Nông nghiệp - Chương 2: Nguồn gen thực vật

7/18/15 1 Chƣơng 2 NGUỒN GEN THỰC VẬT NỘI DUNG CỦA CHƢƠNG 1. Một số khái niệm 2. Các học thuyết về nguồn gen 3. Xói mòn nguồn gen 4. Thu thập nguồn gen thực vật 5. Bảo tồn nguồn gen thực vật 6. Đánh giá nguồn gen thực vật 7. Sử dụng nguồn gen thực vật 2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 2.1.1. Khái niệm nguồn gen thực vật Nguồn gen thực vật là tập hợp toàn bộ các gen có trong hệ thực vật, nó có thể đƣợc sử dụng làm vật liệu cho việc cải tiến, chọn tạo các giống cây trồng mới. Nguồn gen thực vật bao gồm: các loài hoang dại, họ hàng hoang dại, giống bản địa, giống địa phƣơng, giống cải tiến và giống nhập nội. 2.1.2. Đa dạng sinh học Theo Công ƣớc Đa dạng sinh học năm 1992, “Đa dạng sinh học là sự phong phú của mọi cơ thể sống có trong các hệ sinh thái trên cạn, dƣới nƣớc ở biển và mọi tổ hợp sinh thái mà chúng tạo nên. Đa dạng sinh học bao gồm sự đa dạng trong loài (đa dạng di truyền hay còn gọi là đa dạng gen), giữa các loài (đa dạng loài) và các hệ sinh thái (đa dạng sinh thái)”. 2.1.3. Đa dạng di truyền (Genetic diversity) Theo công ƣớc đa dạng sinh học (1992):“Đa dạng di truyền là sự phong phú những biến dị trong cấu trúc di truyền của các cá thể bên trong loài hoặc giữa các loài; những biến dị di truyền bên trong hoặc giữa các quần thể”. Wanda W. Collins và cs. (1999), Mohd Said Saad và V. Ramanatha Rao (2001) đƣa ra khái niệm “Đa dạng di truyền là nhiều gen trong một loài, mỗi loài có các cá thể là tổ hợp gen đặc thù của chúng, điều này có nghĩa là loài có các quần thể khác nhau, mỗi quần thể có tổ hợp di truyền khác nhau”. Đa dạng di truyền là biến dị của sinh vật sống đã di truyền lại các biến dị di truyền đó cho thế hệ sau, nó tạo các loài và quần thể thích nghi, sinh trƣởng và thay đổi thích nghi với môi trƣờng khi môi trƣờng thay đổi. 2.1.4. Đa dạng loài Đa dạng loài là sự phong phú các loài đƣợc tìm thấy trong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua điều tra, kiểm kê. Đa dạng loài thể hiện bằng số lƣợng loài khác nhau sinh sống trong một khu vực nhất định (rừng mƣa, rừng ngập mặn, rừng nhiệt đới). 2.1.5. Đa dạng hệ sinh thái Hệ sinh thái (ecosystems) là tập hợp của quần xã sinh vật (bao gồm sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân huỷ) với môi trƣờng vật lí xung quanh nơi mà quần xã đó tồn tại, trong đó các sinh vật tƣơng tác với nhau và với môi trƣờng để tạo nên chu trình vật chất và sự biến đổi năng lƣợng. 2.1.6. Xác định mức độ đa dạng Sự phong phú của loài (species richness): phân tích mức độ phong phú loài của mỗi cộng đồng, đây là phƣơng pháp xác định đa dạng đơn giản nhất và tìm ra số loài trong cộng đồng. Nó chỉ xác định số loài tìm thấy khi quan sát mẫu (ký hiệu là S). Minh họa của giá trị S có thể thông qua đồ thị và nó cung cấp thông tin về mức độ phong phú của mỗi loài trong cộng đồng. Một số công thức tính S nhƣ sau: S=n+((n-1)/n)k Trong đó: S = sự phong phú của loài (species richness); n = tổng số loài có mặt trong quần thể mẫu; k = số loài duy nhất tìm thấy trong một mẫu. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 2 2.2. CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.2.1. Kiểu sinh thái Mỗi loài sinh vật có khả năng chịu đựng khác nhau trƣớc các điều kiện sinh thái (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng). Những loài có khả năng chịu đựng rộng với sự biến động của các yếu tố sinh thái (giới hạn sinh thái rộng) sẽ có sự phân bố rộng rãi, sống và phát triển trong nhiều vùng sinh thái khác nhau. Theo N.I. Vavilov thì do sự phát tán của các cá thể trong cùng một loài đến sống ở nhiều vùng, địa phƣơng khác nhau, trong quá trình sống, phát triển và thích nghi lâu dài của loài trong các vùng sinh thái khác nhau đó sẽ hình thành các kiểu gen qui định các đặc điểm hình thái đặc trƣng cho từng vùng và đƣợc gọi là các kiểu sinh thái. Hình 2.1. Loại hình sinh thái lúa (Nguồn Fischer và cs., 2003) 2.2.2. Biến dị, di truyền và chọn lọc tự nhiên Darwin là ngƣời đầu tiên dùng khái niệm biến dị (gọi tắt của biến dị cá thể) để chỉ những đặc điểm sai khác của các cá thể cùng loài phát sinh trong quá trình sinh sản. Ông nhận xét rằng, tác động trực tiếp của ngoại cảnh hay tập quán hoạt động của động vật chỉ gây ra những biến đổi đồng loạt theo một hƣớng xác định, ít có ý nghĩa đối với chọn giống và tiến hoá. Darwin cho rằng biến dị, di truyền và chọn lọc tự nhiên là động lực tiến hóa của muôn loài. Đã hình thành nên đa dạng loài, đa dạng di truyền và đa dạng sinh học ngày nay. Nhƣ vậy, cần duy trì, hỗ trợ để tăng đa dạng di truyền và thúc đẩy thực vật tiến hóa thích nghi với điều kiện môi trƣờng mới. 2.2.3. Học thuyết dãy biến dị tƣơng đồng Học thuyết dãy biến dị tƣơng đồng đƣợc N. I. Vavilov đƣa ra vào năm 1922. Theo học thuyết này các loại hình thực vật gần nhau nhƣ cùng họ, cùng chi, cùng loài thì có hàng loạt những biến dị di truyền giống nhau, mô tả tóm tắt bằng mô hình toán học nhƣ sau: L1 (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ...) L2 (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ...) L3 (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ...) Trong đó: L1, L2, L3 là các loại hình thực vật có quan hệ họ hàng gần nhau; các biến dị xuất hiện a, b, c, d, đã có ở loại hình này thì cũng có ở loại hình khác. 2.2.4. Trung tâm phát sinh cây trồng Sự đa dạng di truyền cây trồng tuỳ thuộc vào các trung tâm phát sinh, yêu cầu và trình độ văn minh của các dân tộc trên thế giới. Theo N. I. Vavilov thì phần lớn cây trồng có nguồn gốc từ châu Á, trong số hơn 600 loại cây trồng thì có hơn 400 loại bắt nguồn từ châu Á, gần 100 loại từ châu Mỹ, các loại còn lại có nguồn gốc từ nhiều nơi khác trên thế giới. Năm 1926, N. I. Vavilov dựa trên việc phân tích mô hình biến dị đã đề xuất học thuyết về nguồn gốc phát sinh cây trồng, ông cho rằng trên thế giới có 8 trung tâm phát sinh cây trồng chính. Zukovxki P.M. đã bổ sung thêm và xác định có 12 trung tâm phát sinh tất cả các loài cây trồng. Tại các trung tâm là nơi tập trung đầy đủ bộ gen của chi (Genus) hoặc loài (Species) cây trồng. Các vùng cây trồng đƣợc thuần hóa Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 3 a) Trung tâm Trung Quốc – Nhật Bản Đây là trung tâm lớn nhất, bao gồm các vùng núi của miền Trung và miền Tây Trung Quốc, Triều Tiên, Nhật Bản và các vùng đất thấp lân cận. Trung tâm này chứa đựng một khối lƣợng khổng lồ các biến chủng của khoảng 140 loài cây trồng khác nhau, trong đó có hầu hết các loài cây trồng quan trọng nhƣ: lúa (Oryza sativa L.), đậu tƣơng (Glycine max), đậu Adzuki (Vigna angularis), đậu cô ve (Phaseolus vulgaris), đào (Prunus persica), cam (Citrus sinensis), quýt, chanh (Citrus aurantifolia), chè (Camellia sinensis), cây cải (cải bắp, xu hào, xu lơ, cải củ, cải bẹ), ngô nếp, các loài táo (Malus sp.; Zizophus sp.). Đây cũng là nơi phát sinh lạc, vừng (Sesamum indicum L.), thuốc phiện, cây sâm, cao lƣơng, đay, gai, cải dầu... Nơi có thể thoả mãn nguồn gen quý giá của nhiều loài cây trồng quan trọng đang trồng phổ biến ở nƣớc ta nhƣ lúa nƣớc, ngô, đậu tƣơng, lạc, đay, gai, chè, các cây thuộc họ cam quýt... Thu thập nguồn gen lúa lai tại Quảng Tây – Trung Quốc (20.000 mẫu) Đánh giá các mẫu lúa dại Vòi nhuỵ của lúa dại Bao phấn của lúa dại Bảo quản nguồn gen cây lúa tại Thái Lan b) Trung tâm Đông Dƣơng – Indonesia Là trung tâm phát sinh lúa nƣớc loài phụ indica và javanica, quê hƣơng của nhiều loài cây ăn quả nhiệt đới nhƣ dứa, xoài, sầu riêng, măng cụt, chôm chôm, mít, mãng cầu, củ từ (Dioscorea spp.), bƣởi (Citrus maxima), chuối (Musa spp.), dừa (Cocos nucifera). c) Trung tâm Australia Là trung tâm thứ nhất phát sinh loài bông Hải đảo (Gossypium barbadense L.). Ở đây tìm thấy 500 trong 605 loài cây có dầu nhiệt đới, 21 loài thuốc lá trong đó có loài hoàn toàn miễn dịch với bệnh phấn trắng (một bệnh nguy hiểm số 1 với nghệ trồng thuốc lá thế giới), đã tìm thấy 3 trong 19 loài của chi Oryza. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 4 d) Trung tâm Nam Á Chủ yếu là lục địa Ấn Độ. Là một trong những trung tâm đóng vai trò lớn trong lịch sử trồng trọt thế giới. Nơi đây là tổ tiên của lúa trồng (loài phụ Indica) và mía. Ngƣời ta tìm thấy những biến chủng phong phú nhất của lúa trồng loài phụ Indica, các dạng hình lúa dại và các dạng trung gian thuộc chi Oryza và loài O. sativa. Đây là nơi phát sinh cây vừng, cây gai, cây bạc hà, cây cao lƣơng, kê (Eleusine coracana L.), đậu mỏ (Cicer arietinum), đậu bƣớm (Vigna aconitifolia), đậu nho nhe (Vigna umbellate), đậu ngựa (Macrotyloma uniflorum), đậu măng (Vigna unguiculata), cà tím (Solanum melongena), khoai sọ (Colocasia antiquorum), dƣa chuột (Cucumis sativus), bông (Gossypium arboretum - 2X), đay (Corchorus capsularis), hồ tiêu (Piper nigrum), chàm (Indigofera tinctoria) và nhiều loại cây thuốc, cây rau khác. e) Trung tâm Trung Á Bao gồm miền Tây bắc Ấn Độ, Apganixtan, Uzbekixtan, vùng Tây Thiên Tân. Là trung tâm phát sinh lúa mỳ mềm (Triticum aestivum), mạch đen (Secale cereale), đậu Hà Lan (Pisum sativum), đậu ngựa, hành tây, dƣa bở, anh đào, nho, đậu lăng (Lens culinaris), đậu mỏ (Cicer arietinum), vừng (Sesamum indicum); trung tâm sơ cấp của lanh (Linum usitatissimum), cà rốt (Daucus carota), cải củ (Raphanus sativus), lê (Pyrus communis), táo (Pyrus malus), cây óc chó (Juglans regia). g) Trung tâm Địa Trung Hải Là trung tâm phát sinh lúa mì cứng, củ cải đƣờng, bắp cải, là trung tâm thứ cấp của nho, táo, cà rốt, đậu Hà Lan, đậu côve, yến mạch vỏ (Avena strigosa), đậu ván (Vicia faba), bắp cải (Brassica oleracea), ô liu (Olea europaea), rau diếp (Lactuca sativa). Các loại hình ở đây chịu ảnh hƣởng của hệ thống trồng trọt kỹ thuật cao. h) Trung tâm châu Phi Là trung tâm phát sinh cây đại mạch, các loài đậu nhƣ đậu xanh, đậu biếc, lạc; nơi đây là quê hƣơng của cà phê, ca cao, cao lƣơng, bông châu Phi, thầu dầu, lúa nƣớc châu Phi (Oryza glaberima). i) Trung tâm châu Âu – Xiberi Là trung tâm phát sinh củ cải đƣờng, bắp cải, cỏ ba lá, nho, lê, mận, anh đào, dâu tây, cây hoa bia. f) Trung tâm Tây Á (Cận Đông) Gồm một vùng lãnh thổ lớn của các tiểu vƣơng quốc Ả Rập thống nhất, Iran, Irắc, Kapkaz, vùng thƣợng Turmenia, bán đảo Ả Rập. Là quê hƣơng của lúa mỳ (Triticum monococcum), lúa mỳ cứng (Triticum durum), lúa mỳ (Triticum turgidum), lúa mỳ không râu (Triticum aestivum), mạch hai hàng (Hordeum vulgare), giống địa phƣơng, mạch đen (Secale cereale), yến mạch đỏ (Avena byzantina), đậu mỏ (Cicer arietinum); trung tâm thứ cấp của đậu lăng (Lens culinaris), đậu Hà Lan (Pisum sativum), linh lăng xanh (Medicago sativa), vừng (Sesamum indicum), dƣa (Cucumis melo), hạnh nhân (Amygdalus communis), sung (Ficus carica), lựu (Punica granatum), nho (Vitis vinifera), mơ (Primus armeniaca). k) Trung tâm Trung Mỹ (Mexico, Goatemala, Hondurat và Panama) Là nơi phát sinh cây ngô. Ở đây tìm thấy cây ngô dại (Trypsacum sp. và Teosinte sp.). Là trung tâm phát sinh nhiều cây thuộc bộ đậu và chi Solanum trong đó có khoai tây trồng (Solanum tuberosum). Rất nhiều loài khoai tây dại đang tồn tại ở vùng này. Đây là quê hƣơng của các cây thuộc họ bầu bí, ca cao, bông luồi (Gossypium hirsutum) và thuốc lá. l) Trung tâm Nam Mỹ Nơi đây là quê hƣơng của cà chua, hƣớng dƣơng, lạc, ớt, các loài bầu bí, dƣa, cây ca cao (Theobroma cacao), cây cao su (Hevea brasiliensis), cây cà phê (Coffea Arabica), khoai lang (Ipomoea batatas), khoai tây (Solanum tuberosum), đậu lima (Phaseolus lunatus), cà chua (Lycopersicon esculentum), bông hải đảo (Gossypium barbadense - 4X), đu đủ (Carica papaya) và thuốc lá (Nicotiana tabacum). m) Trung tâm Bắc Mỹ Là nơi phát sinh dâu tây, khoai tây, thuốc lá, nho, bông, hƣớng dƣơng châu Mỹ, táo, mận, đào... 2.3. XÓI MÕN NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.3.1. Khái niệm Wilkes (1984) đƣa ra ba mức đe dọa đến nguồn tài nguyên và đa dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật nhƣ sau: Xói mòn di truyền: kỹ thuật cải tiến giống cây trồng phát triển đã loại trừ những giống cơ bản hay nguồn gen gốc tạo ra giống cây trồng cải tiến đó. Nguồn di truyền dễ tổn thƣơng: nguồn di truyền dễ tổn thƣơng là sự rủi ro của nền nông nghiệp đầu tƣ cao với cây lƣơng thực thƣơng mại ở những nƣớc phát triển. Tổn thƣơng di truyền là sự mỏng manh của nền tảng di truyền hẹp, canh tác đơn độc trên một phạm vi rộng lớn (sự đồng nhất của hàng triệu cây) bao trùm hàng nghìn ha và sự rủi ro là rất lớn khi gặp bất thuận hay dịch hại. Sự tuyệt chủng: là sự biến mất của các loài tiềm năng cấu tạo nên nguồn tài nguyên di truyền, làm phá vỡ quần xã và ổn định của nguồn tài nguyên di truyền có thể dẫn đến biến mất một số đa dạng di truyền mong muốn. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 5 X un g độ t q uy ền lợ i D u ca nh D ịc h hạ i C hu yể n đổ i m ục đ íc h sử d ụn g đấ t Lu ật p há p và c hí nh s ác h C hă n th ả qu á m ứ c Ả nh h ư ở ng c ủa m ôi tr ư ờ ng Á p lự c dâ n số K ha i t há c qu á m ứ c C hặ t p há r ừ ng G iố ng m ớ i t ha y th ế gi ốn g đị a ph ư ơ ng 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Nguyên nhân S ố nư ớ c Hình 2.3. Những nguyên nhân chính gây xói mòn di truyền (Nguồn Stanislav Magnitskiy, 2000) 2.3.3. Hậu quả của xói mòn nguồn gen Xói mòn văn hóa, tập quán và kiến thức bản địa; Sản xuất nông nghiệp kém ổn định, do các giống cải tiến, giống lai khá đồng nhất về di truyền; Những vùng khó khăn giảm đa dạng giống địa phƣơng là nguyên nhân giống địa phƣơng hiện có cũng dần bị xói mòn; Xói mòn nguồn tài nguyên đất; Xói mòn nguồn tài nguyên nƣớc; Thảm họa và thiên tai; Phát sinh dịch bệnh. 2.4. THU THẬP NGUỒN GEN 2.4.1. Nhiệm vụ thu thập nguồn gen thực vật  Lựa chọn ƣu tiên thu thập những nguồn gen đang bị đe dọa tuyệt chủng, những nguồn gen quý, đặc hữu của mỗi vùng, mỗi quốc gia.  Có hai loại nhiệm vụ thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật là thu thập nguồn gen đặc thù và thu thập theo mục tiêu rộng. (i) Nhiệm vụ đặc thù: Thu thập những biến dị đặc thù, cây trồng đặc thù hoặc vật liệu đặc thù. (ii) Thu thập phạm vi rộng: thu thập nhiều cây, có mặt ở trong vùng và thực hiện trong cùng thời gian thu thập.  Phân loại thu thập nguồn gen nhƣ sau: - Các giống nguyên thủy của các loài cây bản địa, giống địa phƣơng - Loài hoang dại thân thuộc mà loài cây trồng đã tiến hóa từ loài này - Loài hoang dại con ngƣời đang sử dụng - Loài hoang dại có tiềm năng sử dụng - Các giống cũ hoặc giống tiến bộ mới. 2.4.2. Phƣơng pháp thu thập nguồn gen a) Các bƣớc thực hiện thu thập nguồn gen thực vật Thành lập nhóm cán bộ thu thập nguồn gen: Chuyên gia có chuyên môn sâu về thực vật học, di truyền, chọn giống, nông học, sinh thái học, xã hội học, kiến thức bản địa. Kỹ thuật viên thành thạo sử dụng trang thiết bị phân tích, đo lƣờng và thiết bị bảo quản mẫu nguồn gen sau thu thập. Chuẩn bị điều kiện thu thập: chƣơng trình, đề án với mục tiêu rõ ràng, cơ sở vật chất và tài chính. Xây dựng phiếu thu thập, kế hoạch chi tiết của đợt thu thập. Thực hiện thu thập: gồm hai giai đoạn là thu thập thông tin thứ cấp và thu thập tại hiện trƣờng. Kết thúc thu thập: điều chỉnh và hoàn chỉnh thông tin để vào cơ sở dự liệu ban đầu, đánh số đeo thẻ. Mẫu nguồn gen thu thập đƣợc xử lý tránh hƣ hỏng và nhiễm bệnh. Xây dựng cơ sở dữ liệu và bảo tồn b) Hình thức tổ chức thu thập nguồn gen Tổ chức đoàn cán bộ có chuyên môn điều tra thu thập: hình thức này đảm bảo độ chính xác cao nhưng chi phí tốn kém về kinh phí, nhân lực, thời gian và khó khăn thu thập được phạm vi rộng. Hình thức này thường áp dụng cho thu thập nguồn gen đặc thù. Xây dựng mạng lưới thu thập, bảo tồn và trao đổi nguồn gen giữa các cơ quan nghiên cứu bảo tồn và các địa phương. Hình thức này có thể thu thập phạm vi rộng. Hợp đồng thu thập với các cơ quan chuyên môn địa phương, hình thức này ít tốn kém nhưng độ chính xác không cao. Hợp tác quốc tế trao đổi nguồn gen là một hình thức có nhiều ưu điểm tăng đa dạng và phong phú của nguồn gen. Tuy nhiên cần xây dựng mục tiêu cụ thể, xác định nước và cơ quan trao đổi và công tác kiểm dịch chặt chẽ. c) Phƣơng pháp lấy mẫu Có các phƣơng pháp sau: Phƣơng pháp lấy mẫu hỗn hợp tại một điểm bằng thu hoạch ngẫu nhiên các bông, quả cùng một số lƣợng trên một cây nhƣng ở vài điểm trên cây đó. Đƣờng đi lấy mẫu trên ruộng: cán bộ thu thập đi ngang qua điểm hoặc ruộng 2 lần theo hình chéo hoặc zigzag và tránh lấy mẫu quanh đƣờng biên. Phƣơng pháp lấy mẫu theo kẻ ô sẽ có đại diện tối đa của một quần thể nếu điểm lớn và có điều kiện thổ nhƣỡng - sinh thái khác biệt. Phƣơng pháp lấy mẫu đám Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 6  Tần suất lấy mẫu (số mẫu trên một điểm) và cỡ mẫu sẽ khống chế bằng mức đa dạng di truyền và sinh thái nông nghiệp của điểm thu thập.  Cán bộ thu thập nên sử dụng phƣơng pháp tiếp cận thực tế, quan sát tại chỗ để đƣa ra kỹ thuật lấy mẫu phù hợp nhất.  Cỡ mẫu cũng nhƣ số mẫu tối ƣu trên một điểm đảm bảo chứa 95% tất cả các alen tại locus ngẫu nhiên trong quần thể mục tiêu.  Khoảng 50 hạt trên một bông hoặc bắp để đảm bảo có tổng số 2.500 đến 5.000 hạt với mẫu là phổ biến ở cây trồng có biến động cao.  Với loài có bông, và gié nhƣ kê từ 2.000-4.000, mỗi phần của bông yêu cầu lấy 50 hạt.  Lấy mẫu ngô trên ruộng cứ 10-20 bƣớc chân thu một bắp, và chia theo mặt cắt ngang cứ 5-10 hàng lấy mẫu trên một hàng.  Lấy mẫu những cây có quả mọng nhƣ cà chua, ớt, dƣa chuột tƣơng tự nhƣ ngô, mỗi quả chứa 50 hạt và khoảng 50 -100 quả.  Những loài quả có ít hạt lấy số quả lớn hơn để đạt 2.500-5.000 hạt một mẫu, một số cũng không thể thu đƣợc 100 đến 1.000 hạt. Nơi thu thập: có bốn địa điểm thu thập nguồn gen ở một khu vực thu thập nguồn gen là: ruộng nông dân; bếp và vƣờn hộ; chợ; khu vực đền, chùa, nhà thờ; khu vực hoang dại tự nhiên. Bảng 2.1. Loại quần thể, điểm và số mẫu Kiểu quần thể Điểm/ngày Số cây (bông)/điểm + Ít cải tiến 20 - 40 15 - 30 + Không cải tiến 10 - 20 30 - 50 + Hoang dại 10 - 15 40 - 60 + Giao phấn 10 - 15 30 - 60 d) Phƣơng pháp thu thập đặc thù với các loại nguồn gen Thu thập nguồn gen cây lấy hạt Phƣơng pháp lấy mẫu đƣợc thực hiện theo kiểu ngẫu nhiên bằng cách thu thập cây theo một khoảng cách nhất định dọc theo mặt cắt ngang cho đến khi không ít hơn 50 cây nhƣng không nhiều hơn 100 cây. Mỗi cây lấy 50 hạt, sao cho mỗi mẫu chứa từ 2.500 (đối với những quần thể tƣơng đối đồng nhất) đến 5.000 hạt (đối với những quần thể có biến động lớn). Nếu loài cây chỉ có quả nhỏ và ít hạt có thể thu một số quả của ba cây sát bên cạnh để đủ 50 hạt. Nếu loài cây có nhiều chùm quả, bông,... với số lƣợng hạt lớn, thì chỉ thu một phần của mỗi cây để có đủ 50 hạt. Vùng thu mẫu phụ thuộc vào từng loài cây, đặc biệt là phƣơng thức sinh sản, mức độ chu chuyển gen giữa các quần thể Việc lấy mẫu phải theo nguyên tắc lấy mẫu quần thể chứ không phải lấy mẫu cá thể. Thu thập nguồn gen cây có củ Thu thập nguồn gen cây lấy củ khó khăn hơn so với việc thu thập nguồn gen cây lấy hạt: Tốn nhiều thời gian, vật liệu thu thập cồng kềnh, khó bảo quản và vận chuyển. Việc thu thập phải đƣợc tiến hành đúng vào giai đoạn chín, nếu thu mẫu sớm thì củ còn non sẽ khó cho việc bảo quản và nhân giống, nếu để già cây sẽ chết khó cho việc tìm kiếm.  Mẫu thu thập khó giữ sống trong quá trình vận chuyển và bảo quản lâu dài. Khi tiến hành thu thập nguồn gen cây có củ, tuỳ thuộc vào vật liệu thu thập là vật liệu hoang dại hay vật liệu trồng trọt mà ta có các tiêu chí thu thập khác nhau. Đối với thu thập vật liệu hoang dại: Các loài hoang dại tồn tại thành quần thể, nhƣng mỗi kiểu gen có thể tự nhân lên trên diện tích rộng lớn. Khi thu thập cần quan sát kỹ lƣỡng kiểu hình và tiến hành theo phƣơng thức sau: Thu thập chỉ một củ từ mỗi một trong 10 - 15 cá thể làm mẫu hỗn hợp Diện tích điểm lấy mẫu có thể là 100 x 100m hoặc nhỏ hơn Lấy mẫu ở nhiều điểm tốt hơn là lấy nhiều cây ở ít điểm Chọn điểm lấy mẫu trên phạm vi môi trƣờng càng rộng càng tốt Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có thể Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ: Khi thu thập cần lƣu ý một số vấn đề sau: Các bộ phận thu thập thƣờng có kích thƣớc tƣơng đối lớn, vì vậy cần tính toán kỹ lƣỡng số lƣợng mẫu cần thu thập trƣớc khi lên kế hoạch và tiến hành thu thập. Nếu lƣợng mẫu ít sẽ không đảm bảo, nếu lƣợng mẫu quá nhiều sẽ tốn kém, mất nhiều thời gian thu mẫu, khó khăn cho việc bảo quản Hạt của một số loại cây cây ăn quả nhiệt đới và cây thân gỗ khó bảo quản, nếu thu thập hạt cần đƣợc gieo ngay, Thông thƣờng những loài cây này thu thập bộ phận sinh dƣỡng nhƣ chồi, đoạn cành để giâm hoặc ghép. Cây cây ăn quả và cây thân gỗ thƣờng phân bố rải rác nên lấy mẫu chỉ thực hiện từng cây cụ thể chứ không lấy mẫu theo quần thể nhƣ đối với cây hàng năm và cây thấp thân bụi. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 7 Đối với thu thập vật liệu trồng trọt: Vật liệu trồng trọt là những vật liệu sử dụng nhân vô tính (dòng vô tính), chứ không phải là quần thể, vì thế việc lấy mẫu mang tính chọn lọc. Phƣơng pháp lấy mẫu theo những tiêu chí sau: Thu thập từng giống (kiểu hình thái phân biệt đƣợc bằng mắt thƣờng) khác biệt tại mỗi chợ hoặc mỗi làng/bản. Lấy mẫu lặp lại ở khoảng cách 10-50km trong vùng; khoảng cách phụ thuộc vào khoảng cách giữa các chợ hoặc các làng/bản Thu thập toàn bộ các kiểu hình thái ở mỗi điểm thu thập. Mẫu trùng lặp có thể chỉnh lý và loại bỏ sau Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có. Thu thập in vitro: Đầu những năm 1980, IPGRI và Ủy ban Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IBPGR) đã gợi ý ứng dụng công nghệ sinh học thực vật (nuôi cấy mô tế bào in vitro) để thu thập nguồn gen thực vật. Sử dụng nuôi cấy mô để phát triển và đổi mới thu thập nguồn gen thực vật in vitro, đặc biệt là những loài đặc thù khó thực hiện thu thập bằng phƣơng pháp thu thập truyền thống. Năm 1984, IPGRI đã khuyến nghị sử dụng phƣơng pháp thu thập nguồn gen in vitro với một số loài thực vật châu Á và chƣơng trình nghiên cứu khởi đầu ở nhiều nƣớc. Phƣơng pháp thu thập in vitro có hiệu quả đối với các loài không thể thu thập bộ phận sinh dƣỡng, hạt hoặc hạt tƣơi vì khó vận chuyển mẫu sống từ nơi thu thập về nơi bảo tồn, hoặc vật liệu thu thập quá lớn nhƣ cây dừa (vật liệu thu là quả dừa). Phƣơng pháp thu thập in vitro đã đƣợc áp dụng với nhiều cây trồng nhƣ ca cao, nho, cà phê, cọ dầu, chuối. Kỹ thuật cơ bản của thu thập in vitro Thiết lập nuôi cấy in vitro trong phòng thí nghiệm cơ động gồm: Chọn lọc mô phù hợp để khử trùng và nuôi cấy Cắt kích thƣớc mô phù hợp Loại bỏ phần dƣ thừa, sâu bệnh bằng rửa sơ bộ Tiệt trùng bề mặt mô thực vật Rửa bỏ chất tẩy Cắt bỏ những phần không cần thiết hoặc gây hại cho mô Cấy mô vào bình dinh dƣỡng và nút kín Chuyển nguồn gen vào tủ định ôn. 2.4.3. Tƣ liệu hóa và sắp xếp nguồn gen trong ngân hàng gen a) Phân loại theo hệ thống phân loại thực vật b) Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ c) Phân loại theo điều kiện sinh thái d) Phân loại dựa trên bộ nhiễm sắc thể e) Phân nhóm di truyền dựa trên kiểu hình và marker phân tử 2.5. BẢO TỒN NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.5.1. Bảo tồn nội vi (in situ = on - site) Bảo tồn nội vi là duy trì các quần thể thực vật trong điều kiện tự nhiên nơi xuất hiện tiến hóa của loài cây trồng đó. Nguồn gen thực vật đƣợc bảo tồn ở nông trại, vƣờn gia đình hoặc trên đồng ruộng. Các loài cây lâm nghiệp và cây hoang dại thƣờng đƣợc tạo các vùng bảo tồn nhƣ vƣờn quốc gia hoặc khu bảo tồn Các phƣơng pháp bảo tồn nội vi: Bảo tồn nguồn gen trên trang trại Bảo tồn trong vƣờn gia đình Bảo tồn tự nhiên (bảo tồn cây lâm nghiệp và cây hoang dại ở khu bảo vệ hoặc vƣờn quốc gia) 2.5.2. Bảo tồn ngoại vi (ex situ = off - site) Bảo tồn ngoại vi là đƣa nguồn gen ra khỏi điều kiện tự nhiên sinh sống của nó hoặc ra khỏi hệ thống sản xuất đƣa đến bảo tồn ở các Trung tâm, Viện nghiên cứu. Hiện nay có 6 phƣơng pháp bảo tồn khác nhau gồm: Ngân hàng gen hạt Ngân hàng gen đồng ruộng, chia ra thành 3 phƣơng pháp nhỏ: Các loài cây tạo ra hạt Các loài cây ít hoặc không kết hạt Các loài cây có thể lƣu giữ bằng vật liệu vô tính có chu kỳ sống lâu Bảo tồn in vitro với hai nhóm cây trồng, cây trồng kết hạt và cây trồng sinh sản sinh dƣỡng và chia thành hai loại bảo tồn tế bào/mô và bảo tồn hạt phấn. Ngân hàng ADN (DNA banking). Bảo tồn lạnh (cryoconservation banks). Vƣờn thực vật (botanical gardens). Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 8 2.6. ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.6.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và hình thái 2.6.2. Ứng dụng công nghệ sinh học đánh giá nguồn gen 2.7. SỬ DỤNG NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.7.1. Sử dụng nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại thân thuộc 2.7.2. Sử dụng giống cây trồng bản địa và giống địa phƣơng 2.7.3. Sử dụng giống cây trồng cải tiến, giống ƣu thế lai và giống chuyển gen Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/