Nghiên cứu di truyền sinh trưởng và tính chất gỗ Keo lá tràm thế hệ 2

Luận văn nghiên cứu đặc điểm di truyền, sinh trưởng và tính chất gỗ Keo lá tràm thế hệ 2, phục vụ mục tiêu trồng rừng gỗ lớn đạt năng suất cao.

• Tác giả: Ngô Văn Chính
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Xuân Trường
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp
• Chuyên ngành: Lâm học
• Đề tài: Nghiên cứu Đặc điểm Biến dị, Khả năng Di truyền về Sinh trưởng và Các Tính chất Gỗ Keo lá tràm (Acacia auriculiformis A. ex Benth) trong Các Khảo nghiệm Hậu thế Thế hệ 2 Phục vụ Trồng rừng Gỗ lớn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Nguồn gốc và đặc điểm hình thái của Keo lá tràm

Keo lá tràm (Acacia auriculiformis A. ex Benth) là một loài cây gỗ quý được trồng rộng rãi phục vụ trồng rừng gỗ lớn tại Việt Nam. Cây có nguồn gốc từ Úc và Papua New Guinea, với các đặc điểm di truyền vô cùng độc đáo. Hình thái của keo lá tràm bao gồm thân cây thẳng, tán rộng, lá có hình dạng đặc biệt giống lá tràm. Cây phát triển nhanh với khả năng thích ứng cao với các điều kiện sinh thái khác nhau. Biến dị di truyền trong quần thể keo lá tràm tạo ra sự đa dạng về chiều cao, đường kính thân và chất lượng gỗ. Những tính chất di truyền này làm cho keo lá tràm trở thành lựa chọn hàng đầu cho các dự án trồng rừng gỗ lớn hiện nay.

1.1. Phân bố địa lý và tiềm năng phát triển

Keo lá tràm phân bố tự nhiên tại Úc và khu vực Đông Nam Á. Tại Việt Nam, trồng rừng gỗ lớn keo lá tràm đã được phát triển ở nhiều vùng sinh thái khác nhau. Cây thích hợp với khí hậu nhiệt đới, đặc biệt là vùng Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Tiềm năng di truyền của loài này cho phép tạo ra các giống cây có năng suất cao, gỗ chất lượng tốt phục vụ công nghiệp.

1.2. Đặc điểm hình thái và cơ cấu di truyền

Đặc điểm di truyền của keo lá tràm thể hiện qua hình thái lá, kích thước thân và tốc độ sinh trưởng. Các tính chất gỗ như mật độ gỗ, độ cứng được kiểm soát bởi các yếu tố di truyền. Trong các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2, sự biến dị giữa các gia đình cây cho thấy khả năng di truyền cao của những tính trạng này.

II. Khả năng di truyền về sinh trưởng và chất lượng gỗ

Khả năng di truyền là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất trong nghiên cứu cải thiện giống keo lá tràm. Các kết quả từ khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 cho thấy các tính chất di truyền như chiều cao vút ngọn, đường kính ngang ngực và độ thẳng thân có khả năng di truyền từ trung bình đến cao. Biến dị di truyền về sinh trưởng giữa các gia đình cây được chọn lọc khá lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chọn lọc gia đình, dòng vô tính có năng suất cao. Tính chất gỗ như mật độ, độ cứng cũng thể hiện khả năng di truyền đáng kể, cho phép tạo ra những giống keo lá tràm với chất lượng gỗ vượt trội.

2.1. Sinh trưởng chiều cao và đường kính thân

Trong các khảo nghiệm hậu thế, chiều cao vút ngọn (Hvn) và đường kính ngang ngực (D1.3) là những chỉ tiêu sinh trưởng chính được theo dõi. Khả năng di truyền của hai tính trạng này dao động từ 0,25 đến 0,45, cho thấy sự ảnh hưởng đáng kể của yếu tố di truyền. Các gia đình có biến dị lớn về sinh trưởng được ưu tiên chọn lọc cho trồng rừng gỗ lớn.

2.2. Tính chất gỗ và chất lượng thân cây

Tính chất gỗ của keo lá tràm bao gồm mật độ gỗ, độ cứng, màu sắc và cấu trúc. Đặc điểm di truyền liên quan đến các tính chất này được xác định thông qua khảo nghiệm ở các gia đình khác nhau. Khả năng di truyền về các tính chất gỗ được đánh giá trên cơ sở độ thẳng thân (Dtt) và độ nhỏ cành (Dnc), ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng gỗ sơ chế.

III. Tương tác kiểu gen hoàn cảnh trong trồng rừng gỗ lớn

Tương tác kiểu gen - hoàn cảnh (G×E interaction) đóng vai trò quan trọng trong biểu hiện đặc điểm di truyền của keo lá tràm ở các địa điểm trồng rừng khác nhau. Các kết quả từ khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 tại Ba Vì (Hà Nội) và Nam Đàn (Nghệ An) cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong biểu hiện của các tính trạng sinh trưởng và tính chất gỗ. Khả năng di truyền của cùng một gia đình cây có thể thay đổi đáng kể tùy theo điều kiện khí hậu, đất đai và quản lý tại từng khu vực. Sự hiểu biết về tương tác G×E giúp chọn lọc các gia đình keo lá tràm phù hợp với từng vùng sinh thái, tối ưu hóa hiệu quả trồng rừng gỗ lớn.

3.1. Ảnh hưởng của điều kiện sinh thái đến biểu hiện di truyền

Điều kiện khí hậu và đất đai tại Ba Vì và Nam Đàn có ảnh hưởng khác nhau đến sinh trưởng của keo lá tràm. Biến dị giữa các gia đình cây tại hai khu vực khác nhau cho thấy tương tác G×E rõ rệt. Một số gia đình có khả năng di truyền cao ở Ba Vì nhưng lại không biểu hiện tốt ở Nam Đàn, yêu cầu cần chọn lọc các gia đình keo lá tràm phù hợp với từng vùng sinh thái.

3.2. Chiến lược chọn lọc thích ứng với điều kiện địa phương

Chọn lọc gia đình keo lá tràm cần phải xem xét tương tác G×E để đạt hiệu quả tối đa. Các gia đình có ổn định biểu hiện ở nhiều điều kiện khác nhau được ưu tiên cho trồng rừng gỗ lớn quy mô. Dòng vô tính từ những cây trội có thể được chọn lọc riêng cho từng vùng sinh thái.

IV. Chiến lược cải thiện giống và tăng thu di truyền

Cải thiện giống keo lá tràm thông qua chọn lọc gia đình và dòng vô tính là một chiến lược hiệu quả để nâng cao năng suất trồng rừng gỗ lớn. Tăng thu di truyền lý thuyết được tính toán dựa trên khả năng di truyền và biến dị giữa các gia đình cây. Các kết quả từ khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 cho thấy tăng thu lý thuyết về sinh trưởng có thể đạt từ 15-25% khi chọn lọc 20% gia đình tốt nhất. Dòng vô tính được nhân giống từ các cây trội có thể đạt tăng thu lên đến 30-40% so với giống tự do. Kết hợp chọn lọc gia đình với công nghệ nhân dòng vô tính sẽ tạo ra những cây keo lá tràm có năng suất cao, chất lượng gỗ tốt phục vụ trồng rừng gỗ lớn bền vững.

4.1. Tính toán tăng thu di truyền lý thuyết

Tăng thu di truyền được tính theo công thức: R = h² × i × S, trong đó h² là khả năng di truyền, i là cường độ chọn lọc, S là độ sai khác. Dựa trên khảo nghiệm hậu thế, tăng thu lý thuyết về chiều cao có thể đạt 0,8-1,2 m/năm khi chọn lọc 20% gia đình cây. Biến dị giữa gia đình cho phép tính toán chính xác tăng thu có thể đạt được.

4.2. Chọn lọc gia đình cây trội và nhân dòng vô tính

Chọn lọc gia đình keo lá tràm dựa trên giá trị trung bình sinh trưởng, chất lượng gỗ và khả năng thích ứng. Các cây trội có sinh trưởng vượt trội được xác định để nhân dòng vô tính bằng cách chiết cành. Dòng vô tính từ những cây tốt nhất có thể bảo toàn hoàn toàn đặc điểm di truyền và cho năng suất cao hơn giống tự do 30-40%.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan nghiên cứu ngoài nước 1. Nguồn gốc phân bố và đặc điểm hình thái Trong chi Keo có khoảng 1.300 loài phân bố rộng khắp trên toàn cầu, từ Úc qua châu Á tới châu Phi và châu Mỹ. Các loài Keo là những loài cây có khả năng cố định đạm và có thể thích nghi với rất nhiều điều kiện đất đai và khí hậu khác nhau.

Keo lá tràm (Acacia auriculiformis A. ex Benth) có nguồn gốc từ Australia (Au), Papua New Guinea (PNG) và Indonesia (Indo), phân bố chủ yếu ở 8 – 16o vĩ Nam, ở độ cao 100m, có thể đến 400m so với mực nước biển, lượng mưa 1.400 mm/năm, song có thể chịu được lượng mưa 500 – 1. Ở Australia loài cây này phân bố chủ yếu ở các vùng phía Bắc bang Northern Territory với độ cao 400 m (nằm giữa 11o đến 14o vĩ Nam và 130o đến 135o kinh Đông), Cape York Peninsula, Queesland và trên đảo Torres Strait ở độ cao 150 m (10o đến 16o vĩ Nam và 142o đến 145o kinh Đông). Ở Papua New Guinea, Keo lá tràm bắt gặp chủ yếu ở phía Tây, từ vùng giáp ranh Irian Jaya đến vùng sông Oriomo.

Tại Indonesia loài Keo này phân bố gần Papua New Guinea và trên đảo Kai Island, chủ yếu ở độ cao từ 5 đến 20 m (Pinyopusarerk, 1984) (hình 1.1: Phân bố tự nhiên của Keo lá tràm(Pinyopusarerk, 1990) 4 Keo lá tràm thường có kích thước trung bình, thân ngắn nhiều cành nhánh, tuy nhiên trên các lập địa tốt loài này có thể cao 30m với đường kính 80 cm và thân tròn thẳng, đơn trục (Pinyopusarerk, 1990). Cây con ở giai đoạn 2 - 3 tuần kể từ khi nẩy mầm có 1 - 2 lá kép lông chim 2 lần chẵn được gọi là lá thật. Tiếp theo sau đó xuất hiện lá biến dạng trung gian phần đầu vẫn là lá kép, phần cuống phình ra tạo thành hình mũi mác thẳng, dài và rộng bản. Sau đó, lá kép bị mất hoàn toàn được thay thế bằng lá đơn trưởng thành, mọc cách, mép lá không có răng cưa, phiến hơi cong như hình lưỡi liềm, gọi là lá giả.

Loại lá này được tồn tại trong suốt thời gian sống của cây, lá dày, màu xanh thẫm, cuống ngắn có 3 gân gốc chạy song song dọc theo phiến lá. Hoa tự hình bông dài 8 – 15 cm, mọc ở nách lá gần đầu cành, tràng màu vàng nhiều nhị vươn dài ra ngoài hoa. Quả đậu xoắn, hạt nằm ngang, tròn và dẹt khi khô màu nâu bóng, dây rốn dài, quấn quanh hạt. Khi còn non quả hình dẹt, mỏng, thẳng, màu vàng khi già chuyển sang mầu nâu nhạt, vỏ quả khô hình xoắn, mỗi quả có từ 5 - 7 hạt.

Khi chín vỏ quả khô và nứt ra, hạt vẫn được dính với vỏ bằng một sợi dây màu vàng ở rốn hạt. Hạt màu nâu đen và bóng, mỗi kg có 45. Tình hình gây trồng và tiềm năng phát triển Các loài keo nhiệt đới thuộc chi Acacia có vai trò quan trọng trong trồng rừng ở các nước nhiệt đới, nóng ẩm ở vùng Đông Nam Á. Trong đó 4 loài có tầm quan trọng đặc biệt cho trồng rừng bao gồm Keo tai tượng (Acacia mangium), Keo lá tràm (A.

auriculiformis), Keo lá liềm (A. crassicarpa) và giống lai giữa Keo tai tượng và Keo lá tràm (A. Gỗ Keo lá tràm có thớ mịn, vân và màu sắc đẹp, nên được dùng phổ biến làm gỗ xẻ đóng đồ gia dụng và đồ thủ công mỹ nghệ (Pinyopusarerk, 1990). Đây là loài có sinh trưởng nhanh, gỗ có khối lượng riêng từ 0,5 - 0,6 g/cm3, thậm chí 0,7 g/cm3, nhiệt lượng cao từ 4.900 Kcal/kg, có thể 5 dùng làm gỗ củi, làm giấy, làm gỗ xây dựng và đồ mộc (Viện Hàn lâm khoa học Mỹ, 1984).

Keo lá tràm cũng là loài cây có nốt sần chứa cả Rhizobium và Bradyrhiobium, có khả năng tổng hợp nitơ tự do trong không khí rất cao (Dart và các công sự, 1991). Hiện nay, các loài Keo đã được trồng ở 70 nước trên thế giới, với mục đích là tái tạo rừng, cung cấp gỗ, các sản phẩm lâm sản ngoài gỗ và che bóng cho gia súc. Trong các loài Keo, loài Keo lá tràm là loài có khả năng thích nghi rộng và phù hợp cho công tác tái tạo rừng tại những điều kiện khí hậu đất đai khắc nghiệt. Chính vì những ưu điểm này, Keo lá tràm đã được trồng nhiều tại các nước ở châu Á.

Từ những năm 1990, tổng diện tích rừng trồng Keo lá tràm tại Trung Quốc đã là 60,000 ha, tại Việt Nam là 45.000 ha, tại Ấn Độ là 45,000 và gần 10,000 ha tại các nước như Thái Lan, Philippines, Indonesia và Malaysia (Turnbull và cộng sự, 1997). Tổng diện tích rừng trồng các loài keo ở các nước nhiệt đới vùng Đông Nam Á đến năm 2013 là gần 3,5 triệu ha tập trung chủ yếu ở Indonesia, Malaysia và Việt Nam, có một ít diện tích rừng trồng ở khu vực nhiệt đới Nam Á, Châu Phi và Châu Mĩ La tinh. Trong số các loài keo thì Keo tai tượng có diện tích trồng rừng lớn nhất với tổng diện tích khoảng 1,5 triệu ha, tiếp đến là Keo lá liềm khoảng 1,2 triệu ha, keo lai là khoảng 600.000 ha và Keo lá tràm khoảng 200. Rừng trồng các loài keo phần lớn được kinh doanh để sản xuất bột giấy với chu kỳ 5 – 8 năm.

Ngoài ra, gỗ keo còn được dùng để đóng đồ nội thất, chế biến ván MDF và gỗ dán (Griffin, 2014). Chu kỳ kinh doanh của cây Keo lá tràm thường từ 8 đến 12 năm với mục tiêu làm gỗ nguyên liệu. Vỏ và giác Keo lá tràm thường chiếm khoảng 30% thể tích thân cây, lõi có màu nâu nhẹ đến đỏ thẫm, thớ gỗ mịn, có thể dùng đóng đồ mộc rất tốt (Chomcharn và cộng sự, 1986). Trong những năm gần đây, ở các nước Indonesia và Malaysia, Keo tai tượng bị chết hàng loạt do bị bệnh chết héo do nấm Ceratocytis manginecans 6 gây ra và các nước này hiện đang chuyển dần sang các loài cây khác thay thế.

Trong số các loài keo thì Keo lá tràm có khả năng chống chịu bệnh chết héo tốt nhất, trong khi Keo tai tượng là loài mẫn cảm với bệnh nhất (Tarigan và cộng sự, 2016). Chính vì vậy, Keo lá tràm gần đây cũng đã được quan tâm nghiên cứu do khả năng sinh trưởng nhanh, tính chất gỗ tốt rất phù hợp cho làm gỗ xẻ đồng thời có khả năng chống chịu bệnh rất tốt. Nghiên cứu cải thiện giống Keo lá tràm 1. Biến dị giữa các xuất xứ Biến dị di truyền về tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân cây và các tính chất gỗ đã được nghiên cứu và ghi nhận từ những chương trình cải thiện giống các loài Keo.

Biến dị di truyền đã được nghiên cứu hầu hết ở các mức độ xuất xứ, khá ít các nghiên cứu tiến hành ở mức độ gia đình. Tuy nhiên, các kết quả đã chỉ ra rằng các biến dị này có thể đóng góp tích cực trong các chương trình chọn giống. Các khảo nghiệm xuất xứ được xây dựng ở một số nước khẳng định biến dị giữa các xuất xứ là khá lớn về các tính trạng sinh trưởng, và có sự khác biệt rõ ràng giữa 3 vùng phân bố chính cũng như giữa các xuất xứ trong 1 vùng của Keo lá tràm (Nghia, 2003; Kamis và cộng sự, 1994). Các xuất xứ từ Queensland và PNG sinh trưởng hơn hẳn các xuất xứ từ Northern Territory (Otsamo và cộng sự, 1996).

Biến động vĩ độ của các khu phân bố loài này cũng ảnh hưởng rõ rệt tới sinh trưởng của các xuất xứ trong các khảo nghiệm ở nhiều nước (Khasavà cộng sự, 1995). Khi trồng tại cùng một lập địa, các xuất xứ phía Bắc, đặc biệt các xuất từ Papua New Guinea (vĩ độ thấp), sinh trưởng tốt hơn các xuất xứ ở phía Nam (vĩ độ cao). Từ những năm 1980, các nghiên cứu cải thiện giống Keo lá tràm tại Thái Lan được tiến hành với nguồn giống nhập từ Australia, Papua New Guinea (Luangviriyasaeng và cộng sự, 2014). Qua đó thu được một số kết quả quan trọng, nghiên cứu của Luangviriyasaeng and Pinyopusarerk (2002) đã 7 xác định được hệ số di truyền theo nghĩa hẹp cho các tính trạng sinh trưởng và độ thẳng thân đạt từ 0,07 - 0,15.

Biến dị ở mức độ gia đình và dòng vô tính Nghiên cứu ở mức độ gia đình trong loài Keo lá tràm được hai tác giả Luangviriyasaeng và Pinyopusarerk (2002) tiến hành nghiên cứu tại Thái Lan. Các tác giả đã khẳng định hệ số di truyền về sinh trưởng, độ thẳng thân và tính trạng cành trong các gia đình Keo lá tràm tại khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 là thấp (0,1- 0,2). Xu hướng tương quan di truyền giữa sinh trưởng với độ thẳng thân, và góc phân cành đã được nghiên cứu trong khảo nghiệm xuất xứ Keo lá tràm tại Zaire. Kết quả cho thấy hệ số tương quan di truyền yếu và không sai khác rõ ràng, chứng tỏ không có mối quan hệ di truyền giữa sinh trưởng với độ thẳng thân.

Đối với tính trạng sinh trưởng (đường kính và chiều cao), tương tác di truyền hoàn cảnh đã được tìm thấy tại Zaire (Khasavà cộng sự, 1995). Song song với các khảo nghiệm loài và xuất xứ, trong khoảng 10 năm gần đây các kỹ thuật di truyền phân tử cũng đã được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu cải thiện giống cây rừng. Các nghiên cứu di truyền phân tử được dùng để đánh giá mức độ đa dạng di truyền trong quần thể và giữa các quần thể, tỷ lệ giao phấn chéo trong quần thể. Các nghiên cứu của Wickneswari và Norwati (1993) sử dụng chỉ thị phân tử isozyme trong đánh giá đa dạng di truyền của quần thể Keo lá tràm tự nhiên tại Australia cho thấy sự sai khác khá cao giữa các quần thể và sự sai khác di truyền là do sự sai khác giữa các cá thể trong quần thể.

Điều này có thể lý giải cho sự sai khác về sinh trưởng cũng như khả năng thích nghi của các xuất xứ trong các khảo nghiệm và là cơ sở quan trọng trong chọn lọc cá thể. Các nghiên cứu về di truyền quần thể tự nhiên Keo lá tràm tại Queensland và Papua New Guinea (Moran và cộng sự, 1989) cho thấy rằng loài Keo lá tràm có tỷ lệ thụ phấn chéo khá cao và quần thể tại Northern Territory có tỷ lệ tự thụ phấn cao nhất so với các xuất xứ khác. Nghiên cứu các tính chất gỗ Các nghiên cứu về cải thiện các tích chất gỗ của Keo lá tràm còn rất hạn chế, chủ yếu các nghiên cứu về tỷ trọng gỗ. Tại Ấn Độ, sự khác biệt rất rõ ràng về tỷ trọng gỗ giữa 12 xuất xứ Keo lá tràm đã được ghi nhận bởi Khasa và các cộng sự (1995).