Bài giảng Chọn tạo giống cây trồng - Chương 9: Chọn giống cây lạ - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

Nội dung text: Bài giảng Chọn tạo giống cây trồng - Chương 9: Chọn giống cây lạ - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

1. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Chương 9 CHỌN GIỐNG CÂY LẠC
2. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 1. Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm 1.1. Nguồn gốc Cây lạc (Arachis hypogaea) có nguồn gốc ở miền Nam Bolivia đến miền Bắc Argentina thuộc khu vực Nam Mỹ. Các loài trong chi Arachis là loại thảo dược thường niên với hai phân loài mà chủ yếu phân biệt bởi kiểu phân nhánh, phân loại thực vật, sự sinh trưởng của thân chính và các cành bên. Phân loài (thứ) hypogaea có hai loài phụ là (botanical varieties) hypogaea và hirsuta, và phân loài (thứ) fastigiata có bốn loài phụ: fastigiata, vulgaris, peruviana, và aequatoriana. Một trung tâm khởi nguyên tồn tại ở châu Phi, nơi một số lượng lớn các biến thể có thể đã được tạo ra thông qua lai tạo và chọn lọc trong các môi trường khác nhau. Phát hiện khảo cổ lâu đời nhất lại là ở Peru, vào năm 1500 trước Công nguyên, cây lạc xuất hiện trước cả cây ngô.
3. Isleib và Wynne (1983) cho biết có 06 trung tâm khởi nguyên của A. hypogaea ở Nam Mỹ là: (1) Guarani (Paraguay-Paraná), (2) trên Amazon và bờ biển phía tây của Peru, (3) Goiás và khu vực Minas Gerais của Brazil, (4) Rondonia và tây bắc Mato Grosso vùng của Brazil, (5) phía Tây Nam khu vực Amazon ở Bolivia, (6) đông bắc Brazil. Ngoài các loài thuần, có thêm 68 loài hoang dã đã được mô tả. Số lượng lớn nhất các biến dị được tìm thấy ở Brazil nơi được coi là nguồn gốc tiến hóa của cây lạc (Gregory và cs., 1980).
4. Bảng 4.4. Phân loại các loài phụ và biến chủng cây lạc Dạng thị Địa Giống Tính trạng trường phương Hypogaea Bolivia, Không có hoa trên thân chính, Amazon thay đổi cặp hoa và đốt ra hoa ở cành bên, cành ngắn, có ít Lạc thân bò Hạt nhỏ, ít lông Lạc Hạt lớn, ít lông hirsuta Lạc thân bò Nhiều lông hơn fastigiata Hoa trên thân chính, các cặp hoa và tia liên tục trên các cành Lạc Ít cành, các cành cong peruviana Lạc , và tây bắc Ít lông, gân quả sâu aequatoriana Lạc Tây Ban Nha Nhiều cành và cành thẳng
5. 1.2. Phân loại Các loài trong chi Arachis phân biệt với hầu hết các loại cây trồng khác bởi hiện tượng nở hoa trên mặt đất, nhưng hình thành trái cây bên dưới mặt đất. Lạc là thành viên của họ đậu (Fabaceae), tông Aeschynomeneae, subtribe Stylosanthinae trong chi Arachis. Chỉ có A. hypogaea là được thuần hóa (loài lạc trồng), mặc dù một số loài trong chi Arachis cũng đã được trồng để lấy hạt (A.villosulicarpa Hoehne và A. stenosperma Krapov. và W. C. Gregory) hoặc làm thức ăn gia súc (A. pintoi Krapov. và WC Gregory và A. glabrata Benth).
6. 1.2. Phân loại (tiếp) Các loài thuần hóa được mô tả bởi Linneaus năm 1753 (Từ tiếng Hy Lạp "arachos," có nghĩa là cỏ dại) và hypogaea (ý nghĩa căn hầm ngầm). Chi lạc được chia thành 9 thứ (sections) gồm loài lưỡng bội (2n = 2x = 20), tứ bội (2n = 4x = 40) và lệch bội (2n = 2x = 18). Sự đa dạng xảy ra phân các loài của chi thành 2 hệ thống chính, các loài đột biến Erectoides là Extranervosae và các loài lưỡng bội Rhizomatosae là những loài cổ xưa nhất. Trung tâm đa dạng di truyền của chi Arachis là vùng Mato Grosso của Brazil cho tới Đông Bolivia (Stalker và cs. 1994).
7. Bảng 4.5. Nhận biết các loài Arachis (dạng mẫu chuẩn trừ khi có thuyết khác tốt hơn) của Krapovickas và Gregory, 1994; Stalker và Simpson, 1995. Người thu Ký hiệu mẫu Thứ và loài Tính trạng thập nguồn gen Thứ Arachis batizocoi Krapov. & W. C. Gregory - K 9505 benensis Krapov., W. C. Gregory & sp. nov KGSPSc 35005 C. E. Simpson cardenasii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KSSc 36015 correntina (Burkart) Krapov. & com. Klos 5930 W. C. Gregory nov. cruziana Krapov., W. C. Gregory & sp. nov KSSc 36024 C. E. Simpson decora Krapov., W. C. Gregory & Valls sp. nov VSW 9955 diogoi Hoehne - Diogo 317 duranensis Krapov. & W. C. Gregory sp. nov K 810 glandulifera Stalker - St 90-40 helodes Martius ex Krapov. & Rigoni - Manso 588 herzogii Krapov., W. C. Gregory and sp. nov KSSc 36030 C. E. Simpson hoehnei Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KG 30006 Hypogaea a,bL. - Linn. 9091 ipaensis Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KMrFr 19455
8. Bảng 4.5. Nhận biết các loài Arachis (dạng mẫu chuẩn trừ khi có thuyết khác tốt hơn) của Krapovickas và Gregory, 1994; Stalker và Simpson, 1995. (tiếp) Thứ và loài Tính trạng Người thu Ký hiệu mẫu thập nguồn gen kempff-mercadoi Krapov., sp. nov KGPBSSc 30085 W. C. Gregory & C. E. Simpson kuhlmannii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KG 30034 magna Krapov., W. C. Gregory & sp. nov KSSc 30097 C. E. Simpson microsperma Krapov., W. C. Gregory & sp. nov VKRSv 7681 Valls monticola Krapov. & Rigoni - K 8012 palustris Krapov., W. C. Gregory & Valls sp. nov VKRSv 6536 praecox Krapov., W. C. Gregory & Valls sp. nov. VS 6416 simpsonii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KSSc 36009 stenosperma Krapov. & W. C. Gregory sp. nov HLK 410 trinitensis Krapov. & W. C. Gregory sp. nov Wi 866 valida Krapov. & W. C. Gregory sp. nov KG 30011 villosa Benth. - Tweedi 1837 williamsii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov WiCl 1118 Thứ Caulorrhizae pintoi Krapov. & W. C. Gregory sp. nov GK 12787 repens Handro - Otero 2999
9. Bảng 4.5. Nhận biết các loài Arachis (dạng mẫu chuẩn trừ khi có thuyết khác tốt hơn) của Krapovickas và Gregory, 1994; Stalker và Simpson, 1995. (tiếp) Thứ và loài Tính trạng Người thu Ký hiệu mẫu thập nguồn gen pietrarellii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. GKP 9923 prostrata Benth. – Pohl 1836 retusa Krapov., W. C. Gregory & Valls sp. nov. VPtSv 12883 setinervosa Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. Eiten & 9904 Eiten villosulicarpa Hoehne – Gehrt SP47535 Thứ Heteranthae dardani Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. GK 12946 giacomettii Krapov., W. C. Gregory, Valls sp. nov. VPzV1W 13202 & C. E. Simpson pusilla Benth. – Blanchet 2669 sylvestris (A. Chev.) A. Chev. – Chevalier 486 Thứ Procumbentes appressipila Krapov. & W. C. Gregory sp.nov. GKP 9990 chiquitana Krapov., W. C. Gregory & C. E. sp. nov. KSSc 36027 Simpson kretschmeri Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. KrRa 2273 Lignosab (Chodat and Hassl.) Krapov. & com. Hassler 7476 W. C. Gregory
10. Bảng 4.5. Nhận biết các loài Arachis (dạng mẫu chuẩn trừ khi có thuyết khác tốt hơn) của Krapovickas và Gregory, 1994; Stalker và Simpson, 1995. (tiếp) Thứ và loài Tính trạng Người thu Ký hiệu mẫu thập nguồn gen pietrarellii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. GKP 9923 prostrata Benth. – Pohl 1836 retusa Krapov., W. C. Gregory & Valls sp. nov. VPtSv 12883 setinervosa Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. Eiten & 9904 Eiten villosulicarpa Hoehne – Gehrt SP47535 Thứ Heteranthae dardani Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. GK 12946 giacomettii Krapov., W. C. Gregory, Valls sp. nov. VPzV1W 13202 & C. E. Simpson pusilla Benth. – Blanchet 2669 sylvestris (A. Chev.) A. Chev. – Chevalier 486 Thứ Procumbentes appressipila Krapov. & W. C. Gregory sp.nov. GKP 9990 chiquitana Krapov., W. C. Gregory & C. E. sp. nov. KSSc 36027 Simpson kretschmeri Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. KrRa 2273 Lignosab (Chodat and Hassl.) Krapov. & com. Hassler 7476 W. C. Gregory
11. Bảng 4.5. Nhận biết các loài Arachis (dạng mẫu chuẩn trừ khi có thuyết khác tốt hơn) của Krapovickas và Gregory, 1994; Stalker và Simpson, 1995. (tiếp) Thứ và loài Tính trạng Người thu Ký hiệu mẫu thập nguồn gen matiensis Krapov., W. C. Gregory & C. E. nov. KSSc 36014 Simpson rigonii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. K 9459 subcoriacea Krapov. & W. C. Gregory – KG 30037 vallsii Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. VRGeSv 7635 Thứ Rhizomatosae Ser. Prorhizomatosae burkartii Handro - Archer 4439 Ser. Rhizomatosae Glabrata var. glabrata - Riedel 1837 Benth. var. hagenbeckiic Benth. (Harms ex. - Hagenbeck 2255 Kuntze) F. J. Herm. Pseudovillosac (Chodat & Hassl.) Krapov. com. Hassler 5069 & W. C. Gregory Nov. Thứ Trierectoides guaranitica Chodat & Hassl. - Hassler 4975 tuberosa Bong. ex Benth - Riedel 605 Thứ Triseminatae riseminata Krapov. & W. C. Gregory sp. nov. GK 12881
12. 1.3. Đặc điểm Lạc là cây thân thảo hàng năm, cao cây có thể từ 3-50 cm. Lá mọc đối, kép hình lông chim với bốn lá chét, kích thước lá chét dài 1- 7 cm và rộng 1-3 cm.  Hoa lạc là hoa lưỡng tính mọc đơn hay thành chùm, ra hoa ở nách lá trên cành sơ cấp và thứ cấp, nếu mọc thành chùm mỗi chùm có 5- 7 hoa. Đặc điểm hoa cây lạc phù hợp cho tự thụ phấn ngậm, hoa dạng hoa cánh bướm (đặc trưng của họ đậu). Cây tự thụ phấn điển hình, tỷ lệ thụ phấn chéo thấp 0,25%. Hoa lạc màu vàng hoặc trắng, gồm 5 bộ phận: lá bắc, lá đài, tràng hoa, nhị đực và nhụy cái. Nhị đực là bộ nhị gồm 9 nhị mang 9 bao phấn, trong đó luôn có 2 lép. Bốn cái dài hạt phấn chín sớm hơn 4 cái có chỉ ngắn và dễ tung phấn hơn. Cấu trúc hoa lạc gồm 1: cánh bướm (standard); 2: hai cánh hoa bên đối xứng (wing); cánh hoa lưỡi hái, có tài liệu gọi là cánh môi (cánh hoa lưỡi hái bao kín nhị và bầu nhụy; 4: cuống hoa, minh họa tại hình 4.2.1
13. Hình 4.8. Cấu tạo hoa lạc
14. 2. Giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng Lạc là sản phẩm làm thực phẩm, ép dầu, thức ăn gia súc và cung cấp dinh dưỡng cho đất. Cây lạc là cây lấy dầu quan trọng nhất ở Việt Nam. Hằng năm, Việt Nam xuất khẩu 100.000 - 135.000 tấn (65 - 120 triệu USD). Cây lạc được trồng rộng rãi trên 114 quốc gia và vùng lãnh thổ với diện tích là 24,6 triệu ha, năng suất bình quân đạt 1,6 trệu tấn và sản lượng toàn cầu đạt 41,2 triệu tấn. Giá trị dinh dưỡng của sản phẩm hạt lạc là nguồn dinh dưỡng và năng lượng cần thiết cho con người, nó chứa 32 - 55% dầu, 16 - 34% protein, 13,3% gluxit, các Vitamin C là 2%, vitamin B3 = 22% nguyên tố vi lương Ca 9% , Fe 12% , Mn 35%, Cu 21%, tryptophan 28,1%. Chất béo trong lạc chủ yếu là axít béo không no rất có lợi cho những người ăn kiêng và sức khỏe con người.
15. 3. Đa dạng nguồn gen  Lạc đã được người Tây Ban Nha mang tới Malaysia, Trung Quốc, Indonesia và Madagascar.  Lạc cũng di chuyển về hướng đông đến châu Âu và sau đó đến châu Phi. Lạc đã được du nhập vào Bắc Mỹ từ Brazil qua các tàu chở nô lệ.  Phương pháp phổ biến nhất trong thu thập các mẫu giống lạc là tại các chợ nhỏ ở các trung tâm sơ cấp và thứ cấp của Nam Mỹ.  Các mẫu giống thường được phân lập dựa trên đặc điểm của vỏ và hạt giống.  Theo Simpson (1985), mẫu thu thập khối lượng 01kg là đủ.
16. Số lượng nguồn gen của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ có hơn 8.000 mẫu của loài A.hypogaea và khoảng 800 mẫu của các loài khác thuộc chi Arachis. Bộ sưu tập lớn nhất về các giống lạc đã được thuần hóa là ở ICRISAT, đang bảo tồn 14.723 mẫu nguồn gen bao gồm 14.310 mẫu nguồn gen lạc trồng và 413 mẫu của các loài lạc dại thuộc chi Arachis thu thập từ 92 quốc gia. Williams (2001) cho rằng việc sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) mang lại hiệu quả hơn cho nghiên cứu, xác định vị trí và bảo tồn nguồn gen Arachis. Williams (2001) kết luận rằng bộ sưu tập bổ sung của các loài Arachis hoang dại đã được bảo hộ ở miền đông Bolivia và tây bắc Paraguay.
17.  Ở Việt Nam, số lượng mẫu giống lạc thu thập và nhập nội đã lên tới 1.271 mẫu, trong đó gồm 100 giống địa phương và 1.171 giống nhập từ 40 nước trên thế giới.  Trước năm 1985, sản xuất lạc ở Việt Nam chỉ có một số giống lạc như Sen Nghệ An, Chùm Nghi Lộc, Cúc Nghệ An, Giấy Nam Định, Bạch Sa, Trạm Xuyên (phù hợp với các tỉnh phía Bắc); Sẻ, Mỏ két, Lỳ Tây Ninh (phù hợp với các tỉnh phía Nam), các giống trên cho năng suất thấp, khả năng chống chịu sâu bệnh kém.  Trong vòng 20 năm qua, Trung tâm Nghiên cứu phát triển đậu đỗ đã thu thập, nhập nội (chủ yếu từ ICRISAT, Trung Quốc, Hàn Quốc) được trên 4.000 mẫu giống lạc chủ yếu thuộc hai dạng Virginia và Spanish trong đó có trên 100 giống địa phương.
18. 4. Phương pháp tạo giống 4.1. Chọn lọc Chọn lọc dòng, giống từ nguồn vật liệu di truyền là các giống bản địa, dòng, giống dòng nhập nội nhằm phát triển giống năng suất, chất lượng và chống chịu được sử dụng ở nhiều chương trình tạo giống. Chọn giống năng suất từ nguồn vật liệu ban đầu (dòng, giống) qua các bước chính: Sàng lọc dòng, thí nghiệm đánh giá cơ bản, thí nghiệm đa môi trường, khảo nghiệm, công nhận giống mới và phổ biến giống. Chọn lọc chu kỳ là phương pháp truyền thống sử dụng chọn lọc cải tiến năng suất quần thể lạc. Mỗi chu kỳ tạo 100 cặp giao phối ngẫu nhiên và áp dụng cường độ chọn lọc 40% để làm vật liệu cho chu kỳ chọn lọc tiếp theo, hỗn hạt của các cây chọn để đánh giá xác định năng suất và chọn lọc. Quá trình chọn lọc như vậy thực hiên 4 chu kỳ Tóm tắt các bước chọn lọc chu kỳ trong hình 4.9
19. Hình 4.9. Sơ đồ chọn lọc chu kỳ cải tiến quần thể lạc
20. 4.2. Phương pháp chọn giống bằng lai hữu tính a. Lai gần (lai trong loài, giữa các dòng hoặc các giống)  Xây dựng vườn lai trong nhà kính: Cây trồng trong chậu đường kính 30cm, mỗi chậu trồng 2-4 cây để lai. Dụng cụ vật tư hỗ trợ lai gồm: Chậu và cát vàng; Đất khử trùng, phân hữu cơ hoai mục; Thuốc khử trùng là Bavistin và carbofuran; Phân hóa học Diammonium phosphate;  Xây dựng vườn lai trên đồng ruộng: Lựa chọn khu ruộng đất nhẹ, đầy đủ dinh dưỡng, thoát nước, trồng cây lai theo luống rộng 75 cm, trồng 5 – 9 hàng mẹ có 1 hàng bố xen kẽ nhau. Hàng bố mẹ đánh dấu bằng thẻ màu khác nhau để dễ nhận biết. Chăm sóc tối ưu đảm bảo độ ẩm 40%, nhiệt độ 22-33°C.  Khử đực: trời râm mát, không có mưa, chọn hoa để khử đực trên cây và cành sinh trưởng phát triển tốt, hoa phát triển hoàn chỉnh để lại, những hoa không chọn ngắt bỏ.  Thụ phấn: Thu hoa bố trên những cây khỏe mạnh, thu vào buổi sáng trong thời gian hoa nở rộ, lấy panh đưa bao phấn bố lên đầu nhụy hoa mẹ đã khử đực hôm trước. Phấn có thể dự trữ để lai trong 8 ngày vẫn còn sức sống trong bình calcium chloride tại 6oC.
21. Hình 4.10. Chọn lọc hỗn hạt cải tiến tại ICRISAT
22. b. Phương pháp lai trở lại và lai xa chuyển gen Phương pháp 1: Lai trực tiếp giữa loài trồng tứ bội A. hypogaea và loài lưỡng bội kết quả tạo con lai tam bội bất dục, xử lý colchicine tạo cây lục bội hữu dục. Cây lục bội được sàng lọc khả năng kháng sâu bệnh và không phân ly được lai trở lại với A. hypogaea đến khi ổn định tứ bội (hình 4-11). Phương pháp 2: Con lai tam bội đôi khi tạo quả và có hạt có sức sống, khoảng 82% hạt này tạo ra cây lục bội, những con cái này hoặc con cái có bộ NST nhỏ hơn 60 lai trở lại với A. hypogaea đến khi ổn định tứ bội (hình 4-11 ).
23. Hình 4.11. Sơ đồ lai xa và lai trở lại tạo giống lạc
24. Phương pháp 3: Tạo cây lai F1 đã đa bội hóa của loài dại lưỡng bội (AxA hoặc AxB) sau đó lai chúng với Arachis hypogaea (4x) là một lựa chọn khác để lai chuyển gen. Trong tổ hợp lai này bộ genom của A. hypogaea đồng hợp giữa genom 'A' và 'B' khắc phục vấn đề hữu dục khi lai với Arachis hypogaea để tổ hợp những tính trạng mong muốn. Phương pháp 4: Tạo cây đa bội bằng đa bội hóa số NST của loài dại Arachis sau đó lai với loài trồng A. hypogaea (4x) ở mức tứ bội là một lưạ chọn khác.
25. Hình 4.12. Sơ đồ lai xa và lai trở lại tạo giống lạc
26. 4.3. Chọn giống bằng đột biến Đột biến tạo giống lạc sử dụng tác nhân vật lý như tia X, tia gamma, tia neutron, tia gamma từ nguồn 60Co xử lý hạt. Liều lượng xử lý đối với lạc tùy theo kiểu gen thường có liều lượng 5 kr, 10 kr, 15 kr, 20 kr, 30 kr, và 45 kr, hầu hết thành công ở liều lượng 5 – 20 kr. Tác nhân đột biến hóa học xử lý đột biến tạo giống lạc là ethyl methane sulphonate (EMS), diethylsulfate (DES), ethylene-imine (EI), N-nitroso- N-methyl Urethane (NMUT), N-nitro-N-methyl urea (NMU) và ethyl bromide (EB). Hiệu quả phụ thuộc vào nồng độ, thời gian xử lý và độ pH của dung dịch. Xử lý hạt lạc thường ngâm hạt trong nước 2 - 4 giờ sau đó ngâm trong dung dịch xử lý 5 - 6 giờ, rửa bằng nước sạch 8 - 10 giờ và cuối cùng làm khô vài giờ trong điều kiện râm mát trước khi đem gieo. Lựa chọn liều lượng và nồng độ xử lý thích hợp để thu được M1 tối đa.
27. Bảng 4.6. Các bước và kỹ thuật chọn tạo giống lạc bằng phương pháp đột biến Năm/vụ Thế hệ Kỹ thuật thực hiện 1 M1 Gieo hạt đã xử lý ở mật độ thưa, thu hoạch từng cây để riêng. 2 M2 Trồng cây M1, thu cây có sức sống, quan sát cây bình thường 3 M3 Trồng các cây M2, chọn những cây tốt, thu riêng 4 M4 Trồng cây M3, thu cây ưu tú, dòng đồng hợp hỗn hạt loại bỏ cây xấu không mong muốn 5 M5 Thí nghiệm năng suất cơ bản có đối chứng, nhận biết dòng ưu tú 6 - 9 M6 - M9 Thí nghiệm năng suất đa môi trường và phóng thích giống 10 - 11 M10 - M11 Sản xuất hạt giống và thử nghiệm trên nông trại
28. 4.4. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Hình 4.13. Sơ đồ chuyển tính trạng tỷ lệ a xít oleic:linoleic (O : L) cao vào giống lạc và sử dụng marker cố định các dòng F2