Vui lòng download xuống để xem tài liệu đầy đủ.

BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH

Chia sẻ: | Ngày: pdf 26 p | 74

1
201
views

CƠ CHẾ TỰ VỆ CỦA CÂY 1.1. SỬ DỤNG KHẢ NĂNG ĐỀ KHÁNG TRONG PHÒNG TRỪ SÂU BỆNH Trong trồng trọt sâu và bệnh là hai kẻ thù làm giảm đáng kể năng suất và phẩm chất nông sản. Bệnh gây ra bởi nấm, vi khuẩn, virus mycoplasma và tuyến trùng. Những tác nhân gây bệnh cho cây được gọi là thể gây bệnh. Cây trồng cũng có thể bị hại, do nhiều loại sâu hại khác nhau. Hậu quả quan trọng nhất của hầu hết sâu bệnh là giảm sinh khối và do đó làm giảm năng suất theo...

BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH
Nội dung Text

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – H À LAN BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH Người biê n soạn: PGS.TS Trần V ă n Minh Huế, 08/2009
  2. Chương 1: CƠ CH Ế TỰ VỆ CỦA CÂY 1.1. SỬ DỤNG KHẢ NĂNG ĐỀ KHÁNG TRONG PH ÒNG TRỪ SÂU BỆNH Trong trồng trọt sâu và bệnh l à hai kẻ thù làm giảm đán g kể năng suất và phẩm chất nông sản. Bệnh gây ra bởi nấm, vi khuẩn, virus mycoplasma và tuyến trùng. Những tác n hân gây bệnh cho cây đ ư ợc gọi là thể gây bệnh. Cây trồng cũng có thể bị hại, do nhiều loại sâu hại khác nhau. H ậu quả quan trọng nhất của hầu hết sâu bệnh là giảm sinh khối và do đó làm giảm năng suất theo 4 con đ ường: làm chết cây gây khuyết vượt quá khả năng bù của cây lân cận (ví dụ héo mạch dẫn, nấm địa sinh, sâu đ ục thân); cây nhỏ c òi cọc gây ra do sự rối loạn trao đổi chất , mất chất sinh dư ỡng hay rễ bị tổn thương (ví d ụ nhiều loại virus, rệp, tuyến trùng) làm chết cành ( ví d ụ nhiều lo ài sâu đ ục thân, một số nấm gây chết ngọn); phá huỷ mô lá (ví dụ nấm gỉ sắt, sương mai, đốm lá và côn trùng gây cháy lá). Thiệt hại do sâu bệnh rất lớn. Boyer (1982) ước tính ở Hoa Kỳ 4,1% thiệt hại năng su ất do bệnh hại và 2,6% do sâu hại. Dịch sâu bệnh hại cũng l à nguyên nhân mất m ùa ở nhiều loại cây trồng nông nghiệp. Cây trồng có thể đ ược bảo vệ chống lại bệnh và sâu h ại bằng các biện pháp canh tác, tác nhân phòng trừ sinh học, sử dụng thuốc hoá học và đưa khả năng kháng sâu bệnh vào cây. Chọn giống kháng sâu bệnh – một dạng chủ yếu của phòng trừ sinh học – là một bộ phận không thể tách rời của bất kỳ một hệ thống phòng trừ sâu bệnh n ào. Khả năng kháng của ký chủ l à một giải pháp kém tốn kém nhất và phương pháp lý tưởng để phòng trừ sâu bệnh nếu muốn duy trì n ăng su ất và các đ ặc tính mong muốn khác. Sử dụng khả năng kháng có nhiều ư u điểm so với phương pháp phòng trừ hoá học. - Giảm chi phí thuốc trừ sâu bệnh và giảm liều lượng thuốc hoá học cần thiết. - An toàn cho nhà nông và người tiêu dùng vì làm gi ảm sự tiếp xúc với thuốc và gi ảm dư lư ợng thuốc trong sản phẩm. - Giảm ô nhiễm môi trường do thuốc hoá học phòng trừ sâu bệnh. 1.2. CƠ CHẾ TỰ VỆ CỦA CÂY 1.2.1. Các loại cơ chế tự vệ 1.2.1.1. Cơ chế không ưa: Ký ch ủ đã tạo ra sự không hấp dẫn cho sâu và côn trùng, chính l à sự không thích ứng cho việc tạo vòng sống và đẻ trứng. Kiểu kháng n ày c ũng chính là sự hạn chế sự tấn công của sâu hại hoặc sự không chấp nhận tấn công. Sự không chấp chấp nhận xuất hiện khi côn trùng không dùng thức ăn của ký chủ hoặc ký chủ không có thức ăn phù hợp cho côn tr ùng. Cơ chế không ư a này có liên quan đ ến nhiều thuộc tính tính hình thái sinh lý hoặc sinh hóa của cây chủ. 1.2.1.2. C ơ chế tránh sâu bệnh: 1
  3. Cơ chế tránh l àm gi ảm xác suất tiếp xúc giữa cây và sâu bệnh hại. Cơ chế này hoạt động trư ớc k hi thiết lập sự tiếp xúc gần gũi giữa kí chủ và kí sinh. Cơ chế tránh ho ạt động chủ yếu chống lại động vật gây hại, đặc biệt l à côn trùng, nhện và động vật có xương sống. Nhóm gây hại n ày kết hợp các c ơ quan cảm giác và khả năng di truyền chủ động để tìm nguồn thức ăn. Chúng biểu hiện tập tính rất phức tạp thông qua thị giác và kích thích hoá học. Vì thế hình dáng bên ngoài và mùi vị của cây phải không hấp dẫn. N hư vậy cơ chế tránh có bản chất hình thái (màu sắc lá, lông, dạng lá), hay hoá học (chất xua đuổi). Trong các tài liệu cơ chế tránh sâu hại còn gọi là tính không ưa thích. Tránh bệnh tương đối khó vì thể gây bệnh không có c ơ quan cảm giác. Một ví d ụ điển hình là lá đứng ở một số cây cốc làm giảm sự bám đậu của nguồn bào tử gỉ sắt so với các giố ng có lá n ằm ngang. Nhiều lo ài xâm nh ập vào lá qua khí khổng. Nấm tìm khí khổng dựa vào đặc điểm của lớp biểu bì. Cấu trúc biểu bì thay đổi làm cho thể gây bệnh không phát hiện và tìm thấy được khí khổng. 1.2.1.3. Cơ chế kháng sâu bệnh: Kháng là khả năng của cây l àm gi ảm sự sinh trưởng và phát triển của kí sinh sau khi sự tiếp xúc với kí chủ đư ợc khởi phát hay thiết lập . Đối với sâu hại tính kháng thể hiện qua tỷ lệ chết cao hay giảm khả năng sinh s ản còn gọi là kháng sinh. Painter (1951) đ ịnh nghĩa kháng sinh là ảnh h ưởng có hại của mô hoặc cây tới phát triển và sinh sản của sâu hại khi sâu hại dùng cây làm thức ăn. Khi sâu hại tấn công cây có c ơ chế kháng này chúng có thể bị chết, đẻ ít trứng hơn, tạo ra ít sâu non, kéo d ài thời gian đến th ành th ục, hay có tốc độ sinh trưởng chậm. Một số nhà nghiên cứu cho rằng kháng sinh là dạng kháng sâu thực sự duy nhất ở thực vật. Một ví dụ về c ơ sở sinh hoá của kháng sinh là ngô kháng sâu đục thân châu Âu. Chất hoá học phân lập và xác đ ịnh là 6-methoxybenzoxazolinone (6-MBOA) và 2,4 -đihydroxy-7 methyoxy-1-benzoxanine-3 one (DIMBOA) có mặt trong các dòng tự phối kháng sâu. Chất hoá học n ày ức chế sinh trưởng của sâu non. Một ví dụ khác là 2,3,4- TriO- acylglucose do lông c ủa cà chua d ại Lycopersicon pennellii tiết ra có khả năng làm gi ảm sự sinh trưởng và sống sót của sâu xanh Helicoverpa zea và sâu khoang Spodoptera exigua (Juvik et la, 1994) hay rệp Macrosiphum euphorbiae (Goffreda et al. 1989). Gen mã hoá s ự tổng hợp đ ường acyl này đã đư ợc chuyển vào các giống cà chua. Tính kháng có thể hoàn toàn nếu sinh trưởng và phát triển của kí sinh cản trở hoàn toàn. Tính kháng cũng có thể là tính trạng số lượng. Tương tự như các cơ chế tránh, cơ chế kháng cũng rất đa dạng. Cơ chế kháng có thể chủ động và th ụ động. Trong cả hai trường hợp tính kháng có thể mang bản chất sinh hoá học, sinh lý, hay giải phẫu. Ví dụ kháng thụ động có bản chất sinh hoá l à sự có mặt của catechol và axit protocatechuic ở lớp vỏ ngo ài c ủ hành có tác d ụng chống lại bệnh thán đen, Colletotrichum circinans. Việc tạo ra phytoalexin trong các tế bào xung quanh điểm sâu hay bệnh hại là một ví dụ kháng chủ động có bản chất sinh hoá. P hytoalexin ch ủ yếu là những hợp chất phenol trọng lượng phân tử thấp có khả năng kháng vi sinh vật, ít nhiều 2
  4. đặc thù với cây tạo ra nó. Ph ần lớn các lo ài thực vật đều có khả năng sản sinh ra phytoalexin. Tuy nhiên, ở c ây cảm nhiễm hợp chất này ho ặc không đư ợc tạo ra khi nhiễm bệnh hoặc được sản sinh với lượng thấp hơn so với cây kháng. Siêu cảm l à một dạng kháng chủ động rất phổ biến đố i với virus, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng và một số lo ài sâu hại. Các tế b ào xung quanh vùng bị hại chết nhanh loại trừ phát triển tiếp của thể gây bệnh. Siêu cảm thường gắn liền với những thay đ ổi sinh lý trong mô như sản sinh phytoalexin và lignin. Tính chủ động cũng có thể mang bản chất giải phẫu. Tăng bề dày của thành tế b ào là một ví dụ. Tế bào cây t ạo ra vết lồi tại điểm tiếp xúc với sợi nấm ở những nơi thể gây bệnh tìm cách xâm nhập qua th ành tế b ào. 1.2.1.4. Cơ chế chịu sâu, bệnh: Cơ chế chịu sâu bệnh là khả năng của cây chịu đựng sự tấn công của sâu, bệnh hại mà không làm giảm năng suất nghiêm trọng, mặc d ù chống cảm nhiễm với sâu, bệnh. Chịu không l àm gi ảm mức bị hại do sâu, bệnh. Nói cách khác chịu là điều kiện mà trong đó có 2 giống biểu hiện mức bị hại như nhau ở bất kỳ một thời điểm nào, có ph ản ứng định lư ợng khác nhau đáng kể đối với mức độ thiệt hại. Giống không chịu bị tổn thất về kinh tế trong khi đó giống chịu vẫn cho năng suất cao. Cơ chế chịu có thể do các yếu tố sinh lý như cây phục hồi nhanh sau khi bị hại hoặc khả năng sinh trưởng bù. Đ ặc tính tự nhi ên của tính kháng sâu Ký chủ Nguồn kháng Cơ chế Sâu và côn trùng H1 đến H8 (gen) Lúa mì Sâu kèn Antibiosis Sâu tiện thân Thân cứng Bọ xít xanh Hàm lượng cồn benzyl cao NP ho ặc AB Lúa nư ớc Sâu đ ục thân a) Hàm lượng silic cao AB b) Thân gỗ NP Rầy nâu nhiều mô schleren- c) Có T chymatous ở thân a) Hàm lư ợng asparagine trong lá NP thấp b) Mỏ hạt đỏ và vòi nhị cái tím NP Đục thân ngôn Có hàm lượng dimboa trong lá Ngô AB Hàm lượng axít aspartic cao, hàm châu Âu AB Đục thân ngô lượng nitơ và đường thấp Sâu hại bông a) Hàm lượng gossypol cao Bông AB b) Lá m ẫn NP c) Không ngọt NP d) Chín sớm NV Cải bắp Rệp cải bắp Hàm lượng sinigrin thấp NP và AB NP - K hông ưa Ghi chú: AB - K háng sinh ; 3
  5. T- C hống chịu ; AV - Tránh Tính kháng tự nhiên Tính kháng côn trùng thể hiện liên quan đ ến các thuộc tính hình thái liên quan đến các thuộc tính hình thái, sinh lý hoặc sinh hóa của ký chủ. Các yếu tố sinh lý Các nhân tố sinh lý như hàm lượng osmotic trong tế bào, hoặc mộ t số tổ chức khác cũng kháng sâu như bông trên lá của họ cà… nh ững chất n ày không thể là thức ăn cho côn trùng và côn trùng không thể tái sinh đ ư ợc. Các yếu tố hóa sinh Một vài nhân tố hóa sinh liên quan đ ến tính kháng sâu và r ất nhiều loại cây trồng. Các nhân tố hóa sinh có vai trò quan trọng đối với tính kháng là do cơ chế không ưa thích và kháng thể mạnh hơn các cơ chế hình thái và sinh lý. Ví d ụ mối quan hệ giữa hàm lượng gossypol trong cây thành ph ần phenolin và tính kháng sâu ở bông. Ở lúa hàm lượng silica cao trong chồi con đ ã giúp cây trồng không bị sâu đục thân đục nõn. Ở ngô h àm lượng dimboa (2,3 dihydroxy, 7 methyl, 2H-1,4 benzoxoxazine.3 (4H)-one) có khả năng chống sâu rất mạnh. Tương tự tính kháng bọ xít xanh của lúa liên quan đ ến hàm lư ợng ben zyl. 1.2.2. Các yếu tố ảnh hư ởng đến cách biểu hiện và mức độ đề kháng Bệnh của cây trồng l à kết quả của các tương tác với nhau. Hiểu biết tác động của từng yếu tố cũng như tương tác gi ữa chúng với nhau, khi chọn lọc theo sức đề kháng, r ất quan trọng. 1.2.2.1. Tác động của chủ thể: Kiểu gen của chủ thể, mức độ phát triển và tình trạng sinh lý của chủ thể có ảnh hưởng đến cách phản ứng của nó đối với một bệnh cụ thể n ào đó. Phản ứng của cây trồng đối với bệnh có thể đổi theo tuổi vì các gen đề kháng có thể ho ạt động trong thời kỳ n ày mà khôn g hoạt động thời kỳ khác. Ví dụ: C ác gen đ ề kháng với gỉ sắt với cây ngũ cốc trưởng th ành chỉ hoạt động khi cây đ ã lớn chứ không có tác dụng khi cây còn là mạ. Sức đề kháng hay mẫn cảm có thể liên quan với giai đoạn phát triển của cây. Thông thường sức đề kháng l à tối đa vào giữa đời cây, nghĩa l à trước khi các cấu trức sinh sản xuất hiện (Bell, 1982). Đối với ngũ cốc, sức đề kháng giảm dần sau khi cây trỗ. Do đó khi sàng lọc để chọn sức đề kháng chậm với gỉ sắt tr ên đ ồng ruộng thì sự so sánh chỉ có giá trị giữa những hàng cùng th ời kỳ chín. So sánh sức đề kháng chậm với gỉ sắt giữa các gen của các thể chủ khác nhau theo thời kỳ chín có thể phạm sai lầm do tương tác thể chủ x môi trường. Vì lý do ấy nên sự so sánh các giống phát triển hữu hạn và vô hạn với nhau về đề kháng m à cùng theo ngày ghi trên lịch cũng có thể đ ưa đến sai lầm (Bell, 1982). Vấn đề này kết quả công trình của Hamblin và c.s (1984) khi so sánh sức đề kháng bốn giống lupin (khác nhau về thời gian chín) chống Phomopsis vào ba thời điểm gieo trồng có thể làm ví dụ. Với thời điểm gieo trồng đầu các dòng trỗ sớm, tỏ ra đề kháng hơn, còn đối với thời điểm gieo trồng thứ 2 thì chúng tỏ ra đề kháng ít hơn (bảng VI.2). Điều đó chứng tỏ là có tương tác giữa thời kỳ phát triển của chúng với môi trường. 4
  6. Tương tự như thế, khi sàng lọc tính chống chịu đối với bệnh ergot và phấn than của bajra thì nh ất thiết phải biết sự tung phấn xảy ra trước hay sau khi gây nhiễm (Thakur và Villiams, 1980; Thakur và c.s., 1983). Sở dĩ như thế do các bệnh này lây nhiễm qua nòi nh ụy, và sau khi thụ phấn xong thì được bảo vệ vì lúc ấy vòi nhụy héo khô nhanh. Mức độ Phomopsis (%) đối với các giống Lupin khác nhau Thời vụ Illyarrie (sớm) Chittick (trung P 22612 Marri gieo trồng (rất sớm) (muộn) bình) Thời điểm 1 43 47 53 59 Thời điểm 2 59 53 50 51 Thời điểm 3 25 22 22 17 Không hiểu biết điều ấy là nguyên nhân ch ủ yếu khiến cho việc tạo giống bajra đề kháng đ ược ergot và phấn than thu tiến bộ chậm. Những ví dụ trên cho thấy rõ sự hiểu biết về ảnh hưởng của chủ thể và tương tác giữa thể chủ với môi trường có thể dẫn đến các kết luận sai lầm về mức đề kháng của các giống, nhất là khi các giống lai khác nhau về sinh trưởng và phát triển. 1.2.2.2. Tác động của thể gây bệnh: Độ gây hại, sức tấn công và m ật độ gây nhiễm của thể gây bệnh phụ thuọc vào số các yếu tố ảnh h ưởng đến sức đề kháng của một số thể chủ nhất định biểu hiện ra. Độ gây hại là khả năng của thể gây bệnh thắng đ ược các gen đề kháng của thể chủ. Nh ư thế sức đề kháng của thể ch ủ chỉ biểu hiện ra khi mà thể gây bệnh không mang các gen gây h ại tương ứng. Các nòi gây bệnh mang các gen gây hại giống nhau có thể khác nhau về sức tấn công, và như thế sẽ gây ra mức độ bệnh khác nhau đối với một kiểu gen nhất định của chủ thể. Do đó nếu việc sàng lọc đề kháng đ ược tiến hành với một nòi ít tấn công thì khi thiên nhiên chọn lọc ra đ ược một nòi có sức tấn công mạnh hơn thì sức đề kháng có thể giảm đi một phần. Sự giảm sút sức đề kháng đ ư ợc gọi l à s ự hao mòn ký sinh của sức đề kháng ngang (Robinson, 1976). Sức đề kháng cũng có thể giảm khi mật độ gây nhiễm tăng. Thông th ường sức đề kháng đa gen biểu hiện ra vào mức độ trung gian chịu ảnh h ưởng nhiều hơn của mật độ gây nhiễm; sức đề kháng dọc đ ơn gen chịu ảnh hưởng ít hơn. Ví dụ sức đề kháng dọc đ ơn gen đ ối với gỉ sắt ở ngũ cốc khọ bị mật độ gây nhiễm ảnh h ưởng đến, trong khi sức đề kháng với gỉ sắt chậm giảm đi lúc mật độ gây nhiễm với sức đề kháng đối với các thể gây bệnh do đất ma ng theo (Bell và Mace, 1981). Cũng đã nhận thấy rằng tác đ ộng của mật độ gây nhiễm đối với sức đề kháng phụ thuộc vào cách sinh s ản của thể gây bệnh. 1.2.2.3. Tác động môi trường: Môi trường tác động khác nhau lên thể chủ và lên thể gây bệnh. Cả khi thể gây bệnh xâm chiếm thể chủ trong điều kiện tối ưu và sức đề kháng của thể chủ đối với một yếu tố đặc biệt của môi tr ường không thay đổi thì mức đề kháng thực sự 5
  7. quan sát thấy cũng biến đổi từ tối đa đến tối thiểu, tuỳ thuộc vào các tổ hợp đặc biệt giữa thể chủ và thể gây bệnh (Bell, 1982). Từng yếu tố riêng của mô i trường cũng có thể tác động đến cách phát triển của bệnh qua sự ảnh hưởng của các yếu tố khác. Điều kiện nuôi cấy ví dụ như thành ph ần và độ pH của môi trường, cường độ ánh sáng và nhiệt độ cũng có thể tác động đến sức gây bệnh của thể gây bệnh. Khi nghiên cứu sức đề kháng chống bệnh m à không quan tâm đến các yếu tố môi trường thì có thể phạm sai lầm lúc đánh giá kết quả (Kulkarni và Chopra, 1982) do có các yếu tố khác nhau của môi trường đến sức đề kháng chống các thể gây bệnh có trong đất đã được Bell tổng hợp đầy đủ và có phê phán (1982). 1.2.2.4. Tác động của môi trư ờng đến cơ chế di truyền của sức đề kháng: Cơ chế di truyền của sức đề kháng chống một số bệnh chịu ảnh hưởng rất m ạnh của môi trư ờng sinh học hay lý học. Nhiệt độ biểu hiện nh ư yếu tố chính quyết định hiện trạng trội của các gen đề kháng. Vanderplank (1978) đ ưa ra các ví d ụ về gen đề kháng trội ở nhiệt độ thấp và l ặn ở nhiệt độ cao. Những gen nh ư thế gồm Tm1, Tm2 và Tm3 của c à chua đ ối với đề kháng virus khảm vàng dâu tây. Đề kháng đối với bệnh héo Verticillum của bông đ ã đư ợc quan sát thấy lặn, tính cộng hoặc trội, tương ứ ng theo các nhiệt độ 25 0C, 270 C và 29 0 C (Bell, 1982). Sức đề kháng đối với mildew chậm của lúa mì đã quan sát có tính di truyền đơn gen trong điều kiện môi trường nhà kính có kiểm tra và có tính di truyền đa gen trong điều kiện môi trường đồng ruộng không có kiểm tra (Ellingboe, 1981). Cơ chế di truyền của sức đề kháng có thể bị lẫn lộn khi hiện diện hai hay nhiều thể gây bệnh một lúc, và ngư ời chọn tạo giống lại không ng ờ đến yếu tố n ày. Sức đề kháng chống bệnh héo Fusarium ở c à chua là một ví dụ rất hay về trường hợp này. Sidhu và Webster (1983) chứng minh l à sức đề kháng chống bệnh héo có tính đơn gen. Tính tr ạng át khuất (epistasis) ký sinh (sidhu, 1984) nghĩa l à t ác đ ộng của một thể gây bệnh khác, cũng l à một yếu tố đ ưa đến kết luận sai lầm về một số gen có liên quan đ ến việc quyết định sức đề kháng đối với một thể gây bệnh. Cây c à chua m ẫn cảm đối với Verticilum nhưng đ ề kháng đối với Fusarium trở thành đ ề kháng với cả hai thể khi đất d ùng chứa cả Fusarium và Verticilum (Sidhu và Webster 1979) . Một quần thể F2 phân ly theo đề kháng: mẫn cảm đối với hai thể gây h ại thì khi được gây nhiễm với cả hai thể sẽ cho tỷ lệ 3 đề kháng: 1 mẫn cảm đối với Fusarium, và sẽ cho tỷ lệ 15 đề kháng: 1 mẫn cảm đối với Verticilum, d ù đề kháng đối với Verticilum chỉ do một gen đ ơn kiểm tra. Tuy nhiên sức đề kháng đối với Fusarium sẽ mất đi nếu trong đất cũng có tuyến tr ùng nốt rễ. Nếu một đời F2 phân ly theo đ ề kháng và m ẫn cảm đối với cả hai Fusarium và tuyến tr ùng và 9 đ ề kháng: 7 m ẫn cảm đối với Fusarium ((Sidhu và Webster 1974). Các kết quả trên nhấn mạnh tầm quan trọng l à phải loại bỏ tác động của tất cả các thể gây bệnh khác mà chỉ giữ lại riêng thể gây bệnh cần nghiên cứu khi khảo nghiệm di truyền học về sức đề kháng chống bệnh. 6
  8. 1.2.2.5. Ngu ồn kháng bệnh: Sức đề kháng có thể gặp đ ược ở các giống địa phương đ ã thích ứng hay ở giống ngoại lai, ho ặc ở các lo ài thân thuộc. Các giống địa ph ương đã thích ứng l à những nguồn đề kháng tốt chống các bệnh đ ã trở nên tr ầm trọng bất ngờ đ ược nhập vào khi nh ằm cải lương một tính trạng kinh tế có giá trị nào đó. Các giống địa ph ương đ ã thích ứng cũng l à nguồn đề kháng có giá trị để chống các bệnh ít quan trọng hay chỉ có giá trị địa ph ương. S ức đề kháng của các giống địa phương đã thích ứ ng đáng đ ược chú ý vì hai lý do: (1) s ức đề kháng ấy có thể chỉ mang theo một số lượng ít các liên kết không đáng mong muốn so với sức đề kháng ngoại lai và (2) sức đề kháng của giống ngoại lai có thể liên kết với tính m ẫn cảm đối với một số loại sâu bệnh m à các giống địa phương đ ã thích ứ ng thư ờng không mắc phải. Việc sử dụng các nguồn cho ngoại lai có thể dẫn đến sự ho à nh ập vô tình tính mẫn cảm kiểu ấy về sau có thể gây ra nhiều vấn đề gay cấn. Trung tâm khởi nguyên thu ỷ hay thứ sinh của cả hai thể chủ và thể gây bệnh đều đ ược xem nh ư là những địa b àn tốt để tìm được sức đề kháng. Các gen đề kháng có ở những nơi mang bệnh hoặc rất trầm trọng hoặc nhẹ không có ảnh h ưởng gì đáng kể đối với tình tr ạng của thể chủ (Leonard, 1983). Tuy nhiên không nhất thiết là chỉ tìm thấy sức đề kháng ở các trung tâm khởi nguyên của chính cây trồng (Harlan, 1977). Ví dụ sức đề kháng chống bệnh lùn vàng m ạch bia đ ược tìm th ấy ở các mẫu giống gốc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên, Etiopia (Cadel và Wilcoxson, 1975; Qualset, 1975), trong khi s ức đề kháng chống bệnh mildew đậu tương được thấy ở các mẫu giống của Nepan và Assam (Harlan, 1977). Sức đề kháng cũng có thể tìm đư ợc ở các lo ài và họ thân thuộc xa. Ví dụ như sức đề kháng của các giống lúa mì nh ư Transfer, Agatha và Compar được dẫn xuất từ các lo ài và họ xa (Knott và Drorak, 1976). Nên nhớ rằng sức đề kháng nh ận từ các loài và họ xa có thể cũng không bền hơn so với sức đề kháng của các thân thuộc gần. Một ví dụ nổi bật củ a gen R kháng chống bệnh héo muộn khoai tây dẫn xuất từ Solanum demissum. S ức đề kháng cũng có thể thu đ ược từ phương pháp gây đ ột biến nhân tạo (Sawhney và c.s, 1978), ho ặc từ nuôi cấy mô (Larkin và Scowcrif, 1983). 7
  9. Chương 2: DI TRUYỀN CỦA TÍNH KHÁNG S ÂU B ỆNH 2.1. TƯƠNG TÁC GEN ĐỐI GEN. Flor (1942 – 1956) nghiên cứu di truyền của các tổ hợp kí chủ (cây lanh) và kí sinh (bệnh gỉ sắt, Melampsora lini) đ ã phát hiện là các gen chính kháng bệnh tương tác r ất đặc th ù với gen chính không gây bệnh. Ông đ ã tóm tắt trong thuyết gen – đ ối – gen là “đ ối với mỗi gen kiểm soát tính kháng ở kí chủ thì có một gen đặc thù kiểm soát tính gây bệnh trong kí sinh” (Flor, 1956). Theo giả thiết gen – đối – gen của Flor, gen kháng không có hiệu lực nếu thể gây bệnh mang alen gây bệnh phù hợp (th ường là lặn). Gần như tất cả các nh à khoa học ngày nay đ ều thống nhất là tương tác đ ặc th ù biểu hiện giữa alen trội kháng bệnh và các alen trội không gây bệnh (Day, 1974; Pa rlevlet, 1981; Sidhu, 1987). Nói cách khác alen kháng ở kí chủ chỉ hoạt động nếu kí sinh mang gen alen không gây bệnh. P hản ứng kháng có thể do gen trội, gen ẩn, hay nhân tố tế bào chất. Tương tự, tính gây bệnh cũng có thể do gen trội, gen ẩn hay nhân tố tế b ào ch ất. Như vậy phản ứng có liên quan đ ến một cặp gen – một kí chủ và một trong kí sinh. Cặp gen kí chủ - kí sinh này gọi là “c ặp gen t ương ứ ng”. Minh hoạ trong bảng 1. thể hiện mối quan hệ gen – đối – gen đơn giản. Trong b ảng chỉ có 4 kiểu gen và 2 kiểu hình thể hiện t ương tác kí chủ kí sinh khi xem xét một cặ p gen tương ứng, đó là, R-/V- ; R-/vv, rr/V- và rr/vv. Chỉ có tổ hợp R-/V- là không có bệnh còn t ất cả các cặp gen tương ứ ng khác đều bị bệnh. Ở một số kí chủ người ta đ ã giám định được 20 gen R và có thể còn nhiều gen nữa chưa được giám định. Dựa vào gi ả thiết gen – đối – gen, với các giống có gen kháng đ ã biết người ta có thể tạo ra một giống thử để giám định các gen gây bệnh trong các nòi riêng biệt. Ngược lại với sự hỗ trợ của các nòi có gen gây bệnh đ ã biết có thể xác định gen kháng của một giống hoặc một gen kháng mới ch ưa được biết đến. Giả thiết gen – đ ối – gen cũng có thể áp dụng cho các chiến lược áp dụng trong chọn tạo giống. Các giống có gen kháng đ ơn có ít hứa hẹn trong việc bảo vệ cây khi đ ã có gen gây bệnh tồn tại trong vùng. Hơn nữa sử dụng gen kháng đơn kéo theo rủi ro lớn vì một đột biến đoen lẻ trong thể gây bệnh hoặc tái tổ hợp các gen kháng có thể khắc phục hàng rào kháng bệnh. Ngư ợc lại giống có nhiều gen kháng sẽ duy trì khả năng kháng lâu dài hơn vì xác suất đột biến ở nhiều gen gây bện h xảy ra cùng một lúc thấp hơn hoặc tái tổ hợp các gen gây bệnh xảy ra c ùng một lúc thấp hơn hoặc tái tổ hợp các gen gây bệnh đòi hỏi thời gian lâu hơn. Do đó nếu kiểm soát được quần thể gây bệnh thoả đáng có thể xác định đ ược các nòi mới m à bổ sung gen kháng trong chương trình chọn giống. 8
  10. B ảng 1. Tương tác gi ữa alen ở kí chủ và kí sinh theo gi ả thiết gen – đối – gen, (-) không bị bệnh (+) = bị bệnh. KÍ SINH KÍ CHỦ V- vv R- - + rr + + 2.2. NÒI SINH LÝ VÀ KH Ả NĂNG KHÁNG ĐẶC TH Ù VỚI NÒI SINH LÝ Đối với thể gây bệnh hay kí sinh, đặc biệt kí sinh chuyên tính trong nội bộ loài thường có nhiều nhóm khác nhau c òn gọi là nòi. Chúng không khác nhau về hình thái nhưng khác nhau trong sự lựa chọn kí chủ và sự chuyển hoá sinh lý nên đôi khi còn gọi là nòi sinh lý (hay kiểu gây bệnh). Nh ư vậy các nòi sinh lý có đặc điểm gây bệnh khác nhau đối với bộ giống thử. Tên nòi thường đ ược kí hiệu bằng trình tự theo các số và cho biết gen kháng n ào nòi đó có thể khắc phục đ ược. Ví dụ nòi 1 của nấm sương mai khoai tây (Phythophthora infestans) có thể tấn công tất cả các giống không có gen kháng cũng như các giống chỉ có gen kháng 1. Nòi 1, 3, 4 ngược lại có thể tấn công các giống sau: giống không có gen kháng, giống có gen kháng 1 ho ặc 3 hoặc 4 cũng như các giống có các gen kháng 1+3, 1+4, 1+3+4. Việc phân tích quần thể kí sinh đ ược thực hiện nhờ bộ giống thử. Các giống phải khác nhau về mức độ di truyền mức độ kháng để có thể xác định đ ược các nòi gây bệnh và các gen kháng trong cây kí chủ. Ví dụ ở lúa mỳ có 12 giống thử cho bệnh gỉ sắt lá và 14 giống thử cho bệnh phấn trắng, ở khoai tây có 9 giống cho bệnh sương mai, v.v…Việc giám định các nòi gây bệnh dựa vào kiểu nhiễm bệnh. Kiểu nhiễm bệnh mô tả phản ứng của cây xét theo lư ợng hoại tử hay biến m àu tại điểm nhiễm bệnh và tốc độ phát sinh b ào tử của từng quần thể lạc riêng rẽ. Kiểu nhiễm bệnh thường đ ược biểu thị trên thang điểm từ 0 đến 4 hay từ 0 đến 9, trong đó điểm thấp thể hiện tính kháng còn điểm cao thể hiện tính cảm nhiễm. Nhiều nòi sinh lý c ủa thể gây bệnh đ ã được giám đ ịnh dựa vào kiểu nhiễm bệnh trên các giống thử. Ví dụ, trên 300 nòi gỉ sắt ở lúa mỳ, trên 90 nòi ph ấn trắng ở đại mạch và trên 16 nòi sương mai ở khoai tây. Số nòi sinh lý có thể xác định đ ược trong một quần thể gây bệnh phụ thuộc vào số giống thử của loài kí chủ hiện có và tương tác giữa kí chủ và kí sinh. Theo Vabderplank (1968) số nòi giám định có thể được tính theo công thức sau: X = Kn Trong đó X là số nòi sinh lý. K là m ức tương tác giữa kí chủ và kí sinh, n là số giống thử có các gen kháng khác nhau. Mặt khác gen kháng ở kí chủ cũng đ ược giám định, ví dụ như gen R1…R4 kháng bệnh sương mai khoai tây, gen Sr1…Sr32 kháng bệnh gỉ sắt ở lúa mỳ. Vì có nhiều nòi sinh lý khác nhau phân bố theo không gian và thời gian nên việc chọn giống kháng nhiều nòi c ùng lúc rất khó khăn. Điều quan trọng là các chương trình chọn giống cần phải kiểm soát đ ược sự xuất hiện và phân bố của các nòi để đảm bảo gen kháng đ ược đ ưa vào phù hợp với quần thể gây bệnh m à cây trồng phải 9
  11. thử thách. Trong thực tế nh à chọn giống chỉ có thể chọn giống kháng với những nòi chủ yếu của những thể gây bệnh nhất định, đặc biệt khả năng kháng bệnh gỉ sắt và phấn trắng ở cây cốc, sương mai ở cà chua và khoai tây. K hả năng kháng kiểu này gọi là khả năng kháng đặc thù với nòi sinh lý. C ác giống có khả năng kháng đặc thù này đ ã đóng góp đáng kể vào việc phòng trừ bệnh ở nhiều vùng sinh thái nông nghiệp. Tuy nhiên, các giống kháng đặc thù với nòi sinh lý th ường dễ mất khả năng kháng và dịch bệnh lại bùng nổ trở lại. Nguyên nhân m ất tính kháng là: (a) Giống kháng l àm tăng áp lực chọn lọc đối với các nòi ch ủ yếu, qua đó tỷ lệ của chúng trong quần thể gây bệnh giảm. Hậu quả l à những nòi có tỷ lệ thấp m à giống không có khả năng kháng tăng nhanh l àm cho chúng mới trở thành phổ biến và giống trở nên cảm nhiễm. (b) Sự xuất hiện các nòi sinh lý mới - những nòi không tồn tại vào thời điểm chọn giống đ ược tiến hành. Các ch ủng n ày được hình thành nhờ đột biến và tái tổ hợp gen. 2.3. TÍNH KHÁNG D ỌC VÀ KHÁNG NG ANG Vabderplank (1963, 1968) đ ã đưa ra một cặp thuật ngữ kháng dọc và kháng ngang d ựa vào tính đ ặc th ù trong ph ản ứng với thể gây bệnh. Tính kháng dọc là phản ứng kháng khác nhau của cây với các nòi sinh lý và khi lây bệnh một giống vơi nhiều nòi sinh lý tạo thành nhiều cột dọc trên bản đồ biểu hiện mức bị bệ nh. Nói cách khác một giống kháng một số nòi này nhưng cảm nhiễm với nòi khác của c ùng thể gây bệnh. Xét về tính di truyền tính kháng dọc đồng nghĩa với tính kháng đ ơn gen (hay ít gen). Ngược lại tính kháng ngang không mang đặc th ù theo nòi mà phản ứng tươ ng đương nhau với tất cả các nòi và được kiểm soát bởi nhiều gen (đa gen). Khi lây bệnh với nhiều nòi sinh lý khác nhau biểu đồ tạo th ành một đường ngang. Do sự khác nhau về c ơ chế di truyền, khả năng kháng dọc và kháng ngang ảnh hưởng khác nhau tới dịch tễ học của thể gây bệnh. Vì thể gây bệnh lây bệnh lan từ cây này sang cây khác, từ ruộng n ày sang ruộng khác nên khả năng kháng ngang có hiệu lực nếu tất cả cây c ùng giống không có c ùng kiểu gen kháng hoặc giống khác có gen kháng khác nhau được gieo trồng bên cạnh. Khả năng kháng dọc không thể ngăn ngừa tự nhiễm – sự nhiễm từ lá này sang lá khác trên cùng một cây nh ưng có thể ngăn ngừa dị nhiễm – nhiễm từ cây này sang cây khác và t ừ ruộng n ày sang ruộng khác với điều kiện l à các cây và các giống có các gen kháng dọc kháng nhau (Robinson, 1976). Do đó thời gian tồn tại của khả năng kháng dọc phụ thuộc vào sự đa dạng di truyền trong giống và số giống có gen kháng khác nhau. Ngược lại với khả năng kháng dọc, khả năng kháng ngang không làm gi ảm nguồn gây bệnh ban đầu nh ưng làm giảm tốc độ của dịch bệnh sau khi dịch đ ã khởi phát. Những khác nhau cơ bản của khả năng kháng dọc và kháng ngang có thể tóm tắt như sau: Kháng dọc Kháng ngang - Đặc th ù theo nòi - Không đặc thù theo nòi - Nhất thời - Bền vững 10
  12. - Đơn gen - Đa gen - Gen - đối - gen - Không gen - đối - gen - Biểu hiện hoàn toàn - Biểu hiện không ho àn toàn - Làm chậm dịch bệnh - Làm giảm tốc độ dịch bệnh Trong các tài liệu, kháng bệnh ngang còn gọi l à kháng bệnh đồng ruộ ng hoặc kháng bệnh không ho àn toàn. Kh ả năng kháng n ày là t ập hợp các nhân tố bao gồm những tổ hợp khác nhau của các yếu tố cấu thành: - Thể gây bệnh cần thời gian lâu h ơn để xâm nhập - Tạo th ành số vết bệnh ít hơn c ũng liều lượng gây bệnh - Thời gian từ khi nhiễm bệnh đến hình thành vết bệnh dài hơn - Giảm độ lớn của vết bệnh - Thời gian giữa lúc hình thành vết bệnh ít hơn - Giảm số lần mà thể gây bệnh tạo b ào tử. Các d ạng kháng bệnh khác đ ược mô tả: gỉ sắt chậm, sương mai ch ậm, rỉ sắt muộn, v.v…Các thuật ngữ này mô tả sự biểu hiện trên đồng ruộng của các giống có khả năng kháng bệnh. 11
  13. Chương 3: CH ỌN G IỐNG KHÁNG SÂU, BỆNH Chọn giống kháng bệnh và sâu hại có nhiều đặc điểm chung như chọn giống đối với nhiều tính trạng khác. Tuy nhiên chọn tạo giống kháng sâu bệnh tương đối phức tạp vì m ục tiêu chọn giống liên quan tới sự thay đổi trong mối quan hệ với quần thể c ủa thể gây bệnh hoặc sâu hại có khả năng biến dị và tiến hoá. Thêm nữa các gen đề kháng chỉ có thể xác định đ ược khi cây mang gen đề kháng tương tác với thể gây bệnh hoặc sâu hại trong điều kiện môi trường mà cây c ảm nhiễm thường bị bệnh hay bị tổn th ương. 1 - Tạo ra biến dị di truyền trong vật liệu chọn giống phân li đủ đa dạng để có được những tổ hợp các tính trạng mong muốn. 2 - Giám định và chọn dạng mong muốn sao cho nó thích hợp với việc nhân giống vô tính hay ổn định về mặt di truyền để sản xuất. 3.1. NGUỒN KHÁNG SÂU BỆNH Sau khi xác đ ịnh mục tiêu, bước đầu tiên trong chương trình chọn giống kháng sâu bệnh là giám đ ịnh n guồn kháng sâu bệnh thích hợp. Do đó phải nghiên cứu biến dị kiểu gen trong một lo ài và trong các loài hoa ng dại thân thuộc. Nếu vấn đề sâu bệnh mới nảy sinh, nơi tốt nhất để tìm kiếm tính đề kháng là trong các giống thích nghi với điều kiện địa phương. Ưu điểm của việc sử dụng giống địa ph ương là ít có nguy cơ gây ra tính c ảm nhiễm với sâu bệnh khác vì chúng đã được thử nghiệm trong điều kiện địa phương. Các giống nhập nội từ các vùng khác trên thế giới thường cung cấp nguồn kháng bệnh rất tốt. Ví dụ lúa mỳ khi Kenia và Ôxtrâylia cung c ấp nguồn gen có kháng gỉ sắt giá trị cho các giống hiện h ành ở Hoa Kỳ và Canada. Đại m ạch của Ethiopia đã cung cấp nguồn kháng virus vàng lùn. Nguồn gen mía đ ư ờng từ Giava và Ấn Độ cung cấp nguồn kháng hoa lá cho các giống mía ở Hoa Kỳ. P hần lớn các cây trồng có trung tâm đa dạng s ơ cấp và th ứ cấp, tại đó tính dạng di truyền rất cao. Trung tâm s ơ cấp có các lo ài hoang dại thân thuộc. Cũng như cây trồng, thể gây bệnh cũng có các trung tâm khởi nguyên. Các trung tâm này của cây trồng và thể gây bệnh có thể trùng nhau. Những n ơi kí ch ủ và kí sinh song song tồn tại trong một thời gian dài thường là những nơi tốt để tìm kiếm sự đa dạng của tính kháng bệnh (Leppik, 1970). Tuy nhiên nh ững nơi này cũng l à nguồn của thể gây bệnh, nên nh à chọn giống phải hiểu biết và th ận trọng khi nhập nguồn kháng bệnh. Các loài họ hàng hoang d ại thân thuộc thường có khả năng kháng sâu bệnh hơn các loài trồng trọt, đặc biệt khi ký sinh và ký ch ủ có mối quan hệ lâu d ài. Qua quá trình tiến hoá và chọn lọc các dạng kháng siêu việt sống sót và tồn tại là nguồn kháng có giá trị. Một ví dụ quen thuộc, là khả năng kháng bệnh s ương mai và kháng virus Y khoai tây có nguồn gốc tương ứ ng từ các họ h àng hoang d ại là Solanum demissum và S. stoloniferum. H ạn chế trong việc sử dụng các lo ài họ h àng hoang 12
  14. dại thân thuộc cho quá trình chọn giống l à sự bất dục, thiếu sự cặp đôi của nhiễm sắc thể và liên kết của các gen kháng với những tính trạng bất lợi. Tuy nhi ên, các loài hoang d ại thân thuộc của lúa mỳ, tiểu mạch, mía, thuốc lá, c à chua, khoai tây, và nhiều cây trồng khác đ ã đóng góp các gen kháng sâu bệnh có giá trị cho các lo ài cây trồng. 3.2. Đ ÁNH GIÁ TÍNH KHÁNG SÂU B ỆNH Trong chọn tạo giống kháng sâu bệnh, ph ương pháp đ ể xác định sự khác nhau giữa các cây về phản ứng với sâu bệnh rất cần thiết. Trong phương pháp đánh giá đ ể thử tính kháng sâu bệnh cần phải đáp ứng một số nhu cầu: phương pháp có tính lặp lại; cho phép phân cấp phản ứng khác nhau đối với sâu bệnh; cần tăng đôi mức độ nhiễm của sâu bệnh trong điều kiện tự nhiên; cho phép đánh giá số lượng cây lớn; ph ương pháp dễ sử dụng, không đ òi hỏi thiết bị đất tiền; thích nghi với quy trình chọn lọc đối với loại cây trồng cho trước và sử dụng cây con nếu có thể và có thể thử nghiệm nhiều cây để tiết kiệm thời gian không gian. 3.2.1. Phư ơng p háp lây nhi ễm bệnh Có nhiều cách lây nhiễm với các tác nhân gây bệnh, gồm có lây nhiễm tự nhiên, tự nhiên, tự nhiên, lây trực tiếp và kỹ thuật đặc biệt trong phòng thí nghiệm. Có thể thường xuyên s ử dụng lây bệnh tự nhiên. Đây không ph ải l à phương pháp tin cậy nhất nếu bệnh không có đủ c ường độ hay áp lực hằng năm. Lây bệnh tự nhiên là một ph ương pháp tốt nếu sử dụng nhiều địa điểm thuận lợi vì vật liệu được đánh giá thong qua nhiều kiểu sinh học của thể gây bệnh ở nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Ph ương pháp này cũng rất tốt khi chưa xây dựng đ ược phương pháp lây bệnh nhân tạo, như các bệnh địa sinh, hay bệnh virus m à côn trùng làm môi giới truyền bệnh tồn tại từ vụ này sang vụ khác ở cây kí ch ủ hoang dại. Lây nhiễm trực tiếp các cây riêng rẽ đ ược sử dụng trong nhà kính hay nhà lưới và trên đ ồng ruộng với một số bệnh nhất định. Phương pháp lây trực tiếp có thể tin cậy vì người nghiên cứu có thể kiểm soát đ ược nguồn lây bệnh. Lây bệnh trong nhà kính cho phép kiểm soát môi trường nhằm đảm bảo sự nhiễm bệnh và phát triển của bệnh. Tuy nhiên lây trực tiếp tốn công và thời gian nếu quần thể cây phải đánh giá lớn. Nếu phải lây từng cá thể cây riêng rẽ, ng ười nghiên c ứu phải xác định dạng của nguồn lây bệnh để cảm ứng đ ược bệnh. Khi lây bệnh nguồn bệnh phải là nguồn nuôi cấy tinh khiết của thể gây bệnh và không có các vi sinh vật khác. Nguồn bệnh nuôi cấy phải có tính gây bệnh tối ưu; tính gây bệnh có thể bị giảm hay mất đi khi nuôi c ấy lâu dài không có m ặt của cây kí chủ. Côn tr ùng nuôi lâu bằng thức ăn nhân tạo cũng có thể dẫn đ ến phản ứng kháng và nhà chọn giống bị nhầm lẫn cho rằng vật liệu thử nghiệm có tính kháng m à trong th ực tế là không. Sử dụng kiểu sinh học hay hỗn hợp các kiểu sinh học của thể đánh giá sự có mặt của các gen kháng cần thiết để bảo vệ cây chố ng lại sự đa dạng của các kiểu sinh học của thể gây bệnh phổ biến trong tự nhiên. 13
  15. Vườn ươm bệnh trên đ ồng ruộng thường đ ược sử dụng trong các ch ương trình chọn giống kháng bệnh. Có thể lây cá thể cây riêng rẽ. Phổ biến hơn người ta lây bệnh bằng cách d ùng hàng lây lan, trồng xen giữa vật liệu thử nghiệm. Nhà chọn giống cho phép và thường phụ thuộc vào sự phát tán thứ cấp của thể gây bệnh. Trồng giống đối chứng đ ã biết trước phản ứng với bệnh ở nhữn g kho ảng cách đều đặn (gọi là hàng l ây lan) trên kh ắp vườn ươm để kiểm soát độ tin cậy và sự đồng nhất của sự phát triển bệnh. 3.2.2. Cho đi ểm phản ứng với bệnh Các phương pháp cho điểm phản ứng của cây với bệnh thay đổi theo sự biểu hiện của bệ nh và ph ụ thuộc vào từng loại bệnh cụ thể và loài cây kí ch ủ. Thông thường người ta d ùng hệ thống số hay chỉ số để cho điểm phản ứng của cây. Các nhà bệnh cây có xu h ướng quan sát sự có mặt của bệnh h ơn là không có bệnh. Vì vậy, điểm thấp nhất th ường thể hiện mực bệnh thấp nhất hay kháng bệnh cao nhất. Để tạo điều kiện tính toán chỉ số chọn lọc trong chương trình chọn giống, trình tự cho điểm đôi khi đảo ngược. Đối với những bệnh chỉ có thể phân thành hai lớp: nhiễm bệnh và không nhiễm bệnh như thán thư ở c ây cốc, ngư ời ta thường tính toán chỉ số bệnh. Đối với các bệnh hại lá, ngư ời ta sử dụng tỷ lệ mô không bị bệnh hay thang điểm dựa vào số lượng và sự phân bố của cây hoặc sự tổn thất về năng suất (Hooker, 1979). Đối với một số bệnh virus có thể do tính khá ng bệnh thô ng qua mức độ thiệt hại về năng suất do bệnh gây ra. Cây bệnh và cây kho ẻ của các giống kháng (chịu) có năng suất tương đương nhau. Đối với bệnh gỉ sắt, sương mai và bệnh khác, kiểu nhiễm bệnh thay đổi theo các giống khác nhau. Cây kháng có các điểm biến màu hay ho ại tử nhỏ; cây cảm nhiễm có vết bệnh lớn hơn tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng và sinh sản của thể gây bệnh. Ở một số trường hợp cây kháng duy trì trạng thái khoẻ mạnh lâu hơn cây cảm nhiễm mặc d ù cuối cùng cả hai đều có mức bệnh như nhau. Một số thể gây bệnh tạo ra độc tố gây bệnh đặc thù, như n ấm Helminthosporium maydis chủng T ở ngô và H.sacchari ở mía. Có thể đánh giá tính kháng của các kiểu gen thông qua xử lý bằng độc tố đặc trưng do kí sinh t ạo ra. Độc tố tạo ra phản ứng trên bộ phận của cây đ ược thử nghiệm tương tự nh ư thể gây bệnh. 3.2.3. Nhi ễm sâu và đánh giá mức bị hại P hương pháp lây nhiễm với sâu hại và đánh giá ph ản ứng của cây cũng tương tự như các phương pháp dùng cho thể gây bệnh. Tuy nhiên có những khác biệt nhất định về đặc điểm sinh học của côn tr ùng so với thể gây bệnh. Có thể đặt nhiều giống trong cùng một lồng có sâu hại và so sánh giữa các giống sau một thời gian ăn hay đ ẻ trứng thích hợp. Cũng có thể trồng các giống tr ên đ ồng ruộng có lượng lớn sâu hại h ay tạo điều kiện để quần thể sâu hại phát triển. Các phương pháp cụ thể và chi tiết đ ược mô tả kỹ trong kỹ thuật đánh giá tính kháng sâu ở cây trồng (Smith, Khan và Pathak, 1993). Để đánh giá mức độ sâu hại người ta có thể đếm số sâu trên cây hay lá, tỉ lệ cây hay thân, lá bị hại. 3.2.4. Kh ả năng biến đổi của côn trùng và sâu 14
  16. Tác đ ộng của các chủng sâu và côn trùng như: rệp, bọ rầy của lúa… sẽ rất khác nhau do kh ả năng tấn công và tiêm nhiễm của chúng và sức đề kháng cây chủ. Các chủng của một lo ài côn trùng khác nhau được coi là các kiểu sinh học (BT) nó tương tự như các nguồn bệnh hại thực vật. Tuy nhiên sự phát sinh các BT mới ở côn trùng có tần số thấp hơn nhiều so với việc xuất hiện ở bệnh. Trong một vụ gieo trồng nguồn bệnh có thể tái sinh tới vài trăm thế hệ trong khi đó sâu và côn trùng chỉ tái sinh một vài lần. Vì vậy tần số biến đổi di truyền của sâu và côn trùng là rất thấp. Thông thường tính kháng sâu của cây trồng có liên quan đ ến các yếu tố hình thái sinh lý, hóa sinh… c ủa cây chủ. Để nhiễm và phát triển trên cây, côn trùng cũng phải thay đổi tập tính hoặc sinh lý cho ph ù hợp, nhưng những đặc điểm n ày lại do nhiều gen điều khiển. Chính điều này nói lên tại sao tần số sai khác về biotype của sâu lại thấp hơn của bệnh. Cần phải nói thêm rằng sự sai khác về biotype ở sâu và côn trùng chỉ có thể nghiên cứu khi cây chủ có gen kháng. Tuy vậy trong một vài trường hợp tính kháng côn tr ùng và sâu dễ nhận thấy hơn ở bệnh. Các giống chống sâu thường ít đ ược trồng rộng r ãi như các dòng kháng bệnh. Áp lực chọ n lọc của một giống cây kháng bệnh cũng cao hơn nhiều so với giống chống sâu. Thực tế cũng chứng minh việc đánh giá tính kháng sâu cũng chưa được tiến hành rộng rãi và thường xuyên. Điều này đã dẫn đến sự hiểu biết rất hạn chế của chúng ta về tính chống sâu. Một giống kháng sâu cũng có thể bị tấn công bởi một biotype mới có khả năng phá vỡ tính kháng hiện có của giống hoặc bị tấn công rất nhiều bởi biotype có sức sống cao hơn. Một biotype có thể phá vỡ tính kháng là có khả năng thích ứng để pha vỡ tính kháng của thí chủ điều n ày cũng tương tự như tương tác giữa nguồn bệnh và ký chủ. 3.3. P HƯƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG KHÁNG SÂU BỆNH 3.3.1. Lai Lai với nguồn có tính kháng và chọn lọc trong thế hệ cho phân li l à phương pháp được sử dụng rộng rãi trong chọn tạo giống kháng sâu bệnh ở nhiều loại cây trồng, đặc biệt ở cây cốc và các cây tự thụ phấn khác. Mục đích là kết hợp đặc điểm tốt của hai hay nhiều bố mẹ. Đây l à những chương trình chọn tạo giống lâu d ài mà nhà chọn giống có thể tiến h ành từng b ước. Sản phẩm của sêri này được sử dụng làm nguồn bố mẹ cho các sêri sau. Các chương trình có nhiều tổ hợp lai và đánh giá vật liệu phân li trong phổ rộng của các điều kiện môi tr ường thường thành công nhất. 3.3.2. Lai l ại P hương pháp lai lại đ ược sử dụng khi cần chuyển một tính tr ạng di truyền đơn giản vào một giống hay dòng. Phương pháp này được sử dụng trong chọn giống kháng sâu bệnh khi các giống hiện có ho àn toàn tốt nhưng cảm nhiễm với một loại sâu bệnh đ ơn lẻ nào đó. Lai lại có hiệu quả cao khi khả năng kháng sâu hoặc bệnh di truyền ở trạng thái đ ơn gen. Thông qua lai lại liên tục và chọn lọc, cuối cùng tự phối và chọn, một đoạn nhiễm sắc thể mang gen kháng bệnh mong muốn đ ược vào kiểu gen của bố mẹ. Phương pháp lai l ại cũng có thể đ ược sử dụng có cải tiến để 15
  17. chuyển khả năng kháng sâu hay bệnh do một số gen kiểm soát. Trong tr ường hợp này nhiều giai đ ình của thế hệ con lai lại có số lượng lớn có thể đ ược sử dụng. Thông qua giao phối giữa các thế hệ con kháng không ho àn toàn của các giai đ ình khác nhau mức đề kháng ban đầ u có thể đ ược phục nguyên trong nguồn kháng. P hương pháp lai l ại thư ờng cần thiết nếu gen kháng sâu hoặc bệnh nằm ở dạng hoang dại thân thuộc hoặc dạng cây trồng có nhiều tính trạng bất lợi. 3.3.3. Chọn lọc chu kì Nhiều kiểu chọn lại chu kỳ đ ã áp d ụng có kết quả trong chọn giống kháng sâu bệnh khi tính trạng bệnh di truyền đa gen. Ví dụ điển hình là tính kháng đa gen bệnh đốm lá ở ngô. Mức kháng ở nhiều quần thể tăng l ên b ằng cách lai chéo giữa các cây kháng bệnh nhất trong mỗi thế hệ cho một số chu kỳ sin h s ản. Tiến độ lớn nhất thường thu đư ợc trong những chu kỳ đầu tiên. 3.3.4. Lai xa Có rất nhiều ví dụ về gen kháng bệnh đ ược chuyển vào các giống th ương mại thông qua lai giữa các lo ài và chi. Ðiều này th ực hiện được nhờ sự hiểu biết về di truyền tế bào và sự tiến hóa của cây trồng. Ở lúa mì đã t ạo ra lo ài các tổng hợp và chúng làm cầu nối để chuyển các gen mang vật chất di truyền đối với tính đề kháng sang các loài cây trồng. Chọn giống bằng phương pháp đ ột biến đ ã được nhiều nhà chọn giống sử dụng để tạo ra gen kháng bệnh mới trong các cây nông nghiệp. Ð ến nay, một số giống kháng sâu bệnh đ ã được tạo ra bằng phương pháp đột biến cảm ứng. 3.3.5. Chọn lọc in vitro Nuôi cấy mô và tế b ào cho phép chọn lọc khả năng kháng bệnh ở các tế bào đơn, mô th ực vật không phân hóa hay phôi xôma. Tế bào hay mô nuôi cấy đư ợc xử lý với độc tố đặc thù của thể gây bệnh làm tác nhân chọn lọc. Những tế b ào, callus hoặc phôi sống sót đ ược tái sinh thành cây và những thể tái sinh n ày có kh ả năng kháng tác nhân chọn lọc. Thông qua chọn lọc in vitro ng ười ta đ ã tạo ra ngô kháng bệnh đốm lá nhỏ Heminthosporium maydis khoai tây kháng bệnh mốc sương Phytophthora infestans. Ưu điểm của phương pháp này là có thể đánh giá nhiều cá thể trong điều kiện đ ược xác định. Mỗi đĩa petri hay bình tam giác ch ứa hàng triệu cá thể. Một khả năng nữa có đ ược trong quá trình nuôi cấy mô và tế b ào là biến dị xôma hình thành trong quá trình nuôi c ấy mở rộng khả năng chọn lọc. Phương pháp in vitro cũng có thể kết hợp với quy trình chuyển nạp gen. 3.3.6. Kỹ nghệ di truyền Kỹ thuật tế bào và di truyền phân tử cho phép chuyển vào các giống cây trồng các gen đơn lẻ (kháng sâu hay kháng bệnh) đ ược lập từ bất kỳ cơ thể sống nào thông qua quá trình chuyển nạp di truyền. Một ví dụ quen thuộc là gen đ ộc tố BT phân l ập từ vi khuẩn Bacillus thurringiensis sexta, Heliothis virescens và Heliothis zea. Ðối với virus ng ười ta đ ã xây dựng thành công nhiều chiến lược phòng trừ. Chiến lược th ành công nhất l à chuyễn vào cấy genmax hóa vỏ protein. Cây đ ược chuyển gen vỏ protein có kh ả năng kháng virus chứa gen mã hóa protein ấy và các loại virus có quan hệ gần gũi bằng cách ngăn chặn sự lột vỏ protein của virus khi sự 16
  18. xâm nh ập vào tế bào - một cơ chế bảo vệ chéo. Một chiến lược nữa là chuyển AND bổ sung của ARN vệ tinh kích thư ớc nhỏ vào bộ genom của cây. Ph ương pháp này đã làm t ăng khả năng kháng virus hoa lá ở dưa chuột, cây thuốc lá. AND vệ tinh giảm khả năng nhân và biểu hiện của virus và ứ ng xử như một kí sinh của virus. Một chiến lược khác và sử dụng ARN đối cảm (antisense RNA) của một số virus thực vật cũng có thể làm tăng khả năng kháng virus. ARN đối cảm chứa trình tự bổ sung của mARN đối cảm giảm sự tổng hợp sản phẩm của gen bằng cách tạo thành phân tử kép với ARN của virus, qua đó ngăn cản quá trình dịch mã. 3.4. CHIẾN LƯỢC SỬ DỤNG KHẢ NĂNG KHÁNG SÂU BỆNH 3.4.1. Sự bền vững của khả năng kháng sâu bệnh Sự đa dạng di truyền của các loài kí sinh cùng với quá trình chọc lọc tự nhiên có thể tạo ra những kiểu gen mới có khả năng phá vỡ hàng rào kháng sâu bệnh của cây. Ng uy cơ này đ ặc biệt lớn với khả năng kháng đặc thù với nòi sinh lí (và kiểu sinh học) hay kháng đ ơn gen. Điều dễ hiểu l à các gen đ ột biến có thể phát sinh l àm cho kí sinh chuyển từ trạng thái không gây bệnh sang gây bệnh. Những đột biến như vậy có khả năng tấn công giống cây trồng m à trư ớc đây có khả năng kháng, làm cho khả năng kháng bị “sụp đổ”. Khả năng thích ứng của kí sinh với các giống kháng mới đ ược đ ưa vào sản xuất rất phổ biến ở các thể gây bệnh nhưng ít g ặp hơn đ ối với sâu hại. Khả năng kháng c ủa các giống như thế đ ược gọi là kháng “nhất thời” hay “không bền vững”, đặc biệt với các thể gây bệnh chuyên tính. Đối với sâu hại sự sụp đổ của h àng rào kháng ít g ặp hơn. Tuy nhiên, rệp có khả năng thích nghi với giống kháng do khả năng sinh s ản vô phối (trinh sinh). Một kiểu gen riêng rẽ khắc phục đ ược hàng rào kháng có thể tự sinh sản không cần cạnh tranh và do đó nhanh chóng t ạo ra quần thể có khả năng gây hại. Điều này cũng đúng với tất cả các kí sinh có kh ả năng sinh sản vô tính như phấn trắng, s ương m ai và gỉ sắt. Kháng virus th ường bền vững hơn. Chứng minh tính bền vững của khả năng kháng thường là khó. Kh ả năng kháng được coi là bền vững nếu nó duy trì hiệu lực trong khoảng thời gian dài trong môi trường thuận lợi đối với kí sinh (Johnson, 1984). Tất c ả các phương pháp ngăn cản hay làm ch ậm sự hình thành và thiết lập các nòi sinh lí của bệnh hay kiểu sinh học của sâu điều góp phần làm tăng tính bền vững của gen kháng. Có nhiều yếu tố xác định tính bền vững có khả năng kháng sâu bệnh. a, Số dạng kháng đòi hỏi sự thích nghi phức tạp ở thể bệnh hay Một sâu hại b, Sản phẩm c ủa gen không gây bệnh đóng vai trò trong các chưc năng sống của kí sinh. M ất đo ạn hay đ ột biến thành gen gây bệnh có thể làm giảm kh ả năng thích ứ ng, khả năng sống sót hay kh ả năng cạnh tranh kí sinh. Vanderplank (1968) cho rằng các nòi sinh lí có nhiều alen gây bệ nh yếu hơn nhữ ng nòi có ít gen gây bệnh khi còn số ng trên cây không có gen kháng. Đều đó d ẫn đ ến sự chọn lọc ổn định, có nghĩa l à các nòi ch ứa các alen “không cần thiết” bị đào thải. c, C ác kí sinh đ ịa sinh và thu ỷ sinh lây lan r ất chậm từ vùng này sang vùng khác. Các cá thể đột biến gây bệ nh hiếm hoi c ần thời gian dài để phát tán rộng trong vùng gieo trồng giống kháng. 17
  19. d, Một giống kháng có thể có hai hay nhiều gen kháng có hiệu lực đ ặc thù với nòi. Kí sinh ph ải đồng thời tạo ra hai hay nhiề u đột biến độc lập mới có thể phá vỡ được hàng rào kháng của giống e, Ở các lo ại cây trồng một năm chỉ gieo trồng trên diện tích nhỏ và phân tán khả năng lây nhiễm của thể gây bệnh rất ít. Nếu trồng giống kháng thì khả năng lây nhiễm của nòi đột biến còn ít hơn nhiều. Khả năng kháng trở thành bền vững. 3.4.2. Sử dụng tính kháng dọc Nhà chọn giống cần phải cẩn thận khi chỉ sử dụng tính kháng đặc th ù. Tính kháng đơn gen đ ặt ra áp lực chọn lọc lớn đối với quần thể gây bệnh hoặc sâu hại tạo điều kiện cho chúng gây bệnh hay kiểu sinh học mới phát sinh và phát triển. Nếu thể gây bệnh là loài “lãi xu ất đ ơn” (cây bị nhiễm một lần trong một vụ) có tốc độ lây lan ch ậm thì r ủi ro không lớn lắm. N gược l ại tính kháng sử dụng rộng r ãi để chống thể gây bệnh “l ãi suất phức” (cây bị tái nhiễm đi tái nhiễm lại nhiều lần trong suốt cả vụ như nấm gỉ sắt cây cốc) và thể gây bệnh có tốc độ phát tán lớn thì rủi ro vô cùng lớn. Vì một thể gây bệnh và côn trùng hìn h thành các ch ủng mới dễ dàng để khắc phục hàng rào kháng đ ặc th ù đơn gen, nhiều nh à chọn giống sử dụng các nhóm gen kháng đ ặt th ù trên một giống. Các giống nhiều gen n ày thực sự có hiệu lực nếu chứa các gen kháng ch ưa được sử dụng từ trước. 3.4.2.1. Giống nhiều dòng: Để giảm áp lực chọn lọc lên thể gây bệnh hay sâu hại, một chiến lược quan trọng là tăng tính đa d ạng di truyền trong giống và giữa các giống. Sự phức hợp của các qu ần thể thực vật tự nhiên là nguyên nhân cơ b ản tạo ra sự ổn định của hệ kí chủ - kí sinh. Đối với cây trồng sự đa dạng di truyền có thể đạt đ ược thông qua hỗn hợp nhiều kiểu gen. Ở đây sự tự thụ phấn giống nhiều dòng đư ợc coi là con đường tăng tính đa d ạng di truyền đối với tính kháng bệnh và sâu h ại m à vẫn duy trì được giá trị nông học của giống (Browning và Frey, 1969). Giống nhau nh ưng đồng nhất về hình thái, thời gian sinh trưởng, và các thuộc tính khác. Vì vậy giống nhiều dòng có thể chống lại nhiều nòi của thể gây bệnh. Đơn vị cấu th ành hỗn hợp có thể thay đổi khi nòi hay nhiều kiểu sinh học mới xuất hiện. Vì trong qu ần thể hỗn hợp luôn luôn có cây kháng nên giảm thiểu sự lây lan hay phát tán của thể gây bệnh trong ruộng. Tuy nhiên có hai nhược điểm làm hạn chế khả năng sử dụng giống nhiều dòng: - Chuyển các gen kháng vào giống ưu tú r ất tốn kém. - Bố mẹ lai lại là yếu tố hạn chế năng suất hay các đặc điểm nông học của giống nhiều dòng và th ời gian tạo giống lâu lam cho giống có thể bị lạc hậu lúc được phổ biến. 3.4.2.2. Đa dạng hoá giống: Cũng có thể tăng sự đa dạng di truyề n ở kí chủ bằng con đ ường đa dạng hoá giống về không gian hoặc thời gian. Đa dạng hoá không gian có thể hiện bằng cách trồng nhiều giống mang các gen kháng khác nhau tr ên cùng một trang trại hay một cánh đ ồng hoặc trong một vùng. Vùng gieo trồng cũng có thể chia ra nhiều vùng nhỏ khác nhau của mỗi vùng chỉ đư ợc phép gieo trồng một số giống nhất định tuỳ 18
  20. theo gen kháng. Đa d ạng hoá về thời gian là trồng các giống có gen kháng khác nhau trong các vụ khác nhau. Bằng cách n ày nhà nông có thể sử dụng quay vòng các gen kháng (Crill và Khush, 1982). Sự đa dạng hoá làm giảm thiểu hay ngăn ngừa sự hình thành nòi gây bệnh mới. 3.4.2.3. Sử dụng nhiều gen kháng: Nếu một giống mang hai hay nhiều gen kháng chống lại các nòi chủ yếu thì giống có khả năng kháng lâu bền hơn. Một đột biến đ ơn lẻ ở kí sinh từ không gây bệnh sang gây bệnh tại một tro ng các gen không đ ủ để phá vỡ hàng rào kháng c ủa cây. Chiến lược sử dụng nhiều gen kháng cũng có một số nhược điểm: - Tốn nhiều công sức để chuyển các gen kháng vào một kiểu gen. P hải thử nghiệm với nhiều nòi khác nhau để đảm bảo sự có mặt của gen kháng. - Sử dụng ph ương pháp lai lại có thể hạn chế các đặc điểm nông học của giống mới. - Khả năng kháng của giống có thể xúc tiến sự hình thành các nòi gây bệnh mới. 3.4.3. Sử dụng khả năng kháng ngang Khả năng kháng ngang th ường l à một bộ phận của biến dị tự nhiên của quần thể thực vật. Tuy nhiên vì được kiểm soát bởi nhiều gen nên sử dụng cấc kĩ thuật chọn giống cổ điển để tăng c ường khả năng kháng rất khó khăn. Nh à chọn giống thường chọn lọc thế hệ con của những cá thể có năng su ất trong sự có mặt của bệnh. Ưu điểm quan trọng nhất của tính kháng ngang là nó không đ ặt ra áp lực chọn lọc với thể gây bệnh như tính kháng dọc. Tất cả các nòi sinh lý hay kiểu sinh học được duy trì ở mức thấp và tính kháng có hiệu lực lâu dài. 19
Đồng bộ tài khoản