Bài giảng Nguồn gen thực vật

Nội dung text: Bài giảng Nguồn gen thực vật

1. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam NỘI DUNG CỦA CHƢƠNG 1. Một số khái niệm 2. Các học thuyết về nguồn gen Chƣơng 2 3. Xói mòn nguồn gen NGUỒN GEN THỰC VẬT 4. Thu thập nguồn gen thực vật 5. Bảo tồn nguồn gen thực vật 6. Đánh giá nguồn gen thực vật 7. Sử dụng nguồn gen thực vật 2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM 2.1.3. Đa dạng di truyền (Genetic diversity) 2.1.1. Khái niệm nguồn gen thực vật Theo công ƣớc đa dạng sinh học (1992):“Đa dạng di truyền Nguồn gen thực vật là tập hợp toàn bộ các gen có trong hệ thực là sự phong phú những biến dị trong cấu trúc di truyền của vật, nó có thể đƣợc sử dụng làm vật liệu cho việc cải tiến, chọn tạo các cá thể bên trong loài hoặc giữa các loài; những biến dị di các giống cây trồng mới. truyền bên trong hoặc giữa các quần thể”. Nguồn gen thực vật bao gồm: các loài hoang dại, họ hàng hoang Wanda W. Collins và cs. (1999), Mohd Said Saad và V. dại, giống bản địa, giống địa phƣơng, giống cải tiến và giống nhập Ramanatha Rao (2001) đƣa ra khái niệm “Đa dạng di truyền là nội. nhiều gen trong một loài, mỗi loài có các cá thể là tổ hợp gen 2.1.2. Đa dạng sinh học đặc thù của chúng, điều này có nghĩa là loài có các quần thể khác nhau, mỗi quần thể có tổ hợp di truyền khác nhau”. Theo Công ƣớc Đa dạng sinh học năm 1992, “Đa dạng sinh học là sự phong phú của mọi cơ thể sống có trong các hệ sinh thái trên cạn, Đa dạng di truyền là biến dị của sinh vật sống đã di truyền dƣới nƣớc ở biển và mọi tổ hợp sinh thái mà chúng tạo nên. Đa dạng lại các biến dị di truyền đó cho thế hệ sau, nó tạo các loài và sinh học bao gồm sự đa dạng trong loài (đa dạng di truyền hay còn quần thể thích nghi, sinh trƣởng và thay đổi thích nghi với môi gọi là đa dạng gen), giữa các loài (đa dạng loài) và các hệ sinh thái trƣờng khi môi trƣờng thay đổi. (đa dạng sinh thái)”. 2.1.4. Đa dạng loài 2.1.6. Xác định mức độ đa dạng Đa dạng loài là sự phong phú các loài đƣợc tìm thấy trong Sự phong phú của loài (species richness): phân tích mức độ phong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua phú loài của mỗi cộng đồng, đây là phƣơng pháp xác định đa dạng điều tra, kiểm kê. đơn giản nhất và tìm ra số loài trong cộng đồng. Đa dạng loài thể hiện bằng số lƣợng loài khác nhau sinh Nó chỉ xác định số loài tìm thấy khi quan sát mẫu (ký hiệu là S). sống trong một khu vực nhất định (rừng mƣa, rừng ngập Minh họa của giá trị S có thể thông qua đồ thị và nó cung cấp thông mặn, rừng nhiệt đới). tin về mức độ phong phú của mỗi loài trong cộng đồng. 2.1.5. Đa dạng hệ sinh thái Một số công thức tính S nhƣ sau: Hệ sinh thái (ecosystems) là tập hợp của quần xã sinh vật S=n+((n-1)/n)k (bao gồm sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân huỷ) với môi trƣờng vật lí xung quanh nơi mà quần xã Trong đó: S = sự phong phú của loài (species richness); đó tồn tại, trong đó các sinh vật tƣơng tác với nhau và với n = tổng số loài có mặt trong quần thể mẫu; môi trƣờng để tạo nên chu trình vật chất và sự biến đổi k = số loài duy nhất tìm thấy trong một mẫu. năng lƣợng. 1
2. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 2.2. CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.2.1. Kiểu sinh thái Mỗi loài sinh vật có khả năng chịu đựng khác nhau trƣớc các điều kiện sinh thái (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ). Những loài có khả năng chịu đựng rộng với sự biến động của các yếu tố sinh thái (giới hạn sinh thái rộng) sẽ có sự phân bố rộng rãi, sống và phát triển trong nhiều vùng sinh thái khác nhau. Theo N.I. Vavilov thì do sự phát tán của các cá thể trong cùng một loài đến sống ở nhiều vùng, địa phƣơng khác nhau, trong quá trình sống, phát triển và thích nghi lâu dài của loài trong các vùng sinh thái khác nhau đó sẽ hình thành các kiểu gen qui định các đặc điểm hình thái đặc trƣng cho từng vùng và đƣợc gọi là các kiểu sinh thái. Hình 2.1. Loại hình sinh thái lúa (Nguồn Fischer và cs., 2003) 2.2.2. Biến dị, di truyền và chọn lọc tự nhiên 2.2.3. Học thuyết dãy biến dị tƣơng đồng Darwin là ngƣời đầu tiên dùng khái niệm biến dị (gọi tắt của biến Học thuyết dãy biến dị tƣơng đồng đƣợc N. I. Vavilov đƣa ra vào dị cá thể) để chỉ những đặc điểm sai khác của các cá thể cùng loài năm 1922. phát sinh trong quá trình sinh sản. Theo học thuyết này các loại hình thực vật gần nhau nhƣ cùng họ, Ông nhận xét rằng, tác động trực tiếp của ngoại cảnh hay tập cùng chi, cùng loài thì có hàng loạt những biến dị di truyền giống quán hoạt động của động vật chỉ gây ra những biến đổi đồng loạt nhau, mô tả tóm tắt bằng mô hình toán học nhƣ sau: theo một hƣớng xác định, ít có ý nghĩa đối với chọn giống và tiến hoá. L1 (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ) Darwin cho rằng biến dị, di truyền và chọn lọc tự nhiên là động L2 (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ) lực tiến hóa của muôn loài. Đã hình thành nên đa dạng loài, đa L (a + b + c + d + e + f + g + h + i + ) dạng di truyền và đa dạng sinh học ngày nay. 3 Trong đó: L , L , L là các loại hình thực vật có quan hệ họ hàng Nhƣ vậy, cần duy trì, hỗ trợ để tăng đa dạng di truyền và thúc đẩy 1 2 3 gần nhau; các biến dị xuất hiện a, b, c, d, đã có ở loại hình này thì thực vật tiến hóa thích nghi với điều kiện môi trƣờng mới. cũng có ở loại hình khác. 2.2.4. Trung tâm phát sinh cây trồng Các vùng cây trồng đƣợc thuần hóa Sự đa dạng di truyền cây trồng tuỳ thuộc vào các trung tâm phát sinh, yêu cầu và trình độ văn minh của các dân tộc trên thế giới. Theo N. I. Vavilov thì phần lớn cây trồng có nguồn gốc từ châu Á, trong số hơn 600 loại cây trồng thì có hơn 400 loại bắt nguồn từ châu Á, gần 100 loại từ châu Mỹ, các loại còn lại có nguồn gốc từ nhiều nơi khác trên thế giới. Năm 1926, N. I. Vavilov dựa trên việc phân tích mô hình biến dị đã đề xuất học thuyết về nguồn gốc phát sinh cây trồng, ông cho rằng trên thế giới có 8 trung tâm phát sinh cây trồng chính. Zukovxki P.M. đã bổ sung thêm và xác định có 12 trung tâm phát sinh tất cả các loài cây trồng. Tại các trung tâm là nơi tập trung đầy đủ bộ gen của chi (Genus) hoặc loài (Species) cây trồng. 2
3. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam a) Trung tâm Trung Quốc – Nhật Bản Đây là trung tâm lớn nhất, bao gồm các vùng núi của miền Trung và miền Tây Trung Quốc, Triều Tiên, Nhật Bản và các vùng đất thấp lân cận. Trung tâm này chứa đựng một khối lƣợng khổng lồ các biến chủng của khoảng 140 loài cây trồng khác nhau, trong đó có hầu hết các loài cây trồng quan trọng nhƣ: lúa (Oryza sativa L.), đậu tƣơng (Glycine max), đậu Adzuki (Vigna angularis), đậu cô ve (Phaseolus vulgaris), đào (Prunus persica), cam (Citrus sinensis), quýt, chanh (Citrus aurantifolia), chè (Camellia sinensis), cây cải (cải bắp, xu hào, xu lơ, cải củ, cải bẹ), ngô nếp, các loài táo (Malus sp.; Zizophus sp.). Đây cũng là nơi phát sinh lạc, vừng (Sesamum indicum L.), thuốc phiện, cây sâm, cao lƣơng, đay, gai, cải dầu Nơi có thể thoả mãn nguồn gen quý giá của nhiều loài cây trồng quan trọng đang trồng phổ biến ở nƣớc ta nhƣ lúa nƣớc, ngô, đậu tƣơng, lạc, đay, gai, chè, các cây thuộc họ cam quýt Thu thập nguồn gen lúa lai tại Quảng Tây – Trung Quốc (20.000 mẫu) Vòi nhuỵ của lúa dại Đánh giá các mẫu lúa dại Bao phấn của lúa dại b) Trung tâm Đông Dƣơng – Indonesia Là trung tâm phát sinh lúa nƣớc loài phụ indica và javanica, quê hƣơng của nhiều loài cây ăn quả nhiệt đới nhƣ dứa, xoài, sầu riêng, măng cụt, chôm chôm, mít, mãng cầu, củ từ (Dioscorea spp.), bƣởi (Citrus maxima), chuối (Musa spp.), dừa (Cocos nucifera). c) Trung tâm Australia Là trung tâm thứ nhất phát sinh loài bông Hải đảo (Gossypium barbadense L.). Ở đây tìm thấy 500 trong 605 loài cây có dầu nhiệt đới, 21 loài thuốc lá trong đó có loài hoàn toàn miễn dịch với bệnh phấn trắng (một bệnh nguy hiểm số 1 với nghệ trồng thuốc lá thế giới), đã tìm thấy 3 trong 19 loài của chi Oryza. Bảo quản nguồn gen cây lúa tại Thái Lan 3
4. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam d) Trung tâm Nam Á Chủ yếu là lục địa Ấn Độ. e) Trung tâm Trung Á Là một trong những trung tâm đóng vai trò lớn trong lịch sử trồng trọt thế giới. Bao gồm miền Tây bắc Ấn Độ, Apganixtan, Uzbekixtan, vùng Tây Nơi đây là tổ tiên của lúa trồng (loài phụ Indica) và mía. Ngƣời ta Thiên Tân. tìm thấy những biến chủng phong phú nhất của lúa trồng loài phụ Là trung tâm phát sinh lúa mỳ mềm (Triticum aestivum), mạch Indica, các dạng hình lúa dại và các dạng trung gian thuộc chi đen (Secale cereale), đậu Hà Lan (Pisum sativum), đậu ngựa, Oryza và loài O. sativa. hành tây, dƣa bở, anh đào, nho, đậu lăng (Lens culinaris), đậu mỏ Đây là nơi phát sinh cây vừng, cây gai, cây bạc hà, cây cao lƣơng, (Cicer arietinum), vừng (Sesamum indicum); trung tâm sơ cấp kê (Eleusine coracana L.), đậu mỏ (Cicer arietinum), đậu bƣớm của lanh (Linum usitatissimum), cà rốt (Daucus carota), cải củ (Vigna aconitifolia), đậu nho nhe (Vigna umbellate), đậu ngựa (Raphanus sativus), lê (Pyrus communis), táo (Pyrus malus), cây (Macrotyloma uniflorum), đậu măng (Vigna unguiculata), cà tím óc chó (Juglans regia). (Solanum melongena), khoai sọ (Colocasia antiquorum), dƣa chuột (Cucumis sativus), bông (Gossypium arboretum - 2X), đay (Corchorus capsularis), hồ tiêu (Piper nigrum), chàm (Indigofera tinctoria) và nhiều loại cây thuốc, cây rau khác. g) Trung tâm Địa Trung Hải f) Trung tâm Tây Á (Cận Đông) Là trung tâm phát sinh lúa mì cứng, củ cải đƣờng, bắp cải, là trung tâm thứ cấp của nho, táo, cà rốt, đậu Hà Lan, đậu côve, yến mạch Gồm một vùng lãnh thổ lớn của các tiểu vƣơng quốc Ả Rập thống vỏ (Avena strigosa), đậu ván (Vicia faba), bắp cải (Brassica nhất, Iran, Irắc, Kapkaz, vùng thƣợng Turmenia, bán đảo Ả Rập. oleracea), ô liu (Olea europaea), rau diếp (Lactuca sativa). Các loại Là quê hƣơng của lúa mỳ (Triticum monococcum), lúa mỳ cứng hình ở đây chịu ảnh hƣởng của hệ thống trồng trọt kỹ thuật cao. (Triticum durum), lúa mỳ (Triticum turgidum), lúa mỳ không râu h) Trung tâm châu Phi (Triticum aestivum), mạch hai hàng (Hordeum vulgare), giống địa Là trung tâm phát sinh cây đại mạch, các loài đậu nhƣ đậu xanh, phƣơng, mạch đen (Secale cereale), yến mạch đỏ (Avena đậu biếc, lạc; nơi đây là quê hƣơng của cà phê, ca cao, cao lƣơng, byzantina), đậu mỏ (Cicer arietinum); trung tâm thứ cấp của đậu bông châu Phi, thầu dầu, lúa nƣớc châu Phi (Oryza glaberima). lăng (Lens culinaris), đậu Hà Lan (Pisum sativum), linh lăng xanh i) Trung tâm châu Âu – Xiberi (Medicago sativa), vừng (Sesamum indicum), dƣa (Cucumis Là trung tâm phát sinh củ cải đƣờng, bắp cải, cỏ ba lá, nho, lê, mận, melo), hạnh nhân (Amygdalus communis), sung (Ficus carica), lựu anh đào, dâu tây, cây hoa bia. (Punica granatum), nho (Vitis vinifera), mơ (Primus armeniaca). k) Trung tâm Trung Mỹ (Mexico, Goatemala, Hondurat và Panama) 2.3. XÓI MÕN NGUỒN GEN THỰC VẬT Là nơi phát sinh cây ngô. Ở đây tìm thấy cây ngô dại (Trypsacum sp. 2.3.1. Khái niệm và Teosinte sp.). Là trung tâm phát sinh nhiều cây thuộc bộ đậu và Wilkes (1984) đƣa ra ba mức đe dọa đến nguồn tài nguyên và đa chi Solanum trong đó có khoai tây trồng (Solanum tuberosum). Rất dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật nhƣ sau: nhiều loài khoai tây dại đang tồn tại ở vùng này. Đây là quê hƣơng của các cây thuộc họ bầu bí, ca cao, bông luồi (Gossypium hirsutum) Xói mòn di truyền: kỹ thuật cải tiến giống cây trồng phát triển đã và thuốc lá. loại trừ những giống cơ bản hay nguồn gen gốc tạo ra giống cây trồng cải tiến đó. l) Trung tâm Nam Mỹ Nơi đây là quê hƣơng của cà chua, hƣớng dƣơng, lạc, ớt, các loài Nguồn di truyền dễ tổn thƣơng: nguồn di truyền dễ tổn thƣơng là bầu bí, dƣa, cây ca cao (Theobroma cacao), cây cao su (Hevea sự rủi ro của nền nông nghiệp đầu tƣ cao với cây lƣơng thực thƣơng brasiliensis), cây cà phê (Coffea Arabica), khoai lang (Ipomoea mại ở những nƣớc phát triển. Tổn thƣơng di truyền là sự mỏng manh batatas), khoai tây (Solanum tuberosum), đậu lima (Phaseolus của nền tảng di truyền hẹp, canh tác đơn độc trên một phạm vi rộng lunatus), cà chua (Lycopersicon esculentum), bông hải đảo lớn (sự đồng nhất của hàng triệu cây) bao trùm hàng nghìn ha và sự (Gossypium barbadense - 4X), đu đủ (Carica papaya) và thuốc lá rủi ro là rất lớn khi gặp bất thuận hay dịch hại. (Nicotiana tabacum). Sự tuyệt chủng: là sự biến mất của các loài tiềm năng cấu tạo nên m) Trung tâm Bắc Mỹ nguồn tài nguyên di truyền, làm phá vỡ quần xã và ổn định của Là nơi phát sinh dâu tây, khoai tây, thuốc lá, nho, bông, hƣớng nguồn tài nguyên di truyền có thể dẫn đến biến mất một số đa dạng dƣơng châu Mỹ, táo, mận, đào di truyền mong muốn. 4
5. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 90 2.3.3. Hậu quả của xói mòn nguồn gen 80 Xói mòn văn hóa, tập quán và kiến thức bản địa; 70 Chặt phá rừng rừng phá Chặt 60 Sản xuất nông nghiệp kém ổn định, do các giống cải tiến, giống lai khá đồng nhất về di truyền; 50 mức thác quá Khai Áp lực dân số dân lực Áp Những vùng khó khăn giảm đa dạng giống địa phƣơng là nguyên 40 Số nướcSố nhân giống địa phƣơng hiện có cũng dần bị xói mòn; Ảnh hưởng của môi trường của môi hưởng Ảnh 30 mức quá thả Chăn Luật pháp và sáchchính pháp Luật Xói mòn nguồn tài nguyên đất; 20 đất mục đích sửdụng đổi Chuyển Giống mới thay thế giống địa phương địa giống thay thế mới Giống 10 hại Dịch Xói mòn nguồn tài nguyên nƣớc; Du canh Du Xung đột quyền lợi quyền đột Xung 0 Thảm họa và thiên tai; Nguyên nhân Phát sinh dịch bệnh. Hình 2.3. Những nguyên nhân chính gây xói mòn di truyền (Nguồn Stanislav Magnitskiy, 2000) 2.4. THU THẬP NGUỒN GEN 2.4.2. Phƣơng pháp thu thập nguồn gen 2.4.1. Nhiệm vụ thu thập nguồn gen thực vật a) Các bƣớc thực hiện thu thập nguồn gen thực vật  Lựa chọn ƣu tiên thu thập những nguồn gen đang bị đe dọa tuyệt chủng, Thành lập nhóm cán bộ thu thập nguồn gen: Chuyên gia có chuyên môn những nguồn gen quý, đặc hữu của mỗi vùng, mỗi quốc gia. sâu về thực vật học, di truyền, chọn giống, nông học, sinh thái học, xã hội  Có hai loại nhiệm vụ thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật là thu học, kiến thức bản địa . Kỹ thuật viên thành thạo sử dụng trang thiết bị thập nguồn gen đặc thù và thu thập theo mục tiêu rộng. phân tích, đo lƣờng và thiết bị bảo quản mẫu nguồn gen sau thu thập. (i) Nhiệm vụ đặc thù: Thu thập những biến dị đặc thù, cây trồng đặc thù hoặc vật liệu đặc thù. Chuẩn bị điều kiện thu thập: chƣơng trình, đề án với mục tiêu rõ ràng, cơ (ii) Thu thập phạm vi rộng: thu thập nhiều cây, có mặt ở trong vùng và thực sở vật chất và tài chính. Xây dựng phiếu thu thập, kế hoạch chi tiết của đợt hiện trong cùng thời gian thu thập. thu thập.  Phân loại thu thập nguồn gen nhƣ sau: Thực hiện thu thập: gồm hai giai đoạn là thu thập thông tin thứ cấp và thu - Các giống nguyên thủy của các loài cây bản địa, giống địa phƣơng thập tại hiện trƣờng. - Loài hoang dại thân thuộc mà loài cây trồng đã tiến hóa từ loài này Kết thúc thu thập: điều chỉnh và hoàn chỉnh thông tin để vào cơ sở dự liệu - Loài hoang dại con ngƣời đang sử dụng ban đầu, đánh số đeo thẻ. Mẫu nguồn gen thu thập đƣợc xử lý tránh hƣ - Loài hoang dại có tiềm năng sử dụng hỏng và nhiễm bệnh. - Các giống cũ hoặc giống tiến bộ mới. Xây dựng cơ sở dữ liệu và bảo tồn b) Hình thức tổ chức thu thập nguồn gen c) Phƣơng pháp lấy mẫu Tổ chức đoàn cán bộ có chuyên môn điều tra thu thập: hình thức Có các phƣơng pháp sau: này đảm bảo độ chính xác cao nhưng chi phí tốn kém về kinh phí, Phƣơng pháp lấy mẫu hỗn hợp tại một điểm bằng thu hoạch ngẫu nhân lực, thời gian và khó khăn thu thập được phạm vi rộng. Hình thức này thường áp dụng cho thu thập nguồn gen đặc thù. nhiên các bông, quả cùng một số lƣợng trên một cây nhƣng ở vài điểm trên cây đó. Xây dựng mạng lưới thu thập, bảo tồn và trao đổi nguồn gen giữa các cơ quan nghiên cứu bảo tồn và các địa phương. Hình thức này Đƣờng đi lấy mẫu trên ruộng: cán bộ thu thập đi ngang qua điểm có thể thu thập phạm vi rộng. hoặc ruộng 2 lần theo hình chéo hoặc zigzag và tránh lấy mẫu quanh đƣờng biên. Hợp đồng thu thập với các cơ quan chuyên môn địa phương, hình thức này ít tốn kém nhưng độ chính xác không cao. Phƣơng pháp lấy mẫu theo kẻ ô sẽ có đại diện tối đa của một quần Hợp tác quốc tế trao đổi nguồn gen là một hình thức có nhiều ưu thể nếu điểm lớn và có điều kiện thổ nhƣỡng - sinh thái khác biệt. điểm tăng đa dạng và phong phú của nguồn gen. Tuy nhiên cần xây Phƣơng pháp lấy mẫu đám dựng mục tiêu cụ thể, xác định nước và cơ quan trao đổi và công tác kiểm dịch chặt chẽ. 5
6. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam  Tần suất lấy mẫu (số mẫu trên một điểm) và cỡ mẫu sẽ khống chế bằng Bảng 2.1. Loại quần thể, điểm và số mẫu mức đa dạng di truyền và sinh thái nông nghiệp của điểm thu thập.  Cán bộ thu thập nên sử dụng phƣơng pháp tiếp cận thực tế, quan sát Kiểu quần thể Điểm/ngày Số cây (bông)/điểm tại chỗ để đƣa ra kỹ thuật lấy mẫu phù hợp nhất. + Ít cải tiến 20 - 40 15 - 30  Cỡ mẫu cũng nhƣ số mẫu tối ƣu trên một điểm đảm bảo chứa 95% tất cả các alen tại locus ngẫu nhiên trong quần thể mục tiêu. + Không cải tiến 10 - 20 30 - 50  Khoảng 50 hạt trên một bông hoặc bắp để đảm bảo có tổng số 2.500 đến 5.000 hạt với mẫu là phổ biến ở cây trồng có biến động cao. + Hoang dại 10 - 15 40 - 60  Với loài có bông, và gié nhƣ kê từ 2.000-4.000, mỗi phần của bông yêu cầu lấy 50 hạt. + Giao phấn 10 - 15 30 - 60  Lấy mẫu ngô trên ruộng cứ 10-20 bƣớc chân thu một bắp, và chia theo mặt cắt ngang cứ 5-10 hàng lấy mẫu trên một hàng. Nơi thu thập: có bốn địa điểm thu thập nguồn gen ở một khu  Lấy mẫu những cây có quả mọng nhƣ cà chua, ớt, dƣa chuột tƣơng tự nhƣ ngô, mỗi quả chứa 50 hạt và khoảng 50 -100 quả. vực thu thập nguồn gen là: ruộng nông dân; bếp và vƣờn hộ; chợ; khu vực đền, chùa, nhà thờ ; khu vực hoang dại tự  Những loài quả có ít hạt lấy số quả lớn hơn để đạt 2.500-5.000 hạt một mẫu, một số cũng không thể thu đƣợc 100 đến 1.000 hạt. nhiên. d) Phƣơng pháp thu thập đặc thù với các loại nguồn gen Thu thập nguồn gen cây lấy hạt Thu thập nguồn gen cây có củ Phƣơng pháp lấy mẫu đƣợc thực hiện theo kiểu ngẫu nhiên bằng Thu thập nguồn gen cây lấy củ khó khăn hơn so với việc thu thập cách thu thập cây theo một khoảng cách nhất định dọc theo mặt cắt nguồn gen cây lấy hạt: Tốn nhiều thời gian, vật liệu thu thập cồng ngang cho đến khi không ít hơn 50 cây nhƣng không nhiều hơn 100 cây. kềnh, khó bảo quản và vận chuyển. Mỗi cây lấy 50 hạt, sao cho mỗi mẫu chứa từ 2.500 (đối với những Việc thu thập phải đƣợc tiến hành đúng vào giai đoạn chín, nếu quần thể tƣơng đối đồng nhất) đến 5.000 hạt (đối với những quần thu mẫu sớm thì củ còn non sẽ khó cho việc bảo quản và nhân thể có biến động lớn). giống, nếu để già cây sẽ chết khó cho việc tìm kiếm. Nếu loài cây chỉ có quả nhỏ và ít hạt có thể thu một số quả của ba  Mẫu thu thập khó giữ sống trong quá trình vận chuyển và bảo cây sát bên cạnh để đủ 50 hạt. Nếu loài cây có nhiều chùm quả, bông, với số lƣợng hạt lớn, thì chỉ thu một phần của mỗi cây để có quản lâu dài. đủ 50 hạt. Khi tiến hành thu thập nguồn gen cây có củ, tuỳ thuộc vào vật Vùng thu mẫu phụ thuộc vào từng loài cây, đặc biệt là phƣơng liệu thu thập là vật liệu hoang dại hay vật liệu trồng trọt mà ta có thức sinh sản, mức độ chu chuyển gen giữa các quần thể các tiêu chí thu thập khác nhau. Việc lấy mẫu phải theo nguyên tắc lấy mẫu quần thể chứ không phải lấy mẫu cá thể. Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ: Đối với thu thập vật liệu hoang dại: Khi thu thập cần lƣu ý một số vấn đề sau: Các loài hoang dại tồn tại thành quần thể, nhƣng mỗi kiểu gen có Các bộ phận thu thập thƣờng có kích thƣớc tƣơng đối lớn, vì vậy thể tự nhân lên trên diện tích rộng lớn. cần tính toán kỹ lƣỡng số lƣợng mẫu cần thu thập trƣớc khi lên kế hoạch và tiến hành thu thập. Khi thu thập cần quan sát kỹ lƣỡng kiểu hình và tiến hành theo phƣơng thức sau: Nếu lƣợng mẫu ít sẽ không đảm bảo, nếu lƣợng mẫu quá nhiều sẽ tốn kém, mất nhiều thời gian thu mẫu, khó khăn cho việc bảo Thu thập chỉ một củ từ mỗi một trong 10 - 15 cá thể làm mẫu hỗn quản hợp Hạt của một số loại cây cây ăn quả nhiệt đới và cây thân gỗ khó Diện tích điểm lấy mẫu có thể là 100 x 100m hoặc nhỏ hơn bảo quản, nếu thu thập hạt cần đƣợc gieo ngay, Lấy mẫu ở nhiều điểm tốt hơn là lấy nhiều cây ở ít điểm Thông thƣờng những loài cây này thu thập bộ phận sinh dƣỡng nhƣ chồi, đoạn cành để giâm hoặc ghép. Chọn điểm lấy mẫu trên phạm vi môi trƣờng càng rộng càng tốt Cây cây ăn quả và cây thân gỗ thƣờng phân bố rải rác nên lấy Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có thể mẫu chỉ thực hiện từng cây cụ thể chứ không lấy mẫu theo quần thể nhƣ đối với cây hàng năm và cây thấp thân bụi. 6
7. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Thu thập in vitro: Đối với thu thập vật liệu trồng trọt: Đầu những năm 1980, IPGRI và Ủy ban Tài nguyên di truyền thực vật Vật liệu trồng trọt là những vật liệu sử dụng nhân vô tính quốc tế (IBPGR) đã gợi ý ứng dụng công nghệ sinh học thực vật (nuôi cấy (dòng vô tính), chứ không phải là quần thể, vì thế việc lấy mẫu mô tế bào in vitro) để thu thập nguồn gen thực vật. mang tính chọn lọc. Sử dụng nuôi cấy mô để phát triển và đổi mới thu thập nguồn gen thực Phƣơng pháp lấy mẫu theo những tiêu chí sau: vật in vitro, đặc biệt là những loài đặc thù khó thực hiện thu thập bằng Thu thập từng giống (kiểu hình thái phân biệt đƣợc bằng mắt phƣơng pháp thu thập truyền thống. thƣờng) khác biệt tại mỗi chợ hoặc mỗi làng/bản. Năm 1984, IPGRI đã khuyến nghị sử dụng phƣơng pháp thu thập nguồn Lấy mẫu lặp lại ở khoảng cách 10-50km trong vùng; khoảng gen in vitro với một số loài thực vật châu Á và chƣơng trình nghiên cứu cách phụ thuộc vào khoảng cách giữa các chợ hoặc các làng/bản khởi đầu ở nhiều nƣớc. Thu thập toàn bộ các kiểu hình thái ở mỗi điểm thu thập. Mẫu Phƣơng pháp thu thập in vitro có hiệu quả đối với các loài không thể thu trùng lặp có thể chỉnh lý và loại bỏ sau thập bộ phận sinh dƣỡng, hạt hoặc hạt tƣơi vì khó vận chuyển mẫu sống từ nơi thu thập về nơi bảo tồn, hoặc vật liệu thu thập quá lớn nhƣ cây dừa Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có. (vật liệu thu là quả dừa). Phƣơng pháp thu thập in vitro đã đƣợc áp dụng với nhiều cây trồng nhƣ ca cao, nho, cà phê, cọ dầu, chuối. Kỹ thuật cơ bản của thu thập in vitro 2.4.3. Tƣ liệu hóa và sắp xếp nguồn gen trong ngân hàng gen Thiết lập nuôi cấy in vitro trong phòng thí nghiệm cơ động gồm: a) Phân loại theo hệ thống phân loại thực vật Chọn lọc mô phù hợp để khử trùng và nuôi cấy Cắt kích thƣớc mô phù hợp b) Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ Loại bỏ phần dƣ thừa, sâu bệnh bằng rửa sơ bộ Tiệt trùng bề mặt mô thực vật c) Phân loại theo điều kiện sinh thái Rửa bỏ chất tẩy d) Phân loại dựa trên bộ nhiễm sắc thể Cắt bỏ những phần không cần thiết hoặc gây hại cho mô Cấy mô vào bình dinh dƣỡng và nút kín e) Phân nhóm di truyền dựa trên kiểu hình và marker phân tử Chuyển nguồn gen vào tủ định ôn. 2.5. BẢO TỒN NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.5.2. Bảo tồn ngoại vi (ex situ = off - site) Bảo tồn ngoại vi là đƣa nguồn gen ra khỏi điều kiện tự nhiên sinh 2.5.1. Bảo tồn nội vi (in situ = on - site) sống của nó hoặc ra khỏi hệ thống sản xuất đƣa đến bảo tồn ở các Trung tâm, Viện nghiên cứu . Bảo tồn nội vi là duy trì các quần thể thực vật trong điều kiện tự nhiên nơi xuất hiện tiến hóa của loài cây trồng đó. Hiện nay có 6 phƣơng pháp bảo tồn khác nhau gồm: Ngân hàng gen hạt Nguồn gen thực vật đƣợc bảo tồn ở nông trại, vƣờn gia đình hoặc trên đồng ruộng. Ngân hàng gen đồng ruộng, chia ra thành 3 phƣơng pháp nhỏ: Các loài cây tạo ra hạt Các loài cây lâm nghiệp và cây hoang dại thƣờng đƣợc tạo các vùng bảo tồn nhƣ vƣờn quốc gia hoặc khu bảo tồn Các loài cây ít hoặc không kết hạt Các loài cây có thể lƣu giữ bằng vật liệu vô tính có chu kỳ sống lâu Các phƣơng pháp bảo tồn nội vi: Bảo tồn in vitro với hai nhóm cây trồng, cây trồng kết hạt và cây Bảo tồn nguồn gen trên trang trại trồng sinh sản sinh dƣỡng và chia thành hai loại bảo tồn tế bào/mô và bảo tồn hạt phấn. Bảo tồn trong vƣờn gia đình Ngân hàng ADN (DNA banking). Bảo tồn tự nhiên (bảo tồn cây lâm nghiệp và cây hoang dại ở khu Bảo tồn lạnh (cryoconservation banks). bảo vệ hoặc vƣờn quốc gia) Vƣờn thực vật (botanical gardens). 7
8. 7/18/15 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 2.6. ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.6.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và hình thái 2.6.2. Ứng dụng công nghệ sinh học đánh giá nguồn gen 2.7. SỬ DỤNG NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.7.1. Sử dụng nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại thân thuộc 2.7.2. Sử dụng giống cây trồng bản địa và giống địa phƣơng 2.7.3. Sử dụng giống cây trồng cải tiến, giống ƣu thế lai và giống chuyển gen 8