Bài giảng Chọn tạo giống cây trồng - Chương 6: Chọn giống sắn - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

Nội dung text: Bài giảng Chọn tạo giống cây trồng - Chương 6: Chọn giống sắn - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

1. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Chương 6 CHỌN GIỐNG SẮN
2. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 4.3.1. Giới thiệu Từ thiên niên kỷ thứ hai và thứ ba trước Công nguyên, cây sắn đã được phát triển và trở thành một cây lương thực quan trọng, được trồng và thích ứng ở châu Phi và châu Á bắt đầu từ sau thời kỳ Columbus phát hiện ra châu Mỹ. Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, tập trung nhiều ở châu Phi, châu Á và Nam Mỹ, là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người (CIAT, 1993). Việt Nam đã trồng sắn từ nhiều năm nay. Sắn là cây lương thực của người dân ở nhiều vùng, nhất là các vùng đồi trung du và miền núi. Cây sắn có thể sinh trưởng tốt trên các loại đất nghèo kiệt dinh dưỡng, là loại cây dễ tính, cho năng suất ổn định và yêu cầu lao động rất ít. Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm. Củ sắn được dùng để chế biến tinh bột, sắn lát khô, bột sắn nghiền hoặc dùng để ăn tươi ,làm thức ăn gia súc.
3. 4.3.1. Giới thiệu (tiếp) Thành phần dinh dưỡng trong củ sắn tươi gồm có tỷ lệ chất khô 38 - 40%, tinh bột 16 - 32%, giàu vitamin C, calcium, vitamin B và các chất khoáng, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo đạm. Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không đươc cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ thuộc vào giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Lá sắn có hàm lượng đạm khá cao, nhiều chất bột, chất khoáng và vitamin. Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu methionin. Các giống sắn ngọt có 80 - 110 mg HCN/ 1kg lá tươi. Các giống sắn đắng chứa 160 - 240 mg HCN/ 1kg lá tươi. Lá sắn ngọt là một loại rau rất bổ dưỡng nhưng cần chú ý luộc kỹ để làm giảm hàm lượng HCN.
4. 4.3.2. Nguồn gốc, đa dạng và phân loại sắn a. Nguồn gốc Allem (1994) đề xuất giống sắn trồng hiện đại M. esculenta subsp. Esculenta có nguồn gốc tiến hóa từ loài dại phụ M. esculenta subsp. flabellifolia. Phân tích phân tử chi tiết trên cơ sở bản sao đơn gen nhân mã hóa glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (G3pdh; Olsen và Schaal, 1999) chỉ ra rằng sắn được thuần hóa từ quần thể M. esculenta subsp. flabellifolia ở vùng miền Nam của lưu vực Amazon – Brazil. Điều trên được chứng minh bới các nghiên cứu khác sau đó như Olsen và Schaal (2001); Léotard và McKey (2004).
5. b. Đa dạng Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) được trồng rộng khắp ở vùng nhiệt đới ẩm. Chi Manihot có nguồn gốc ở Trung và Nam Mỹ, nơi có 2 trung tâm đa dạng là Brazil và Mexico. Cây sắn có thể được thuần hóa đầu tiên ở châu Mỹ khoảng 5.000 đến 7.000 năm trước công nguyên, được nhân giống vô tính, mặc dù vẫn có sinh sản và tạo thành hạt. Các loài thuần hóa thuộc chi Manihot họ Euphorbiaceae với hàng trăm giống bản địa khác nhau đã được mô tả bởi các nhà thực vật học và nông học. Sắn đa dạng di truyền cao nhất ở Brazil và đa dạng cao ở Trung Mỹ, châu Á đa dạng thấp hơn. Nguồn gen sắn bảo tồn ex situ được đánh giá cho thấy rất khác nhau về hàm lượng đường, amylose-tự do, protein. Nguồn gen sắn toàn cầu hiện đang bảo tồn ex situ là 10.068 mẫu, in situ là 26.986 mẫu.
6. b. Đa dạng (tiếp) Sử dụng marker nhận biết đa dạng di truyền nguồn gen cây sắn được Adebola AJ Raji và cs. (2009) thực hiện với tổng số 846 microsatellites đã nhận biết 8.577 bộ gen đơn ở sắn với mật độ trung bình một marker là 7 kb. 192 marker SSR đã phân tích đa hình các giống sắn của châu Phi, châu Mỹ, châu Á và 4 loài dại của Manihots. Trong 168 markers có sản phẩm khuyếch đại rõ ràng, 124 (73,8%) biểu hiện đa hình cao. Trong 85 EST-SSR marker sàng lọc, 80 (94,1%) các alen khuyếch đại từ loài dại (M epruinosa, M glaziovii, M brachyandra, M tripartita). Kết quả cho thấy mức độ đa dạng di truyền rất cao của nguồn gen cây sắn toàn cầu.
7. c. Phân loại .Cây sắn (Manihot esculenta) thuộc nhóm Fruticosae của chi Manihot, họ Euphorbiaceae. .Nhóm Fruticosae gồm cây bụi sinh trưởng thích nghi với vùng hoang mạc, đồng cỏ hoặc sa mạc và được coi là tiến hoá hơn so với nhóm Arboreae, nhóm chỉ có các loài cây thân gỗ. .Chi sắn bao gồm khoảng 98 loài xuất hiện tự nhiên nằm trong vùng Tây bán cầu, giữa phía tây nam Hoa Kỳ (33° Bắc) và Argentina (33° Nam). .Hầu hết sự đa dạng của sắn xuất hiện ở hai khu vực, một ở phía đông bắc Brazil mở rộng về phía Paraguay, và một ở phía tây và phía nam Mexico.
8. c. Phân loại .Chi Manihot phân loại hình thái gần đây nhất là Rogers và Appan (1973) nhận biết 98 loài và nhóm thành hai nhóm bán cầu Bắc và Nam phân biệt, sau đó Allem xác định chi này có 70 loài trong đó 55 loài ở Nam Mỹ và 15 loài ở Bắc Mỹ (Howeler và cs., 2001). .Allem (1994) mô tả vốn gen 1 (GP1) như là các loài được biết do lai với sắn có con cái năng suất và hữu dục gồm M. flabellifolia và M. peruviana và có thể là những loài tổ tiên của sắn trồng hiện nay. .Nhóm lai với sắn tạo nên vốn gen 2 (GP2) gồm M. glaziovii, M. dichotoma, M. pringlei, M. aesculifolia và M. pilosa. Đây là những vốn gen tiềm năng cho sử dụng cải tiến giống sắn.
9. a. Hình thái (tiếp)  Lá đơn mọc xen kẽ trên thân. Phiến lá thường xẻ thùy có khía nông hay sâu, có 5 - 7 thùy, nhưng cũng có giống lá nguyên.  Lá có cuống dài để xoay chuyển phiến lá ra ánh sáng (có giống cuống lá dài tới 30 - 40cm).  Màu sắc cuống lá thay đổi từ lục đến đỏ tía. Màu sắc lá non thường lục đến đỏ hồng hoặc vàng sáng. Màu sắc lá già thường xanh đậm hoặc xanh vàng. Sắn thường có lá kèm (lá kèm là lá nguyên dài có 1 - 2 thùy).  Rễ sắn được trồng bằng hom, rễ sắn phát sinh ra từ các mắt đốt hoặc từ các mô sẹo (mô phân sinh) của hom. Lúc đầu phát triển theo chiều ngang, về sau cắm thẳng đứng xuống dưới.  Nếu sắn trồng bằng hạt, thì hình thành một rễ cọc cắm thẳng đứng xuống dưới đất và hình thành nhiều rễ phụ.  Các rễ con mọc từ các mắt hom dưới mặt đất cũng có thể phát triển thành củ nhưng rất ít, chức năng chủ yếu là hút chất dinh dưỡng và nước, giữ vững cây trong đất, chống đổ.
10. 4.3.3. Đặc điểm sinh học cây sắn a. Hình thái Cây sắn có thân gỗ mảnh, đường kính thân phụ thuộc giống, điều kiện đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng trọt. Thân sắn có chiều cao 3 - 6m. Tùy theo đặc điểm của giống mà thân có thể phân cành hoặc không phân cành. Thân sắn mọc thẳng từ dưới đất lên. Phần ngọn, thân chưa hóa gỗ nên rất non và có nhiều màu tùy giống. Phần dưới thân và cành già đã hóa gỗ có nhiều màu (trắng bạc, xám lục, nâu hoặc vàng), có nhiều màu do các vết rụng của cuống lá nổi cao lên tạo nên thân sắn xù xì.
11. b. Sinh sản Sắn là cây hoa đơn tính cùng gốc, hoa đực và hoa cái trên cùng một cây, thời gian từ trồng đến ra hoa phụ thuộc vào kiểu gen và môi trường có thể từ 1 đến trên 24 tháng. Trên bông hoa cái thường ở gốc và trên đỉnh bông hoa là hoa đực, hoa nhỏ đường kính khoảng 0,5 cm (hoa đực), hoa cái lớn hơn một chút, nở hoa vào buổi trưa và nở hoa trong một ngày. Thời gian nở hoa từ hoa đầu tiên đến kết thúc từ 1 - 2 tuần, xảy ra cả tự thụ phấn và sib tùy thuộc vào kiểu gen, môi trường và sự có mặt của côn trùng. Điều kiện kích thích ra hoa phụ thuộc vào quang chu kỳ, độ dài chiếu sáng đến 16 giờ với nhiệt độ khoảng 24ºC. Hạt phấn hoa sắn khá lớn, đường kính từ 130 - 150 µm, hạt phấn nhỏ 90 - 110 µm. Hạt phấn lớn nảy mầm tốt hơn hạt phấn nhỏ và mất sức sống nhanh sau khi tung phấn ra khỏi bao phấn. Hạt hình thành 2 tháng sau khi thụ tinh và quả chín sau đó 1 tháng, quả 3 ô và hạt hình elip có chiều dài xấp xỉ 100 mm và dày 4 mm. Hạt nảy mầm trong điều kiện khô, nóng và tối. Nhiệt độ nảy mầm khi cao hơn 30oC và thấp nhất là 24oC.
12. Hoa đực Hoa cái Hình 5.18. Cấu tạo hoa đực và hoa cai của sắn (Nguồn Chavarriaga-Aguirre và cs, 2005)
13. c. Di truyền  Tất cả các loài sắn có 36 nhiễm sắc thể (NST), trong đó thường thấy dạng lưỡng bội.  Hai loài, sắn và Manihot glaziovii (Nhóm Arboreae) đã có đa bội, có ba bắt cặp đôi NST và nhân đôi một số NST. Điều này cho thấy rằng Manihot có thể là dạng dị nguyên tứ bội (allo-tetraploids) bắt nguồn từ lai giữa hai loài có giao tử đơn bội gồm sáu NST thường và có ba NST khác biệt.  Hàm lượng axit cyanhytric (HCN) do một hệ thống phức tạp các gen phụ kiểm soát. Hệ thống gen phụ này có tác động cộng hưởng với nhau, cho nên khi lai giữa hai bố mẹ có hàm lượng HCN thấp đã tạo ra được con lai có hàm lượng còn thấp hơn cả bố mẹ.  Sarah Adeyemo (2009) cho biết các gen quang chu kỳ điều khiển ra hoa ở sắn, gen nhận biết đầu tiên là MeGI và gen khác MeCOL1, MeCO, MeCOL2 và ELF4.  Gen tích lũy protein ở sắn cũng đã được nhận biết như tích lũy Glutamate synthase (GS) do 2 gen điều khiển là GS1 và GS2, tích lũy Glutamine oxoglutarate aminotransferase (GOGAT) do 2 gen là GLT và GLU.
14. Đặc điểm thùy lá hẹp có đặc điểm di truyền trội hơn so với thùy lá rộng. Sắc vỏ củ màu nâu trội hơn sắc vỏ củ màu trắng. Màu đỏ của gân lá có tính trội hơn so với màu xanh. Dạng hình lý tưởng của một cây sắn cho năng suất cao được các nhà khoa học xác định như sau: 1.Thân: Một thân độc nhất, mọc thẳng từ hom. Ít nhánh. Không phân nhánh quá sớm hay quá muộn. Lóng ngắn. Chiều cao cây giới hạn ở khoảng 2 m. 2.Lá: Chỉ số diện tích là 3,5 - 4,5. Phiến lá lớn. Tuổi thọ lá cao. Dáng lá đứng. 3.Củ: Một cây cho khoảng 8 củ. Củ thuôn dài và đồng đều, củ chắc, cuống củ ngắn, dáng củ hẹp vỏ dễ bóc và hệ số thu hoạch cao.
15. 4.3.4. Mục tiêu chọn giống 1.Tạo giống săn năng suất cao 2.Chất lượng củ hàm lượng tinh bột và hàm lượng chất khô 3.Tạo giống sắn có hàm lượng protein và dinh dưỡng khác 4.Hàm lượng axit cyanhytric thấp 5.Tạo giống sắn chống chịu sâu bệnh 6.Tạo giống chống chịu điều kiện bất thuận
16. 4.3.5. Các phương pháp tạo giống sắn a. Chọn lọc cải tiến quần thể Phương pháp Hershey (1984) đề xuất gồm các bước sau: Năm thứ nhất: Trồng 50.000 cây trên cơ sở các bố mẹ thích nghi cho các vùng sinh thái đặc thù. Sau 6 tháng trồng, sử dụng cường độ chọn lọc thấp về kiểu cây và rễ để được khoảng 25.000 cây. Một hom từ mỗi cây chọn lọc sử dụng để thí nghiệm vùng, phần còn lại giữ trong thí nghiệm. Năm thứ 2: Trồng 3.000 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất, tiếp tục trồng trên các ô đánh giá không lặp lại, chọn lọc các đặc điểm như năm thứ nhất và thêm các chỉ tiêu hàm lượng chất khô rễ và HCN. Năm thứ 3: Trồng 300 dòng chọn lọc từ năm thứ 2 đánh giá và thử nghiệm năng suất ở một vài điểm Năm thứ 4: Trồng 100 dòng chọn lọc từ năm thứ 3 đánh giá và thử nghiệm rộng ở một vài điểm Năm thứ 5: Trồng 20 dòng chọn lọc từ tiếp tục đánh giá và đưa vào hệ thống khảo nghiệm Năm thứ 6: Các dòng triển vọng được pghaan phối để đánh giá ở các Trung tam Quốc gia
17. Chọn lọc giống sắn kháng bệnh Năm 1980, viện IITA giới thiệu phương pháp chọn lọc tạo giống sắn kháng bệnh khảm CMD (Cassave mosaic disease) và bệnh tàn lá vi khuẩn CBB (cassava bacterial blight) như sau: Năm thứ nhất: Gieo hạt trồng 10.000 cây con để sàng lọc kháng bệnh CMD và CBB, khi thu chọn cây có rễ chụm, cổ rễ ngắn, thân cành cao khoảng 100 cm và hàm lượng HCN trong lá thấp. Năm thứ 2: Trồng 3.000 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất trong các ô nhỏ không lặp lại. Tiếp tục chọn lọc kháng bệnh và tiềm năng năng suất, hàm lượng chất khô của rễ và HCN trong rễ phân tích bằng enzym. Năm thứ 3: Trồng 100 dòng chọn lọc từ năm thứ 2 đánh giá trong thí nghiệm lặp lại ở 3 địa phương và đánh giá sự chấp nhận của người dân. Năm thứ 4: Tiếp tục chọn lọc để được 25 dòng trong thí nghiệm rộng và ở nhiều địa phương Năm thứ 5: Năm dòng tốt nhất đưa vào đánh giá trên nông trại Năm thứ 6: Chọn lọc cuối cùng, nhân và phổ biến giống
18. Chọn tạo giống sắn ở châu Á Theo Kawwano và cs. (1998), sơ đồ chọn giống cơ bản gồm: Năm thứ nhất: Trồng 5.000 cây từ 100 tổ hợp lai giữa bố mẹ có nguồn từ châu Á và châu Mỹ. Sau 8 – 10 tháng chọn lọc cường độ thấp về tính trạng rễ để chọn được 700 cây. Năm thứ 2: Trồng 700 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất đánh giá trên hàng đơn không lặp lại, theo dõi 10 cây đánh giá các đặc điểm như năm thứ nhất cộng thêm khối lượng chất khô, năng suất củ, đặc biệt chọn lọc hệ số thu hoạch cao. Năm thứ 3: Trồng 80 dòng chọn lọc từ năm thứ 2, đánh giá tiếp theo và thí nghiệm năng suất cơ bản tại Rayong, trồng thí nghiệm 2 lần lặp lại, mỗi lần lặp lại 50 cây. Các tính trạng đánh giá như thí nghiệm hàng đơn Năm thứ 4: Khoảng 20 – 25 dòng chọn từ năm thứ 3 đưa vào thí nghiệm rộng tại ít nhất 3 địa phương đại diện cho điều kiện sinh thái của vùng sản xuất. Năm thứ 5 – 6: 6 - 8 kiểu gen ưu tú chọn lọc từ năm thứ 4 trồng thử nghiệm vùng sinh thái ít nhất ở 7 địa phương trong 2 năm Năm thứ 7: Kiểu gen chọn lọc được phân phối để đánh giá ở các chương trình quốc gia của các nước khác.
19. b. Lai hữu tính Hình 5.19. Quá trình chọn tạo giống sắn bằng lai đa giao (phỏng theo Kawuki và cs., 2011)
20. c. Đột biến Lớ ptạo Học Phgiốngần VNUA sắn ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam  Xử lý tia X với liều lượng cao (10 Krad) lên hom sắn, tạo dòng đột biến trong NST và thu được dòng đột biến có hàm lượng tinh bột cao, hàm lượng axit xianhidric thấp.  Đột biến tạo giống sắn sử dụng vật liệu là thân non (6 – 8 tháng) bằng tia gamma nguồn 60Co. Kết quả tạo đột biến giảm hàm lượng axít hydrocyanic (HCN) trong lá.  Gây đột biến tạo giống sắn bằng chiếu tia gamma nguồn Cobalt 60 với liều lượng 200 Gy và tia neutron nhanh 0,2 MeV (235 U) đối với vật liệu là 1.400 hạt của 6 gia đình anh em đồng máu và nửa máu là CM9331, GM155, SM3015, SM3045, C4 và C127). • Tự thụ phấn các cây M1 để nhận được hạt và các cây M2 • Đánh giá các cây M2 về kiểu hình thân, lá và rễ • Sàng lọc tiềm năng đột biến, nhận biết đột biến thể khảm ở M2, M1 • Trong một quần thể đánh giá tại các thời điểm 180, 240 và 300 sau gieo hạt. • Phân tích thực hiện trong 2 vụ về hàm lượng amylase, chất khô, cyanide và hư hỏng sinh lý sau thu hoạch (PPD).