Chọn lọc ở cây tự thụ phấn

CHƯƠNG V
LAI TẠO GIỐNG VÀ PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN
Chọn tạo giống ở cây tự thụ phấn
Chọn lọc
Lai tạo giống
Đột biến, đa bội thể
Chuyển gen
5.1 D?c di?m cõy t? th? ph?n
5.1.1 Đặc điểm sinh học.
Cây tự thụ phấn có đặc điểm cấu tạo và đặc tính thích nghi của hoa hoàn toàn phù hợp với sự tự thụ phấn:
hoa thường là lưỡng tính, nhị đực và nhuỵ cái trong cùng một hoa,

hoa được bảo vệ rất kỹ,
thời gian nở của một hoa rất ngắn (thời gian nở hoa của lúa là 30` ),
hoa nhỏ và ít có màu sắc, mùi vị, nhị và nhuỵ thường chênh lệch nhau.
Các loài cây tự thụ phấn
1- Lúa mì ( Triticumaesticum ).
2- Đại mạch ( Hordeum Vulgare ).
3- Kê ( Setariaitalica
4- Yến mạch ( Avena Sativa )
5- Lúa ( gạo ) ( Oryza Sativa )
6- Đậu Hà lan ( Pisum Sativum )
7- Lạc ( Arachis hypope )
8- Đậu xanh ( Vigna radiata )
9- Đậu tương ( Glicine max )
10- Đậu ván ( Dolichos Lanlab )
11- Đậu leo ( Lenesculata )
12- Đay ( Corchorus Capsularis)
13- Cà chua ( Lycopersicon esculentum )
14- Xa lát ( Lactuca Sativa )
15- ớt ( Capsicum annum )
16- Cam quýt ( Citrus)
17- Đào ( Prunus peach )
5.1.2. Cấu trúc di truyền của quần thể cây tự thụ phấn
5.1.3 Hiện tượng bất dục đực, tự bất hợp và sinh sản vô phối ở cây tự thụ phấn
(Được trình bày chi tiết trong chương ưu thế lai)

Hiện tượng bất dục đực
Bất dục đực di truyền tế bào chất
Bất dục đực di truyền nhân
Bất dục đực di truyền nhân cảm ứngmôi trường EGMS, TGMS và PGMS
Hiện tượng tự bất hợp
Tự bất hợp giao tử
Tự bất hợp bào tử
Hiện tượng sinh sản vô phối
Sinh sản vô phối giao tử
Vô giao
Phôi bất định
5.2 Lai tạo giống ở cây tự phấn
5.3.1 Kh¸i niÖm và nghÜa
Lai gièng c©y trång lµ mét ph­¬ng ph¸p chän t¹o gièng rÊt quan träng vµ phæ biÕn , mÆc dï ngµy nay khoa häc c«ng nghÖ cã nhiÒu kü thuËt hiÖn ®¹i nh­ng lai vÉn gi÷ mét vÞ trÝ v« cïng quan träng v×:
§¬n gi¶n, kh«ng cÇn thiÕt bÞ ®¹ivµ chi phÝ thÊp
§Þnh h­íng ®­îc ch­¬ng tr×nh chän t¹o gièng
Khái niệm:
Lai là phương pháp nhằm kết hợp các đặc điểm tốt của bố mẹ vào con lai bănngf tái tổ hợp kiểu gen của bố mẹ.

Lai là tạo biến dị tổ hợp chọn lọc để tạo thành giống mới
Lai là sự giao phối của 2 hay nhiều dạng bố mẹ khác nhau tạo ra thế hệ mới

Lai gần : Lai hai bố mẹ cùng huyết thống , lai trong loài
Lai xa: Lai hai bố mẹ khác loài
Đặc điểm của cây lai
Cây lai có tính di truyền phức tạp
Cây lai có mức độ biến di lớn
Cây lai có sứ sống khoẻ
ý nghĩa:
Đóng góp cho sản xuất giống năng suất cao , phẩm chất tốt và chống chịu với điều kiện bất thuận, sâu bệnh
Dễ làm, chắc chắn nên được sử dụng rộng rãi
Có thể định hướng trong quá trình tạo giống
Tạo ra sự đa dạng loài giống phục vụ nhu cầu của con người
5.3.2 Cơ sở lý luận
Quá trình thụ phấn thụ tinh tái tạo cơ thể lưỡng bội


Lai tạo biến dị tổ hơp

5.3.3 Các phương pháp lai

1)Lai đơn giản( single cross)
Là lai giữa hai giống, dòng , dòng tự phối hay cá thể có đặc điểm khác nhau nhằm tổ hợp những đặc điểm tốt của chúng vào con lai.
Công thức
A x B
2) Lai thuận nghịch (Reciprocal cross)
Lai thuận nghịch là trong trường hợp này làm bố trường hợp khác lại làm mẹ như công thức sau:
Nếu di truyền nhân thì hai trường hợp lai trên kết quả sẽ như nhau
Nếu di truyền tế bào chất thì kết quả sẽ khác nhau
3) Lai trở lại ( Back cross)
4) Lai hồi quy(Consecvatative cross)
5) Lai đỉnh ( Top cross)
Để xác định khả năng phối hợp chung nhằm loại bỏ những dòng , giống không có khả năng phối hợp.
Các dòng , giống đêm thử làm bố lai với 1 - 2 mẹ là vật liệu thử
Vật liệu thử (Tester) có phổ di truyền rộng
Giữa các dòng , giống thử và Tester tạo thành các cặp lai đơn

6)Luân giao Lai Dialell
Lai dialen còn gọi là lai luân phiên
Tất cả các dòng, giống tham gia lai đem lai luân phiên với nhau từng đôi một cả chiều thuận và chiều nghịch
Lai Dialen là phépp lai phân tích để đánh giá khả nang phối hợp riệng giữa các dòng, giống
Luân giao
7) Lai nhiều bố mẹ
5.3.4 Nguyên tắc chọn cặp bố mẹ để lai
Chọn cặp bố mẹ để lai rất quan trọng nó quyết định thành công của công tác lai đảm bảo
Khả năng kết hợp
Khả năng tạo ra con cái tốt
Khả năng truyền đạt tính trạng tốt của bố mẹ vào con lai
Nên chọn bố mẹ theo những nguyên tác sau:
Nguyên tắc 1 : Căn cứ vào loại hình sinh thái để chọn bố mẹ
Chú ý
Khi chọn không nên chỉ dựa vào loại hình sinh thái vì có khi xa nhau về điều kiện địa lý nhưng lại cùng loại hình sinh thái
Khi chọn loại hình sinh thái nên chọn giống địa phương vì nó có khả năng thích nghi cao, ổn định năng suất và khả năng truyền đạt di truyền mạnh
Muốn thành công trong chọn bố mẹ về loại hình sinh thái cần
Nguồn vật liệu sinh thái phong phú
Bố mẹ phải được nghien cứu kỹ và khoa học
Sô lượng tổ hợp lai lớn
Phương pháp chọn lọc cá thể đúng

Nguyên tắc 2:
Chọn cặp bố mẹ căn cứ vào năng suất và yếu tố cấu thành năng suất
Năng suất là tổ hợp nhiều tính trạng số lượng khi chon cần


Nguyên tắc 3: Chọn cặp bố mẹ căn cứ vào gia đoạn phát dục

Nguyên tắc 4 : Chọn cặp bố mẹ dựa trên khả năng chống chịu
Bố mẹ khác nhau và bổ khuyết cho nhau về khả năng chống chịu
Phổ chống chịu rộng với các nòi sinh lý khác nhau
Sự khác nhau về khả nang chống chịu ngang
Nguyên tắc 5 : Chon bố mẹ để bổ xung những tính trạng cần thiết
Phổ thích ứng với các điều kiẹn sinh thái khác nhau
Bổ xung giữa chất lượng vànang suất

Nguyên tắc 6: Chọn cặp bố mẹ kh lai xa
Cây dại thường chiếm ưu thế nên chọn cây trồng làm mẹ

Nguyên tắc 7: Chọn cặp bố mẹ đối với cây có củ
Cần quan tâm đến động thái sinh trưởng thân lá, động táhi khác nhau cho kết quả khác nhau

5.3.5 Kỹ thuật lai hữu tính
Nguyên lý chung
Xem sét đặc tính nở hoa, thời gian nở hoa, cấu trúc hoa
Nở hoa kín hay mở
Đơn tính hay lưỡng tính
Thời gian nở hoa
Tập tính nở hoa
Cấu tạo hoa
Thời gian sống của phân và nhuỵ
Phương thức thụ phấn
Thụ phấn cưỡng bức là con người lấy phân bố thụ cho mẹ
Lai tự do là thụ phấn của bố cho mẹ hoàn toàn ngẫu nhiên
Gieo trồng cây bố mẹ
Chọn đất gieo
Thời vụ gieo
Mật độ gieo
Số cây gieo
Chăm sóc
Lựa chọn cây để lai
Chuẩn bị cây lai
Khử đực
Chọn hoa khử đực
Thời điểm khử đực
Kỹ thuật khử đực
Khử đực bằng tay
Khử đực bằng hơI nóng, nước nóng
Khử đực bằng hóa chất
MG1 ( CH3AsO3Zn)
MG2 (CH3AsO3Na2)
Khử đực ở lúa
Khử đực ở cà chua
Chú ý :
Vệ sinh bằng cồn dụng cụ khử đực trước và sau khi khử đực
Khử đực trước khi hoa nở 1 - 2 ngày
Thời gian khử đực do thời gian nở hoa của loài cây đó quyết định thường vào buổi sáng
Quan sát bao phấn màu xanh vàng là khi phấn chín
Sau khi khử đực phải đeo thẻ ghi rõ giống, ngày khử, người khử đực
Cách ly sau khi khử đực
Khử đực xong phải cách ly ngay
Cách lý không gian hoặc cách lý bằng bao cách ly
Cách ly bao cách ly được làm bằng giấy bóng mờ
Cách ly bằng vải màn
Cách ly bằng lồng cách ly
Thụ phấn và cách ly
Với cây tụ thụ phấn
Thời gian thụ phấn thường vào buổi sáng
Tốt nhất vàothời gian nở hoa trong ngày của loài đó
Thu thập bao phấn đã chín
Đưa bao phấn lên đầu nhuỵ bóp vỡ bao phấn
Dùng bút lông đưa phấn lên đầu nhuỵ
Dung hoa đực tung phân lên những ho cái đa khử đực
Thụ phấn ở cà chua
Thụ phấn ở lúa
Chăm sóc thu hoạch hạt lai
Chăm sóc
Thu hoạch
PhơI
Bảo quản
gieo
5.4 LAI XA
Những ứng dụng của lai xa

Lai xa là lai giữa hai loài cùng một chi (lai khác loài) hoặc lai giữa hai loài thuộc hai chi khác nhau (lai khác chi).

Lai xa nhằm chuyển các gen có ích từ loài này sang loại khác, đặc biệt khi những tính trạng cần cải tiến không có ở loài trồng trọt. Lợi ích cụ thể của lai xa gồm (Briggs và Knowles, 1967):

Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay loài hoặc chi có quan hệ họ hàng sang các giống cây trồng,

Tận dụng sức sống con lai ở những loài nhất định, ví dụ như con lai khác loài ở bông; các loài cây thức ăn gia súc, như con lai giữa cao lương và cỏ Sudan; cây sinh sản vô tính như mía và khoai tây.

Tạo ra các loài đa bội khác nguồn mới, như triticale

Xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài
Khó khăn cây lai không kết hạt
Khó khăn con lai không kết hạt
5.5 Các phương pháp chọn lọc ở cây tự thụ phấn
5.4.1 Chọn lọc hỗn hợp
Đặc điểm của chọn lọc hỗn hợp là:
Đào thải hay chọn lọc các cá thể riêng rẽ dựa vào giá trị kiểu hình của tính trạng cần cải tiến.
Thế hệ con của cây được chọn trồng thành hỗn hợp
Nếu tỉ lệ cây được chọn lọc tương đối nhỏ, gọi là phương pháp chọn lọc hỗn hợp dương tính; nếu tỉ lệ cây bị đào thải nhỏ gọi là phương pháp chọn lọc hỗn hợp âm tính.
5.5.2 Chọn lọc ở cây tự thụ phấn

Chọn lọc hỗn hợp

Chọn lọc cá thể hay chọn lọc dòng thuần

Nhà thực vật học Đan Mạch Johannsen (1903) đã đưa ra thuyết dòng thuần
Vụ thứ nhất:
gieo trồng quần thể ban đầu (tập đoàn giống địa phương, nhập nội, v.v.).
Chọn một số các thể có tính trạng mong muốn dựa vào kiểu hình.
Thu hoạch riêng từng cây để đánh giá đặc điểm hạt của từng cây đã chọn, giữ lại những cá thể tốt.
Vụ thứ hai:
Gieo trồng thế hệ con cái của các cá thể được chọn ở vụ thứ nhất và quan sát và ghi chép sự biến động ở mỗi thế hệ con cái.
Nhổ bỏ những biến dạng.
Chọn lọc thế hệ con cái tốt nhất dựa vào năng suất.
Thu từng con cái và giữ riêng.
Kiểm tra đặc điểm hạt của mỗi thế hệ con và giữ lại những con cái tốt nhất (dòng) để khảo nghiệm vụ sau

Vụ thứ 3:
Gieo các dòng trong thí nghiệm khảo nghiệm sơ bộ cùng với giống đối chứng.
Theo dõi và ghi chép tất cả các đặc điểm mong muốn, loại bỏ những dòng xấu và thu hoạch riêng dòng tốt. Đánh giá năng suất và chọn lọc lần cuối.
Vụ thứ 4:
Gieo và đánh giá các dòng được chọn vụ trước trong khảo nghiệm nhiều điểm so sánh với các giống đối chứng.
Vụ thứ 5:
Tiếp tục khảo nghiệm năng suất như vụ thứ 4.
Vụ thứ 6:
Khảo nghiệm năng suất ở nhiều điểm, chuẩn bị trước khi phổ biến.
Vụ thứ 7:
Nhân hạt giống tác giả những dòng triển vọng .



5.5 3. Chọn lọc từ các quần thể phân ly
5.5.3.1 Nguyên lý
Nguồn biến dị của các quần thể tự nhiên thường có hạn và nhanh chóng cạn kiệt do chọn lọc.

Đôi khi, một số tính trạng mong muốn không tồn tại trong các quần thể tự nhiên

Vì vậy, muốn tạo ra giống mới nhà chọn giống phải tạo ra nguồn vật liệu biến dị.


Phương pháp lai còn gọi là phương pháp tổ hợp

Hiệu quả của phương pháp lai phụ thuộc vào ba yếu tố sau:
Số lượng gen tham gia vào tính trạng được tổ hợp
Khả năng tái tổ hợp của các gen
Hệ thống thụ phấn

Chọn lọc bố mẹ và kiểu lai để tạo quần thể chọn lọc

Một trong những quyết định quan trọng của nhà chọn giống là chọn bố mẹ để tạo quần thể chọn lọc.

Tính trạng cần cải tiến
Mục tiêu chọn giống rõ ràng,
Số tính trạng cần cải tiến:
Xác định tính trạng ưu tiên (phụ thuộc vào loại cây trồng):

Bố mẹ bổ sung cho nhau: điểm yếu của một bố mẹ này được bổ sung hay bù lại bằng bố mẹ kia. Có thể tìm sự bổ sung cho một số tính trạng thông qua:
các tính trạng nông học
các tính trạng hình thái
các đặc điểm sinh hoá (như isozyme, protein dự trữ) hoặc
chỉ thị phân tử
Di truyền của tính trạng cần cải tiến
Tính trạng chất lượng và tính trạng số lượng (tần số phân ly tăng tiến trong quần thể phu thuộc vào số gen phan ly)
Sự khác nhau giữa bố mẹ về:
Nguồn gốc địa lý
Gia phả/quan hệ họ hàng
Giá trị của một nhóm tính trạng
Sự khác nhau thể hiện số locut dị hợp tử ở thế hệ F1 (số gen phân ly ở các thế hệ sau)
Tiềm năng sử dụng làm bố mẹ – dữ liệu/thông tin từ các chu kỳ chọn giống trước hoặc từ phép lai thử (ví dụ lai dialen để đánh giá khả năng kết hợp)
Nguồn gen làm bố mẹ

Nguồn gen có thể phân thành nhóm dựa trên sự giống nhau với các giống đang trồng phổ biến làm thương phẩm hàng hóa.
Giống thương phẩm

là nguồn gen ưu tú nhất đối với những tính trạng chủ yếu

giá trị trung bình của quần thể hình thành từ giống thương phẩm cao và xác suất thu được thế hệ con cháu không có điểm yếu cũng cao
Giống có nguồn gốc di truyền khác nhau sẽ cho biến động di truyền cao hơn để cải tiến tính trạng đó

Các dòng ưu tú: các dòng ở giai đoạn sau của chương trình chọn giống

Các dòng có tính ưu việt một hoặc ít tính trạng, ví dụ tính kháng sâu bện, chất lượng

Nguồn cây trồng nhập nội

Các loài hoang dại có quan hệ họ hàng


5.5.3.2 Độ lớn của quần thể phân ly (F2)

Đối với cây tự thụ phấn, thế hệ F1 hình thành sau khi lai 2 bố mẹ đồng hợp tử không thể sử dụng trực tiếp cho chọn lọc. Các thế hệ phân ly sau F1 được sử dụng để chọn kiểu gen mới kết hợp các tính trạng (gen) của bố mẹ.

Kết quả chọn lọc phụ thuộc rất lớn vào số cá thể ở thế hệ F2.
Tần số kiểu gen đồng hợp tử tăng ở thế hệ F3 và các thế hệ sau, nhưng chỉ thế hệ F2 chứa tất cả các tổ hợp mới.
Số lượng tái tổ hợp gen phụ thuộc vào:
số locut gen khác nhau giữa bố mẹ
mức độ liên kết của các gen (hiệu lực của trạng thái hút và đẩy)
số alen trong một locut

Vì thế độ lớn của quần thể F2 phụ thuộc vào kết quả lai, tính trạng cần cải tiến, số gen khác nhau giữa bố mẹ, số tổ hợp có thể quản lý (Sneep, 1977; Baker, 1984).

Nếu số gen của bố mẹ khác nhau lớn thì số kiểu gen ở F2 càng lớn ( Bảng 4.5).
5.5.3.3 Các phương pháp chọn lọc quàn thể phân ly ( sau lai

Phương pháp 1:
Phương pháp chọn theo phả hệ (phương pháp hệ thống; Pedigree method)

Phương pháp 2:
Phương pháp trồng dồn (hỗn hợp; Bulk method)

Phương pháp 3:
Phương pháp một hạt (Single seed descent).

Phương pháp 4:
Phương pháp lai lại

Phương pháp 5:
Tạo dòng thuần đơn bội kép (Double haploid)
5. 6 Kỹ thuật đơn bội kép (Double haploid)

Quy trình tạo dòng đơn bội kép:

Bước 1: Lai giữa 2 bố mẹ P1 x P2 → F1
Bước 2: Tạo phôi hoặc callus từ nuôi cấy hạt phấn
Bước 3: Tái sinh thành cây hoàn chỉnh (cây đơn bội)
Bước 4: Nhân đôi số nhiễm sắc thể của cây đơn bội bằng colchicine để tạo đơn bội kép
Bước 5: Đánh giá các dòng đơn bội kép về những tính trạng mong muốn
Những yếu tố cần lưu ý khi sử dụng phương pháp đơn bội kép

Nguồn hạt phấn (dị hợp tử)
Giai đoạn phát triển của bao phấn (tuỳ theo loài; giai đoạn đầu khoảng giữa giai đoạn tứ tử và phân chia nguyên nhiễm đầu tiên)
Điều kiện gieo trồng
Điều kiện xử lý trước khi nuôi cấy
Môi trường nuôi cấy (tạo phôi tốt hơn callus vì dễ tái sinh)

Ưu điểm:
Thời gian tạo dòng thuần nhanh hơn, rút ngắn thời gian chọn giống
Chọn lọc giữa các thể đơn bội kép hiệu quả hơn
Chọn lọc giữa các thể đơn bội đối với các tính trạng do một alen trội kiểm soát dễ dàng hơn (không cần phải phân biệt giữa cá thể đồng hợp tử trội và dị hợp tử).

Nhược điểm:
Rút ngắn thời gian tạo dòng thuần nhưng thời gian đánh giá dòng thuần có thể lâu hơn
Tạo đơn bội kép đòi hỏi thiết bị và nhân lực chuyên môn
Tần số thể đơn bội khó dự đoán trước
Tái tổ hợp bị hạn chế