Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 4: Chọn tạo giống đậu tương và lạc

7/17/15 1 Chương 4 CHỌN TẠO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG VÀ LẠC 4.1 CHỌN GIỐNG ĐẬU TƯƠNGGlycine max (L) Merrill 4.1.1 Nguồn gốc và phân loại • Nguồn gốc Đậu tương trồng được thuần hóa từ loài hoang dại (Glycine ussuriensis). Quá trình thuần hóa xảy ra ở miền Đông Châu Á (Triều tiên, Đài Loan, Nhật Bản, vùng sông Dương tử và các tỉnh Đông Bắc Trung Quốc). • phân loại. căn cứ và tiêu chí phân loại khác nhau nên cũng có nhiều cách phân loại khác nhau. Nhưng đến nay, hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể được nhiều người sử dụng. Hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể do Hymowit (1998, 2004 và 2008) và Newell (1984) xây dựng. Theo hệ thống này, chi Glycine được chia thành 2 chi phụ Glycine và Soja. • Chi phụ Glycine bao gồm ít nhất 23 loài • 4.1.2 Giá trị kinh tế và dinh dưỡng • 4.1.3 Đa dạng di truyền và nguồn gen đậu tương • a) Đa dạng di truyền 2n = 40, thuộc chi Glycine, họ đậu Leguminosae, họ phụ cánh bướm Papilionoideae. Chi Glycine từng được Carl Linnaeus đưa ra năm 1737 trong ấn bản đầu tiên của quyển Genera Plantarum • Đậu tương (G. max) và dạng hoang dại của nó G. soja rất đa dạng về kiểu hình (Carter và cs., 2004). Điều này bao gồm sự đa dạng về nhiều đặc điểm hình thái rõ rệt như hoa, lá có lông, hạt và màu sắc rốn hạt, bệnh hại và đặc tính kháng sâu bệnh, đặc điểm sinh lý và sinh hóa cũng như hàm lượng của protein, hàm lượng dầu, các carbohydrate và thành phần của chúng (Boerma và Specht, 2004). • b) Nguồn gen đậu tương: chủ yếu ở 14 nước trên thế giới: Mỹ, Đài Loan, Australia, Trung Quốc, Pháp, Nigeria, Ấn Độ, Inđônêxia, Nhật Bản, Triều Tiên, Nam Phi, Thụy Điển, Thái Lan và Liên Bang Nga với tổng số 45.038 mẫu giống • 4.1.4. Đặc điểm sinh học cây đậu tương • đậu tương trồng là loại cây thân thẳng đứng gồm thân chính và các cành. Trong sản xuất có cả hai loại hữu hạn và vô hạn, lá và thân thường có lông, hoa màu tía hoặc trắng, chùm hoa sinh ra ở lách lá trên một cây có thể có rất nhiều hoa, nhưng chỉ 2/3 hoặc 3/4 số hoa đậu quả và quả cũng có lông tơ. Quả màu vàng rơm nhạt đến đen, có 3 - 4 hạt, đôi khi 5 hạt. Hạt đậu tương có các màu sắc khác nhau tùy thuộc vào giống như màu trắng, vàng nhạt, xanh, nâu và đen, và loại hạt nhiều màu. Rốn hạt cũng có màu sắc khác nhau như vàng, da bò, nâu và đen, rễ có nốt sần cố định đạm. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của đậu tương được phân chia như sau • ” Giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng • VE (nảy mầm) • VC (giai đoạn lá mầm) • V1 (lá thật thứ nhất) • V2 (Lá thứ 2) • V3 (lá thứ 3) • V(n) (las thú n) • V6 (bắt đầu ra hoa) Giai đoạn sinh trưởng sinh thực • R1 (bắt đầu ra nụ hoa đầu tiên) • R2 (nụ hoàn chỉ và hoa ra ở 2 đốt trên) • R3 (bắt đầu hình thành quả, quả 3/16” ở 4 đốt trên) • R4 (quả hoàn chỉnh, quả 3/4” ở 4 đốt trên) • R5 (hạt 1/8” ở 4 đốt trên) • R6 (đẫy hạt ở 4 đốt trên) • R7 (bắt đầu chín) • R8 (chín hoàn toàn, 95% quả/cây chín) 4.1.5 Di truyền tính trạng ở đậu tương • di truyền các tính trạng hình thái, năng suất, chất lượng, chống chịu. Hàng vài trăm gen đã được nhận biết như gen bất dục đực ms1, ms2, ms3 và ms4 trong nhóm liên kết trên 13 trong tổng số 20 NST. Di truyền tính trạng sắc tố ở các bộ phận của cây như thân, hoa, quả và hạt như màu đen và nâu của vỏ hạt và rốn hạt đã nhận biết do hai cặp gen điều khiển là Tr và Rr. vỏ hạt nâu (TrO), trội so với tính trạng màu nâu đỏ (Tro), và vỏ hạt xanh (G), trội so với màu vàng (g). Lông trên thân và hạt màu nâu hoặc hoặc màu xám và đơn gen và màu nâu trội so với màu xám. Kết thúc phát triển thân được điều khiển bởi 2 gen Dt1 và Dt2, Dt1 là trung gian và Dt1 là bán hữu hạn trội so với hữu hạn dt1. Dt1 và Dt2 trội so với dt1 và dt2. Gen dt1 lấn át đối với Dt2 và dt2. Màu sắc quả tại thời điểm chín được điều khiển bởi 2 gen là L1L2 và L1l2 ; L1l2 tạo ra quả màu đen, l1L2 tạo ra quả màu nâu. Quả vàng nhạt điều khiển bởi gen l1l2. Sáu gen lặn độc lập điều khiển thấp cây đậu tương là df1 đến df6, trong khi 5 gen chính và gen độc lập điều khiển ra hoa và chín là E1 to E5, trong đó E1 và E2 là điều khiển trì hoãn ra hoa và chín Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/17/15 2 Một phần Bản đồ liên kết di truyền SSR đậu tương 4.1.6 Phương pháp chọn tạo giống đậu tương • Mục tiêu chung của công tác chọn tạo giống: + Năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn phù hợp cho từng vùng, vụ khác nhau. + Khả năng chống chịu sâu bệnh, chống chịu với điều kiện bất thuận của môi trường + Hàm lượng protein và hàm lượng dầu cao • Chọn lọc tạo giống đậu tương - Chọn lọc trực tiếp từ nguồn vật liệu di truyền trong trường hợp nguồn vật liệu di truyền đa dạng có sẵn các biến dị di truyền - Chọn lọc các thế hệ phân ly sau lai, đột biến hay chuyển gen - Chọn lọc nhờ marker phân tử * Lai hữu tính tạo giống đậu tương • Kỹ thuật lai hữu tính tạo giống đậu tương: • Chọn lọc các thế hệ sau lai + Phương pháp chọn lọc 1 hạt cải tiến (Modified single-seed descent method • Phương pháp chọn lọc trồng dồn (Bulk method) • Phương pháp phả hệ (Pdigree method) • Lai trở lại nhờ marker phân tử (Marker-assisted backcrossing): Lai trở lại sử dụng để chuyển gen tạo giống đậu tương, lai trở lại cũng sử dụng để quy tụ gen, tạo dòng tái hợp. Một ví dụ cụ thể để ứng dụng lai trở lại chuyển gen hàm lượng axít phytic thấp tạo giống đậu tương • Lai quy tụ gen tạo giống đậu tương (Pyramiding) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/17/15 3 Đột biến tạo giống đậu tương • Các bước thực hiện: • Xử lý 800 hạt (mỗi giống 400 hạt) gieo vào trường phóng xạ tia gamma γ nguồn 60Co • M1: Thu hoạch tất cả các cây và để riêng từng cây, đồng thời có cả hạt không xử lý trồng sang thế hệ M2 riêng từng cây. • M2: Đánh giá từ khi gieo đến chín ghi nhận số liệu: số hạt nảy mầm, cây con cây sống sót và cây bất dục và bắt đầu chọn phả hệ với tính trạng chín sớm, chọn mỗi giống 500 cây (KA và VL40) biểu hiện chín sớm và 50 cây đối chứng, tự thụ phấn thu hạt cho phả hệ tiếp theo. • M3: một quần thể không xử lý và 5 quần thể xử lý đã phát triển (quần thể 100 Gy (18 - 20 m), quần thể 150 Gy (14 - 15 m), quần thể 200 Gy (11 - 12 m), quần thể 250 Gy (7,5 - 9,0 m) và quần thể 300 Gy (6,0 - 6,5 m). Tiếp tục chọn cây chín sớm và bắt đầu chọn hàm lượng dầu và các tính trạng nông học khác là: chiều cao đóng quả đầu tiên, số quả trên cây, khối lượng 1000 hạt, hệ số thu hoạch, chống đổ, tách quả và năng suất cá thể • M4 - M5: các cây chọn được từ M3 trồng sang M4 và M5 (20 đến 30 cây/1 liều lượng và 50 hạt/1 cây) cùng với giống gốc đánh giá và chọn lọc như M3 và loại bỏ các dòng đột biến không mong muốn. • M5 - M6 thí nghiệm năng suất thực hiện ở 2 địa phương, bố trí khối ngẫu nhiên, hai lần lặp lại, diện tích ô thí nghiệm 2m2. Chọn tạo giống đậu tương chuyển gen • chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ chiếm 81% ở Mỹ, 99,1% ở Achentina và ở Braxin là 34%; cây đậu tương chuyển gen tăng cường hàm lượng dầu Olic và amino axit đang được thử nghiệm ở Mỹ (Krishnan, 2005). • Hai phương pháp sử dụng rộng rãi nhất là chuyển gen nhờ vi khuẩn (Agrobacterium-mediated transformation) vào các loại mô khác nhau và phương pháp bắn gen (particle bombardment). Phương pháp chuyển gen nhờ vi khuẩn đơn giản và không yêu cầu trang thiết bị lớn và tốn kém. Tuy nhiên, phương pháp này thường lồng một đơn gen hoặc số bản sao thấp và ít khi sắp xếp lại (Hansen và cs., 1999). Chuyển gen trực tiếp bằng bắn gen là chuyển gen mong muốn vào tế bào cây mục tiêu sử dụng vi đạn tungsten hoặc vàng • Vật liệu chuyển gen đậu tương phổ biến là gốc lá mầm, phôi chưa chín, đỉnh phôi, trụ dưới lá mầm, mô lá. Quá trình chuyển gen vào gốc lá mầm nhờ vi khuẩn minh họa tại CÂU HỎI ÔN TẬP CHỌN GIỐNG CÂY ĐẬU TƯƠNG • Đa dạng di truyền nguồn gen cây đậu tương cho tạo giống • Di truyền một số tính trạng ở đậu tương • Thực trạng công tác chọn tạo giống va ̀ định hướng phát triển đậu tương ở Việt Nam? • Phương pháp lai hữu tính tạo giống đậu tương, cho ví dụ? • Phương pháp lai trở lại, cho ví dụ? • Phương pháp quy tụ gen, cho ví dụ? • Phương pháp đột biến tạo giống đậu tương, cho ví dụ? • CHỌN TẠO GIỐNG LẠC • 4.2.1 Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm • Cây lạc (Arachis hypogaea. L) có nguồn gốc ở miền Nam Bolivia đến miền Bắc Argentina, thuộc khu vực Nam Mỹ, và ở khu vực này nhiều loài được tìm thấy với các đặc điểm về kiểu cây nguyên thủy, vỏ và hạt • Phân loại • lạc được chia thành 9 thứ (sections) như trình bày trong bảng 4.5 (Krapovickas và Gregory, 1994), gồm loài lưỡng bội (2n = 2x = 20), tứ bội (2n = 4x = 40) và lệch bội (2n = 2x = 18). Đặc điểm thực vật • Lạc là cây thân thảo hàng năm, chiều cao cây có thể từ 3 - 50 cm. Lá mọc đối, kép hình lông chim với bốn lá chét, kích thước lá chét dài 1 - 7 cm và rộng 1 - 3 cm. Hoa lạc là hoa lưỡng tính mọc đơn hay thành chùm, ra hoa ở nách lá trên cành sơ cấp và thứ cấp, nếu mọc thành chùm thì mỗi chùm có 5 - 7 hoa. Đặc điểm hoa cây lạc phù hợp cho tự thụ phấn ngậm, hoa dạng hoa cánh bướm (đặc trưng của họ đậu). Lạc là cây tự thụ phấn điển hình, tỷ lệ thụ phấn chéo thấp, chỉ khoảng 0,25%. Hoa lạc màu vàng hoặc trắng, gồm 5 bộ phận: lá bắc, lá đài, tràng hoa, bộ nhị và nhụy. Bộ nhị gồm 9 nhị mang 9 bao phấn, trong đó luôn có 2 bao phấn lép Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/17/15 4 Đặc điểm thực vật • Hiện tượng thụ phấn xảy ra vào thời điểm hoa nở - vài tiếng sau khi mặt trời mọc (Pattee và cs., 1991). Bề mặt núm nhụy có các enzyme thúc đẩy hạt phấn bám dính (Lu và cs., 1990) và khoảng 8 giờ sau khi hoa nở thì các enzyme này suy giảm. Do đó, để đạt hiệu quả cao nhất trong quá trình lai tạo thì nên thụ phấn vào buổi sáng sớm. Bầu nhụy của lạc có dạng ống và thường có 3 noãn. Túi phôi có 1 trứng lớn nổi bật và các hạt tinh bột bao quanh nhân nội nhũ. Sau khi thụ tinh, các hạt tinh bột biến mất và phôi bắt đầu phát triển (Pattee và Stalker, 1991). Cánh hoa sẽ tàn sau thụ tinh 24 giờ nhưng cuống hoa và vòi nhụy còn gắn với bầu nhụy tới 5 ngày sau (Pattee và Mohapatra, 1986). Hợp tử nguyên phân 3 đến 4 lần (tạo thành 8 – 16 tế bào) sau đó ngừng lại cho tới khi mô phân sinh nằm gần với đế bầu nhụy được kích hoạt • 4..2.2 Giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng • 4.2.3 Đa dạng nguồn gen • Lạc được thuần hóa (lạc trồng) được người Tây Ban Nha mang tới Malaysia, Trung Quốc, Indonesia và Madagascar (Krapovickas, 1969). Lạc cũng di chuyển về hướng đông đến châu Âu và sau đó đến châu Phi. Lạc đã được du nhập vào Bắc Mỹ từ Brazin qua các tàu chở nô lệ (Stalker và Simpson, 1995). 4.2.4 Mục tiêu chọn tạo giống • a) Chọn giống lạc chịu hạn • b) Chọn giống lạc theo hướng tăng chất lượng của dầu • c) Chọn giống lạc theo hướng cải thiện mùi thơm (hương vị) của hạt khi rang • d) Chọn giống kháng bệnh nhiễm độc tố aflatoxin trước thu hoạch 4.2.5 Phương pháp tạo giống • A. Chọn lọc cải tiến giống • B. Chọn lọc sau lai • C. Chọn lọc hỗn hạt cải tiến tại ICRISAT • (Nguồn: S.L. Dwivedi, ICRISAT, 1987) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/17/15 5 • + Phương pháp lai trở lại (Backcross) và lai xa chuyển gen vào giống trồng Sơ đồ lai xa và lai trở lại tạo giống lạc (nguồn Faujdar Singh và cs., 1991) Chọn giống bằng đột biến • Năm/vụ Thế hệ Kỹ thuật thực hiện • 1 M1 Gieo hạt đã xử lý ở mật độ thưa, thu hoạch từng cây. • 2 M2 Trồng cây M1, thu cây có sức sống, quan sát • 3 M3 Trồng các cây M2, chọn những cây tốt, thu riêng • 4 M4 Trồng cây M3, thu cây ưu tú, dòng đồng hợp hỗn hạt loại bỏ cây xấu không mong muốn • 5 M5 Thí nghiệm năng suất cơ bản có đối chứng, nhận biết dòng ưu tú • 6 – 9 M6 – M 9 Thí nghiệm năng suất đa môi trường và phóng thích giống • 10 - 11M10 - M11 Sản xuất hạt giống và thử nghiệm trên nông trại Quy tụ gen và chọn lọc nhờ marker CÂU HỎI ÔN TẬP CHỌN GIỐNG CÂY LẠC • Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm cây lạc ứng dụng trong tạo giống • Đa dạng nguồn gen cây lạc sử dụng trong tạo giống • Phương pháp chọn giống lạc bằng lai hữu tính • Lai xa trong tạo giống lạc chất lượng và chống chịu • Phương pháp lai quy tụ gen chọn giống • Ứng dụng di truyền phân tử trong chọn giống những uu điểm và hạn chế Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/