BÀI GIẢNG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG CHUYÊN KHOA 1 pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN

BÀI GIẢNG

CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG CHUYÊN KHOA 1

Người biên soạn: TS. Lê Tiến Dũng

Huế, 08/2009

1

Bài 1

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA

1- CHỌN TẠO GIỐNG LÚA

1.1. Mục tiêu chọn tạo giống lúa

Muốn thực hiện thành công việc chọn tạo giống lúa, nhiệm vụ đầu tiên là phải

xác định được mục tiêu cho từng chương trình cụ thể. Công tác cải tạo giống thường

bao gồm 4 mục tiêu sau đây:

- Tạo ra giống mới có năng suất cao hơn giống cũ trong cùng điều kiên, mùa vụ,

đất đai và chế độ canh tác.

- Giống mới phải có chất lượng tốt hơn giống cũ, được mọi người ưa chuộng, có

giá trị dinh dưỡng cao hơn, chất lượng nấu nướng ngon hơn.

- Giống mới có khả năng chống chịu tốt với các loại sâu bệnh hại chính của từng

vùng, từng vụ mà giống đó gieo trồng.

- Giống mới phải thích ứng tốt hơn với điều kiện khí hậu, đất đai, tập quán canh

tác, hệ thống luân canh của nhữ ng vùng nhất định.

Các mục tiêu nêu trên còn được cụ thể hoá cho từng giai đoạn của các đề tài

chọn giống.

1.2. Lựa chọn phương pháp thích hợp để giải quyết các mục tiêu:

Công tác cải tiến giống lúa được thực hiện bằng một số phương pháp kinh điển

và một số phương pháp mới hỗ trợ cho các phương pháp cũ đạt hiệu qủ nhanh hơn.

Mỗi chương trình cải tiến giống, tuỳ theo mục tiêu và nhiệm vụ mà lựa chọn phương

pháp thích hợp. Trong quá trình lựa chọn phương pháp, ngoài việc tính đến khả năng

vật chất còn phải tính đến kinh phí hoạt động thường xuyên và nguồn nhân lực trong

đó quan trọng nhất là trình độ hiểu biết sâu của các nhà khoa học chủ trì từng lĩnh vực

cụ thể.

Các phương pháp cải tiến giống bao gồm:

1.2.1. Các phương pháp gây tạo biến dị

- Nhập nội và chọn lọc thuần hoá

- Lai và chọn lọc các thế hệ bằng đột biến vật lí hoá học và chọn lọc

- Tạo các dòng bat dục đực tế bào chất, bất dục đực nhân và các công cụ di

truyền khác để tạo giống ưu thế lai.

- Lai xa và ứng dụng công nghệ sinh học để chuyển nạp những gen chống chịu

đặc hiệu vào các giống có năng suất cao, chất lượng tốt.

1.2.2. Các phương pháp chọn lọc

Sau quá trình thu thập đánh giá vật liệu và tiến hành gây tạo các biến dị theo

định hướng cảu các nhà chọn giống thì công việc quan trọng hơn cả và quyết định

2

thành công là chọn lọc nhằm cố định các biến dị di truyền.Có một số phương pháp

chọn lọc thường áp dụng cho cải tiến giống lúa là:

- Chọn lọc cá thể hay chọn lọc phả hệ (pedigree) được bắt đầu ngay ở thế hệ

mới phân li của quần thể ( F2 ở lai đơn, F1 ở lai ba, M1 và M2 ở quần thể gây đột biến

nhân tạo ).

- Chọn lọc hỗn hợp (bulk population)

- Chọn lọc hỗn hợp cải tạo bao gồm việc kết hợp giữa chọn lọc hỗn hợp với

chọn lọc phả hệ xen kẽ nhau.

Việc gây nhân tạo những áp lực sinh học hoặc phi sinh học đối với quần thể

đang phân li nhằm loại bỏ các cá thể mẫn cảm với áp lực trước khi chọn lọc các tính

trạng hình thái và nông sinh học mong muốn là rất cần thiết. Nó giúp cho việc rút ngắn

quá trình đánh giá và loại bỏ sớm các dòng kém chống chịu.

1.2.3. Phương pháp đánh giá dòng và so sánh giống mới

Trong quá trình chọn lọc biến dị, nhà chọn giống phải vận dụng các kiến thức

khoa học về di truyền, phải ghi nhớ các tính trạng của vật liệu khởi đầu, vận dụng

mong muốn. Sau khi gieo, cá thể đó lại tiếp tục được theo dõi kiểm tra những biểu hiện

ở thế hệ sau. Đến khi có được dòng thuần cần tiến hành đánh giá khách quan, tiến tới

các khảo nghiệm sinh tái, khảo nghiệm kĩ thuật và phổ biến giống mới trong sản xuất.

Các phương pháp được sử dụng để đánh giá trong giai đoạn này là:

- Phương pháp khảo nghiệm năng suất (Khảo nghiệm cơ bản).

- Phương pháp khảo nghiệm sinh thái.

- Phương pháp khảo nghiệm kĩ thuật.

Để tiến hành khảo nghiệm năng suất người ta thường chia làm hai bước : quan

sát năng suất và so sánh năng suất.

+ Quan sát năng suất : năng suất là một hàm số của tiềm năng năng suất, khả

năng chống chịu sâu bệnh, khả năng thích ứng với điều kiện môi trường, kĩ thuật trồng

trọt và các ảnh hưởng khác.

Nhà chọn giống lúa có thể dễ dàng đánh giá tiềm năng năng suất giống do mình

đã cải tiến trong vườn chọn lọc. Nhưng điều quan trọng ở đây là cần có số liệu về năng

suất thực ở những điều kiện gieo trồng nhất định. Do vậy phải bố trí các thí nghiệm so

sánh năng suất sơ bộ hay thí nghiệm quan sát. Các quan sát có thể sớm ở các thế hệ lai

F3 - F4

khi các dòng còn chưa thật ổn định. Nhờ các kết quả quan sát sớm người ta có

thể loại khá nhiều dòng không đạt yêu cầu mà chỉ giữ lại một số ít để vừa chọn thuần

vừa quan sát.

+ So sánh năng suất : thường bắt đàu từ hạ F5

hoặc F6

: đây là các thí nghiệm so

sánh sơ bộ kết hợp với chọn lọc. Cách làm cụ thể là: các dòng được tuyển chọn trong

vườn quan sát thu được 30 bông, chọn các bông từ các cá thể đồng dạng đem về phòng

quan sát lại các tính trạng về hạt, loại bỏ những bông không đúng dạng rồi tuốt hỗn

3

hợp để gieo so sánh không nhắc lại hoặc nhắc lại ba lần. Ở mỗi ô so sánh chọn tiếp 3 cá

thể đúng dạng mong muốn để trồng ở vườn chọn lọc vụ sau. Xác định năng suất của ô

thí nghiệm nhưng hạt không dùng làm giống mà dùng để đánh giá chất lượng gạo. Nếu

dòng đó có năg suất cao, chất lượng đạt yêu cầu thì thu hạt của 3 cá thể hoặc 1 trong 3

cá thể trong vườn chọn lọc để làm thí nghiệm ở vụ sau. Cách đánh giá sớm kết hợp với

chọn lọc cá thể sẽ chọn được các dòng thuần có năng suất cao và sớm ổn định.

2. Kĩ thuật chọn tạo giống lúa

2.1. Kĩ thuật chọn giống lúa lai ( sử sụng ưu thế lai )

a) Chọn giống lúa lai theo phương pháp "3 dòng"

Hệ thống lai 3 dòng được đặc trưng bởi việc sử dụng 3 dòng có bản chất di

truyền đặc biệt để sản xuất hạt lai thương phẩm đó là các dòng : bất dục đực di truyền

tế bào chất (dòng A), dòng duy trì bất dục (dòng B), dòng phục hồi phấn (dòng R). Các

dòng bố mẹ phải đồng bộ mới tạo được một tổ hợp lai hoàn chỉnh theo sơ đồ sau:

A x B R

Duy trì dòng bất dục A x R

F1 Sản xuất hạt lai

Nếu thiếu bất kì dòng nào trong 3 dòng trên đây đều không có được tổ hợp lai

mong muốn.

- Dòng bất dục đực di truyền tế bào chất tìm đươc đầu tiên là dạng lúa dại ở đảo

Hải Nam ( Trung Quốc ). Các nhà chọn giống đã tiến hành lai dạng dại bất dục với

nhiều giống lúa bất dục, có những giống, khi lai với dạng bất dục cho con lai bán bất

dục và những giống khác nhau khi lai lại thu được con lai hữu dục hoàn toàn.

Căn cứ vào những đặc điểm kể trên người ta đặt tên cho chúng là : dòng duy trì

bất dục, dòng trung gian và dòng phục hồi phấn. Bản chất di truyền của các dòng trên

được mô hình hoá với cấu trúc di truyền

Tính bất dục đực của dòng A di truyền nhờ hoạt động của gen trong tế bào chất

là chủ yếu. Vật liệu di truyền trong tế bào chất luôn di truyền theo dòng mẹ không qua

quá trình phân chia như gen trong nhân. Vì vậy tính bất dục của dòng mẹ di truyền ổn

định qua các thế hệ.

4

Hiện nay người ta đã xác địh được hai kiểu bất dục đực tế bào chất ở lúa là bất

dục đực bào tử thể (Sporophytic) và bất dục đực giao tử thể (Gametophytic). Hai kiểu

này khác nhau cơ bản về di truyền có thể xác định bằng phương pháp kiểm tra hình

thái và độ nhuộm màu của hạt phấn trên kính hiển vi quang học hoặc kiểm tra thông

qua gieo hạt F2

và thống kê tỉ lệ cây bất dục. Nếu dòng mẹ thuộc kiểu bất dục đực bào

tử thì quần thể F2

sẽ có 1/4 số cá thể bất dục, nếu dòng mẹ thuộc kiểu bất dục giao tử

thể thì quần thể F2 khồn có cây có cấu trúc di truyền kiểu S(rr) ở quần thể F2.

Những cây lúa bất dục đực vẫn sinh trưởng phát triển bình thường, các cơ quan

sinh sản phát triển bình thường chỉ có hạt phấn bị thoái hoá. Khi nhận được phấn của

giống khác cùng loài thì quá trình thụ phấn thụ tinh được thực hiện bình thường, tỉ lệ

kết hạt cao.

Có thể tạo dòng bất dục đực tế bào chất bằng lai nhiều lần với dòng giống nào

có khả năng duy trì bất dục để tạo ra một cặp dòng A và B mới đồng tế bào chất với

dòng mẹ khởi đầu. Cũng có thể tạp bằng phương pháp lai xa hoặc gây đột bién nhân

tạo.

- Dòng duy trì bất dục (dòng B): gen duy trì tính bất dục đực là gen lặn (rr) nằm

trong nhân tế bào của giống có tế bào chất mang gen bình thường (N) không chứa gen

bất dục. Vì vậy lúa có hạt phấn phát triển, bao phấn mẩy và mở khi hoa nở. Khi lai với

dòng CMS thì cây lai F2

bất dục phấn, vì vậy người ta thường kí hiệu là A/B A ( cây

con giống cây mẹ về mọi tính trạng).

- Dòng phục hồi tính hữu dục (dòng R): gen phục hồi tính hữu tính hữu dục là

gen trội trong nhân tế bào (RR). Có giống chứa cặp gen trội, có giống chứa 2 cặp gen

trội. Giống chứa 2 cặp gen trội R1R1, R2R2 thwòng có khả năng phục hồi mạnh hơn

giống chứa một cặp gen phục hồi.

Các dòng phục hồi thường chỉ thể hiện khả năng phục hồi khi lai với các dòng

bất dục đực cùng loài phụ mà khoiong có khả năg phục hồi cho các dòng bất dục khác

loài.

Tạo dòng phục hồi bằng 3 phương pháp : lai thử với dòng bất dục, lai các dòng

phục hồi với các dòng giống khác ,gây đột biến để tạo dòng phục hồi.

b) Chọn giống lúa lai theo phương pháp "2 dòng"

Trong các dạng lúa bất dục, ngoài các dạng CMS người ta còn tìm được nhiều

dạng bất dục đực nhân. Các dạng bất dục đực "chức năng" được sử dụng đầu tiên để

sản xuất hạt lai theo phương pháp "2 dòng".

Bất dục "chức năng" có cơ chế di truyền đặc biệt, thường gọi là dòng bất dục

đực cảm ứng với điều kiện môi trường (Environment - sensitive Genic male Sterile :

EGMS). Có hai loại được sử dụng phổ biến là dòng bất dục đực di truyền nhân cảm

ứng nhiệt độ (Themo sensitive Genic male Sterile : TGMS) và dòng bất dục đực di

truyền nhân cảm ứng quang chu kì (Photoperiod - sensitive Genic male Sterile :

PGMS).

5

Dòng TGMS bất dục phấn khi gặp nhiệt độ cao >27oC và hữu dục nhiệt độ thấp

<24

oC. Khi nhiệt độ từ 24oC - 26oC thường quan sát thấy hiện twọng hạt phấn chuyển

hoá., hạt bất dục và hữu dục xen kẽ nhau, kích thước hạt phấn nhỏ hơn vf khồn đều.

Dòng PGMS bất dục phấn khi gặp thời gian chiếu sáng dài >14 giờ/ngày và hữu

dục khi thời gian chiếu sáng ngắn <13g45'/ngày.

Gen kiểm tra tính bất dục "chức năng" là một cặp gen lặn trong nhân tế bào. Cặp

gen này hoạt động khi gặp điều kiện thích hợp trong giai đoạn thích hợp, cụ thể là

những dòng TGMS hoặc PGMS được sử dụng hiện nay thì cặp gen lặn kiểm tra tính

bất dục "chức năng" hoạt động gây bất dục phấn khi nhiệt độ cao hoặc ánh sáng dài

vào thời kì cây lúa đang phân hoá đòng ở bước 3 đến bước 6 (18 - 12 ngày trước khi

trổ). Cặp gen này hoạt động gây ra hạt phấn hữu dục khi vào thời kì trên, nhiệt độ giảm

thấp <24oC hoặc thời gian chiếu sáng ngắn dưới 13g45'.

Lợi dụng tính hai mặt của các dòng bất dục kể trên để bố trí nhân dòng bất dục

điều khiển khi lúa phân hoá đòng (bước 3 đến 6) gặp nhiệt độ mát (20-24oC) hoặc thời

gian chiếu ngắn (< 13g45') và bố trí sản xuất hạt lai vào mùa nóng (nhiệt độ >27oC)

hoặc ở vùng vĩ độ cao có thời gian chiếu sáng > 14h/ngày.

Nước ta nằm ở vĩ độ 8 - 22o

bắc nên không đủ điều kiện để sử dụng các dòng

PGMS hiện có, nhưng nwóc ta lại có đủ điều kiện để sử dụng các dòng TGMS. Có thể

sản xuất hạt dòng mẹ ở các vùng núi cao như Sapa, Đà lạt, Tam Đảo. Sản xuất hạt lai

được tiến hành vào mùa hè (vụ mùa) ở các tỉnh phía Bắc hoặc vào các vụ khác ở Nam

Trung Bộ hay Nam bộ.

Sử dụng hệ thống "2dòng" có thể giảm giá thành hạt lai so với hệ "3dòng".

Ngoài ra còn tránh hiện twọng đồng tế bào chất, mở rộng phạm vi tìm kiếm các dòng

phục hồi cho ưu thế lai cao và cải tiến phẩm chất dễ thành công hơn so với cải tiến

phẩm chất cho hệ thống 3 dòng lai cao và cải tiến phẩm chất dễ thành công hơn so với

cải tiến phẩm chất cho hệ thống 3 dòng .

c) Chọn giống lúa lai theo phương pháp "một dòng"

Là ý tưởng của các nhà chọn giống nhiều nước trên thế giới được thảo luận và

thống nhất tại hội thảo Quốc tế về “Lúa lai một dòng” tổ chức tại Trung Quốc năm

1992. Lúa lai “một dòng” là phương pháp sản xuất “hạt lai thuần” nhờ sử dụng một

công cụ di truyền mới là thể vô phối. Hiện nay ở nhiều phòng thí nghiệm di truyền và

sinh học, nhiều trung tâm kĩ thuật cao nghiên cứu thể vô phối ở lúa bằng công nghệ

gen, tạo ra hạt vô phối. Từ các dạng vô phối này có thê tìm ra các tổ hợp lai vô phối có

ưu thế lai cao, không phân li và có thể cố định ưu thế lai qua nhiều thế hệ.

2.2. Kĩ thuật chọn giống lúa thuần

a) Chọn giống lúa bằng phương pháp nhập nội: thủ tục chọn lọc giống nhập nội

đơn giản: sau khi nhập, vào sổ gốc, chia lô hạt nhập và gieo vào một hoặc một số thời

vụ khác nhau tuỳ theo số lượng hạt có nhiều hoặc ít. Ở mỗi thời vụ đều chọn giống đối