CƠ SỞ DI TRUYỀN CHỌN GIỐNG THỰC VẬT part 2

Chia sẻ: Afsjkja Sahfhgk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

215
lượt xem 78
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với hệ thống phân loại này, các đơn vị phân loại dưới loài có quan hệ với nhau rất chặt chẽ; và trên cơ sở đó người ta phân biệt lai gần (lai trong cùng loài) và lai xa (lai giữa các loài hoặc giữa các chi khác nhau).  Mỗi loài cây trồng hay thực vật nói chung có một số lượng nhiễm sắc thể đặc trưng (Bảng 2.1) Dưới đây ta hãy tìm hiểu sơ lược về nguồn gốc, sự phân loại và phân bố của Chi Oryza nói chung, và của lúa trồng châu Á nói riêng....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CƠ SỞ DI TRUYỀN CHỌN GIỐNG THỰC VẬT part 2

27 Với hệ thống phân loại này, các đơn vị phân loại dưới loài có quan hệ với nhau rất chặt chẽ; và trên cơ sở đó người ta phân biệt lai gần (lai trong cùng loài) và lai xa (lai giữa các loài hoặc giữa các chi khác nhau).  Mỗi loài cây trồng hay thực vật nói chung có một số lượng nhiễm sắc thể đặc trưng (Bảng 2.1) Dưới đây ta hãy tìm hiểu sơ lược về nguồn gốc, sự phân loại và phân bố của Chi Oryza nói chung, và của lúa trồng châu Á nói riêng. Theo Watanabe (1997), do tính đa dạng và phức tạp về mặt hình thái và di truyền của chi Oryza đã gây khó khăn trong việc phân loại và đặt tên các loài thuộc chi này. Chi Oryza có khoảng 20 loài hoang dại phân bố ở các vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, và chỉ có hai loài lúa trồng là: O. sativa L. (trồng ở châu Á và nhiều vùng khác khắp địa cầu) và O. glaberrima Steud (chỉ trồng ở một số quốc gia Tây Phi). Về nguồn gốc của lúa trồng và sự tiến hoá của chúng, đến nay có nhiều giả thuyết khác nhau. Tuy nhiên, theo Oka (1991) và Oka và Morishima (1997), tổ tiên của O. sativa là loài O. perennis Châu Á và của O. glaberrima là O. breviligulata. Hai loài này tiến hoá độc lập nhau mà tổ tiên của chúng còn chưa được xác định. Về nguồn gốc cây lúa trồng châu Á cũng có nhiều quan điểm khác nhau. Matsuo (1997) đã nêu lên bốn giả thuyết về nguồn gốc của lúa trồng Ấn Độ, Trung Quốc, các vùng núi ở Đông Nam Á và phạm vi rộng lớn với các nguồn gốc đa chủng loại. Tuy nhiên, hiện giờ người ta tin rằng các khu vực miền núi ở Đông Nam Á rất có thể là nguồn gốc của lúa trồng. Kết luận này ủng hộ học thuyết của Morinaga năm 1967 cho rằng lúa trồng xuất phát từ phía Đông Nam chân núi Hymalaya. Điều này đã được GS. Bùi Huy Đáp đề cập từ năm 1964: Việt Nam là một trong những trung tâm sớm nhất của Đông Nam Á được nhiều nhà khoa học gọi là quê hương của cây lúa trồng; nó xuất hiện cách đây chừng 10 - 12 nghìn năm cùng với nền văn hoá Hoà Bình (Bùi Huy Đáp, 1999). Sự phân loại các giống lúa trồng thuộc loài O. sativa dựa trên hai cơ sở chính: (i) độ hữu thụ của các cây lai F1, và (ii) các đặc điểm hình thái, sinh lý và sinh thái. Chẳng hạn, dựa vào độ hữu thụ của các cây lai F1, lần đầu tiên năm 1928 Kato và cs đã phân biệt O. sativa thành hai loài phụ (subspecies), còn gọi là kiểu (type) hay nhóm giống (group): kiểu Indica và kiểu Japonica. Việc khảo sát sự phân bố địa lý của hai loài phụ này cho thấy các giống lúa địa phương ở Nhật, Bắc Triều Tiên và Bắc Trung Quốc đều thuộc loài phụ Japonica. Trái lại, các giống lúa địa phương Ấn Độ, Java, Nam Trung Quốc và Đài Loan thuộc loài phụ Indica. Các kết quả
28 nghiên cứu của Terao và Mizushima năm 1943 và Morinaga năm 1953 phát hiện sự tồn tại của một kiểu trung gian không thuộc Indica và Japonica và đặt tên là kiểu Javanica, vì các giống nghiên cứu này hầu hết bắt nguồn từ Java, tức Indonesia. (Kushibuchi 1997; Watanabe 1997). Năm 1952, Matsuo lấy hình thái học làm cơ sở chính để phân loại các giống lúa trên thế giới và đã phân chia 3 kiểu A, B và C. Trong đó, kiểu A (Japonica) hầu như chỉ trồng ở Nhật, Bắc Triều Tiên và Bắc Trung Quốc; kiểu B (Javanica) phân bố chủ yếu ở Indonesia và các quần đảo Thái Bình Dương; và kiểu C (Indica) hầu hết được trồng ở Ấn Độ, Nam Trung Quốc và các nước Đông Nam Á. Ở nước ta, các kết quả phân loại loài phụ các giống lúa của các vùng khác nhau cho thấy quỹ gene lúa gồm 89% lúa Indica, 9,5% lúa Japonica và 1,5% chưa phân loại được (Luu Ngoc Trinh và cs, 1998). Phần lớn giống lúa ở vùng Tây Bắc nước ta là lúa Japonica (Chaudhary, 2000). 1.2. Các trung tâm phát sinh cây trồng (Centres of origin) Các thực vật có hoa đầu tiên xuất hiện cách đây chừng 150 triệu năm. Nhờ áp dụng chọn lọc nhân tạo mạnh mẽ mà các thực vật từ tự nhiên đã chuyển sang thích nghi với chế độ canh tác với tư cách là các dạng cây trồng. Kết quả là tính biến dị di truyền của các cây trồng đã giảm đi nhiều. Có bằng chứng đáng kể cho thấy rằng các cây trồng đã không được phân bố một cách đồng bộ trên khắp thế giới. Thật vậy, dựa trên khối lượng khổng lồ vật liệu thu thập được từ nhiều vùng khác nhau trên thế giới trong suốt 20 năm kể từ năm 1916, nhà di truyền học người Nga Nicolai Ivanovich Vavilov (1887-1943; Hình 2.3) đã xây dựng nên học thuyết về các trung tâm phát sinh cây trồng (Centers of origin of cultivated plants; Hình 2.4). N.I. Vavilov cho rằng các cây trồng tiến hoá từ các loài hoang dại trong các khu vực này cho thấy tính đa dạng lớn hơn và ông gọi đó là các trung tâm phát sinh sơ cấp. Sau đó, các cây trồng này dịch chuyển sang các khu vực khác chủ yếu do các hoạt động của con người; và tại các khu vực này nói chung không có sự biến đổi phong phú và đa dạng như ở các trung tâm khởi phát. Nhưng ở một số khu vực, các loài cây trồng nào đó lại cho thấy sự đa dạng đáng kể về các dạng hình mặc dù chúng không bắt nguồn ở đó. Những khu vực như vậy được gọi là các Hình 2.3 N.I. Vavilov trung tâm phát sinh thứ cấp của các loài này.
29 Vavilov đề nghị 8 trung tâm phát sinh cây trồng chính trên thế giới là: Trung Quốc, Ấn Độ, Trung Á, Tiểu Á, Địa Trung Hải, Abyssinia, Trung Mỹ và Nam Mỹ. Về sau P.M. Zukovsky đã bổ sung và phát triển các trung tâm của Vavilov thành 12 trung tâm phát sinh tất cả các cây trồng trên thế giới, được tóm tắt như sau (theo Nguyễn Văn Hiển, chủ biên 2000): Trung tâm Trung Quốc - Nhật Bản: Đây là trung tâm lớn nhất, chứa đựng một khối lượng khổng lồ các biến chủng của 140 loài cây trồng khác nhau, trong đó có mặt hầu hết các loài cây trồng quan trọng nhất, như: lúa gạo (O. sativa L., loài phụ Japonica), đậu tương, kê, cây cải, ngô nếp, các loài cam quýt thuộc chi Citrus, táo, lạc (đậu phộng), vừng (mè), sâm, cao lương, cây thuốc phiện; đây cũng là quê hương của các cây chè, đay, gai, cải dầu v.v. Trung tâm Đông dương - Indonesia: Đây là trung tâm phát sinh lúa nước (các loài phụ Indica và Javanica); và là quê hương của nhiều loài cây ăn quả nhiệt đới như: chuối, dứa, xoài, dừa, sầu riêng, mămng cụt, chôm chôm, mít, mãng cầu v.v. Trung tâm Australia: Tại đây tìm thấy 500 trong số 605 loài cây có dầu nhiệt đới, 21 loài thuốc lá, 3 loài thuộc chi Oryza; và là trung tâm đầu tiên của loài bông Hải đảo (Gossypium barbadense L.). Trung tâm Nam Á (chủ yếu là Ấn Độ): Đây là một trong những trung tâm đóng vai trò lớn trong lịch sử trồng trọt của thế giới, quê hương tổ tiên của lúa trồng (loài phụ Indica) và mía. Đây cũng là nơi phát sinh của các cây vừng, gai, cao lương, bạc hà, hồ tiêu và nhiều loại cây thuốc và cây rau khác. Trung tâm Trung Á (bao gồm vùng Tây bắc Ấn Độ, Afghanistan, Uzhbekistan, tây Thiên Tân): Là nơi phát sinh lúa mỳ mềm, đậu Hà Lan, đậu ngựa, đậu mỏ két, hành tây, dưa bở, táo, lê, nho, anh đào... Trung tâm Tây Á (vùng Cận Đông, gồm một vùng lãnh thổ rộng lớn của các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất, Iran, Iraq, Capcas, vùng thượng Turmenia, bán đảo Ả Rập): Là trung tâm phát sinh lúa mỳ (chi Triticum), mạch đen (chi Secale), đại mạch (chi Hordeum), các cây cỏ dùng làm thức ăn cho gia súc như: cỏ linh lăng (Medicago sativa), cỏ ba lá (Trifolium sp.), táo (Malus sp.), và nho. Trung tâm Địa Trung Hải (Mediterranean): Đây là trung tâm phát sinh lúa mỳ cứng, củ cải đường, bắp cải; và là trung tâm thứ cấp của nho, táo, cà rốt, đậu Hà Lan, đậu côve. Trung tâm châu Phi: Đây là trung tâm chính của đại mạch, đậu xanh, lạc; và là quê hương của các cây cà phê, ca cao, cao lương, bông châu Phi,
30 thầu dầu, lúa nước châu Phi (O. glaberrima). Trung tâm Âu - Siberia: Đây là trung tâm phát sinh các cây củ cải đường, bắp cải, nho, lê, mận, anh đào, dâu tây, cỏ ba lá, cây hoa bia. Trung tâm Trung Mỹ (Mexico, Goatemala, Hondurat và Panama): Đây là nơi phát sinh của cây ngô (Zea mays), của nhiều loài cây thuộc bộ đậu (Fabales) và chi Solanum, với rất nhiều loài khoai tây dại và khoai tây trồng (S. tuberosum); Đây cũng là quê hương của các cây thuộc họ bầu bí, ca cao, bông luồi (G. hirsutum) và thuốc lá. Trung tâm Nam Mỹ: Đây là nơi phát sinh cây bông Ai cập, khoai tây và ngô; và là quê hương của các cây cà chua, hướng dương, lạc, ớt, bầu bí, dưa, ca cao, cao su và cà phê. Trung tâm Bắc Mỹ: Đây là nơi phát sinh các cây dâu tây, khoai tây, thuốc lá, nho, bông, hướng dương châu Mỹ, táo, mận đào v.v. Hình 2.4 Các Trung tâm của Vavilov về nguồn gốc phát sinh các giống cây trồng trên thế giới (theo Hartlan 1976). Quan điểm này của Vavilov được nhiều nhà khoa học trên thế giới thừa nhận và nó giúp cho các nhà chọn giống định hướng đúng trong việc tìm kiếm và thu thập nguồn gene mong muốn trong tự nhiên để đáp ứng được yêu cầu của chương trình chọn tạo giống đặt ra. Chẳng hạn, để có thể
31 thu thập nhiều dạng lúa hoang dại thì đến Đông Nam Á vì đây là cái nôi phát sinh của lúa trồng. Tương tự, nếu muốn thu được nhiều dạng ngô và khoai tây hoang dại thì đến Mexico và một phần Bắc Mỹ. Bằng cách đó các nhà chọn giống Mỹ đã phát hiện được dạng lúa mỳ hoang dại có khả năng kháng bệnh rỉ sắt ở Ethiopia (thuộc trung tâm phát sinh của lúa mỳ Triticum aestivum). Mặt khác, từ quy luật về dãy biến dị tương đồng (law of homologous series in variation) của Vavilov cho thấy rằng các loài có quan hệ họ hàng gần với các loài hoang dại là nguồn cung cấp các biến dị di truyền tuyệt vời cho chọn lọc và cải tiến giống cây trồng. Vì vậy, mong muốn hiện nay là thu thập và bảo quản các hạt giống từ các giống cây trồng chất lượng cao, các dòng đột biến và cả các loài hoang dại có quan hệ họ hàng. J.R. Harlan, trong một chuyến du hành khảo sát thực vật tại Thổ Nhĩ Kỳ (Turkey) vào năm 1948, đã bị ấn tượng với sự đa dạng cực kỳ phát hiện ở các khu vực nhỏ. Các khu vực này được Harlan gọi là các tiểu trung tâm (micrconters) vì sự tiến hoá thực vật ở các tiểu trung tâm này dường như diễn tiến ở tốc độ nhanh hơn các khu vực khác, đặc biệt là ở các vùng địa lý rộng lớn hơn. Các tiểu trung tâm này dường như cung cấp một cơ hội tuyệt vời, không chỉ để thu thập các kiểu có sẵn, mà còn để nghiên cứu sự tiến hoá của các kiểu cây trồng về mặt thực nghiệm. Hơn nữa, khi thảo luận về biến dị tự nhiên ở thực vật, Harlan đã chỉ rõ các trung tâm địa lý về tính đa dạng di truyền của các nguồn gene mà chúng ta dựa vào đang có nguy cơ bị tuyệt chủng (Harlan 1976). Từ đó cho thấy nhu cầu cấp bách của việc xây dựng, bảo quản và sử dụng các nguồn gene trong chọn giống cây trồng, cũng như vấn đề bảo vệ thiên nhiên và không ngừng làm phong phú thêm tính đa dạng của nó. 2. Bảo quản và sử dụng nguồn gene thực vật trong chọn giống 2.1. Thành lập quỹ gene và bảo quản nguồn gene cây trồng Như đã nói ở trên, khâu đầu tiên trong chọn giống là thu thập các vật liệu có sắn trong tự nhiên hoặc các giống địa phương từ nhiều vùng miền khác nhau, kể cả các giống nhập nội để xây dựng nên bộ sưu tập giống gọi là sưu tập quỹ gene (germplasm collection) hay các ngân quỹ gene (germplasm banks). Bởi theo quan điểm của di truyền học và chọn giống thì mọi nguồn gene có sẵn trong tự nhiên hoặc các giống địa phương thường có chứa các gene quý hiếm như chống chịu sâu bệnh và các điều kiện khắc nghiệt của môi trường sinh thái mà chúng sinh sống lâu đời; hoặc các giống đặc sản truyền thống thường cho sản phẩm có chất lượng và hương thơm đặc biệt. Đó là tài sản vô giá mà thiên nhiên đã ban tặng
32 cho loài người để duy trì sự sống của họ. Hình 2.5 Trung tâm tài nguyên di truyền tại IRRI là trung tâm lớn mạnh nhất về bảo tồn và sử dụng tính đa dạng sinh học của cây lúa (Nguồn: IRRI). Hơn nữa, trước tình trạng đô thị hoá các khu vực nông thôn diễn ra nhanh chóng và áp lực gia tăng mạnh mẽ của dân số thế giới buộc các nhà chọn giống phải không ngừng tạo ra các giống cây trồng có năng suất ngày một cao hơn, kéo theo sự thay đổi cơ cấu cây trồng nông nghiệp theo hướng tập trung vào chỉ một vài giống cho năng suất cao đồng thời thu hẹp phổ gene của cây trồng. Tất cả điều đó dẫn tới nguy cơ xói mòn tài nguyên di truyền, đánh mất các giống đặc sản địa phương lâu đời và tạo ra một nền nông nghiệp phát triển không bền vững. Việc bảo tồn nguồn gene vì vậy được xem là nền tảng quan trọng cho sự ổn định của nông nghiệp và sự an toàn lương thực-thực phẩm của toàn thể nhân loại. Đó không chỉ là công việc của từng quốc gia mà còn là của các tổ chức quốc tế. Đặc biệt, Tổ chức lương-nông (FAO) của Liên Hiệp Quốc (UN) đã rất chú ý đến vấn đề này và có các hoạt động thiết thực nhằm kết nối các Viện nghiên cứu các cây trồng quan trọng như lúa, lúa mỳ, ngô, v.v... thành một mạng lưới hỗ trợ lẫn nhau, để có thể duy trì và phát triển nguồn gene cây trồng trên phạm vi toàn cầu. Một số trung tâm lưu trữ và sử dụng nguồn gene thực vật nổi tiếng trên thế giới như: Trung tâm tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IBPGR), Trung tâm nguồn di truyền - Viện lúa quốc tế (IRRI; Hình 2.5), Trung tâm tài nguyên di truyền quốc gia New Dehli - Ấn Độ, Viện nghiên cứu cây trồng mang tên Vavilov - Liên bang Nga (VIR), Viện cây trồng Bắc Kinh - Trung Quốc, Viện tài nguyên sinh học quốc gia Nhật Bản, v.v.
33 Nhiệm vụ của các trung tâm này là thu thập, mô tả, phân loại, đánh giá và bảo quản tất cả các loài cây trồng và các tổ tiên hoang dại của chúng theo cả hai phương thức: bảo quản ex situ (bảo quản trong các điều kiện nhân tạo như phòng thí nghiệm, vườn ươm...) và bảo quản in situ (bảo quản tại chỗ, trong các điều kiện tự nhiên vốn có của sinh vật). Tất cả thông tin liên quan các mẩu giống bảo quản được lưu trữ dưới dạng các hồ sơ, ấn phẩm với sự trợ giúp của máy tính. Nhờ đó các nhà chọn giống có thể dễ dàng tra cứu và yêu cầu cung cấp vật liệu cần thiết cho một chương trình chọn giống cụ thể. Gần đây, Trung tâm tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (International Board for Plant Genetic Resources = IBPGR) đã phân tích đánh giá được 2 triệu mẩu thuộc 9 loại cây trồng quan trọng về các đặc tính sinh học; IRRI đánh giá được 85.000 mẩu; Trung Quốc - 65.000 mẩu lúa, trong đó có 46.887 mẩu địa phương, 2.443 mẩu vừa được cải tiến, 1.039 chủng lai, 6.388 mẩu nhập nội (Trần Duy Quý, 1997). Việt Nam nằm trong bán đảo Đông Dương, giữa quần đảo Malaysia và nam Trung Quốc - một trong những trung tâm phát sinh các giống cây trồng. Do điều kiện địa lý và khí hậu tự nhiên đặc trưng đó mà khu hệ thực vật nước ta nói chung và hệ cây trồng nói riêng rất phong phú về loài và đa dạng về thứ và kiểu gene. Mặt khác, nước ta cũng là nơi thuận lợi để trồng các loài cây nhập nội, đặc biệt là các cây trồng có nguồn gốc từ nam Trung Quốc và nam Ấn Độ. Các thông báo gần đây từ Trung tâm Tài nguyên Di truyền Thực vật - Viện KHKT Nông nghiệp Việt Nam cho thấy: các giống lúa ở miền Bắc và cao nguyên Trung Bộ nước ta có chỉ số đa dạng di truyền cao nhất; kế đến là vùng Duyên hải miền Trung và thấp nhất là đồng bằng Sông Cửu Long (Lưu Ngọc Trình, 1995; Đào Thế Tuấn và cs, 1998). 2.2. Sử dụng nguồn gene thực vật trong chọn giống Cho đến nay, trên khắp thế giới có hơn 700 ngân hàng quỹ gene được đưa vào hoạt động với hơn 25 triệu mục giới thiệu các loài trồng trọt và hoang dại đã được lập danh mục. Các bộ sưu tập này được sử dụng để làm giàu thêm các nguồn gene xác định các tính trạng mong muốn. 2.2.1. Sử dụng các giống địa phương Do các giống địa phương được hình thành từ quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân tạo lâu dài trong điều kiện địa phương, nên có các đặc điểm cơ bản là: (i) thích nghi cao với điều kiện địa phương; (ii) có tính chống chịu cao đối với một số sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận; và (iii) là một quần thể phức tạp gồm nhiều dạng tồn tại trong một trạng thái
34 cân bằng quần thể; chúng có các phản ứng khác nhau với các điều kiện của ngoại cảnh và do đó thường cho năng suất ổn định trong sự biến động của các điều kiện sinh thái địa phương. Các giống địa phương có các đặc tính tốt có thể được dùng để: (i) Trực tiếp chọn ra các dạng tốt nhất, phù hợp với kiểu địa lý sinh thái và gây thành giống mới. (ii) Tiến hành các tổ hợp lai giữa các giống khác nhau nhằm kết hợp các tính trạng tốt vào một giống mới. (iii) Cải tiến một vài tính trạng mong muốn nhờ phương pháp gây đột biến. Ví dụ, từ giống lúa đặc sản Tám thơm Hải Hậu của Nam Định, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma (Co60) lên hạt nẩy mầm, đã chọn tạo được giống lúa "Tám thơm Đột biến", với nhiều đặc điểm độc đáo như: không còn cảm ứng quang chu kỳ như ở giống gốc, có khả năng thích ứng rộng ngay cả với các vùng đất cao, nghèo dinh dưỡng, không chủ động được nguồn nước tưới và năng suất có thể đạt 4-5 tấn/ha, trong khi vẫn giữ được mùi thơm của giống gốc (Nguyễn Minh Công và cs 2003). 2.2.2. Sử dụng các tập đoàn giống cây trồng thế giới Do đây là những bộ sưu tập quỹ gene quý hiếm và đa dạng được tập hợp từ các vùng khác nhau trên thế giới, nên chúng có thể đáp ứng được hầu hết các mục tiêu của các chương trình chọn giống (như chọn lọc, lai tạo, gây đột biến ...). Hình 2.6 Một giống lúa bán lùn cho năng suất cao gọi là IR-8 (trái), một phần của cuộc cách mạng xanh lần thứ hai, đã được tạo ra bằng cách lai giữa hai dòng bố mẹ: PETA từ Indonesia (giữa) và DGW G từ Trung Quốc (phải). Cây thấp và cứng hơn của giống lúa mới này cho phép chống đổ tốt và có khả năng mang các bông lớn trĩu hạt mà không bị oằn xuống (Nguồn: IRRI).
35 Có thể thấy rõ thành quả của các "cuộc cách mạng xanh" (green revolution) đối với lúa mỳ và lúa nước trong những năm 1960 và 1970 chính là nhờ khai thác sử dụng tập đoàn giống cây trồng thế giới. Chẳng hạn, nhờ sử dụng gene lùn của hai giống lúa địa phương Dee-geo-woo-gen (DGWG) và Taichung Native-1 của Đài Loan thông qua hàng loạt tổ hợp lai đã tạo ra được các giống lùn (dwarf) và bán lùn (semi-dwarf), như: IR- 8, IR-64, v.v. Các giống lúa này đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt về năng suất và sản lượng lúa châu Á (Hình 2.6). Ở nước ta, việc sử dụng giống lúa IR-8 (NN8) đã mở đầu cho kỷ nguyên ứng dụng thành quả của cuộc cách mạng xanh lần thứ hai. Tương tự, giống lúa CR203 do Viện bảo vệ thực vật nước ta chọn được bắt nguồn từ giống nhập nội IR8423-132-6- 2-2 là giống có khả năng chống rầy và thích ứng rộng bắt nguồn từ IRRI (thông qua Chương trình thử nghiệm lúa quốc tế). 2.2.3. Sử dụng các dạng cây hoang dại Chẳng hạn, 'Purple Petrowski' là loại lúa dại mới nhất (Hình 2.7) được biết là có khả năng chống rụng hạt và chống đổ cao, cho năng suất cao và kháng bệnh nấm ở mức trung bình. Lúa dại vốn là loại cây cỏ ở nước rất được ưa chuộng bởi những người Mỹ bản xứ (Native Americans) ở Lake States, New England, và Canada. Vào những năm 1950 các nhà khoa học Đại học Minnesota bắt đầu nghiên cứu hàng trăm loại cây trồng biến đổi, kể cả lúa dại. Vào thời gian đó, các nông dân ở vùng bắc Minnesota bắt đầu hình thành một kỹ nghệ trồng lúa dại để đáp ứng lại nhu cầu gia tăng. Hình 2.7 Lúa dại (trái) và lúa trồng (phải). Các mục tiêu của chương trình chọn giống lúa dại ở đây là nhằm phát triển: (i)) Khả năng chống đổ hơn nữa; (ii) tính chín sớm; (iii) sức kháng các bệnh thuộc về lá; (iv) khả năng chống rụng hạt cao hơn; (v) nhiều nhánh trưởng thành cùng nhau; và (vi) hạt có thể bảo quản khô. Thách thức đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu lúc đó là làm sao trồng lúa dại phù hợp cho việc sản xuất thóc. Có những hạn chế trong việc cấy,
36 chăm sóc, và thu hoạch một loài lúa nước. Khi chín, hạt rụng cắm xuống nước và thời gian chín các cây là không đồng đều, gây khó khăn cho việc thu hoạch. Ngoài ra, hạt không thể sống được trừ phi nó được bảo quản trong các điều kiện giống như ở đáy đầm lầy. Tuy nhiên, vào năm1964 việc chọn lọc lúa trồng đã thành công ở St. Paul. Kể từ đó, đã phân lập ra chín giống lúa thóc dại, mỗi giống đều có năng suất hoặc các đặc tính kháng bệnh được cải thiện đáng kể. Ngày nay, những người Mỹ bản xứ thu hoạch bằng tay lúa dại bằng các phương pháp truyền thống. Các giống của Đại học Minnesota được trồng bởi những nhà sản xuất thóc thương mại thì việc thu hoạch được tiến hành bằng các tổ hợp máy móc đặc biệt. Hàng năm Minnesota sản xuất hơn 6 triệu pounds lúa dại "trồng lấy thóc", và phần lớn được xử lý để tung ra thị trường cùng với lúa gạo. Thật thú vị là, việc phân tích DNA gần đây cho thấy lúa gạo và lúa dại có tổ tiên chung, ngược với suy nghĩ trước đây cho rằng các loài này tiến hoá tách biệt nhau ở châu Á và Bắc Mỹ. Việc phân tích biến đổi di truyền được phát hiện bằng các marker phân tử (molecular markers), việc xây dựng các bản đồ liên kết ở mức phân tử, và lập bản đồ các gene hữu ích như các gene lùn và các locus tính trạng số lượng (quantitative trait loci = QTLs) được thực hiện ở lúa và đậu azuki. Ngoài ra, cải tiến việc sản xuất đơn bội bằng sự nuôi cấy bao phấn và hạt phấn, việc đưa vào các loài cây trồng tính chịu sương giá, kháng virus và kháng côn trùng từ các loài hoang dại bằng lai soma được nghiên cứu ở lúa, khoai tây và đậu azuki. Chẳng hạn, các dòng lúa lai được phát triển ở Trung Quốc là trong số các giống lúa có năng suất cao nhất trên thế giới. Tuy nhiên, hai locus tính trạng số lượng (QTL) được khám phá gần đây ở lúa dại năng suất thấp được kỳ vọng là có thể nâng cao năng suất của lúa lai lên khoảng 17% với mỗi gene QTL được đưa vào (Tan, 1998). Giống khoai tây Cameraz cho năng suất cao, chống được bệnh mốc sương (Phytothora infestans) là kết quả của sự lai xa giữa khoai tây dại Solanum demissum với giống khoai tây trồng S. tuberosum (Hình 2.8). 2.2.4. Sử dụng quần thể các dòng tự phối Thông thường các dòng tự phối (được tạo ra do tự thụ phấn hoặc giao phối gần) nên sức sống của các dòng này suy giảm so với dạng ban đầu. Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng như là nguồn vật liệu khởi đầu để tạo ra các giống có biểu hiện ưu thế lai cao ở F1 (bằng cách lai khác dòng đơn, khác dòng kép ...). Chúng cũng có thể được dùng để tạo ra các giống hỗn hợp và các giống tổng hợp nhằm sử dụng ưu thế lai nhiều đời, hoặc sử
37 dụng trong lai tích luỹ nhằm tạo ra các dòng có các tính trạng đặc biệt như các dòng bất dục đực tương đương hoặc các dòng phục hồi (chương 4). Hình 2.8 Một cây lai soma (hình giữa) giữa khoai tây trồng (hình trái) và loài hoang dại (hình phải). Vấn đề sử dụng quần thể các dạng đột biến và đa bội cũng như các dạng biến đổi được tạo ra từ nuôi cấy mô-tế bào và bằng kỹ thuật di truyền sẽ được xem xét ở mục III dưới đây. III. Sơ lược các nguồn biến dị di truyền trong chọn giống thực vật 3.1. Các thể đột biến thực nghiệm Đó là các đột biến có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các tác nhân vật lý (như tia X, tia tử ngoại hay tia phóng xạ nói chung) hoặc các hoá chất gây đột biến (NMU, ES,...). Thông thường một biến đổi như vậy có liên quan đến một gene đơn. Hầu hết các đột biến là có hại, nhưng đôi khi một vài thể đột biến nào đó lại tỏ ra có lợi. Thể đột biến này có thể được sử dụng trực tiếp để gây thành một giống mới, áp dụng phổ biến trong trồng trọt là các giống táo hoặc các cây ăn quả khác, các giống ngũ cốc như lúa, ngô, v.v. Ví dụ, giống ngô DT6 và các giống lúa DT1, DT10 ... do Viện di truyền Nông nghiệp tạo ra hoặc các giống lúa Tám thơm đột biến, Tép hành đột biến và Tài nguyên đột biến do nhóm nghiên cứu sinh của trường ĐHSP Hà Nội tạo ra đều được tiến hành bằng con đường này. Các tính trạng mới này có thể được kết hợp bổ sung vào các giống hiện có thông qua lai và lai ngược. Ví dụ, các giống lúa DT-10, DT-11, DT-17 v.v. 3.2. Các thể đột biến đơn bội và đa bội Đây là các dạng đột biến có liên quan tới sự thay đổi toàn bộ số lượng
38 nhiễm sắc thể. Việc tăng gấp đôi số lượng nhiễm sắc thể là một kỹ thuật chọn giống thực vật khác tỏ ra hữu ích trong việc cải tiến một số cây hoa và cây trồng đa bội. Các dạng đa bội thể tạo ra thường tăng sức sống và có lá, hoa và quả lớn hơn bình thường. Hoá chất colchicine - một alkaloid được chiết xuất từ cây nghệ tây (Crocus) - tỏ ra hữu ích cho mục đích này. (a) (b) (c) (d) Hình 2.9 (a) Một dãy các dòng lúa hầu như đồng gene (isogenic) của Nipponbare về đặc tính trổ sớm. (b) Các thể đột biến về chiều cao cây và khả năng đẻ nhánh. (c) Lúa siêu lùn. (d) Lúa lùn dwf15. 3.3. Các biến dị tổ hợp từ lai hữu tính Các cá thể trong một loài có sự sai khác nhau rất lớn về các đặc điểm. Nhiều tính trạng trong số đó có thể truyền lại cho con cháu của chúng. Bằng phương pháp chọn lọc cá thể, các nhà chọn giống thực vật có thể chọn đi chọn lại về tính trạng mong muốn nào đó qua các thế hệ liên tiếp, làm dịch chuyển quần thể theo hướng mong muốn. Bên cạnh đó, các nhà
39 chọn giống thường sử dụng phương pháp lai đối với các cây giao phấn thuộc các dòng hay các kiểu khác nhau để hợp nhất các tính trạng mong muốn của cả hai bố mẹ vào đời con của chúng. Tuy nhiên, các tính trạng không mong muốn cũng đi vào các tổ hợp gene đó, vì vậy phải tiến hành chọn lọc ngay sau quá trình lai qua nhiều thế hệ. Đặc biệt, khi lai khác dòng thường tạo ra các con lai có ưu thế cao hơn hẳn bố mẹ. Hiện tượng này được gọi là ưu thế lai (hybrid vigor, hay heterosis) và đã được ứng dụng rộng rãi bởi các nhà chọn giống thực vật để tăng năng suất cây trồng. Các giống ngô lai được tạo ra đã góp phần tăng gấp đôi năng suất ngô ở Mỹ trong những năm 1940, và hầu như tất cả các giống ngô hiện giờ trồng ở Mỹ và châu Âu đều bắt nguồn từ các hạt lai F1 được sản xuất hàng năm. Chọn giống lai đã mở rộng trong những năm gần đây, và các giống lai ngày nay phổ biến là ở các cây cho hạt (ngô, kê, lúa), các loại rau màu (bắp cải, cà chua, bầu bí), và nhiều loài hoa. 3.4. Các biến dị soma Hình 2.10 Các bông chét của thể đột biến bất dục cái thu được. A. Vi ảnh quét điện tử của một bông chét cho thấy một nhuỵ không có đầu nhuỵ và vòi nhuỵ. B. Phần bông chét có vỏ trấu dài, mày ngắn (p) và hai bầu. C. Phần bông chét có nhiều hơn hai bầu. D. Một bông bất dục cái (trái) và một bông bình thường (phải) của dòng biến dị soma 164 (Nguồn: Ling và cs, 1989). Chẳng hạn, Ling và cs (1989) thông báo một thể đột biến bất dục cái (164V) phát hiện được trong số 140 cây R3 thu được từ một dòng soma thuộc giống lúa IR50. Chúng có các đặc điểm chính như: (1) nhuỵ thiếu mất đầu nhuỵ và vòi nhuỵ và chỉ có một bầu noãn (Hình 2.10A). Một số bầu có một túi phôi, nhưng các bầu khác thì thiếu hẳn các tế bào nhu mô. Các bầu mất hẳn chức năng và cây đột biến này không có hạt (Hình 2.10D). (2) Các bao phấn thoái hoá ở các mức độ khác nhau. Trong khoảng 1/4 số bông chét của một bông, tất cả các bao phấn đều thoái hoá và số lượng tối đa các bao phấn trên mỗi bông chét là bốn. (3) Ở các bông chét này, mày ngoài phát triển vượt trội trong khi mài trong phát triển dưới
40 mức và trở thành một mẩu nhỏ (Hình 2.10B). Một số bông chét có hai hoặc nhiều hơn hai bầu (Hình 2.10B, C). Việc tạo ra dòng soma thể đột biến này xuất phát từ nuôi cấy mô sẹo hạt thuộc giống IR50. Ở các thế hệ R1 và R2, tất cả các cây đều bình thường mặc dù chỉ có 30 cây R2. Thể đột biến bất dục cái này là một đột biến lặn được hình thành trong khi nuôi cấy in vitro. Câu hỏi ôn tập 1. Nêu vai trò của vật liệu khởi đầu trong công tác chọn tạo giống thực vật và cho các ví dụ minh hoạ. 2. N.I. Vavilov đã có những đóng góp xuất sắc nào trong nghiên cứu về sự phân bố các nguồn gene cây trồng trên thế giới? 3. Hãy cho biết nội dung của vấn đề bảo quản và sử dụng nguồn gene thực vật trong chọn giống trên thế giới và ở nước ta. 4. Hãy nêu một số thành tựu điển hình của việc ứng dụng của các thể đột biến thực nghiệm, thể biến dị đa bội, thể biến dị tổ hợp từ lai hữu tính và các thể biến dị soma trong chọn tạo giống thực vật. Tài liệu Tham khảo Tiếng Việt Lê Trần Bình, Hồ Hữu Nghị và Lê Thị Muội. 1997. Công nghệ Sinh học Thực vật trong Cải tiến Giống Cây trồng. NXB Nông Nghiệp, Hà Nội. Nguyễn Văn Hiển (chủ biên). 2000. Chọn giống cây trồng. NXB Giáo Dục, Hà Nội. Phạm Thành Hổ. 2000. Di truyền học (tái bản). NXB Giáo Dục, Hà Nội. Trần Đình Long (chủ biên). 1997. Chọn giống cây trồng. NXB Nông Nghiệp, Hà Nội. Trần Duy Quý .1997. Các phương pháp mới trong chọn tạo giống cây trồng. NXB Nông Nghiệp, Hà Nội. Tiếng Anh Allard RW. 1976. Principles of plant breeding. John Wiley & Son, Inc., New York. Chaudhary R.C. 2000. "Sharing the vision in shaping the strategy for rice research and development in Vietnam for the 21st century: vertical and horizontal supports", In: Rice Research and Development in Vietnam for
41 the 21st Century (Proceedings), CLRRI, Omon, Cantho, pp.83 - 102. Chopra VL (Ed.). 1989. Plant Breeding: Theory and Practice. Oxford & IBH Publishing Co. PVT, Ltd. Falconer D.S. and Mackay T.F.C. 1996. Introduction to Quantitative Genetics. 4th edn. Longman Group, Harlow. Hartlan JR. 1976. The plants and animals that nourish man. Scientific American 235 (3): 88-97. Hayward MD, NO Bosemark, I. Ramagosa, Coordinating ed. M.C. Cerezo. 1994. Plant Breeding: Principles and Prospects. 2nd ed. Chapman & Hall, London. IAEA .1995. Induced Mutations and Molecular Techniques for Crop Improvement (Proceedings of an International Symposium on the Use of Induced Mutations and Molecular Techniques for Crop Improvement), Joint FAO/ IAEA, 19 - 23 June 1995, IAEA, Vienna, Austria. Khush G.S. 1998. "Genetics for sustaining food security in 2020". In: XVIIIth International Congress of Genetics (Abstracts), pp.7-8 .August 10- 15, 1998, Beijing, China. Kushibuchi K. 1997. "Historical review on genetic studies and breeding of rice. 2. Historical changes in rice cultivars ", In: Science of the Rice Plant, Volume Three: Genetics (Matsuo et al, eds.), pp.837-875. FAPRC, Tokyo, Japan. Ling DH, ZR Ma, MF Chen and WY Chen. 1989. A female-sterile mutant found in a somaclonal line from IR50. Rice Genetics Newsletter, Vol. 6, pp.143-144. National Insitute of Genetics, Mishima, Japan. http://www.shigen.nig.ac.jp/rice/rgn/vol6/index.html Luu Ngoc Trinh, Dao The Tuan, Tran Danh Suu, D.S. Brar, G.S. Khush and K. Okuno. 1998. "A study of genetic diversity in rice germplasm of Vietnam based on isozyme and molecular techniques". In: XVIIIth International Congress of Genetics (Abstracts), p.201. August 10-15, 1998, Beijing, China. Nickrent. 2006. Food Plants - Grains (Lect. PLB117): www.science.siu.edu/Plant-Biology/PLB117/Nickrent.lecs/ Food1.html Singh B.D. 1986. Plant Breeding: Principles and methods. 2nd edn., Kalyani Publishers, New Delhi - Ludhiana, India. Tan C.C. 1998. "Genetics - better life for all" (Presidential address at opening ceremony), In: XVIIIth International Congress of Genetics (Abstracts), pp.1-6. August 10-15, 1998, Beijing, China.
42 Chương 3 Cơ sở Di truyền Số lượng trong Chọn giống Thực vật I. Các tính trạng số lượng và di truyền số lượng 1. Khái niệm và thí dụ kinh điển 1.1. Tương tác cộng gộp (additive) Tương tác cộng gộp hay còn gọi là sự di truyền đa gene (polygenic) là hiện tượng di truyền đặc trưng của các tính trạng số lượng (quantitative trait), trong đó các gene không allele tác động cùng hướng lên sự biểu hiện của một tính trạng. Mỗi allele (thường là trội) của các gene đa phân như thế thường đóng góp một phần ngang nhau trong sự biểu hiện ra kiểu hình ở một mức độ nhất định. Như vậy, liều lượng các allele tăng dần trong các kiểu gene sẽ tạo ra một dãy biến dị kiểu hình liên tục trong quần thể. Ví dụ: Các thí nghiệm nổi tiếng năm 1909 của nhà di truyền học Thụy Điển (Sweden) Herman Nilsson-Ehle về sự di truyền màu sắc hạt (màu sắc phôi nhũ) lúa mỳ. Khi lai giữa các giống lúa mỳ thuần chủng hạt đỏ với hạt trắng, ở F1 ông thu được toàn dạng trung gian có màu hồng; và tùy theo dạng hạt đỏ được sử dụng trong các thí nghiệm mà ở F2 sẽ có các tỷ lệ phân ly giữa hạt có màu với hạt không màu (trắng) là 3:1, 15:1 hay 63:1. Kết quả phân tích cho thấy chúng do 2-3 gene đa phân chi phối. Sau đây ta hãy xét trường hợp F2 với tỷ lệ 15 có màu :1 không màu, hay cụ thể là 1 đỏ: 4 đỏ nhạt: 6 hồng: 4 hồng nhạt:1 trắng. Giải thích: Màu thẫm hay nhạt của hạt phụ thuộc vào hàm lượng sắc tố cao hay thấp. Do F2 có 16 kiểu tổ hợp với tỷ lệ tương đương trong khi F1 đồng nhất kiểu gene, chứng tỏ F1 cho 4 loại giao tử với tỷ lệ ngang nhau nghĩa là dị hợp tử về hai cặp gene phân ly độc lập. Ở đây, F1 biểu hiện kiểu hình trung gian của hai bố mẹ và F2 xuất hiện một dãy biến dị liên tục cùng hướng. Điều đó chứng tỏ tính trạng này tuân theo quy luật tác động cộng gộp hay đa phân tích lũy. Quy ước: Vì allele cho màu đỏ là trội hơn allele cho màu trắng và mức độ biểu hiện của các hạt có màu ở F2 tùy thuộc vào liều lượng các allele kiểm soát sự hình thành sắc tố đỏ trong kiểu gene, nên người ta thường ký hiệu các gene không allele bằng các chỉ số 1, 2... kèm theo các chữ cái in hoa (A) cho allele trội và chữ cái in thường (a) cho allele lặn, như sau: A1, A2 - đỏ; a1, a2 - trắng. Từ đây ta có thể dễ dàng xác định kiểu
43 gene của F1 hồng (A1a1A2a2), của bố mẹ (P): đỏ (A1A1A2A2) và trắng (a1a1a2a2), và thiết lập sơ đồ lai như sau: Ptc A1A1A2A2 (đỏ) × a1a1a2a2 (trắng) F1 A1a1A2a2 (hồng) F2 Allele trội 4 3 2 1 0 Kiểu gene 1A1A1A2A2 2A1A1A2a2 4A1a1A2a2 2A1a1a2a2 1a1a1a2a2 2A1a1A2A2 1A1A1a2a2 2a1a1A2a2 1a1a1A2A2 Kiểu hình đỏ đỏ nhạt hồng hồng nhạt trắng T ỷ lệ 1/16 4/16 6/16 4/16 1/16 Tương tự, trong trường hợp ba cặp gene chi phối được minh hoạ ở Hình 3.1. trắng đỏ thẩm Phân bố chuẩn tinh trùng trứng Trắng Đỏ thẩm Hình 3.1 Một phép lai của lúa mỳ đỏ và trắng do ba gene chi phối, cho thấy mối tương quan giữa tỷ lệ của 7 kiểu hình ở F2 và số allele trội trong mỗi kiểu gene. Một ví dụ độc đáo khác là trường hợp di truyền số dãy hạt trên bắp ngô (xem trong Di truyền học đại cương - Dubinin 1981, tr.135-145). Nhận xét:
44 (1) Bằng cách vẽ một đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa số allele trội có mặt trong kiểu gene (trên trục hoành) và các tần số kiểu hình (trên trục tung) ở F2, ta sẽ thu được một đường cong phân bố chuẩn có dạng hình chuông, gọi là phân phối Gauss. Trong đó kiểu hình trung gian hay các kiểu gene chứa hai allele trội (tương ứng với trị số trung bình) chiếm tỷ lệ cao nhất, còn các kiểu hình hoặc kiểu gene ở hai đầu mút tương ứng với các ngưỡng "cực đoan" bao giờ cũng chiếm tần số thấp nhất (xem Hình 3.1). Đó cũng là quy luật chung cho các tính trạng số lượng. (2) Đối với các tính trạng di truyền theo kiểu đa phân cộng gộp, các hệ số của tỷ lệ kiểu hình có thể xác định bằng cách dựa vào tam giác Pascal. 1.2. Tính trạng số lượng (quantitative trait) Thông thường, các tính trạng có liên quan đến kích thước, khối lượng (thường hay gọi là trọng lượng)... được xác định dựa trên thang định lượng (quantitative scale), được gọi là các tính trạng số lượng. Nói chung, các tính trạng số lượng có các đặc điểm sau: Do nhiều gene quy định; chịu ảnh hưởng lớn của các điều kiện môi trường; và có sự phân bố kiểu hình liên tục trong một quần thể (hình 3.1), nhưng chúng cũng có thể xảy ra dưới dạng các lớp kiểu hình khác nhau, chẳng hạn như trong các ví dụ về dãy màu sắc hạt ở lúa mỳ hoặc số dãy hạt trên bắp ngô nói trên. Vì vậy, đối với các tính trạng này, không có một mối quan hệ chính xác giữa trị số kiểu hình và một kiểu gene cụ thể. Chẳng hạn, ở người, đó là các tính trạng về chiều cao, trọng lượng, hay chỉ số thông minh (intelligence quotient - IQ); ở cây lúa, lúa mỳ đó là số hạt trên mỗi bông, số bông trên mỗi khóm...Tuy nhiên, trong những năm gần đây nhờ sử dụng các chỉ thị hay dấu chuẩn phân tử (molecular marker), người ta đã tiến hành lập bản đồ các gene có hiệu quả lớn lên các tính trạng đặc biệt (như các bệnh phức tạp ở người, năng suất cây trồng...) gọi là các locus tính trạng số lượng (quantitative trait loci = QTL). 2. Một số khái niệm thống kê cơ bản Để nghiên cứu sự biến đổi kiểu hình của các tính trạng số lượng, nhất thiết phải sử dụng các phương pháp của thống kê toán học. Đó là phương pháp lấy mẫu sao cho hợp lý, nghĩa là mẫu phải đủ lớn, mang tính ngẫu nhiên và đại diện; việc xử lý số liệu đòi hỏi phải sử dụng một số đại lượng hay tham số thống kê cơ bản. Dưới đây là một số tham số thống kê thông dụng của lĩnh vực Di truyền học số lượng: - Trung bình cộng (mean):
45 1n ∑ Xi X= n i =1 - Độ lệch chuẩn (standard deviation) bằng căn bậc hai của biến lượng: 1n ∑ (X i − X )2 S= n −1 i =1 - Sai số trung bình mẫu: m=±S/ n - Biến lượng hay phương sai mẫu (Vx hay S2, variance): 1n ∑ ( xi − x ) 2 vx = n − 1 i =1 - Hệ số biến thiên (Cv%, coefficient of variation): ( ) Cv = S / X x100 - Hệ số tương quan (r, correlation): n ∑(X − X ) (Yi − Y ) i i =1 r= (-1 ≤ r ≤ + 1) ; ⎡n ⎤⎡ n ⎤ ⎢∑ ( X i − X ) ⎥ ⎢∑ (Yi − Y ) ⎥ 2 2 ⎣ i =1 ⎦ ⎣ i =1 ⎦ - Phương pháp Khi-bình phương (Chi-square method) trong đánh giá độ phù hợp giữa các số liệu quan sát và kỳ vọng Nói chung, các số liệu thống kê thu được từ các thí nghiệm vốn sai khác ít nhiều so với các con số mang tính chất lý thuyết, tuỳ thuộc chủ yếu vào mẫu thí nghiệm và phương pháp lấy mẫu. Trong trường hợp đó, chúng ta băn khoăn không rõ liệu sự giả định "xấp xỉ" của chúng ta có thật chắc chắn không? Hay nói theo ngôn ngữ thống kê, "giả thuyết tương đồng H0 được chấp nhận hay bị bác bỏ", nghĩa là kết quả thu được có thật nghiệm đúng với tỷ lệ của một quy luật nào đó hay không? Để có được câu trả lời rốt ráo cho vấn đề này chỉ có cách là sử dụng trắc nghiệm Khi-bình phương (χ2-test). Đây là một công cụ toán thống kê thông dụng cho phép kiểm tra độ phù hợp giữa các trị số thực tế quan sát được (observed, ký hiệu: O) và các trị số lý thuyết được kỳ vọng (expected, ký hiệu: E) của một giả thuyết hay phân phối thực nghiệm khoa học nào đó, hoặc để kiểm tra tính độc lập của hai đại lượng ngẫu nhiên. Nhờ đó ta có thể rút ra quy luật, hoặc hiệu quả của hai phương pháp thí
46 nghiệm nào đó. Đứng về phương diện thực hành, phương pháp này được tiến hành đơn giản như sau: Bước 1: Đặt giả thuyết tương đồng H0 và sau đó tính trị số χ2 thực tế dựa theo công thức: χ2 = ∑ [(Oi − Ei)2/ Ei ] ; i= 1, 2,...,n. Bước 2: Tìm trị số χ2 lý thuyết bằng cách tra Bảng các giá trị của phân phối χ2α với k bậc tự do. Thông thường người ta sử dụng mức xác suất sai lầm P hay mức ý nghĩa α = 0,05 và k = n −1; trong đó n là số lớp kiểu hình và nó còn tuỳ trường hợp cụ thể. Mức α = 0,05 thường được dùng làm ranh giới phân chia giữa miền ấn định chấp nhận giả thuyết H0 và miền ấn định bác bỏ giả thuyết H0. Để tiện lợi, dưới đây nêu ra một vài trị số χ2α = 0,05 lý thuyết thông dụng ứng với một số bậc tự do k (Bảng 3.1). Bước 3: So sánh các trị số χ2 thực tế và lý thuyết. - Nếu như trị số χ2 thực tế nhỏ hơn trị số χ2 lý thuyết, tức là có mức xác suất P hay α > 0,05, giả thuyết H0 được chấp nhận. Nghĩa là kết quả thu được phù hợp với tỷ lệ được giả định. - Ngược lại, nếu như trị số χ2 thực tế lớn hơn hoặc bằng trị số χ2 lý thuyết, tức là có mức xác suất P hay α ≤ 0,05, giả thuyết H0 bị bác bỏ. Nghĩa là kết quả thu được không phù hợp với tỷ lệ được giả định. Ví dụ: Trong thí nghiệm lai một tính của Mendel, ở F2 thu được 705 hoa tím và 224 hoa trắng. Trên nguyên tắc, với hai kiểu hình ở F2 khiến ta có thể nghĩ tới một số tỷ lệ lý thuyết gần với nó như 2 : 1, 3 : 1 hoặc 9 : 7. Nhưng ở đây tỷ lệ "tím : trắng" thực tế là 3,15 : 1 nên tỷ lệ kỳ vọng hợp lý hơn cả là 3 : 1. Đó chính là giả thuyết H0 cần kiểm tra. Bây giờ ta có thể tính toán giá trị χ2 thực tế như sau: (Oi − Ei)2/ Ei Kiểu hình Số quan sát (Oi) Số kỳ vọng (Ei) 3/4 × 929 = 696,75 Hoa tím 705 0,098 1/4 × 929 = 232,25 Hoa trắng 224 0,293 χ2 = 0,391 Tổng 929 929 Bằng cách tra bảng các giá trị của phân phối χ2α = 0,05 với k = 2−1= 1 bậc tự do, ta tìm được trị số χ2 lý thuyết là 3,84. Vì trị số χ2 thực tế (0,391) nhỏ hơn trị số χ2 lý thuyết (3,84) rất nhiều, nên giả thuyết H0 hoàn toàn được chấp nhận. Nghĩa là kết quả thí nghiệm trên phù hợp một cách sít sao với tỷ lệ 3:1. Điều đó có nghĩa rằng sự sai khác giữa các số liệu thực và các con số lý thuyết tương ứng là rất không đáng kể, không có ý nghĩa về phương diện thống kê.