan h gi a cây tr ng và các lồi h hàng c a chúng cĩ ích đ i v i nhà ch n gi ng khi mu n lai chúng v i nhau. Ngu n tài nguyên di truy n khác nhau đư c phân thành nh ng v a gen khác nhau c a m t lồi cây tr ng nh t đ nh d a vào kh năng lai, hay nĩi cách khác là s di chuy n gen gi a chúng v i nhau thơng qua con đư ng sinh s n h u tính. Harlan và de Wet (1971) phân thành 3 v a gen chính: sơ c p, th c p và tam c p. V a gen khơng ph i là c đ nh mà thay đ i khi cơng ngh m i đư c s d ng đ tác đ ng t i b gen. V a gen sơ c p: V a gen sơ c p g m các qu n th tr ng tr t, các gi ng đ a phương, các gi ng (hay qu n th ) do nơng dân dân t o thành và duy trì, các ki u sinh thái và các lồi ph . ð c đi m quan tr ng nh t là s di chuy n gen gi a các thành viên trong cùng v gen tương đ i d dàng, chúng lai đư c v i nhau, khơng cĩ v n đ b t d c và gen phân ly bình thư ng. Các chương trình m r ng n n di truy n và ch n gi ng thư ng quan tâm ch y u t i v a gen này. V a gen th c p: Các đơn v phân lo i trong ngu n gen th c p cĩ th chuy n gen v i nhau, nhưng r t khĩ khăn. V a gen th c p g m các lồi cĩ quan h h hàng trong cùng m t chi, nhưng khơng ph i t t c các lồi trong m t chi n m trong v a gen th c p. Ngư c l i, cĩ th các lồi khơng cùng chi l i là thành viên c a v a gen th c p. Nhìn chung, chúng cĩ kh năng lai v i nhau, nhưng con lai F1 cĩ xu hư ng b t d c. S c p đơi c a nhi m s c th trong quá trình gi m nhi m kém và con lai thư ng y u t. V a gen tam c p: Chuy n gen gi a các đơn v phân lo i trong ngu n gen tam c p địi h i k thu t cao. V a gen này g m các lồi cĩ quan h xa nhau các chi khác nhau hay các lồi cĩ quan h xa trong cùng m t chi. Nhìn chung, lai gi a chúng r t khĩ khăn, địi h i ph i c u phơi, nuơi c y nỗn, ghép ho c các bi n pháp khác. B t d c c a con lai r t ph bi n, m c dù nhân đơi nhi m s c th cĩ th ph c h i tính h u d c. Các lồi b c c u thư ng là c n thi t đ chuy n gen t v a gen tam c p sang cây tr ng (xem chương lai xa). M t ví d c đi n v s d ng lồi b c c u đư c th hi n năm 1950 Nga. Xi-xin đã lai Elymus x Triticum, nhưng thu đư c r t ít con lai và con lai l i b t d c. N u s d ng con lai Agropyron x Triticum làm m r i lai v i Elymus cĩ th chuy n gen c a Elymus vào lúa mì (Harlan và de Wet, 1971). TÀI LI U THAM KH O . Anonymous. 1996. Tài nguyên di truy n th c v t Vi t Nam. Báo cáo tai H i th o qu c t v tăng cư ng chương trình tài nguyên di truy n th c v t Vi t nam. NXB Nơng nghi p. Harlan, J. R. Genetic resources in wild relatives of crops. Crop Science 16: 329-333 Stephen B. Brush. 1989. Rethinking crop genetic resource conservation. Conservation biology, 3 (No.1)., 19-29 Câu h i ơn t p 1. Ngu n gen th c v t là gì? T i sao g i là tài nguyên di truy n th c v t? 2. T i sao ngu n gen l i c n thi t cho cơng tác ch n gi ng? Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .18
- 23 3. Th nào g i là trung tâm kh i nguyên (đa d ng) cây tr ng? ð c đi m quan tr ng và giá tr c a trung tâm kh i nguyên? 4. Nhi m v c a các trung tâm tài nguyên di truy n th c v t qu c gia, vùng và qu c t là gì? 5. Cĩ m y lo i t p đồn? S khác nhau c a các lo i t p đồn? 6. Th nào là b o t n n i vi? B o t n ngo i vi? S khác nhau cơ b n, thu n l i và khĩ khăn c a các phương th c b o t n nĩi trên. 7. Th nào là nh p n i gi ng? Ý nghĩa c a nh p n i gi ng/ngu n gen. 8. ð c đi m quan tr ng c a gi ng đ a phương. 9. Nêu các phương pháp s d ng ngu n gen. 10. Nêu s khác nhau gi a v a gen sơ c p, th c p và tam c p. Ý nghĩa và kh năng s d ng c a chúng trong c n gi ng. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .19
- 24 CHƯƠNG III PHƯƠNG TH C SINH S N, TÍNH T B T H P VÀ B T D C ð C TH C V T M c tiêu c a chương 1. Hi u và phân bi t đư c các phương th c sinh s n h u tính, vơ tính và nh hư ng c a chúng t i đ c đi m và di truy n c a cây. 2. N m đư c đ c đi m cơ b n c a quá trình ra hoa, th ph n liên quan t i ch n gi ng và s n xu t h t gi ng. 3. Phân bi t tính b t h p và b t d c, b t d c đ c và ng d ng trong chon gi ng/s n xu t gi ng 1. Phương th c sinh s n th c v t Th c v t cĩ hai phương th c sinh s n ch y u: sinh s n h u tính (b ng h t) và sinh s n vơ tính (b ng các b ph n sinh dư ng). 1.1 Sinh s n h u tính Sinh s n h u tính là sinh s n b ng h t, k t qu dung h p c a giao t đ c (h t ph n) và giao t cái (t bào tr ng). H t đư c phân lo i theo ngu n g c h t ph n tham gia vào quá trình th ph n, th tinh. H t t th hình thành khi h t ph n k t h p v i giao t cái t o ra trên cùng m t cây . H t giao ph n hình thành khi h t ph n c a cây này th tinh cho giao t cái c a cây kia. Các lồi cây tr ng đư c phân lo i theo t n s t th ph n và giao ph n trong quá trình hình thành h t. Cĩ s bi n đ ng liên t c gi a các lồi t g n như hồn tồn t th ph n đ n hồn tồn giao ph n. Tuy nhiên, t quan đi m ch n t o gi ng, ph n l n các lồi cây tr ng sinh s n h u tính đư c phân thành hai nhĩm: t th ph n (khi giao ph n t nhiên dư i 10%) và giao ph n (t i thi u 50% h t giao ph n). S phân nhĩm như vây khơng ph i là tuy t đ i vì giao ph n cĩ th x y ra c y t th ph n và t th ph n cĩ th x y ra cây giao ph n. M c đ t th hay giao ph n t nhiên thay đ i ph thu c vào i) lồi và gi ng, ii) đi u ki n mùa v , iii) t c đ và hư ng giĩ và iv) s cĩ m t và ho t tính c a cơn trùng th ph n. Cơ ch th ph n là m t y u t quan tr ng trong vi c xác đ nh lo i gi ng đư c tr ng trong s n xu t và phương pháp ch n t o gi ng. nh hư ng c a phương th c th ph n đ n nh ng đ c đi m c a cây đư c trình bày trong b ng 1.3. T th ph n cây t th ph n h t ph n th ph n cho nh y chính hoa c a mình (ho c hoa trên cùng m t cây). M c đ t th ph n thay đ i theo lo i cây tr ng. Cây t th ph n đi n hình như lúa nư c, lúa mì, đ u tương, cà chua, cà phê chè ð đ m b o quá trình t th ph n cây t th cĩ các cơ ch sau: a) Th ph n ng m (Cleistogamy) Quá trình th ph n di n ra trong hoa chưa n , do đĩ b o đ m t th ph n hồn tồn. M c giao ph n t nhiên nh ng lồi như v y n u cĩ cũng khơng đáng k (ví d : l c, đ i m ch, y n m ch). b) Th ph n m (Chasmogamy) Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .20
- 25 nh ng lồi cây cĩ phương th c th ph n này hoa ch n sau khi th ph n đã hồn thành. Vì hoa m nên kh năng giao ph n cĩ th x y ra, m c dù m c đ r t th p. c) C u trúc hoa nhi u lồi, m c dù th ph n thư ng di n ra sau khi hoa n , t th ph n đư c b o đ m nh c u trúc c a hoa. - Nh đ c bao quanh đ u nhu ; v trí c a bao ph n so v i đ u nh y b o đ m cho quá trình t th ph n (ví d : cà chua, cà) - Nh và vịi nh y đư c các cơ quan khác c a hoa che khu t, ngăn c n quá trình giao ph n (ví d : cây đ u đ ). - ð u nh y cĩ kh năng ti p nh n ph n và vưon dài xuyên qua bĩ nh , b o đ m t l th ph n cao. Giao ph n (th ph n chéo) cây giao ph n h t ph n c a cây này th ph n cho nh y hoa trên cây khác. S chuy n ph n t cây này sang cây khác đư c th c hi n nh giĩ ho c cơn trùng. M c đ giao ph n thay đ i theo t ng lồi cây. Cơ ch đ m b o s giao ph n g m: a) L ch giao hay bi t giao (dichogamy): hoa đ c và hoa cái thành th c (chín) các th i đi m khác nhau. - Nh chín trư c: hành, cà r t, kê m n tr u - Nh y chín trư c: ngơ, chè, ca cao b) Hoa phân tính: nh ng lồi cây này hoa đ c và hoa cái riêng - ðơn tính cùng g c: hoa đ c và hoa cái riêng bi t nhưng trên cùng m t cây; ví d : b u bí cĩ hoa đ c cái riêng bi t, ngơ chùm hoa đ c và cái riêng, th u d u cĩ hoa đ c và hoa cái trong cùng chùm hoa nhưng hoa đ c ph n trên hoa cái ph n dư i - ðơn tính khác g c: hoa đ c và hoa cái sinh ra trên nh ng cây khác nhau; ví d , chà là, đu đ , c i bĩ xơi, măng tây B ng 1.3: nh hư ng c a t th ph n và giao ph n đ i v i m t s đ c đi m c a cây. Tính tr ng T th ph n Giao ph n Qu n th t nhiên đ ng nh t khơng đ ng nh t T ng cá th trong qu n th đ ng h p t d h p t t nhiên Ki n gen 2N đ ng h p t d h p t Ki u gen c a giao t 1N t t c như nhau t t c khác nhau Suy thối t ph i khơng cĩ T b t h p khơng cĩ ph bi n C u t o hoa và ý nghĩa đ i v i ch n gi ng Thơng thư ng hoa cĩ 4 b ph n: đài hoa, cánh hoa (thư ng cĩ màu s c), nh (g m ch nh và bao ph n) và nh y (bao g m b u, vịi nh y và đ u nh y). lúa, hoa thư ng cĩ v tr u lưng và b ng bao quanh nh y (2 đ u nh y, 1 b u) và nh (6 nh ). Hoa hồn ch nh – cĩ đ c 4 b ph n: bơng v i, cà chua, khoai tây Hoa khơng hồn ch nh - thi u 1 trong 4 b ph n: hoa hồ th o Hoa hồn h o - nh y và nh trên cùng 1 hoa: khoai tây, lúa, đ u tương Hoa khơng hồn h o - ch cĩ nh y ho c nh (nh y và nh nh ng hoa khác nhau) – ngơ, lúa d i Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .21
- 26 Các đ c đi m ra hoa quan tr ng đ i v i cơng tác ch n gi ng 1) Th i gian n hoa 2) Trình t n hoa 3) Nh p đi u n c a t ng hoa riêng r 4) Th i gian ti p nh n c a đ u nh y 5) Th i gian s ng c a h t ph n 6) Th i đi m th tinh thu n l i nh t 7) Kh năng bao cách ly c chùm hoa hay t ng hoa riêng r . Quá trình th ph n/phát tán ph n và nguyên lý s n xu t h t gi ng + Nguy cơ gây l n t p ph thu c vào - chi u cao cây - vectơ - h th ng th ph n - lư ng h t ph n + H qu l n t p ph thu c vào - quan h h hàng c a cây - b n ch t khác nhau c a gi ng 1.2 Sinh s n vơ tính Ph n l n cây tr ng sinh s n b ng h t, nhưng m t s lo i cây tr ng sinh s n vơ tính (t nhiên ho c nhân t o). Sinh s n vơ tính là s sinh s n thơng qua các b ph n sinh dư ng c a cây, ch ng h n m t (hoa h ng), căn hành (tuy lip), c (khoai tây), r c (khoai lang), thân (mía, s n), ho c h t vơ ph i (xồi) đ t o ra nh ng cá th m i. Cây sinh s n vơ tính thư ng cĩ đ d h p t cao và h u th sinh ra t h t thư ng phân ly m nh. Vì v y, m t s lồi cây, đ c bi t cây ăn qu và cây c nh ngư i ta s d ng nhân gi ng vơ tính vì mu n cĩ qu n th đ ng nh t. Cĩ th phân bi t hai nhĩm chính sau đây. Sinh s n sinh dư ng: Nhân vơ tính b ng các b ph n sinh dư ng như, c , r , thân ng m, thân bị, thân, hom cành, hom lá, căn hành, nuơi c y mơ t bào t các b ph n khác nhau c a cây b ng k thu t in vitro; duy trì nh ng ki u gen đ c bi t tránh th h con bi n đ i, ch c n m t cây ưu vi t. M t nhĩm cây nhân vơ tính t m t cây làm thành m t dịng vơ tính. Cây c a m t dịng vơ tính đ ng nh t v m t di truy n và mang các đ c đi m c a cây m . Sinh s n vơ ph i: Sinh s n vơ ph i là ki u sinh s n mà trong đĩ cơ quan sinh s n tham gia vào s hình thành h t nhưng khơng cĩ s h p nh t c a các giao t đ c và cái (khơng th tinh). ðĩ là s thay th quá trình h u tính b ng quá trình vơ tính. Phơi hình thành do phân chia nguyên nhi m c a t bào m đ i bào t ho c t bào xơ ma c a nỗn. Khơng cĩ phân chia gi m nhi m và th tinh, con cái gi ng h t như cây m . N u sinh s n vơ ph i là phương th c sinh s n duy nh t c a m t lồi g i là vơ ph i b t bu c. Ngư c l i, n u c sinh s n vơ ph i và sinh s n h u tính x y ra trong cùng nỗn hay trên cùng m t cây g i là vơ ph i khơng b t bu c. Kho ng 40 h th c v t và hàng trăm lồi sinh s n theo con đư ng vơ ph i, ví d : nhi u cây th c ăn gia súc, cây cao lương, cam quýt. Các ki u sinh s n vơ ph i a) Bào t lư ng b i (diplospory): Phơi phát tri n tr c ti p t t bào m đ i bào t khơng gi m nhi m (C Poa pratensis). Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .22
- 27 b) Vơ bào t (apospory): Túi phơi hình thành tr c ti p t t bào xơ ma và khơng gi m nhi m; phơi phát tri n tr c ti p t tr ng lư ng b i c) Vơ giao (apogamy) hay t h p (automixis): Phơi phát tri n t 2 nhân đơn b i. Thơng thư ng đây là k t qu h p nh t c a 2 t bào trong túi phơi, ho c là tr bào hay t bào đ i c c, hay là k t qu b i hồn l n phân chia th 2. d) Phơi b t đ nh (adventitious embryony): Trong quá trình phát tri n c a h t khơng hình thành túi phơi và t bào tr ng; phơi phát tri n t nhân ho c mơ bênh c nh. e) Trinh sinh ( parthenogenesis) Phơi phát tri n tr c ti p t tr ng khơng th th tinh. N u g m nhi m bình thư ng s nhi m s c th c a t bào tr ng và cây vơ ph i tr ng thái đơn b i. N u gi m phân x y ra khơng bình thư ng, s nhi m s c th khơng gi m, phơi vơ ph i và cây tr ng thái lư ng b i. M c dù khơng cĩ s th tinh nhưng th ph n là c n thi t đ kích thích s phát tri n c a h t. Ưu đi m c a sinh s n vơ tính: - C đ nh đư c ưu th lai, s d ng tồn b phương sai di truy n - Duy trì gi ng vơ h n, d dàng, khơng ph i cách ly nghiêm ng t - Mơ t gi ng đơn gi n Như c đi m - D suy thối do b nh, đ c bi t b nh vi rút - H n ch tái t h p (ví d cây t i) 2. Tính t b t h p 2.1. Khái ni m t b t h p T b t h p là cây khơng cĩ kh năng hình thành h t (h p t ) khi t th ph n m c dù giao t đ c và giao t cái cĩ s c s ng và ch c năng bình thư ng. T b t h p là m t cơ ch ngăn ng a n i ph i (giao ph i c n huy t), nh t là cây giao ph n, do ng ph n khơng ho c kém phát tri n trong vịi nh y. Tính t b t h p đư c ki m sốt b i m t h th ng đa alen (alen S). T b t h p khác v i b t d c đ c; s khác nhau đĩ đư c trình bày trong b ng 2.3. B ng 2.3: S khác nhau gi a t b t h p và b t d c đ c. T b t h p B t d c đ c 1. Do hàng rào c n tr sinh lý đ i v i th Do r i lo n trong quá trình phát tri n h t tinh. Khơng thu đư c h t do ng ph n ph n phát tri n ch m ho c kém phát tri n 2. Ph n và nỗn cĩ ch c năng bình thư ng 3. Các y u t di truy n và sinh lý ki m sốt H t ph n khơng cĩ ch c năng s bi u hi n c a tính t b t h p Các y u t di truy n nhân, t bào ch t ho c c hai ki m sốt s bi u hi n tính b t d c ði m bi u hi n tính t b t h p - B m t đ u nh y (h t ph n khơng n y m m) - Vịi nh y (sinh trư ng c a ng ph n b c n tr ) - B u/nỗn (khơng cĩ dung h p giao t ) Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .23
- 28 2.2. Các ki u t b t h p Cĩ hai h th ng t b t h p là b t h p d hình và b t h p đ ng hình. ð i v i ch n t o gi ng b t h p đ ng hình đư c nhi u nhà ch n gi ng quan tâm. B t h p đ ng hình do m t dãy đa alen ki m sốt và tương đ i ph bi n . Cĩ hai lo i t b t h p đ ng hình: t b t h p giao t và t b t h p bào t (B ng 3.3). T b t h p giao t T b t h p giao t do m t gen S ki m sốt, t n t i nhi u d ng alen khác nhau, đĩ là dãy alen S1, S2, S3, v.v. Nhi u lồi thu c h cà, h hồ th o, h đ u, h hoa h ng, v.v. bi u hi n tính t b t h p giao t . Alen b t h p ho t đ ng đ c l p và quy t đ nh ph n ng t b t h p (ki u hình) c a h t ph n. S lư ng alen r t l n, ví d 212 Trifolium, 37 Oenothera, 17 Nicotiana. Ph n ng t b t h p ph thu c hồn tồn vào ki u gen c a h t ph n và đ u nh y. N u alen c a h t ph n gi ng v i alen trong đ u nh y s x y ra hi n tư ng b t h p. Cĩ 3 ki u th ph n sau (liên h hình 1.3): S1S2 X S1S2 : b t h p hồn tồn, S1S2 X S2S3 : 50% h t ph n cĩ hi u l c S1S2 X S3S4 : tương h p hồn tồn B ng 3.3: ð c đi m c a h th ng t b t h p giao t và t b t h p bào t T b t h p giao t T b t h p bào t Ki u hình (ki u giao ph i) c a h t ph n do Ki u hình (ki u giao ph i) c a h t ph n do cây ki u gen h t ph n (alen S) xác đ nh sinh ra h t ph n (bào t th ) xác đ nh Do alen m t hay hai locut ki m sốt Do alen m t locut ki m sốt Alen c a gen t b t h p ho t đ ng riêng r Alen c a gen t b t h p cĩ th bi u hi n tính trong vịi nh y tr i, hay đ c l p, ho c c hai trong h t ph n và trong vịi nh y H t ph n b t h p b c ch trong vịi nh y ng ph n c a h t ph n b t h p cĩ th b c ch trên b m t vịi nh y ho c tính b t h p bi u hi n gi a các giao t sau khi th tinh Bi u hi n sau phân chia gi m nhi m giao Bi u hi n trư c phân chia gi m nhi m h t ph n t đơn b i Hình 1.3: B t h p giao t Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .24
- 29 T b t h p bào t H th ng t b t h p bào t đư c ki m sốt di truy n b i 1 locut cĩ nhi u alen; các alen cĩ th bi u th tính tr i hay đ ng tr i (đ c l p) h t ph n và vịi nh y. K t qu là m i quan h b t h p r t ph c t p. Ph n ng b t h p c a h t ph n (ki u hình) do b m th sinh ra h t ph n xác đ nh. Cây h th p t thu c h th ng t b t h p bào t . Các ki u bi u hi n c a các alen b t h p (liên h hình 2.3): - tr i S1 > S2 > S3 - tr i song song (co-dominant) S1 = S2 = S3 i) Vịi nh y - Tr i S1 S1, S1S2, S1S3 = S1 S2 S3, S2S4, S2S5 = S2 - Tr i song song S1 S1 = S1 S1 S2 = S1 + S2 ii) H t ph n - Tr i S1S2 S1 và S2 = S1 S2S3 S2 và S3 = S2 - Tr i song song S1 S2 S1 và S2 = S1 + S2 S2 S3 S2 và S3 = S2 + S3 iii) Tính tr i nh y và nh cĩ th khác nhau Các t h p alen b t h p cĩ th khi ph n ng b t h p h t ph n và vịi nhu gi ng nhau S1S2 S2S3 S1S2 B t h p S1S2, S1S3 S2S2, S2S3 S S S S S S 2 3 1 2, 1 3 B t h p S2S2, S2S3 S1S3 S3S4 Hình 2.3: B t h p bào t Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .25
- 30 2.3 H qu c a tính t b t h p a) ð i v i tr ng tr t - Ph i tr ng t i thi u 2 gi ng tương h p v i nhau đ cây đ u qu , đ u h t: cacao, cây trà, cây l c tiên, táo tây, anh đào - T b t h p kéo dài tu i th c a hoa cây c nh: petunia - T b t h p là ưu đi m cây cĩ c : khoai lang, s n - T b t h p t o đi u ki n hình thành qu khơng h t: d a b) ð i v i ch n gi ng - T b t h p gi m thi u s t h p lai - Các tính tr ng liên k t v i gen S s phân ly theo t l khơng bình thư ng - T b t h p c n tr vi c lai l i và t o dịng thu n - S d ng s n xu t h t lai 2.4 Phương pháp kh c ph c tính t b t h p - Th ph n n hay th ph n s m (bud pollination): H th p t - Th ph n mu n: H th p t , Lilium - S c nhi t đ : Cà chua Lycopersicon - X lý hooc mơn: m t s lồi - Chi u tia b c x : Petunia, Lilium - ði u ki n sinh trư ng b t l i: Prunus - C t ng n vịi nh y: Khoai tây 2n - Tăng n ng đ CO2 : Cây th p t 3. B t d c đ c B t d c đ c là cây khơng cĩ kh năng t o ra ho c gi i phĩng h t ph n cĩ ch c năng. B t d c đ c cĩ th là b t d c th c, b t d c đ c ch c năng ho c b t d c c m ng do hố ch t. a) B t d c đ c th c: Ki u b t d c đ c này t o thành do khơng cĩ cơ quan gi i tính đ c trong hoa cái, chuy n đ i gi i tính, ho c do h t ph n b t d c (b t d c đ c nhân, b t d c đ c t bào ch t, b t d c đ c t bào ch t - nhân) vì s b t thư ng trong quá trình phát tri n ti u bào t . b) B t d c đ c ch c năng: B t d c đ c ch c năng t o thành do bao ph n khơng m (do khuy t t t ho c sai sĩt c u t o, cơ h c) nên khơng gi i phĩng h t ph n ra ngồi, m c dù h t ph n h u d c bình thư ng. c) B t d c do hố ch t: B t d c đ c t o ra khi x lý hố ch t nh ng giai đo n sinh trư ng nh t đ nh c a cây; hố ch t can thi p vào quá trình phát tri n c a giao t đ c. 3.1 B t d c di truy n/b t d c đ c nhân (GMS /NMS) B t d c đ c di truy n do m t gen l n (ms) trong nhân ki m sốt. m t s cây tr ng m t ho c nhi u gen tham gia ki m sốt s b t d c đ c, ví d ngơ, cà chua, cao lương. Dịng b t d c đ c di truy n (msms) đư c duy trì b ng cách lai v i dịng h u d c d h p t (Msms). 50% s cây th h con b t d c đ c, 50% h u d c. Trong khu lai ho c s n xu t h t lai, cây h u d c trong dịng m đư c nh b ngay khi nh n bi t đư c. Trong m t s trư ng h p, cây b t d c đ c cĩ th đư c xác đ nh thơng qua gen ch th giai đo n cây non. N u khơng cĩ gen ch th cây b t d c đ c ch xác đ nh đư c thơng qua quan sát hoa m t cách Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .26
- 31 c n th n; đơi khi khơng th lo i b h t nh ng cây h u d c trư c khi tung ph n. ðây là m t h n ch c a b t d c đ c di truy n, h n ch giá tr s d ng làm cơng c đ s n xu t h t lai. H th ng gen trong nhân MsMs : h u d c Msms : h u d c (duy trì b t d c) msms : b t d c Duy trì và nhân d ng b t d c msms x Msms 1 msms : 1Msms Ví d : b t d c đ c di truy n: B t d c ch c năng cà chua, b t d c đ c m n c m v i nhi t đ lúa ng dung: B t d c đ c nhân là phương pháp kh đ c di truy n đ s n xu t h t lai, ng d ng đ t o qu n th cho ch n l c chu kỳ, nh t là cây t th ph n. B t d c đ c ch c năng là d ng b t d c do gen trong nhân ki m sốt. Cây t o ra h t ph n bình thư ng nhưng khơng th gi i phĩng ra ngồi do bao ph n khơng m . B t d c đ c ch c năng đư c nghiên c u nhi u cà chua. Tuy nhiên b t d c đ c ch c năng r t m n c m v i đi u ki n mơi trư ng nên ít đư c s d ng trong s n xu t h t lai. 3.2 B t d c đ c t bào ch t B t d c đ c t bào ch t là k t qu b t thư ng c a t bào ch t. T bào ch t b t d c thư ng ký hi u là S và t bào ch t bình thư ng là N ho c F. Tồn b con lai gi a cây b t d c t bào ch t v i cây h u d c đ u b t d c. B t d c đ c t bào ch t đư c phát hi n hành tây, ngơ, cà r t, và t. Ph n l n ngu n b t d c đ c t bào ch t là k t qu lai gi a các cây cĩ quan h h hàng xa nhau, ch ng h n con lai khác lồi, khác chi. Cĩ th chuy n tính b t d c đ c vào dịng t ph i b ng cách s d ng d ng b t d c làm m và lai l i nhi u l n v i dịng t ph i. B t d c đ c t bào ch t cĩ nhi u ưu đi m đ i v i các lồi cây c nh vì t t c con cái b t d c và khơng ra qu . Cây khơng ra qu s ng lâu và kéo dài th i gian ra hoa. 3.3 B t d c đ c t bào ch t-nhân B t d c đ c t bào ch t-nhân cĩ s tham gia c a c t bào ch t và nhân, là k t qu tác đ ng ph i h p c a t bào ch t b t d c (S) và gen khơng ph c h i trong nhân (rf), ví d ngơ, cao lương, lúa, hư ng dương, v.v. Lai cây b t d c đ c v i cây cĩ ki u gen cĩ ph n (N)rfrf nhưng khơng cĩ kh năng ph c h i, th h con hồn tồn b t d c. Ki u gen (N)rfrf vì th đư c g i là ki u gen duy trì b t d c. Ngư c l i lai cây cĩ kh năng ph c h i th h con hồn tồn h u d c. S cĩ m t c a gen ph c h i (Rf) kh c ph c tác đ ng b t d c c a t bào ch t. Ki u gen (N)/(S)RfRf g i là ki u gen ph c h i h u d c. B t d c đ c t bào ch t-nhân (thư ng g i t t là b t d c t bào ch t, CMS) là cơng c kh đ c di truy n, đư c s d ng r ng rãi trong s n xu t h t lai c a nhi u cây tr ng. ð s dung b t d c đ c t bào ch t-nhân cĩ hi u qu , nh ng y u t sau đây c n ph i lưu ý: a) Tính b t d c đ c ph i n đ nh. B t kỳ s m t n đ nh nào đ u d n đ n quá trình t th ph n. b) S d ng r ng rãi m t ngu n b t d c cĩ th làm tăng tính c m nhi m v i d ch b nh (ví d , b t d c đ c ki u Texas M năm 1970-71) c) nh hư ng c a mơi trư ng như đ dài ngày, cư ng đ ánh sáng, nhi t đ , m đ tương đ i, m t đ cây cĩ th nh hư ng t i ph n ng h u d c c a gen ph c h i d) S n xu t h t gi ng ph i cĩ hi u qu kinh t ; năng su t và ch t lư ng s n ph m c a con lai ph i vư t tr i so v i gi ng thư ng. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .27
- 32 - B t d c đ c TBC phát hi n năm 1931 - 1948 phát hi n gen cĩ kh năng ph c h i h u d c, ngơ b t d c TBC ki u T (Texas), đưa BDTBC vào s n xu t h t lai Hoa Kỳ; d ch b nh đ m lá nh năm 1970-1971 do ki u T m n c m v i b nh. Các lo i b t d c t bào c t-nhân i) B t d c đ c đ ng t bào ch t: = trong n i b lồi Cao lương: milo x kafir Cây lanh: procumbent x tall C i d u: D ng Thu ði n/ Canada x 'Bronovski' ii) B t d c đ c d t bào ch t = gi a các lồi ho c chi (Capsicum peruvianum) x C. annuum (Brassica nigra) x B. oleracea (Oryza spontanea) x O. sativa (Triticum timopheevi) x T. aestivum 3.4 Gây b t d c đ c b ng hố ch t M t bi n pháp thay th đ s n xu t h t lai lúa nư c và lúa mì s d ng hố ch t di t giao t đ c (chemical pollen suppressant, CPS hay chemical hybridization agent, CHA). S d ng hố ch t cĩ th t o con lai b t kỳ t h p nào cĩ ưu th lai cao. Tính b t d c đ c tương đ i d s d ng vì khơng c n ph i duy trì. B t kỳ gi ng nào cũng cĩ th gây b t d c và s d ng làm m và khơng c n tìm ki m dịng ph c h i. M t hố ch t kh đ c t t c n th a mãn nh ng yêu c u sau: - Gây b t d c h t ph n cĩ ch n l c mà khơng làm nh hư ng đ n nh y (đ h u d c) và các b ph n khác c a cây, đ m b o s lư ng và ch t lư ng h t lai trên cây m . - Tác d ng m t cách h th ng ho c b n v ng đ gây b t d c đ c c a các nhánh các giai đo n khác nhau (s m và mu n) - An tồn cho ngư i, gia súc, khơng gây h i mơi trư ng, khơng cĩ h qu gây đ t bi n. - n đ nh và t n lưu trong cây m t th i gian nh t đ nh, khơng b nh hư ng b i đi u ki n th i ti t. - S d ng d dàng, thu n ti n, hi u qu kinh t cao. Nhi u hĩa ch t di t h t ph n đã đư c s d ng, như ethaphon, ethrel, h p ch t RH531, RH532, v.v. Trong s n xu t h t lúa lai, Trung Qu c đã s d ng hai ch t: MG1 (Mononatri methan arsenat) và MG2 ( Natri methyl arsenat). Nh ng hĩa ch t này cĩ hi u l c khi phun vào th i đi m 5-9 ngày trư c kho n hoa n ng đ 0,02% . Ưu đi m s d ng hĩa ch t trong s n xu t h t lai g m (Virmani and Edwards, 19: 1) ðơn gi n hĩa quy trình ch n t o gi ng vì khơng c n b t d c đ c và gen ph c h i 2) Tránh đư c các cơng đo n t n kém và ph c t p đ nhân dịng b t d c 3) Ki u gen cĩ bao ph n thị ra ngồi v n cĩ th s d ng làm m 4) Tránh đư c th i gian chuy n chuy n ki u gen tri n v ng thành dịng b t d c đ c 5) D dàng trong vi c đánh giá dịng v kh năng k t h p Nh ng h n ch c a hố ch t gây b t d c: Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .28
- 33 1) Li u lư ng hĩa ch t đ đ gây b t d c đ c thư ng gây b t d c nh y và gi m t l k t h t 2) ði u ki n h i ti t (mưa kéo dài, giĩ m nh) c n tr vi c phun hĩa ch t vào giai đo n t i ưu 3) Gây b t d c đ c khơng hồn tồn, hĩa ch t ch cĩ hi u l c trong th i gian ng n và giai đo n phát tri n nh t đ nh nên ph i phun nhi u l n 4) Chi phí cao. TÀI LI U THAM KH O Fehr, W. R. 1986. Principles of cultivar development, Chapter 2, Volume 1. Macmillan Publishing Co. Poehlman, J. M., và D. A. Sleper 1995. Breeding field crops 4th Edition. Iowa State University Press. Lê Duy Thành. 2001. Cơ s di truy n ch n gi ng th c v t. NXB Khoa h c và K thu t Hughes, M. A. 1996. Plant molecular genetics. Chapter 12: Breeding systems, trang 155- 167 Câu h i ơn t p 1. Cĩ bao nhiêu ki u sinh s n th c v t? Phân bi t t th ph n và giao ph n. Nh ng y u t (đ c đi m) nào đ m b o t th hay giao ph n. K tên cây t th ph n và cây giao ph n. 2. nh hư ng c a t th ph n và giao ph n t i c u trúc di truy n th h con cái như th nào? 3. T i sao th h con cái hình thành t h t cây sinh s n vơ tính thư ng khơng đ ng nh t? 4. N u mu n duy trì tính di truy n c a cây, anh (ch ) s s d ng phương pháp h u tính hay vơ tính? T i sao? 5. Th nào là sinh s n vơ ph i? Kh năng và ý nghĩa ng d ng vơ ph i trong ch n gi ng? 6. Các b ph n ch y u c a hoa và ý nghĩa c a chúng trong quá trình hình thành h t, trong quá trình lai. 7. S khác nhau gi a hoa đ y đ và hoa khơng đ y đ , hoa hồn h o và khơng hồn h o, lư ng tính và đơn tính, đơn tính cùng g c và đơn tính khác g c. 8. Th nào là t b t h p? B t h p giao t ? B t h p bào t ? 9. Li t kê nh ng tr ng i và kh năng ng d ng t b t h p trong ch n gi ng cây tr ng. 10. Cĩ th t o ra dịng t ph i cây t b t h p (ví d c i b p) đư c khơng? Làm th nào? 11. Th nào là b t d c đ c? 12. Các lo i b t d c đ c. 13. S khác nhau gi a b t d c đ c t bào ch t và b t d c đ c t bào ch t –nhân. 14. ng d ng b t d c đ c trong ch n gi ng/s n xu t gi ng. 15. Ưu đi m và như c đi m c a b t d c đ c b ng hĩa ch t. Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .29
- 34 CHƯƠNG IV DI TRUY N S LƯ NG TRONG CH N GI NG CÂY TR NG M c tiêu c a chương 1. N m đư c nh hư ng c a các y u t mơi trư ng và di truy n t i s bi u hi n c a tính tr ng s lư ng. 2. Hi u đư c giá tr ki u hình, ki u gen và các thành ph n phương sai. 3. N m đư c phương sai di truy n, h s di truy n, tương quan di truy n và ý nghĩa c a chúng đ i v i ch n l c; cơ s c i ti n đ ng th i nhi u tính tr ng và ch s ch n l c. 4. Trình bày khái ni m và ý nghĩa c a tương tác ki u gen-mơi trư ng. 5. N m đư c phương pháp đánh giá kh năng k t h p. L p k ho ch và th c hiên m t chương trình ch n gi ng đ c i ti n các tính tr ng s lư ng ph thu c r t l n vào m c đ bi n đ ng di truy n c a ngu n v t li u ch n gi ng. Ph n l n các tính tr ng kinh t quan tr ng c a cây tr ng là nh ng tính tr ng s lư ng, như năng su t, ph m ch t, th i gian sinh trư ng, v.v. Khác v i tính tr ng ch t lư ng, tính tr ng s lư ng bi u th s bi n thiên liên t c và t giá tr th p đ n giá tr cao cĩ nhi u d ng trung gian. Nguyên nhân gây ra s bi n thiên liên t c các tính tr ng s lư ng là s ki m sốt c a nhi u gen cĩ hi u ng nh nhưng mang tính tích lu . S phân ly đ ng th i nhi u gen t o ra m t ph m vi r ng các ki u gen mang tính liên t c khơng th phân chia thành nh ng l p riêng bi t. Bi n đ ng gi a các cá th trong m t qu n th đ i v i m t tính tr ng s lư ng ngồi ki u gen cịn liên quan t i nh hư ng c a mơi trư ng. Trong ph n l n các trưịng h p các tính tr ng s lư ng cĩ tương quan v i nhau, do đĩ c i ti n tính tr ng này cĩ th thay đ i tính tr ng khác. ð i v i s n xu t các gi ng cĩ kh năng thích nghi r ng là c n thi t, nên nghiên c u tương tác ki u gen – mơi trư ng h t s c c n thi t. Các phương pháp ch n gi ng thư ng d a vào ho t đ ng c a gen ki m sốt tính tr ng. Phương pháp t h p hay phương pháp lai truy n th ng s d ng hi u ng c ng, trong khi đĩ gi ng lai l i F1 t n d ng hi u ng gen khơng c ng (tr i, siêu tr i). 1. Giá tr ki u hình, ki u gen và các thành ph n phương sai Giá tr ki u hình (P) c a m t tính tr ng s lư ng là t ng tác đ ng cu ki u gen (G) và mơi trư ng (E). P = G + E Ki u hình là s bi u hi n b ngồi c a m t cơ th s ng hay giá tr đo c a m t tính tr ng, như đ b c b ng h t g o, kh i lư ng 1000 h t thĩc là 28 gam, chi u cao cây ngơ 185 cm. Ki u gen là k t qu tác đ ng c a các gen ki m sốt tồn b quá trình sinh hĩa trong m t cá th và qua đĩ ti m năng tính tr ng c a cá th y. Mơi trư ng bao g m tồn b các y u t bên ngồi cĩ th nh hư ng đ n s bi u hi n c a gen ki m sốt các quá trình sinh hĩa và s bi u hi n c a gen thành ki u hình. Các y u t bên ngồi g m th i ti t, khí h u, m đ , đ phì đ t, v.v. Cũng như tính tr ng ch t lư ng, ki u gen c a tính tr ng s lư ng g m tương tác trong n i b lơ cut và gi a các lơ cut. Do đĩ ki u gen c a tính tr ng s lư ng cĩ th bi u th b ng: G = A + D + I trong đĩ A là hi u ng riêng r c a t ng alen hay thành ph n c ng tính c a ki u gen (Fisher, 1918); D là đ lêch tr i hay thành ph n do tương tác trong n i b lơ cut và I là thành ph n do tương tác gi a các lơ cut. N u cĩ th đ nh lư ng đư c s bi u hi n c a Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng . .30
- 35 ki u gen , thì giá tr c a th d h p t m t lơ cut riêng r b ng giá tr trung bình c a 2 th đ ng h p t n u khơng cĩ gen nào tr i so v i gen kia. Do đĩ, b t kỳ đ l ch nào so v i giá tr trung bình đ u là d u hi u c a s cĩ m t c a tr i. Cĩ ba m c tr i là: tr i khơng hồn tồn - giá tr c a th d h p t n m trong kho ng trung bình c a hai th đ ng h p t và giá tr c a th đ ng h p t tr i; tr i hồn tồn - giá tr c a th d h p t b ng giá tr c a th đ ng h p t tr i. và siêu tr i - giá tr c a th d h p t vư t ra ngồi ph m vi c a hai th đ ng h p t . N u tính tr ng đư c ki m sốt b i nhi u lơ cut, thành ph n c ng c a ki u gen b ng t ng hi u ng riêng r c a các alen c a t t c lơ cut và thành ph n tr i b ng t ng c a t t c tương tác trong n i b các lơ cut. B t kỳ đ l ch nào cịn l i so v i giá tr trung bình c a ki u gen sau khi tr đi hi u ng c ng và tr i là do c ch . M i y u t khác nhau ki m sốt ki u hình c a m t cá th v i tính tr ng s lư ng đ u đĩng gĩp vào s khác nhau gi a các cá th trong qu n th . T ng bi n đ ng hay phương sai ki u 2 hình σ P trong qu n th là : 2 2 2 σ P = σ G + σ E 2 T ng phương sai di truy n σ G bao g m phương sai do hi u ng c ng hay hi u ng trung 2 2 bình c a gen (σ A), phương sai do hi u ng tr i (σ D) và phương sai do c ch hay tương 2 tác gi a các gen (σ I) (Kempthorne, 1954; Falconer và MacKay, 1996). Phương sai c ch bi u th thành ph n bi n đ ng tàn dư và cĩ th chia thành các thành ph n hồn tồn c ng 2 2 2 2 2 2 2 (σ AA, σ AAA ), c ng x tr i (σ AD, σ AAD, σ ADD ) và hồn tồn tr i (σ DD , σ DDD ). Do đĩ: 2 2 2 2 σ G = σ A + σ D + σ I Vi c ư c lư ng các thành ph n phươg sai địi h i các sơ đ giao ph i đ t o ra các qu n th cĩ quan h h hàng. Nh ng sơ đ ch y u g m sơ đ phân t (NC I), sơ đ nhân t (NC2) và lai dialen (Hallauer và Miranda, 1983; Wricke, 1986). B ng sơ đ thí nghi m thích h p và phân tích phương sai, s tính đư c các thành ph n phương sai; chúng đư c đ i thành các thành ph n di truy n qua hi p phương sai gi a h hàng. Bi n đ ng do các y u t di truy n: Qu n th khác nhau cĩ c u t o di truy n khác nhau s khác nhau v kích thư c, kh i lư ng các b ph n, hình d ng, màu s c hay s phát tri n gi a các cá th . Bi n đ ng di try n cĩ th quan sát đư c nh ng cây sinh trư ng trong cùng m t đi u ki n mơi trư ng. Bi n đ ng di truy n đư c t o thành do tái t h p gen, bi n đ i đ t bi n, ch n l c và d ch gen. Bi n đ ng di truy n đư c truy n l i cho th h con cái. Bi n đ ng do mơi trư ng: ði u ki n mơi trư ng khác nhau cĩ th gây s khác nhau v kích thư c, kh i lư ng các b ph n, hình d ng, màu s c hay s phát tri n gi a các cá th . Các y u t mơi trư ng g m đ phì đ t, đ pH, đi u ki n nư c tư i, nhi t đ , ánh sáng và quang chu kỳ, m đ , sâu b nh h i, vv. Bi n đ ng mơi trư ng cĩ th quan sát đư c trên nh ng cây cĩ cùng c u trúc di truy n trong nh ng mơi trư ng khác nhau. Bi n đ ng do tác đ ng c a mơi trư ng khơng truy n l i cho th h con cái. H s bi n đ ng đư c s d ng đ đánh giá m c bi n đ ng gi a hai tính tr ng tương ph n. H s bi n đ ng ki u hình (PCV) và h s bi n đ ng ki u gen (GCV) đư c tính như sau:
- 36 σ σ P = P ; G = G CV Χ CV Χ Trong đĩ σP và σP là đ l ch chu n ki u hình và ki u gen và X là giá tr trung bình. 2. H s di truy n và hi u qu ch n l c Hi u qu ch n l c đ i v i m t tính tr ng s lư ng ph thu c vào ý nghĩa tương đ i c a các y u t di truy n và khơng di truy n trong s khác nhau ki u hình gi a các ki u gen trong qu n th – g i là h s di truy n. H s di truy n đư c đo b ng t s c a phương sai di truy n và phương sai ki u hình hay t ng phương sai. Cĩ hai giá tr thư ng đư c s d ng, 2 2 2 2 2 2 h s di truy n nghĩa r ng, h b = σ G/σ P, và h s di truy n nghĩa h p, h n = σ A/σ P. Là m t đ i lư ng th ng kê bi u th t s gi a các phương sai nên h s di truy n là m t đ i lư ng đ c trưng cho m t qu n th xác đ nh trong m t mơi trư ng xác đ nh t i th i đi m xác đ nh. B n thân giá tr di truy n c a m t qu n th khơng nĩi lên tính ưu vi t c a qu n th đĩ. Giá tr h2 dao đ ng trong kho ng t 0 đ n 1; trong m t dịng thu n các cá th cĩ cùng ki u gen nên tồn b s bi n đ ng hay s khác nhau gi a các cá th hồn tồn do các y u t ngo i c nh và h2 = 0. Các cách tính h s di truy n H s di truy n d a vào t ng cây đơn l khi ch n l c d a vào các cây c a qu n th mà khơng phân thành các ơ hay kh i σ 2 h 2 = g σ 2 + σ 2 + σ 2 + σ 2 W ge g H s di truy n t ng cây đơn l khi ch n d vào so sánh các cây trong m t ơ hay kh i 2 σ g h = 2 2 2 σ W + σ ge + σ g H s di truy n d a vào ơ 2 2 2 σ g σ g h = 2 2 2 2 = 2 2 2 - σ W / n + σ + σ ge + σ g σ e + σ ge + σ g H s di truy n d a vào trung bình dịng 2 2 σ g h = 2 2 2 σ e / rl + σ ge / l + σ g 2 2 Ghi chú: σ g = phương sai di truy n, σ w = phương sai gi a các cây trong m t ơ, 2 2 2 2 σ = phương sai gi a các ơ, σ e = σ w /n sai s thí nghi m, σ ge = tương tác ki u gen x mơi trư ng, n = s cây trong 1 ơ, r = s l n l p l i, l = s mơi trư ng th nghi m. M c đích c a ch n l c là thay đ i giá tr trung bình c a qu n th đ i v i tính tr ng c n c i ti n thơng qua s thay đ i t n s gen. Vì v y s hi u bi t v h s di truy n, nh t là h s
- 37 di truy n nghĩa h p r t c n thi t đ i v i nhà ch n gi ng. Trong 3 thành ph phương sai di truy n, Wright (1971), coi ph n c ng tính xác đ ng s gi ng nhau gi a b m và con cái. S thay đ i giá tr ki u gen c a qu n th sau m t th h ch n l c đư c g i là ti n b di truy n hay k t qu ch n l c. K t qu ch n l c (∆G ) c a m t tính tr ng ph thu c vào h s di truy n c a tính tr ng đĩ và cĩ th ư c lư ng b ng cơng th c sau: 2 ∆ G = Sh trong đĩ S = vi phân ch n l c = hi u s gi a giá tr trung bình c a các cá th đư c ch n và qu n th ban đ u h2 = h s di truy n, thư ng là nghĩa h p Như v y k t qu ch n l c s cao n u h s di truy n và vi phân ch n l c cao. Giá tr c a h2 b nh hư ng b i tác đ ng mơi trư ng nhưng cĩ th tăng b ng cách s d ng phương pháp ch n l c và sơ đ thí nghi m thích h p. Vi phân ch n l c ph thu c vào t l cá th đư c ch n và m c đ bi n đ ng c a qu n th . Vi phân ch n l c tăng cùng chi u v i đ bi n đ ng nhưng ngư c chi u v i t l ch n l c. ð d đốn và so sánh k t qu ch n l c các nhà ch n gi ng thư ng s d ng giá tr S/σP thay cho S làm vi phân ch n l c tiêu chu n hố. K t qu ch n l c đư c bi u th b ng: 2 ∆ G = iσ P h trong đĩ i = S/σP g i là cư ng đ ch n l c. ð i v i các tính tr ng s lư ng phân ph i chu n thì i = Yz/p, trong đĩ Yz là đ cao c a to đ t i đi m ch n l c và p là t l đư c ch n. Cĩ th tính đư c cư ng đ ch n l c (các giá tr i) cho các giá tr p khác nhau b ng cách s d ng b ng cĩ giá tr Yz trong m t s sách th ng kê. B ng 1.4 dư i đây cho bi t m t s giá tr i v i t l ch n l c khác nhau: B ng 1.4. Giá tr i (cư ng đ ch n l c) đ i v i m t s giá tr p (t l ch n). ___ p % 50 40 30 25 20 15 10 5 2 1 i 0,80 0,97 1,16 1,27 1,40 1,55 1,76 2,06 2,42 2,84 3. Tương quan di truy n và ph n ng liên đ i Các tính tr ng s lư ng thư g cĩ m i tương quan v i nhau. Ví d , năng su t h t cây c c thư ng cĩ tương quan ngh ch v i hàm lư ng protein nhưng cĩ tương quan dương v i th i gian sinh trư ng. Trong chương trình ch n gi ng, m i tương quan gi a năng su t, các y u t c u thành năng su t và các tính tr ng kinh t khác cĩ ý nghiã quan tr ng đ i v i ch n l c, đ c bi t khi nhà ch n gi ng c n c i ti n đ ng th i nhi u tính tr ng. Tương quan dương làm tăng m c ch n l c c a c hai tính tr ng, ngư c l i tương quan âm làm gi m m c ch n l c. Vì v y, đi u quan tr ng đ i v i nhà ch n gi ng là ph i xác đ nh đư c m i tương quan cĩ cơ s di truy n ho c ph n ánh nh ng y u t mơi trư ng. Tương quan di truy n c ng, rA, đư c ư c lư ng thơng qua tương quan c a giá tr ch n gi ng gi a hai tính tr ng c a các cá th trong qu n th . Tương quan mơi trư ng, rE, là tương quan gi a các đ l ch mơi trư ng bi u th ph n dư c a phương sai ki u hình. Cĩ th ư c lư ng phương sai ki u hình gi a hai tính trang X và Y theo cơng th c sau: Cov Cov + Cov r = P ho c r = A E P σ σ P σ σ PX PY PX PY
- 38 N u đ t e2 = 1 - h2 ta cĩ CovA CovE rP = hX hY + eX eY σ A( X )σ A(Y ) σ E( X )σ E (Y ) rP = hX hY rA + eX eY rE Thơng thư ng ch n l c đ c i ti n tính tr ng này kéo theo s thay đ i c a m t tính tr ng khác. Ví d khi tăng hàm lư ng caroten khoai lang làm thay đ i thu ph n hay hàm lư ng ch t khơ trong c . N u g i X là tính tr ng đư c ch n tr c ti p thì ph n ng ch n l c c a X b ng giá tr ch n gi ng trung bình c a các cá th đư c ch n. S thay đ i c a tính tr ng gián ti p Y s b ng h i quy c a giá tr ch n gi ng c a Y v i giá tr ch n gi ng c a X. Quan h h i quy là: Cov A σ A(Y ) bA( XY ) = 2 = rA σ A( X ) σ A( X ) K t qu ch n l c c a tính tr ng X khi ch n tr c ti p là: RGX = ihX σ A( X ) Do đĩ k t qu ch n l c liên đ i c a tính tr ng Y là C RY = ihX rAσ A(Y ) ho c C RY = bA( XY ) RX = i * hX * rA *σ A(Y ) N u đ t σAY = hYσAY thì ph n ng liên đ i s là: i * h * h * r σ X Y A PY Do đĩ k t qu ch n l c c a tính tr ng liên đ i cĩ th d đốn n u bi t đư c tương quan di truy n và h s di truy n c a hai tính tr ng. Hi u qu ch n l c gián ti p là: Như v y n u tương quan di truy n gi a hai tính tr ng b ng khơng ch n l c tính tr ng th c p s khơng cĩ hi u qu . Ngư c l i n u hai tính tr ng tương quan ch t ch và tính tr ng th c p cĩ h s di truy n cao, ch n l c gián ti p s cĩ hi u qu cao. 4. Ch n l c đ ng th i nhi u tính tr ng Trong ph n l n các chương trình ch n gi ng th c v t ho c đ ng v t, nhi u tính tr ng c n ph i c i ti n đ ng th i. Tuy nhiên, c i ti n tính tr ng này cĩ th kéo theo s c i ti n ho c
- 39 làm x u đi nh ng tính tr ng khác cĩ liên quan. Do đĩ khi ti n hành ch n l c c n ph i xem xét t t c tính tr ng quan tr ng đ i v i m t lồi cây tr ng. 4.1. Ch n l c theo th t a. C i ti n theo th t qua nhi u th h b. ð u tiên c i ti n m t tính tr ng, sau đĩ tính tr ng th 2 và c ti p t c như th . c. Lâu và cĩ th khơng hi u qu n u bi n đ ng di truy n gi m trong quá trình ch n l c tính tr ng đ u d. Cĩ l khơng ti n hành cĩ ý th c–nhưng ti n hành khi b nh m i phát sinh, tính tr ng c n quan tâm thay đ i, v.v. 4.2. Ch n l c đ c l p a. Ch n l c 2 hay nhi u tính tr ng cùng m t lúc b. N u 2 tính tr ng phân ph i bình thư ng, k t qu ch n l c đ c l p s s c t m t m u hình tam giác ra kh i đ th phân ph i. 4.3. Ch n l c theo ch s Ch s ch n l c là m t hàm tuy n tính c a các thu c tính khác nhau v i m t tr ng s phù h p, làm cơ s cho vi c ch n l c đ ng th i nhi u tính tr ng thơng qua s nh n bi t và phân bi t các ki u gen mong mu n v i các ki u gen khơng mong mu n d a vào ki u hình. Smith (1936) đ nh nghĩa giá tr ki u gen (P) c a m t cá th là: P = a1G1 + a2G2 + + anGn trong đĩ G1, G2 , Gn là giá tr ki u gen c a các tính tr ng riêng r và a1, a2, , an bi u th ý nghĩa kinh t tương đ i c a t ng tính tr ng. M t hàm khác (I) d a vào ki u hình c a các tính tr ng khác nhau đư c bi u th d ng: I = b1P1 + b2P2 + + bnPn trong đĩ b1, b2, ,bn là nh ng h s c n đư c ư c lư ng sao cho tương quan gi a P và I (r(P,I) đ t giá tr t i đa. ð đ t đư c giá tr r(P,I) cao nh t ph i gi i h phương trình đ tìm các giá tr bi. N u xem xét 3 tính tr ng thì h phương trình cĩ d ng sau: b1P11 + b2P12 + b3P13 = a1G11 + a2G12 + a3G13 b1P21 + b2P22 + b3P23 = a1G21 + a2G22 + a3G23 b1P31 + b2P32 + b3P33 = a1G31 + a2G32 + a3G33 và d ng ma tr n tr thành (Pb = Ga): P11 P12 P13 b1 G11 G12 G13 a1 P21 P22 P23 x b1 = G21 G22 G23 x a1 P31 P32 P33 b1 G31 G32 G33 a1 Các h s bi đư c ư c lư ng như sau: b = P—1Ga trong đĩ b là c t vec-tơ, P—1 là là ma tr n ngư c c a phương sai và hi p phương sai ki u hình, G là ma tr n phương sai và hi p phương sai ki u gen và a là c t vec-tơ giá tr kinh t . Như v y đ thi t l p ch s ch n l c ph i th c hi n các bư c sau đây:
- 40 1. Ư c lư ng ma tr n phương sai và hi p phương sai ki u gen và ki u hình. Phương sai và hi p phương sai đư c ư c lư ng thơng qua các sơ đ giao ph i trình bày trong ph n trư c. 2. L p h phương trình theo d ng ma tr n 3. Gi i h phương trình đ xác đ nh các giá tr bi 4. Ch s ch n l c và ch tiêu ch n l c Ch s ch n l c cho m i cá th hay nhĩm cá th (dịng, gia đình ) đư c xây d ng d a vào các giá tr bi và giá tr ki u hình. Cơng th c tốn h c c a hàm (I) g i là ch s ch n l c: I = b1P1 + b2P2 + + bnPn L y m t ví d đơn gi n: cĩ 3 tính tr ng quan tr ng cĩ tr ng s như sau: Năng su t 0,3 Ngày gieo đ n chín -1,4 hàm lư ng protein 4,7 Ch s (I) đ i v i ki u gen c th cĩ năng su t 1800 kg/ha, th i gain sinh trư ng 94 ngày, và hàm lư ng protein là 12% s là: I = 0,3 x 1800 – 1,4 x 94 + 4,7 x 12.4 = 466,68 Các ch s ch n l c a) Ch s ch n l c t i ưu Ch s ch n l c t i ưu do Smith (1936) và Henderson (1963) đ xu t. Henderson phân chia các tính tr ng làm hai lo i: tính tr ng sơ c p và tính tr ng th c p. Tính tr ng sơ c p là nh ng tính tr ng cĩ giá tr kinh t tương đ i khác khơng, trong khi đĩ tính tr ng th c p cĩ giá tr kinh t b ng khơng nhưng cĩ th tương quan v i tính tr ng sơ c p và cĩ ích trong chương trình ch n l c. Ví d đ i v i năng su t cây c c, s li u thư ng thu th p là năng su t h t và m t hay nhi u trong ba y u t c u thành năng su t — s bơng trên đơn v di n tích, s h t trên bơng, và kh i lư ng h t. Tr khi kh i lư ng h t là m t tính tr ng quan tr ng, ba y u t c u thành đư c xem là nh ng tính tr ng th c p và t m quan tr ng kinh t ch n đ nh cho tính tr ng sơ c p là năng su t h t. Như v y đ xây d ng ch s ch n l c t i ưu khơng c n các giá tr kinh t mà ch c n xác đ nh tính tr ng nào là tính tr ng sơ c p. Tuy nhiên cũng cĩ th xem xét các tính tr ng th c p cĩ ý nghĩa kinh t trong khi c i ti n m t tính tính tr ng sơ c p nh t đ nh. Ví d , khi xây d ng ch s đ c i ti n năng su t h t, cĩ th r t cĩ giá tr n u bao g m c hàm lư ng protein là tính tr ng th c p, th m chí c khi đã cĩ m t ch s khác đư c xây d ng đ c i ti n hàm lư ng protein. Cĩ th đưa ra m t ví d sau: cĩ m tính tr ng cĩ ý nghĩa kinh t c n c i ti n. Trư c h t xây d ng ch s cho m i m t trong m tính tr ng, ta cĩ, I1 = b1P1 + b12P2 + + b1nPn I2 = b21P1 + b22P2 + + b2nPn . I m = bm1P1 + bm2P2 + + bmnPn
- 41 Chú ý là bij cĩ th b ng khơng (0) n u tính tr ng th j khơng đĩng gĩp gì vào vi c c i ti n tính tr ng sơ c p th i. Ch s cu i cùng đ c i ti n đ ng th i m tính tr ng cĩ ý nghĩa kinh t đư c tính tốn là: I = a1I1 + a2I2 + + amIm = a1b11P1 + a1b12P2 + + a1bInPn + a2b21P1 + a2b22P2 + a2b2nPn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + ambm1P1 + ambm2P2 +ambmnPn Ch n l c gi a các ki u gen d a vào ch s cu i cùng. Ưu đi m c a phương pháp này là kh năng tính tốn m t ch s ch n l c m i I’, b ng cách đưa ra các t tr ng m i cho các ch s riêng r n u giá tr kinh t c a các tính tr ng sơ c p thay đ i. b) Ch s ch n l c cơ b n Ch s cơ b n đư c s d ng đ c i ti n đ ng th i hai hay nhi u tính tr ng khi giá tr kinh t tương đ i cĩ th n đ nh cho m i tính tr ng nhưng khơng cĩ giá tr ư c lư ng c a các tham s ki u gen và ki u hình. Ch s ch n l c đư c tính cho m i ki u gen b ng cách đánh giá t m quan tr ng c a giá tr ki u hình c a m i tính tr ng thơng qua giá tr kinh t tương ng c a chúng và c ng s đi m c a t t c tính tr ng cĩ giá tr kinh t khác khơng; đĩ là: I = a1P1 + a2P2 + + anPn Ví d lúa, n u coi năng su t h t cĩ giá tr g p hai l n năng su t rơm r thì giá tr kinh t tương đ i s là 1,0 đ i v i năng su t h t và 0,5 đ i v i năng su t rơm r . Ch s cơ b n cho c hai tính tr ng là I = năng su t h t x 0,5 năng su t rơm r . c) Ch s ch n l c cơ b n c i ti n Khác v i ch s ch n l c cơ b n, ch s cơ b n c i ti n t m quan tr ng c a giá tr ki u hình c a m i tính tr ng đư c đánh giá theo h s di truy n ch khơng ph i giá tr kinh t . Smith và c ng s cho r ng ch s ch n l c d a vào h s di truy n s hi u qu hơn ch s cơ b n n u giá tr kinh t c a t t c tính tr ng như nhau. N u các tính tr ng cĩ gía tr kinh t khác nhau và h s di try n bi n đ ng l n gi a các tính tr ng c n c i ti n cĩ th xây d ng ch s ch n l c k t h p c h s di truy n và giá tr kinh t . 2 Gi s n u cĩ các giá tr ư c lư ng c a h s di truy n (h ) và giá tr kinh t (ai), thì d i 2 2 2 đ i v i t ng ki u gen ch s I = a1h1 P1 + a2h2 P2 + +anhn Pn. Ch s này là cơ s cho vi c ch n l c đ ng th i t t c các tính tr ng bao g m trong ch s . d. Ch s ch n l c h n ch Ch s ch n l c h n ch đư c áp d ng trong nh ng tình hu ng nh t đ nh khi nhà ch n gi ng ch c n c i ti n r trong s m tính tr ng cĩ ý nhgĩa kinh t , cịn m — r tính tr ng khơng thay đ i. Gi s cĩ 4 tính tr ng P1, P2, P3 và P4 đư c đo trên m i cá th trong qu n th . N u tính tr ng P1 là chi u cao cây khơng c n thay đ i cịn các tính tr ng P2, P3 và P4 khơng cĩ h n ch gì. ð xây d ng ch s ch n l c chúng ta c n t i đa hố tương quan gi a I và P sao cho đáp ng ch n l c c a P1 b ng 0. N u r trong m (r < m ) thay đ i m t lư ng ki, i = 1, 2, . r, P là ma tr n c a hi p phương sai ki u hình gi a m tính tr ng , G là r x m ma tr n hi p phương sai ki u gen gi a r tính tr ng đư c h n ch , k là r x 1 vec-tơ c a s thay đ i mong mu n trong các tính tr ng đư c gi i h n, thì m h s đư c ư c lư ng như sau: —1 —1 —1 b = P Gr (GrP G’r) k Ch n l c d a vào ch s I = b1P1 + b2P2 + bmPm
