Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 9&10 potx

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………91

CHƯƠNG X
LAI XA
Mục tiêu học tập của chương
1. Hiểu ñược hả năng và phạm vi ứng dụng của lai xa (khác loài, khác chi) trong chọn giống.
2. Phân tích ñược những cơ chế sinh lý, di truyền cản trở quá trình lai xa
3. Nắm ñược kỹ thuật khắc phục khó khăn khi lai xa.

1. Những ứng dụng của lai xa
Lai xa là lai giữa hai loài cùng một chi (lai khác loài) hoặc lai giữa hai loài thuộc hai chi khác
nhau (lai khác chi) nhằm chuyển các gen có ích từ loài này sang loại khác. Lợi ích cụ thể của
lai xa gồm (Briggs và Knowles, 1967).
1) Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay loài hoặc chi có quan hệ họ hàng
sang các giống cây trồng. ðó là các gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục ñực tế bào
chất, gen phục hồi, khả năng chống chịu, v.v.
2) Tận dụng sức sống con lai ở những loài nhất ñịnh, ví dụ như con lai khác loài ở bông;
các loài cây thức ăn gia súc, như con lai giữa cao lương và cỏ Sudan; cây sinh sản vô
tính như mía và khoai tây.
3) Tạo ra các loài dị ña bội mới, như triticale
4) Xác ñịnh mối quan hệ tiến hoá giữa các loài

2. Khó khăn khi lai xa
Khó khăn chủ yếu trong việc sử dụng lai xa là hàng rào sinh sản do thiếu hài hoà giữa các hệ
thống sinh lý hoặc tế bào, cản trở sự trao ñổi (interchange) di truyền giữa hai loài. Trong
những trường hợp ñó lai xa khó thành công vì những lý do sau:
1. Bất hợp lai (không tạo ra hợp tử F
1
): bất hợp lai do không hài hoà trong hệ thống sinh
lý của cây từ các loài hoặc các chi khác nhau cản trở sự hình thành hợp tử F

1
. Ví dụ hạt
phấn không nảy mầm trên ñàu nhụy, hoặc ống phấn không xuyên hết vòi nhụy, hoặc
giao tử ñực không kết hợp với trứng mặc dù ống phấn xuyên tới noãn.
2. F1 không có khả năng sống: Một số F
1
của các tổ hợp lai xa hoặc không có khả năng
sống hoặc quá yếu do những nguyên nhân sau ñây.
- Bất dục nhiễm sắc thể: Sự khác nhau về cấu trúc giữa nhiễm sắc thể của hai
loài can thiệp vào quá trình cặp ñôi và phân chia nhiễm sắc thể trong phân chia
giảm nhiễm do không hài hoà giữa hai genom khác nhau ở con lai xa.
- Không hài hoà giữa gen của loài này và tế bào chất của loài kia: kết quả tương
tác có thể có hại hoặc thậm chí gây chết.
- Không hài hoà giữa kiểu gen của hợp tử F
1
với kiểu gen của nội nhũ hoặc mô
của loài mẹ. Sự kết hợp của hai genom, một genom của loài mẹ và genom kia
của loài bố khác có thể tạo ra hiệu ứng liều lượng bất lợi.

3. F
1
bất dục: Sự bất dục nhiễm sắc thể hoặc sự không hài hoà giữa genom bố mẹ, hoặc
genom của loài này với tế bào chất của loài kia có thể gây ra sự bất dục của F
1
. Nếu sự
bất dục ñược gây nên bởi một phức hệ gen ñặc thù ñược gọi là bất dục gen (bất dục
con lai do gen). Nếu không có sự cặp ñôi của nhiễm sắc thể ở con lai, bất dục là kết
quả của phân chia không bình thường về số lượng và tổ hợp nhiễm sắc thể của giao tử
từ các genom bố mẹ. Ở một số con lai xa, mặc dù sự cặp ñôi và phân chia nhiễm sắc
thể xảy ra bình thường, F

1
vẫn bất dục do sự khác nhau về cấu trúc nhiễm sắc thể. Sự
tương tác giữa các genom khác nhau có thể dẫn ñến sự loại trừ nhiễm sắc thể của một
100

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………92

trong hai genom bố mẹ ở hợp tử F
1
trong quá trình phân chia nguyên nhiễm của phôi
và cây trưởng thành sẽ bị bất dục cao ñộ. Sự ñào thải nhiễm sắc thể cũng có thể do
tính bất hợp giữa genom của loài này và tế bào chất của loài kia
4. Sự suy nhược của con lai: Trong một số trường hợp có thể thu ñược con lai xa có sức
sống cao và hữu dục nhưng cây F
2
lại yếu và bất dục. Hiện tương trên gọi là sự suy
nhược của con lai hay sự bất lực di truyền . Sự suy nhược con lai có thể do sự kết hợp
các ñoạn nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia giảm nhiễm ở F
1
gồm các khác nhau
nhỏ về cấu trúc làm cho giao tử mất ñoạn hay lặp ñoạn tuy nhỏ nhưng lại quan trọng,
do ñó các giao tử mất khả năng sống (con lai F
1
bất dục). Tái tổ hợp có thể tạo ra bào
tử F
2
hoặc các thế hệ sau không bình thường, nếu giao tử bất thường thoát ñược sự ñào
thải trong giai ñoạn giao tử. Hiện tượng này gọi là sự suy nhược của con lai thế hệ F
2
.

3. Phương pháp khắc phục khó khăn khi lai xa
Sự trao ñổi di truyền giữa hai loài chỉ thực hiện ñược nếu khắc phục hoặc phá vỡ hàng rào trở
ngại về sinh sản. Nhà chọn giống có thể áp dụng các phương pháp sau ñây.

3.1. Cản trở trước khi thụ tinh
Chọn loài bố mẹ ñể lai
Thông thường nhà chọn giống có nguồn gen ña dạng gồm các giống trồng trọt, tổ tiên
hoang dại, họ hàng. Nhà chọn giống cần sàng lọc nguồn gen có tiềm năng biểu hiện các tính
trạng mong muốn. Trước hết cần chọn nguồn gen có quan hệ họ hàng gần gũi nhất với giống
trồng trọt (vựa gen thứ cấp). Cách tốt nhất ñể xác ñịnh mối quan hệ giữa giống trồng trọt và
loài họ hàng là dựa vào số liệu từ các thí nghiệm lai. Nghiên cứu hệ thống sinh học của các
nhà phân loại tế bào học kết hợp với các vấn ñề chọn giống là cách tốt nhất ñể xác ñịnh mối
quan hệ. Nhà chọn giống phải lai thử nhiều tổ hợp khác nhau
Số tổ hợp lai
Sau khi chọn lọc nguồn gen làm bố mẹ, nhà chọn giống phải lai thử với số lượng lớn.
ðiều này cực kỳ quan trọng vì có sự biến ñộng di truyền lớn ở các giống trồng trọt cũng như ở
các loài hoang dại họ hàng. Nhà chọn giống phải tìm cách ñể thử hết phạm vi biến ñộng trong
nguồn vật liệu mình có.

Lai thuận nghịch
Lai thuận nghịch ñể tìm hướng lai có kết quả là rất cần thiết, ñặc biệt khi nhà chọn giống chưa
biết gì về các tổ hợp bố mẹ.
Tăng mức bội thể: Nhân ñôi số nhiễm sắc thể ñã ñược ứng dụng thành công trong các tổ hợp
lai giữa các loài khác nhau về mức bội thể. Kỹ thuật sử dụng phổ biến nhất là xử lý côn xi xin.
Lai gián tiếp
Khi nhà chọn giống không thể lai hai loài trực tiếp với nhau thì có thể áp dụng phương
pháp gián tiếp. Phương pháp gián tiếp gồm một loạt tổ hợp lai có sự tham gia của giống trồng
trọt với hai hoặc ba loài hoang dại họ hàng. Mặc dù giống trồng trọt và một loài tương hợp lai

nhất ñịnh không thể lai trực tiếp với nhau, các nhiễm sắc thể của genom ñược tập hợp trong
cùng một cơ thể thông qua lai gián tiếp. Tuy nhiên nhà chọn giống cũng phải tiến hành lai thử
nhiều lần và sàng lọc những cá thể từ những quần thể phân ly ñể duy trì các gen mong muốn
cần ñược chuyển.



101

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………93

Cải tiến kỹ thuật lai
Kỹ thuật lai xa tương tự như lai trongloài. Tuy nhiên những cải tiến kỹ thuật về khử
ñực và thụ phấn có thể giúp nhà chọn giống khắc phục những hàng rào cản trở trước khi thụ
tinh trong những trường hợp nhất ñịnh. Các kỹ thuật ñó gồm:
i) Ghép phôi: Ghép phôi hạt ñang nảy mầm của một loài vào nội nhũ hạt ñang nảy
mầm của loài kia. Ví dụ, lấy phôi lúa mì ghép vào nội nhũ mì ñen ñể tạo ra cây lúa mì. Những
cây này khi lai với hạt phấn mì ñen sẽ tạo ra số con lai cao hơn 5 lần so với ñối chứng.
ii) Hỗn hợp hạt phấn: hỗn hợp hạt phấn có sức sống bình thường nhưng không tương
hợp với hạt phấn tương hợp nhưng mất sức sống là một biện pháp khắc phục sự bất hợp lai ở
một số loài (Mentor pollen), ví dụ các loài Poplar (Knox et al., 1972).
iii) Sử dụng dung môi hữu cơ: ở một số loài tính bất hợp giữa hạt phấn và bề mặt vòi
nhụy của loài khác có thể bị phá vỡ bằng cách xử lý ñầu nỵuy hoặc hạt phấn bằng dung môi
hữu cơ.
iv) Cắt bỏ ñầu nhụy trước khi thụ phấn: Khó khăn ñể tạo ra con lai xa ở khoai tây (các
loài Solanum do sinh trưởng ống phấn bị ức chế) có thể khắc phục bằng cách cắt bỏ ñầu nhụy
và thay thế bằng một mẫu agar chứa ñường và gelatin.
v) Xử lý chất ñiều hoà sinh trưởng: ở một số tổ hợp lai xa hạt phấn có khả năng nảy
mầm trên ñầu nhụy của loài khác nhưng ống phấn sinh trưởng quá chậm trong vòi nhụy làm
cho trứng bị thoái hoá hoặc hoa rụng trước khi xảy ra quá trình thụ tinh. Khó khăn này có thể

khắc phục bằng cách xử lý chất ñiều hoà sinh trưởng ñể kích thích ống phấn hoặc sự phát triển
của quả. Chất ñiều hoà sinh trưởng cũng có thể làm tăng tỉ lệ sống của phôi sau khi thụ tinh.
Ví dụ, lai giữa các giống lê lưỡng bội và tứ bội thành công nhờ xử lý bầu nhụy với axit õ-
naphthoxyacetic.
vi) Cát ngắn vòi nhụy: Cắt ngắn vòi nhuỵ làm rút ngắn khoảng cách ñể ống phấn ñến
ñược noãn. Ví dụ cát ngắn râu ngô khi lai ngô với Tripsacum.
vii) Dung hợp tế bào trần: Dung hợp tế bào trần (cong gọi là lai xô ma) ñược coi là
một phương pháp hữu hiệu ñể khắc phục hàng rào sinh sản.
viii) Lai với số lượng lớn: Lai với số lượng lớn cũng là biện pháp khắc phục hàng rào
trước khi thụ tinh. ðể lai số lượng lớn nhà chọn giống phải áp dụng kỹ thuật khử ñực và thụ
phấn hàng loạt. Nếu có gen chỉ thị, nhà chọn giống chỉ cần thụ phấn mà không cần khử ñực,
rồi thu hoạch hạt từ cây mẹ và sàng lọc thế hệ con ñể tách con lai.
ix) Thụ phấn in vitro: Thụ phấn noãn trong ñiều kiện in vitro, trong khi loại bỏ hoàn
toàn vòi nhụy và các mô thành bầu nhuỵ, là một phương pháp hữu hiệu khi vùng bất hợp tập
trung ở ñầu nhụy, vòi nhụy hoặc ở bầu.

3.2. Cản trở sau khi thụ tinh
Sử dụng hoóc môn sinh trưởng
Trong nhiều trường hợp hợp tử F
1
hoặc phôi non bị mất do tỉ lệ ñậu hạt thấp hoặc phôi
không phát triển. Nhà chọn giống có thể xử lý hoóc môn sinh trưởng sau khi thụ phấn ñể giữ
hoa và kích thích ñậu quả.
Phấn hỗn hợp
Hỗn hợp phấn của loài khác với loài tương hợp cũng làm tăng tỉ lệ ñậu quả. Ví dụ, nếu
hoa loài mẹ có ba ñầu nhụy trên một hoa, hai ñầu nhụy thụ phấn thụ phấn với phấn của các
loài khác còn ñầu nhụy kia thụ phấn với cây tương hợp cùng loài, sẽ tăng tỉ lệ ñậu quả.


102

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………94

Nuôi cấy phôi
Trong trường hợp hợp tử không phát triển bình thường do nội nhũ mất khả năng nuôi
dưỡng phôi thì phôi có thể nuôi cấy trên môi trường nhân tạo. Phương pháp này còn gọi là cứu
phôi.


Ghép
Ghép cây con F
1
lên cây bình thường của một trong hai loài bố mẹ làm tăng sức sống con lai
nếu F
1
không có khả năng sống do diệp lục không phát triển hoặc hệ thống rễ phát triển kém.
5) Tạo ña bội khác nguồn: Nhiều con lai xa thường bất dục cao. Có thể khắc phục tính bất dục
bằng cách nhân ñôi số lượng nhiễm sắc thể của F
1
tạo ra thể ña bội thể khác nguồn.

3.3. Sự suy nhược ở F
2

Một số con lai xa F
1
phát triển và hữu dục bình thường, nhưng thế hệ con lại giảm sức sống
và ñộ hữu dục, thậm chí một số không bình thường và bất dục. Sự bất dục có thể do sự mất
cân bằng di truyền (Stebbins, 1958). Vì thế, nhà chọn giống phải gieo trồng quần thể lớn mới
hi vọng tạo ra những tổ hợp gen và nhiễm sắc thể cân bằng.

Lai lại nhiều lần với bố mẹ hồi giao cũng là một trong những phương pháp tạo ra sự cân bằng
ở con lai. Chẳng hạn ở bông, lai lại một vài lần với một trong hai bố mẹ có thể phục hồi hoàn
toàn bố mẹ hồi giao.
4. Một số thành tựu lai xa ở cây ăn quả

4.1 Họ cam quýt: Tangelo
Họ cam quýt (Rutaceae) có một số loại có quả ngon nhất thế giới, trong ñó có nhiều
con lai giữa các loài. Tangelo (Hình 1.9) là con lai giữa bưởi với quýt. Giống tangelo trồng
rộng rãi ở Quận San Diego là con lai tạo ra giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata).
Bản thân bưởi (C. x paradisi) là con lai giữa (C. maxima) với với cam (C. sinensis).
















Hình 1.9: Con lai giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata)

Bưởi
103

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………95

4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ñào,v.v.)
Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều cây ăn quả có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus. Mỗi loài
có rất nhiều giống khác nhau. các nhà thực vật học ñã chuyển một số loài thành các chi riêng
biệt, gồm Amygdalus (ñào) và Armeniaca (mơt). Một số loại quả là ñào lông (P. persica syn.
Amygdalus persica), ñào quả trơn còn gọi là nectarine (một giống khác của f P. persica), mận
(P. domestica), mơ (P. armeniaca syn. Armeniaca vulgaris),và anh ñào (P. avium and P.
cerasus).
Một số loài của chi Prunus ñã ñược lai với nhau ñể tạo con lai khác loài (Hình 2.9). ðó là con
lai giữa ñào và mơ - peachcot (Prunus persica x P. armeniaca), con lai giưa anh ñào và mơ -
cherrycot (P. besseyi x P. armeniaca), con lai giữa giữa mận và mơ - plumcot (P. domestica x
P. armeniaca). Một số con lai có tên khác nhau tùy theo giống bố mẹ ñược sử dụng và mức
ñộ giống với một trong 2 bố mẹ





Hình 2.9. Con lai giữa mận (Prunus domestica) và mơ (P. armeniaca) - Plumcot. Vì con
lai giống mận nhiều hơn nên còn gọi là "pluot." "



TÀI LIỆU THAM KHẢO

Fehr, W. R. 1987. Principles of cultivar development. Chapter 14: Interspecific hybridization.
Macmillan Publishing Company.
Agrawal, R. L. 1998. Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science
Publishers, Inc.

Câu hỏi ôn tập
1. Thế nào là lai xa?
2. Khi nào nhà chọn giống cần tiến hành lai xa?
3. Khi lai xa gặp những khó khăn gì? tại sao?
4. Liệt kê một số phương pháp khác phục khó khăn khi lai xa.
5. Hiện tượng suy nhược ở con lai F2 là gì? Cách khắc phục như thế nào?
104

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
91
CHƯƠNG X

ỨNG DỤNG ðA BỘI THỂ VÀ ðƠN BỘI THỂ TRONG CHỌN GIỐNG

Mục tiêu học tập của chương
1. Hiểu và phân tích vai trò của của ña bội thể trong tiến hóa và khả năng ứng dụng chọn
giống cây trồng.
2. Nắm ñược ñặc ñiểm chính của các loại ña bội thể
3. Hiểu ñược phương pháp tạo và sử dụng ñơn bội thể trong quá trình chọn giống
4. Phân biệt ñược các loại hình ña bội thể, các con ñường hình thành ña bội thể và phương
pháp xử lý nhân tạo.
5. Sử dụng ña bội thể trong sản xuất

1. ða bội thể
1.1 Ý nghĩa của ña bội thể trong tự nhiên và chọn giống

Một cơ thể sống ñược gọi là ña bội thể khi có tế bào chứa trên hai bộ nhiễm sắc thể cơ bản
(bộ nhiễm sắc thể cơ bản ký hiệu x), nói cách khác số nhiễm sắc thể là bội số của x và lớn
hơn 2x, ví dụ, tam bội thể (3x), tứ bội thể (4x), lục bội thể (6x), bát bội thể (8x).
ða bội thể là hiện tượng phổ biến ở thực vật, ñặc biệt là cây hạt kín. 30% ñến 70% cây hạt
kín ở trạng thái ña bội (Grant, 1971; Goldblatt, 1980). Phần lớn sản phẩm cây trồng nuối
sống loài người là những cây ña bội, ví dụ như lúa mì, mía, khoai tây, khoai lang, vv.
(Bảng 1.10). Một số loài của các chi có số nhiễm sắc thể thay ñổi tạo thành dãy ña bội, ví
dụ các loài cà phê có số nhiễm sắc thể là 22, 44, 66 và 88 hoặc các loài thuộc họ cà có số
nhiễm sắc thể 24 và 48 . ðiều ñó chứng tỏ rằng các dạng tổ tiên có số nhiễm sắc thể cơ bản
tương ứng là 11 và 12 mà từ ñó tạo ra các dạng con cái có số nhiễm sắc thể khác nhau.

Bảng 1.10: Số nhiễm sắc thể ở một số cây trồng
Cây trồng Số nhiễm sắc thể
cơ bản (x)
Số nhiễm sắc thể Mức ña bội
Lúa mì 7 42 6x
Lạc 10 40 4x
Mía 10 80 8x
Chuối 11 22,33 2x, 3x
Khoai tây 12 48 4x
Khoai lang 15 90 6x
Bông 13 52 4x
Táo tây 17 34, 51 2x, 3x

Ngược lại với quá trình tiến hóa xảy ra từ từ trong ñó các loài mới hình thành từ những
quần thể cách ly, các loài mới cũng có thể xuất hiện một cách ñột ngột. Cơ chế phổ biến
nhất thông qua sự hình thành các thể ña bội tự nhiên. Một khi một thể tứ bội xuất hiện
trong quần thể nó có thể lai với các thể tứ bội khác. Tứ bội thể cũng có thể lai với các thể
lưỡng bội của loài bố mẹ nhưng con cái tạo thành ñều bất dục. Hiện tượng ñó tạo ra “hàng
rào sinh sản” giữa các thể ña bội và loài bố mẹ - một ñộng lực quan trong ñối với sự hình

thành loài.
Các nhà khoa học cho rằng ý nghĩa tiến hóa của ña bội thể không chỉ do sự làm giàu gen
mà còn do sự biến ñộng di truyền nhờ tăng khả năng tái tổ hợp của các thể ña bội. Trong tự
nhiên tỉ lệ ña bội bội thể có tương quan với vĩ ñộ và ñộ cao (Bảng 2.10). Có nhiều quan
ñiểm khác nhau về mối quan hệ này, hoặc là nhiệt ñộ cực ñoan (sốc nhiệt ñộ) cảm ứng ña
bội, hoặc là ña bội thể có tính ñệm tốt hơn thể lưỡng bội ñể chống lại các ñiều kiện khí hậu
105

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
92
cực ñoan (lạnh, hạn hán ). Tuy nhiên, trong thực tế nhiều cây trồng nhiệt ñới ở dạng ña
bội thể. Quá trình tiến hóa của loài là quá trình chuyển từ lưỡng bội sang ña bội thể.
Các nhà khoa học cho rằng có một số yếu tố tạo ra ưu thế thích nghi và tiến hóa của ña bội
thể. Quan trọng nhất có lẽ là các thể ña bội có tính dị hợp tử cao hơn thể lưỡng bội. Chẳng
hạn, thể tứ bội có bốn alen ở một locut, do ñó ñộ dị hợp tử là yếu tố chính quyết ñịnh khả
năng sinh trưởng, năng suất và khả năng thích nghi . ða bội thể khác nguồn có thể có ñộ dị
hợp tử cao hơn nhiều làm tăng sức sống và ưu thế lai của thể ña bội.
Mặc dù ña bội thể có ý nghĩa lớn ñối với quá trình tiến hóa, việc ứng dụng ña bội thể trong
chọn tạo giống vẫn còn rất hạn chế so với các phương pháp khác như lai giống hay tạo
giống lai. Nguyên nhân chủ yếu là trong nhiều trường hợp các thể ña bội nhân tạo biểu
hiện sự rối loạn về cân bằng di truyền. Vì thế phải tìm ñược phương pháp tạo ña bội thể
phù hợp, kết hợp với lai và chọn lọc cẩn thận ñối với vật liệu thô ña bội.

Bảng 2.10: Quan hệ giữa vĩ ñộ và tỉ lệ ña bội thể trong quần thực vật tự nhiên (Tischler, 1936
)
Vùng Vĩ ñộ ñịa lý Tỉ lệ ña bội thể (%)
Xi-xin 36-38 37,0
Hungari 44-49 48,6
Trung Âu 46-55 50,7
ðan Mạch 54-58 53,5

Tây nam Greenland 60-62 74,0
ðảo băng 63-66 71,2
Tây bắc Alaska 68 59,3
Spitsbergen 77-81 74,0
ðảo Peary 82-84 85,9

1.2 ða bôi thể cùng nguồn (autopolyploid)
ða bội thể cùng nguồn hình thành do tăng bội số nhiễm sắc thể của cùng một loài. ða bội
thể ñược gọi theo bội số của bộ nhiễm sắc thể cơ bản: ví dụ, thể tam bội có ba bộ nhiễm
sắc thể (3x); thể tứ bội có 4 bộ nhiễm sắc thể (4x)
a) ðặc ñiểm chung của ña bội thể cùng nguồn
Nếu so sánh với thế hệ tuền thân lưỡng bội ña bội thể cùng nguồn có những ñặc ñiểm khác
biệt sau:
 Tế bào lớn hơn thường làm cho các cơ quan như quả, hạt (rất có ý nghĩa nếu quả là bộ
phận sử dụng), hoa (có ích ở cây cảnh, Hình 1.10), lá và thân (có ý nghĩa ñối với cây
thức ăn gia súc.
 Lá dày hơn với tỉ lệ dài trên rộng nhỏ hơn. Bộ lá thường xanh ñậm và giòn hơn
 Tế bào biểu bì và khí khổng lơn hơn, trong ñó tế bào bảo vệ chứa số lượng sắc lạp
nhiều hơn. Tăng số lượng sắc lạp là một chỉ tiêu có ích ñể phát hiện mức ña bội (ví dụ
khoai tây, cỏ ba lá). Ví dụ, khoai tây 2x có 10-15 sắc lạp; 4x có 18-24 sắc lạp.


Hình 1.9: Hoa loa kèn trắng tứ bội
106

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
93

 Hạt phấn thường lớn hơn với nhiễu lỗ mầm hơn.
 Sinh trưởng chậm hơn ở tất cả các giai ñoạn sinh trưởng, chín muộn hơp và ñôi khi ra

hoa ngắn hơn và ít hoa hơn
 ðộ hữu dục ở thể ña bội cùng nguồn thường thấp hơn thể lưỡng bội tương ứng, do ñó
khả năng sản xuất hạt khó khăn gây khó khăn ñối với cây trồng phải gieo trồng bằng
hạt. Tuy nhiên mức ñộ hữu dục còn phụ thuộc vào mức ña bội, ña bội càng cao bất dục
càng lớn; ña bội chẵn có ñộ hữu dục cao hơn ña bội lẻ (Bảng 3.9).
Bảng 3.9: Mối quan hệ giữa mức ña bội và ñộ hữu dục (ñộ nhuộm màu hạt phấn) ở ña bội
thể cùng nguồn (Nishi và Mitsouka, 1969)
Mức ña bội x 2x 3x 4x 5x
Tỉ lệ nhuộm màu hạt phấn (%) 4 95 52 78 31

 Ống phấn của cây 4x thường sinh trưởng chậm hơn cây lưỡng bội
 Thể tứ bội cùng nguồn của các loài lưỡng bội tự bất hợp với hệ thống tự bất hợp giao
tử một locut trở nên tương hợp, trong khi ñó hệ thống bào tử và nhiều locut phản ứng
tự bất hợp chỉyếu hơn so với thể lưỡng bộiác loại ña bội thể cùng nguồn (tam bội tứ
bội, ) và các ña bội thể tự nhiên

b) Di truyền của ña bội thể cùng nguồn
Tính di truyền của ña bội thể cùng nguồn tương ñối phức tạp. Sự phân ly thay ñổi theo sự
cặp ñôi của nhiễm sắc thể, mức ñộ ña trị trong quá trình giảm nhiễm, khoảng cách của gen
từ tâm ñộng và bản chất và tần số bắt chéo. Ví dụ, tứ bội thể cùng nguồn (2n=2x) có bốn
nhiễm sắc thể tương ñồng. Theo nguyên lý , bốn nhiễm sắc thể tương ñồng ñều có thể cặp
ñôi với nhau do ñó trong quá trình giảm nhiễm tối ña có x lần tứ trị ñược tạo thành. Tuy
nhiên trường hợp như vây ít khi xảy ra. Ngoài tứ trị trong tế bào mẹ bào tử có thể tạo thành
những hình thể khác như tam trị + ñơn trị, hai lưỡng trị hoặc bốn ñơn trị.
Phức tạp hơn nếu thể ña bội cùng nguồn ở loại cây có nhiều hơn 2 alen trên một
locut (ña alen), ví dụ : ba alen A1, A2, A3, A3; bốn alen A1, A2, A3, A4. Tính ña alen là
một hiện tượng có ý nghĩa trong chọn giống ña bội cùng nguồn, ñặc biệt trong mối quan hệ
với giao phối cận huyết và ưu thế lai. ðể minh họa sự phân ly một tính trạng của cây lưỡng
bội và ña bội ñược trình bày dưới ñây (Hình 2.10).

c) Phương pháp tạo ña bội thể cùng nguồn
Tạo ña bội bằng con ñường nguyên phân
ða bội thể cùng nguồn tự nhiên ñược hình thành từ các loài lưỡng bội khác nhau và chúng
có nhiều ñặc ñiểm có lợi hoặc mong muốn không có ở cây lưỡng bội. ðiều ñó ñã kích
thích các nhà chọn giống tìm ra những phương pháp ñể tăng nhân tạo số nhiễm sắc thể ở
các loài cây trồng lưỡng bội.
Các phương pháp cổ nhất dựa vào thực tế là trong quá trình giảm nhiễm sự phân chia
nhiễm sắc thể rất mẫn cảm với những tác nhân như nóng, lạnh, thuốc gây mê, v.v. Khi sự
phân chia tế bào không xảy ra sau quá trình nguyên phân của nhiễm sắc thể, chẳng hạn ở
nhiệt ñộ tới hạn, số nhiễm sắc thể của tế bào sẽ tăng gấp ñôi. Một thực tế khác là mô sẹo
hình thành khi bị chấn thương và chồi mọc từ mô sẹo ấy có số nhiễm sắc thể tăng gấp ñôi.
Trong những năm 1930, sự phát hiện tác ñộng của conxixin ñối với quá trình phân bào là
một bước nhảy vọt ñể tăng số nhiễm sắc thể.
Xử lý conxixin
Conxixin – chất alkaloid ñược chiết xuất từ tất cả các bộ phận của cây Colchicum
autumnale là một tác nhân có hiệu quả nhất ñể tạo ra ña bội thể bằng con ñường nhân tạo.
Conxixin tan trong nước và tạo ra tỉ lệ tế bào ña bội cao ở nồng ñộ không ñộc với nhiều
107

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
94
loài cây trồng. Khí cười (N
2
O) ở ñiều kiện áp suất cao (± 10 atm) và acenapthane có cùng
tác ñộng như conxixin. Tất cả những chất này ñều là chất ñộc ñối với thoi vô sắc, làm sợi
thoi mất chức năng. Sự phân chia nhiễm sắc thể xảy ra nhưng nhiễm sắc tử không ñược
kéo về cực. Ở giai ñoạn sau tâm ñộng phân chia nhưng thành tế bào mới không hình
thành. Do ñó tế bào mới có nhiễm sắc thể trong nhân tăng gấp ñôi. Quá trình phân chia
nguyên nhiễm như vậy gọi là phân chia conxixin (Levan, 1938).

Lưỡng bội
Tứ bội

P
o
AA x aa AAAA x aaaa
F
1
Aa AAaa
Giao tử tạo thành ở thế hệ F
1

0,5A; 0,5a 0,167 AA; 0,667Aa; 0,167aa
1A : 1a 1AA : 4Aa : 1aa

Tỉ lệ phân ly ở thế hệ F
2

0,5A 0,5a
0,5A 0,25AA 0,25Aa
0,5a 0,25Aa 0,25aa





0,167AA

0,667Aa 0,167aa
0,167AA

0,0278
AAAA
0,1111
AAAa
0,0278
AAaa
0,667Aa 0,1111
AAAa
0,4444
AAaa
0,1111
Aaaa
0,167aa 0,0278
AAaa
0,1111
Aaaa
0,0278
aaaa

Các nhóm kiểu gen ở thế hệ F
2

0,25AA 0,0278 AAAA (quadriplex)
0,50Aa 0,2222 AAAa (Triplex)
0,25aa 0,5000 AAaa (Duplex)
0,2222 Aaaa (Simplex)
0,0278 aaaa (Nulliplex)
Hình 2.10: Phân ly ñơn tính ở con lai lưỡng bội và tứ bội cùng nguồn

Vật liệu xử lý
: Levan (theo Dewey, 1980) kết luận rằng một cây trồng thích hợp với
việc cải tiến thông qua sự nhân ñôi số nhiễm sắc thể cần có ñặc ñiểm sau:
- số lượng nhiễm sắc thể thấp
- sản phẩm thu hoạch là bộ phận sinh dưỡng
- là cây giao phấn
- kiểu sinh trưởng lâu năm
- có khả năng sinh sản sinh dưỡng
Cần phải tạo ra một số lượng lớn dòng tứ bội thể từ các nguồn lưỡng bội ña dạng ñể
ñảm bảo sự ña dạng alen trong chương trình chọn giống. Lai ñơn hoặc lai kép các dòng
4x ña dạng di truyền là cần thiết ñể tạo ra giống có ưu thế lai tối ña.
i) Xử lý hạt: Thường sử dụng dung dịch conxixin nồng ñộ từ 0,1-0,5% và thời gian xử
lý từ 2 ñến 24 giờ. Có thể xử lý trước hoặc sau khi hạt nảy mầm ở nhiệt ñộ xấp xỉ 27
o
C.
Các yếu tố này có thể áp dụng riêng lẻ hay kết hợp, tùy theo loại cây trồng và giống.
ii) Xử lý các bộ phận sinh dưỡng: nhỏ giọt conxixin hoặc ñặt bông thấm dung dịch
conxixin lên ñỉnh sinh trưởng (hoặc mầm nách, mắt củ, v.v.). Cũng có thể xử lý cành
giâm trong thời gian 4-5 ngày rồi sau ñó trồng hoặc ghép khi cần thiết. ðiều quan trọng
ở mọi trường hợp là chất ñộc ñối với sợi thoi phải có hoạt lực trong tế bào ñang phân
chia. Chi tiết về xử lý conxixin ñối với một số cây trồng ñược cung cấp trong bảng 4.10.
108

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
95

Bảng 4.10: Xử lý conxixin ñể tạo ña bội thể cùng nguồn ở một số cây trồng.
Cây trồng Vật liệu xử lý Nồng ñộ
conxixin (%)

Thời gian xử lý (giờ)
Lúa miến Cây con 0,1-1,0 Dung dịch ñược ñưa vào mô dưới
áp lực thấp; rễ không ñược tiếp xúc
với dung dịch
Bông vải ðỉnh ngọn cây
con (4-5 lá)
0,08 Xử lý 12 giờ ngắt quãng ñều ñặn
Ớt cay Hạt 0,1 8 ngày
Vừng Chồi sinh
dưỡng
0,4 Phun mỗi ngày 2 lần trong 3 ngày
cách nhau
Thuốc lá Chồi sinh
dưỡng ñang
sinh trưởng
0,4 Tẩm dung dịch mỗi ngày 2 lần 10-
15 phút, trong một tuần

Xử lý conxixin ñối với các mô xô ma ñơn giản, dễ làm và có hiệu quả nhưng nhược
ñiểm là sự tạo thành thể khảm: mô có số nhiễm sắc thể nhân ñôi và mô có số nhiễm sắc
thể bố mẹ bình thường có mặt trên cùng một cây. Thông thường mô bình thường sinh
trưởng nhanh hơn và chèn ép mô ña bội. Vì thế phải thường xuyên loại bỏ mô bình
thường tạo cơ hội cho chồi ña bội sinh trưởng và phát triển. Xử lý ñỉnh sinh trưởng có
thể giảm thiểu tính khảm về số nhiễm sắc thể. Phương pháp tốt nhất ñể tăng hiệu quả
của conxixin và giảm thiểu tính khảm là làm sao có nhiều tế bào ở các giai ñoạn phân
chia nguyên nhiễm bằng cách xử lý trước với 5-amono-uracil. Xử lý 5-amino-uracil
ngăn chặn sự tổng hợp ADN nhưng không ngăn chặn sự phân chia tế bào ngay sau khi
kết thúc xử lý. Sau khi rửa sạch 5-amino-uracil, phần lớn tế bào sẽ phân chia cùng một
lúc. Bằng phương pháp này các nhà chọn giống ñã thành công trong việc giảm thiểu
tính khảm ở ñậu ñỗ, ngô và hành tây.

Nuôi cấy mô
Trong những năm gần ñây việc nuôi cấy in vitro ñã trở thành một công cụ hữu ích ñể
nhân ñôi số nhiễm sắc thể, ví dụ ở thuốc lá, khoai tây và nhiều cây trồng khác. Tuy
nhiên, người ta vẫn chưa hiểu hết cơ chế làm tăng số nhiễm sắc thể trong quá trình nuôi
cấy. Sự nhân ñôi nhiễm sắc thể có thể xảy ra thông qua dung hợp tế bào trần, tuy nhiên
kỹ thuật này hữu ích hơn ñể tạo ña bội khác nguồn hoặc lai xa.
Tất cả những phương pháp trên ñây liên quan tới quá trình ña bội hóa bằng con ñường
nguyên phân, trong ñó mỗi nhiễm sắc thể ban ñầu sẽ có một cộng sự ñồng dạng thông
qua ña bội hóa. ðiều này cũng có giá trị ñối với các gen (alen) trên các nhiễm sắc thể
ñó, ví dụ Aa AaAa; AA AAAA và aa aaaa, nhưng ở thế hệ C1 không bao giờ tạo ra
AAAa hay Aaaa.
Nhân ñôi liều lượng của mỗi alen có thể có lợi ñối với một số tính trạng này nhưng lại
không có lợi ñối với một số tính trạng khác, ví dụ giảm ñộ hữu dục ñã nêu ở phần trên.
Mặc dù các bộ phận sinh dưỡng của cây ña bội lớn hơn và sức sống cao hơn cây lưỡng
bội, nhưng năng suất sinh dưỡng của cây ña bội thường thấp hơn. Nguyên nhân có thể
do ñộ ñồng hợp tử tăng (ñộ cận huyết), ñặc biệt ñối với cây giao phấn và cây sinh sản
vô tính dẫn ñến suy thoái cận huyết. Vì vậy vật liệu ña bội thô sau khi xử lý phải ñược
tiếp tục lai và chọn lọc
Ứng dụng ña bội thể cùng nguồn trong sản xuất
i) Dưa hấu tam bội không hạt: năng suất và chất lượng dưa hấu tam bội cao hơn
dưa hấu lưỡng bội; hiện ñược chấp nhậ ở Nhật bản, Hoa Kỳ. Phải gieo xen cây
109

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
96
lưỡng bội với cây tam bội làm cây thụ phấn trên ruộng sản xuất quả thương
phẩm (tỉ lệ 1 lưỡng bôi : 5 tam bội).
ii) Củ cải ñường tam bội: củ dài hơn và hàm lượng ñường, năng suất ñường cao
hơn
iii) Nho tứ bội: quả to hơn và ít hạt hơn

iv) Cây tức ăn gia súc: năng suất cỏ khô ở cỏ 3 lá tam bội cao hơn lưỡng bội
v) Cây cảnh: dạng hoa mới, hoa lớn hơn, thời gian ra hoa kéo dài, hoa giữ ñược lâu
hơn

Tạo ña bội thể bằng con ñường hữu tính hay giảm nhiễm
Tạo ña bội thể bằng con ñường hữu tính hay giảm nhiễm dựa vào cơ chế giao tử 2n.
Những giao tử này có số nhiễm sắc thể tương tự như trong tế bào xô ma của cây. Tần số
giao tử 2n ñược kiểm soát di truyền nhưng bị ảnh hưởng mạnh bởi ñiều kiện ngoai
cảnh. Ví dụ, trong 5 vụ nghiên cứu tỉ lệ bộ ñôi (dyad - có 2 giao tử 2n), bộ ba (triad –bộ
ba có 1 giao tử 2n + 2 giao tử 1n) và bộ bốn (tetrad - 4 giao tử 1n) biến ñộng mạnh ở
các dòng khoai tây Solunum phureja.
Kết cấu di truyền của giao tử 2n do giai ñoạn nhân ñôi nhiễm sắc thể hay bồi hoàn trước
hoặc sau giảm phận xác ñịnh.
Tăng nhiễm sắc thể trước khi giảm nhiễm
: sự tăng nhiễm sắc thể do sự bất thường
trong quá trình phát triển của tế bào mẹ bào tử (dung hợp của 2 tế bào, di chuyển nhân,
nội phân, v.v), thực chất là sự nhân ñôi nhiễm sắc thể kiểu nguyên phân. Kết quả của
quá trình là: locut AA hình thành AAAA (quadriplex), locut aa tạo thành aaaa
(nulliplex) và locut dị hợp tử Aa tạo thành AAaa (duplex). Sau ñó tế bào mẹ bào tử ña
bội phân chia giảm nhiễm bình thường tạo ra tứ thể, mỗi bào tử 2n và cuối cùng là giao
tử 2n.
Tăng nhiễm sắc thể sau khi giảm nhiễm
: quá trình này xảy ra khi hai bào tử hoặc giao tử
giảm nghiễm dung hợp với nhau, ví dụ 2 nhân trong hạt phấn hoặc túi phôi. Vì tất cả
nhân trong một hạt phấn hoặc trong một túi phôi ñồng nhất về di truyền, sản phẩm dung
hợp là giao tử 2n hoàn toàn ñồng hợp tử. Cả hai cơ chế tăng số nhiễm sắc thể trước và
sau giảm nhiễm chỉ xảy ra trong những trường hợp ngoại lệ.
Tăng nhiễm sắc thể bằng con ñường giảm nhiễm
: Hiện tượng tăng số nhiễm sắc thể
bằng con ñường giảm nhiễm ñược chú ý nhiều là sự bồi hoàn số 2n sau khi xảy ra sự

giảm nhiễm từ 2n nhiễm sắc thể xuống n. Sự tăng nhiễm sắc thể qua con ñường giảm
nhiễm ñóng vai trò chủ ñạo trong quá trình tiến hóa của các thể ña bội tự nhiên (Skiebe,
1975) và ñược nghiên cứu ở nhiều chi, chẳng hạn Solanum, Primula, Brassica,
Saccharum và Alstroemeria.
Giao tử 2n hình thành thông qua sự bất thường trong quá trình giảm nhiễm; chủ yếu
thông qua 2 phương pháp sau:
i) Thông qua sự giảm nhiễm lần thự nhất không ñầy ñủ. Sự phân chia không
kết thúc bằng cách tạo thành thành tế bào. Bình thường 2 nhóm nhiễm sắc
thể ở giai ñoạn trung kỳ II ñược tách ra thành 4 nhóm nhờ sự hình thành hai
sợi thoi ñộc lập. Tiếp theo ñó, màng ngăn giảm nhiễm cân bằng ñạo ñược tạo
thành ñể tạo ra tứ tử. Thay vào việc hình thành 2 sợi thoi ñộc lập ở trung kỳ
II, trong trường hợp bất bình thường chỉ có một sợi thoi ñược tạo thành và
chỉ chia nhiễm sắc thể thành 2 nhóm, mỗi nhóm có 2n nhiễm sác thể. Hai
nhòm này ñược tách ra nhờ màng ngăn cân bằng và tạo ra một thể hai
(dyad). Sự bồi hoàn số nhiễm sắc thể do sự phân chia lần thứ nhất không ñầy
ñủ ñược gọi là sự bồi hoàn phân chia lần thứ nhất. Bồi hoàn phân chia lần
thứ nhất tạo ra giao tử 2n ñồng nhất di truyền và giống cây mẹ.
ii) Thông qua sự giảm nhiễm lần thứ hai không ñầy ñủ. ðây chính là quá trình
nội phân nguyên nhiễm của hai nhân giảm nhiễm hình thành từ lần phân chia
110

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
97
thứ nhất bình thường – mỗi nhân phân chia kiểu nguyên phân. Trong trường
hợp này chỉ màng ngăn cân bằng ñược tạo thành chia các nhân 2n ñể tạo
thành thể hai. Kiểu bồi hoàn này gọi là bồi hoàn phân chia lần hai. Bồi hoàn
phân chia lần thứ hai tạo thành 2 giao tử 2n khác nhau nhưng ñồng hợp tử.

1.3 ða bội thể khác nguồn (allopolyploidy)
a) ðặc ñiểm chung của ña bội thể khác nguồn

Khác với ña bội thể cùng nguồn, ña bội thể khác nguồn hình thành do sự tăng hai hay
nhiều bộ nhiễm sắc thể khác nhau (genom của các loài hay các chi khác nhau). ða bội
thể khác nguồn ñược tạo thành do lai giữa các loài khác nhau rồi sau ñó số nhiễm sắc
thể (hay genom) ñược nhân ñôi. Các genom khác nhau thường ñược ký hiệu bằng chưa
hoa (ví dụ, lúa mì AABBDD, số nhiễm sắc thể lad x
A
+ x
B
+ ,v.v với công thức chung
là 2n = 2(x
A
+ x
B
+ ). Ở ña bội thể khác nguồn lý tưởng, các nhiễm sắc thể của các
genom khác nhau, chẳng hạn A, B không cặp ñôi với nhau. Hơn nữa nếu nhiễm sắc thể
tồn tại kép, chúng sẽ tạo thành các lưỡng trị trong quá trình giảm nhiễm và giảm nhiễm
diễn ra bình thường như ở thể lưỡng bội. ða bội cùng nguồn như vậy gọi là song lưỡng
bội (amphidiploid).
Tương tự như ña bội thể cùng nguồn, ña bội thể khác nguồn tồn tại trong tự nhiên và là
một cơ chế tạo ra các loài cây mới. Các loài họ hàng hoang dại ña bội của nhiều cây
trồng là các ña bội khác nguồn (Bảng 5.10).
Nhìn chung ña bội thể khác nguồn (song lưỡng bội) có ñộ hữu dục cao hơn ña bội cùng
nguồn. Tuy nhiên ñộ hữu dục và tính ổn ñịnh của song lưỡng bội nhân tạo phụ thuộc
vào mức ñộ tương ñồng nhiễm sắc thể giữa các genom của các loài bố mẹ.

Bảng 5.10: Một số ña bội thể khác nguồn tự nhiên

Loài cây Tên La tinh Các loài xuất phát
ban ñầu
Công thức genom

Thuốc lá
Nicotiana tabacum
Nicotiana rustica
N. sylvestris
N. tomentosiformis

2n = 2(12 + 12) =
48 (SSTT)
Bông vải
Gossypium hirsutum
Gossypium
barbadense
G. aboreum
G. raymondii
2n = (13 + 13) = 52
(AADD)
Lạc
Arachis hypogaea
Loài khác chưa biết
A. duranesis
B. (?)
2n = 10 + 10) = 40
Cải dầu
Brassica napus
Brassica campestris
B. oleracea
2n = (9 + 10) = 38
(CCAA)
Lúa mì
Triticum aestivum T. monococcum,

Aegilops speltoides,
Aegilops squarosa
2n + (7 + 7 + 7) =
42 (AABBDD)
Cà phê
Coffea arabica
2n = (11 + 11) = 44
Hoa thược
dược
Dahlia variabilis D. merckii
D. coccinea

2n + ( 16 + 16) = 64
Chuối
Musa acuminato
(AA)
Musa balisiana (BB)
AAB hoặc ABB




111

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
98
b) Tạo ña bội thể khác nguồn
Nếu biết ñược các loài hoặc các chi bố mẹ của ña bội thể khác nguồn tự nhiên, nhà chọn
giống có thể tái tổng hợp lại ñể tăng biến ñộng di truyền thông qua các phương pháp
sau:

Phương pháp 1

A - - - - - - B Các loài bố mẹ lưỡng bôi AA và BB
x
A - - - - - - B
2n = 2x
A
2n = 2x
B


A - - - - - - B Song ñơn bội bất dục
2n = x
A
+ x
B


A - - - - - - B Song lưỡng bội hữu dục AABB

A - - - - - - B
2n = 2(x
A
+ x
B
)
Phương pháp 2

A - - - - - - B Các loài bố mẹ lưỡng bôi AA và BB

A - - - - - - B
Xử lý conxixin

A - - - - - - B
A - - - - - - B
x Tứ bội cùng nguồn
A - - - - - - B
A - - - - - - B


A - - - - - - B Tứ bội khác nguồn AABB
A - - - - - - B

Phương pháp 3
Phương pháp 3 sử dụng giao tử 2n hình thành do bồi hoàn lần phân chia thứ nhất.
i) AA x BB → AAB ( giao tử 2n ở bố mẹ A)
AAB x BB → AABB ( giao tử 2n AAB lai lại với BB)
ii) AA x BB → AABB (giao tử 2n AA và BB)

Phương pháp 4
Dung hợp tế bào trần

c) Ứng dụng ña bội thể khác nguồn
Tạo ra các loài cây trồng mới
: Thành công của ña bội thể khác nguồn trong chọn giống
còn rất hạn chế. Trong thực tế hiện nay có Triticale (song lưỡng bộ giữa lúa mì và mạch
ñen) và cỏ mạch ñược gieo trồng ở mức ñộ nhất ñịnh.
Tái tổng hợp các loài hiện có
: Các nhà chọn giống ñã tái tổng hợp các cây trồng hiện có
như cải dầu (Brassica napus) từ B. oleracea (2n = 2x = 18) và B. campestris (2n = 2x =

20) (Hình 3.10), lúa mì (=Triticum aestivum) từ Aegilops speltoides, T. monococcum và
112

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
99
Aegilops squarosa (cả 3 loài 2n = 2x = 14). Ngoài việc tái tổng hợp cây trồng hiện có
nhà chọn giống có thể tổng hợp các thể ña bội khác nguồn mới, kết hợp những tính
trạng mong muốn từ các bố mẹ khác nhau. Triticale là một ví dụ (Hình 4.10). Triticale
kết hợp ñược những tính trạng tốt của Triticum và Secale, ñó là năng suất và chất lượng
của lúa mì, khả năng chịu rét và tính kháng bệnh của mạch ñen. Một số ví dụ khác là:
Festulolium (Lolium x Festuca) kết hợp tính chịu rét, kháng sâu bệnh của cỏ ñuôi trâu
với sinh trưởng sớm và nhanh trong mùa xuân, ñộ ngon , khả năng chốn ñổ của cỏ
mạch; Raphanobrassica (Raphanus x Brassica) kết hợp kháng bệnh rễ sưng của củ cải
với năng suất của bắp cải.
.





Khắc phục cản trở khi lai xa
: Lai xa thường gặp khó khăn do sự khác nhau về số nhiễm
sắc thể của các loài bố mẹ, tạo ra sự mất cân bằng của nội nhũ. Thông thường hạt phát
triển bình thường nếu tỉ lệ nhiễm sắc thể mẹ và bố là 2:1 ở nội nhũ (ñiều kiện bình
thường ở cây lưỡng bội). Nếu hạt không thỏa mãn ñiều kiện ñó và tỉ lệ trên càng xa thì
sức sống hạt càng thấp. ðể khắc phục hiện tượng trên có thể thay ñổi số nhiễm sắc thể
của một trong hai bố mẹ trước khi lai.
Phục hồi hữu dục ở con lai xa
: Trong nhiều trường hợp con lai xa thường bất dục, do
nhiễm sắc thể không cặp ñôi trong quá trình phân chia giảm nhiễm. Nhân ñôi số nhiễm

sắc thể của con lai sẽ tạo ra ña bội thể khác nguồn (song lưỡng bội) và phục hồi tính
hữu dục.
Tăng khả năng kháng sâu, bệnh và ñiều kiện bất lợi
: Tăng số nhiễm sắc thể và liều
lượng gen có thể tăng sự biểu hiện và tăng nồng ñộ của các chất chuyển hóa thứ cấp và
các hóa chất phòng thủ. Ví dụ, cỏ mạch tứ bội có khả năng kháng bệnh tốt hơn và nhiều
cacbonhydrat cấu trúc hơn cỏ mạch lưỡng bội. ða bội thể khác nguồn có thể kết hợp
ñược sự ña dạng khả năng sản xuất các hóa chất phòng thủ từ các loài khác nhau, tạo ra
khả năng kháng sâu, bệnh rộng hơn ở dạng kháng bền vững.

Hình 3.10: ða bội thể khác nguồn
Brassica napus tái tổng hợp từ bố
mẹ lưỡng bội có sức sống cao hơn
Hình 4.10: Triticale hay Triticosecale
(C) – con lai giữa lúa mì mềm (A.
Triticum aestivum) với mì ñen (Secale
cereale)

113

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
100
2 ðơn bội thể
2.1 Ý nghĩa của ñơn bội thể trong chọn giống
Số lượng nhiễm sắc thể xô ma (2n) ở thực vật ñược tạo thành do sự hợp nhất của hai
giao tử bố và mẹ, mỗi giao tử chứa số lượng ñơn bội hay n nhiễm sắc thể. ðơn bội thể
là những cơ thể sống hình thành từ nhân có n nhiễm sắc thể. Theo lý thuyết, ñơn bội thể
có thể hình thành từ tế bào trứng, trợ bào và tế bào ñối cực từ phía mẹ hoặc từ nhân vô
tính hoặc cả hai nhân hữu tính từ phía bố. Sự sinh trưởng của của nhân chứa n nhiễm
sắc thể thành cây hoàn chỉnh có thể xảy ra trong ñiều kiện in vivo (mẫu sinh và phụ

sinh) và ñiều kiện in vitro (nuôi cấy bao phấn hoặc tiểu bào tử và nuôi cấy noãn).
Một cây ñồng hợp tử hoàn toàn chỉ tạo ra giao tử ñồng nhất và chỉ một loại hình ñơn
bội. Ngược lại, một cây dị hợp tử tạo ra nhiều loại hình giao tử khác nhau và do ñó các
ñơn bội thể khác nhau về di truyền. Những nhóm ñơn bội thể khác nhau từ một cây dị
hợp tử ñược gọi là “mẫu giao tử” của cây. Vì vậy, tính dị hợp tử ñược coi là biến ñộng
di truyền ẩn và biểu hiện khi ñơn bội hóa. ðơn bội thể có thể có thể chứa các công thức
genom khác nhau phụ thuộc vào mức bội thể của bố mẹ (Bảng 6.10). Sử dụng ñơn bội
thể có thể rút ngắn nhanh quá trình ñồng hợp tử hóa bằng cách chuyển từ ñơn bội sang
ñơn bội kép. Một số ưu ñiểm khác của ñơn bội thể là:
i) Cây ñơn bội biểu hiện tất cả thông tin di truyền ra kiểu hình; dễ dàng nhận biết các
alen ẩn; khả năng kháng các ñiều kiện bất lợi có thể nhận biết và chọn lọc.
ii) Có thể phát hiện ñột biến ở cây ñơn bội, những ñột biến không thể truyền qua giai
ñoạn phôi.

Bảng 6.10: Các loại hình ñơn bội thể hình thành từ bố mẹ (cây trồng) có số nhiễm sắc
thể khác nhau.
Cây trồng Công thức genom ðơn bội thể tạo
thành
Công thức
genom
Cây trồng lưỡng bội
(lúa, ngô)
2n = 2x ñơn ñơn bội 2n = x
Tứ bội cùng nguồn
(khoai tây, cỏ mêdi)
2n = 4x nhị ñơn bội cùng
nguồn
2n = 2x
Lục bội cùng nguồn
(cỏ timothy)

2n = 6x tam ñơn bội cùng
nguồn
2n = 3x
Tứ bội khác nguồn
(bông, lạc)
2n = 2(x
A
+ x
B
) nhị ñơn bội khác
nguồn
2n = x
A
+ x
B

Lục bội thể khác
nguồn Lúa mì, kiều
mạch)
2n = 2((x
A
+ x
B
+ x
C
) tam ñơn bội khác
nguồn
2n = x
A
+ x

B
+
x
C


2.2 Tạo ñơn bội thể
Nguồn gốc và cảm ứng ñơn bội thể không phụ thuộc vào loài, chi hoặc họ cụ thể. Người
ta ñã phát hiện ñược ñơn bội thể ở khoảng 250 loài của 25 họ, trong ñó 60% là thể ñơn
dơn hội và 40% là ña ñơn bội.
a) Phương thức hình thành ñơn bội trong ñiều kiện in vivo
Phương thức hình thành in vivo khác nhau rất lớn, nhưng ñều có một ñiểm chung là
chúng hình thành sau khi tự thụ hoặc gaio phấn. Vì vậy, ñơn bội thể hình thành trong
một quần thể hỗn hợp và chúng phải ñược chọn lọc.
Các quá trình sau ñâu có thể dẫn ñến sự tạo thành cây ñơn bội.
i) Mẫu sinh (thụ tinh giả)
Trong quá trình mẫu sinh tế bào ñơn bội của túi phôi páht triển thành bào tử thể (cây
hoàn chỉnh). Trong trường hợp ñó thụ tinh của nhân thứ cấp của túi phôi vẫn xảy ra do
ñó nội nhũ ñược tạo thành nuôi sồng phôi ñơn bội. Phương thức này ñã ñược nghiên
114

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
101
cứu ở ngô lưỡng bội, khoai tây tứ bội cùng nguồn và cây cỏ medi về mặt tế bào học
cũng như quan ñiểm chọn giống.
Thể ñơn ñơn bội
: xảy ra trong thế hệ con chấu của các tổ hợp lai trong loài giữa
các bố mẹ lưỡng bội với tần số khác nhau: 0-3% ở ngô (Chase, 1969), 0,01-1,8% ở
cocoa (Dublin, 1978). Tần số xảy ra phụ thuộc vào kiểu gen của bố mẹ và các yếu tố
môi trường và có thể chọn lọc tần số cao. Coe (1959) ñã chọn ñược một dòng ngô có

thể tạo ra 3% ñơn ñơn bội thể.
Ở các thể ñơn ñơn bội nhiễ sắc thể không cặp ñôi trong quá trình giảm nhiễm. Giao tử
tạo thành có số nhiễm sắc thể lệch và bất dục. Chỉ sau khi nhân ñôi số nhiễm sắc thể
mới tạo ra thể lưỡng bội hoặc song lưỡng bội hữu dục hoàn toàn ñồng hợp tử.
Nhị ñơn bội
: là những ñơn bội thể hình thành từ cây cây tứ bội cùng nguồn. Có
thể tạo ra nhị ñơn bội từ cây tứ bội cùng nguồn bằng cách thụ phấn một kiểu gen nhất
ñịnh của loài lưỡng bội thân thuộc (lai khác loài). Ví dụ ở khoai tây, loài thụ phấn lưỡng
bội là Solanum phureja, ở cỏ medi là Medicago falcata. Lai 4x với 2x sẽ tạo ra thế hệ
con cái là con lai và nhị ñơn bội. Nhị ñơn bội có 2x nhiễm sắc thể và thường dị hợp tử
(cây mẹ dị hợp tử cao).
ii) Phụ sinh
Trong trường hợp phụ sinh quá trình thụ tinh diễn ra bình thường. Nội nhũ phát triển,
nhưng tế bào trứng có nguồn gốc từ genom cây mẹ bị nhân bố ñẩy ra ngoài và nhân bố
gắn vào tế bào chất mẹ rồ phát triển thành bào tử thể ñơn bội. Thể ñơn bội phụ sinh, ví
dụ ở ngô, chỉ chứa x nhiễm sắc thể từ cây bố nhưng tế bào chất từ cây mẹ. Nếu mẹ
chứa bất dục tế bào chất ñược dùng ñể tạo ra ñơn bội thì chỉ trong một bước có thể thu
ñược tế bào chất bất dục và nhân của bố, mà bình thường phải mất 6-7 thê hệ hồi giao.
Tần số ñơn bội phụ sinh phụ thuộc vào các loài và thường là thấp, chẳng hạn ở ngô 1
trong 80.000 cây, qua thấp ñể có thể ứng dụng trong thực tế. Một khó khăn nữa là ñể
phát hiện cây ñơn bội phụ sinh chỉ thị di truyền là cần thiết trong ñó bố ñồng hợp tử lặn
còn mẹ ñộng hợp tử trội.
iii) Loại trừ nhiễm sắc thể
Loại trừ hoàn toàn genom của một trong 2 bố mẹ ở con lai sẽ dẫn ñến ñơn bội. Loại trừ
nhiễm sắc thể ñược phát hiện ở chi ñại mạch Hordeum (lange, 1971; Kasha và Kao,
1970) và ở một số giống lúa mì lai với Hordeum bulbosum (Barclay, 1975). Thu nhận
thể ñơn bội ñại mạch bằng cách lai Hordeum vulgare với H. bulbosum. Thụ tinh kép
diễn ra bình thường cả hai chiều lai thuận nghịch, nhưng nhiễm sắc thể của H. bulbosum
bị ñào thải khỏi nội nhũ và phôi. . Sự loại trừ nhiễm sắc thể xảy ra rất sớm và phụ thuộc
vào việc sử dụng H. bulbosum là bố hay làm mẹ. Do ñó nội nhũ mất khả năng sống

nên phải nuôi cấy phôi trong ñiều kiện nhân tạo. Cây ñơn bội ñược xử lý với conxixin
ñể tạo ra cây ñơn bội kép.
b) Tạo ñơn bội thể trong ñiều kiện in vitro
ðể tạo cây cây ñơn bội trong ñiều kiện in vitro có thể nuôi cấy bầu và noãn không thụ
tinh và nuôi cấy bao phấn, hạt phấn. Nuôi cấy noãn ñể tạo ñơn bội ñã ñược sử dụng
thành công ở ñại mạch, lúa mì, củ cải ñường và hoa ñồng tiền. Tuy nhiên phương pháp
này ít có triển vọng vì chi phí cao.
Năm 1964 Guha và Maheswari là những người ñầu tiên biệt hóa mô sẹo ở Datura
innoxia thành cây và bằng phương pháp ñó họ ñã thu nhận ñược cây ñơn bội từ hạt phấn
thông qua nuôi cấy bao phấn. Tiếp sau ñó là nuôi cây bao phấn thành công ở thuốc lá và
lúa nước (Bourgin và Nitsch, 1967; Niizeki và Oono, 1968). Ngày nay phương pháp
nuôi cấy bao phấn là một phương pháp có hiệu quả nhất ñể tạo ra các thể ñơn bội, ñặc
biệt ở thuốc lá, khoai tây, cà chua, lúa nước, lúa mì, petunia, cây thập tự, hoa ñồng tiền,
cỏ ba lá. Nhiều giống cây trồng ñơn bội kép ñược ñưa vào sản xuất thông qua tạo ñơn
bội bằng con ñường nuôi cấy bao phấn và hạt phấn (Bảng 7.10).
115

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….
102
Phương pháp
: Khử trùng bao phấn non rồi ñưa vào môi trường nuôi cấy ở nhiệt ñộ
thích hợp (khoảng 28
o
C). Nhiều yếu tố ảnh hưởng tới sự thành công trong nuôi cấy bao
phấn, ví dụ thành phần môi trường (phụ thuộc loài cây, giai ñoạn phát triển của bao
phấn), giai ñoạn tiểu bào tử khi nuôi cấy, ñiều kiện xử lý trước khi nuôi cấy. Nitsch và
Norreel (1973) phát hiện là nếu hoa của Datura innoxia xử lý lạnh (48 giờ, 3
o
C) trước
khi nuôi cấy bao phấn thì kết quả nuôi cấy tốt hơn nhiều. Ngược lại ở Brassica napus và

B. campestris xử lý nóng trước khi nuôi cấy bao phấn kết quả lại tốt hơn (Keller và
Amrstrong, 1978). Ở B. napus nuôi cây bao phấn có kết quả nếu ñể cây ở nhiệt ñộ 30
o
C
trong 14 ngày rồi nuôi cấy bao phấn ở 25
o
C.
Khả năng nuôi cấy bao phấn cũng phụ thuộc vào kiểu gen của vật liệu nuôi cấy. Chẳng
hạn, ở lúa nước khả năng tạo nuôi cấy ở loài phụ Japonica tốt hơn loài phụ Indica.

Bảng 7.10: Nuôi cấy bao phấn và các giống cây trồng ñơn bội kép ñược sử dụng trong
sản xuất.
Cây trồng Phương pháp nuôi
cấy ñược sử dụng
Số dòng ñơn bội
kép tạo ra hàng năm
Giống nhị ñơn bội
trong sản xuất
Báp cải Nuôi cấy tiểu bào tử
Nuôi cấy hạt phấn
> 10.000 +
Củ cải Nuôi cấy tiểu bào tử
Nuôi cấy hạt phấn
> 10.000 +
ðại mạch Nuôi cấy tiểu bào tử
Nuôi cấy hạt phấn
Lai xa
> 10.000 +
Lúa mì Nuôi cấy tiểu bào tử
Nuôi cấy hạt phấn

Lai xa
> 10.000 +
Lúa nước Nuôi cấy hạt phấn

> 1.000 +
Ớt Nuôi cấy hạt phấn

> 1.000 +

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Agrawal, R. L. 1998. Fundamentals of plant breeding and hybrid seed production.
Science Publishers, Inc.
Borojevic, S. 1990. Principles and methods of plant breeding. Elsevier Science
Publishers.

Câu hỏi ôn tập
1. Thế nào là bộ nhiễm sắc thể cơ bản?
2. ða bội thể trong tự nhiên hình thành như thế nào? Nêu ví dụ?
3. Sự khác nhau giữa ña bội thể cùng nguồn và ña bội thể khác nguồn?
4. Tại sao có thể sử dụng conxixin/oryzalin ñể nhân ñôi số nhiễm sắc thể? Những ñiểm
gì cần lưu ý khi xử lý tạo ña bội thể bằng conxixin?
5. ðặc ñiểm của ña bội thể cùng nguồn? Nguyên nhân hình thành các ñặc ñiểm ñó?
6. Khả năng ứng dụng ña bội thể cùng nguồn trong chọn giống?
7. ðặc ñiểm của ña bội thể khác nguồn?
8. So sánh các phương pháp tạo ña bội thể khác nguồn (khả năng tiến hành)?
9. Có thể ứng dụng ña bội thể khác nguồn như thế nào trong chọn giống?
10. ðơn bội thể và ưu ñiểm của ñơn bội thể trong chọn giống?
11. Tạo ñơn bội thể như thế nào? Mô tả một phương pháp cụ thể?
12. Ưu ñiểm của phương pháp tạo ñơn bội thể bằng nuôi cấy bao phấn/hạt phấn?
116