Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 9&10

Chia sẻ: Song Song Cuoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

235
lượt xem 72
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 9: 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) nhằm chuyển các gen có ích từ loại này sang loại khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 9&10

100 CHƯƠNG X LAI XA M c tiêu h c t p c a chương 1. Hi u ñư c h năng và ph m vi ng d ng c a lai xa (khác loài, khác chi) trong ch n gi ng. 2. Phân tích ñư c nh ng cơ ch sinh lý, di truy n c n tr quá trình lai xa 3. N m ñư c k thu t kh c ph c khó khăn khi lai xa. 1. Nh ng ng d ng c a lai xa Lai xa là lai gi a hai loài cùng m t chi (lai khác loài) ho c lai gi a hai loài thu c hai chi khác nhau (lai khác chi) nh m chuy n các gen có ích t loài này sang lo i khác. L i ích c th c a lai xa g m (Briggs và Knowles, 1967). 1) Chuy n gen mong mu n t loài t tiên hoang d i hay loài ho c chi có quan h h hàng sang các gi ng cây tr ng. ðó là các gen kháng sâu, kháng b nh, b t d c ñ c t bào ch t, gen ph c h i, kh năng ch ng ch u, v.v. 2) T n d ng s c s ng con lai nh ng loài nh t ñ nh, ví d như con lai khác loài bông; các loài cây th c ăn gia súc, như con lai gi a cao lương và c Sudan; cây sinh s n vô tính như mía và khoai tây. 3) T o ra các loài d ña b i m i, như triticale 4) Xác ñ nh m i quan h ti n hoá gi a các loài 2. Khó khăn khi lai xa Khó khăn ch y u trong vi c s d ng lai xa là hàng rào sinh s n do thi u hài hoà gi a các h th ng sinh lý ho c t bào, c n tr s trao ñ i (interchange) di truy n gi a hai loài. Trong nh ng trư ng h p ñó lai xa khó thành công vì nh ng lý do sau: 1. B t h p lai (không t o ra h p t F1): b t h p lai do không hài hoà trong h th ng sinh lý c a cây t các loài ho c các chi khác nhau c n tr s hình thành h p t F1. Ví d h t ph n không n y m m trên ñàu nh y, ho c ng ph n không xuyên h t vòi nh y, ho c giao t ñ c không k t h p v i tr ng m c dù ng ph n xuyên t i noãn. 2. F1 không có kh năng s ng: M t s F1 c a các t h p lai xa ho c không có kh năng s ng ho c quá y u do nh ng nguyên nhân sau ñây. - B t d c nhi m s c th : S khác nhau v c u trúc gi a nhi m s c th c a hai loài can thi p vào quá trình c p ñôi và phân chia nhi m s c th trong phân chia gi m nhi m do không hài hoà gi a hai genom khác nhau con lai xa. - Không hài hoà gi a gen c a loài này và t bào ch t c a loài kia: k t qu tương tác có th có h i ho c th m chí gây ch t. - Không hài hoà gi a ki u gen c a h p t F1 v i ki u gen c a n i nhũ ho c mô c a loài m . S k t h p c a hai genom, m t genom c a loài m và genom kia c a loài b khác có th t o ra hi u ng li u lư ng b t l i. 3. F1 b t d c: S b t d c nhi m s c th ho c s không hài hoà gi a genom b m , ho c genom c a loài này v i t bào ch t c a loài kia có th gây ra s b t d c c a F1. N u s b t d c ñư c gây nên b i m t ph c h gen ñ c thù ñư c g i là b t d c gen (b t d c con lai do gen). N u không có s c p ñôi c a nhi m s c th con lai, b t d c là k t qu c a phân chia không bình thư ng v s lư ng và t h p nhi m s c th c a giao t t các genom b m . m t s con lai xa, m c dù s c p ñôi và phân chia nhi m s c th x y ra bình thư ng, F1 v n b t d c do s khác nhau v c u trúc nhi m s c th . S tương tác gi a các genom khác nhau có th d n ñ n s lo i tr nhi m s c th c a m t Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………………91
101 trong hai genom b m h p t F1 trong quá trình phân chia nguyên nhi m c a phôi và cây trư ng thành s b b t d c cao ñ . S ñào th i nhi m s c th cũng có th do tính b t h p gi a genom c a loài này và t bào ch t c a loài kia 4. S suy như c c a con lai: Trong m t s trư ng h p có th thu ñư c con lai xa có s c s ng cao và h u d c nhưng cây F2 l i y u và b t d c. Hi n tương trên g i là s suy như c c a con lai hay s b t l c di truy n . S suy như c con lai có th do s k t h p các ño n nhi m s c th trong quá trình phân chia gi m nhi m F1 g m các khác nhau nh v c u trúc làm cho giao t m t ño n hay l p ño n tuy nh nhưng l i quan tr ng, do ñó các giao t m t kh năng s ng (con lai F1 b t d c). Tái t h p có th t o ra bào t F2 ho c các th h sau không bình thư ng, n u giao t b t thư ng thoát ñư c s ñào th i trong giai ño n giao t . Hi n tư ng này g i là s suy như c c a con lai th h F2. 3. Phương pháp kh c ph c khó khăn khi lai xa S trao ñ i di truy n gi a hai loài ch th c hi n ñư c n u kh c ph c ho c phá v hàng rào tr ng i v sinh s n. Nhà ch n gi ng có th áp d ng các phương pháp sau ñây. 3.1. C n tr trư c khi th tinh Ch n loài b m ñ lai Thông thư ng nhà ch n gi ng có ngu n gen ña d ng g m các gi ng tr ng tr t, t tiên hoang d i, h hàng. Nhà ch n gi ng c n sàng l c ngu n gen có ti m năng bi u hi n các tính tr ng mong mu n. Trư c h t c n ch n ngu n gen có quan h h hàng g n gũi nh t v i gi ng tr ng tr t (v a gen th c p). Cách t t nh t ñ xác ñ nh m i quan h gi a gi ng tr ng tr t và loài h hàng là d a vào s li u t các thí nghi m lai. Nghiên c u h th ng sinh h c c a các nhà phân lo i t bào h c k t h p v i các v n ñ ch n gi ng là cách t t nh t ñ xác ñ nh m i quan h . Nhà ch n gi ng ph i lai th nhi u t h p khác nhau S t h p lai Sau khi ch n l c ngu n gen làm b m , nhà ch n gi ng ph i lai th v i s lư ng l n. ði u này c c kỳ quan tr ng vì có s bi n ñ ng di truy n l n các gi ng tr ng tr t cũng như các loài hoang d i h hàng. Nhà ch n gi ng ph i tìm cách ñ th h t ph m vi bi n ñ ng trong ngu n v t li u mình có. Lai thu n ngh ch Lai thu n ngh ch ñ tìm hư ng lai có k t qu là r t c n thi t, ñ c bi t khi nhà ch n gi ng chưa bi t gì v các t h p b m . Tăng m c b i th : Nhân ñôi s nhi m s c th ñã ñư c ng d ng thành công trong các t h p lai gi a các loài khác nhau v m c b i th . K thu t s d ng ph bi n nh t là x lý côn xi xin. Lai gián ti p Khi nhà ch n gi ng không th lai hai loài tr c ti p v i nhau thì có th áp d ng phương pháp gián ti p. Phương pháp gián ti p g m m t lo t t h p lai có s tham gia c a gi ng tr ng tr t v i hai ho c ba loài hoang d i h hàng. M c dù gi ng tr ng tr t và m t loài tương h p lai nh t ñ nh không th lai tr c ti p v i nhau, các nhi m s c th c a genom ñư c t p h p trong cùng m t cơ th thông qua lai gián ti p. Tuy nhiên nhà ch n gi ng cũng ph i ti n hành lai th nhi u l n và sàng l c nh ng cá th t nh ng qu n th phân ly ñ duy trì các gen mong mu n c n ñư c chuy n. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………………92
102 C i ti n k thu t lai K thu t lai xa tương t như lai trongloài. Tuy nhiên nh ng c i ti n k thu t v kh ñ c và th ph n có th giúp nhà ch n gi ng kh c ph c nh ng hàng rào c n tr trư c khi th tinh trong nh ng trư ng h p nh t ñ nh. Các k thu t ñó g m: i) Ghép phôi: Ghép phôi h t ñang n y m m c a m t loài vào n i nhũ h t ñang n y m m c a loài kia. Ví d , l y phôi lúa mì ghép vào n i nhũ mì ñen ñ t o ra cây lúa mì. Nh ng cây này khi lai v i h t ph n mì ñen s t o ra s con lai cao hơn 5 l n so v i ñ i ch ng. ii) H n h p h t ph n: h n h p h t ph n có s c s ng bình thư ng nhưng không tương h p v i h t ph n tương h p nhưng m t s c s ng là m t bi n pháp kh c ph c s b t h p lai m t s loài (Mentor pollen), ví d các loài Poplar (Knox et al., 1972). iii) S d ng dung môi h u cơ: m t s loài tính b t h p gi a h t ph n và b m t vòi nh y c a loài khác có th b phá v b ng cách x lý ñ u n uy ho c h t ph n b ng dung môi h u cơ. iv) C t b ñ u nh y trư c khi th ph n: Khó khăn ñ t o ra con lai xa khoai tây (các loài Solanum do sinh trư ng ng ph n b c ch ) có th kh c ph c b ng cách c t b ñ u nh y và thay th b ng m t m u agar ch a ñư ng và gelatin. v) X lý ch t ñi u hoà sinh trư ng: m t s t h p lai xa h t ph n có kh năng n y m m trên ñ u nh y c a loài khác nhưng ng ph n sinh trư ng quá ch m trong vòi nh y làm cho tr ng b thoái hoá ho c hoa r ng trư c khi x y ra quá trình th tinh. Khó khăn này có th kh c ph c b ng cách x lý ch t ñi u hoà sinh trư ng ñ kích thích ng ph n ho c s phát tri n c a qu . Ch t ñi u hoà sinh trư ng cũng có th làm tăng t l s ng c a phôi sau khi th tinh. Ví d , lai gi a các gi ng lê lư ng b i và t b i thành công nh x lý b u nh y v i axit õ- naphthoxyacetic. vi) Cát ng n vòi nh y: C t ng n vòi nhu làm rút ng n kho ng cách ñ ng ph n ñ n ñư c noãn. Ví d cát ng n râu ngô khi lai ngô v i Tripsacum. vii) Dung h p t bào tr n: Dung h p t bào tr n (cong g i là lai xô ma) ñư c coi là m t phương pháp h u hi u ñ kh c ph c hàng rào sinh s n. viii) Lai v i s lư ng l n: Lai v i s lư ng l n cũng là bi n pháp kh c ph c hàng rào trư c khi th tinh. ð lai s lư ng l n nhà ch n gi ng ph i áp d ng k thu t kh ñ c và th ph n hàng lo t. N u có gen ch th , nhà ch n gi ng ch c n th ph n mà không c n kh ñ c, r i thu ho ch h t t cây m và sàng l c th h con ñ tách con lai. ix) Th ph n in vitro: Th ph n noãn trong ñi u ki n in vitro, trong khi lo i b hoàn toàn vòi nh y và các mô thành b u nhu , là m t phương pháp h u hi u khi vùng b t h p t p trung ñ u nh y, vòi nh y ho c b u. 3.2. C n tr sau khi th tinh S d ng hoóc môn sinh trư ng Trong nhi u trư ng h p h p t F1 ho c phôi non b m t do t l ñ u h t th p ho c phôi không phát tri n. Nhà ch n gi ng có th x lý hoóc môn sinh trư ng sau khi th ph n ñ gi hoa và kích thích ñ u qu . Ph n h n h p H n h p ph n c a loài khác v i loài tương h p cũng làm tăng t l ñ u qu . Ví d , n u hoa loài m có ba ñ u nh y trên m t hoa, hai ñ u nh y th ph n th ph n v i ph n c a các loài khác còn ñ u nh y kia th ph n v i cây tương h p cùng loài, s tăng t l ñ u qu . Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………………93
103 Nuôi c y phôi Trong trư ng h p h p t không phát tri n bình thư ng do n i nhũ m t kh năng nuôi dư ng phôi thì phôi có th nuôi c y trên môi trư ng nhân t o. Phương pháp này còn g i là c u phôi. Ghép Ghép cây con F1 lên cây bình thư ng c a m t trong hai loài b m làm tăng s c s ng con lai n u F1 không có kh năng s ng do di p l c không phát tri n ho c h th ng r phát tri n kém. 5) T o ña b i khác ngu n: Nhi u con lai xa thư ng b t d c cao. Có th kh c ph c tính b t d c b ng cách nhân ñôi s lư ng nhi m s c th c a F1 t o ra th ña b i th khác ngu n. 3.3. S suy như c F2 M t s con lai xa F1 phát tri n và h u d c bình thư ng, nhưng th h con l i gi m s c s ng và ñ h u d c, th m chí m t s không bình thư ng và b t d c. S b t d c có th do s m t cân b ng di truy n (Stebbins, 1958). Vì th , nhà ch n gi ng ph i gieo tr ng qu n th l n m i hi v ng t o ra nh ng t h p gen và nhi m s c th cân b ng. Lai l i nhi u l n v i b m h i giao cũng là m t trong nh ng phương pháp t o ra s cân b ng con lai. Ch ng h n bông, lai l i m t vài l n v i m t trong hai b m có th ph c h i hoàn toàn b m h i giao. 4. M t s thành t u lai xa cây ăn qu 4.1 H cam quýt: Tangelo H cam quýt (Rutaceae) có m t s lo i có qu ngon nh t th gi i, trong ñó có nhi u con lai gi a các loài. Tangelo (Hình 1.9) là con lai gi a bư i v i quýt. Gi ng tangelo tr ng r ng rãi Qu n San Diego là con lai t o ra gi a bư i (C. x paradisi) v i quýt (C. reticulata). B n thân bư i (C. x paradisi) là con lai gi a (C. maxima) v i v i cam (C. sinensis). Bư i Hình 1.9: Con lai gi a bư i (C. x paradisi) v i quýt (C. reticulata) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………………94
104 4.2 H hoa h ng (m n, mơ, ñào,v.v.) H hoa h ng (Rosaceae) g m nhi u cây ăn qu có ý nghĩa kinh t thu c chi Prunus. M i loài có r t nhi u gi ng khác nhau. các nhà th c v t h c ñã chuy n m t s loài thành các chi riêng bi t, g m Amygdalus (ñào) và Armeniaca (mơt). M t s lo i qu là ñào lông (P. persica syn. Amygdalus persica), ñào qu trơn còn g i là nectarine (m t gi ng khác c a f P. persica), m n (P. domestica), mơ (P. armeniaca syn. Armeniaca vulgaris),và anh ñào (P. avium and P. cerasus). M t s loài c a chi Prunus ñã ñư c lai v i nhau ñ t o con lai khác loài (Hình 2.9). ðó là con lai gi a ñào và mơ - peachcot (Prunus persica x P. armeniaca), con lai giưa anh ñào và mơ - cherrycot (P. besseyi x P. armeniaca), con lai gi a gi a m n và mơ - plumcot (P. domestica x P. armeniaca). M t s con lai có tên khác nhau tùy theo gi ng b m ñư c s d ng và m c ñ gi ng v i m t trong 2 b m .. Hình 2.9. Con lai gi a m n (Prunus domestica) và mơ (P. armeniaca) - Plumcot. Vì con lai gi ng m n nhi u hơn nên còn g i là "pluot." " TÀI LI U THAM KH O Fehr, W. R. 1987. Principles of cultivar development. Chapter 14: Interspecific hybridization. Macmillan Publishing Company. Agrawal, R. L. 1998. Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science Publishers, Inc. Câu h i ôn t p 1. Th nào là lai xa? 2. Khi nào nhà ch n gi ng c n ti n hành lai xa? 3. Khi lai xa g p nh ng khó khăn gì? t i sao? 4. Li t kê m t s phương pháp khác ph c khó khăn khi lai xa. 5. Hi n tư ng suy như c con lai F2 là gì? Cách kh c ph c như th nào? Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………………95
105 CHƯƠNG X NG D NG ðA B I TH VÀ ðƠN B I TH TRONG CH N GI NG M c tiêu h c t p c a chương 1. Hi u và phân tích vai trò c a c a ña b i th trong ti n hóa và kh năng ng d ng ch n gi ng cây tr ng. 2. N m ñư c ñ c ñi m chính c a các lo i ña b i th 3. Hi u ñư c phương pháp t o và s d ng ñơn b i th trong quá trình ch n gi ng 4. Phân bi t ñư c các lo i hình ña b i th , các con ñư ng hình thành ña b i th và phương pháp x lý nhân t o. 5. S d ng ña b i th trong s n xu t 1. ða b i th 1.1 Ý nghĩa c a ña b i th trong t nhiên và ch n gi ng M t cơ th s ng ñư c g i là ña b i th khi có t bào ch a trên hai b nhi m s c th cơ b n (b nhi m s c th cơ b n ký hi u x), nói cách khác s nhi m s c th là b i s c a x và l n hơn 2x, ví d , tam b i th (3x), t b i th (4x), l c b i th (6x), bát b i th (8x). ða b i th là hi n tư ng ph bi n th c v t, ñ c bi t là cây h t kín. 30% ñ n 70% cây h t kín tr ng thái ña b i (Grant, 1971; Goldblatt, 1980). Ph n l n s n ph m cây tr ng nu i s ng loài ngư i là nh ng cây ña b i, ví d như lúa mì, mía, khoai tây, khoai lang, vv. (B ng 1.10). M t s loài c a các chi có s nhi m s c th thay ñ i t o thành dãy ña b i, ví d các loài cà phê có s nhi m s c th là 22, 44, 66 và 88 ho c các loài thu c h cà có s nhi m s c th 24 và 48 . ði u ñó ch ng t r ng các d ng t tiên có s nhi m s c th cơ b n tương ng là 11 và 12 mà t ñó t o ra các d ng con cái có s nhi m s c th khác nhau. B ng 1.10: S nhi m s c th m t s cây tr ng Cây tr ng S nhi m s c th S nhi m s c th M c ña b i cơ b n (x) Lúa mì 7 42 6x Lc 10 40 4x Mía 10 80 8x Chu i 11 22,33 2x, 3x Khoai tây 12 48 4x Khoai lang 15 90 6x Bông 13 52 4x Táo tây 17 34, 51 2x, 3x Ngư c l i v i quá trình ti n hóa x y ra t t trong ñó các loài m i hình thành t nh ng qu n th cách ly, các loài m i cũng có th xu t hi n m t cách ñ t ng t. Cơ ch ph bi n nh t thông qua s hình thành các th ña b i t nhiên. M t khi m t th t b i xu t hi n trong qu n th nó có th lai v i các th t b i khác. T b i th cũng có th lai v i các th lư ng b i c a loài b m nhưng con cái t o thành ñ u b t d c. Hi n tư ng ñó t o ra “hàng rào sinh s n” gi a các th ña b i và loài b m - m t ñ ng l c quan trong ñ i v i s hình thành loài. Các nhà khoa h c cho r ng ý nghĩa ti n hóa c a ña b i th không ch do s làm giàu gen mà còn do s bi n ñ ng di truy n nh tăng kh năng tái t h p c a các th ña b i. Trong t nhiên t l ña b i b i th có tương quan v i vĩ ñ và ñ cao (B ng 2.10). Có nhi u quan ñi m khác nhau v m i quan h này, ho c là nhi t ñ c c ñoan (s c nhi t ñ ) c m ng ña b i, ho c là ña b i th có tính ñ m t t hơn th lư ng b i ñ ch ng l i các ñi u ki n khí h u Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….91
106 c c ñoan (l nh, h n hán...). Tuy nhiên, trong th c t nhi u cây tr ng nhi t ñ i d ng ña b i th . Quá trình ti n hóa c a loài là quá trình chuy n t lư ng b i sang ña b i th . Các nhà khoa h c cho r ng có m t s y u t t o ra ưu th thích nghi và ti n hóa c a ña b i th . Quan tr ng nh t có l là các th ña b i có tính d h p t cao hơn th lư ng b i. Ch ng h n, th t b i có b n alen m t locut, do ñó ñ d h p t là y u t chính quy t ñ nh kh năng sinh trư ng, năng su t và kh năng thích nghi . ða b i th khác ngu n có th có ñ d h p t cao hơn nhi u làm tăng s c s ng và ưu th lai c a th ña b i. M c dù ña b i th có ý nghĩa l n ñ i v i quá trình ti n hóa, vi c ng d ng ña b i th trong ch n t o gi ng v n còn r t h n ch so v i các phương pháp khác như lai gi ng hay t o gi ng lai. Nguyên nhân ch y u là trong nhi u trư ng h p các th ña b i nhân t o bi u hi n s r i lo n v cân b ng di truy n. Vì th ph i tìm ñư c phương pháp t o ña b i th phù h p, k t h p v i lai và ch n l c c n th n ñ i v i v t li u thô ña b i. B ng 2.10: Quan h gi a vĩ ñ và t l ña b i th trong qu n th c v t t nhiên (Tischler, 1936) Vùng Vĩ ñ ñ a lý T l ña b i th (%) Xi-xin 36-38 37,0 Hungari 44-49 48,6 Trung Âu 46-55 50,7 ðan M ch 54-58 53,5 Tây nam Greenland 60-62 74,0 ð o băng 63-66 71,2 Tây b c Alaska 68 59,3 Spitsbergen 77-81 74,0 ð o Peary 82-84 85,9 1.2 ða bôi th cùng ngu n (autopolyploid) ða b i th cùng ngu n hình thành do tăng b i s nhi m s c th c a cùng m t loài. ða b i th ñư c g i theo b i s c a b nhi m s c th cơ b n: ví d , th tam b i có ba b nhi m s c th (3x); th t b i có 4 b nhi m s c th (4x) a) ð c ñi m chung c a ña b i th cùng ngu n N u so sánh v i th h tu n thân lư ng b i ña b i th cùng ngu n có nh ng ñ c ñi m khác bi t sau: T bào l n hơn thư ng làm cho các cơ quan như qu , h t (r t có ý nghĩa n u qu là b ph n s d ng), hoa (có ích cây c nh, Hình 1.10), lá và thân (có ý nghĩa ñ i v i cây th c ăn gia súc. Lá dày hơn v i t l dài trên r ng nh hơn. B lá thư ng xanh ñ m và giòn hơn T bào bi u bì và khí kh ng lơn hơn, trong ñó t bào b o v ch a s lư ng s c l p nhi u hơn. Tăng s lư ng s c l p là m t ch tiêu có ích ñ phát hi n m c ña b i (ví d khoai tây, c ba lá). Ví d , khoai tây 2x có 10-15 s c l p; 4x có 18-24 s c l p. Hình 1.9: Hoa loa kèn tr ng t b i Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….92
107 H t ph n thư ng l n hơn v i nhi u l m m hơn. Sinh trư ng ch m hơn t t c các giai ño n sinh trư ng, chín mu n hơp và ñôi khi ra hoa ng n hơn và ít hoa hơn ð h u d c th ña b i cùng ngu n thư ng th p hơn th lư ng b i tương ng, do ñó kh năng s n xu t h t khó khăn gây khó khăn ñ i v i cây tr ng ph i gieo tr ng b ng h t. Tuy nhiên m c ñ h u d c còn ph thu c vào m c ña b i, ña b i càng cao b t d c càng l n; ña b i ch n có ñ h u d c cao hơn ña b i l (B ng 3.9). B ng 3.9: M i quan h gi a m c ña b i và ñ h u d c (ñ nhu m màu h t ph n) ña b i th cùng ngu n (Nishi và Mitsouka, 1969) M c ña b i x 2x 3x 4x 5x T l nhu m màu h t ph n (%) 4 95 52 78 31 ng ph n c a cây 4x thư ng sinh trư ng ch m hơn cây lư ng b i Th t b i cùng ngu n c a các loài lư ng b i t b t h p v i h th ng t b t h p giao t m t locut tr nên tương h p, trong khi ñó h th ng bào t và nhi u locut ph n ng t b t h p ch y u hơn so v i th lư ng b iác lo i ña b i th cùng ngu n (tam b i t b i, ...) và các ña b i th t nhiên b) Di truy n c a ña b i th cùng ngu n Tính di truy n c a ña b i th cùng ngu n tương ñ i ph c t p. S phân ly thay ñ i theo s c p ñôi c a nhi m s c th , m c ñ ña tr trong quá trình gi m nhi m, kho ng cách c a gen t tâm ñ ng và b n ch t và t n s b t chéo. Ví d , t b i th cùng ngu n (2n=2x) có b n nhi m s c th tương ñ ng. Theo nguyên lý , b n nhi m s c th tương ñ ng ñ u có th c p ñôi v i nhau do ñó trong quá trình gi m nhi m t i ña có x l n t tr ñư c t o thành. Tuy nhiên trư ng h p như vây ít khi x y ra. Ngoài t tr trong t bào m bào t có th t o thành nh ng hình th khác như tam tr + ñơn tr , hai lư ng tr ho c b n ñơn tr . Ph c t p hơn n u th ña b i cùng ngu n lo i cây có nhi u hơn 2 alen trên m t locut (ña alen), ví d : ba alen A1, A2, A3, A3; b n alen A1, A2, A3, A4. Tính ña alen là m t hi n tư ng có ý nghĩa trong ch n gi ng ña b i cùng ngu n, ñ c bi t trong m i quan h v i giao ph i c n huy t và ưu th lai. ð minh h a s phân ly m t tính tr ng c a cây lư ng b i và ña b i ñư c trình bày dư i ñây (Hình 2.10). c) Phương pháp t o ña b i th cùng ngu n T o ña b i b ng con ñư ng nguyên phân ða b i th cùng ngu n t nhiên ñư c hình thành t các loài lư ng b i khác nhau và chúng có nhi u ñ c ñi m có l i ho c mong mu n không có cây lư ng b i. ði u ñó ñã kích thích các nhà ch n gi ng tìm ra nh ng phương pháp ñ tăng nhân t o s nhi m s c th các loài cây tr ng lư ng b i. Các phương pháp c nh t d a vào th c t là trong quá trình gi m nhi m s phân chia nhi m s c th r t m n c m v i nh ng tác nhân như nóng, l nh, thu c gây mê, v.v. Khi s phân chia t bào không x y ra sau quá trình nguyên phân c a nhi m s c th , ch ng h n nhi t ñ t i h n, s nhi m s c th c a t bào s tăng g p ñôi. M t th c t khác là mô s o hình thành khi b ch n thương và ch i m c t mô s o y có s nhi m s c th tăng g p ñôi. Trong nh ng năm 1930, s phát hi n tác ñ ng c a conxixin ñ i v i quá trình phân bào là m t bư c nh y v t ñ tăng s nhi m s c th . X lý conxixin Conxixin – ch t alkaloid ñư c chi t xu t t t t c các b ph n c a cây Colchicum autumnale là m t tác nhân có hi u qu nh t ñ t o ra ña b i th b ng con ñư ng nhân t o. Conxixin tan trong nư c và t o ra t l t bào ña b i cao n ng ñ không ñ c v i nhi u Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….93
108 loài cây tr ng. Khí cư i (N2O) ñi u ki n áp su t cao (± 10 atm) và acenapthane có cùng tác ñ ng như conxixin. T t c nh ng ch t này ñ u là ch t ñ c ñ i v i thoi vô s c, làm s i thoi m t ch c năng. S phân chia nhi m s c th x y ra nhưng nhi m s c t không ñư c kéo v c c. giai ño n sau tâm ñ ng phân chia nhưng thành t bào m i không hình thành. Do ñó t bào m i có nhi m s c th trong nhân tăng g p ñôi. Quá trình phân chia nguyên nhi m như v y g i là phân chia conxixin (Levan, 1938). T bi Lư ng b i Po AA x aa AAAA x aaaa F1 Aa AAaa Giao t t o thành th h F1 0,5A; 0,5a 0,167 AA; 0,667Aa; 0,167aa 1A : 1a 1AA : 4Aa : 1aa T l phân ly th h F2 0,167AA 0,667Aa 0,167aa 0,5A 0,5a 0,167AA 0,0278 0,1111 0,0278 0,5A 0,25AA 0,25Aa AAAA AAAa AAaa 0,5a 0,25Aa 0,25aa 0,667Aa 0,1111 0,4444 0,1111 AAAa AAaa Aaaa 0,167aa 0,0278 0,1111 0,0278 AAaa Aaaa aaaa Các nhóm ki u gen th h F2 0,25AA 0,0278 AAAA (quadriplex) 0,50Aa 0,2222 AAAa (Triplex) 0,25aa 0,5000 AAaa (Duplex) 0,2222 Aaaa (Simplex) 0,0278 aaaa (Nulliplex) Hình 2.10: Phân ly ñơn tính con lai lư ng b i và t b i cùng ngu n V t li u x lý: Levan (theo Dewey, 1980) k t lu n r ng m t cây tr ng thích h p v i vi c c i ti n thông qua s nhân ñôi s nhi m s c th c n có ñ c ñi m sau: - s lư ng nhi m s c th th p - s n ph m thu ho ch là b ph n sinh dư ng - là cây giao ph n - ki u sinh trư ng lâu năm - có kh năng sinh s n sinh dư ng C n ph i t o ra m t s lư ng l n dòng t b i th t các ngu n lư ng b i ña d ng ñ ñ m b o s ña d ng alen trong chương trình ch n gi ng. Lai ñơn ho c lai kép các dòng 4x ña d ng di truy n là c n thi t ñ t o ra gi ng có ưu th lai t i ña. i) X lý h t: Thư ng s d ng dung d ch conxixin n ng ñ t 0,1-0,5% và th i gian x lý t 2 ñ n 24 gi . Có th x lý trư c ho c sau khi h t n y m m nhi t ñ x p x 27oC. Các y u t này có th áp d ng riêng l hay k t h p, tùy theo lo i cây tr ng và gi ng. ii) X lý các b ph n sinh dư ng: nh gi t conxixin ho c ñ t bông th m dung d ch conxixin lên ñ nh sinh trư ng (ho c m m nách, m t c , v.v.). Cũng có th x lý cành giâm trong th i gian 4-5 ngày r i sau ñó tr ng ho c ghép khi c n thi t. ði u quan tr ng m i trư ng h p là ch t ñ c ñ i v i s i thoi ph i có ho t l c trong t bào ñang phân chia. Chi ti t v x lý conxixin ñ i v i m t s cây tr ng ñư c cung c p trong b ng 4.10. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….94
109 B ng 4.10: X lý conxixin ñ t o ña b i th cùng ngu n m t s cây tr ng. Cây tr ng V t li u x lý N ng ñ Th i gian x lý (gi ) conxixin (%) Lúa mi n Cây con 0,1-1,0 Dung d ch ñư c ñưa vào mô dư i áp l c th p; r không ñư c ti p xúc v i dung d ch Bông v i ð nh ng n cây 0,08 X lý 12 gi ng t quãng ñ u ñ n con (4-5 lá) t cay Ht 0,1 8 ngày V ng Ch i sinh 0,4 Phun m i ngày 2 l n trong 3 ngày dư ng cách nhau Thu c lá Ch i sinh 0,4 T m dung d ch m i ngày 2 l n 10- dư ng ñang 15 phút, trong m t tu n sinh trư ng X lý conxixin ñ i v i các mô xô ma ñơn gi n, d làm và có hi u qu nhưng như c ñi m là s t o thành th kh m: mô có s nhi m s c th nhân ñôi và mô có s nhi m s c th b m bình thư ng có m t trên cùng m t cây. Thông thư ng mô bình thư ng sinh trư ng nhanh hơn và chèn ép mô ña b i. Vì th ph i thư ng xuyên lo i b mô bình thư ng t o cơ h i cho ch i ña b i sinh trư ng và phát tri n. X lý ñ nh sinh trư ng có th gi m thi u tính kh m v s nhi m s c th . Phương pháp t t nh t ñ tăng hi u qu c a conxixin và gi m thi u tính kh m là làm sao có nhi u t bào các giai ño n phân chia nguyên nhi m b ng cách x lý trư c v i 5-amono-uracil. X lý 5-amino-uracil ngăn ch n s t ng h p ADN nhưng không ngăn ch n s phân chia t bào ngay sau khi k t thúc x lý. Sau khi r a s ch 5-amino-uracil, ph n l n t bào s phân chia cùng m t lúc. B ng phương pháp này các nhà ch n gi ng ñã thành công trong vi c gi m thi u tính kh m ñ u ñ , ngô và hành tây. Nuôi c y mô Trong nh ng năm g n ñây vi c nuôi c y in vitro ñã tr thành m t công c h u ích ñ nhân ñôi s nhi m s c th , ví d thu c lá, khoai tây và nhi u cây tr ng khác. Tuy nhiên, ngư i ta v n chưa hi u h t cơ ch làm tăng s nhi m s c th trong quá trình nuôi c y. S nhân ñôi nhi m s c th có th x y ra thông qua dung h p t bào tr n, tuy nhiên k thu t này h u ích hơn ñ t o ña b i khác ngu n ho c lai xa. T t c nh ng phương pháp trên ñây liên quan t i quá trình ña b i hóa b ng con ñư ng nguyên phân, trong ñó m i nhi m s c th ban ñ u s có m t c ng s ñ ng d ng thông qua ña b i hóa. ði u này cũng có giá tr ñ i v i các gen (alen) trên các nhi m s c th ñó, ví d Aa AaAa; AA AAAA và aa aaaa, nhưng th h C1 không bao gi t o ra AAAa hay Aaaa. Nhân ñôi li u lư ng c a m i alen có th có l i ñ i v i m t s tính tr ng này nhưng l i không có l i ñ i v i m t s tính tr ng khác, ví d gi m ñ h u d c ñã nêu ph n trên. M c dù các b ph n sinh dư ng c a cây ña b i l n hơn và s c s ng cao hơn cây lư ng b i, nhưng năng su t sinh dư ng c a cây ña b i thư ng th p hơn. Nguyên nhân có th do ñ ñ ng h p t tăng (ñ c n huy t), ñ c bi t ñ i v i cây giao ph n và cây sinh s n vô tính d n ñ n suy thoái c n huy t. Vì v y v t li u ña b i thô sau khi x lý ph i ñư c ti p t c lai và ch n l c ng d ng ña b i th cùng ngu n trong s n xu t i) Dưa h u tam b i không h t: năng su t và ch t lư ng dưa h u tam b i cao hơn dưa h u lư ng b i; hi n ñư c ch p nh Nh t b n, Hoa Kỳ. Ph i gieo xen cây Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….95
110 lư ng b i v i cây tam b i làm cây th ph n trên ru ng s n xu t qu thương ph m (t l 1 lư ng bôi : 5 tam b i). ii) C c i ñư ng tam b i: c dài hơn và hàm lư ng ñư ng, năng su t ñư ng cao hơn iii) Nho t b i: qu to hơn và ít h t hơn iv) Cây t c ăn gia súc: năng su t c khô c 3 lá tam b i cao hơn lư ng b i v) Cây c nh: d ng hoa m i, hoa l n hơn, th i gian ra hoa kéo dài, hoa gi ñư c lâu hơn T o ña b i th b ng con ñư ng h u tính hay gi m nhi m T o ña b i th b ng con ñư ng h u tính hay gi m nhi m d a vào cơ ch giao t 2n. Nh ng giao t này có s nhi m s c th tương t như trong t bào xô ma c a cây. T n s giao t 2n ñư c ki m soát di truy n nhưng b nh hư ng m nh b i ñi u ki n ngoai c nh. Ví d , trong 5 v nghiên c u t l b ñôi (dyad - có 2 giao t 2n), b ba (triad –b ba có 1 giao t 2n + 2 giao t 1n) và b b n (tetrad - 4 giao t 1n) bi n ñ ng m nh các dòng khoai tây Solunum phureja. K t c u di truy n c a giao t 2n do giai ño n nhân ñôi nhi m s c th hay b i hoàn trư c ho c sau gi m ph n xác ñ nh. Tăng nhi m s c th trư c khi gi m nhi m: s tăng nhi m s c th do s b t thư ng trong quá trình phát tri n c a t bào m bào t (dung h p c a 2 t bào, di chuy n nhân, n i phân, v.v), th c ch t là s nhân ñôi nhi m s c th ki u nguyên phân. K t qu c a quá trình là: locut AA hình thành AAAA (quadriplex), locut aa t o thành aaaa (nulliplex) và locut d h p t Aa t o thành AAaa (duplex). Sau ñó t bào m bào t ña b i phân chia gi m nhi m bình thư ng t o ra t th , m i bào t 2n và cu i cùng là giao t 2n. Tăng nhi m s c th sau khi gi m nhi m: quá trình này x y ra khi hai bào t ho c giao t gi m nghi m dung h p v i nhau, ví d 2 nhân trong h t ph n ho c túi phôi. Vì t t c nhân trong m t h t ph n ho c trong m t túi phôi ñ ng nh t v di truy n, s n ph m dung h p là giao t 2n hoàn toàn ñ ng h p t . C hai cơ ch tăng s nhi m s c th trư c và sau gi m nhi m ch x y ra trong nh ng trư ng h p ngo i l . Tăng nhi m s c th b ng con ñư ng gi m nhi m: Hi n tư ng tăng s nhi m s c th b ng con ñư ng gi m nhi m ñư c chú ý nhi u là s b i hoàn s 2n sau khi x y ra s gi m nhi m t 2n nhi m s c th xu ng n. S tăng nhi m s c th qua con ñư ng gi m nhi m ñóng vai trò ch ñ o trong quá trình ti n hóa c a các th ña b i t nhiên (Skiebe, 1975) và ñư c nghiên c u nhi u chi, ch ng h n Solanum, Primula, Brassica, Saccharum và Alstroemeria. Giao t 2n hình thành thông qua s b t thư ng trong quá trình gi m nhi m; ch y u thông qua 2 phương pháp sau: i) Thông qua s gi m nhi m l n th nh t không ñ y ñ . S phân chia không k t thúc b ng cách t o thành thành t bào. Bình thư ng 2 nhóm nhi m s c th giai ño n trung kỳ II ñư c tách ra thành 4 nhóm nh s hình thành hai s i thoi ñ c l p. Ti p theo ñó, màng ngăn gi m nhi m cân b ng ñ o ñư c t o thành ñ t o ra t t . Thay vào vi c hình thành 2 s i thoi ñ c l p trung kỳ II, trong trư ng h p b t bình thư ng ch có m t s i thoi ñư c t o thành và ch chia nhi m s c th thành 2 nhóm, m i nhóm có 2n nhi m sác th . Hai nhòm này ñư c tách ra nh màng ngăn cân b ng và t o ra m t th hai (dyad). S b i hoàn s nhi m s c th do s phân chia l n th nh t không ñ y ñ ñư c g i là s b i hoàn phân chia l n th nh t. B i hoàn phân chia l n th nh t t o ra giao t 2n ñ ng nh t di truy n và gi ng cây m . ii) Thông qua s gi m nhi m l n th hai không ñ y ñ . ðây chính là quá trình n i phân nguyên nhi m c a hai nhân gi m nhi m hình thành t l n phân chia Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….96
111 th nh t bình thư ng – m i nhân phân chia ki u nguyên phân. Trong trư ng h p này ch màng ngăn cân b ng ñư c t o thành chia các nhân 2n ñ t o thành th hai. Ki u b i hoàn này g i là b i hoàn phân chia l n hai. B i hoàn phân chia l n th hai t o thành 2 giao t 2n khác nhau nhưng ñ ng h p t . 1.3 ða b i th khác ngu n (allopolyploidy) a) ð c ñi m chung c a ña b i th khác ngu n Khác v i ña b i th cùng ngu n, ña b i th khác ngu n hình thành do s tăng hai hay nhi u b nhi m s c th khác nhau (genom c a các loài hay các chi khác nhau). ða b i th khác ngu n ñư c t o thành do lai gi a các loài khác nhau r i sau ñó s nhi m s c th (hay genom) ñư c nhân ñôi. Các genom khác nhau thư ng ñư c ký hi u b ng chưa hoa (ví d , lúa mì AABBDD, s nhi m s c th lad xA + xB +...,v.v.. v i công th c chung là 2n = 2(xA + xB + ...). ña b i th khác ngu n lý tư ng, các nhi m s c th c a các genom khác nhau, ch ng h n A, B không c p ñôi v i nhau. Hơn n a n u nhi m s c th t n t i kép, chúng s t o thành các lư ng tr trong quá trình gi m nhi m và gi m nhi m di n ra bình thư ng như th lư ng b i. ða b i cùng ngu n như v y g i là song lư ng b i (amphidiploid). Tương t như ña b i th cùng ngu n, ña b i th khác ngu n t n t i trong t nhiên và là m t cơ ch t o ra các loài cây m i. Các loài h hàng hoang d i ña b i c a nhi u cây tr ng là các ña b i khác ngu n (B ng 5.10). Nhìn chung ña b i th khác ngu n (song lư ng b i) có ñ h u d c cao hơn ña b i cùng ngu n. Tuy nhiên ñ h u d c và tính n ñ nh c a song lư ng b i nhân t o ph thu c vào m c ñ tương ñ ng nhi m s c th gi a các genom c a các loài b m . B ng 5.10: M t s ña b i th khác ngu n t nhiên Loài cây Tên La tinh Các loài xu t phát Công th c genom ban ñ u Thu c lá 2n = 2(12 + 12) = Nicotiana tabacum N. sylvestris 48 (SSTT) Nicotiana rustica N. tomentosiformis Bông v i 2n = (13 + 13) = 52 Gossypium hirsutum G. aboreum (AADD) Gossypium G. raymondii barbadense Lc 2n = 10 + 10) = 40 Arachis hypogaea A. duranesis Loài khác chưa bi t B. (?) C id u 2n = (9 + 10) = 38 Brassica napus B. oleracea (CCAA) Brassica campestris Lúa mì 2n + (7 + 7 + 7) = Triticum aestivum T. monococcum, 42 (AABBDD) Aegilops speltoides, Aegilops squarosa Cà phê 2n = (11 + 11) = 44 Coffea arabica -- Hoa thư c 2n + ( 16 + 16) = 64 Dahlia variabilis D. merckii dư c D. coccinea Musa balisiana (BB) Chu i AAB ho c ABB Musa acuminato (AA) Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….97
112 b) T o ña b i th khác ngu n N u bi t ñư c các loài ho c các chi b m c a ña b i th khác ngu n t nhiên, nhà ch n gi ng có th tái t ng h p l i ñ tăng bi n ñ ng di truy n thông qua các phương pháp sau: Phương pháp 1 A ---- ---- - - - - - - B Các loài b m lư ng bôi AA và BB ... x ... A ---- ---- - - - - - - B 2n = 2xA 2n = 2xB A ---- ---- - - - - - - B Song ñơn b i b t d c 2n = xA + xB A ---- ---- - - - - - - B Song lư ng b i h u d c AABB ... ... A ---- ---- - - - - - - B 2n = 2(xA + xB) Phương pháp 2 A ---- ---- - - - - - - B Các loài b m lư ng bôi AA và BB A ---- ---- - - - - - - B X lý conxixin A ---- ---- --- ---B A ---- ---- --- ---B ... x ... T b i cùng ngu n A ---- ---- --- ---B A ---- ---- --- ---B A ---- ---- - - - - - - B T b i khác ngu n AABB A ---- ---- - - - - - - B Phương pháp 3 Phương pháp 3 s d ng giao t 2n hình thành do b i hoàn l n phân chia th nh t. i) AA x BB → AAB ( giao t 2n b m A) AAB x BB → AABB ( giao t 2n AAB lai l i v i BB) ii) AA x BB → AABB (giao t 2n AA và BB) Phương pháp 4 Dung h p t bào tr n c) ng d ng ña b i th khác ngu n T o ra các loài cây tr ng m i: Thành công c a ña b i th khác ngu n trong ch n gi ng còn r t h n ch . Trong th c t hi n nay có Triticale (song lư ng b gi a lúa mì và m ch ñen) và c m ch ñư c gieo tr ng m c ñ nh t ñ nh. Tái t ng h p các loài hi n có: Các nhà ch n gi ng ñã tái t ng h p các cây tr ng hi n có như c i d u (Brassica napus) t B. oleracea (2n = 2x = 18) và B. campestris (2n = 2x = 20) (Hình 3.10), lúa mì (=Triticum aestivum) t Aegilops speltoides, T. monococcum và Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….98
113 Aegilops squarosa (c 3 loài 2n = 2x = 14). Ngoài vi c tái t ng h p cây tr ng hi n có nhà ch n gi ng có th t ng h p các th ña b i khác ngu n m i, k t h p nh ng tính tr ng mong mu n t các b m khác nhau. Triticale là m t ví d (Hình 4.10). Triticale k t h p ñư c nh ng tính tr ng t t c a Triticum và Secale, ñó là năng su t và ch t lư ng c a lúa mì, kh năng ch u rét và tính kháng b nh c a m ch ñen. M t s ví d khác là: Festulolium (Lolium x Festuca) k t h p tính ch u rét, kháng sâu b nh c a c ñuôi trâu v i sinh trư ng s m và nhanh trong mùa xuân, ñ ngon , kh năng ch n ñ c a c m ch; Raphanobrassica (Raphanus x Brassica) k t h p kháng b nh r sưng c a c c i v i năng su t c a b p c i. . Hình 3.10: ða b i th khác ngu n Brassica napus tái t ng h p t b m lư ng b i có s c s ng cao hơn Hình 4.10: Triticale hay Triticosecale (C) – con lai gi a lúa mì m m (A. Triticum aestivum) v i mì ñen (Secale cereale) Kh c ph c c n tr khi lai xa: Lai xa thư ng g p khó khăn do s khác nhau v s nhi m s c th c a các loài b m , t o ra s m t cân b ng c a n i nhũ. Thông thư ng h t phát tri n bình thư ng n u t l nhi m s c th m và b là 2:1 n i nhũ (ñi u ki n bình thư ng cây lư ng b i). N u h t không th a mãn ñi u ki n ñó và t l trên càng xa thì s c s ng h t càng th p. ð kh c ph c hi n tư ng trên có th thay ñ i s nhi m s c th c a m t trong hai b m trư c khi lai. Ph c h i h u d c con lai xa: Trong nhi u trư ng h p con lai xa thư ng b t d c, do nhi m s c th không c p ñôi trong quá trình phân chia gi m nhi m. Nhân ñôi s nhi m s c th c a con lai s t o ra ña b i th khác ngu n (song lư ng b i) và ph c h i tính h u d c. Tăng kh năng kháng sâu, b nh và ñi u ki n b t l i: Tăng s nhi m s c th và li u lư ng gen có th tăng s bi u hi n và tăng n ng ñ c a các ch t chuy n hóa th c p và các hóa ch t phòng th . Ví d , c m ch t b i có kh năng kháng b nh t t hơn và nhi u cacbonhydrat c u trúc hơn c m ch lư ng b i. ða b i th khác ngu n có th k t h p ñư c s ña d ng kh năng s n xu t các hóa ch t phòng th t các loài khác nhau, t o ra kh năng kháng sâu, b nh r ng hơn d ng kháng b n v ng. Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….99
114 2 ðơn b i th 2.1 Ý nghĩa c a ñơn b i th trong ch n gi ng S lư ng nhi m s c th xô ma (2n) th c v t ñư c t o thành do s h p nh t c a hai giao t b và m , m i giao t ch a s lư ng ñơn b i hay n nhi m s c th . ðơn b i th là nh ng cơ th s ng hình thành t nhân có n nhi m s c th . Theo lý thuy t, ñơn b i th có th hình thành t t bào tr ng, tr bào và t bào ñ i c c t phía m ho c t nhân vô tính ho c c hai nhân h u tính t phía b . S sinh trư ng c a c a nhân ch a n nhi m s c th thành cây hoàn ch nh có th x y ra trong ñi u ki n in vivo (m u sinh và ph sinh) và ñi u ki n in vitro (nuôi c y bao ph n ho c ti u bào t và nuôi c y noãn). M t cây ñ ng h p t hoàn toàn ch t o ra giao t ñ ng nh t và ch m t lo i hình ñơn b i. Ngư c l i, m t cây d h p t t o ra nhi u lo i hình giao t khác nhau và do ñó các ñơn b i th khác nhau v di truy n. Nh ng nhóm ñơn b i th khác nhau t m t cây d h p t ñư c g i là “m u giao t ” c a cây. Vì v y, tính d h p t ñư c coi là bi n ñ ng di truy n n và bi u hi n khi ñơn b i hóa. ðơn b i th có th có th ch a các công th c genom khác nhau ph thu c vào m c b i th c a b m (B ng 6.10). S d ng ñơn b i th có th rút ng n nhanh quá trình ñ ng h p t hóa b ng cách chuy n t ñơn b i sang ñơn b i kép. M t s ưu ñi m khác c a ñơn b i th là: i) Cây ñơn b i bi u hi n t t c thông tin di truy n ra ki u hình; d dàng nh n bi t các alen n; kh năng kháng các ñi u ki n b t l i có th nh n bi t và ch n l c. ii) Có th phát hi n ñ t bi n cây ñơn b i, nh ng ñ t bi n không th truy n qua giai ño n phôi. B ng 6.10: Các lo i hình ñơn b i th hình thành t b m (cây tr ng) có s nhi m s c th khác nhau. Cây tr ng Công th c genom ðơn b i th t o Công th c thành genom Cây tr ng lư ng b i 2n = 2x ñơn ñơn b i 2n = x (lúa, ngô) T b i cùng ngu n 2n = 4x nh ñơn b i cùng 2n = 2x (khoai tây, c mêdi) ngu n L c b i cùng ngu n 2n = 6x tam ñơn b i cùng 2n = 3x (c timothy) ngu n T b i khác ngu n 2n = 2(xA + xB) nh ñơn b i khác 2n = xA + xB (bông, l c) ngu n L c b i th khác 2n = 2((xA + xB + xC) tam ñơn b i khác 2n = xA + xB + ngu n Lúa mì, ki u ngu n xC m ch) 2.2 T o ñơn b i th Ngu n g c và c m ng ñơn b i th không ph thu c vào loài, chi ho c h c th . Ngư i ta ñã phát hi n ñư c ñơn b i th kho ng 250 loài c a 25 h , trong ñó 60% là th ñơn dơn h i và 40% là ña ñơn b i. a) Phương th c hình thành ñơn b i trong ñi u ki n in vivo Phương th c hình thành in vivo khác nhau r t l n, nhưng ñ u có m t ñi m chung là chúng hình thành sau khi t th ho c gaio ph n. Vì v y, ñơn b i th hình thành trong m t qu n th h n h p và chúng ph i ñư c ch n l c. Các quá trình sau ñâu có th d n ñ n s t o thành cây ñơn b i. i) M u sinh (th tinh gi ) Trong quá trình m u sinh t bào ñơn b i c a túi phôi páht tri n thành bào t th (cây hoàn ch nh). Trong trư ng h p ñó th tinh c a nhân th c p c a túi phôi v n x y ra do ñó n i nhũ ñư c t o thành nuôi s ng phôi ñơn b i. Phương th c này ñã ñư c nghiên Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….100
115 c u ngô lư ng b i, khoai tây t b i cùng ngu n và cây c medi v m t t bào h c cũng như quan ñi m ch n gi ng. Th ñơn ñơn b i: x y ra trong th h con ch u c a các t h p lai trong loài gi a các b m lư ng b i v i t n s khác nhau: 0-3% ngô (Chase, 1969), 0,01-1,8% cocoa (Dublin, 1978). T n s x y ra ph thu c vào ki u gen c a b m và các y u t môi trư ng và có th ch n l c t n s cao. Coe (1959) ñã ch n ñư c m t dòng ngô có th t o ra 3% ñơn ñơn b i th . các th ñơn ñơn b i nhi s c th không c p ñôi trong quá trình gi m nhi m. Giao t t o thành có s nhi m s c th l ch và b t d c. Ch sau khi nhân ñôi s nhi m s c th m i t o ra th lư ng b i ho c song lư ng b i h u d c hoàn toàn ñ ng h p t . Nh ñơn b i: là nh ng ñơn b i th hình thành t cây cây t b i cùng ngu n. Có th t o ra nh ñơn b i t cây t b i cùng ngu n b ng cách th ph n m t ki u gen nh t ñ nh c a loài lư ng b i thân thu c (lai khác loài). Ví d khoai tây, loài th ph n lư ng b i là Solanum phureja, c medi là Medicago falcata. Lai 4x v i 2x s t o ra th h con cái là con lai và nh ñơn b i. Nh ñơn b i có 2x nhi m s c th và thư ng d h p t (cây m d h p t cao). ii) Ph sinh Trong trư ng h p ph sinh quá trình th tinh di n ra bình thư ng. N i nhũ phát tri n, nhưng t bào tr ng có ngu n g c t genom cây m b nhân b ñ y ra ngoài và nhân b g n vào t bào ch t m r phát tri n thành bào t th ñơn b i. Th ñơn b i ph sinh, ví d ngô, ch ch a x nhi m s c th t cây b nhưng t bào ch t t cây m . N u m ch a b t d c t bào ch t ñư c dùng ñ t o ra ñơn b i thì ch trong m t bư c có th thu ñư c t bào ch t b t d c và nhân c a b , mà bình thư ng ph i m t 6-7 thê h h i giao. T n s ñơn b i ph sinh ph thu c vào các loài và thư ng là th p, ch ng h n ngô 1 trong 80.000 cây, qua th p ñ có th ng d ng trong th c t . M t khó khăn n a là ñ phát hi n cây ñơn b i ph sinh ch th di truy n là c n thi t trong ñó b ñ ng h p t l n còn m ñ ng h p t tr i. iii) Lo i tr nhi m s c th Lo i tr hoàn toàn genom c a m t trong 2 b m con lai s d n ñ n ñơn b i. Lo i tr nhi m s c th ñư c phát hi n chi ñ i m ch Hordeum (lange, 1971; Kasha và Kao, 1970) và m t s gi ng lúa mì lai v i Hordeum bulbosum (Barclay, 1975). Thu nh n th ñơn b i ñ i m ch b ng cách lai Hordeum vulgare v i H. bulbosum. Th tinh kép di n ra bình thư ng c hai chi u lai thu n ngh ch, nhưng nhi m s c th c a H. bulbosum b ñào th i kh i n i nhũ và phôi. . S lo i tr nhi m s c th x y ra r t s m và ph thu c vào vi c s d ng H. bulbosum là b hay làm m . Do ñó n i nhũ m t kh năng s ng nên ph i nuôi c y phôi trong ñi u ki n nhân t o. Cây ñơn b i ñư c x lý v i conxixin ñ t o ra cây ñơn b i kép. b) T o ñơn b i th trong ñi u ki n in vitro ð t o cây cây ñơn b i trong ñi u ki n in vitro có th nuôi c y b u và noãn không th tinh và nuôi c y bao ph n, h t ph n. Nuôi c y noãn ñ t o ñơn b i ñã ñư c s d ng thành công ñ i m ch, lúa mì, c c i ñư ng và hoa ñ ng ti n. Tuy nhiên phương pháp này ít có tri n v ng vì chi phí cao. Năm 1964 Guha và Maheswari là nh ng ngư i ñ u tiên bi t hóa mô s o Datura innoxia thành cây và b ng phương pháp ñó h ñã thu nh n ñư c cây ñơn b i t h t ph n thông qua nuôi c y bao ph n. Ti p sau ñó là nuôi cây bao ph n thành công thu c lá và lúa nư c (Bourgin và Nitsch, 1967; Niizeki và Oono, 1968). Ngày nay phương pháp nuôi c y bao ph n là m t phương pháp có hi u qu nh t ñ t o ra các th ñơn b i, ñ c bi t thu c lá, khoai tây, cà chua, lúa nư c, lúa mì, petunia, cây th p t , hoa ñ ng ti n, c ba lá. Nhi u gi ng cây tr ng ñơn b i kép ñư c ñưa vào s n xu t thông qua t o ñơn b i b ng con ñư ng nuôi c y bao ph n và h t ph n (B ng 7.10). Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….101
116 Phương pháp: Kh trùng bao ph n non r i ñưa vào môi trư ng nuôi c y nhi t ñ thích h p (kho ng 28oC). Nhi u y u t nh hư ng t i s thành công trong nuôi c y bao ph n, ví d thành ph n môi trư ng (ph thu c loài cây, giai ño n phát tri n c a bao ph n), giai ño n ti u bào t khi nuôi c y, ñi u ki n x lý trư c khi nuôi c y. Nitsch và Norreel (1973) phát hi n là n u hoa c a Datura innoxia x lý l nh (48 gi , 3oC) trư c khi nuôi c y bao ph n thì k t qu nuôi c y t t hơn nhi u. Ngư c l i Brassica napus và B. campestris x lý nóng trư c khi nuôi c y bao ph n k t qu l i t t hơn (Keller và Amrstrong, 1978). B. napus nuôi cây bao ph n có k t qu n u ñ cây nhi t ñ 30oC trong 14 ngày r i nuôi c y bao ph n 25oC. Kh năng nuôi c y bao ph n cũng ph thu c vào ki u gen c a v t li u nuôi c y. Ch ng h n, lúa nư c kh năng t o nuôi c y loài ph Japonica t t hơn loài ph Indica. B ng 7.10: Nuôi c y bao ph n và các gi ng cây tr ng ñơn b i kép ñư c s d ng trong s n xu t. Cây tr ng Phương pháp nuôi S dòng ñơn b i Gi ng nh ñơn b i c y ñư c s d ng kép t o ra hàng năm trong s n xu t Báp c i Nuôi c y ti u bào t > 10.000 + Nuôi c y h t ph n C ci Nuôi c y ti u bào t > 10.000 + Nuôi c y h t ph n ð i m ch Nuôi c y ti u bào t > 10.000 + Nuôi c y h t ph n Lai xa Lúa mì Nuôi c y ti u bào t > 10.000 + Nuôi c y h t ph n Lai xa Lúa nư c Nuôi c y h t ph n > 1.000 + t Nuôi c y h t ph n > 1.000 + TÀI LI U THAM KH O Agrawal, R. L. 1998. Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science Publishers, Inc. Borojevic, S. 1990. Principles and methods of plant breeding. Elsevier Science Publishers. Câu h i ôn t p 1. Th nào là b nhi m s c th cơ b n? 2. ða b i th trong t nhiên hình thành như th nào? Nêu ví d ? 3. S khác nhau gi a ña b i th cùng ngu n và ña b i th khác ngu n? 4. T i sao có th s d ng conxixin/oryzalin ñ nhân ñôi s nhi m s c th ? Nh ng ñi m gì c n lưu ý khi x lý t o ña b i th b ng conxixin? 5. ð c ñi m c a ña b i th cùng ngu n? Nguyên nhân hình thành các ñ c ñi m ñó? 6. Kh năng ng d ng ña b i th cùng ngu n trong ch n gi ng? 7. ð c ñi m c a ña b i th khác ngu n? 8. So sánh các phương pháp t o ña b i th khác ngu n (kh năng ti n hành)? 9. Có th ng d ng ña b i th khác ngu n như th nào trong ch n gi ng? 10. ðơn b i th và ưu ñi m c a ñơn b i th trong ch n gi ng? 11. T o ñơn b i th như th nào? Mô t m t phương pháp c th ? 12. Ưu ñi m c a phương pháp t o ñơn b i th b ng nuôi c y bao ph n/h t ph n? Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…..……………….102