CƠ SỞ DI TRUYỀN CHỌN GIỐNG THỰC VẬT part 3 pdf

48
trong đó GE
ij
là số đo sự tương tác giữa kiểu gene i và môi trường j. Vì
môi trường biến động nên sự tương tác đó có thể âm hoặc dương.
Nói chung, mô hình di truyền có thể được định nghĩa một cách chính
xác hơn bằng cách phân chia trị số kiểu gene ra hai thành phần như sau:
G
i
= A
i
+ D
i
trong đó A
i
và D
i
là các thành phần cộng gộp (additive) và trội (domi-
nant). Nếu như thể dị hợp đúng là trung gian giữa các thành phần đồng
hợp (như ở ví dụ về sự di truyền màu sắc hạt lúa mỳ nói trên), thì sự đóng
góp của thành phần trội là zero; nghĩa là, toàn bộ thành phần di truyền là
cộng gộp. Nói cách khác, nếu cho rằng sự tương tác kiểu gene-môi trường
là không đáng kể, thì trị số kiểu hình có thể được biểu thị bằng:
P
ij
= A
i
+ D
i
+ E

j
Như đã nói từ đầu, không có sự tương ứng chính xác giữa một kiểu
gene với một kiểu hình đối với các tính trạng số lượng. Vì vậy, cách thực
tế hơn để kiểm tra các tính trạng này là tách sự biến đổi trong một quần
thể đối với một kiểu hình cụ thể thành ra hai phần, phần biến đổi do nhân
tố di truyền gây ra và phần biến đổi do nhân tố môi trường gây ra. Khi đó
phương sai hay biến lượng kiểu hình (phenotypic variance) sẽ là:
V
P
= V
G
+ V
E
trong đó V
P
, V
G
và V
E
tương ứng là các biến lượng của kiểu hình, di
truyền và môi trường. Và theo cách làm ở trên, nếu ta tách các thành phần
cộng gộp và trội để kiểm tra biến lượng kiểu hình, ta có:
V
P
= (V
A
+ V
D
) + V
E

trong đó V
A
và V
D
tương ứng là các biến lượng di truyền do các hiệu quả
cộng gộp và trội. Nếu ta chia biểu thức này cho V
P
, lúc đó ta thu được tỷ
lệ của biến lượng kiểu hình do các thành phần khác nhau gây ra. Cụ thể là,
tỷ số giữa biến lượng di truyền cộng gộp và biến lượng kiểu hình được coi
là hệ số di truyền (h
2
; heritability):
h
2
= V
A
/V
P
Đại lượng hệ số di truyền này rất quan trọng trong việc xác định tốc độ và
hàm lượng đáp ứng đối với sự chọn lọc định hướng (directional selection),
tức chọn lọc đào thải các kiểu hình cực đoan, và nó thường được các nhà
chọn giống động vật và thực vật ước tính trước khi bắt đầu một chương
trình chọn lọc nhằm cải thiện năng suất hoặc các tính trạng khác.
II. Ước tính hệ số di truyền và phân tích phương sai
1. Hệ số di truyền và ý nghĩa của nó trong chọn giống thực vật


49
1.1. Hệ số di truyền

Bây giờ ta thử tìm hiểu vấn đề ước lượng hệ số di truyền (heritability)
dựa trên hệ số tương quan của một số tính trạng ở các cặp sinh đôi cùng
trứng (monozygotic twins) và sinh đôi khác trứng (dizygotic twins). Ta
biết rằng những cặp sinh đôi cùng trứng thì có cùng kiểu gene; như vậy
bất kỳ sự sai khác nào giữa chúng phải là kết quả của các nhân tố môi
trường. Trên thực tế, các cặp sinh đôi giống hệt nhau là do sự chia xẻ cùng
kiểu gene cũng như các điều kiện môi trường như nhau. Một cách để xác
định mức độ tương đồng hay giống nhau là tính hệ số tương quan r
(correlation) giữa các cá thể về các tính trạng khác nhau. Trị số cao nhất
của hệ số r là 1, trong đó tất cả các cặp cá thể đều có cùng trị số kiểu hình
như nhau. Nếu như các tính trạng là không có tương quan giữa các cặp cá
thể thì r = 0. Một kết quả nghiên cứu về các hệ số tương quan của bốn tính
trạng khác nhau ở các cặp sinh đôi cùng trứng (r
M
) và các cặp sinh đôi
khác trứng (r
D
) nhưng cùng giới tính được cho ở bảng 3.2. Những sai khác
giữa các trị số này phải là kết quả của sự tương đồng di truyền thấp hơn ở
các cặp sinh đôi khác trứng vốn chia xẻ (tính bình quân) chỉ một nửa các
gene của chúng nói chung. Công thức để tính hệ số di truyền như sau:
h
2
= 2(r
M
− r
D
)
trong đó r
M

và r
D
lần lượt là các hệ số tương quan giữa các cặp sinh đôi
cùng trứng và khác trứng. Bằng cách sử dụng công thức này, ta tính được
các hệ số di truyền cho bốn tính trạng ở bảng 3.2 biến thiên từ 0,98 đến
0,16. Qua đó cho thấy, hầu hết sự biến đổi các chỉ số IQ và trưởng thành
về mặt xã hội dường như là do môi trường, trong khi hầu như sự biến đổi
trong số lượng nếp vân tay và chiều cao dường như là do di truyền.
Bảng 3.2 Sự tương quan của bốn tính trạng giữa các cặp sinh đôi ở người
Hệ số tương quan
Tính trạng
r
M
r
D
Hệ số di truyền
Số lượng nếp vân tay 0,96 0,47 0,98
Chiều cao 0,90 0.57 0,66
Chỉ số IQ 0,83 0,66 0,34
Chỉ số trưởng thành về mặt xã hội 0,97 0,89 0,16
1.2. Ý nghĩa của hệ số di truyền trong chọn giống thực vật
Hiệu quả chọn lọc đối với một tính trạng số lượng phụ thuộc vào ý
nghĩa tương đối của các yếu tố di truyền và không di truyền trong sự khác
nhau kiểu hình giữa các kiểu gene trong quần thể - một khái niệm gọi là hệ
số di truyền. Hệ số di truyền được đo bằng tỷ số của phương sai di truyền


50
và phương pháp kiểu hình hay tổng phương sai. Có hai giá trị thường được
sử dụng, đoa là: hệ số di truyền theo nghĩa rộng: ,và hệ số di

truyền theo nghĩa hẹp: . Ta có thể ước lượng hệ số di truyền
của một tính trạng bằng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn:
Phương pháp phân tích thế hệ phân ly, gồm F
222
/
PGb
h
σσ
=
222
/
PAn
h
σσ
=
2
và con lai trở lại, và thế hệ
không phân ly, gồm bố mẹ và F
1
(Mather 1949), tương quan giữa bố mẹ
và con cái (Frey và Horner 1957) và phương pháp phân tích thành phần
phương sai. Trong các phương pháp nêu trên, phương pháp phân tích
thành phần phương sai cung cấp tính linh động lớn nhất để dự đoán hiệu
quả của các phương pháp chọn lọc. Thành phần phương sai có thể sử dụng
để tính toán hệ số di truyền trên cơ sở các thể hệ, lô thí nghiệm và dòng.
Vì hệ số di truyền là một đại lượng thống kê biểu thị tỷ số giữa các
phương sai nên h
2
là một đại lượng đặc trưng cho quần thể xác định trong
một môi trường xác định. Bản thân giá trị di truyền của một quần thể

không nói lên tính ưu việt của quần thể đó. Giá trị h
2
dao động trong
khoảng từ 0 đến 1. Trong một dòng thuần các cá thể có cùng kiểu gen nên
toàn bộ sự biến động hay sự khác nhau giữa các cá thể hoàn toàn là do các
yếu tố ngoại cảnh (h
2
= 0).
Mục đích của chọn lọc là thay đổi giá trị trung bình của quần thể đối
với tính trạng cần cải tiến thông qua sự thay đổi tần số gene. Tuy nhiên,
hiệu quả chọn lọc đối với tần số gene ở tính trạng số lượng không thể quan
sát trực tiếp mà chỉ có thể xác định thông qua sự thay đổi của giá trị trung
bình và những tham số khác của quần thể như các thành phần phương sai.
Sự thay đổi giá trị kiểu gene sau một thế hệ chọn lọc được gọi là kết quả
chọn lọc (còn gọi là tiến bộ di truyền) là:
Δ
G
= Sh
2
trong đó: S là vi sai chọn lọc; Δ
G
- hiệu số giữa giá trị trung bình của các
cá thể được chọn và quần thể ban đầu; và h
2
- hệ số di truyền (thường là
nghĩa hẹp)
Công thức trên cho thấy kết quả chọn lọc sẽ cao nếu hệ số di truyền và
vi sai chọn lọc cao. Giá trị của h
2
bị ảnh hưởng bởi môi trường nhưng có

thể tăng bằng cách sử dụng phương pháp chọn lọc và sơ đồ thí nghiệm
thích hợp. Vi sai chọn lọc phụ thuộc vào tỉ lệ cá thể được chọn và mức độ
biến động của quần thể. Vi sai chọn lọc tăng cùng chiều với độ biến động
nhưng ngược chiều với tỷ lệ chọn lọc.
Để chẩn đoán kết quả chọn lọc người ta thường sử dụng giá trị S/σp
thay cho S làm vi sai chọn lọc được tiêu chuẩn hoá. Do đó kết quả chọn
lọc được biểu thị bằng công thức


51
Δ
G
= iσ
p
h
2
trong đó: i = S/σ
p
là cường độ chọn lọc. Đối với các tính trạng số lượng
phân phối chuẩn thì i = Y
z
/p, trong đó Y
z
là độ cao của toạ độ tại điểm
chọn lọc và p là tỷ lệ được chọn. Có thể tính được cường độ chọn lọc (các
giá trị i) cho các giá trị p khác nhau bằng cách sử dụng bảng có giá trị Y
z

trong một số sách thống kê. Chẳng hạn:
p% 50 40 30 25 20 15 10 5 2 1

i 0.80 0.97 1.16 1.27 1.40 1.55 1.76 2.06 2.42 2.84
2. Tương quan di truyền và phản ứng liên đới
Hai tính trạng, chẳng hạn, chiều cao cây và tổng năng suất chất khô có
thể tương quan về kiểu hình. Tuy nhiên, điều quan trọng đối với nhà chọn
giống là phải xác định được mối tương quan có cơ sở di truyền hoặc phản
ánh những yếu tố môi trường. Tương quan di truyền (r
A
) được ước lượng
thông qua tương quan của giá trị chọn giống giữa hai tính trạng của các cá
thể trong quần thể. Tương quan môi trường (r
E
) là tương quan giữa các độ
lệch môi trường biểu thị phần dư của phương sai kiểu hình. Có thể biểu thị
phương sai kiểu hình giữa hai tính trạng X và Y theo công thức sau:
PyPx
EA
PyPx
P
p
CovCovCov
r
σσσσ
+
==

Nếu đặt e
2
= 1 - h
2
, ta có thể viết lại biểu thức trên như sau

EyEx
E
yx
AyAx
A
yxp
Cov
ee
Cov
hhr
σσσσ
+=
Suy ra:
EyxAyxp
reerhhr +
=

Thông thường chọn lọc để cải tiến một tính trạng này kéo theo sự thay
đổi của một tính trạng khác. Ví dụ khi tăng hàm lượng caroten ở khoai
lang làm thay đổi thuỷ phân hay hàm lượng chất khô trong củ. Nếu gọi X
là tính trạng được chọn trực tiếp thì phản ứng chọn lọc của X bằng giá trị
chọn giống trung bình của các cá thể được chọn. Sự thay đổi của tính trạng
gián tiếp Y sẽ bằng hồi quy của giá trị chọn giống của Y với giá trị chọn
giống của X. Quan hệ hồi quy của Y đối với X là
AX
2
AX
X)(
σ
σ

σ
AY
A
A
YA
r
Cov
b ==

Kết quả chọn lọc của tính trạng X khi chọn trực tiếp là
AXX
σ
xG
ih
=
Δ


52
Do đó phản ứng liên đới của tính trạng Y là

AYAxAxGXYXAGY
rihrihbC
σ
σ
σ
σ
==Δ=Δ
AX
AY

AX)(

Nếu đặt
AYyAY
h
σ
σ
=
thì phản ứng liên đới sẽ là
PYAyxGY
rhihC
σ
=
Δ

Vì vậy kết quả chọn lọc của tính trạng liên đới có thể dự đoán nếu biết
được tương quan di truyền và hệ số di truyền của hai tính trạng.
3. Phân tích phương sai và hồi quy
Tương tác kiểu gene - môi trường biểu thị một thành phần của kiểu
hình có thể làm sai lệch giá trị ước lượng của các thành phần khác. Tương
tác kiểu gene môi trường tồn tại khi hai hay nhiều kiểu gene phản ứng
khác nhau trước sự thay đổi của môi trường (năm, vụ gieo trồng, địa
phương ). Một giống có năng suất cao một giống khác trong môi trường
này nhưng có thể thấp hơn trong một môi trường khác. Như vậy tương tác
kiểu gene - môi trường làm thay đổi thứ bậc các kiểu gene hay các giống
được đánh giá trong các điều kiện khác nhau. Chính điều này gây khó
khăn cho nhà chọn giống trong việc xác định tính ưu việt của các giống
được đánh giá. Vì vậy việc tính toán mức độ tương quan là rất quan trọng
để xác định chiến lược chọn giống tối ưu và đưa ra các giống có khả năng
thích nghi thoả đáng với môi trường gieo trồng được dự định.

Có bốn mô hình thống kê được sử dụng để đánh giá tính ổn định các
tính trạng nông học của các kiểu gene (hoặc là một bộ giống hoặc là các
dòng) có triển vọng: (1) Phương pháp phân tích phương sai; (2) phương
pháp phân tích hồi quy; (3) phương pháp thống kê tham số; và (4) phương
pháp phân tích nhiều biến. Dưới đây chỉ đề cập đến hai phương pháp phổ
biến là phân tích phương sai và phân tích hồi quy.
3.1. Phân tích phương sai
Phân tích phương sai dựa vào sự đóng góp khác nhau của các kiểu
gene khác nhau vào thành phần tương tác. Vì vậy để xác định mức độ
tương tác kiểu gene - môi trường các kiểu gene (giống, dòng, gia đình )
được đánh giá trong môi trường khác nhau. Môi trường bao gồm mọi yếu
tố ảnh hưởng hay liên quan tới sinh trưởng và phát triển của cây.
Allard (1976) phân loại các yếu tố môi trường thành hai nhóm yếu tố
có thể dự đoán và không thể dự đoán. Các yếu tố có thể dự đoán xảy ra
một cách hệ thống và con người có thể kiểm soát được như: loại đất, thời
vụ gieo trồng mật độ và lượng phân bón. Ngược lại, các yếu tố không thể


53
dự đoán thì luôn biến động, không ổn định như: lượng mưa, nhiệt độ, độ
ẩm, ánh sáng.
Khi có tương tác kiểu gene - môi trường (GE) thì giá trị kiểu hình bằng
tổng của ba thành phần như sau:
P = G + E + GE
và phương sai kiểu hình tương ứng được chia thành ba thành phần là:
2222
GEEGP
σσσσ
++=

Giống như , đại lượng
2
E
σ
2
GE
σ

là thành phần không di truyền của
phương sai kiểu hình. Nếu thí nghiệm được đánh giá ở nhiều điều kiện
môi trường (lặp lại theo địa điểm và mùa vụ/năm) thì phân tích phương sai
có thể dựa vào Bảng 3.3 dưới đây.
Bảng 3.3: Mô hình phân tích phương sai ngẫu nhiên cho thí nghiệm lặp lại
ở nhiều điểm và nhiều năm (theo Nguyễn Văn Hiển và cs - 2000).
Nguồn Số bậc tự do BPTB Bình phương trung bình (BPTB)
kỳ vọng
Năm (N) y-1 -
Điểm (Đ) l-1 -
Lặp lại/Đ/N ly(r-1) -
N × Đ (y-1)(l-1) -
K.gene (KG) g-1 MS
5
22222
gglgygyle
rylryrlr
σσσσσ
++++

KG × N (g-1)(y-1) MS
4

222
gygyle
rlr
σσσ
++

KG × Đ (g-1)(l-1) MS
3
222
glgyle
ryr
σσσ
++

KG × N × Đ (g-1)(y-1)(l-1) MS
2
22
gyle
r
σσ
+

Sai số yl(g-1)(r-1) MS
1
2
e
σ

*Ghi chú: r là số lần lặp lại; g - kiểu gen; y - số năm (vụ); l - số điểm.
Mô hình thống kê đối với giá trị kiểu hình (ví dụ năng suất, Yield) của

kiểu gene thứ i trong môi trường thứ j có thể biểu diễn như sau:
Y
ij
= μ + g
i
+ m
j
+ (gm)
ij
+ e
ij
trong đó: μ - trung bình của tất cả các kiểu gene trong các môi trường;
g
i
- ảnh hưởng của kiểu gene thứ i;


54
m
j
- ảnh hưởng của môi trường thứ j;
(gm)
ij
- tương tác của kiểu gene thứ i và môi trường thứ j;
e
ij
- sai số gắn với kiểu gene i và môi trường j.
Đối với các thí nghiệm lặp lại ở nhiều địa điểm và nhiều năm khác
nhau thì các thành phần phương sai được xác định như sau:
ryl

MSMSMS
S
g
245
2
−−
=

rl
MSMS
gy
24
2
−
=
σ

ry
MSMS
gl
23
2
−
=
σ

r
MSMS
gyl
12

2
−
=
σ

1
2
MS
e
=
σ

Khi đó hệ số di truyền được tính theo công thức sau:
)/()/()/()/(
22222
2
2
rylylly
h
egylglgyg
g
σσσσσ
σ
++++
=

3.2. Phân tích hồi quy và tính ổn định
Tính ổn định về năng suất hay các đặc điểm nông học khác của một
giống trong các điều kiện môi trường khác nhau là một chỉ tiêu quan trọng
trong chương trình chọn giống. Có những giống có thể thích nghi với

phạm vi môi trường rộng trong khi một số giống khác chỉ thích nghi với
phổ môi trường khá hẹp. Tính ổn định về năng suất trong các điều kiện
môi trường chịu ảnh hưởng của các kiểu gene cá thể và quan hệ di truyền
giữa các cá thể trong một quần thể hay một giống. Trạng thái nội cân bằng
(homeostasis) và tính đệm (buffering) được dùng để mô tả tính ổn định
của các cá thể hay một nhóm cây trồng. Trên thực tế, các cá thể dị hợp tử
(ví dụ các con lai F
1
) ổn định hơn các bố mẹ đồng hợp tử do chúng có khả
năng chống chịu tốt hơn trước những điều kiện bất lợi.
Để do tính ổn định thông qua các tham số thống kê, nhiều nhà nghiên
cứu đã dùng phương pháp phân tích hồi quy. Một nhóm kiểu gene được
đánh giá trong một phạm vi môi trường nhất định. Giá trị trung bình về
năng suất hay bất kỳ một tính trạng nào khác của các kiểu gene ở mỗi môi
trường được gọi là chỉ số môi trường. Năng suất của mỗi kiểu gene được


55
hồi quy với chỉ số môi trường tương ứng được dùng để đánh giá phản ứng
của các kiểu gene với môi trường thay đổi và ước lượng độ lệch so với
đường hồi quy (Eberhart và Russel, 1966). Một kiểu gene mong muốn là
kiểu gene có năng suất trung bình cao, hệ số hồi quy bằng 1, và độ lệch so
với đường hồi quy bằng 0. Mô hình thống kê như sau:
Y
ij
= μ + b
i
I
j
+ δ

ij
trong đó: μ - trung bình của tất cả các kiểu gene trong tất cả môi trường;
Y
ij
- giá trị của kiểu gene thứ i trong môi trường thứ j;
b
i
- hệ số hồi quy của giống thứ i với chỉ số môi trường;
I
j
- chỉ số môi trường.
Hệ số hồi quy được xác định theo công thức:
∑
∑
=
j
j
j
jiji
IIYb
2
/)(

trong đó: I
j
là chỉ số môi trường và bằng:
)/()/(
∑
∑
∑

−=
ij
ij
i
ijj
glYgYI

Độ lệch so với đương hồi quy là:
[]
)/()2/()(
222
rgS
e
j
ijdi
σδ
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
∑
trong đó:
⎥
⎦
⎤
⎢

⎣
⎡
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
∑∑∑∑
j
jjij
j
iijij
IIYIYY
22222
/)()/(
δ
 Ghi chú: Có thể tham khảo thêm trong Bài giảng về "Di truyền học quần
thể và số lượng" của Bruce Walsh (2006).
4. Một số nhận xét về các mối quan hệ giữa kiểu gene và kiểu hình
•
Thường biến và mức phản ứng
Đối với các tính trạng số lượng, sự biểu hiện ở kiểu hình của một kiểu
gene nào đó rõ ràng là tùy thuộc của các nhân tố môi trường, tức là tùy
thuộc tùy thuộc vào độ thâm nhập và độ biểu hiện của kiểu gene đó (sẽ
được đề cập dưới đây). Hay nói cách khác, kiểu hình là kết quả của sự
tương tác giữa kiểu gene và môi trường.
Trong một tình huống lý tưởng, phạm vi tác dụng của môi trường lên

một kiểu gene nào đó có thể xác định được bằng cách quan sát kiểu hình
của các cá thể giống nhau về mặt di truyền được nuôi dưỡng chăm sóc
trong các môi trường khác nhau. Ở người, các cặp sinh đôi cùng trứng
được tách nuôi riêng lúc sơ sinh đã chứng minh cho một tình huồng như
vậy. Tuy nhiên, những chỉ dẫn tốt nhất về các tác dụng của môi trưòng bắt
nguồn từ các nghiên cứu ở loài mà có thể nuôi trồng với số lượng lớn trên
các môi trường được kiểm soát.


56
Thí dụ kinh điển cho nghiên cứu như vậy được J.Clausen và các cộng
sự tiến hành trong thập niên 1940. Để xác định hiệu quả của môi trường
lên các kiểu hình, các nhà nghiên cứu này đã trồng các dòng (clones), tức
gồm các cá thể giống nhau về mặt di truyền, cắt theo các vĩ độ khác nhau.
Chẳng hạn, họ đã thu thập loài thuộc họ hoa hồng là Potentilla glandulosa
từ ba vùng: phạm vi ven bờ biển Thái Bình Dương ở vĩ độ 100 mét; vùng
lưng chừng dãy núi Sierras ở vĩ độ 1.400 mét (ngọn Mather); và ở độ cao
3.040 mét của dãy Sierras (ngọn Timberline). Từ các mẫu này, họ tạo ra
được các dòng bằng cách nhân giống sinh dưỡng và đem trồng ở ba vùng
khác nhau đó. Nói khác đi, mỗi kiểu gene thu được từ một trong ba vùng
đó được đưa trồng ở cả ba điều kiện môi trường (ứng với các vĩ độ) khác
nhau. Từ thí nghiệm này cho thấy rằng dường như cả hai nhân tố di truyền
và môi trường đều quan trọng trong việc xác định sự sinh trưởng của cây.
Thí dụ, các kiểu gene vùng ven bờ sinh trưởng tốt ở cả vĩ độ thấp và trung
bình nhưng nhưng không thể sống được ở vĩ độ cao. Điều đó chỉ ra tầm
quan trọng của các nhân tố di truyền.
Cách thức mà kiểu hình thuộc một kiểu gene nào đó thay đổi theo môi
trường của nó được gọi là mức phản ứng (norm of reaction). Các mức
phản ứng có thể sai khác rất lớn trong số các kiểu gene đối với các tính
trạng liên quan đến tập tính hay hành vi (behaviour). Dù cho đến nay ta

không hề xem tập tính hay hành vi như là một kiểu hình, thế nhưng một số
các gene đột biến có ảnh hưởng lên tập tính hay hành vi. Chẳng hạn, các
cá thể bị bệnh PKU không được điều trị thì có các chỉ số IQ thấp hơn bình
thường; IQ là một tính trạng có thể đo được bằng trắc nghiệm IQ.
Tóm lại, mối quan hệ giữa kiểu gene và kiểu hình là phức tạp, không
dễ gì căn cứ vào kiểu hình để xác định kiểu gene. Mức phản ứng trên các
môi trường khác nhau là một cách để định lượng mối quan hệ đó.
•
Độ thâm nhập hay độ ngoại hiện (penetrance) và độ biểu hiện
(expressivity)
Để đánh giá mức độ thể hiện ra kiểu hình của các kiểu gene như thế,
năm 1925 Timofeev-Rissovsky đã nêu lên hai khái niệm: độ thâm nhập và
độ biểu hiện của gene.
Chẳng hạn, các gene xác định các tính trạng ở đậu Hà Lan, các kiểu
nhóm máu và nhiều bệnh di truyền ở người đều cho thấy một kiểu hầu như
chắc chắn. Tuy nhiên, đối với một số gene, thì một kiểu gene nào đó có
thể hoặc không thể cho thấy một kiểu hình nào đó. Hiện tượng này được
gọi là độ thâm nhập (penetrance) của một gene. Mức độ thâm nhập (level
of penetrance) này có thể tính bằng tỷ lệ của các cá thể mang một kiểu
gene nào đó bộc lộ ra một kiểu hình cụ thể. Khi tất cả các cá thể của một


57
kiểu gene cụ thể có cùng kiểu hình như nhau, thì gene đó cho thấy độ
thâm nhập hoàn toàn và mức độ thâm nhập này được coi là bằng 1. Mặt
khác, gene được coi là thâm nhập không hoàn toàn và mức thâm nhập cụ
thể có thể tính được. Chẳng hạn, trong số 160 cá thể thuộc một kiểu gene
nào đó có 30 cá thể biểu hiện một kiểu hình bị bệnh, thì mức độ thâm nhập
là 30/160 = 0,1875; nghĩa là gene đó chỉ thể hiện ra được kiểu hình có
18,75%. Như vậy sự có mặt của độ thâm nhập không hoàn toàn tại một

gene có thể khiến cho một kiểu hình tính trạng trội (giả sử kiểu gene là
Aa) bị ngắt quãng một thế hệ trong một phả hệ, rồi lại xuất hiện trở lại ở
thế hệ tiếp theo. Đó là do allele trội thâm nhập không hoàn toàn. Chẳng
hạn, dạng trội của nguyên bào lưới (retinoblastoma), một bệnh gây các u
ác tính ở mắt trẻ em, chỉ thâm nhập khoảng 90%.
Ngoài ra, một kiểu gene cụ thể nào đó bộc lộ ra kiểu hình kỳ vọng, tức
mức độ biểu hiện (level of expression) hay độ biểu hiện (expressivity), có
thể sai khác đi. Chẳng hạn, mặc dù một gene gây ra một bệnh có thể phát
hiện được ở hầu hết các cá thể mang một kiểu gene nào đó, nhưng một số
cá thể có thể bị ảnh hưởng nặng hơn các cá thể khác. Bệnh Huntington ở
người là một tính trạng cho thấy độ biểu hiện biến thiên sai khác theo độ
tuổi phát bệnh. Bệnh này nói chung xảy ra ở độ tuổi bắt đầu trung nên, với
tuổi trung bình bắt đầu phát bệnh là trên 30 tuổi, nhưng đôi khi có thể xảy
ra rất sớm ở tuổi chưa lên 10 hoặc ở một người già hơn. Một số người
mang kiểu gene bệnh này chết vì những nguyên nhân khác trước khi bệnh
biểu hiện, do độ thâm nhập không hoàn toàn cũng như độ biểu hiện biến
thiên đối với gene đó gây ra.
•
Môi trường và các gene gây chết có điều kiện
Vấn đề đặt ra là cái gì là nguyên nhân của độ thâm nhập không hoàn
toàn và độ biểu hiện sai khác? Trong một số trường hợp cụ thể, thường thì
không thể xác định được nguyên nhân, nhưng cả môi trường và các gene
khác cũng được coi là có ảnh hưởng lên độ thâm nhập và độ biểu hiện của
một gene. Ví dụ, ở ruồi giấm, các allele của một số gene tác động lên sức
sống và có thể gây chết ở nhiệt độ tăng cao trên 28
o
C nhưng lại ảnh hưởng
chút ít hoặc không ảnh hởng ở nhiệt độ thấp hơn. Các gene như thế gọi là
các gene gây chết có điều kiện (conditional lethals); nói chung chúng cho
thấy các hiệu quả gây chết trong các tình huống môi trường cực đoan.

Nhiệt độ cũng có thể ảnh hưởng mạnh mẽ lên kiểu hình của các thực
vật. Chẳng hạn, cây anh thảo có hoa đỏ khi trồng ở 24
o
C nhưng lại có hoa
trắng khi trồng ở nhiệt độ trên 32
o
C.
• Các gene sửa đổi và hiện tượng sao hình
Nói chung, mức độ biểu hiện của một tính trạng giữa các cá thể có


58
quan hệ họ hàng thường giống nhau hơn là giữa các cá thể không có quan
hệ họ hàng, khi cả hai nhóm cá thể đó được nuôi dưỡng chăm sóc trong
những môi trường gần giống như nhau. Các gene có ảnh hưởng thứ cấp
lên một tính trạng như thế gọi là các gene sửa đổi (modifier/modifying
gene) và chúng có thể gây ảnh hưởng lên kiểu hình một cách đáng kể. Nói
cách khác, các gene sửa đổi là những gene gây biến đổi các gene khác
trong khi chúng biểu hiện ra kiểu hình.

Một hiện tượng liên quan gọi là sao hình (phenocopy), xảy ra khi các
nhân tố môi trường gây ra một kiểu hình cụ thể mà thông thường được xác
định về mặt di truyền. Trong trường hợp này, một môi trường cực đoan có
thể làm gián đoạn sự phát triển bình thường bằng một kiểu tựa như của
một gene đột biến.
Câu hỏi ôn tập
1. Hãy chỉ ra các mối quan hệ giữa gene và tính trạng. Phân biệt các kiểu
tương tác giữa các gene không allele lên sự hình thành một tính trạng.
2.
Đặc trưng của các tính trạng số lượng là gì? Phân biệt các cặp khái

niệm sau: Tính trạng số lượng và tính trạng chất lượng; độ thâm nhập
và độ biểu hiện; tương tác giữa các gene allele và các gene không
allele.
3.
Khi lai hai giống ngô thuần chủng có 20 dãy hạt và 8 dãy hạt, tất cả
bắp ngô F
1
đều có 14 dãy hạt, và ở F
2
có bảy kiểu hình khác nhau: 20,
18, 16, 14, 12, 10 và 8 (dãy hạt) với số lượng thống kê tương ứng là 40
: 245 : 594 : 793 : 603 : 236 : 38 (bắp). Phương thức di truyền của tính
trạng trên là gì? Giải thích, trình bày sơ đồ lai, và minh hoạ kết quả F
2

bằng một đồ thị. Hãy rút ra quy luật chung về sự di truyền của loại tính
trạng này và chỉ ra cách xác định tỷ lệ kiểu hình kỳ vọng ở F
2
đối với
trường hợp một tính trạng được kiểm soát bởi n locus độc lập.
4.
Hệ số di truyền là gì? Nêu ý nghĩa của hệ số di truyền trong chọn
giống thực vật và cho ví dụ.
5.
Trình bày các phương pháp phân tích phương sai di truyền, phân tích
hồi quy và tính ổn định về năng suất của một giống trong các điều kiện
môi trường khác nhau.
6.
Bằng các ví dụ khác nhau, anh (chị) hãy phân tích để làm sáng tỏ mệnh
đề sau: "Kiểu hình là kết quả của sự tương tác giữa kiểu gene và môi

trường".



59
Tài liệu Tham khảo
Tiếng Việt
Trần Văn Diễn và Tô Cẩm Tú. 1995. Di truyền số lượng (Giáo trình cao
học Nông nghiệp). NXB Nông Nghiệp, Hà Nội.
Dubinin NP. 1981. Di truyền học đại cương (bản dịch của Trần đình Miên
và Phan Cự Nhân). NXB Nông Nghiệp, Hà Nội.
Phan Hiếu Hiền. 2001. Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu
(Thống kê thực nghiệm). NXB Nông Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh.
Nguyễn Văn Hiển
(chủ biên, 2000): Chọn giống cây trồng. NXB Giáo
Dục, Hà Nội.
Phạm Thành Hổ (2000): Di truyền học (tái bản lần thứ 2). NXB Giáo Dục.
Trần Đình Long (chủ biên, 1997): Chọn giống cây trồng (Giáo trình cao
học nông nghiệp). NXB Nông nghiệp, Hà Nội.

Phan Cự Nhân (chủ biên), Nguyễn Minh Công, Đặng Hữu Lanh. 1999. Di
truyền học. NXB Giáo Dục, Hà Nội.Trần Duy Quý (1997): Các phương
pháp mới trong chọn tạo giống cây trồng. NXB NN.
Tiếng Anh
Allard RW. 1976. Principles of plant breeding. John Wiley & Son, Inc.,
New York.
Walsh B. 2006. Basic population and Quantitative genetics (Lecture 3),
pp.1-8, June 2006. University of Aarhus.
Chopra, V.L. (Ed., 1989): Plant Breeding: Theory and Practice. Oxford &
IBH Publishing Co. PVT, Ltd.

Falconer D.S. and Mackay T.F.C.
(1996): Introduction to Quantitative
Genetics. 4
th
edn. Longman Group, Harlow.
Hartl D.L., Freifelder D. and Snyder L.A. (1988): Basic Genetics. Jones
and Bartlett Publishers, Inc., Boston - Portola Valley.

Hayward, M.D., N.O. Bosemark and I. Ramagosa, Coordinating ed. M.C.
Cerezo (1994): Plant Breeding: Principles and Prospects. 2
nd
ed. Chapman
& Hall, London-Glasgow-Weinheim-New York-Tokyo-Melbourne-
Madras.
Murray, D.R.
(1991): Advanced Methods in Plant Breeding and
Biotechnology. C-A-B International Publisher, London.

Weaver R.F. and Hedrick P.W. (1997): Genetics. 3
rd
edn. Wm.C.Browm
Publishers, Dubuque, Iowa.


60
Chương 4
Cơ sở Di truyền của Chọn giống
Ưu thế lai

I. Khái niệm và những biểu hiện của ưu thế lai ở thực vật

1. Khái niệm về hiện tượng ưu thế lai
Ưu thế lai (heterossis) là thuật ngữ do nhà chọn giống ngô G.H.Shull
(Mỹ) đưa ra năm 1914 để chỉ hiệu quả lai biểu hiện vượt trội về sức sinh
trưởng, sinh sản và chống chịu của con lai ở thế hệ thứ nhất so với các
dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượng này thể hiện rất rõ ở những con lai thu
được từ sự giao phối giữa các dòng tự phối với nhau.

Hình 4.1 A - Lúa mỳ (Triticum aestivum); B - Lúa mạch đen (Secale cereale),
và C - Lúa mỳ lai Triticale (Triticosecale) giữa A và B.
Hiện tượng ưu thế lai được nhà khoa học người Đức I.G.Koelreuter
(1733 - 1806) phát hiện đầu tiên vào năm 1760 trong các thí nghiệm về lai
xa ở cây thuốc lá (Nicotiana paniculata × N. rustica). Sau này, nhiều nhà
nghiên cứu khác trong khi tiến hành nghiên cứu lai ở thực vật đã đề cập
đến hiện tượng này. Ví dụ điển hình về lai xa ở thực vật là con lai giữa các
chi (intergeneric hybrid) thuộc họ Hoà thảo (Poaceae; Hình 4.1):
Lúa mỳ Triticum × Lúa mạch đen Secale → Triticale
Tuy nhiên, những vấn đề lý luận của hiện tượng ưu thế lai đã được
Darwin nêu lên lần đầu tiên trong tác phẩm " Tác dụng của thụ phấn chéo
và tự thụ phấn ở giới thực vật".
Các nhà chọn giống Mỹ là Beal (1876) và Shull (1908; Hình 4.2A) đã
mở đầu cho việc sử dụng hiện tượng ưu thế lai vào thực tế sản xuất bằng

61
các công trình ở ngô (Hình 4.2B) với những con lai đơn giữa dòng có năng
suất cao hơn những thứ ban đầu 10 - 15%. Sau này, Jone (1917) là một
trong những người đầu tiên đã đề ra việc sử dụng con lai kép giữa dòng ở
ngô. So với con lai kép, mặc dầu giá thành hạt giống con lai đơn có cao
hơn, nhưng vì nó có độ đồng đều và năng suất cao hơn nên ở nhiều nước
như Mỹ chẳng hạn, giống ngô lai đơn vẫn chiếm phần lớn diện tích trồng
ngô trong nước. Trung bình ngô lai có sản lượng cao hơn các thứ ngô bình

thường 25-30% . Ngoài ra, nó còn có nhiều đặc tính chống chịu khác hơn
hẳn bố mẹ như tính chống nóng, chống lạnh, chống đổ, chống sâu bệnh

Hình 4.2 A - George Harison Shuhll trong nhà xanh. B - Kết quả thí nghiệm về
ưu thế lai ở ngô (Zea mays).
Ưu thế lai thường biểu hiện mạnh mẽ ở các cây giao phấn. Tuy nhiên ở
một số cây tự thụ phấn, hiện tượng ưu thế lai cũng thấy xuất hiện rõ rệt
như ở lúa, lúa mì, cà chua v.v. Trong những năm sau đó các nhà chọn
giống ở nhiều quốc gia đã thu được hiệu quả ưu thế lai ở các cây trồng
khác nhau, như ở lúa (J.W.Jones, 1026) ở cà chua (H.Daxcalov, 1961) và
ở hầu hết các cây thụ phấn chéo khác.
Ngày nay chương trình chọn giống ưu thế lai siêu cao sản được nhiều
nước quan tâm. Chẳng hạn các nhà chọn giống ngô ở Mỹ đã tạo ra các tổ
hợp lai đạt năng suất cao hơn 25 tấn /ha/vụ. Các nhà chọn giống lúa lai
Trung Quốc tạo được tổ hợp lúa lai hệ "2 dòng" có năng suất cao tới 17
tấn /ha/vụ. Giống mía ưu thế lai ROC 20 của Đài Loan đạt năng suất 320
tấn mía cây/ha với hàm lượng đường 15% hay 48 tấn đường/ha/vụ. Nhiều
giống ưu thế lai năng suất siêu cao, chất lượng tốt cũng đã được tạo ra ở cà
chua, bắp cải, hành tây, khoai tây v.v.
2. Những biểu hiện của ưu thế lai ở thực vật

62
Để tiện lợi cho việc sử dụng ưu thế lai và tạo ra các giống ưu thế lai
phục vụ sản xuất người ta chia ưu thế lai theo sự biểu hiện và theo quan
điểm sử dụng. Chẳng hạn:
Ưu thế lai sinh sản là loại ưu thế lai quan trọng hàng đầu. Các cơ quan
sinh sản như hoa, quả, hạt phát triển mạnh, số hoa quả nhiều, độ hữu dục
cao dẫn đến năng suất cao hơn.
Ưu thế lai sinh dưỡng: Các cơ quan sinh dưỡng như thân, rễ, cành, lá
đều sinh trưởng mạnh làm cho cây lai có nhiều cành, nhánh, thân cao to, lá

lớn, nhiều rễ, nhiều củ Đó là các tính trạng có lợi cho chọn tạo giống;
đặc biệt là ở những loài cây trồng sử dụng các bộ phận sinh dưỡng như
thân, lá, củ
Ưu thế lai thích ứng là ưu thế lai do sự tăng sức sống, tăng tính chống
chịu với sâu, bệnh, với các điều kiện ngoại cảnh bất thuận như rét, úng,
chua, mặn, phèn
Ưu thế lai tích luỹ là sự tăng cường tích luỹ các chất với hàm lượng
cao ở các bộ phận của cây như: tinh bột ở củ, protein và dầu ở hạt, đường
ở thân, các ester ở lá v.v.
II. Các phương pháp xác định mức độ biểu hiện ưu thế lai
Đối với mỗi giai đoạn chọn tạo giống, nhất thiết phải xác định mức
biểu hiện ưu thế lai để có cách đánh giá cụ thể và chính xác con lai.
Các công thức tính ưu thế lai
Sinha & Khanna (1974) và Omapop (1975) đã nêu ra các công thức
tính cho các dạng ưu thế lai sau đây:
• Ưu thế lai giả định hay ƯTL trung bình (Heterosis; H
m
hay HMP):
Được sử dụng trong giai đoạn lai thử. Con lai biểu hiện sự hơn hẳn ở
tính trạng nghiên cứu so với số đo trung bình của bố mẹ ở cùng tính trạng.
100
)(
2
1
)(
2
1
(%)
21
211

×
+
+−
=
PP
PPF
H
m

trong đó: H
m
: ưu thế lai giả định hay ưu thế lai trung bình;
1
F : số đo trung bình của tính trạng ở con lai F
1
;

1
P : số đo trung bình của tính trạng ở P
1
(mẹ);
2
P : số đo trung bình của tính trạng ở P
2
(bố).
Ưu thế lai thực (Heterobeltiosis)

63
Được sử dụng trong giai đoạn lai lại và đánh giá con lai. Con lai biểu
hiện sự hơn hẳn trên tính trạng nghiên cứu so với bố mẹ có số đo cao nhất.

100(%)
1
×
−
=
b
b
b
P
PF
H
trong đó: H
b
(%): ưu thế lai thực;
1
F : số đo của tính trạng ở con lai F
1;
b
P
: số đo tính trạng ở bố hoặc mẹ cao nhất.
• Ưu thế lai chuẩn (Standard heterosis)
Được sử dụng để đánh giá các tổ hợp lai tốt. Con lai biểu hiện sự hơn
hẳn trên tính trạng nghiên cứu (đặc biệt là năng suất) so với một giống
đang phổ biến rộng trong vùng (giống chuẩn) mà giống lai định thay thế.
100(%)
1
×
−
=
S

SF
H
s

trong đó: H
s
(%): ưu thế lai chuẩn;
1
F : số đo của tính trạng ở con lai F
1;
S
: số đo của tính trạng ở giống chuẩn.
III. Sử dụng các dòng tự phối trong chọn giống ưu thế lai
1. Khái niệm về dòng tự phối
Dòng tự phối là thế hệ thu được do sự tự thụ phấn nhân tạo qua một số
thế hệ ở các dạng cây giao phấn. Qua nghiên cứu di truyền học các dòng
tự phối, người ta đã đi đến các kết luận sau:
(i) Dòng tự phối là phương pháp có hiệu quả để khám phá ra tính đa
dạng về mặt di truyền của loài, thứ Ban đầu tự phối đưa đến sự phân ly
phức tạp và sự đa dạng của các cá thể. Tuy nhiên về sau, qua một số thế hệ
thì chúng ổn đinh, đồng đều dần về mặt di truyền và có những đặc trưng
riêng và khác với những dòng khác.
(ii) Việc ổn định này xảy ra phụ thuộc vào mức độ giống nhau giữa
các cá thể giao phối. Ở ngô, với mức độ cực đại, trải qua quá trình tự phối
6 - 7 thế hệ mới cho phép thu được dòng thuần.
(iii) Những cây trong cùng một dòng có sự giống nhau sâu sắc về mặt
di truyền là đặc tính cơ bản của dòng thuần. Các cây trong phạm vi một
dòng giữ vững đặc tính của chúng qua nhiều thế hệ.
(iv) Ở cây giao phấn, sự giao phối gần dẫn đến những sự suy thoái

64
nhất định.
Vì lẽ đó mà các dòng tự phối có sức sống không cao và năng suất thấp.
Nhưng con lai thu được giữa các dòng tự phối thì lại có ưu thế lai và sản
lượng cao. Tuy nhiên, cần đặc biệt chú ý là hiện tượng này chỉ thể hiện rõ
ràng nhất ở thế hệ F
1
. Các cá thể sản sinh ra từ F
1
và sau đấy nữa bằng con
đường tự thụ phấn và kể cả giao phấn lại có sức sống và sản lượng giảm
dần. Nên trong thực tế rất ít khi người ta dùng con lai ở F
2
, F
3
v.v.
Bây giờ ta hãy xét trường hợp cụ thể ở ngô. Năm 1905, lần đầu tiên
Shull thu được ngô lai giữa dòng có sản lượng cao và ưu thế lai rõ rệt.
Nhưng hiện tượng ấy chỉ đặc trưng cho F
1
và đến F
2
thì sản lượng giảm
35% và đến F
3
chỉ còn 50%.
Để tính sản lượng của F
2
đối với con lai đơn và con lai kép, Sewall
Wright đưa ra công thức sau:

n
PF
FF
−
−=
1
12

trong đó:
2
F : sản lượng trung bình của F
2;

1
F : sản lượng trung bình của F
1;

P
: sản lượng trung bình của dòng tự phối bố mẹ;
n: số lượng dòng tự phối.
Hệ quả của tự phối
Trong quá trình tạo thành các kiểu gene đồng hợp tử, các gene lặn
trước kia bị các gene trội lấn át nay ở dạng đồng hợp tử nên biểu hiện ra
kiểu hình. Kết quả là sức sống của cây tự phối bị suy giảm, năng suất thấp
và nhiều dạng dị hình xuất hiện. Ở thế hệ nội phối I
1
(inbreeding), quan sát
thấy có sự phân ly mạnh, quần thể trở nên đa dạng. Sự suy giảm sức sống
xảy ra ít hơn khi cho thụ phấn bằng các cây chị em. Tuy nhiên, cùng với
các thể đồng hợp tử lặn cũng thu được các thể đồng hợp tử trội; và không

hẳn tất cả các gene lặn đều có hại. Do đó, bên cạnh việc giảm sức sống,
giảm số đo tính trạng thì cũng thu được các dòng tự phối có các tính trạng
kinh tế quý để sử dụng cho các tổ hợp lai về sau. Khi tự phối, sẽ xảy ra sự
phân ly và giảm sức sống nhưng không phải là vô giới hạn. Khi các cây tự
phối đạt đến trạng thái đồng hợp tử thì sự suy giảm dừng lại, không còn
phân ly nữa. Các cá thể sinh ra từ cây đồng hợp tử sẽ rất đồng đều về kiểu
hình, lúc này ta có một dòng tự phối và cây tự phối đã đạt trị số tự phối tối
thiểu (inbreeding minimum).
2. Phương pháp tạo dòng tự phối

65
2.1. Chọn vật liệu ban đầu để tạo dòng tự phối
Cây giao phấn có đặc điểm di truyền nổi bật là các cá thể trong quần
thể hầu như ở trạng thái dị hợp tử; vì thế đem lai giữa hai quần thể ngẫu
phối với nhau thì không thể đạt được tỉ lệ dị hợp tử cao. Mặt khác, các
gene lặn nay ở trạng thái đồng hợp tử sẽ phát huy tác dụng làm sức sống
của con lai không cao, các gene này cần được loại bỏ khỏi các dạng bố mẹ
trong các tổ hợp lai. Để có thể đạt được cơ may cao nhất cho khả năng tạo
ra con lai dị hợp tử mà lại chứa rất ít gene lặn có hại thì các dạng làm bố
mẹ phải là các dòng đồng hợp tử. Và việc tạo ra các dòng tự phối ở cây
giao phấn làm bố mẹ cho các tổ hợp lai đáp ứng được mục tiêu đề ra.
Các vật liệu được chọn để tạo các dòng tự phối cần đạt yêu cầu là tạo
ra các dòng tự phối có phổ di truyền rộng và khác nhau càng nhiều càng
tốt. Các dòng tự phối còn phải có khả năng chống bệnh, thích ứng với các
điều kiện ngoại cảnh bất thuận để bổ sung cho con lai. Như vậy, các quần
thể địa phương cách xa nhau về mặt địa lý - sinh thái, các giống tổng hợp,
các giống lai có năng suất cao, tính chống chịu tốt là những nguồn vật liệu
quý để phát triển các dòng tự phối. Trong quá trình tạo dòng tự phối người
ta liên tục bổ sung tính trạng cho vật liệu chọn làm dòng tự phối. Bằng
cách đó, ở Mỹ và Mexico, người ta đã tạo ra được các dòng tự phối có khả

năng cho ưu thế lai cao mà bản thân các dòng này cũng cho năng suất cao
gần bằng các giống lai hỗn hợp (composite).
2.2. Các phương pháp tạo dòng tự phối
Có ba phương pháp cơ bản để tạo dòng tự phối ở ngô.
(i) Phương pháp chuẩn: Chọn các cây khoẻ mạnh và điển hình cho
quần thể vật liệu ban đầu, rồi cho tự phối bằng phương pháp cách ly. Các
bắp tốt được chọn lựa và gieo theo kiểu bắp/hàng. Sự chọn lọc được lặp lại
như vậy ở các thế hệ tiếp theo.
(ii) Phương pháp hốc đơn: Đây là một biến dạng của phương pháp
chuẩn; hàng được thay thế bằng hốc đơn ba cây trong mỗi chu kỳ chọn
lọc. Vì thế, phương pháp này có ưu điểm là cho phép đánh giá được số
lượng thế hệ nhiều hơn trên cùng một đơn vị diện tích, nhưng lại hạn chế
về khả năng chọn lọc trong mỗi thế hệ.
(iii) Phương pháp tạo các dòng lưỡng bội đồng hợp tử bằng kỹ thuật
nuôi cấy hạt phấn in vitro kết hợp với phương pháp gây đa bội hoá có sử
dụng hoá chất colchicine.
Sau khi cho tự phối 5-6 thế hệ, các dòng thu được phải đồng đều về
mọi tính trạng, như: chiều cao cây, hình thái hạt, màu sắc cờ Khi cho
giao phấn giữa các cây trong cùng một dòng, nếu ở thế hệ sau không có gì

66
sai khác với các cây giao phối ban đầu thì dòng ấy coi như đã thuần. Và
nếu đem lai 2 dòng tự phối với nhau, ta thu được con lai đơn giữa dòng.
Còn nếu cho lai giữa 2 con lai đơn với nhau sẽ cho con lai kép giữa dòng.
Tuy nhiên, để tạo ra con lai đơn và kép có sản lượng cao, việc chọn
các dạng bố mẹ là một khâu rất quan trọng và phức tạp; các dòng tham gia
vào quá trình tạo con lai phải là những dòng thuộc những thứ khác nhau.
Chẳng hạn, để tạo ra một con lai kép (xem Hình 4.3) cần phải lấy bốn
dòng A, B, C, D từ bốn thứ khác nhau (A x B) x (C x D). Nếu bốn dòng ấy
thuộc cùng một thứ, như kiểu (A

1
x A
2
) x (A
3
x A
4
), thì con lai kép có ưu
thế lai rất thấp.
Muốn cho quá trình sản xuất hạt lai có kết quả cần nghiên cứu về thời
gian tự phối để có được dòng đồng hợp tử và phương pháp đánh giá nhanh
về giá trị mỗi dòng. Việc xác định giá trị của mỗi dòng chính là đánh giá
khả năng kết hợp (combining ability; viết tắt là: KNKH) của chúng.
3. Phương pháp xác định các khả năng kết hợp chung và riêng của các
dòng tự phối
3.1. Nguyên tắc đánh giá KNKH của các dòng tự phối
Theo Hallauer và Miranda (1988), chỉ có khoảng 0,01- 0,1 % các dòng
thuần được tạo ra là có khả năng cho ra các con lai có ưu thế lai cao. Đó
chính là các dòng có KNKH cao. Muốn tìm được các dòng đó phải thử
KNKH của chúng bằng cách lai thử. Dựa trên sự biểu hiện các tính trạng
của con lai để có thể xác định được tiềm năng tạo ưu thế lai của các dòng;
và chỉ các dòng cho ưu thế lai cao mới cần giữ lại.
KNKH là một đặc tính di truyền, nên được duy trì qua các thế hệ tự
phối. Người ta chia KNKH ra làm hai kiểu: khả năng kết hợp chung -
KNKHC (general combining ability = GCA) và khả năng kết hợp riêng -
KNKHR (specific combining ability = SCA) . KNKHC được xác định
bằng giá trị trung bình ưu thế lai của tất cả các tổ hợp lai có mẫu tham gia
vào lai thử. Còn KNKHR là độ lệch của một tổ hợp lai cụ thể nào đó với
ưu thế lai trung bình của nó, tức đặc tính của các dòng khi lai với một mẫu
thử sinh ra con lai có ưu thế lai hay không.

KNKH là một phức hợp tính trạng do nhiều gene kiểm soát. Trong khi
KNKHC được kiểm soát bởi kiểu hoạt động di truyền cộng tính (additive)
của các gene trội, nên khá ổn định dưới tác động của các yếu tố môi
trường ngoài, thì KNKHR lại được xác định bởi các kiểu hoạt động mang
tính trội (dominant), át chế (epistasis) hay siêu trội (over-dominant) của
các gene và chịu tác động rõ rệt của điều kiện ngoại cảnh (Srinivasan
1991). Vì thế, khi thử KNKHR thường người ta phải tiến hành qua vài vụ

67
ở các vùng sinh thái khác nhau. Trong quá trình tạo và chọn lọc các dòng
tự phối, sau khi đã xác định KNKHC người ta mới tiến hành xác định
KNKHR. Tuy nhiên, khi xét KNKHC nếu ta loại bỏ các dòng một cách
quá chặt chẽ thì đôi khi có thể để mất một số dòng có giá trị về sau.
Có nhiều quan điểm khác nhau về thời gian thích hợp cho việc tiến
hành thử KNKH. Một số nhà nghiên cứu cho rằng, KNKH là một đặc tính
di truyền, được thể hiện khá sớm nên có thể thử KNKHC từ thế hệ tự phối
I
1,
I
2
, thậm chí ngay cả vật liệu khởi đầu, và thử KNKHR sau đó đối với
các dòng có KNKHC cao (Sprague 1946; Cao Đắc Điềm 1988). Bauman
(1981) và nhiều nhà chọn giống Mỹ lại cho rằng, ở các thế hệ sớm như I
1
,
I
2
, I
3
có thể chọn các dòng tương đối thuần chủng thông qua đánh giá bằng

mắt, còn việc thử KNKH chỉ nên làm ở thế hệ I
4
hoặc muộn hơn.
3.2. Các phương pháp thử KNKH
Để đánh giá KNKH, người ta thường sử dụng hai hệ thống lai thử là
lai đỉnh (top cross) và luân giao hay lai diallel (diallel cross).
• Đánh giá KNKHC bằng phương pháp lai đỉnh
Phương pháp lai đỉnh do Davis (1927), Jenkins và Bruce (1932) đề
xướng, dùng để đánh giá KNKHC bằng cách đem các dòng tự phối hoặc
giống định thử, lai với dạng cây mà ta đã biết rõ nhiều đặc tính về mặt di
truyền và nông-sinh học quan trọng của nó, gọi là dạng thử (tester). Để
tăng tính hiệu quả các của thí nghiệm, có thể sử dụng một số dạng thử
khác nhau. Lai đỉnh là một phương pháp có hiệu quả đựơc sử dụng trong
giai đoạn đầu của quá trình tạo dòng tự phối khi số lượng dòng còn rất lớn.
Tuy nhiên, trong hệ thống lai đỉnh có một vấn đề quan trọng là phải chọn
cho được dạng thử thích hợp. Nếu dạng thử có KNKH cao thì khả năng
thành công sẽ lớn hơn so với trường hợp KNKH trung bình hoặc thấp.
Dạng thử có thể có nền di truyền rộng (giống thụ phấn tự do, giống lai kép
hay giống tổng hợp), hoặc có nền di truyền hẹp (dòng thuần hay giống lai
đơn). Khi dạng thử có nền di truyền rộng thì kết quả thu được sẽ thấy rõ
hơn sự khác biệt giữa các dòng đem thử, và việc đánh giá dòng sẽ dễ dàng
hơn (Matzinger, 1953). Mặt khác, nếu sử dụng đồng thời hai dạng thử:
một dạng có nền di truyền rộng và một dạng có nền di truyền hẹp, thì sẽ
rất có lợi trong việc vừa xác định KNKH của dòng cần nghiên cứu, vừa có
khả năng tạo ra giống nhanh để phục vụ sản xuất. Từ kết quả lai đỉnh,
người ta có cơ sở để loại bỏ các dòng không phù hợp yêu cầu và chỉ giữ
lại những dòng có khả năng cho ra con lai có ưu thế lai để đưa vào đánh
giá KNKHR bằng hệ thống luân giao.
• Đánh giá KNKHR bằng phương pháp luân giao

68
Luân giao hay còn gọi là lai diallele là hệ thống lai thử, mà trong đó
các dòng hoặc giống định thử được đem lại luân phiên với nhau theo mọi
tổ hợp có thể có và theo cả hai hướng thụân và nghịch. Phương pháp luân
giao dùng để đánh giá KNKH do Sprague và Tatum (1942) đề xuất và sau
đó đã được nhiều nhà nghiên cứu phát triển và hoàn thiện; trong đó có
Griffing (1954, 1956) là người đã nêu lên bốn phương pháp sử dụng mô
hình toán học thống kê để phân tích KNKH của các dòng tự phối, mà cho
đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi trên thế giới.
- Phương pháp1: Tất cả các dòng định thử được đem lai luân phiên với
nhau theo mọi tổ hợp lai có thể có, theo cả hai hướng thuận và nghịch. Số
tổ hợp lai cần phải tiến hành là n
2
.
- Phương pháp 2: Tất cả các dòng định thử được đem lai luân phiên
với nhau theo mọi tổ hợp lai có thể có, nhưng chỉ theo hướng thuận. Số tổ
hợp lai cần phải tiến hành là n(n + 1)/2.
- Phương pháp 3: Chỉ các dòng khác nhau mới được lai luân phiên với
nhau, theo cả hai hướng thuận và nghịch. Số tổ hợp lai cần phải tiến hành
là n(n - 1).
- Phương pháp 4: Chỉ các dòng khác nhau mới được lai luân phiên với
nhau, nhưng chỉ theo hướng thuận. Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là n(n
- 1)/2; trong đó n là số dòng tham gia vào các tổ hợp lai để thử KNKH.
Tuỳ mục tiêu nghiên cứu và điều kiện cụ thể để có thể lựa chọn một
phương pháp thích hợp. Với việc áp dụng các phương pháp 1 và 2 ta sẽ
nhận được các kết quả chính xác hơn, nhưng đòi hỏi nhiều công sức và
thời gian. Còn trong chọn giống người ta thường sử dụng phương pháp 4.
Mặc dầu người ta có thể sử dụng phương pháp luân giao để đánh giá
KNKHC và KNKHR, nhưng thường các dòng tự phối cần đem thử là rất
lớn nên số lượng tổ hợp lai cần tiến hành là rất đồ sộ, khó thực hiện trong

thực tế. Vì vậy, phương pháp này thường chỉ được dùng để xác định
KNKHR đối với các dòng có KNKHC cao.
Trong chọn giống ngô, ngoài việc sử dụng các con lai đơn, kép, giữa
dòng, người ta còn tạo ra các dạng con lai giữa 3 dòng, con lai giữa các
thứ để dùng vào sản xuất; trong đó dạng con lai giữa các dòng vẫn cho
năng suất cao nhất. Nếu như con lai giữa các thứ cho sản lượng 2-2,5 tạ/ha
thì con lai kép giữa dòng cho sản lượng chừng 9-12tạ/ha.
4. Các kiểu giống ưu thế lai khác dòng
• Giống lai đơn
Giống lai đơn được tạo ra từ hai dòng tự phối khác nhau, một dòng