Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 6: Chọn giống bông và mía

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/17/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Chương 6 CHỌN GIỐNG BÔNG VÀ MÍA • 6.1.2 Nguồn gốc, phân loại và đa dạng a) Nguồn gốc • Cây bông (Gossypium sp.) thuộc chi Gossypium do Linneaus đã đặt tên ở giữa thế kỷ 18, họ Malvaceae, bộ Malvales và tộc Gossypieae (Smith 1995) • nơi phát sinh chi Gossypium còn chưa rõ, nhưng Trung tâm sơ của chi này là Tây - Trung và Nam Mexico (18 loài), Đông Bắc Phi và Arabia (14 loài) và Úc (17 loài). Một số tác giả cho rằng nguồn gốc tổ tiên cách đây khoảng 60 – 100 triệu năm trước đây ở kỷ phấn trắng hoặc đầu kỷ thứ 3. Sự lai giữa genom A và D trước khi phát tán đến Nam Mỹ và lục địa châu Phi b) Phân loại và đa dạng • Bông có mức độ đa dạng cao, chi Gossypium có 43 loài trong đó 37 loài lưỡng bội (2n = 2x = 26) và 6 loài tam bội (2n = 4x = 52). Điều này trái ngược với Fryxell (Fryxell, 1992) liệt kê 50 loài, hay các tác giả khác (Percival và cs., 1999; Brubaker và cs., 2002) liệt kê có 49 loài nhưng chỉ có 5 loài tam bội • Phân loại theo đặc điểm di truyền: Hiện tại bản đồ gen của G. barbadense và G. hirsutum đã được xây dựng. Trong chi bông có 5 hệ gen (genom) khác nhau, kí hiệu là A, B, C, D, E và F (bảng 6.2) được xác định tương ứng với độ lớn nhiễm sắc thể khi phân chia Meiosis. Số nhiễm sắc thể cơ bản của bông là 13. Hầu hết (45) trong 60 loài được biết đến là lưỡng bội có 2n = 26 • Màu sắc hoa do 2 gen kép Y1Y2 kiểm soát (trừ G. darwinii). Ytkiểm vàng cánh hoa • Bông có thể phân.thành 2 nhóm chính là bông cổ (2n = 26), bông • Bất dục đực CMS ở bông tứ bội do gen Ms4 trội nên bất dục hoàn (Meyer, 1975), CMS-hir, CMS-D8, CMS-D4, và CMS-C1. Dòng phục hồi CMS-D2-2 là D2 phục hồi (s) từ genom của G. harknessii 6.1.5 Đặc điểm thực vật và một số tính trạng kinh tế ở cây bông • Cây bông (Gossypium) có 40 loài nhưng trong đó chỉ có 4 loài được trồng có giá trị kinh tế như là cây trồng để lấy sợi. Bông trồng trọt là • thân gỗ, chiều cao cây bông trồng lấy sợi khoảng từ 0,6 đến 1,5 m. • Bông có 1 thân chính, thân có nhiều cành. Cành bông có 2 loại: cành đáng kể • bông xoay quanh thân, có từ 3 đến 7 thùy 6.1 CHỌN GIỐNG BÔNG 6.1.1 Mở đầu • cây lấy sợi quan trọng của thế giới và có giá trị thương mại cao nó được trồng thương mại ở các vùng nhiệt đới và ôn đới ở hơn 70 nước trên thế giới. Các nước chủ yếu như Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, • G. hirsutumvàiG. barbadense là loài trồng trọt chính, ước tính bông G. barbadensechiếm xấp xỉ 5% (Wu và cs., 2005). • Ở Việt Nam, cây bông đã có từ lâu, cách đây khoảng 600-700 năm 1945-1954, và hình thành những vùng trồng bông tập trung ở các tỉnh Thái Bình, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Phú Yên, Bến Tre,v.v... • Thực trạng sản xuất bông vải của Việt Nam hiện nay chỉ đáp ứng được 1,5% nhu cầu, mặc dù Việt Nam có những điều kiện tốt tiêu thụ khoảng 400.000 tấn bông mỗi năm nhưng chỉ sản xuất 5.000 tấn với diện tích 12.000 hécta 6.1.3 Đa dạng di truyền • Quỹ gen về cây bông được xây dựng từ lâu ở các nước trồng nhiều bông như Mỹ, Ấn Độ, Liên Xô (cũ), Pakistan, Brazil, Trung Quốc, v,v. Đặc biệt Viện nghiên cứu cây trồng VIRithuộc Liên bang Nga đã thu cứu, bảo quản trên 6.000 mẫu giống bông (Lemeshev, 1987).ên • trung tâm Bông Nha Hố đã thu thập, nghiên cứu, bảo quản được giống.bông Hải Đảo, và 1.215 giống bông luồi, Các mẫu giống thu thập từ các nguồn,địa phương và nhập nội từ Ấn Độ, Liên Xô (cũ), 6.1.4 Di truyền một số tính trạng của cây bông • Cây bông là “cây tự thụ phấn” nhưng khả năng giao phấn ngoài khá cao nên một giống bông có thể có tỷ lệ cây dị hợp tử cao, điều này không đặc trưng cho loài cây tự thụ. • Bất dục đực di truyền và bất dục đực tế bào chất (CMS) được xác định ở cây bông tứ bội. Gen trội Ms ở biểu hiện bất dục hoàn toàn ở cây bông (George Acquaah, 2009). • Hoa bông được hình thành từ nách lá của thân hoặc cành. Hoa bông lưỡng tính. Hoa bông có 3 lá đài xuất hiện sớm và khá lớn, lá đài có màu xanh và xẻ thùy sâu. Cánh hoa lớn, có màu trắng, màu kem, vàng, da cam, đỏ, nâu hoặc tím, 5 cánh hoa tách rời ở phía trên nhưng gắn liền với nhau ở phần gốc nơi tiếp giáp với bầu hoa. Bầu hoa bông rất lớn nằm giữa hoa, vòi nhụy vươn cao. Nhị gồm nhiều bao phấn (mỗi hoa có khoảng 100 bao phấn), chỉ nhị gắn vào ống nhị bao quanh vòi nhụy. Phấn bông lớn, có hình cầu, bề mặt phấn phủ nhiều gai nhỏ, nhờ những gai này phấn bông dễ dàng bám vào nhuỵ hoặc vào thân côn trùng Cấu tạo hoa bông (a) hoa loài G. hirsutum (nguồn Ritchie 1 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/17/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Xơ bông chính là biến dạng của tế bào biểu bì của hạt. Sau khi thụ tinh xơ bông trưởng thành cùng với hạt và quả. Khoảng 15 -20 ngày sau khi nở hoa, xơ bông đạt độ dài tối đa. Khi quả chín, xơ bông khô, có dạng sợi xoắn nhưng vẫn bám chắc vào vỏ hạt. Muốn tách xơ ra khỏi hạt phải dùng máy, hoặc dụng cụ cán tay để tách. 6.1.7. Chọn giống bông thuần a. Nhập nội giống b. Lai hữu tính Phương pháp 1: Phương pháp lai trong loài: Năm Địađiểm Thế hệ Tiến trình/ vườn thí nghiệm Thu hoạch Chọn lọc 1 Scott, MS F0 Tạotổ hợp lai không 1 Costa Rica F1 Theo hàng đơn bulk, không 2 F2 Chọn lọc quần thể bulk, thí nghiệm năng suất bulk,cải tiến, hơn 300 cây riêrng Chọn băng mắt thường, một vài chục ở F2 quần thể 2 F3 Quần thể bulk Chọn quả từ 200 câytự thụ Chọn băng mắt 3 F3,4 Quần thể bulk, 7 ft Trồngtheo hàng, Chọn 2 cây/mỗi hảng Chọn cẩnthận, chất lượngsợi 4 F4,5 Quần thể bulk, 27, ft2 lầnnhắc lại Bulk, hàng Chọn cẩnthận, Nsuất, chất lượngsợi 5 Scott, Win- F4,6 Kiểmtra lặplại Thu hoạch bulk, tăng chọn lọc, N suất, chất lượng sợi,chất lượngbông terville,MS 6 Threemid-south locat. F4,7 Kiểmtra lặplại,bắtđầunhân rộng Thu hoạch bulk, tăng chọn lọc, N suất, chất lượng sợi,chất lượngbông 7 Advancetest. Prog. F4,8 Kiểmtra lặplại, Thu hoạch bulk, tăng chọn lọc N suất, chất lượng sợi,chất lượngbông Chọn giống bông kháng sâu bệnh 6.1.6. Mục tiêu chọn tạo giống bông Mục tiêu lấy sợi làm vải • Năng suất cao • Tỉ lệ xơ cao • Các tính trạng nông học tốt • Chất lượng xơ tốt, chiều dài, độ dai, độ mịn và màu sắc • Tỉ lệ xơ và chất lượng xơ là những mối quan tâm nhất của kỹ nghệ chế biến bông vải Mục tiêu lấy sợi làm chỉ • Chiều dài xơ và độ bền xơ, độ đều, độ chín, độ mịn xơ. Mục tiêu khác • Giống bông lai kháng sâu, bệnh • Khả năng thích nghi khá tốt với điều kiện canh tác và khí hậu của vùng • Chọn tạo giống bông không có hợp chất polyphenol (Gossypol) trong hạt • Xác định vùng sản xuất bông truyền thống, ổn định • Chọn giống bông ngắn ngày, năng suất cao để trồng 2 vụ • Đưa ra quy trình thích hợp vùng về thời vụ, mật độ, trồng xen cây khác Phương pháp 2: Phương pháp lai khác loài - Lai xa • Lai xa giữa các loài khác nhau về số lượng nhiễm sắc thể (2x và 4x) thường rất khó khăn, Hạt lai thường bị rỗng do phôi chết sớm, quả lai thường rụng sớm, nếu thu được kết quả thì con • lai F1 cũng thường bất dục • Để khắc phục hiện tượng không kết hạt khi lai xa đầu tiên phải tạo điều kiện tốt cho cây mẹ trong và sau khi lai như chế độ dinh dưỡng, nhiệt độ, ánh sáng v,v,.. Để đảm bảo an toàn cho quá trình thụ phấn, thụ tinh và phát triển của phôi, quả. Lựa chọn giống thích hợp để lai khác loài nhiều khi cho hiệu quả hoàn toàn khác nhau. • Khắc phục hiện tượng bất dục ở con lai F bằng cách lai lại, hoặc tạo con lai đa bội khác nguồn, Ở Uzbekistan đã tạo giống con lai giữa các loài có số nhiễm sắc thể khác nhau như sau: G. arboreum x G. thurberi (cùng có 2n = 26), Con lai F được đa bội hóa (2n = 52) lai tiếp với G. hirsutum (2n = 52), Con lai ba này có độ bền xơ cao nhất trong các giống đang sản xuất tại vùng Trung Á thuộc Liên Xô (cũ), Ở Bờ Biển Ngà cũng trồng phổ biến các giống lai ba khác loài là HAR (hirsutum x arboretum x raimondci) và ATH (arboretum x thurberi x hirsutum). Các giống này có năng suất, tỉ lệ xơ và chất lượng xơ đều cao 6.1.8. Chọn giống bông ưu thế lai Đánh giá tính kháng sâu bệnh trên đồng ruộng Tổ hợp lai F1 F2 Đánh giá tính kháng sâu bệnh trong phòng Các dòng mang tính kháng sâu bệnh mong muốn Tự thụ Thử bằng kháng sinh Kiểm tra bằng PCR/SSR a. Chọn lọc dòng thuần có khả năng cho ưu thế lai cao • Lai các giống trong loài cũng như lai khác loài ở bông đều có biểu hiện ưu thế lai. Nhiều cặp lai trong loài bông luồi đã cho ưu thế lai cao về năng suất. Lai giữa bông luồi và bông Hải Đảo, Manxurov (1978) đã thu được con lai Vakh-1 và Vakh-2 có thời gian sinh trưởng ngắn hơn bố mẹ từ 8-11 ngày, năng suất bông hạt tăng so với bố mẹ từ 60 - 70%. • Giống bông ưu thế lai (thường gọi tắt là giống bông lai) được sử dụng khá phổ biến ở các nước trồng bông. Năm 1968, Ấn Độ là nước đầu tiên sử dụng thành công giống bông ưu thế lai trong sản xuất Hybrid - 4 có tiềm năng năng suất 100 tạ/ha. Với các giống bông lai và các tiến bộ về giống nói chung trong 1 thời gian ngắn đã đưa năng suất bông trung bình trong cả nước Ấn Độ lên gấp đôi (Singh, 1983). • Quần thể con lai trong sản xuất sử dụng như một giống, con lai F không những phải vượt trội hơn bố mẹ mà còn phải vượt trội hơn cả giống tốt đang được sử dụng trong sản xuất. b. Bất dục đực và phát triển dòng bất dục đực Hình 6.4 Sơ đồ chọn tạo giống Bông kháng sâu bệnh (Viện Nghiên cứu Bông và Phát triển NN Nha Hố, 2011) 2 7/17/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Bất dục đực di truyền nhân (GMS) • Hiện nay, mười sáu gen bất dục di truyền nhân đã được nhận biết ở bông tứ bội, trong đó 13 gen ở loài G. hirsutum và 3 ở loài G. barbadense. Hai gen bất dục di truyền nhân trong loài G. arboreum và allele lặn MS12l nằm trên các locus khác là viz. msl, ms2, ms3,1 msl3, msl4 (Dong A), msl5 (Lang A) và msl6 Bất dục đực tế bào chất (CMS) • Đây là dạng bất dục đực được nghiên cứu và sử dụng từ khá lâu và ứng dụng rộng rãi nhất. Tại bang Missisipi -iMỹ, người ta đã tìm thấy Gây chết phấn bằng sử dụng hóa chất • Một số hóa chất độc ở lưu lượng thấp có thể gây chết các tế bào mẹ hạt phấn cũng như chính phấn hoa, nhưng không ảnh hưởng tới túi phôi. Thường được dùng nhất là cácihợp chất của Asen (As), ví asenat kẽm (CH3AsO2Zn), asenat oxit (As2O2)… • Đánh giá khả năng tổ hợp b. Chọn tạo giống bông chuyển gen • Nội dung chủ yếu của phương pháp này là dùng kỹ thuật ADN tái tổ hợp đưa vào genom của cây bông, các gen qu{ mà nó chưa có như gen kháng sâu bệnh, gen chín sớm, gen chống chịu các điều kiện nguồn gen nhân tạo. • Năm 1994, L.N. Trilonder và R. D. Allel (Mỹ) đã cấy gen chống chịu điều kiện bất lợi vào genom bông; B. R. Lyon đã cấy gen kháng vi khuẩn Bassilus Troensis gây bệnh thối nhũn vào genom bông luồi ở • khuẩn Agrobacterium(Zapta và cs., 1999). Năm 1987, Agracetus là công ty đầu tiên sử dụng quy trình này để chuyển gen nptII và gen cat vào 2 giống bông luồi (Coker 310 và Coker 312) và đã thu được (1990) là những người đầu tiên chuyển gen Bt (Bacillus thugineneis) • Gen Bt phổ biến toàn cầu là CryIAc đã được chuyển vào giống Coker đặt tên là bông Bollgard (giống này được chuyển gen Bt thông qua vi khuẩn Agrobacteriumtumerfaciens) 6.2 CHỌN TẠO GIỐNG MÍA 6.2.1 Nguồn gốc, phân loại và đa dạng di truyền a) Nguồn gốc • Cây mía (Saccharum spp.) có nguồn gốc từ New Guinea. Nó được đưa vào hệ thống trồng trọt từ vùng Đông Nam Á, Ấn Độ đến đảo Fiji và Hawaii từ năm 500 - 1100 sau công nguyên. Vào thế kỷ thứ VI, mía được trồng ở Iran và Iraq, người Ai cập đã đưa cây mía sang Hy Lạp trồng và phát triển sang Địa Trung Hải đến Syria, Cyprus và Tây Ban Nha và vào 714 năm sau công nguyên • .b) Phân loại • Mía (Saccharum officinarum L.) thuộc chi Saccharum L., tộc Andropogoneae trong họ hoa thảo (Poaceae). Chi Saccharum có 6 loài S. spontaneum, S. officinarum, S. robustum, S. edule, S. barberi và S. sinense (D`Hont và cs., 1998). Loài S. officinarum là kết quả chuyển gen rất phức tạp giữa S. spontaneum, Erianthus arundinaceus và Miscanthus sinensis (Daniels & Roach, 1987). Theo Souza và cs. (2011), Saccharum officinarum L. là loài cỏ bản địa ở Đông Nam Á. Mía là cây đa bội cao do lai giữa các loài tạo lên đa bội khác loài và tự đa bội, đa bội lệch, bộ nhiễm sắc thể 2n = 8x hoặc 10x = 100 - 130 6.1.9. Chọn tạo giống bông bằng kỹ thuật di truyền a. Chọn tạo giống bông nhờ marker phân tử • Chọn lọc MAS ở thế hệ BC3 và BC4 CÂU HỎI ÔN TẬP CHỌN GIỐNG CÂY BÔNG • Nguồn gen và mục tiêu chọn tạo giống bông • Phương pháp lai chọn giống bông • Chọn tạo giống bông có chất lượng sợi cao hỗ trợ của marker phân tử • Chọn giống bông kháng sâu bệnh • Đột biến chọn tạo giống bông • Ứng dụng kỹ thuật di truyền trong chọn tạo giống bông • Chọn tạo giống bông ưu thế lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặc điểm kiểu hình một số loài mía • loài Saccharum officinarum (Daniels and Roach, 1987) • Saccharum sinence (Daniels and Roach, 1987) • loài Saccharum barberi (Daniels and Roach, 1987 3 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/17/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Sơ đồ phát sinh loài cây mía (Daniels và Roach, 1987) ... - tailieumienphi.vn