cây sắn thầy quang học viện nông nghiệp

Chương 6
CHỌN GIỐNG SẮN
4.3.1. Giới thiệu

Từ thiên niên kỷ thứ hai và thứ ba trước Công nguyên, cây sắn đã được
phát triển và trở thành một cây lương thực quan trọng, được trồng và
thích ứng ở châu Phi và châu Á bắt đầu từ sau thời kỳ Columbus phát
hiện ra châu Mỹ.

Hiện tại, sắn được trồng trên 100 nước ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới,
tập trung nhiều ở châu Phi, châu Á và Nam Mỹ, là nguồn thực phẩm của
hơn 500 triệu người (CIAT, 1993).

Việt Nam đã trồng sắn từ nhiều năm nay. Sắn là cây lương thực của
người dân ở nhiều vùng, nhất là các vùng đồi trung du và miền núi.

Cây sắn có thể sinh trưởng tốt trên các loại đất nghèo kiệt dinh dưỡng,
là loại cây dễ tính, cho năng suất ổn định và yêu cầu lao động rất ít.

Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức
ăn gia súc và lương thực thực phẩm. Củ sắn được dùng để chế biến tinh
bột, sắn lát khô, bột sắn nghiền hoặc dùng để ăn tươi ,làm thức ăn gia
súc.
4.3.1. Giới thiệu (tiếp)

Thành phần dinh dưỡng trong củ sắn tươi gồm có tỷ lệ chất khô 38 -
40%, tinh bột 16 - 32%, giàu vitamin C, calcium, vitamin B và các chất
khoáng, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo đạm.

Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không đươc cân đối, thừa
arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh.


Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ thuộc vào giống, vụ trồng, số
tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích.

Lá sắn có hàm lượng đạm khá cao, nhiều chất bột, chất khoáng và
vitamin. Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết,
giàu lysin nhưng thiếu methionin.

Các giống sắn ngọt có 80 - 110 mg HCN/ 1kg lá tươi. Các giống sắn
đắng chứa 160 - 240 mg HCN/ 1kg lá tươi.

Lá sắn ngọt là một loại rau rất bổ dưỡng nhưng cần chú ý luộc kỹ để
làm giảm hàm lượng HCN.
4.3.2. Nguồn gốc, đa dạng và phân loại sắn
a. Nguồn gốc

Allem (1994) đề xuất giống sắn trồng hiện đại
M. esculenta
subsp.
Esculenta có nguồn gốc tiến hóa từ loài dại phụ
M. esculenta
subsp.
flabellifolia
.

Phân tích phân tử chi tiết trên cơ sở bản sao đơn gen nhân mã hóa
glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (
G3pdh
; Olsen và
Schaal, 1999) chỉ ra rằng sắn được thuần hóa từ quần thể

M.
esculenta
subsp.
flabellifolia
ở vùng miền Nam của lưu vực Amazon
– Brazil.

Điều trên được chứng minh bới các nghiên cứu khác sau đó như
Olsen và Schaal (2001); Léotard và McKey (2004).
b. Đa dạng

Cây sắn (
Manihot esculenta
Crantz) được trồng rộng khắp ở vùng
nhiệt đới ẩm.

Chi
Manihot
có nguồn gốc ở Trung và Nam Mỹ, nơi có 2 trung tâm đa
dạng là Brazil và Mexico.

Cây sắn có thể được thuần hóa đầu tiên ở châu Mỹ khoảng 5.000 đến
7.000 năm trước công nguyên, được nhân giống vô tính, mặc dù vẫn có
sinh sản và tạo thành hạt.

Các loài thuần hóa thuộc chi
Manihot
họ
Euphorbiaceae
với hàng trăm

giống bản địa khác nhau đã được mô tả bởi các nhà thực vật học và
nông học.

Sắn đa dạng di truyền cao nhất ở Brazil và đa dạng cao ở Trung Mỹ,
châu Á đa dạng thấp hơn.

Nguồn gen sắn bảo tồn
ex situ
được đánh giá cho thấy rất khác nhau
về hàm lượng đường, amylose-tự do, protein.

Nguồn gen sắn toàn cầu hiện đang bảo tồn
ex situ
là 10.068 mẫu,
in
situ
là 26.986 mẫu.
b. Đa dạng (tiếp)

Sử dụng marker nhận biết đa dạng di truyền nguồn gen cây sắn
được Adebola AJ Raji và cs. (2009) thực hiện với tổng số 846
microsatellites đã nhận biết 8.577 bộ gen đơn ở sắn với mật độ
trung bình một marker là 7 kb.

192 marker SSR đã phân tích đa hình các giống sắn của châu Phi,
châu Mỹ, châu Á và 4 loài dại của
Manihots
. Trong 168 markers có
sản phẩm khuyếch đại rõ ràng, 124 (73,8%) biểu hiện đa hình cao.


Trong 85 EST-SSR marker sàng lọc, 80 (94,1%) các alen khuyếch
đại từ loài dại (
M epruinosa, M glaziovii
,
M brachyandra
,
M
tripartita
).

Kết quả cho thấy mức độ đa dạng di truyền rất cao của nguồn gen
cây sắn toàn cầu.
c. Phân loại

Cây sắn (
Manihot esculenta
) thuộc nhóm
Fruticosae
của chi
Manihot
, họ
Euphorbiaceae
.

Nhóm
Fruticosae
gồm cây bụi sinh trưởng thích nghi với vùng
hoang mạc, đồng cỏ hoặc sa mạc và được coi là tiến hoá hơn so với
nhóm
Arboreae

, nhóm chỉ có các loài cây thân gỗ.

Chi sắn bao gồm khoảng 98 loài xuất hiện tự nhiên nằm trong vùng
Tây bán cầu, giữa phía tây nam Hoa Kỳ (33° Bắc) và Argentina (33°
Nam).

Hầu hết sự đa dạng của sắn xuất hiện ở hai khu vực, một ở phía
đông bắc Brazil mở rộng về phía Paraguay, và một ở phía tây và
phía nam Mexico.
c. Phân loại

Chi Manihot phân loại hình thái gần đây nhất là Rogers và Appan
(1973) nhận biết 98 loài và nhóm thành hai nhóm bán cầu Bắc và
Nam phân biệt, sau đó Allem xác định chi này có 70 loài trong đó 55
loài ở Nam Mỹ và 15 loài ở Bắc Mỹ (Howeler và cs., 2001).

Allem (1994) mô tả vốn gen 1 (GP1) như là các loài được biết do lai
với sắn có con cái năng suất và hữu dục gồm
M. flabellifolia
và
M.
peruviana
và có thể là những loài tổ tiên của sắn trồng hiện nay.

Nhóm lai với sắn tạo nên vốn gen 2 (GP2) gồm
M. glaziovii, M.
dichotoma, M. pringlei, M. aesculifolia
và
M. pilosa
. Đây là những

vốn gen tiềm năng cho sử dụng cải tiến giống sắn.
a. Hình thái (tiếp)

Lá đơn mọc xen kẽ trên thân. Phiến lá thường xẻ thùy có khía nông
hay sâu, có 5 - 7 thùy, nhưng cũng có giống lá nguyên.

Lá có cuống dài để xoay chuyển phiến lá ra ánh sáng (có giống
cuống lá dài tới 30 - 40cm).

Màu sắc cuống lá thay đổi từ lục đến đỏ tía. Màu sắc lá non thường
lục đến đỏ hồng hoặc vàng sáng. Màu sắc lá già thường xanh đậm
hoặc xanh vàng. Sắn thường có lá kèm (lá kèm là lá nguyên dài có 1
- 2 thùy).

Rễ sắn được trồng bằng hom, rễ sắn phát sinh ra từ các mắt đốt
hoặc từ các mô sẹo (mô phân sinh) của hom. Lúc đầu phát triển
theo chiều ngang, về sau cắm thẳng đứng xuống dưới.

Nếu sắn trồng bằng hạt, thì hình thành một rễ cọc cắm thẳng đứng
xuống dưới đất và hình thành nhiều rễ phụ.

Các rễ con mọc từ các mắt hom dưới mặt đất cũng có thể phát triển
thành củ nhưng rất ít, chức năng chủ yếu là hút chất dinh dưỡng và
nước, giữ vững cây trong đất, chống đổ.
4.3.3. Đặc điểm sinh học cây sắn
a. Hình thái

Cây sắn có thân gỗ mảnh, đường kính thân phụ thuộc giống, điều
kiện đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng trọt. Thân sắn có chiều cao 3
- 6m.


Tùy theo đặc điểm của giống mà thân có thể phân cành hoặc không
phân cành.

Thân sắn mọc thẳng từ dưới đất lên. Phần ngọn, thân chưa hóa gỗ
nên rất non và có nhiều màu tùy giống.

Phần dưới thân và cành già đã hóa gỗ có nhiều màu (trắng bạc,
xám lục, nâu hoặc vàng), có nhiều màu do các vết rụng của cuống lá
nổi cao lên tạo nên thân sắn xù xì.
b. Sinh sản

Sắn là cây hoa đơn tính cùng gốc, hoa đực và hoa cái trên cùng một cây,
thời gian từ trồng đến ra hoa phụ thuộc vào kiểu gen và môi trường có thể
từ 1 đến trên 24 tháng.

Trên bông hoa cái thường ở gốc và trên đỉnh bông hoa là hoa đực, hoa nhỏ
đường kính khoảng 0,5 cm (hoa đực), hoa cái lớn hơn một chút, nở hoa vào
buổi trưa và nở hoa trong một ngày.

Thời gian nở hoa từ hoa đầu tiên đến kết thúc từ 1 - 2 tuần, xảy ra cả tự
thụ phấn và sib tùy thuộc vào kiểu gen, môi trường và sự có mặt của côn
trùng.

Điều kiện kích thích ra hoa phụ thuộc vào quang chu kỳ, độ dài chiếu sáng
đến 16 giờ với nhiệt độ khoảng 24ºC.

Hạt phấn hoa sắn khá lớn, đường kính từ 130 - 150 µm, hạt phấn nhỏ 90 -
110 µm. Hạt phấn lớn nảy mầm tốt hơn hạt phấn nhỏ và mất sức sống
nhanh sau khi tung phấn ra khỏi bao phấn.


Hạt hình thành 2 tháng sau khi thụ tinh và quả chín sau đó 1 tháng, quả 3
ô và hạt hình elip có chiều dài xấp xỉ 100 mm và dày 4 mm.

Hạt nảy mầm trong điều kiện khô, nóng và tối. Nhiệt độ nảy mầm khi cao
hơn 30
o
C và thấp nhất là 24
o
C.
Hình 5.18. Cấu tạo hoa đực và hoa cai của sắn
(Nguồn Chavarriaga-Aguirre và cs, 2005)
Hoa đực Hoa cái
c. Di truyền

Tất cả các loài sắn có 36 nhiễm sắc thể (NST), trong đó thường thấy dạng
lưỡng bội.

Hai loài, sắn và
Manihot glaziovii
(Nhóm
Arboreae
) đã có đa bội, có ba bắt
cặp đôi NST và nhân đôi một số NST. Điều này cho thấy rằng
Manihot
có
thể là dạng dị nguyên tứ bội (allo-tetraploids) bắt nguồn từ lai giữa hai
loài có giao tử đơn bội gồm sáu NST thường và có ba NST khác biệt.

Hàm lượng axit cyanhytric (HCN) do một hệ thống phức tạp các gen phụ

kiểm soát. Hệ thống gen phụ này có tác động cộng hưởng với nhau, cho
nên khi lai giữa hai bố mẹ có hàm lượng HCN thấp đã tạo ra được con lai
có hàm lượng còn thấp hơn cả bố mẹ.

Sarah Adeyemo (2009) cho biết các gen quang chu kỳ điều khiển ra hoa ở
sắn, gen nhận biết đầu tiên là
MeGI
và gen khác
MeCOL1, MeCO
,
MeCOL2
và
ELF4
.

Gen tích lũy protein ở sắn cũng đã được nhận biết như tích lũy Glutamate
synthase (GS) do 2 gen điều khiển là
GS1
và
GS2
, tích lũy Glutamine
oxoglutarate aminotransferase (GOGAT) do 2 gen là
GLT
và
GLU
.

Đặc điểm thùy lá hẹp có đặc điểm di truyền trội hơn so với thùy lá
rộng.


Sắc vỏ củ màu nâu trội hơn sắc vỏ củ màu trắng. Màu đỏ của gân
lá có tính trội hơn so với màu xanh.

Dạng hình lý tưởng của một cây sắn cho năng suất cao được các
nhà khoa học xác định như sau:
1.Thân
: Một thân độc nhất, mọc thẳng từ hom. Ít nhánh. Không phân
nhánh quá sớm hay quá muộn. Lóng ngắn. Chiều cao cây giới hạn ở
khoảng 2 m.
2.Lá
: Chỉ số diện tích là 3,5 - 4,5. Phiến lá lớn. Tuổi thọ lá cao. Dáng lá
đứng.
3.Củ
: Một cây cho khoảng 8 củ. Củ thuôn dài và đồng đều, củ chắc, cuống
củ ngắn, dáng củ hẹp vỏ dễ bóc và hệ số thu hoạch cao.
4.3.4. Mục tiêu chọn giống
1.Tạo giống săn năng suất cao
2.Chất lượng củ hàm lượng tinh bột và hàm lượng chất khô
3.Tạo giống sắn có hàm lượng protein và dinh dưỡng khác
4.Hàm lượng axit cyanhytric thấp
5.Tạo giống sắn chống chịu sâu bệnh
6.Tạo giống chống chịu điều kiện bất thuận
4.3.5. Các phương pháp tạo giống sắn
a. Chọn lọc cải tiến quần thể
Phương pháp Hershey (1984) đề xuất gồm các bước sau:
Năm thứ nhất:
Trồng 50.000 cây trên cơ sở các bố mẹ thích nghi cho các
vùng sinh thái đặc thù. Sau 6 tháng trồng, sử dụng cường độ chọn lọc thấp
về kiểu cây và rễ để được khoảng 25.000 cây. Một hom từ mỗi cây chọn lọc
sử dụng để thí nghiệm vùng, phần còn lại giữ trong thí nghiệm.

Năm thứ 2:
Trồng 3.000 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất, tiếp tục trồng trên
các ô đánh giá không lặp lại, chọn lọc các đặc điểm như năm thứ nhất và
thêm các chỉ tiêu hàm lượng chất khô rễ và HCN.
Năm thứ 3:
Trồng 300 dòng chọn lọc từ năm thứ 2 đánh giá và thử nghiệm
năng suất ở một vài điểm
Năm thứ 4:
Trồng 100 dòng chọn lọc từ năm thứ 3 đánh giá và thử nghiệm
rộng ở một vài điểm
Năm thứ 5:
Trồng 20 dòng chọn lọc từ tiếp tục đánh giá và đưa vào hệ
thống khảo nghiệm
Năm thứ 6:
Các dòng triển vọng được pghaan phối để đánh giá ở các Trung
tam Quốc gia
Chọn lọc giống sắn kháng bệnh
Năm 1980, viện IITA giới thiệu phương pháp chọn lọc tạo giống sắn kháng
bệnh khảm CMD (Cassave mosaic disease) và bệnh tàn lá vi khuẩn CBB
(cassava bacterial blight) như sau:
Năm thứ nhất:
Gieo hạt trồng 10.000 cây con để sàng lọc kháng bệnh CMD
và CBB, khi thu chọn cây có rễ chụm, cổ rễ ngắn, thân cành cao khoảng
100 cm và hàm lượng HCN trong lá thấp.
Năm thứ 2:
Trồng 3.000 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất trong các ô nhỏ
không lặp lại. Tiếp tục chọn lọc kháng bệnh và tiềm năng năng suất, hàm
lượng chất khô của rễ và HCN trong rễ phân tích bằng enzym.
Năm thứ 3:
Trồng 100 dòng chọn lọc từ năm thứ 2 đánh giá trong thí

nghiệm lặp lại ở 3 địa phương và đánh giá sự chấp nhận của người dân.
Năm thứ 4:
Tiếp tục chọn lọc để được 25 dòng trong thí nghiệm rộng và ở
nhiều địa phương
Năm thứ 5:
Năm dòng tốt nhất đưa vào đánh giá trên nông trại
Năm thứ 6:
Chọn lọc cuối cùng, nhân và phổ biến giống
Chọn tạo giống sắn ở châu Á
Theo Kawwano và cs. (1998), sơ đồ chọn giống cơ bản gồm:
Năm thứ nhất:
Trồng 5.000 cây từ 100 tổ hợp lai giữa bố mẹ có nguồn từ
châu Á và châu Mỹ. Sau 8 – 10 tháng chọn lọc cường độ thấp về tính trạng
rễ để chọn được 700 cây.
Năm thứ 2:
Trồng 700 dòng chọn lọc từ năm thứ nhất đánh giá trên hàng
đơn không lặp lại, theo dõi 10 cây đánh giá các đặc điểm như năm thứ nhất
cộng thêm khối lượng chất khô, năng suất củ, đặc biệt chọn lọc hệ số thu
hoạch cao.
Năm thứ 3:
Trồng 80 dòng chọn lọc từ năm thứ 2, đánh giá tiếp theo và thí
nghiệm năng suất cơ bản tại Rayong, trồng thí nghiệm 2 lần lặp lại, mỗi lần
lặp lại 50 cây. Các tính trạng đánh giá như thí nghiệm hàng đơn
Năm thứ 4:
Khoảng 20 – 25 dòng chọn từ năm thứ 3 đưa vào thí nghiệm
rộng tại ít nhất 3 địa phương đại diện cho điều kiện sinh thái của vùng sản
xuất.
Năm thứ 5 – 6:
6 - 8 kiểu gen ưu tú chọn lọc từ năm thứ 4 trồng thử
nghiệm vùng sinh thái ít nhất ở 7 địa phương trong 2 năm

Năm thứ 7:
Kiểu gen chọn lọc được phân phối để đánh giá ở các chương
trình quốc gia của các nước khác.
b. Lai hữu tính
Hình 5.19. Quá trình chọn tạo giống sắn bằng lai đa giao (phỏng theo Kawuki và cs., 2011)
c. Đột biến tạo giống sắn

Xử lý tia X với liều lượng cao (10 Krad) lên hom sắn, tạo dòng đột biến
trong NST và thu được dòng đột biến có hàm lượng tinh bột cao, hàm
lượng axit xianhidric thấp.

Đột biến tạo giống sắn sử dụng vật liệu là thân non (6 – 8 tháng) bằng tia
gamma nguồn
60
Co. Kết quả tạo đột biến giảm hàm lượng axít hydrocyanic
(HCN) trong lá.

Gây đột biến tạo giống sắn bằng chiếu tia gamma nguồn Cobalt 60 với liều
lượng 200 Gy và tia neutron nhanh 0,2 MeV (235 U) đối với vật liệu là
1.400 hạt của 6 gia đình anh em đồng máu và nửa máu là CM9331,
GM155, SM3015, SM3045, C4 và C127).
•
Tự thụ phấn các cây M
1
để nhận được hạt và các cây M
2

•
Đánh giá các cây M
2

về kiểu hình thân, lá và rễ
•
Sàng lọc tiềm năng đột biến, nhận biết đột biến thể khảm ở M
2
, M
1

•
Trong một quần thể đánh giá tại các thời điểm 180, 240 và 300 sau gieo hạt.
•
Phân tích thực hiện trong 2 vụ về hàm lượng amylase, chất khô, cyanide và hư hỏng
sinh lý sau thu hoạch (PPD).