Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 11 docx

ðo ưu thế lai Ưu thế lai còn gọi là sức sống con lai là sự tăng sức sống, kích thước, khả năng sinh sản, tốc ñộ phát triển, khả năng kháng sâu, bệnh hoặc sự khắc nghiệt của khí hậu, biể

CHƯƠNG XI TẠO GIỐNG LAI

Mục tiêu học tập của chương

1 Hiểu ñược ñặc ñiểm của phương pháp tạo và sử dụng giống lai trong sản xuất

2 Nắm ñược cơ sở di truyền của ưu thế lai và khai thác ưu thế lai

3 Thảo luận ñược sự khác nhau về phưương pháp giữa cây giao phấn và cây tự thụ phấn

4 Giải thích ñược nguyên lý sử dụng bất dục ñực, tính tự bất hợp trong sản xuất hạt lai

1 Ý nghĩa của giống lai

Phương pháp lai trình bày ở phần trước (ñối với cây tự thụ phấn) sử dụng sự tái tổ hợp các tính trạng hay các gen ở các bố mẹ khác nhau Khác với phương pháp trên, giống lai sử dụng hiệu ứng lai quan trọng của con lai thế hệ F1 : ñó là ưu thế lai Ưu thế lai là sự hơn hẳn của

con lai so với bố mẹ Nguyên nhân của ưu thế lai nằm trong tác ñộng tương hỗ di truyền ña dạng mà chọn lọc ñơn thuần và lai giống không thể tận dụng hoặc tận dụng không triệt ñể

Tạo giống lai ñược ứng dụng ñầu tiên ở ðức vào năm 1894 ở cây cảnh Begoni, nhưng ñược công nhận và áp dụng thực tế từ năm 1920 ở Hoa Kỳ trong lĩnh vực tạo giống và sản xuất hạt giống ngô lai

Tạo giống lai và phương pháp lai có những ñiểm chung và những khác nhau cơ bản ðiểm chung là cả hai phương pháp ñều tổ hợp hai hay nhiều bố mẹ Tuy nhiên, phương pháp lai nhằm tạo ra vật liệu ban ñầu có biến ñộng di truyền lớn cho quá trình chọn lọc, trong khi ñó

sự tổ hợp bố mẹ ở phương pháp tạo giống lai sản xuất hạt giống trực tiếp sử dụng cho sản xuất Như vậy sự tổ hợp bố mẹ ở phương pháp lai nằm ở khâu ñầu tiên còn tạo giống lai nằm

ở khâu cuối cùng của quá trình tạo giống

Bản chất của phương pháp tạo giống lai là lai hai hay nhiều bố mẹ với nhau tạo ra thế

hệ F1 có hiệu ứng ưu thế lai cao ñể gieo trồng trong sản xuất Vì sau ñời F1 quá trình phân ly diễn ra làm giảm dần năng suất, nên phải thường xuyên sản xuất ñời F1

Thành công của phương pháp tạo giống lai phụ thuộc trước hết vào việc tìm kiễm ñược cặp bố mẹ có ưu thế lai cao và khả năng tổ hợp tốt Vì khả năng tổ hợp phải di truyền một cách ổn ñịnh, nên bố mẹ phải ñồng hợp tử Vì cây giao phấn ở trạng thái dị hợp tử nên bố mẹ ñồng hợp tử (dòng tự phối) chỉ có thể tạo ra bằng con ñường tự thụ (tự phối)

ðể có hiệu quả kinh tế, hạt lai phải ñược sản xuất một khối lượng lớn mà không phải lai bằng phương pháp thủ công Hơn nữa 100 % hạt F1 phải là hạt lai và tránh hiện tượng tự thụ phấn ðiều này có thể thoả mãn ñược nếu sử dụng bất dục ñực làm mẹ

Giống lai có ý nghĩa to lớn dối với việc nâng cao năng suất cây trồng cung cấp tiềm năng to lớn ñối với cuộc Cách mạng xanh lần thứ 2 ðiển hình nhất là thành công tạo giống ngô ở Hoa Kỳ và lúa lai ở Trung Quốc So với giống thụ phấn tự do tốt nhất, giống lai tăng năng suất xấp xỉ 30% Ngày nay giống lai là công nghệ quan trọng ñối với nhiều loại cây lương thực và thực phẩm trên toàn thế giới Ngoài ngô và lúa, giống lai của nhiều cây trồng khác, hướng dương, bông, cà chua, dưa chuột, dưa hấu, hành tây, các loài rau thập tự, v.v chiếm tỉ trọng lớn trên thị trường thế giới

Giống lai và công nghệ giống lai có ba ưu ñiểm quan trọng sau:

1) Tiềm năng năng suất cao: năng suất của giống lai ở cây giao phấn thường có năng suất cao hơn nhiều so với các giống tự do tốt nhất; giống lai ở cây tự thụ phấn có năng suất cao hơn các giống thường tốt nhất 25-30% Ngoài ra, những tính trạng mới mong

muốn có thể dễ dàng ñưa vào giống lai, chẳng hạn tính kháng bệnh, chất lượng sản phẩm

2) Giống lai có ñộ ñồng ñều cao: giống lai ñồng nhất ở nhiều tính trạng; ñồng ñều về thời gian chín và kích thước thuận lợi cho thu hoạch cơ giới; ñồng ñêu về kích thước quả và màu sắc rất cần thiết cho công nghiệp chế biến và người tiêu dùng

3) Bản thân giống lai có cơ chế bảo hộ di truyền Hạt giống của giống thụ phấn tự do cho năng suất tương ñương như bố mẹ, nhưng năng suất gieo trồng bằng hạt thu từ cây lai

F1 thấp hơn nhiều so với năng suất của F1 Sự suy giảm năng suất của ñời thứ 2 (F2) của giống lai loại trừ khả năng giữ giống của người sản xuất và sản xuất giống chỉ ñược thực hiện khi có ủy quyền của nhà chọn giống hay cơ quan chọn giống

G H Shull (1909) – Tự phối và lai ở ngô

1 Thế hệ con cái của cây ngô tự thụ luôn kém hơn so với cây ngô giao phấn từ cùng một quần thể

2 Suy thoái cận huyết cao nhất ở thế hệ tự phối ñầu tiên và giảm dần ở các thế hệ tự phối tiếp theo

3 Lai giữa các dòng tự phối có họ hàng xa nhau tạo ta con lai

có sức sống cao hơn giữa các dòng có quan hệ họ hàng gần nhau

4 Năng suất của F2 thấp hơn năng suất của F1

2 ðo ưu thế lai

Ưu thế lai (còn gọi là sức sống con lai) là sự tăng sức sống, kích thước, khả năng sinh sản, tốc

ñộ phát triển, khả năng kháng sâu, bệnh hoặc sự khắc nghiệt của khí hậu, biểu hiện ở cơ thể lai

so với các dòng tự phối tương ứng là kết quả của sự khác nhau về thể chất của các giao tử bố

mẹ (Shull, 1952) Nói cách khác, ưu thế lai là sự ưu việt (ñối với một hay nhiều tính trạng) của con lai F1 so với bố mẹ Ưu thế lai có thể biểu thị bằng ba cách, tùy thuộc vào mục ñích ñược sử dụng ñể so sánh năng suất/khả năng con lai: ưu thế lai trung bình bố mẹ (so với trung bình của bố mẹ), ưu thế lai bố mẹ cao hay ưu thế lai thực(so với bố mẹ tốt nhất) và ưu thế lai chuẩn (so với giống tiêu chuẩn)

Ưu thế lai trung bình (Mid-parent heterosis, HMP )

) 2 1 ( 2 1

) 2 1 ( 2

1 1

x P P

P P F

+

+

−

Ưu thế lai so với bố mẹ cao hay ưu thế lai thực (Heterobeltiosis, HB )

H B (%) = 1 x100

Pb

Pb

Ưu thế lai tiêu chuẩn (Standard heterosis, HS)

H S (%) = 1 x100

S

S

trong ñó F1 = Giá trị (năng suất) của con lai

P1 = Giá trị của bố mẹ 1

P2 = Giá trị của bố mẹ 2

Pb = Giá trị của bố mẹ cao nhất

S = Giống tiêu chuẩn

3 Cơ sở di truyền của ưu thế lai

ðể sử dụng tối ña hiệu ứng ưu thế lai, sự hiểu biết rõ ràng về cơ sở di truyền của ưu thế lai rất cần thiết Tuy nhiên, qua nhiều năm nghiên cứu và ứng dụng vẫn chưa có một cơ sở lý thuyết thống nhất và trọn vẹn về ưu thế lai Hiện tại vẫn tồn tại nhiều giả thuyết, mỗi giả thuyết chỉ giới hạn bởi những kết quả thực nghiệm nhất ñịnh (Fischer, 1978) Uu thế lai có thể kết quả của trội hoàn toàn và không hoàn toàn, siêu trội, tương tác giữa các gen (ức chế), tương tác giưa tế bào chất của mẹ và nhân của bố và có thể tổ hợp tất cả các yếu tố trên Về bản chất, ưu thế lai là một biểu hiện phức tạp không thể giải thích dựa vào một nguyên nhân ñơn lẻ nào Hai giả thuyết quan trọng có ý nghĩa ứng dụng thực tế nhất là giả thuyết tính trội và giả thuyết siêu trội ðể tạo ra giống lai có ưu thế lai cao nguồn bố mẹ phải ña dạng, xa nhau về di truyền, thuộc các nhóm ưu thế lai khác nhau

3.1 Giả thuyết tính trội

Theo giả thuyết tính trội, ưu thế lai là kết quả tác ñộng và tương tác của alen trội có lợi Dị hợp tử không cần thiết chừng nào bố mẹ của con lai có tối ña số alen trội kết hợp với nhau hay

bổ sung tính trội (tác ñộng tích luỹ các gen trội có lợi, Bruce, 1910; Jones,1917, 1945, 1958)

AA ≥ Aa > aa

Mẹ (A) Bố (B) AABBccddEE x aabbCCDDee

F1 AaBBCcDdEe

3.2 Giả thuyết siêu trội

ðối với giả thuyết siêu trội dị hợp tử là cần thiết ñể tạo nên ưu thế lai Trạng thái dị hợp tử vượt hiệu ứng của gen trội; kiểu hình của thể dị hợp tử ưu việt hơn kiểu hình thể ñồng hợp tử (Shull, 1908; East, 1936; Hull, 1945):Aa > AA hoặc aa

3.3 Cơ sở phân tử về ưu thế lai

Một số nghiên cứu mức phân tử ở lúa trong những năm gần ñây ủng hộ thuyết siêu trội (Stube

et al, 1992; Yu et al., 1997), một số ít nghiên cứu khác ủng hộ thuyết tính trội (Xiao et al., 1995) Yu et al (1997) chỉ ra rằng tính siêu trội ở nhiều locut tính trạng số lượng và tương tác cộng tính giữa các gen ảnh hưởng tới năng suất hạt và các yếu tố cấu thành năng suất ở thế hệ con cái ñời F3 của tổ hợp lúa lai Shan You 63 Zhang et al (2001) chứng minh sự tham gia của nhiều tương tác hai locut là cơ sở di truyền của tính trạng số lượng và ưu thế lai Li et al (2000) kết luận rằng phần lớn các locut tính trạng số lượng có quan hệ với suy thoái cận huyết

và ưu thế lai ñều có liên quan tới tương tác giữa các locut và 90% locut tính trạng số lượng ñóng góp vào ưu thế lai là siêu trội

4 Quy trình tạo giống lai ở cây giao phấn

Phần lớn các giống lai ựược sử dụng ở cây giao phấn, như ngô, hướng dương, củ cải ựường, cây thập tự, v.v , trong ựó quy mô lớn nhất là ngô Hai lý do chủ yếu là i) ngô là cây trồng rất quan trọng, ii) ngô là cây ựơn tắnh cùng gốc nên tạo giống lai tương ựối dễ dàng

đối với cây giao phấn quá trình tạo giống lai hai bước sau: tạo dòng tự phối làm bố mẹ và sản xuất hạt lai (Hình 1.11)

4.1 Tạo dòng tự phối

Tạo quần thể phân ly

Thông thường ựể tạo quần nguồn vật liệu ban ựầu nhà chọn giống sử dụng nguồn gen sẵn có: quần thể tự nhiên, giống thụ phấn tự do, các giống lai ựơn, lai ba, lai kép, các giống cải tiến tạo ra bằng phương pháp chọn lọc chu kỳ,v.v Việc lựa chọn quần thể ban ựầu ựể tạo dòng tự phối cần xem xét quan hệ ưu thế lai giữa các kiểu gen hiện có và tương tác tế bào chất- nhân liên quan tới sản xuất hạt lai ựể phát triển các nhóm ưu thế lai khác nhau Cần phải thử nghiệm trước ựể phân chia vật liệu thành các nhóm ưu thế lai

i) Chọn lọc giao tử

Một trong những phương pháp sử dụng các quần thể giao phấn tự do ựể tạo quần thể phân ly

có tần số cá thể mong muốn cao là phương pháp chọn lọc giao tử (Stadler, 1945) đây là phương pháp áp dụng nguyên lý thử sớm Xác suất ựể hai giao tử ưu việt hợp nhất với nhau tạo ra cá thể ưu tú bằng bình phương tần số các giao tử ựó Vắ dụ, nếu 15% giao tử ưu việt thì 0,152 hay 2,25% số hợp tử (cá thể) sẽ ưu tú Trong một quần thể mà tần số cá thể ưu tú thấp, chọn lọc giao tử thay bằng chọn lọc hợp tử sẽ làm tăng xác suất tìm kiếm các gen có ắch Phương pháp chọn lọc giao tử ựược tiến hành bằng cách lai quần thể với một dòng tự phối tốt

Cá thể tốt của con lai ựược giám ựịnh thông qua lai thử Thế hệ con cái tự phối của các cá thể tốt sẽ tạo thành quần thể mà từ ựó có thể rút dòng

Vụ 1: Lai quần thể (hỗn hợp phấn của những cây ựược chọn) với một dòng tự phối Mỗi hạt F1 ựại diện cho giao phối của một giao tử của quần thể với giao tử của dòng tự phối Giả sử tất cả giao tử của dòng tự phối như nhau, thì các kiểu gen của hạt F1 chỉ khác nhau bởi gen của giao tử của quần thể

Vụ 2: Gieo trồng hạt F1, tự phối các cá thể ựồng thời lai với cây thử Dự trữ hạt tự phối

ựể sử dụnh ở vụ 4 Hạt lai thử ựược sử dụng ựể ựánh giá trong thắ nghiệm lặp lại ở vụ

3 Lai dòng tự phối với vật liệu thử ựể làm ựối chứng

Vụ 3: đánh giá con lai thử Chọn những cây F1 cho con lai thử có năng suất ưu việt hơn so với ựối chứng

Vụ 4: Hạt tự phối của các cây F1 ựược chọn sẽ tạo thành quần thể F2 Từ quần thể F2 này có thể tiến hành tạo dòng tự phối

Vật liệu ban ựầu cho quá trình chọn lọc giao tử gồm quần thể phân ly, một dòng tự phối và một vật liệu thử Dòng tự phối phải là dòng mong muốn vì nó cung cấp một nửa số lượng alen Chọn vật liệu thử tiến hàng tương tự như các phương pháp khác Ưu ựiểm của chọn lọc giao tử là tạo ra một quần thể mà từ ựó có thể rút dòng tự phối tốt với tần số cao Nhược ựiểm của phương pháp là lượng biến dị di truyền của quần thể tạo thành hạn chế so với quần thể ban ựầu

ii) Lai ựơn, lai ba và các kiểu lai khác

Các kiểu con lai khác nhau giữa các dòng tự phối cũng ựược sử dụng ựể rút dòng Tuy nhiên trong quá trình lựa chọn bố mẹ cần phải xem xét mối quan hệ ưu thế lai giữa cá kiểu gen và tương tác nhân và tế bào chất trong quá trình sản xuất hạt lai

Mối quan hệ ưu thế lai: Năng suất con lai tỉ lệ thuận với mức ưu thế lai ở con lai giữa hai bố

mẹ Ưu thế lai tăng khi sự ựa dạng di truyền giữa bố mẹ tăng; do ựó cần phải duy trì hai vốn gen mà khi lai với nhau có ưu thế lai cao

Quan hệ tế bào chất Ờ nhân: Sản xuất giống lai sử dụng hệ thống bất dục ựực tế bào chất Ờ nhân ựòi hỏi phải có dòng có gen phục hồi (gen Rf), ựòng bất dục ựực tế bào chất-nhân (dòng A) và dòng duy trì (dòng B) Tạo dòng B từ các quần thể chọn giống ựể chuẩn bị cho bước tạo dòng bất dục; tạo dòng phục hồi (dòng R) từ các quần thể khác ựể sử dụng là dòng bố trong sản xuất hạt lai Tạo ra các quần thể phục hồi và không phục hồi tách biệt còn giúp duy trì sự ựa dạng di truyền giữa hai vốn gen

iii) Quần thể tạo thành từ chọn lọc chu kỳ

Quần thể cải tiến bằng phương pháp chọn lọc chu kỳ rất hữu ắch trong việc tạo dòng tự phối Các dòng ựược ựánh giá là một bộ phận trong chương trình chọn lọc chu kỳ cũng có thể sử dụng ựể tạo quần thể mới và lại từ ựó lại tiếp tục rút dòng

Tạo dòng tự phối

Các dòng tự phối làm bố mẹ ựược tạo ra bằng cách tự phối ựến mức ựồng hợp tử nhất ựịnh thông qua tự thụ (tự phối) hay thụ phấn chị em Tự phối là con ựường nhanh nhất ựể ựạt ựược mức ựồng hợp tử Tuy nhiên, cần chú ý mức ựộ tự phối trước khi một dòng ựược coi là ựồng hợp tử thắch hợp, vì nó ảnh hưởng tới sức sống của bố dòng làm bố mẹ, khả năng duy trì tắnh toàn vẹn di truyền và quản lý trong quá trình sản xuất hạt lai

⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊗ ⊗ ⊕ ⊕

⊗ ⊕ ⊕ ⊗ ⊗ ⊕ ⊗ ⊕

⊕ ⊗ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊗

⊗

⊗

D1 D2 D3 Dn

D1

D2

Dn

Hình 1.11: Quy trình tạo giống lai ở cây giao phấn

Ở nhiều cây giao phấn, sức sống của dòng tự phối tỉ lệ nghịch với mức ựộ nội phối (hay giao phối cận huyết) Sức sống gồm khả năng sản xuất hạt khi làm mẹ hay sản xuất phấn

Chọn dòng S1 tốt nhất và cây tốt trong dòng tốt, tự phối

Vật liệu ban ựầu Chọn cây tốt và tự phối

Lặp lại quá trình tự phối một số thế hệ ựến S6 (ựồng hợp tử)

đánh giá khả năng kết hợp của các dòng; xác ựịnh tổ hợp tốt nhất

khi làm bố để sản xuất hạt lai có hiệu quả kinh tế, ựặc biệt lai ựơn, sức sống của dòng tự phối

là mối quan tâm chủ yếu của nhà chọn giống

Các phương pháp ựược sử dụng tạo dòng tự phối gồm phương pháp chọn lọc phả hệ, hỗn hợp, phương pháp một hạt, phương pháp thử sớm Sự lựa chọn một phương pháp hay phối hợp các phương pháp phụ thuộc vào ựiều kiện cụ thể của nhà chọn giống Phương thức thụ phấn là tự phối, thụ phấn chị em (fullsibbing, halfsibbing) Phương pháp phổ biến nhát là phương pháp phả hệ (xem phương pháp phả hệ ở cây tự thụ phấn)

3 đánh giá khả năng kết hợp

Mục ựắch cơ bản trong chương trình tạo giống lai là xác ựịnh dòng mới mà khi lai với dòng khác sẽ tạo ra con lai có năng suất vượt trội Ngoài khả năng năng suất của bản thân các dòng

tự phối, khả năng kết hợp là một tắnh trạng quan trọng ựể chọn dòng làm bố mẹ cho giống lai Khả năng kết hợp là khả năng của một dòng tự phối khi lai với dòng khác (giống khác) tạo ra thế hệ con có năng suất cao

- Khả năng kết hợp chung (KNKHC)Ờ khả năng của một dòng tự phối ựể tạo ra thế hệ con có năng suất cao, ựược ựo bằng năng suất trung bình của một dòng tự phối ở con lai với nhiều bố mẹ/dòng khác

- Khả năng tổ hợp riêng (KNKHR) Ờ khả năng của một dòng tự phối ựể tạo ra một con lai cụ thể có năng suất cao với một dòng khác KNKHR ựược ựo bằng ựộ lệch năng suất ựược dự ựoán thông qua KNKHC

Khả năng tổ hợp chung

để dánh giá khả năng của các dòng làm bố mẹ cho con lai, tất cả các dòng ựược lai với nhau ở mọi tổ hợp có thể (lai ựơn) và số tổ hợp lai nhỏ nhất là n(n-1)/2 điều ựó chỉ thực hiện ựược khi số dòng ắt Vắ dụ, nếu có 1000 dòng tự phối thì số tổ hợp phải tạo ra là [1000*(999)/2] = 499.500, một con số không thể thực hiện ựược trong bất kỳ một chương trình chọn giống nào Do ựó nhà chọn giống phải xác ựịnh và chọn một số dòng hạn chế có tiềm năng di truyền tốt trước khi ựánh giá chúng trong tổ hợp lai cụ thể

Cơ sở di truyền số lượng của ưu thế lai

đối với mục ựắch chọn giống ựiều quan trọng là phải hiểu ựược kiểu tác ựộng gen chủ

yếu trong việc thiết kế quy trình chọn giống có hiệu quả Falconer (1960) chỉ ra rằng

ưu thế lai biểu hiện khi:

i) có mặt của tắnh trội và

ii) có sự khác nhau về tần số gen ở hai bố mẹ

Vắ dụ: Có hai quần thể A và B, giá trị kiểu gen và tần số kiểu gen tương ứng ở hai

quần thể ở trạng thái cân bằng Hardy-Weinberg ựối với một locut có hai alen A1 và A2

iá trị và tần số kiểu gen ở con lai giữa hai quần ựược trình tắnh toán dưới ựây

Giá trị và tần số kiểu gen ở quần thể A và B ựối với một locut có hai alen trong trạng

thái cân bằng HArdy-Weinberg

Tần số gen Kiểu gen

Quần thể A Quần thể B

Giá trị kiểu gen

Số alen A 1

Giá trị và tần số kiểu gen ở con lai giữa hai quần thể A và B

Kiểu gen Tần số Giá trị kiểu gen

Trong ñó p và r là tần số của alen A 1 and q và s là tần số của alen A 2 , a và d hiệu ứng

kiểu gen

Giá trị trung bình của quần thể A (XA), B (XB) và F1 (XF1) sẽ là:

X A = (p-q)a + 2pqd

= (2p–1)a + 2(p –p2)d

XB = (r-s)a + 2rsd

= (2r-1)a + 2(r-r2)d

XF1 = (pr-qs)a + (ps+qr)d

= {pr –(1-p)(1-r)}a + {p(1-r) +r(1-p)}d

= {pr-(1-p-r+pr)}a + (p-pr+r-pr)d

= (pr-1+p+r-pr)a + (p+r-2pr)d

= (p+r-1)a + (p+r-2pr)d

Ưu thế lai trung bình là

h = [XF1 – (XA + X B]/2

= (p+r-1)a + (p+r-2pr)d – (1/2){(2p–1)a + 2(p –p2)d +

(2r-1)a + 2(r-r2)d}

= (p+r-1)a – (1/2){2(2p-1)a + (2r-1)a} + (p+r2pr)d -

(1/2){2(p-p2)d + 2(2(r-r2)d}

= (p+r-1)a – (1/2){a(2p-1+2r-1)} +

(p+r- 2pr)d – 1/2{2d(p-p2+r + r2)}

= (p+r-1)a –(1/2){a(2p+2r-2)} +

(p+r-2pr)d – (1/2){2d(p+r-p2-r2)}

2(p+r-1)a

= (p+r-1)a - - + (p+r-2pr)d -

2 (p+r-p2 – r2)d

= d(p+r-2pr-p-r + p2 + r2)

= (p-r)2d

Như vậy, ưu thế lai chỉ biểu hiện khi có tính trội và tần số gen trội có lợi ở hai quần thể

khác nhau Ưu thế lai lớn nhất khi một alen cố ñịnh ở quần thể này còn alen kia cố

ñịnh ở quần thể khác: p = 1 và r = 0 và ngược lại

Bước ñầu tiên khi ñánh giá tiềm năng của các dòng là lai chúng với một bố mẹ chung

và so sánh, ñánh giá con lai Bố mẹ chung thường ñược gọi là vật liệu thử và con lai tạo ra gọi

là con lai thử hay con lai ñỉnh Vì vật liệu thử giống nhau với tất cả các dòng, sự khác nhau giữa con lai ñỉnh phản ánh khả năng kết hợp chung của các dòng tự phối

Vật liệu thử ñể xác ñịnh khả năng kết hợp chung trong quá trình tạo dòng tự phối là những quần thể không ñồng nhất hoặc các tổ hợp lai có nền di truyền rộng Vật liệu thử không ñồng nhất phản ánh một tập hợp gen mà dòng tự phối có thể kết hợp như dòng ñó ñược lai với nhiều bố mẹ riêng rẽ trong một dãy lai ñơn Năng suất của một dòng khi kết hợp với một tập hợp gen là thước ño khả năng trung bình của dòng khi lai với các dòng khác Trong quá trình ñánh giá khả năng kết hợp chung có thể sử dụng một, hai hay nhiều vật liệu thử ðộ chính xác

tăng tỉ lệ thuận với số vật liệu thử nhưng số tổ hợp cũng tăng theo với số vật liệu thử Nếu nguồn lực hạn chế nhà chọn giống phải lựa chọn giữa việc ựánh giá nhiều dòng với ựộ chắnh xác thấp (một vật liệu thử) hay với số dòng ắt hơn mà ựộ chắnh xác cao hơn (hai hay nhiều vật liệu thử)

Ngày nay ựể rút ngắn thời gian chọn tạo giống, nhà chọn giống sử dụng các dòng tự phối sẵn có ựể ựánh giá sớm khả năng kết hợp của dòng mới đối với loài cây trồng sử dụng lai ựơn trong sản xuất thương phẩm, vật liệu thử là một dòng tự phối ựang ựược sử dụng rộng rãi ựể sản xuất hạt hạt lai đối với cây trồng sử dụng lai ba, chẳng hạn củ cải ựường, vật liệu thử là các giống lai ựơn Tổ hợp dòng x vật liệu thử có thể tạo thành giống lai thương phẩm, rút ngắn thời gian ựánh giá và công nhận con lai

Khả năng kết hợp riêng

đánh giá cuối cùng là ựánh giá năng suất làm bố mẹ của con lai sử dung trong sản xuất Tất cả các dòng có khả năng kết hợp chung cao ựược lai với nhau ựể xác ựịnh tổ hợp có năng suất vượt trội (ưu thế lai cao), gọi là khả năng kết hợp riêng Khả năng kết hợp riêng là năng suất của dòng khi lai với một dòng khác Khả năng kết hợp riêng ựược ựánh giá bằng sơ ựồ lai dialen (xem chương IV)

Khảo nghiệm con lai

Dựa vào ựánh giá khả năng kết hợp riêng, những tổ hợp tốt ựược ựánh giá và khảo nghiệm ở nhiều vụ và nhiều ựiểm ựể xác ựịnh tổ hợp lai tốt nhất cho việc công nhận và phổ biến vào sản xuất

4.2 Sản xuất hạt lai

Các loại con lai giữa các dòng tự phối

Giống lai thương phẩm là thế hệ ựầu tiên của tổ hợp lai (F1) giữa hai hay nhiều dòng tự phối khác nhau về di truyền Trong sản xuất tồn tại các loại con lai sau ựây

Lai ựơn: Lai ựơn là tổ hợp (F1) giữa hai dòng (A x B) ựược chon dựa vào khả năng kết hợp

riêng cao Lai ựơn biểu hiện ưu thế lai tối ựa và thường có năng suất cao hơn các loại con lai khác Chúng ựồng nhất di truyền và ựồng ựều kiểu hình về các tắnh trạng hình thái, thời gian sinh trưởng và các ựặc ựiểm khác Mặc dù dễ chuyển các tắnh trạng vào con lai, nhưng thường lai ựơn nền di truyền của lai ựơn hẹp, thắch nghi với phạm vi nhất ựịnh của môi trường và có thể mẫn cảm với dịch bệnh, nếu trong vùng sản xuất hình thành quan hệ ký chủ -ký sinh Ngày nay, lai ựơn chiếm ưu thế trong sản xuất, mặc dù chi phắ sản xuất giống cao hơn các loại con lai khác

Lai ba: Lai ba (A x B) x C ựược tạo ra bằng cách lai giữa một lai ựơn với một dòng tự phối

không có quan hệ họ hàng Hạt của lai ba rẻ hơn so với hạt lai ựơn Tuy kém hơn lai ựơn, nhưng lai ba ựồng ựều hơn và năng suất cao hơn lai kép

Lai kép: Lai kép có sự tham gia của 4 dòng tự phối xa nhau về di truyền và ựược tạo ra bằng

cách lai giữa hai lai ựơn với nhau (A x B) x (C x D) Lai kép ựược sử dụng phổ biến trong những năm ựầu sử dụng ngô lai Chi phắ sản xuất giống thấp hơn lai ựơn và lai ba, có cơ hội kết hợp các tắnh trạng ở con lai phong phú hơn, nhưng năng suất thường thấp hơn Lai kép có mức biến ựộng cao hơn lai ựơn và lai ba, có khả năng ựệm tốt và do ựó thắch nghi tốt hơn với những ựiều kiện biến ựổi, bất lợi của ngoại cảnh

Giống tổng hợp: Giống tổng hợp ựược tạo thành thông qua giao phối giữa các dòng tự phối,

ựặc biệt những dòng có khả năng kết hợp chung cao Thế hệ sau của giống tổng hợp ựược duy trì nhờ thụ phấn tự do trong ựiều kiện cách ly (thông thường giống tổng hợp là kết quả lai giữa 6-8 dòng thự phối) Ưu ựiểm của giống tổng hợp là sản xuất hạt giống dễ dàng hơn, không yêu cầu ựộ chắnh xác cao và phức tạp như sản xuất hạt lai ựơn, lai ba hoặc lai kép Giống tổng hợp

có thể gieo trồng thương phẩm ựược nhiều thế hệ nhưng năng suất thấp hơn so với tất cả các loại con lai khác

Dự ựoán lai ba và lai kép

đánh giá các dòng tự phối ựể tạo ra lai ba và lai kép thường khó khăn vì số tổ hợp phải ựánh giá quá lớn Nếu gọi n là số dòng tự phối, số lượng tổ hợp tạo ra (không tắnh lai nghịch) là;

Số lai ựơn = [n(n-1)]/2

Số lai ba = [n(n Ờ 1)(n Ờ 2)]/2

Số lai kép = [n(n Ờ 1)(n Ờ 2)(n-3)]/8

Như vậy, với 20 dòng tự phối sẽ có 190 lai ựơn, 3420 lai ba và 14.535 lai kép Số lượng lai ba

và lai kép trở nên qua lớn không thể ựánh giá bằng thực nghiệm Jenkins (1934) ựã xây dựng phương pháp dự ựoán năng suất của lai kép (gọi là phương pháp Jenkins B) Phương pháp ựã ựược sử dụng rộng rãi ựể xác ựịnh tổ hợp lai kép giữa các dòng tự phối ựược ựánh giá trong thắ nghiệm ựồng ruông

Năng suất của lai kép (A x B) x (C x D) ựược dự ựoán dựa trên trung bình của 4 lai ựơn còn lại không tham gia vào tổ hợp lai kép:

(A x B) x (C x D) = 1/4[(A x C) + (A x D) + (B x C) + (B x D)]

Năng suất của lai ba cũng ựược dự ựoán theo nguyên lý trên:

(A x B) x C = 1/2[(A x C) + (B x C)]

Giả sử ta có 4 dòng tự phối A, B, C, D; tất cả lai ựơn ựược ựánh giá và năng suất của chúng như sau (ựơn vị là tấn/ha):

A x B = 8,8 B x C = 9,2

A x C = 8,9 B x D = 8,0

A x D = 8,4 C x D = 8,1 Năng suất dự ựoán của lai kép (A x C) x (B x D) =

1/4[(A x B) + (A x D) + (B x C) + (C x D)] =

1/4(8,8 + 8,4 + 9,2 + 8,1) = 8,6 Năng suất dự ựoán của lai ba (A x D) x C =

1/2[(A x C) + (D x C)] =

= 1/2(8,9 + 8,1)= 8,5 Sau khi dự ựoán năng suất tất cả lai ba hay lai kép và xác ựịnh ựược con lai có năng suất dự ựoán cao nhất, con lai sẽ ựược thử nghiệm ựồng ruộng ựể ựánh giá năng suất thực của chúng

Sản xuất hạt lai

Yêu cầu ựối với sản xuất hạt lai

- Giống lai phải có ưu thế lai cao

- Năng suất phải bù ựắp chi phắ gia tăng trong sản xuất hạt giống

- Loại bỏ hoàn toàn hạt phấn hữu dục từ dòng mẹ (khử ựực nhân tạo, sử dụng bất dục ựực )

- Truyền phấn từ bố sang mẹ ñầy ñủ, kịp thời và có hiệu quả (nhờ gió, côn trùng)

- Sản xuất hạt giống lai phải tin cậy và có hiệu quả kinh tế

Các khía cạnh liên qua ñến sản xuất giống và hạt lai ñược trình bày trong chương 14 Phần lớn các loài cây trồng quan trọng ñều biểu hiện ưu thế lai, nhưng khác với cây ngô cấu trúc hoa hay cơ chế thụ phấn làm cho việc tạo giống lai không dễ dàng, nếu như không có hệ thống bất dục ñực hoặc cơ chế tự bất hợp Trong chương này chỉ trình bày cơ sở tạo giống lai sử dụng bất dục ñực và tự bất hợp

Sử dụng bất dục ñực tế bào chất-nhân

Khi sử dụng bất dục ñực tế bào chất-nhân ñể sản xuất hạt lai, quy trình tạo dòng tự phối sử dụng làm mẹ có thể khác quy trình tạo dòng bố Phải tạo và duy trì ba loại dòng khác nhau, ñó là:

i) Dòng bất dục ñực tế bào chất-nhân (dòng A): sử dụng làm dòng mẹ

ii) Dòng duy trì bất dục (dòng B): sử dụng làm dòng bố ñể duy trì và nhân dòng

mẹ iii) Dòng phụ hồi (dòng R): sử dụng làm dòng bố ñể sản xuất hạt lai

Tạo dòng bất dục ñực mới (dòng A) và dòng duy trì (dòng B)

Dòng A và B là một cặp dòng giống nhau ở mọi tính trạng, trừ tính trạng kiểm soát tính bất dục hay hữu dục Sau khi các dòng tự phối ñẫ ñược chọn dựa vào khả năng kết hợp nhà chọn giống sẽ tạo dòng A và B từ các dòng ưu tú ðể tạo dóng A và dòng B phải có nguồn bất dục ñực làm dòng cho Cách tốt nhất ñể tạo dòng A mới là tiến hành lai thử với dòng bất dục sẵn

có (dòng cho) ñể xác ñịnh kiểu gen rfrf Bằng cách tạo cặp các dòng với dòng A có sẵn, có thể xác ñịnh dễ dàng dòng cho phấn nào là B thông qua thế hệ con cái F1 Con lai F1 nào có 100% số cây bất dục thì cây cho phấn sẽ là dòng B ðồng thời khi tạo cặp các dòng với dòng

A, các dòng cũng ñược tiến hành tự phối Hạt tự phối ñược dự trữ ñể lai lại khi dòng B ñược xác ñịnh ñể tạo dòng A mới

Dưới ñây là quy trình tạo cặp dòng A và B mới

Vụ 1:

- Tiến hành lai thử bằng cách tạo cặp các dòng tự phối với cây của dòng A sẵn có (vật liệu thử bất dục ñược tế bào chất)

- Tự thụ các dòng

Vụ 2:

- Gieo thế hệ con lai thử (F1) tạo ra ở vụ thứ nhất cùng với các dòng tự phối cho phấn ở

vụ 1

- Kiểm tra con cái thế hệ F1 ở giai ñoạn ra hoa Chọn con cái bất dục 100% và loại bỏ tất

cả con cái phân ly hoặc hữu dục Xác ñịnh dòng cho phấn làm dòng B

- Tiến hành lai lại con cái bất dục 100% với dòng B tương ứng ñể tạo BC1 Duy trì dòng

B bằng tự thụ hay thụ phấ chị em trong dòng

Vụ 3:

- Gieo trồng các dòng BC1 cùng với dòng B tương ứng Nếu phát hiện cây hữu dục thì loại bỏ toàn bộ con cái BC1 tương ứng

- Kiểm tra và phân loại các dòng BC1 thành nhóm 100% bất dục và nhóm phân ly hay hữu dục ñể xác ñịnh dòng duy trì Chọn dòng BC1 giống với dòng B tương ứng

- Cây chọn từ BC1 tiếp tục ñược cặp ñôi với dòng B ñể tạo BC2 Duy trì dòng B bằng tự thụ hay thụ phấ chị em trong dòng

Vụ 4: