Sản xuất hạt giống và công nghệ hạt giống - Chương 7

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Sản xuất giống và công nghệ hạt giống----------------------- 109



CHƯƠNG 7:
NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT SẢN XUẤT HẠT GIỐNG
CÂY TRỒNG

Từ những năm cuối những năm 1950 các hạt giống cây trồng chất lượng cao ñã
ñược phổ biến rộng rãi trong sản xuất. Kèm theo nó là công cụ canh tác cải tiến,
phân bón, phương pháp phòng trừ cỏ dại , sâu bệnh ñã tạo ra cuộc cánh mạng trong
sản xuất nông nghiệp. Công nghệ sản xuất hạt giống ñóng một vai trò quan trọng
trong cuộc cách mạng này. Sản xuất hạt giống ñã giúp tăng nhanh số lượng, ñảm
bảo chất lượng, duy trì nguồn gen hiện có hoặc mới tạo ra và thoả mãn số lượng hạt
giống cho nhu cầu ngày càng tăng của nông dân. Hạt giống là một vật liệu sống có
những yêu cầu ñặc thù, do vậy sản xuất cần dựa trên những nguyên lý khoa học ñể
nâng cao năng suất và ñảm bảo chất lượng hạt giống.

7.1 Khái niệm và vai trò của sản xuất hạt giống và nhân giống
7.1.1 Khái niệm
Sản xuất hạt giống là tạo và thu hoạch hạt hay cây con từ những thực liệu thực vật
nhằm mục ñích phân phối, cất trữ và kinh doanh. Quá trình sản xuất sử dụng kỹ
thuật ñặc thù ñể giữ nguyên ñược kiểu gen của thực liệu gốc, có sức sống, sức khỏe
và giá trị gieo trồng tốt, cho năng suất cao ở thế hệ sau.
7.1.2 Vai trò của sản xuất giống
7.1.2.1 Bảo tồn kiểu gen hiện có hay kiểu gen mới tạo ra
Sản xuất hạt giống của các cây trồng hay thực liệu thực vật hiện có như cây hoang
dại, giống ñịa phương, giống tạo thành cung cấp cho nghiên cứu hoặc sản xuất

thương phẩm. Quá trình nhân tăng số lượng hạt chính là quá trình sản xuất hạt
giống, trong các thế hệ nhân những kỹ thuật cơ bản của sản xuất hạt giống ñược áp
dụng ñể giữ nguyên kiểu gen. Chính vì thế sản xuất hạt giống có vai trò bảo tồn kiểu
gen cho sử dụng lâu dài, góp phần ña dạng nguồn gen thực vật.
7.1.2.2 Duy trì giống
Duy trì ñược áp dụng với giống cây trồng ñã có hạt giống tác giả hoặc siêu nguyên
chủng. Quy trình sản xuất duy trì cấp giống này và cung cấp hạt cho sản xuất các
cấp thấp hơn như hạt nguyên chủng, xác nhận.
7.1.2.3 Phục tráng giống
Giống cây trồng sau một số lần nhân không có chọn lọc hoặc do nhiều nguyên nhân
khác dẫn ñến sai lệch di truyền so với giống gốc gọi là hiện tượng thoái hoá giống.
Sản xuất hạt giống sử dụng phương pháp khác nhau ñể ñưa trở lại ñúng nguyên bản
ban ñầu của nguồn gen gọi là phục tráng giống.



Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Sản xuất giống và công nghệ hạt giống----------------------- 110



7.2 Phương thức sinh sản và sự ổn ñịnh di truyền tương ñối của giống
7.2.1 Phương thức sinh sản
Dựa trên phương thức sinh sản, cây trồng có thể phân thành 3 nhóm chính: Nhóm
cây tự thụ phấn, nhóm cây giao phấn và nhóm cây sinh sản vô tính.
+ Nhóm cây tự thụ phấn chuyển phấn từ bao phấn ñến ñầu nhụy cái trong cùng
một hoa hay cùng một cây. Quần thể ổn ñịnh qua các lần nhân nếu ñảm bảo tự
thụ phấn hoàn toàn, yêu câu quần thể khi nhân giống không lớn chỉ cần số cây
tối thiểu ñể ñảm bảo ña dạng di truyền, khoảng cách chác ly nhỏ hơn cây giao
phấn
+ Cây giao phấn là phấn ñược thụ cho nhụy hoa khác của cùng một cây hay khác

cây quá trình giao phấn này nhờ các tác nhân thụ phấn như gió, côn trùng hay tác
ñộng của con người. Cây giao phấn ổn ñịnh quần thể nếu ñảm bảo tự do thụ phấn
hoàn toàn và tổ hợp cân bằng gen của quần thể. Nếu tự phối hay quần thể quá
nhỏ dẫn ñến cận phối và suy thoái, biểu hiện suy giảm sức sống và xuất hiện các
tính trạng lặn và gây hại. Như vậy sản xuất giống ở cây giao phấn cần quần thể
lớn ñảm bảo mức ñộ ña dạng di truyền cao (ña dạng của cùng giống). Sản xuất
giống ở cây giao phấn cũng phải tránh giao phấn với các giống khác trong cùng
loài hoặc khác loài ñể duy trì ñúng kiểu gen hiện có.
+ Cây sinh sản vô tính khi sản xuất giống cần tránh nguyên nhân làm suy thoái di
truyền như nhiễm bệnh, ñiều kiện canh tác và kỹ thuật nhân giống
7.2.2 Sự ổn ñịnh tương ñối của giống
Giống cây trồng là một tập hợp những cá thể có cùng nguồn gốc, cùng kiểu gen vì
vậy tương ñối ñồng nhất về kiểu hình như hình thái, màu sắc và các ñặc ñiểm nông
sinh học khác. Nói cách khác giống ổn ñịnh tương ñối về mặt di truyền, năng suất,
phẩm chất, khả năng thích ứng và chống chụi qua các thế hệ nhân. Tính ổn ñịnh của
giống biểu hiện ở nhiều tính trạng nhưng những ñiểm cơ bản là:
- Ổn ñịnh tương ñối về hình thái : hình thái chiều cao, thời gian sinh trưởng,
chiều cao ñóng bắp, màu sắc thân lá, màu sắc hạt…
- Ổn ñịnh tương ñối về năng suất: tính trạng năng suất do nhiều yếu tố tác ñộng
ñến, một số yếu tố tương ñối ổn ñịnh như khối lượng 1000 hạt, ñộ lớn của hạt, số
quả trên cây, khối lượng quả…
- Ổn ñịnh về phẩm chất chất lượng: như hàm lượng các chất dinh dưỡng ñường,
protein, amylose…
Sự ổn ñịnh của giống kiểu gen quyết ñịnh, tuy nhiên cũng bị tác ñộng của ñiều kiện
môi trường. Tùy theo mức ñộ phản ứng của kiểu gen với môi trường mà mức ñộ
thay ñổi kiểu hình khác nhau.
7.2.2.1 Phương thức sinh sản và ñộng thái di truyền quần thể cây tự thụ phấn
Cấu tạo của cơ quan sinh sản là nhụy và nhị thường trong cùng một hoa (hoa lưỡng
tính), nhụy thường có vị trí thấp hơn nhị ñể quá trình nhận phấn thuận lợi, hoa cấu
tạo thường nhỏ, không màu sắc, mùi vị. Kết quả quá trình tự thụ phấn là hạt ñể duy

trì nòi giống và cũng chính là vật liệu làm giống. Chất lượng của nguồn vật liệu này



Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Sản xuất giống và công nghệ hạt giống----------------------- 111


phụ thuộc vào ñộ thuần, sức sống và sức khoẻ của hạt, quá trình tự thụ phấn hoàn
toàn quyết ñịnh ñộ thuần di truyền của quần thể giống. Mức ñồng nhất, ổn ñịnh của
quần thể cây tự thụ phấn từ thế hệ này qua thế hệ khác là do tự thụ phấn hoàn toàn,
nếu giao phấn trạng thái ổn ñịnh di truyền bị phá vỡ. Do vậy sản xuất giống ở cây
tự thụ phấn cần quan tâm ñến kỹ thuật ñảm bảo cho quần thể tự thụ phấn hoàn toàn
ðộng thái di truyền quần thể cây tự thụ phấn luôn luôn có xu hướng trở về trạng thái
ñồng hợp nếu tự thụ phấn nghiêm ngặt.
Ví dụ : quần thể F1 là lai giữa hai bố mẹ có kiểu gen AA và aa có trỷ lệ dị hợp 100%
nhưng những thế hệ tiếp theo nếu tự thụ phấn, số cá thể
P1; P2 AA
x
aa
Dị hợp(%) ðồng hợp(%)

F1 Aa 100 0



F2 AA 2Aa aa 50 50

F3 4AA 2AA 4Aa 2aa 4aa 25 75

Như vậy tần xuất dị hợp = (1/2)

n

tần xuất ñồng hợp = ( 1 - 1/2 )
n
Số cá thể ñồng hợp tăng dần qua các thế hệ tự thụ phấn, là ñiều kiện ổn ñịnh của
quần thể cây tự thụ phấn
7.2.2.2 Phương thức sinh sản và ñộng thái di truyền quần thể cây giao phấn
Cây giao phấn là một quần thể giao phối hoàn toàn tự do và ngẫu nhiên, nó có thể
nhận phấn và cho phấn hoa khác, cây khác và thậm chí ngay của chính nó. Quá trình
này có thể nhờ tác nhân thụ phấn là gió hay côn trùng. Cấu tạo hoa của cây giao
phấn có những ñặc ñiểm ñặc thù như hoa lớn, màu sắc sặc sỡ, có mùi thơm hay túi
mật, nhụy và nhụy không chín cùng thời ñiểm phù hợp với giao phấn. Quần thể cây
giao phấn ổn ñịnh di truyền từ thế hệ này qua thế hệ khác là do giao phấn và ở trạng
thái cân bằng di truyền ñược Hardy Weinberg (Hardy 1908 và Weinbrg 1909)
"Gen và tần suất kiêủ gen trong một quần thể mendel là một hằng số từ thế hệ
này sang thế hệ khác , nếu không có chọn lọc, ñột biến, lẫn tạp hay thay ñổi ngẫu
nhiên"
Mỗi cây có cơ hội cho phấn và nhận phấn như nhau (ngang bằng ) do vậy ổn ñịnh di
truyền khi giao phối với quần thể lớn và khi tần xuất kiểu gen không thay ñổi từ thế
hệ này qua thể hệ khác quần thể ñó gọi là quần thể ở trạng thái cân bằng di truyền
Hardy Weinberg xác ñịnh bằng phương trình :

p
2
+ 2p ( 1 - p ) + ( 1 - p)
2

p là tần xuất của 1 allen và 1 - p là tần xuất của 1 allen khác. Tổng tần xuất của 2
allen = 1, nếu gọi kiểu gen khác là q ta có phương trình p
2

+ 2pq + q
2
Ví dụ minh họa : Giả sử một quần thể cây giao phấn có 4 bố mẹ, trong ñó 2 có kiểu
gen Bb và 2 có kiểu gen BB như vậy tần xuất kiểu gen B = 6:8 = 0,75 và b = 2 : 8 =



Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Sản xuất giống và công nghệ hạt giống----------------------- 112


0,25. Quần thể ở trạng thái cân bằng Hardy Weinberg thì có tần xuất kiểu gen như
sau :
( 0,75)
2
+ 2(0,75)(0,25) + (0,25)
2
= 0.56 + 0.38 + 0.06
Chứng minh quần thể trên ổn ñịnh trạng thái cân bằng gen và tần suất kiểu gen qua
một thế hệ nếu quần thể tự do thụ phấn hoàn toàn. Trường hợp thứ nhất nếu 4 bố mẹ
trên chỉ thực hiện một chiều cho phấn hay nhận phấn, gen và tần suất kiểu gen sẽ là
0,54 + 0,42 + 0,04 chưa trở về trạng thái ban ñầu.

BB Bb bb
Bb1 x Bb2 1 2 1
Bb1 x BB1 2 2
Bb1 x BB2 2 2
Bb2 x BB1 2 2
Bb2 x BB2 2 2
BB1 x BB2 4
Tổng 13 10 1

Tần xuất kiểu gen
0.54 0.42 0.04

Trường hợp thứ 2: nếu ñảm bảo trự do thụ phấn hoàn toàn bao gồm cả thuận, nghịch
và tự thụ phấn sẽ có tần xuất như sau:

BB Bb bb
6 tổ hợp lai thuận trên 13 10 1
6 tổ hợp lai nghịch củ nó 13 10 1
Tự thụ phấn Bb1 1 2 1
Tự thụ phân của Bb2 1 2 1
Tự thụ phấn của BB1 4
Tự thụ phấn của BB2 4
Tổng 36 24 4
Tần xuất kiểu gen
0.56 0.38 0.06

Tần suất trên là ñúng với trạng thái cân bằng Hardy Weinberg của quần thể 4 bố
mẹ ban ñầu. Chứng tỏ quần thể cây giao phẩn ổn ñịnh di truyền qua các thế hệ nhân
nếu hoàn toàn tự do thụ phấn. ðây là một nguyên lý rất cơ bản cho kỹ thuật sản xuất
hạt giống thụ phấn tự do ở cây giao phấn
7.2.2.3 Phương thức sinh sản và ñộng thái di truyền quần thể cây sinh sản vô
tính sinh dưỡng
Cây sinh sản vô tính có hai nhóm là hoàn toàn sinh sản vô tính sinh dưỡng như
chuối, dứa, hành, tỏi, hoàng tinh, hoàng ñao... và nhóm vừa có khả năng sinh sản
hữu tính vừa có khả năng sinh sản vô tính như cây ăn quả, khoai lang, khoai tây. Bộ
phận nhân giống là củ, thân giả, mắt, cành, thân ngầm, ñoạn cành, rễ, lá..ñặc thù của
các loài cây sinh sản vô tính quần thể là ñồng nhất từ thế hệ này qua thế hệ khác.
Những cây ñược nhân ra từ cây mẹ ban ñầu gọi là một dòng vô tính có kiểu gen

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Sản xuất giống và công nghệ hạt giống----------------------- 113


giống cây mẹ. Những tác ñộng dẫn ñến suy thoái nhân giống vô tính sinh dưỡng có
thể xảy ra như sau:
Do nhiễm bệnh trong quá trình sản xuất hay nhân giống
Sự không ñồng nhất về kiểu hình khi nhân ở những pha khác nhau của cây mẹ
Do môi trường sản xuất và nhân giống không phù hợp dẫn ñến suy thoái
7.3 Sự thoái hoá giống
7.3.1 Những biểu hiện của sự thoái hoá
Sự thay ñổi về hình thái, năng suất, chất lượng sản phẩm và khả năng chống chịu
theo xu hướng xấu của giống cây trồng sau một số lần nhân gọi là hiện tượng thoái
hoá giống. Sự thoái hoá xảy ra ở tất cả các loài và giống cây trồng, trên cả tính trạng
số lượng, chất lượng và chống chịu.
7.3.2 Nguyên nhân thoái hoá giống
Nguyên nhân gây thoái hóa giống chia thành 6 nhóm chính:
- Lẫn cơ giới
- Lẫn sinh học
- ðột biến tự nhiên
- Hiện tượng phân ly
- Sự tích luỹ bệnh
- ðiều kiện gieo trồng không phù hợp
7.3.2.1 Lẫn cơ giới
Lẫn cơ giới là lẫn giống sản xuất với giống khác xảy ra trong quá trình sản xuất, thu
hoạch, chế biến và bảo quản. ðây là một nguyên nhân nguy hiểm dẫn ñến thoái hoá
giống ñặc biệt khi lẫn hệ thống và hệ số nhân của giống lẫn lớn hơn hệ số nhân của
giống cơ bản.
Ví dụ: lẫn cơ giới 1 lần và giống lẫn có hệ số nhân (HSN) thấp hơn giống cơ bản,

giả sử HSN của giống cơ bản = 10, giống lẫn = 8, số hạt giống cơ bản ban ñầu là
1000 hạt, hạt giống khác lẫn trong lô hạt giống là 2. Tỷ lệ lẫn cơ giới qua 4 lần nhân
như sau
Bảng 7.1: Tỷ lệ lẫn qua các lần nhân trường hợp lẫn 1 lần
Số hạt Số lần gieo
Giống cơ bản Giống lẫn
Tỷ lệ lẫn( %)
Bắt ñầu 1000 2 0,20
Lần nhân thứ nhất 10.000 16 0,16
Lần nhân thứ 2 10.0000 128 0,13
Lần nhân thứ 3 1.000.000 1024 0,10
Lần nhân thứ 4 10.000.000 8192 0,08

Nếu lẫn 1 lần mà hệ số nhân của giống lẫn nhỏ hơn giống cơ bản thì tỷ lệ lẫn giảm
dần, nhưng lẫn hệ thống vẫn gây thoái hóa giống nghiêm trọng. Công thức tính tỷ lệ
lẫn lần nhân thứ n ñược tính bằng công thức sau:
Zn = Z + Zk + Zk
2
+ Zk
3
+ Zk
4
+...Zk
n

Trong ñó: Zn là tỷ lệ lẫn lần thứ n (%)