Công nghệ sinh học ( phần 5 ) Chọn giống kháng sâu bệnh doc

Công nghệ sinh học ( phần 5 )
Chọn giống kháng sâu bệnh
1. Chọn giống kháng sâu và côn trùng
1.1. Những thiệt hại do sâu và côn trùng gây ra
Sâu và côn trùng có thể được chia làm hai loại dựa trên phương thức sử
dụng thức ăn của chúng:
- Côn trùng chích hút: bọ rầy, rệp, bọ xít
- Côn trùng ăn các bộ phận khác nhau của thực vật: đục thân, đục rễ, cuốn
lá, đục quả, ăn lá.
Tất cả các loại này đều làm giảm năng suất và chất lượng sản phẩm. Sự
mất mát về chất lượng thường xuyên hơn và ở mức độ cao hơn sự mất
mát về sản lượng. Một giống nhiễm sâu thường đưa đến các hậu quả sau:
- Giảm sự phát triển của cây trồng
- Phá hủy lá, thân, cành, nụ hoa, hoa, chồi vô tính, quả và hạt, …
- Làm gãy cây
Mức độ thiệt hại trước hết phụ thuộc vào cường độ tấn công của côn
trùng và mức độ nhiễm của ký chủ. Côn trùng còn có thể gây tác hại gián
tiếp, rất nhiều loại côn trùng là vật truyền bệnh virus. Sự chấn thương do
côn trùng gây ra tạo điều kiện cho nấm và vi khuẩn phát triển.
1.2. Cơ chế của tính kháng sâu và côn trùng
Tính kháng sâu và côn trùng được chia làm 4 nhóm: Không ưa thích;
Kháng sinh; Chống chịu; Cơ chế tránh.
1.2.1. Cơ chế không ưa thích
Ký chủ tạo ra sự không hấp dẫn cho sâu và côn trùng, chính là sự không
thích ứng cho việc tạo vùng sống và vùng đẻ trứng. Kiểu kháng này hạn
chế khả năng tấn công của sâu hại hoặc sự không chấp nhận tấn công. Sự
không chấp nhận xuất hiện khi côn trùng không dùng thức ăn của ký chủ
hoặc ký chủ không có thức ăn phù hợp cho côn trùng. Cơ chế không ưa
này có liên quan đến nhiều thuộc tính hình thái sinh lý hoặc sinh hóa của
cây chủ.
1.2.2. Cơ chế kháng sinh

Các chất kháng sinh có tác dụng kháng lại sự ăn cây chủ của sâu để bảo
tồn sự phát triển và tái sinh của cây trồng. Trong một số trường hợp, côn
trùng bị tiêu diệt khi chúng tàn phá cây trồng. Chất kháng sinh có liên
quan đến: Thuộc tính hình thái; đặc tính sinh lý; đặc tính hóa sinh; có thể
là tổng hợp của 3 đặc tính trên.
1.2.3. Cơ chế tránh
Cây trồng tránh sâu cũng như tránh bệnh, đó không phải là tính kháng
thực. Tuy vậy nó có ảnh hưởng như là tính kháng thực trong việc bảo vệ
cây trồng khỏi sự phá hoại của côn trùng và sâu hại. Tất cả các trường
hợp tránh sâu thực chất là hiện tượng cây chủ không ở trong giai đoạn khi
côn trùng đang ở đỉnh cao phát triển. Ví dụ: giống bông ngắn ngày có thể
tránh được sự phá hại của sâu phá hoại vào cuối vụ trồng. Có trường hợp,
sự phát triển trong điều kiện không phù hợp cho sự phát triển của sâu và
côn trùng. Ví dụ: sản xuất khoai tây hạt là để tránh sự phá hại của rệp.
1.2.4. Cơ chế chống chịu
Tính chống chịu sâu cũng như tính chống chịu bệnh. Giống chống chịu
sâu cũng bị tấn công ở mức độ giống như giống nhiễm nhưng giống
kháng vẫn cho năng suất cao hơn. Trong một số trường hợp, giống kháng
phục hồi nhanh hơn sau khi bị côn trùng tàn phá.
Tính kháng côn trùng thể hiện liên quan đến các thuộc tính hình thái, sinh
lý hoặc hóa sinh của ký chủ.
2. Chọn tạo giống kháng bệnh
2.1. Bản chất của tính chống bệnh
Tính chống bệnh của cây chủ có thể là thật khi được hình hthành lúc cây
chủ và thể gây bệnh tiếp xúc nhau hay có thể do một số cơ chế được gọi
chung là “tránh né”. Sự tránh né làm giảm tiếp xúc giữa cây chủ và thể
gây bệnh.
Sự chống chịu nấm có thể được hình thành do các yếu tố vật lý như tăng
độ dày tầng cutin hoặc phân bố thêm các mô cứng. Cũng có thể là do
phản ứng cực nhạy làm cho chỗ bị nhiễm bệnh chết đi và cản trở bệnh lan

rộng thêm. Đôi khi tính chống chịu biểu hiện ra làm cho sinh trưởng và
sinh sản của thể bệnh bị hạn chế một cách đáng kể so với giống hoàn toàn
mẫn cảm.
2.2. Phát hiện và đánh giá sức đề kháng
Sức đề kháng có thể được phát hiện bằng cách đánh giá cây trồng hoặc bộ
phận cây trồng trên đồng ruộng trong điều kiện tự nhiên khi bệnh phát
triển. Sàng lọc tính đề kháng trong điều kiện tự nhiên thường được tiến
hành khi không có phương pháp gây nhiễm nhân tạo hoặc với các bệnh ít
quan trọng, không cần đến phương pháp phức tạp hay tốn kém. Người ta
đưa ra các phương pháp sàng lọc nhân tạo đối với các bệnh quan trọng
của cây trồng chủ yếu.
Một phương pháp sàng lọc tốt phải có đủ các điều kiện sau:
+ Có thể lặp lại được
+ Có thể xác định từng mức tác động khác nhau lên thể gây bệnh
+ Phản ánh được phản ứng của thể chủ trong điều kiện đồng ruộng
+ Thao tác được dễ dàng
+ Ứng dụng được cho các chương trình chọn tạo giống cây trồng
+ Có thể sàng lọc được một số lượng cây mà không tốn nhiều chỗ và thời
gian.
Các phương pháp sàng lọc nhân tạo bao gồm:
+ Tăng liều gây nhiễm của một nòi gây bệnh thích hợp lên thể chủ
+ gây nhiễm cho cây hay bộ phận của cây bằng phun, tiêm, ngâm hay
trộn với đất
+ Nuôi bệnh trong điều kiện môi trường tối ưu
+ Cần chú ý tăng liều gây nhiễm vào lúc nuôi bệnh cho cây.
Việc sàng lọc để chọn tính đề kháng cũng có thể thực hiện bằng cách xử
lý cây được khảo nghiệm với độc tố nòi gây bệnh.
Môi trường chọn lọc được tạo ra bằng cách hỗn hợp các hóa chất đặc biệt
có thể kích thích sự sinh trưởng của các loài nấm gây bệnh thực vật thích
hợp. Có thể gây dịch bệnh nhân tạo trên đồng ruộng ở mức độ thí

nghiệm. Các kiểu gene mẫn cảm truyền bệnh được gieo thành hàng xen
với các kiểu gene cần được khảo nghiệm. Các hàng truyền bệnh được gây
nhiễm với một nòi gây bệnh thích hợp sớm hơn nhiều so với thời điểm
phát bệnh tự nhiên, do đó khi mầm gây nhiễm tự nhiên xuất hiện thì trên
ruộng thí nghiệm đã đầy mầm bệnh nhân tạo. Bằng cách điều chỉnh thời
điểm gieo trồng có thể đảm bảo các kiểu gene khảo nghiệm sẽ ở vào thời
kỳ thích hợp đúng lúc thời tiết thuận lợi cho bệnh phát triển.
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cách biểu hiện và mức độ đề kháng
Bệnh của cây trồng là kết quả tương tác giữa chủ thể, thể gây bệnh, môi
trường và khoảng thời gian mà ba yếu tố ây tương tác với nhau.
+ Tác động của cây chủ
Kiểu gene của thể chủ, mức độ phát triển và tình trạng sinh lý của thể chủ
có thể ảnh hưởng đến cách phản ứng của nó đối với một bệnh cụ thể nào
đó. Phản ứng của cây trồng với bệnh có thể thay đổi theo tuổi vì các gene
đề kháng có thể hoạt động trong thời kỳ này mà không hoạt động thời kỳ
khác.
Sức đề kháng hay mẫn cảm có thể liên quan với giai đoạn phát triển của
cây. Thông thường sức đề kháng là tối đa ở giai đoạn trước khi các cấu
trúc sinh sản xuất hiện.
+ Tác động của thể gây bệnh
Độ gây hại, sức tấn công và mật độ gây nhiễm của thể gây bệnh phụ
thuộc vào các yếu tố có ảnh hưởng đến sức đề kháng của một thể chủ
nhất định biểu hiện ra.
Các nòi gây bệnh mang các gene gây hại giống nhau có thể khác nhau về
sức tấn công và như thế sẽ gây ra mức độ bệnh khác nhau đối với một
kiểu gene nhất định của thể chủ. Sức đề kháng có thể giảm khi mật độ
gây nhiễm tăng. Thông thường sức đề kháng đa gene biểu hiện ra vào
mức độ trung gian chịu ảnh hưởng nhiều hơn của mật độ gây nhiễm, sức
đề kháng dọc đơn gene chịu ảnh hưởng ít hơn. Có mối tương quan giữa
mật độ gây nhiễm với sức đề kháng đối với các thể gây bệnh do đất mang

theo. Tác động của mật độ gây nhiễm đối với sức đề kháng phụ thuộc vào
cách sinh sản của thể gây bệnh.
+ Tác động của môi trường
Môi trường tác động khác nhau lên thể chủ và thể gây bệnh. Cả khi thể
gây bệnh xâm nhiễm thể chủ trong điều kiện tối ưu và sức đề kháng của
thể chủ đối với một yếu tố đặc biệt của môi trường không thay đổi, thì
mức đề kháng được quan sát thấy cũng thay đổi từ mức tối đa đến mức
tối thiểu tùy thuộc vào các tổ hợp đặc biệt giữa thể chủ và thể gây bệnh.
Từng yếu tố riêng của môi trường cũng có thể tác động đến cách phát
triển của bệnh qua sự ảnh hưởng của các yếu tố khác. Điều kiện môi
trường như thành phần và độ pH của môi trường, cường đọ ánh sáng và
nhiệt độ cũng có thể tác động đến sức gây bệnh của thể bệnh.
+ Nguồn kháng bệnh
Sức đề kháng có thể gặp ở các giống địa phương đã thích ứng hay ở
giống ngoại lai hoặc ở các loài thân thuộc. Các giống địa phương đã thích
ứng là nguồn đề kháng tốt chống các bệnh đã trở nên trầm trọng bất ngờ
được nhập vào khi cải lương một tính trạng có giá trị kinh tế nào đó.
Các giống địa phương đã thích ứng cũng là nguồn đề kháng có giá trị để
chống lại các bệnh ít quan trọng hay chỉ có giá trị địa phương. Sức đề
kháng của các giống địa phương được chú ý vì:
`+ Sức đề kháng có thể chỉ mang theo một lượng ít các liên kết không
mong muốn so với sức đề kháng ngoại lai
+ Sức đề kháng của giống ngoại lai có thể liên kết với tính mẫn cảm đối
với một số loại sâu bệnh mà các giống địa phương đã thích ứng thường
không mắc phải.
2.4. Thủ tục chọn tạo giống
Thủ tục thường được dùng khi chọn tạo giống kháng bệnh: chọn tạo
qua lai trở lại, chọn lọc truy hồi, tạp giao trong loài.
3. Bản chất di truyền
Bản chất di truyền của tính kháng sâu cũng tương tự như tính kháng

bệnh. Tính kháng sâu có thể do đơn gene điều khiển với một số lượng lớn
các cá thể có hiệu lực, có thể do nhiều gene điều khiển có tác dụng cộng
tính hoặc do gene tế bào chất.
3.1. Các nguồn gene kháng sâu và côn trùng
Nguồn gene kháng sâu và côn trùng có thể tìm thấy ở:
+ Các giống cây trồng
+ Nguồn tài nguyên di truyền của các loài
+ các loài hoang dại có quan hệ huyết thống với cây trồng
3.2. Các phương pháp tạo giống kháng sâu
Các phương pháp thường được sử dụng để tạo giống kháng sâu:
3.2.1. Nhập nội: Giống nhập nội kháng với một loại sâu nào đó có thể sử
dụng để gieo trồng trong điều kiện môi trường mới nhưng nó vẫn thể hiện
các đặc tính nông học quý. Nhưng thường giống nhập nội lại không phát
triển tốt trong điều kiện mới, nó có thể nhiễm biotype của một loài sâu
hại nào đó hoặc nhiễm một loại sâu mới có mặt trong điều kiện nhập nội.
2.2.2. Chọn lọc: Các kiểu gene kháng sâu có thể cơ mặt trên một giống
nhất định của một loại cây trồng nào đó. Trong trường hợp này, việc chọn
lọc là để phân lập được các kiểu gene kháng. Đối với cây tự thụ phấn, sử
dụng phương pháp chọn hỗn hợp hoặc chọn dòng thuần để chọn giống
kháng. Đối với cây giao phấn, thường dùng phương pháp chọn lọc hỗn
hợp và chọn lọc hồi quy. Cây giao phấn có hiệu quả chọn lọc cao hơn cây
tự thụ phấn vì nó có hệ số biến dị cao hơn.
3.2.3. Lai hữu tính
Thường cho lai giữa một giống có các đặc tính nông học tốt nhưng mẫn
cảm với sâu với một giống hoang dại nhưng kháng sâu
3.2.4. Biến nạp gene
Sử dụng kỹ thuật tách DNA của nguồn bệnh, tách các gene kháng quý
hiếm và thực hiện biến nạp các gene này vào các giống cây trồng bằng
phương pháp lai tế bào trần, phương pháp xung điện hoặc súng bắn gene.
4. Kỹ thuật sàng lọc

4.1. Sàng lọc trên đồng ruộng
Việc sàng lọc tính kháng sâu trong chương trình chọn tạo giống thường
được tiến hành trên đồng ruộng vì số lượng cá thể chọn lọc lớn hơn trong
điều kiện nhà kính.Hơn nữa, trên đồng ruộng, cây trồng được đặt trong
điều kiện các sâu và côn trùng thường xuất hiện trong khu vực. Tuy nhiên
thử nghiệm đồng ruộng lại tiến hành trong điều kiện hầu như không có sự
điều tiết cuả con người; trong nhiều trường hợp không có khả năng đảm
bảo sự lây nhiễm đồng đều cho các cá thể trong quần thể. Do đó sai số thí
nghiệm đồng ruộng là lớn hơn nhiều so với thí nghiệm trong phòng.
Các kỹ thuật tăng mức độ đồng đều cho lây nhiễm trên đồng ruộng:
+ Kỹ thuật đơn giản nhất là trồng xen kẽ một hàng giống nhiễm với hai
hàng giống định đánh giá. Kỹ thuật này chỉ phù hợp với việc đánh giá các
loại sâu và côn trùng phân tán trong vùng.
+ Mỗi loại côn trùng hoặc sâu thường xuyên được phát hiện ở một vài
vùng. việc chọn lọc khả năng kháng với một loại sâu nào đó trên những
vùng sẽ đảm bảo sự lây nhiễm tự nhiên mạnh mẽ đối với cây trồng định
đánh giá.
+ Nếu là sâu trong đất, giống cây trồng cần đnh giá sẽ được trồng trong
điều kiện đất có số lượng lớn sâu.
+ Cây nhiễm tự nhiên một số côn trùng có thể xảy ra trong những vụ nhất
định. Ví dụ lây nhiễm sâu đục thân lúa trong vụ muộn sẽ nặng hơn trong
chính vụ vì thời vụ muộn đôi khi là ký chủ trung gian cho bướm cái đẻ
trứng. Do đó việc sàng lọc sẽ thuận lợi hơn rất nhiều trong thời vụ muộn.
+ Một số lượng đồng đều trứng hoặc sâu non có thể chuyển bằng tay đến
từng cây được đánh giá, bảo đảm cho sự lây nhiễm đồng đều. ví dụ nhiễm
sâu đục thân lúa bằng cách chuyển đến mỗi cá thể một ổ trứng gồm 60
trứng. Số lượng sâu non nở ra sẽ được đếm và như vậy sẽ xác định được
số cá thể kháng sâu.
4.2. Sàng lọc trong nhà kính
Trong nhà kính, số lượng cá thể được đánh giá nhỏ hơn trên đồng ruộng

nhưng kết quả lại chính xác hơn vì sự lây nhiễm ban đầu đồng đều và
chính xác hơn.
Sàng lọc trên đồng ruộng và trong nhà kính là hai phương pháp bổ trợ
cho nhau. Những cây kháng được chọn trong nhà kính sẽ được trồng để
đánh giá trên đồng ruộng và ngược lại.
Những khó khăn của việc chọn giống kháng sâu:
+ Trong một số trường hợp chọn được giống kháng sâu này lại bị các sâu
khác gây hại. Điều này có thể do thuộc tính của cây chủ, gene kháng trội
một loại sâu này có thể liên kết với gene không kháng loại sâu khác.
+ Trong một số trường hợp chọn tạo giống kháng sâu làm giảm chất
lượng sản phẩm, thậm chí không thể sử dụng được
+ Trong trường hợp gene kháng sâu chỉ có ở các loài hoang dại. Việc
chuyển gene bằng phương pháp lai giữa các loài là rất khó khăn và
thường có sự liên kết giữa gene kháng với các gene bất lợi khác. Thường
giống hoang dại mang gene kháng lại cho năng suất thấp và chất lượng
kém.
+ Sàng lọc tính kháng sâu là một khâu vô cùng khó khăn trong công tác
tạo giống. Đòi hỏi phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà tạo giống
với các nhà côn trùng học, các nhà bệnh học, hóa sinh, sinh lý.
+ Chọn tạo giống kháng sâu là một chương trình dài hạn cần phải được
đầu tư thích đáng về tài chính và các mặt khác.