Luận án nghiên cứu đặc điểm biến dị khả năng di truyền về sinh trưởng và đánh giá mức độ đa dạng di truyền của một số nguồn giống thông caribê pinus caribaea morelet

Luận án nghiên cứu đặc điểm biến dị, khả năng di truyền về sinh trưởng và đánh giá mức độ đa dạng di truyền của giống thông Caribê Pinus caribaea Morelet.

• Tác giả: Trần Đức Vượng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Kiên
• Trường học: Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây lâm nghiệp
• Đề tài: Nghiên cứu đặc điểm biến dị, khả năng di truyền về sinh trưởng và đánh giá mức độ đa dạng di truyền của một số nguồn giống Thông Caribê (Pinus caribaea Morelet)
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 3. NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 5. KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Biến dị di truyền và đa dạng gen của giống thông Caribê

Nghiên cứu tập trung vào biến dị di truyền và đa dạng gen của giống thông Caribê (Pinus Caribaea Morelet). Các kết quả cho thấy sự biến đổi đáng kể trong các tính trạng sinh trưởng và chất lượng gỗ giữa các nguồn giống khác nhau. Phân tích di truyền bằng chỉ thị phân tử ISSR đã xác định mức độ đa dạng di truyền cao trong quần thể nghiên cứu. Điều này làm nổi bật tiềm năng của việc chọn lọc và cải thiện giống để tăng năng suất và chất lượng gỗ.

1.1. Biến dị di truyền về sinh trưởng và chất lượng gỗ

Nghiên cứu đã chỉ ra sự biến dị di truyền đáng kể trong các tính trạng sinh trưởng như chiều cao, đường kính thân và chất lượng gỗ giữa các gia đình thông Caribê. Các kết quả từ các khảo nghiệm hậu thế tại Ba Vì, Đại Lải và Cam Lộ cho thấy sự khác biệt rõ rệt về khả năng di truyền của các tính trạng này. Điều này cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn lọc các gia đình ưu trội trong chương trình cải thiện giống.

1.2. Đa dạng gen và quan hệ di truyền

Phân tích di truyền bằng chỉ thị ISSR đã xác định mức độ đa dạng gen cao trong các nguồn giống thông Caribê. Các kết quả cho thấy sự phân hóa di truyền rõ rệt giữa các nguồn giống, với khoảng cách di truyền dao động từ 0,12 đến 0,45. Điều này khẳng định sự cần thiết của việc bảo tồn và sử dụng hiệu quả nguồn gen này trong các chương trình chọn giống.

II. Nghiên cứu di truyền và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng di truyền và tương tác kiểu gen - hoàn cảnh của các tính trạng kinh tế quan trọng như sinh trưởng và chất lượng gỗ. Các kết quả cho thấy hệ số di truyền cao đối với các tính trạng sinh trưởng, điều này khẳng định tiềm năng của việc chọn lọc và cải thiện giống. Nghiên cứu cũng đề xuất các định hướng nghiên cứu cải thiện giống thông Caribê tại Việt Nam.

2.1. Khả năng di truyền và tương tác kiểu gen hoàn cảnh

Nghiên cứu đã xác định hệ số di truyền cao đối với các tính trạng sinh trưởng và chất lượng gỗ, với giá trị dao động từ 0,65 đến 0,85. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của việc chọn lọc và cải thiện giống. Ngoài ra, nghiên cứu cũng chỉ ra sự tương tác kiểu gen - hoàn cảnh đáng kể, điều này cần được xem xét trong các chương trình chọn giống để đảm bảo hiệu quả cao nhất.

2.2. Ứng dụng thực tiễn trong chọn giống

Nghiên cứu đã chọn lọc được một số gia đình thông Caribê có sinh trưởng nhanh và chất lượng gỗ tốt, làm cơ sở cho các chương trình chọn giống. Các kết quả này có ý nghĩa thực tiễn lớn, giúp tăng năng suất và chất lượng gỗ trong sản xuất lâm nghiệp. Đồng thời, nghiên cứu cũng đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện chương trình cải thiện giống.

III. Bảo tồn và phát triển nguồn gen thông Caribê

Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo tồn gen và phát triển nguồn gen thông Caribê tại Việt Nam. Các kết quả phân tích đa dạng di truyền và quan hệ di truyền giữa các nguồn giống đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chiến lược bảo tồn và sử dụng hiệu quả nguồn gen này.

3.1. Bảo tồn nguồn gen thông Caribê

Nghiên cứu đã xác định mức độ đa dạng di truyền cao trong các nguồn giống thông Caribê, điều này khẳng định sự cần thiết của việc bảo tồn gen. Các kết quả phân tích quan hệ di truyền giữa các nguồn giống đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chiến lược bảo tồn hiệu quả.

3.2. Phát triển nguồn gen trong sản xuất lâm nghiệp

Nghiên cứu đã đề xuất các định hướng phát triển nguồn gen thông Caribê trong sản xuất lâm nghiệp. Các kết quả chọn lọc các gia đình ưu trội và phân tích đa dạng di truyền đã cung cấp cơ sở khoa học cho việc sử dụng hiệu quả nguồn gen này trong các chương trình trồng rừng và cải thiện giống.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Nghiên cứu di truyền và cải thiện giống cây rừng nhiệt đới đóng vai trò then chốt trong chiến lược tái cơ cấu ngành lâm nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh chuyển dịch từ rừng trồng gỗ nhỏ (chu kỳ ngắn phục vụ dăm mảnh) sang phát triển rừng trồng gỗ lớn có giá trị kinh tế và khả năng lưu giữ carbon cao. Cây Thông caribê (Pinus caribaea Morelet), nguyên sản từ Trung Mỹ và vùng biển Caribê, bao gồm 3 biến chủng chính: Pinus caribaea var. hondurensis (PCH), Pinus caribaea var. caribaea (PCC) và Pinus caribaea var. bahamensis (PCB). Đây là loài cây lá kim nhiệt đới có biên độ sinh thái rộng, sinh trưởng nhanh, thân thẳng và chất lượng gỗ đa dụng (từ gỗ xẻ, trụ mỏ, ván dán composite đến bột giấy chất lượng cao). Tại Việt Nam, Thông caribê đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đưa vào danh mục loài cây trồng rừng chính theo Thông tư số 22/2021/TT-BNNPTNT và được định hướng gây trồng tại 7/9 vùng sinh thái lâm nghiệp trên toàn quốc.

Mặc dù được du nhập vào Việt Nam từ những năm 1963–1980, phần lớn các công trình nghiên cứu trước đây (Lê Đình Khả & Hồ Viết Sắc, 1990; Phí Quang Điện, 1989; Dieters và cộng sự, 2006) mới chỉ dừng lại ở khảo nghiệm loài và xuất xứ địa lý. Khoảng trống tri thức mang tính cốt lõi (research gap) nằm ở chỗ: các quần thể Thông caribê hiện có tại Việt Nam không rõ nguồn gốc phả hệ cụ thể, thiếu các đánh giá định lượng chuẩn xác về thông số di truyền cá thể/gia đình qua các giai đoạn tuổi, tương tác kiểu gen với hoàn cảnh ($G \times E$), và chưa có dữ liệu phân tích cấu trúc đa dạng di truyền ở cấp độ phân tử. Thực trạng này cản trở trực tiếp việc thiết lập quần thể chọn giống thế hệ 1 (F1) và thế hệ 2 (F2) bền vững.

Luận án tiến sĩ lâm nghiệp của NCS. Trần Đức Vượng (2023) với tiêu đề "Nghiên cứu đặc điểm biến dị, khả năng di truyền về sinh trưởng và đánh giá mức độ đa dạng di truyền của một số nguồn giống Thông caribê (Pinus caribaea Morelet)", dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Đức Kiên và TS. Hà Huy Thịnh tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, đã giải quyết toàn diện khoảng trống học thuật trên. Luận án đặt ra 4 câu hỏi nghiên cứu cụ thể:

1. Mức độ biến dị về sinh trưởng ($D_{1.3}$, $H_{vn}$, $VOL$), chất lượng thân cây ($D_{tt}$, $D_{nc}$, $P_{tn}$, $Sk$, $I_{cl}$) và khối lượng riêng gỗ ($KLR$) giữa các nguồn giống và gia đình Thông caribê biến động như thế nào qua các giai đoạn tuổi?
2. Khả năng di truyền theo nghĩa hẹp ($h^2$), hệ số biến động di truyền lũy tích ($CV_a$) và tương tác kiểu gen - lập địa ($G \times E$) diễn ra theo quy luật nào tại 3 vùng sinh thái trọng điểm?
3. Mức độ đa dạng di truyền và cấu trúc quần thể phân tử của các nguồn giống cây trội Thông caribê tại Việt Nam biểu hiện ra sao dưới tác động của chỉ thị phân tử ISSR?
4. Mức độ tăng thu di truyền lý thuyết ($\Delta G$) đạt được là bao nhiêu khi tiến hành chọn lọc cá thể ưu trội để chuyển hóa khảo nghiệm thành vườn giống hữu tính?

Dựa trên hệ thống 3 khảo nghiệm hậu thế thiết lập năm 2017 với quy mô từ 80 đến 100 gia đình bán anh em (half-sib families) đại diện cho 6 nguồn giống (Ba Vì 1, Ba Vì 2, Đại Lải, Hương Thủy, Tứ Hạ và Hải Vân) trên 3 vùng sinh thái (Trung tâm Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ), kết hợp 500 mẫu phân tích sinh học phân tử, nghiên cứu đã tạo ra bước đột phá định lượng trong chọn giống Thông caribê tại Việt Nam.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu di truyền học số lượng và chọn giống Pinus caribaea trên thế giới đã trải qua hơn nửa thế kỷ với các mạng lưới khảo nghiệm quy mô quốc tế do Viện Lâm nghiệp Oxford (OFI) và Tổ chức Hợp tác Bảo tồn Tài nguyên Cây rừng Trung Mỹ và Mexico (CAMCORE) điều phối (Greaves, 1980; Dvorak và cộng sự, 1993, 2005). Các công trình kinh điển của Birks & Barnes (1990) và Dieters & Nikles (1997) đã chứng minh rằng biến chủng P. caribaea var. hondurensis (PCH) vượt trội về sinh trưởng sinh khối so với biến chủng bahamensis (PCB) và caribaea (PCC), nhưng thường có tỷ lệ khuyết tật thân cây cao hơn, đặc biệt là hiện tượng sinh trưởng liên tục không phân cành hay còn gọi là đuôi chồn ("foxtailing") (Ibrahim, 1984).

Trong y văn quốc tế, tồn tại ba luồng tranh luận học thuật sâu sắc:

• Tranh luận về độ tuổi chọn lọc sớm: Eismann và cộng sự (1983) khi nghiên cứu khảo nghiệm tại Queensland (Úc) cho rằng không thể đánh giá chính xác giá trị di truyền trước tuổi 8–10 do sự đảo chiều xếp hạng gia đình. Ngược lại, Sebbenn và cộng sự (2006) tại Brazil và Belaber và cộng sự (2018) tại Argentina khẳng định tương quan di truyền tuổi non - tuổi thành thục ($r_{g}$) đối với đường kính và chiều cao ở giai đoạn 3–5 tuổi là đủ cao ($r_g > 0.70$) để tiến hành chọn lọc sớm, giúp rút ngắn chu kỳ chọn giống lâm nghiệp.
• Tranh luận về mối quan hệ giữa sinh trưởng và khối lượng riêng gỗ ($KLR$): Nhóm nghiên cứu của Wright (1989) và Santos và cộng sự (2016) cảnh báo nguy cơ tương quan nghịch di truyền giữa sinh trưởng thể tích nhanh và khối lượng riêng gỗ, dẫn đến suy giảm độ bền cơ lý; trong khi Khiari và cộng sự (1989) tại Zanzibar và Cown (1981) tại Fiji chứng minh biến dị khối lượng riêng chịu tác động mạnh bởi tuổi thành thục và vị trí bán kính thân gỗ hơn là sự ức chế thuần túy của tốc độ sinh trưởng.
• Tranh luận về cấu trúc di truyền phân tử: Các nghiên cứu sử dụng Isozyme (Zheng & Ennos, 1999) và SSR (Delgado và cộng sự, 2011; Sanchez và cộng sự, 2014; Camacho và cộng sự, 2018) chỉ ra rằng Pinus caribaea tự nhiên có mức độ đa dạng di truyền trung bình đến cao ($H_e = 0.422 - 0.571$), nhưng các quần thể thuần hóa nhân tạo ngoài vùng nguyên sản dễ rơi vào tình trạng nút thắt cổ chai di truyền (genetic bottleneck) và suy thoái do giao phối cận huyết ($F_{is} > 0.10$).

So sánh với 2 công trình quốc tế tiêu biểu:

1. Nghiên cứu CAMCORE tại Nam Mỹ (Moura & Dvorak, 2000, 2001; Hodge & Dvorak, 2001) trên 172 gia đình thuộc 48 khảo nghiệm tại Brazil, Colombia và Venezuela ở tuổi 12 ghi nhận hệ số di truyền đường kính $h^2 = 0.12 - 0.26$, thể tích thân cây $h^2 = 0.17 - 0.40$, và đuôi chồn $h^2_f = 0.63$.
2. Nghiên cứu tại Parana, Tây Bắc Brazil (Souza và cộng sự, 2017) trên biến chủng PCH ở tuổi 5 chỉ ra $h^2$ dao động từ 0.06 đến 0.51, với biến dị di truyền lũy tích $CV_a$ từ 5.5% đến 13.8%.

Luận án của Trần Đức Vượng định vị vững chắc trong bức tranh học thuật toàn cầu khi chứng minh rằng các quần thể chọn giống tại Việt Nam dù trải qua quá trình nhập nội không liên tục vẫn bảo lưu được nền tảng đa dạng di truyền phong phú ($PPB = 75 - 88%$), đồng thời cung cấp bộ thông số di truyền ở tuổi 3 đến 5.5 tuổi tương đương với các chương trình cải thiện giống quốc tế tiên tiến.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đã mở rộng và kiểm chứng các lý thuyết di truyền học định lượng và sinh thái học quần thể:

• Mở rộng Lý thuyết Di truyền Số lượng (Quantitative Genetics Theory) của Falconer & Mackay (1996) và Lynch & Walsh (1998) trong điều kiện lâm nghiệp nhiệt đới gió mùa. Luận án chứng minh rằng biến dị kiểu hình các tính trạng kinh tế của Thông caribê được chi phối mạnh mẽ bởi phương sai di truyền cộng gộp ($\sigma_A^2$), với hệ số di truyền theo nghĩa hẹp ($h^2$) của đường kính ($D_{1.3}$) và chiều cao ($H_{vn}$) gia tăng tuyến tính theo tuổi sinh lý từ 3 đến 5.5 tuổi ($h^2$ tăng từ mức thấp 0.11–0.18 lên mức trung bình khá 0.25–0.42).
• Kiểm chứng Mô hình Tương tác Kiểu gen - Hoàn cảnh ($G \times E$ Interaction Model) theo nguyên lý Finlay & Wilkinson (1963): Luận án xác lập bằng chứng về sự thay đổi thứ hạng gia đình giữa vùng khí hậu á nhiệt đới có mùa đông lạnh (Ba Vì, Đại Lải) và vùng nhiệt đới điển hình nhiều bão gió (Cam Lộ), bác bỏ giả định về tính tương đồng phản ứng của các dòng giống Thông caribê trên toàn dải sinh thái Việt Nam.
• Xác lập các mệnh đề khoa học (Theoretical Propositions):
  • Mệnh đề 1 ($P_1$): Tính trạng khối lượng riêng gỗ ($KLR$) có mức độ kiểm soát di truyền độc lập tương đối với tốc độ sinh trưởng đường kính ở giai đoạn hậu thế 5.5 tuổi ($r_g \approx 0$), cho phép đồng thời cải thiện năng suất sinh khối và tỷ trọng gỗ.
  • Mệnh đề 2 ($P_2$): Hiện tượng đuôi chồn (foxtailing) chịu sự kiểm soát chặt chẽ của yếu tố di truyền nội tại gia đình kết hợp với áp lực kích hoạt từ lượng mưa và nhiệt độ tích lũy cao, biểu hiện rõ rệt ở vùng sinh thái Bắc Trung Bộ.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp 3 trụ cột lý thuyết: Di truyền học số lượng cá thể (Individual-tree Mixed Models), Sinh thái học tiến hóa cảnh quan (Landscape Genecology), và Di truyền học phân tử quần thể (Molecular Population Genetics).

Điều kiện biên (Boundary conditions): Khung phân tích áp dụng chuẩn xác cho các quần thể khảo nghiệm hậu thế từ 3 đến 5.5 tuổi, sinh trưởng trên các nhóm đất đồi Feralit điển hình nghèo kiệt của miền Bắc và miền Trung Việt Nam, với lượng mưa từ 1,040 mm đến 2,509 mm/năm.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ thế giới quan thực chứng (positivism) với phương pháp tiếp cận định lượng thực nghiệm đa địa điểm (multi-site experimental trials).

Hệ thống khảo nghiệm được bố trí theo thiết kế hàng - cột (Row-Column Design) cân bằng không hoàn toàn nhằm loại trừ tối đa sai số do biến dị tiểu lập địa:

• Quy mô lặp lại: 8 lần lặp lại (replications), mỗi ô cơ sở (plot) gồm 3 cây trồng thẳng hàng.
• Cự ly và mật độ: Cự ly trồng $3\text{ m} \times 2\text{ m}$, tương ứng mật độ $1,660\text{ cây/ha}$.
• Quy mô vật liệu thực nghiệm:
  • Khảo nghiệm 1 tại Cẩm Lĩnh, Ba Vì, Hà Nội: 100 gia đình (thuộc 6 nguồn giống).
  • Khảo nghiệm 2 tại Ngọc Thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc (Đại Lải): 80 gia đình.
  • Khảo nghiệm 3 tại Cam Lộ, Quảng Trị: 80 gia đình.

Nguồn giống gốc bao gồm 6 xuất xứ chọn lọc cây trội: Rừng giống SPA Ba Vì 1 (trồng 1996 - 20 cây mẹ), SPA Ba Vì 2 (trồng 1993 - 19 cây mẹ), SPA Đại Lải (23 cây mẹ), Hương Thủy - Thừa Thiên Huế (19 cây mẹ), Hải Vân - Đà Nẵng (13 cây mẹ), và Tứ Hạ - Thừa Thiên Huế (6 cây mẹ).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập số liệu và đo lường tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt:

• Chỉ tiêu sinh trưởng: Đo đường kính gốc ($D_{00}$), đường kính ngang ngực ($D_{1.3}$, thước kẹp kính độ chính xác 0.1 cm), chiều cao vút ngọn ($H_{vn}$, thước đo cao Vertex IV độ chính xác 0.1 m). Thể tích thân cây ($VOL$) tính theo công thức hình thể chuẩn: $$VOL = \frac{\pi}{40000} \cdot D_{1.3}^2 \cdot H_{vn} \cdot f$$ (với $f = 0.45$).
• Chỉ tiêu chất lượng hình thái thân cây: Đánh giá định lượng qua thang điểm 5 cấp theo TCVN 8761:2017 và phương pháp của Lê Đình Khả & Dương Mộng Hùng (2003) cho 4 tính trạng: Độ thẳng thân ($D_{tt}$), Độ nhỏ cành ($D_{nc}$), Phát triển ngọn ($P_{tn}$), Sức khỏe ($Sk$). Chỉ tiêu tổng hợp chất lượng: $$I_{cl} = \frac{D_{tt} + D_{nc} + P_{tn} + Sk}{4}$$
• Hiện tượng đuôi chồn: Đánh giá theo phương pháp của Zakaria Ibrahim (1984), ghi nhận tỷ lệ nhị phân ($1 = \text{bị đuôi chồn}, 0 = \text{bình thường}$).
• Khối lượng riêng gỗ: Lấy mẫu khoan tăng trưởng ngực ($D_{1.3}$) trên 40 gia đình ngẫu nhiên tại Ba Vì và Cam Lộ (4 cây/gia đình/khảo nghiệm = 160 mẫu/điểm). Khối lượng riêng cơ bản ($KLR$, $\text{kg/m}^3$) xác định theo phương pháp thể tích nước choán chỗ và sấy khô kiệt ở $103 \pm 2^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi.
• Phân tích ADN phân tử: Thu thập lá non tươi của 100 gia đình tại Ba Vì (5 cây ngẫu nhiên/gia đình ở 5 lặp khác nhau = 500 mẫu). Tách chiết ADN tổng số theo quy trình CTAB cải tiến. Sàng lọc bộ mồi ISSR (chuỗi lặp lại đơn giản nhân bản vô tính) quốc tế từ Đại học British Columbia (UBC). Thực hiện phản ứng PCR trên máy luân nhiệt tự động, điện di trên gel agarose 1.5% nhuộm Ethidium Bromide và soi chụp dưới ánh sáng tử ngoại UV.

Data và phân tích

Xử lý số liệu di truyền học số lượng sử dụng mô hình tuyến tính hỗn hợp (Linear Mixed Models - LMM) với kỹ thuật Ước lượng Hợp lý Cực đại Bị hạn chế (REML) trên phần mềm thống kê SAS (proc GLM, proc VARCOMP):

Mô hình phân tích đơn địa điểm: $$Y_{ijkl} = \mu + B_i + R_j + C_k + F_l + e_{ijkl}$$ Trong đó: $Y_{ijkl}$ là giá trị quan sát của cây thứ $l$ thuộc gia đình $F_l$, tại hàng $R_j$, cột $C_k$, khối lặp $B_i$; $\mu$ là trung bình tổng thể; $B_i$ là hiệu ứng cố định của khối lặp; $F_l$ là hiệu ứng ngẫu nhiên của gia đình cây mẹ ($\sim N(0, \sigma_f^2)$); $e_{ijkl}$ là sai số ngẫu nhiên ($\sim N(0, \sigma_e^2)$).

• Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp của cá thể: $$h^2 = \frac{4 \sigma_f^2}{\sigma_f^2 + \sigma_e^2}$$ (với giả định cây mẹ thụ phấn tự do là bán anh em half-sib, hệ số quan hệ huyết thống $r = 1/4$).
• Hệ số di truyền theo gia đình: $$h_f^2 = \frac{\sigma_f^2}{\sigma_f^2 + \frac{\sigma_e^2}{n \cdot b}}$$
• Hệ số biến động di truyền lũy tích: $$CV_a = \frac{\sqrt{4 \sigma_f^2}}{\bar{X}} \times 100%$$
• Tương quan di truyền ($r_g$) và tương quan kiểu hình ($r_p$) giữa các tính trạng $x$ và $y$: $$r_g = \frac{Cov_{f(x,y)}}{\sqrt{\sigma_{f(x)}^2 \cdot \sigma_{f(y)}^2}}$$
• Tăng thu di truyền lý thuyết: $$\Delta G = i \cdot h^2 \cdot \sigma_p \quad \text{hoặc} \quad \Delta G% = \frac{\Delta G}{\bar{X}} \times 100%$$

Xử lý số liệu sinh học phân tử bằng các phần mềm POPGENE phiên bản 1.32, GenAlEx 6.5 và NTSYS-pc 2.1 để tính toán: Tỷ lệ alen đa hình ($PPB$), Số alen hiệu lực ($N_e$), Đa dạng di truyền Nei ($H_e$), Chỉ số Shannon ($I$), Hệ số phân hóa di truyền ($F_{st}$), Phân tích phương sai phân tử (AMOVA), và thiết lập cây quan hệ di truyền UPGMA dựa trên ma trận khoảng cách di truyền Nei (1978).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Biến dị di truyền phong phú và có ý nghĩa thống kê cao giữa các gia đình và nguồn giống: Kết quả phân tích phương sai tại thời điểm 5.5 tuổi ghi nhận sự sai khác rất rõ rệt ($F_{pr} < 0.001$) về tất cả các chỉ tiêu sinh trưởng ($D_{1.3}$, $H_{vn}$, $VOL$) giữa các gia đình tại cả 3 địa điểm khảo nghiệm.

   Trích dẫn minh chứng dữ liệu: Tại Ba Vì (5.5 tuổi), đường kính bình quân đạt $D_{1.3} = 11.2\text{ cm}$, chiều cao vút ngọn $H_{vn} = 7.3\text{ m}$, thể tích thân cây $VOL = 38.6\text{ dm}^3\text{/cây}$. Gia đình sinh trưởng tốt nhất (B171) đạt thể tích lên tới $58.2\text{ dm}^3\text{/cây}$, vượt $50.8%$ so với trung bình khảo nghiệm và vượt gấp 2.4 lần so với gia đình kém nhất ($24.1\text{ dm}^3\text{/cây}$).

2. Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp ($h^2$) tăng dần theo tuổi sinh lý: Tại Ba Vì, hệ số di truyền cá thể của tính trạng đường kính $D_{1.3}$ tăng đều đặn từ $h^2 = 0.18$ (3 tuổi), lên $h^2 = 0.29$ (4.5 tuổi) và đạt $h^2 = 0.38$ ở giai đoạn 5.5 tuổi. Hệ số di truyền chiều cao $H_{vn}$ ở 5.5 tuổi đạt $h^2 = 0.31$. Tính trạng khối lượng riêng gỗ ($KLR$) thể hiện mức độ kiểm soát di truyền từ trung bình đến cao ($h^2 = 0.35 - 0.44$). Hệ số biến động di truyền lũy tích ($CV_a$) của thể tích thân cây duy trì ở mức cao ($CV_a = 14.2 - 21.6%$), khẳng định tiềm năng chọn lọc cải thiện di truyền rất lớn.

3. Tương quan di truyền chặt chẽ giữa các tính trạng sinh trưởng và tính độc lập của khối lượng riêng gỗ: Tương quan di truyền ($r_g$) giữa đường kính $D_{1.3}$ và chiều cao $H_{vn}$ ở 5.5 tuổi đạt mức rất cao ($r_g = 0.82 - 0.91$, $p < 0.001$), cho phép thực hiện chọn lọc gián tiếp tính trạng thể tích thông qua đo đếm đường kính $D_{1.3}$. Tương quan di truyền giữa sinh trưởng đường kính và khối lượng riêng gỗ dao động quanh mức $r_g = -0.08$ đến $0.05$ (không có ý nghĩa thống kê), chứng minh rằng việc chọn lọc gia đình sinh trưởng nhanh không làm suy giảm mật độ khối lượng riêng của gỗ ở giai đoạn 5.5 tuổi.

4. Phản ứng tương tác kiểu gen - hoàn cảnh ($G \times E$) và phân hóa tỷ lệ đuôi chồn: Tương quan di truyền giữa các địa điểm khảo nghiệm ở mức trung bình ($r_{g(site)} = 0.45 - 0.68$), chỉ ra tương tác $G \times E$ có ý nghĩa. Các nguồn giống gốc Ba Vì và Đại Lải thích ứng và sinh trưởng vượt trội tại vùng sinh thái phía Bắc, trong khi nguồn giống Hải Vân và Hương Thủy phát triển ổn định tại Quảng Trị. Tỷ lệ đuôi chồn có sự phân hóa mạnh mẽ giữa các vùng sinh thái: tại Cam Lộ (Quảng Trị) tỷ lệ đuôi chồn bình quân lên tới $18.4%$, cao hơn đáng kể so với Ba Vì ($6.8%$) và Đại Lải ($5.2%$).

5. Đa dạng di truyền phân tử duy trì ở mức cao trong quần thể nhân tạo: Phân tích 500 mẫu lá của 100 gia đình bằng bộ mồi ISSR (với các mồi đa hình cao như UBC855, UBC856) nhân bản được các phân đoạn DNA kích thước từ 200 bp đến 1,800 bp với tỷ lệ băng đa hình đạt $PPB = 78.6%$. Hệ số đa dạng gen Nei $H_e = 0.218$, chỉ số Shannon $I = 0.334$. Phân tích AMOVA chỉ ra rằng phần lớn biến đổi phân tử tập trung bên trong các nguồn giống/gia đình ($84.2%$), trong khi sự sai khác giữa các nguồn giống chiếm $15.8%$ ($F_{st} = 0.158$). Cây phân loại UPGMA chia 6 nguồn giống thành 2 nhánh chính rõ rệt: nhánh các nguồn giống phía Bắc (Ba Vì 1, Ba Vì 2, Đại Lải) và nhánh miền Trung (Hương Thủy, Tứ Hạ, Hải Vân).

Ma trận khoảng cách di truyền Nei (1978) giữa các nguồn giống:
(Nửa trên đường chéo: Khoảng cách di truyền; Nửa dưới: Mức độ tương đồng di truyền)

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Bổ sung bộ dữ liệu chuẩn mực về di truyền học số lượng cho Thông caribê nhiệt đới tại Đông Nam Á, xác nhận quy luật gia tăng giá trị $h^2$ theo độ tuổi sinh lý trong giai đoạn khép tán.
• Về mặt phương pháp luận: Chứng minh hiệu quả vượt trội của thiết kế hàng - cột kết hợp mô hình phân tích REML/BLUP trong việc bóc tách chính xác phương sai di truyền trên các lập địa rừng đồi dốc phức tạp.
• Về mặt thực tiễn sản xuất: Luận án đã chọn lọc được top 15–20 gia đình xuất sắc nhất tại mỗi vùng sinh thái (như các gia đình B171, B210, ĐL15, H08, Đ03). Khi tỉa thưa di truyền giữ lại các gia đình này để chuyển hóa khảo nghiệm thành vườn giống hữu tính, mức tăng thu di truyền đạt $\Delta G% = 15.6 - 24.8%$ về thể tích thân cây và cải thiện $8.5 - 12.3%$ về độ thẳng thân.
• Về chính sách lâm nghiệp: Đề xuất Bộ Nông nghiệp và PTNT phân vùng chuyển giao vật liệu giống Thông caribê thành 2 tiểu vùng sinh thái độc lập: Tiểu vùng Bắc Bộ (sử dụng nguồn giống Ba Vì, Đại Lải) và Tiểu vùng Bắc Trung Bộ (sử dụng nguồn giống Hương Thủy, Hải Vân) nhằm tối đa hóa thích ứng di truyền và triệt tiêu thiệt hại do hiện tượng đuôi chồn.

Limitations và Future Research

1. Giới hạn về giai đoạn tuổi đánh giá: Nghiên cứu mới theo dõi đến giai đoạn 5.5 tuổi. Mặc dù tương quan tuổi non - tuổi thành thục là đáng tin cậy, Thông caribê có chu kỳ khai thác gỗ lớn từ 15–20 năm; do đó các biến động về tính chất cơ lý gỗ pha thành thục (mature wood) và độ co rút thể tích cần tiếp tục được quan trắc ở tuổi 8, 10 và 15.
2. Độ phân giải của chỉ thị phân tử: Luận án sử dụng chỉ thị trội ISSR. Mặc dù phản ánh tốt mức độ đa hình và khoảng cách di truyền, chỉ thị ISSR không cho phép xác định chính xác mức độ dị hợp tử quan sát ($H_o$) cũng như phân tích chi tiết dòng chảy gen (gene flow) và cấu trúc phả hệ tinh vi như các chỉ thị đồng trội SSR (Microsatellite) hoặc công nghệ giải trình tự SNP (GBS/DArTseq).
3. Quy mô khảo sát lập địa: Nghiên cứu bố trí tại 3 điểm đại diện cho Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, chưa bao phủ vùng Tây Nguyên và Nam Trung Bộ – những nơi có tiềm năng phát triển diện tích Thông caribê rất lớn.

Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo (Research Agenda):

• Hướng 1: Ứng dụng chỉ thị phân tử SNP để xây dựng bản đồ liên kết di truyền và triển khai chọn giống dựa trên hệ gen (Genomic Selection - GS) cho các tính trạng chất lượng gỗ phức tạp.
• Hướng 2: Thiết lập vườn giống vô tính (Clonal Seed Orchard) thế hệ 2 bằng phương pháp ghép mắt các cây trội đã qua kiểm chứng hậu thế từ luận án.
• Hướng 3: Nghiên cứu lai giống nhân tạo có kiểm soát giữa Pinus caribaea var. hondurensis với Pinus elliottii hoặc Pinus tecunumanii nhằm khai thác ưu thế lai về sinh trưởng nhanh và khả năng chống chịu gió bão ven biển.
• Hướng 4: Nghiên cứu động thái giải phẫu sợi gỗ, hàm lượng cellulose/lignin và khả năng dán dính composite của các gia đình ưu trội ở tuổi 10 phục vụ công nghiệp chế biến sâu.

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật (Academic Impact): Công trình tạo nền tảng tư liệu chuẩn mực cho chuyên ngành Di truyền và Chọn giống Cây rừng tại Việt Nam; 3 bài báo khoa học xuất bản từ luận án trên các tạp chí chuyên ngành uy tín là tài liệu tham khảo cốt lõi cho các chương trình đào tạo sau đại học.
• Chuyển đổi ngành lâm nghiệp (Forestry Transformation): Trực tiếp cung cấp nguồn vật liệu giống có kiểm soát di truyền cho các công ty lâm nghiệp, ban quản lý rừng phòng hộ/đặc dụng tại các tỉnh Quảng Ninh, Phú Thọ, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế; nâng cao năng suất rừng trồng từ $10 - 12\text{ m}^3\text{/ha/năm}$ lên $16 - 20\text{ m}^3\text{/ha/năm}$.
• Hiệu quả xã hội và môi trường (Societal & Environmental Benefits): Rừng trồng Thông caribê sinh trưởng nhanh từ giống cải thiện giúp tăng năng lực cố định $CO_2$ khí quyển từ $18 - 25%$, góp phần thực hiện cam kết Net Zero vào năm 2050 của Việt Nam thông qua thị trường tín chỉ carbon rừng.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tiếp cận hệ thống phương pháp luận chuẩn tắc về thiết kế thí nghiệm hàng - cột, thuật toán xử lý di truyền REML/BLUP và phân tích đa dạng phân tử AMOVA.
• Các nhà khoa học chọn giống cây rừng: Kế thừa bộ thông số di truyền ($h^2$, $CV_a$, $r_g$, $G%$) và cơ sở dữ liệu ADN của 100 gia đình Thông caribê để tiếp tục các chương trình chọn giống chu kỳ tiếp theo.
• Các doanh nghiệp trồng rừng và vườn ươm giống: Nhận chuyển giao các gia đình ưu trội có năng suất sinh khối vượt trội từ 15–25% và độ thẳng thân cao để sản xuất cây mô/hom và hạt giống thương mại.
• Cơ quan quản lý nhà nước (Cục Lâm nghiệp, Bộ Nông nghiệp & PTNT): Có cơ sở khoa học xác đáng để quy hoạch vùng lập địa gây trồng và ban hành tiêu chuẩn quốc gia về công nhận giống cây lâm nghiệp đối với Thông caribê.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào? Trả lời: Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc xác lập quy luật biến thiên tham số di truyền theo độ tuổi sinh lý ($h^2$ tăng tuyến tính từ 0.18 lên 0.38 trong giai đoạn 3 đến 5.5 tuổi) và chứng minh tính độc lập di truyền ($r_g \approx 0$) giữa khối lượng riêng gỗ ($KLR$) với tốc độ sinh trưởng thể tích của Thông caribê tại vùng nhiệt đới gió mùa Việt Nam. Kết quả này mở rộng trực tiếp Lý thuyết Di truyền Số lượng Lâm nghiệp (Falconer & Mackay, 1996; Lynch & Walsh, 1998), bác bỏ giả thuyết cho rằng chọn lọc sinh trưởng nhanh ở cây lá kim nhiệt đới luôn đi kèm với sự suy giảm mật độ gỗ.

2. Phương pháp nghiên cứu có điểm gì đổi mới và ưu việt hơn so với các nghiên cứu trước đây? Trả lời: So với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam vốn chủ yếu sử dụng thiết kế khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) và phân tích ANOVA truyền thống (như Lê Đình Khả, 1999; Phan Thanh Hương, 2000), luận án đã áp dụng thiết kế hàng - cột (Row-Column Design) kết hợp mô hình tuyến tính hỗn hợp (REML/BLUP) trên phần mềm SAS. Phương pháp này bóc tách hoàn toàn sai số vị trí vi lập địa 2 chiều (hàng và cột), giảm thiểu tối đa phương sai dư thừa ($\sigma_e^2$), từ đó ước lượng giá trị giống (Breeding Value) của các cây bố mẹ với độ chính xác cao hơn 30–40%. Đồng thời, việc kết hợp đồng thời chỉ thị phân tử ISSR (500 mẫu) giúp làm sáng tỏ cấu trúc di truyền quần thể mà các phương pháp mục trắc kiểu hình trước đây không thể thực hiện được.

3. Phát hiện nào trong luận án gây bất ngờ nhất dưới góc độ khoa học? Trả lời: Phát hiện bất ngờ nhất là sự bộc phát tỷ lệ đuôi chồn ("foxtailing") lên tới $18.4%$ tại Cam Lộ (Quảng Trị) so với mức dưới $7%$ tại miền Bắc, cùng sự đảo chiều xếp hạng thích ứng của các dòng giống giữa 2 miền. Hiện tượng này phản ánh sự tương tác sâu sắc giữa yếu tố gen di truyền với nền nhiệt ẩm cao kéo dài và mùa mưa lệch pha tại miền Trung, chỉ ra rằng đuôi chồn không chỉ là một khuyết tật hình thái mà là phản ứng thích nghi sinh lý - di truyền phức tạp cần được xử lý bằng chiến lược phân vùng chọn giống chuyên biệt.

4. Nghiên cứu có cung cấp quy trình nhân bản/tái lập (Replication Protocol) hoàn chỉnh không? Trả lời: Có. Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ quy trình: từ tọa độ định vị GPS, sơ đồ bố trí hàng - cột của 3 khảo nghiệm, quy chuẩn đo đếm 5 cấp cho các tính trạng hình thái (TCVN 8761:2017), quy trình tách chiết ADN CTAB cải tiến, danh mục chuỗi trình tự bộ mồi ISSR (UBC), chu trình nhiệt PCR, đến các câu lệnh cú pháp lập trình phân tích phương sai hỗn hợp trên SAS và ma trận dữ liệu phân tử trên POPGENE/GenAlEx.

5. Chương trình nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào? Trả lời: Chương trình 10 năm tập trung vào 3 trọng tâm: (1) Tỉa thưa di truyền để chuyển hóa 3 khảo nghiệm hậu thế tại Ba Vì, Đại Lải, Cam Lộ thành vườn giống hữu tính thế hệ 1 cung ứng hạt giống chất lượng cao; (2) Thiết lập vườn giống vô tính thế hệ 2 (F2) từ việc nhân giống sinh dưỡng các cây trội ưu tú nhất đã qua kiểm chứng hậu thế; (3) Triển khai công nghệ chọn giống hệ gen (Genomic Selection) dựa trên giải trình tự SNP mật độ cao để sàng lọc sớm các tính trạng năng suất bột giấy và khả năng chống chịu gió bão.

Kết luận

1. Đã thiết lập cơ sở khoa học hoàn chỉnh và dữ liệu định lượng chuẩn xác về biến dị di truyền của 100 gia đình Thông caribê đại diện cho 6 nguồn giống tại 3 vùng sinh thái đại diện của Việt Nam đến 5.5 tuổi.
2. Đã chứng minh hệ số di truyền theo nghĩa hẹp ($h^2$) của các tính trạng sinh trưởng ở mức trung bình khá ($h^2 = 0.25 - 0.42$) và tăng dần theo tuổi sinh lý, khẳng định hiệu quả cao của công tác chọn giống gia đình.
3. Đã xác định tương quan di truyền rất chặt giữa đường kính và chiều cao ($r_g > 0.80$), trong khi khối lượng riêng gỗ không bị tương quan âm với tốc độ sinh trưởng, mở ra khả năng cải thiện đồng thời thể tích và chất lượng gỗ.
4. Đã phát hiện tương tác kiểu gen - hoàn cảnh ($G \times E$) và quy luật phân hóa hiện tượng đuôi chồn giữa vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, đặt nền móng cho việc phân vùng giống lâm nghiệp chuẩn xác.
5. Đã đánh giá toàn diện cấu trúc đa dạng di truyền phân tử bằng chỉ thị ISSR ($PPB = 78.6%$, $H_e = 0.218$, biến đổi trong nội bộ quần thể chiếm $84.2%$), chứng minh nền tảng di truyền phong phú của nguồn giống Thông caribê tại Việt Nam.
6. Đã tuyển chọn được hệ thống các gia đình ưu trội với mức tăng thu di truyền lý thuyết đạt $\Delta G% = 15.6 - 24.8%$ về thể tích thân cây, phục vụ trực tiếp cho chiến lược phát triển rừng trồng gỗ lớn bền vững quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu trên thế giới. Thông tin chung về Thông caribê. Thông caribê được đặt tên đầu tiên bởi Morelet từ năm 1851 (Dieters và Nikles, 1997).

Thông caribê (Pinus caribaea Morelet) là loài cây nguyên sản ở vùng Trung Mỹ gồm các nước Bahamas, Cuba, Belize, Honduras, Guatemala và Nicaragua. Thông caribê gồm 3 biến chủng là: Pinus caribaeavar. caribaea (PCC), Pinus caribaea var. honderensis (PCH) và Pinus caribaea var.

Phân bố tự nhiên của Thông Caribê nằm giữa vĩ độ 27°25'N ở Grand Bahama và Great Abaco và 12°13'N gần Bluefields phía đông Nicaragua (Greaves và cộng sự, 1977). Chúng phân bố dọc theo kinh độ từ 71°40'W ở Caicos Islands tới 89°25'W ở Poptun in Peten thuộc Guatemala. Các biến chủng này có vùng phân bố cách biệt rõ rệt, cụ thể là: PCB phân bố ở 22 - 27 độ vĩ Bắc thuộc quần đảo Bahamas và Caicos ngoài ra còn tìm thấy ở bán đảo Yucatan thuộc vùng Đông Bắc Mỹ. PCC có phân bố từ 16 - 20 độ vĩ Bắc, phân bố tự nhiên ở Cu Ba và đảo Juventus thuộc vùng biển Caribê, chủ yếu tập trung ở những vùng thấp, đồi bát úp, thường ở độ cao 330 m so với mặt biển, ngoài ra PCC còn xuất hiện ở độ cao xấp xỉ 760 m, ít có trường hợp phân bố ở độ cao trên 1200 m (Poynton, 1977).

PCH phân bố tự nhiên ở 12 - 16 độ vĩ Bắc, tập trung chủ yếu ở các nước Belize, Honduras, Guatemala, Poptun, Guanaja, Nicaragua. Trên các khu vực đồng cỏ, đồng bằng ven biển có độ cao so với mặt biển là 460 – 760 m, nhưng phân bố tập trung nhiều nhất ở độ cao 460 m (Perry, 1991). Thông caribê là loài cây gỗ lớn có thể đạt đến chiều cao 45 m và 1,35 m đường kính ngang ngực tại điều kiện tốt nhất tại Bristish Honduras. Biến chủng PCC được mô tả có hình thái lá ở dạng cụm 3 lá kim (hiếm khi 4 lá kim), chiều dài nón từ 5-10 cm.

Biến chủng PCH, cụm lá có 3 lá kim, thỉnh thoảng có 4, 5 lá (và có 7 thể có 6 lá kim ở giai đoạn cây non), nón có kích thước từ 6-14cm. Trong khi đó, biến chủng PCB, cụm lá có từ 2-3 lá, chiều dài nón từ 4-12 cm (Lamb, 1973). Vùng phân bố tự nhiên Thông caribê (Camacho, 2018). Tình hình gây trồng.

Ghi nhận đầu tiên về xuất khẩu hạt Thông caribê từ Belize đến California và Nam Phi vào năm 1927 (Luckhoff, 1964). Sau đó đến năm 1929, 2,4 ha Thông caribê được xây dựng tại Dukuduku, Nam Phi. Đến năm 1930, một lâm phần Thông caribê được xây dựng tại bang Queensland, Úc. Tuy nhiên, đến sau thế chiến thứ 2, sự du nhập loài Thông caribê tới nhiều nước trên thế giới mới được thực hiện một cách toàn diện và đáng kể.

Có hai làn sóng du nhập rộng rãi Thông caribê trên thế giới. Làn sóng đầu tiên là vào những năm 1950 và 1960, hai biến chủng PCH và PCB được du nhập vào Úc và Nam Phi và Thông caribê đã chứng tỏ có sinh trưởng tốt hơn so với Thông elliottii (Pinus elliotii). Khảo nghiệm xuất xứ đầu tiên có đầy đủ các lần lặp tại Nam Phi vào năm 1959 của Thông caribê bao gồm hai biến chủng PCB và PCC. Tuy nhiên, khảo nghiệm xuất xứ của biến chủng PCH được trồng vào năm 1956 tại Queensland, Úc có đối chứng là một ô trồng biến chủng PCB.

Các 8 khảo nghiệm này đã cho thấy hai biến chủng PCB và PCC có sinh trưởng và độ thẳng thân vượt trội so với biến chủng PCH (Dieters và Nikles, 1997), điều này thúc đẩy các nhà nghiên cứu quan tâm hơn về hai biến chủng PCC và PCB. Làn sóng thứ hai về nghiên cứu Thông caribê được thực hiện vào năm 1962 và trong giai đoạn này các nghiên cứu tập trung vào các biến chủng và xuất xứ Thông caribê, đồng thời tiến hành thu hái hạt giống trên qui mô rộng để xây dựng các khảo nghiệm xuất xứ. Kết quả là vào năm 1971, 35 xuất xứ Thông caribê (bao gồm 19 xuất xứ thuộc biến chủng PCH, 10 xuất xứ thuộc biến chủng PCC và 6 xuất xứ thuộc biến chủng PCB) được đưa vào sử dụng và hàng trăm khảo nghiệm được xây dựng trên 50 quốc gia nhiệt đới (Lamb, 1973). Trong giai đoạn 1970-1980, các lô hạt Thông caribê được thu hái theo từng gia đình tại các lâm phần khác nhau để phục vụ cho công tác cải thiện giống và bảo tồn cho loài này.

Từ năm 1982-1993, 23 xuất xứ và 1178 cây trội thuộc biến chủng PCH được hái tại Trung Mỹ và Mexico, và 94 khảo nghiệm được xây dựng tại 6 nước khác nhau (Dvorak và cộng sự, 1993). Cũng trong giai đoạn này các trao đổi nguồn giống giống giữa các tổ chức quan tâm nghiên cứu cải thiện giống cho Thông caribê. Các nguồn giống này được thu hái tập trung chủ yếu là thuộc biến chủng PCH bởi vì biến chủng này có sinh trưởng tốt ở các khảo nghiệm quốc tế (Baylis và Barnes, 1989). Sau giai đoạn 1980, biến chủng PCB được quan tâm thu hái hạt nhiều hơn bởi vì biến chủng này được ghi nhận là có khả năng kháng bệnh tốt hơn biến chủng PCH.

Các nguồn giống này được sử dụng để xây dựng các khảo nghiệm gia đình trong xuất xứ tại phía Nam, Trung Quốc và Queensland, Úc vào năm 1990 (Diesters và Nikles, 1997). Đối với biến chủng PCC, đến năm 1994, nguồn giống của biến chủng này được thu hái tại các vùng phân bố tự nhiên để phục vụ xây dựng các quần thể chọn giống tại Trung Quốc. Nguồn giống từ 195 cây trội của 12 xuất xứ tự nhiên và 1 của vườn giống tại Cuba được sử dụng để xây dựng khảo nghiệm hậu thế cho loài này tại phía Nam Trung Quốc (Diesters và Nikles, 1997). Giới hạn vĩ độ trồng được mở rộng đáng kể so với nơi nguyên sản, từ vĩ độ 9 55 nam ở Argentina tới 33 vĩ độ bắc ở Ấn Độ.

Giới hạn kinh độ cũng được mở rộng từ 180 kinh độ đông ở Fiji tới 158 kinh độ tây ở Hawaii. Độ cao vùng trồng biến động từ mặt nước biển tới 1. Như vậy, Thông caribê đã được gây trồng tất cả các dạng khí hậu của các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới. Vùng phân bố rừng trồng của loài được mở rộng cả về vĩ độ và kinh độ, cả vùng có khí hậu miền núi tới khí hậu cận nhiệt đới và vùng ven biển (Baylis và Barnes, 1989).

Do được gây trồng ở nhiều vị trí địa lý và khí hậu khác nhau, đất trồng Thông caribê ngoài nơi nguyên sản của chúng cũng rất đa dạng. Nhìn chung, Thông caribê có thể sinh trưởng tốt trên nhiều loại đất khác nhau khi được trồng ngoài phạm vi phân bố tự nhiên của chúng (Brigden và cộng sự, 1984). Thông caribê đã được khảo nghiệm ở rất nhiều nước trên thế giới, tập trung chủ yếu ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới. Trong ba biến chủng được đưa vào khảo nghiệm thì PCH có sinh trưởng tốt nhất trên tất cả các khảo nghiệm.

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới thì các xuất xứ vùng ven biển thuộc Belize, Nicaragua, Guatemala có sinh trưởng vượt trội so với các xuất xứ ở vùng lục địa. Các xuất xứ của PCC có sinh trưởng kém nhất nhưng có dạng thân đẹp nhất trong khi các xuất xứ của PCB có sinh trưởng tốt trên những lập địa đất khô cằn, tầng đất nông hoặc trên lập địa vùng cao. Việc đánh giá các xuất xứ cần được tiến hành trên nhiều khảo nghiệm ở nhiều lập địa khác nhau và cần có thời gian đủ dài để đánh giá khả năng sinh trưởng của từng xuất xứ (Brawner và cộng sự, 2005). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, biến chủng PCH và PCC là các biến chủng có tiềm năng kinh tế cho trồng rừng thương mại.

Đã có khoảng hơn một triệu ha Thông caribê đã được trồng tại khu vực Nam Mỹ, và tổng diện tích trồng Thông caribê trên thế giới đã đạt được xấp xỉ với diện tích trồng Thông radiata. Biến chủng PCB và PCC đã chứng minh có khả năng kháng lại một số bệnh sâu bướm gây hại hơn là biến chủng PCH, vì vây đã có những đề xuất mở rộng rừng trồng biến chủng PCC ở phía đông Á (Souza và cộng sự, 2017). Nghiên cứu chọn giống Thông caribê. Vào năm 1958, tại Koraput, Ấn Độ cũng đã xây dựng một khảo nghiệm xuất xứ Thông caribê gồm các xuất xứ của PCH là Guatemala, Nicaragua, Honduras, Belize và Queensland (Australia), xuất xứ Andros của PCB và 1 xuất xứ Cuba của PCC.

Khảo nghiệm được bố trí ở các điểm khác nhau ở độ cao 700-1000 m. Kết quả cho thấy các xuất xứ thuộc PCH có sinh trưởng tốt nhất trên các điểm khảo nghiệm. Sau 10 năm trồng xuất xứ có sinh trưởng tốt nhất là Limone (Hvn = 11,4 m; D1.3 = 16 cm), Guanaja (Hvn = 9,2 m; D1.3 = 14,8 cm), Rico Coco (Hvn = 10 m; D1.3 = 13,8 cm), Alamicamba (Hvn = 9,8 m; D1. Ở Malaysia, Thông caribê được trồng trên diện tích lớn và cho sinh khối bình quân khoảng 17m3/ha/năm.

Ở miền bắc Australia, các xuất xứ tốt nhất của Honduras ở tuổi 10 cho sinh khối bình quân 22 m3/ha/năm. Từ năm 1970, Viện lâm nghiệp Oxford đã tiến hành thu hái hạt trên những vùng rộng lớn đại diện cho tất cả các vùng phân bố của cả 3 biến chủng (khoảng 50 xuất xứ) và đã xây dựng một hệ thống gồm hơn 180 khảo nghiệm trên 53 nước. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy PCH có sinh trưởng nhanh nhất, tiếp theo là PCB và PCC có sinh trưởng kém nhất trên hầu khắp các khảo nghiệm (Dvorak và cộng sự, 1993; Greaves, 1980). Sự sai khác về sinh trưởng cũng như các tính trạng khác giữa các xuất xứ chỉ được ghi nhận ở PCH mà không thể hiện ở hai biến chủng còn lại mà nguyên nhân được giải thích có thể là do phạm vi phân bố hẹp của hai biến chủng này (Greaves, 1981).

Với PCH, nhìn chung các xuất xứ từ vùng ven biển phía nam Nicaragua và Honduras có sinh trưởng nhanh và khả năng chống chịu gió tốt hơn so với các xuất xứ ở vùng cao hoặc vùng khô hạn sâu trong đất liền khi khảo nghiệm ở vùng nhiệt đới ẩm gần xích đạo. Các xuất xứ từ vùng cao hoặc vùng khô trong đất liền của PCH thường có sinh trưởng chậm, ra hoa sớm và hay bị bệnh khô ngọn (Greaves, 1981). Một số 11 xuất xứ thuộc PCH có sinh trưởng nhanh trên nhiều khảo nghiệm có thể kể đến là Karawala, Alamicamba, Poptun và Brus Lagoon, các xuất xứ Byfield, Santa Clara và Culmi cũng là những xuất xứ có triển vọng (Greaves, 1980).