Bài giảng Chọn giống đậu tương

CHỌN GIỐNG CÂY NGẮN NGÀY NÂNG CAOChuyên đề: Chọn giống đậu tương Nguồn gốc lịch sử Cây đậu tương (Glycine max (L) Merr) là nguồn thực phẩm quan trọng cung cấp cả hai loại protein và dầu thực vật. Đậu tương có giá trị dinh dưỡng cao, hạt có chứa 38-42% protein, 18-22% dầu, 30-40% hyđrat cacbon, 4-5% các chất khoáng, các sản phẩm đậu tương được sử dụng nhiều cho người và gia súc và các mục đích khác. Đậu tương có nguồn gốc ở Trung Quốc, đã được biết đến cách đây hơn 5000 năm. Từ phía Bắc Trung Quốc đậu tương phát triển sang Triều Tiên, Nhật Bản, thế kỷ 17 thâm nhập sang Châu Âu. Ở miền Đông và Nam Trung Quốc, đậu tương truyền lan sang các nước Đông Nam Châu Á. Sự phát triển của đậu tương trên thế giới Đậu tương là cây lấy hạt, cây có dầu quan trọng bậc nhất của thế giới, đứng thứ 4 sau cây lúa mì, lúa nước và ngô. Do khả năng thích ứng rộng nên nó đã được trồng khắp ở năm châu lục, nhưng tập trung nhiều nhất là châu Mỹ 73,03%, tiếp đến là châu Á 23,15%... Sản phẩm đậu tương được lưu hành trên thế giới chủ yếu dưới 3 dạng: hạt, dầu và bột. Khu vực tiêu thụ dầu nhiều nhất là Mỹ, Braxin, Trung Quốc, Nhật, Ân Độ … Ở Việt Nam ta, cây đậu tương đã được phát triển sớm ngay từ khi nó còn là một cây hoang dại, sau được thuần hoá và trồng như một cây thực phẩm có giá trị dinh duỡng cao. Năng suất đậu tương bình quân của nước ta rất thấp, chỉ đạt 39,27% năng suất bình quân của thế giới Sản lượng đậu tương của một số nước trên thế giới như bảng 1 Quỹ gen của đậu tương Đậu tương trồng (Glycine max) có số lượng NST 2n = 40 thuộc họ: Fabaceae họ phụ Lyguminosae Việt Nam thường gọi là “đậu tương” hoặc “đậu nành”. Chi Glycine wild gồm 2 chi phụ: Glycine và Soja (bảng 1) Quỹ gen cây đậu tương Bộ gen đậu tương là khá lớn, bao gồm khoảng 1 100 MBP. Nó là nhỏ hơn nhiều so với bộ gen của cây ngô và lúa mạch, nhưng lớn hơn so với bộ gen của Arabidopsis và lúa (Arumuganathan và Earle, 1991). Đậu tương hiện đại được coi là kết quả của một tổ tiên lưỡng bội (n = 11), trong đó đã giảm đi một thể lệch bội lẻ (n = 10), tiếp theo là sự đa bội hóa (n = 20) và sự hình thành thể lưỡng bội (Hymowitz, 2004). Đậu tương được coi là tứ bội (Pagel et al., 2004). Một trong những thách thức trong nghiên cứu di truyền của đậu tương là do cấu trúcđa bội của nó, mức độ trùng lặp phân đoạn trong bộ gen của nó. Do đó, điều này thể hiện những thách thức trong việc điều hành toàn bộ hệ gene và trình tự lắp ráp do chuỗi DNA lặp đi lặp lại. Hơn nữa, trình tự sự đa dạng trong gieo trồng đậu tương là tương đối thấp so với các loài khác dẫn đến những thách thức bổ sung trong các bản đồ di truyền  Đặc điểm di truyền của đậu tương Đậu tương thuộc nhóm cây tự thụ phấn điển hình Hoa đậu tương có kích thước rất bé, chiều dài từ 5 – 7 mm. Một hoa bình thường bao gồm các bộ phận: đài hoa hình ống, 5 cánh hoa trong đó có 1 cánh rộng nhất là cánh cờ, 2 cánh bên và 2 cánh thìa, 2 bó nhị đực dính liền nhau và 1 nhị đực tách rời, tạo thành một hình ống bao quanh nhị cái. Bầu nhuỵ cái hơi cong về phía nhị đực tách rời, đỉnh của bầu nhuỵ là một cụm vòi nhuỵ. Với cấu tạo như vậy đảm bảo cho sự tự thụ phấn của đậu tương. tỷ lệ giao phấn khoảng 0,5 – 1%. Hiện nay người ta vẫn chưa tìm ra cách truyền phấn cho đậu tương. Vì vậy đến nay công tác chọn giống đậu tương chủ yếu vẫn là sử dụng dòng thuần Mục tiêu tạo giống đậu tương Mục đích chung Mục tiêu tổng quát Mục tiêu cụ thể Mục đích chung Năng suất cao, thời gian chín phù hợp cho từng vùng, vụ khác nhau Khả năng chống chịu sâu bệnh, tính chống đổ, chống tách vỏ, chống chịu với điều kiện môi trường không thuận lợi Khả năng tổng hợp nitơ, thành phần và chất lượng hạt Ngoài ra trong các điều kiện cụ thể cho từng khu vực sinh thái và các mục đích sử dụng riêng biệt Mục tiêu tổng quát Tập trung vào 3 hướng lớn: Tạo giống làm thức ăn cho chăn nuôi: Yêu cầu phải tạo được giống có năng suất cao, đặc biệt là phải có hàm lượng protein cao (≈46%) Làm thực phẩm cho công nghiệp thực phẩm Làm rau: Sử dụng hạt non, do đó cần phải chọn giống tích luỹ nhanh chóng vào hạt Mục tiêu cụ thể Phải tổ chức chọn giống để đáp ứng mục tiêu thêm 1 vụ chen vào giữa 2 vụ lúa: Đối với nhóm này thời gian sinh trưởng là quan trọng nhất (85 – 95 ngày, xu thế 75 ngày là tốt nhất), năng suất phấn đấu đạt 3 tấn/ha. Chọn ra các giống rất dài ngày phản ứng với ánh sáng ngày ngắn để đưa vào vùng núi: TGST là từ 135 – 140 ngày. Tăng cường tích luỹ nốt sần theo xu thế: sớm, nhiều, trẻ, lâu. Cải tiến cấu trúc kiểu cây: Lá hẹp, uốn cong lòng mo, dài, góc lá tạo với thân ≈ 15 – 300 (không che khuất lẫn nhau), xu thế không cần phân nhánh để tăng được mật độ Phương pháp chọn tạo giống Thu thập vật liệu và đánh giá nguồn gen Chọn giống bằng con đường lai hữu tính Chọn giống bằng xử lý đột biến và chọn lọc Chọn lọc Chọn giống chống đổ và chống tách vỏ Chọn giống tăng khả năng cố định đạm Sử dụng các công cụ mới Thu thập, nghiên cứu và đánh giá nguồn gen Bằng cách thu thập nguồn gen của các vùng sinh thái khác nhau ở trong và ngoài nước, có thể là các loài hoang dại, các dòng mới chọn tạo, các giống bao gồm các kiểu gen khác nhau, có thể thu được các nguồn gen quý như khả năng chống bệnh. Các vật liệu từ giống điạ phương và nhập nội đều là nguồn gen quý. Sau khi đánh giá, trồng thử trong sản xuất, có thể phát triển thành giống tốt. Khi nghiên cứu đánh giá nguồn gen trên đồng ruộng cần chú ý một số vấn đề như sau: Thí nghiệm tập đoàn không cần nhắc lại, cứ sau 10 mẫu giống gieo kèm theo 1 hoặc 2 đối chứng Diện tích ô từ 2 – 3 m2, gieo 2 hàng, khoảng cách 50 x 12.5 cm, 1 hốc để 2 cây cố định. Đánh giá các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất Các chỉ tiêu đánh giá như: màu sắc thân, mầm hoa, lá, vỏ quả, vỏ hạt, rốn hạt, hình dạng lá, mức độ phát triển lông trên lá. Các chỉ tiêu này sử dụng thang điểm từ 1 đến 7 để đánh giá. Về khả năng chống chịu sâu bệnh, tính chống đổ, chống tách vỏ, chịu nóng, chịu lạnh và chịu hạn… căn cứ vào % và diện tích cây bị hại để cho điểm khi đánh giá Sau khi nghiên cứu, đánh giá nguồn gen, có thể chọn lọc ra các dòng có triển vọng, phát triển thành giống tốt hoặc có thể dùng làm các dạng bố mẹ trong tổ hợp lai. Lai hữu tính Thụ phấn và thụ tinh kép Đậu tương là cây tự thụ phấn điển hình, tỷ lệ giao phấn khoảng 0,5 – 1%. Vào thời gian thụ phấn các bó nhị đực kéo dài ra giống như một cái chuông bao quanh nhuỵ. Các hạt phấn rơi trực tiếp trên núm nhuỵ, vì thế tỷ lệ tự thụ rất cao. Thời gian thụ phấn đến thụ tinh vào khoảng 8 – 10 giờ. Sự thụ phấn có thể xảy ra trước khi hoa nở ở bên trong nụ hoa. Vì thế ngày hoa nở đầy đủ là ngày thụ tinh hoặc sau khi thụ tinh. Về nguyên tắc và kỹ thuật lai hữu tính ở đậu tương cần chú ý một số điểm sau: a) Chọn cây bố mẹ Các dòng, giống sử dụng làm bố mẹ được tiến hành gieo trồng trên đồng ruộng tránh đất đai đã bị nhiễm bệnh, chủ động tưới tiêu, không để cỏ dại, tạo mọi điều kiện chăm sóc cho các cây sinh trưởng phát triển tốt. Cũng có thể chọn lọc các dạng làm bố mẹ ngay trong vườn đánh giá nguồn gen. Để biết có thu được hạt lai thực hay không, khi chọn các dạng làm bố mẹ nên sử dụng cây có hoa tím lai với cây hoa trắng, dạng thân sinh trưởng hữu hạn với dạng thân sinh trưởng vô hạn. Đến thời kỳ ra hoa tiến hành chọn lọc các cây sinh trưởng khoẻ, không bị bệnh, thân to có nhiều hoa để làm mẹ hoặc lấy phấn làm bố cho tổ hợp lai. b) Khử đực và thụ phấn Chọn các chùm hoa trên thân chính, nên tỉa bớt các hoa không cần thiết Các hoa chọn để khử đực phải là hoa phát triển bình thường, hoàn toàn chưa nở, các tràng hoa mới nhú lên khỏi đài hoa, chưa nhìn rõ các cánh hoa một cách rõ ràng. Khử đực: Dùng panh, nhẹ nhàng tách các tràng hoa sau đó gắp toàn bộ các nhị đực ra ngoài (cụm 9 nhị đực và 1 nhị đực tách rời thường thấp hơn). Tránh làm tổn thương bầu nhuỵ cái. Thụ phấn: Lấy 1 – 2 bao phấn của cây dùng làm bố, đặt vào hoa cái đã khử đực. Sau khi thụ phấn có thể dùng 1 – 2 lá chét ở gần hoa lai để bao cách ly hoa đã lai. Bằng cách này cũng làm tăng tỷ lệ đậu hạt so với khi lai xong không bao. Thời gian khử đực và thụ phấn được tiến hành trong buổi sáng 8 – 11 giờ Xử lý đột biến Đậu tương là cây mang lại nhiều kết quả trong xử lý đột biến cảm ứng để tạo ra các giống và nguồn vật liệu mới. Sử dụng các tác nhân gây đột biến đậu tương đã đem lại kết quả ở một số nước trên thế giới và Việt Nam. Các tác nhân gây đột biến thường sử dụng cho chọn tạo giống đậu tương là tia gama, liều lượng 18-20 Krad. Các chất đột biến hoa học có hiệu quả cao, thuộc nhóm ankylm nồng độ từ 0.001-0.4%. Bộ phận xử lý: hạt khô, hạt ướt (đã ngâm nước từ 2-3h), hạt nảy mầm, xử lý khi ra hoa. Thời gian xử lý đột biến hoá học từ 3-16h tuỳ thuộc vào vật liệu và chất đột biến. Xử lý trong điều kiện pH = 3, nhiệt độ từ 25-350C. Chú ý: mẫu hạt xử lý phải có độ đúng giống và độ nảy mầm cao (>70%), sức sống hạt giống tốt. Sau khi xử lý hoá chất rửa sạch hạt bằng nước lã nhiều lần, gieo trong điều kiện đất ẩm. Chọn lọc Phương pháp hay dùng cho các thế hệ lai hữu tính là: phương pháp chọn lọc 1 hạt (single – seed descent), phương pháp chọn lọc phả hệ (pedigree). Chọn lọc đối với các giống địa phương, quần thể tự nhiên, các giống mới đã phát hiện trong sản xuất để duy trì các quần thể: Có thể sử dụng phương pháp chọn lọc hỗn hợp hoặc chọn lọc cá thể một lần hay nhiều lần. Phương pháp phả hệ (pedigree) Trong phương pháp này, ở thế hệ F2 đơn vị đánh giá là từng cây, sau khi đánh giá, chọn lọc phải thu hoạch, bảo quản riêng. Thế hệ F3 nếu có các dòng thể hiện khả năng chống đổ và chống bệnh tốt có thể thu hoạch cả dòng. Thế hệ F4 đơn vị chọn lọc là dòng, các dòng tốt được thu hoạch và bảo quản riêng, loại bỏ các dòng xấu. Thế hệ F5 sơ bộ đánh giá các dòng tốt có thể bố trí 2 – 3 lần nhắc lại, diện tích ô 2 – 3m2, có đối chứng để chọn ra các dòng triển vọng. So sánh các dòng tốt đã chọn ở F5 . Thí nghiệm 4 lần nhắc lại, diện tích ô 5 – 10 m2. Thí nghiệm được lặp lại 2 – 3 vụ, nhằm chọn ra dòng tốt nhất đưa đi khảo nghiệm giống Nhà nước. Phương pháp chọn lọc 1 hạt Đối với phương pháp này cần chú ý: Ở thế hệ F2 vào thời kỳ chín chọn ngẫu nhiên ở tất cả các cây, mỗi cây 1 quả 3 hạt (trường hợp cây không có quả 3 hạt, có thể ngẫu nhiên 2 quả, loại bớt số hạt, chỉ giữ lại 1 mẫu 3 hạt) Ưu điểm: Giảm bớt được diện tích gieo trồng và giảm khối lượng công việc mà vẫn giữ được các biến dị di truyền. Nhược điểm: có thể bỏ sót một số kiểu gen tốt trong quá trình chọn lọc, nếu như một mẫu hạt nào đó bị chết đi trong các thế hệ đầu. Ngược lại có những kiểu gen không mong muốn vẫn giữ lại đến thế hệ F4 hoặc F6, đáng lẽ phải loại từ thế hệ F2 Thời gian chọn tạo giống lâu, phải chờ đến F6. Trong cải tiến quần thể nhằm làm tăng năng suất và hàm lượng protein người ta đã sử dụng hiện tượng bất dục đực vào chọn lọc chu kỳ với mục đích tái tổ hợp gen được tăng lên và sẽ thu được nguồn gen phong phú. Tuy nhiên vấn đề sản xuất hạt lai để phát triển các giông đậu tương ưu thế lai còn nhiều khó khăn, cho đến nay chưa được áp dụng rộng rãi. Chọn giống đối với thành phần hoá học chất lượng hạt Hàm lượng dầu và chất lượng: Hàm lượng dầu thay đổi tuỳ thuộc vào giống, môi trường và kỹ thuật trồng trọt. Sự di truyền hàm lượng dầu trong hạt đậu tương phức tạp và di truyền theo hệ mẹ Có thể thay đổi thành phần dầu đậu tương thông qua chọn lọc chu kỳ Sự chọn lọc theo hướng làm tăng axít oleic và giảm axit linolenic, sẽ nâng cao hương vị và độ ổn định của bầu. Hàm lượng protein và chất lượng Hàm lượng protein có sự tương phản với hàm lượng dầu. Thông qua chọn lọc chu kỳ sẽ làm cho hàm lượng protein tăng lên Các biến dị di truyền trypsin trong protein đậu tương do đơn gen cùng với 2 alen đồng trội quy định Một số kết quả tạo giống bằng đột biến đã làm tăng tỷ lệ protein trong hạt. Chống đổ và chống tách vỏ Chống đổ được xác đinh bằng độ chắc và khoẻ của thân. Chống tách vỏ được đánh giá bằng tỷ lệ vỏ quả tách nhiều hay ít khi quả chín. Hai chỉ tiêu này đều được đánh giá trước khi thu hoạch. Các giống sinh trưởng vô hạn thường có thân cao, mảnh. Các giống sinh trưởng hữu hạn thân thấp hơn, khoẻ hơn các cành nhiều và nặng. Trên đất màu mỡ ít bị đổ hơn các giống vô hạn. Các giống thấp cây hầu hết được tạo ra từ các tổ hợp lai giữa các giống sinh trưởng vô hạn và sinh trưởng hữu hạn. Khả năng cố định nitơ (đạm) Khả năng cố định nitơ của đậu tương có liên quan với sự cộng sinh của vi khuẩn Rhizobium. Đặc điểm này phụ thuộc vào các giống đậu tương mà có sự khác nhau về hiệu quả sử dụng đạm và mức độ thay đổi của các chủng Rhizobium, để làm tăng hoạt động của chúng, nâng cao khả năng cung cấp nitơ, đồng thời các dòng đậu tương sẽ tăng lên khả năng tổng hợp, tích luỹ protein cho hạt. Đặc điểm có nhiều nốt sần hay ít cũng tuỳ thuộc vào sự ngăn cản quá trình hình thành nốt sần của các giống khác nhau. Sử dụng các công cụ mới Ví dụ: Chọn giống đậu tương kháng độc nhôm Độ độc nhôm làm hạn chế sản lượng đậu nành của Indonesia. Ở điều kiện pH đất nhỏ hơn 5, độ độc Al3+ làm ngăn chận sự phân bào ở rễ đậu và làm hạn chế sự xuyên thấm của rễ trong đất, như vậy năng suất đậu nành sẽ giảm. Đậu nành là cây trồng quan trọng của Indonesia bị ảnh hưởng bởi độ độc nhôm. Trung Tâm CNSH Nông Nghiệp, Nghiên cứu và Phát Triển tài Nguyên Di truyền Indonesia đã phát triển thành công giống đậu nành chống chịu độ độc nhôm. Sử dụng chỉ thị phân tử DNA: marker SSR, các dòng chống chịu được tuyển chọn từ F1 của tổ hợp lai giữa giống nhiễm và giống chống chịu. Chọn lọc liên tục và lai hồi giao để có 4 quần thể F2 khác nhau; trong đó, hai quần thể biểu thị tính transgressiveness cao nhất đối với 3 tính trạng nông học quan trọng. Chiến lược lai tạo giống bằng chỉ thị phân tử rất hữu hiệu cho nhà chọn giống đậu nành.