Nông nghiệp - Chương 7: Chọn giống ở cây tự thụ phấn

7/18/15 1 Chƣơng 7 CHỌN GIỐNG Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN 7.1. ĐẶC ĐIỂM VÀ DI TRUYỀN NHÓM CÂY TỰ THỤ PHẤN Cây tự thụ phấn là phấn của cơ quan sinh sản đực chuyển đến cơ quan sinh sản cái trong cùng một hoa của cùng một cây. Hiện tƣợng tự thụ phấn có xu hƣớng giảm dị hợp và tăng đồng hợp qua các thế hệ. Những loài cây trồng quan trọng trong nhóm cây tự thụ phấn gồm: Cây họ hòa thảo (Poaceae) nhƣ lúa mỳ (Triticum L.), lúa mạch (Hordeum vulgare L.), lúa trồng châu Á (Oryza sativa L.). Các cây họ cà (Solanaceae) nhƣ cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.), cà pháo và cà tím (Solanum melongena L.), ớt cay, ớt ngọt (Capsicum annum L.). Các cây rau họ đậu (Fabaceae) nhƣ: đậu tƣơng (Glycine max), đậu đũa (dolichos sinensis L.), cô ve leo (Phaseolus sp L.), đậu vàng (Phaseolus vulgaris L.), lạc (Arachis hypogae L.), đậu Hà Lan (Pisum sativum). Cây thuộc họ hoa cúc (Asteraceae) là rau xà lách (Lactura sativa car capinata L.), rau diếp (Lactuca sativa secalina Alef), Đay (Corchorus capsularis), cam quýt (Citrus), đào (Prunus persica) thuộc nhóm này. 7.1.1. Đặc điểm cây tự thụ phấn Cây tự thụ phấn có đặc điểm cấu tạo và tập tính nở hoa phù hợp với sự tự thụ phấn nhƣ: hoa lƣỡng tính, nhị đực và nhụy cái trong cùng một hoa, nhị và nhụy chín cùng thời điểm, nhị và nhụy đƣợc bảo vệ kín bằng các cơ quan khác của hoa ngăn cản thụ phấn ngoài, hoa nhỏ và ít có màu sắc, mùi vị. Tự thụ phấn phân làm hai loại: •Thụ phấn ngậm (Cleistogamy): Quá trình thụ phấn diễn ra trong hoa chƣa nở, do đó bảo đảm tự thụ phấn hoàn toàn. •Thụ phấn mở (Chasmogamy): Ở những loài cây có phƣơng thức thụ phấn này hoa chỉ nở sau khi thụ phấn đã hoàn thành. 7.1.2. Động thái di truyền trong quần thể cây tự thụ phấn Bảng 7.1. Tỉ lệ đồng hợp qua các thế hệ ở cây tự thụ phấn Thế hệ Kiểu gen Cá thể dị hợp tử Tỉ lệ cá thể đồng hợp tử (%) AA Aa aa 0 - 1 - 1 0,0 1 1/4 2/4 1/4 1/2 50,0 2 3/8 2/8 3/8 1/4 75,0 3 7/16 2/16 7/16 1/8 87,5 4 15/32 2/32 15/32 1/16 93,8 5 31/64 2/64 31/64 1/32 96,9 ... 10 1023/2048 2/2048 1023/2048 1/1024 99,9 n (2n -1)/ 2n+1 2/2n+1 =1/2n (2n -1)/ 2n+1 1/2n 7.1.3. Các loại giống cây tự thụ phấn Trên cơ sở mục tiêu chọn tạo giống, phƣơng pháp tạo giống, thế hệ sử dụng và ƣu thế của giống chia thành 2 nhóm giống là: Giống thuần Giống ƣu thế lai Giống thuần có hai loại giống chủ yếu là: Giống bắt nguồn từ một cây Giống bắt nguồn từ tập hợp các cây Giống bắt nguồn từ một cây là giống chọn lọc từng cây hoặc chọn lọc trực tiếp biến dị cá biệt của quần thể. Các giống bắt nguồn từ một cây quần thể đồng hợp tử và đồng nhất. Giống bắt nguồn từ một tập hợp các cây có thể đồng nhất, nhƣng mỗi cá thể trong quần thể có những kiểu gen khác nhau, có thể do nhận phấn ngoài từ cây khác (rất nhỏ), dị hợp có thể xuất hiện ở các thế hệ sau. 7.1.4. Các bƣớc trong chọn tạo giống cây tự thụ phấn Bƣớc Nội dung 1 Thu thập nguồn vật liệu di truyền 2 Tạo biến dị di truyền  Lai  Đột biến, đa bội  Chuyển gen + Công nghệ tế bào 3 Chọn lọc 4 Đánh giá 5 Khảo nghiệm 6 Công nhận giống mới Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 2 7.2. PHƢƠNG PHÁP CHỌN LỌC GIỐNG THUẦN Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN 7.2.1. Chọn lọc cải tiến và duy trì quần thể a) Chọn lọc hỗn hợp (Mass selection) Ứng dụng của chọn lọc hỗn hợp: i.Duy trì độ thuần quần thể của kiểu gen hiện có; ii.Chọn lọc các dòng thích nghi với điều kiện môi trƣờng khi nhập giống mới từ nơi khác đến địa phƣơng; iii.Chọn dòng kháng bệnh từ quần thể hiện có; iv.Chọn biến dị tạo thành giống mới Hình 7.2. Chọn lọc hỗn hợp cải tiến quần thể (Nguồn George Acquaah, 2007) Hình 7.3. Chọn lọc hỗn hợp duy trì quần thể (Nguồn George Acquaah, 2007) b) Chọn lọc dòng thuần (Pure-line selection) Hình 7.4. Phát triển dòng thuần theo lý thuyết của Johannsen (Nguồn George Acquaah, 2007) Hình 7.5. Các bƣớc tổng quát chọn tạo dòng thuần (Nguồn George Acquaah, 2007) Các bƣớc chọn lọc Năm/vụ Kỹ thuật 1 Thu nhận quần thể biến dị (giống bản địa, quần thể phân ly, giống giới thiệu thử nghiệm, trồng, chọn lọc và thu hoặc những cá thể có tính trạng mong muốn) 2 Trồng các cây chọn lọc vụ trƣớc thành các hàng con cái, khử bỏ các cây khác dạng, thu hoạch, đây là thí nghiệm dòng 3-6 Thí nghiệm so sánh năng suất sơ bộ (preliminary yield trials) có đối chứng phù hợp 7 - 10 Thí nghiệm so sánh năng suất cơ bản (Advanced yield trail), thí nghiệm đa môi trƣờng, phóng thích dòng có năng suất cao nhất thành giống mới Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 3 Ƣu điểm: Có thể kiểm tra đƣợc đặc tính di truyền của từng cá thể qua các thế hệ, vì vậy phƣơng pháp này có hiệu quả để tạo ra giống mới. Đối với các tính trạng, đặc tính có lợi cho con ngƣời (hàm lƣợng protein, lipit, đƣờng... trong hạt) nhƣng không có lợi cho sinh vật thì phƣơng pháp này có hiệu quả. Khuyết điểm: Phƣơng pháp chọn lọc phức tạp, tốn kém, thời gian chọn giống kéo dài, trong trƣờng hợp giống đƣợc chọn có hệ số nhân thấp. 7.2.2. Chọn lọc các thế hệ phân ly sau lai a) Chọn lọc phả hệ (Pedigree method) Phƣơng pháp chọn lọc cá thể ở quần thể phân ly là phƣơng pháp đƣợc áp dụng rộng rãi trong chọn tạo giống cây trồng. Điểm khác nhau cơ bản của chọn lọc phả hệ và chọn lọc hỗn hợp hay chọn lọc dòng thuần là lai để tạo biến dị tái tổ hợp và chọn lọc sau khi lai. Những bƣớc và kỹ thuật cơ bản của chọn lọc phả hệ là thiết lập quần thể cơ bản bằng chọn lọc bố mẹ để lai, trồng và chọn lọc con cái. Số lƣợng cá thể chọn ở mỗi thế hệ phụ thuộc vào nguồn nhân lực và cơ sở vật chất của nhà chọn giống. Các bƣớc của phƣơng pháp Năm/vụ Thế hệ Hoạt động 1 P1 x P2 Chọn bố mẹ, lai từ 20-200 cặp 2 F1 Trồng 50-100 cây F1, loại bỏ cây không phải là cây lai, cây không mong muốn, cây nhiễm bệnh. Thu riêng từng cây để trồng thành dòng ở vụ 3 (F2) 3 F2 Các cá thể thu đƣợc ở F1 trồng thành hàng ở F2 (2.000-5.000 cây). Chọn các cây mong muốn thu riêng để gieo thành dòng ở vụ 4 (F3). 4 F3 Hạt F2 gieo thành hàng ở F3, tạo thành các gia đình, chọn gia đình tốt, trong gia đình chọn dòng tốt, trong dòng chọn các cây tốt (khoảng 3-5 cây) thu riêng tạo lập dòng và gia đình ở thế hệ tiếp theo 5 F4  Tiếp tục chọn lọc nhƣ F3  Những dòng nhận biết đã thuần đƣa sang thí nghiệm đánh giá năng suất sơ bộ ở vụ hoặc năm thứ 6, thí nghiệm không lặp lại và không có đối chứng 6 F5  Tiếp tục chọn lọc nhƣ F4  Những dòng đánh giá tốt ở PYT đƣa sang thí nghiệm so sánh năng suất, có lặp lại và đối chứng. 7 F6 Tiếp tục thực hiện nhƣ F5 8 F7 Tiếp tục thực hiện nhƣ F6 9 F8 Tiếp tục thực hiện nhƣ F7, thí nghiệm so sánh năng suất ở một số địa phƣơng), xác định dòng triển vọng 10-11 F9-F10 Nhân đủ lƣợng hạt, khảo nghiệm, khu vực hóa và công nhận giống mới Hình 7.6. Các bước và kỹ thuật chọn lọc phả hệ ở cây tự thụ phấn Ƣu điểm: Những kiểu gen nào kém bị loại bỏ trƣớc khi các dòng tự phối. Sự chọn lọc ở các thế hệ đều có sự tham gia tạo thuận lợi để các biến dị di truyền xuất hiện. Mối quan hệ giữa các dòng và môi trƣờng sẽ đƣợc biểu hiện ra. Nhƣợc điểm: Không thể dùng môi trƣờng, nơi xảy ra các biến dị mà biết đƣợc các tính trạng không biểu hiện ra. Yêu cầu đất đai và lao động tốn kém hơn. b) Phƣơng pháp chọn lọc phả hệ gián đoạn Hình 7.7. Sơ đồ chọn lọc phả hệ gián đoạn Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 4 c) Phƣơng pháp chọn lọc phả hệ dựa vào marker phân tử Hình 7.8. Sơ đồ chọn lọc phả hệ những thế hệ đầu dựa vào marker phân tử ở lúa d) Chọn lọc trồng dồn (Bulk method) Hình 7.9. Sơ đồ chọn lọc trồng dồn Các bƣớc tiến hành Năm/vụ Thế hệ Hoạt động 1 P1 x P2 Chọn bố mẹ và lai 2 F1 Trồng con lai F1 của các tổ hợp lai, mỗi tổ hợp lai 50- 100 cây F1, khử bỏ cây không phải là cây lai, thu hoạch hỗn hợp hạt trồng ở vụ 3 (F2) 3 F2 Hạt hợp F1 của mỗi tổ hợp lai (vụ 2) trồng khoảng 2.000 - 3.000 cây F2, thu hoạch hỗn hợp gieo trồng vụ tiếp theo. 4 - 6 F3 – F5 Tiếp tục chọn lọc nhƣ vụ 3 (F2), đến F5 trồng 3.000 đến 5.000 cây, chọn các cây ƣu tú khoảng 10% (300-500 cây) thu riêng tạo dòng ở F6 7 F6 Trồng các dòng thu đƣợc ở F5, chọn lọc khoảng 10% (30-50 cây) đƣa sáng thí nghiệm so sánh năng suất sơ bộ ở vụ 8 (F7) 8 F7 Thí nghiệm so sánh năng suất sơ bộ 9-11 F8-F10 Thí nghiệm so sánh năng suất, lạp lại, có đối chứng nhƣ phƣơng pháp phả hệ Ƣu điểm: Có thể gieo trồng đƣợc nhiều tổ hợp lai. Đỡ công chi phí cho việc quan sát và chọn lọc từ F2 - F5. Nhƣợc điểm: Có thể mất một số kiểu gen mong muốn trong quá trình trồng dồn đặc biệt với tính trạng có lợi cho con ngƣời nhƣng không có lợi cho sinh vật nhƣ: kiểu gen thấp cây, chín sớm... e) Chọn lọc một hạt đời sau (Single-seed descent) Hình 7.10. Sơ đồ chọn lọc một hạt đời sau f) Chọn giống bằng lai trở lại (Backcross breeding) Hình 7.11. Sơ đồ các bƣớc lai lại chuyển gen trội tạo giống kháng bệnh Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 5 Hình 7.12. Sơ đồ lai trở lại chuyển gen lặn Ƣu điểm của phƣơng pháp: Phƣơng pháp giảm đƣợc số thí nghiệm đồng ruộng, khi tạo thành giống mới đã thích nghi với môi trƣờng mục tiêu Lai trở lại có thể lặp lại, nếu sử giống cùng bố mẹ, giống lai lại có thể tạo trở lại Rất hữu ích để chuyển những gen đặc thù Có thể áp dụng cả ở cây tự thụ phấn và cây giao phấn. Hạn chế của phƣơng pháp: Phƣơng pháp không hiệu quả để chuyển tính trạng số lƣợng, tính trạng cần có hệ số di truyền cao và có thể nhận biết ở mỗi thế hệ Có sự liên kết tính trạng mục tiêu với tính trạng không phù hợp ngăn cản cải tiến giống Chuyển tính trạng lặn mất nhiều thời gian hơn. g) Lai lại cải biên (Modifications) - Lai lại hai chiều Bảng 7.3. Nguyên lý lai trở lại hai chiều với bố và mẹ Cặp lai Thế hệ Tỉ lệ di truyền A : B A x B F1 50:50 F1 x A BC1 75 : 25 BC1 x B CBC2 37,5 : 62,5 CBC2 x A CBC3 68,8 : 31,3 CBC3 x B CBC4 34,4 : 65,6 CBC4 x A CBC5 67,2 : 32,8 - Lai lại phối hợp với QTL (Advanced backcross QTLs), đã đƣợc trình bày trong chƣơng 5 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam