CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu lai giống cây rừng Giống lai là giống được tạo ra do lai tự nhiên hoặc lai nhân tạo giữa hai cá thể có kiểu gen khác nhau. Giống lai thường có năng suất cao hơn bố mẹ. Do vậy, nghiên cứu lai giống và sử dụng giống lai đang được nhiều nhà chọn giống nông lâm nghiệp quan tâm. Ưu điểm nổi bật của giống lai là có ưu thế lai (heterosis) ở đời F1.
Đó là ưu thế về sinh trưởng làm cho cây lai vượt trội về năng suất hơn bố mẹ (Shull, 1911; Gyorfey, 1960) hoặc có một tính trạng nào đó cao hơn bố mẹ (Snyder, 1972). Ưu thế lai thường liên quan đến các tính trạng về kích thước của cây như đường kính, chiều cao, thể tích thân cây, kích thước lá v. Song ưu thế lai cũng có thể là sự ưu trội của bất cứ một tính trạng nào khác như chất lượng gỗ, sản lượng và chất lượng của một sản phẩm mong muốn, tính chịu đựng với điều kiện bất lợi, tính chống sâu bệnh, tính chín sớm v. Đối với cây rừng có đời sống dài ngày khó có thể tạo các dòng thuần để làm cây bố mẹ mà phải lai trực tiếp các bố mẹ có kiểu gen dị hợp tử (heterozygote).
Do vậy, các cây lai được tạo ra cũng có kiểu gen không đồng nhất, vì thế bên cạnh ưu thế lai được thể hiện ở cả tổ hợp lai và cũng có cả hiện tượng ưu thế lai cá thể (Turbin và cộng sự, 1982, dẫn từ Lê Đình Khả, 1999). Ưu thế lai cá thể là trường hợp hay gặp ở các giống lai tự nhiên. Đây là các cây lai được xuất hiện do sự kết hợp một cách ngẫu nhiên của những bố mẹ khác nhau, những bố mẹ này bao gồm cả những cây tốt nhất, lẫn những cây xấu nhất, bao gồm cả cây sinh trưởng nhanh, hình dáng thân đẹp lẫn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 những cây sinh trưởng chậm, hình dạng thân xấu. Do vậy, cây lai F1 được tạo ra cũng hết sức đa dạng về tính trạng.
Các nghiên cứu gần đây về ưu thế lai ở thế hệ F2 của bạch đàn lai cũng cho thấy các giống lai F2 chúng vẫn có ưu thế lai về sinh trưởng so với giống bố mẹ và giống sản xuất đại trà (Nguyễn Việt Cường, 2010). Một số nhà chọn giống cho rằng, chỉ những tính trạng tốt nhất và mong muốn nhất của bố mẹ mới thể hiện rõ ràng trong cây lai, nhưng thực tế thì cũng có trường hợp những tính trạng xấu nhất của mỗi loài bố mẹ cũng có thể xuất hiện trong cây lai (Zobel & Talbert, 1984). Bên cạnh hệ gen nhân, ưu thế lai cũng chịu ảnh hưởng của tế bào chất, điều kiện hoàn cảnh và thay đổi theo các giai đoạn phát triển cá thể (Lobasev, 1970, dẫn từ Lê Đình Khả, 1999). Nghiên cứu của Glori (1993) về lai giống thuận nghịch giữa các loài bạch đàn đã cho thấy thể tích viên trụ ở cây 4 năm tuổi của tổ hợp lai thuận E.
urophylla là 180,9 dm3/cây thì tổ hợp lai nghịch E. pellita là 145,7 dm3/cây, trong lúc E. pellita là 35 dm3/cây và E. urophylla là 25,8 dm3/cây.
Như vậy, chuyển đổi vị trí của cây bố mẹ trong phép lai thuận nghịch đã làm thay đổi sinh trưởng của cây lai, nói cách khác là ưu thế lai chịu ảnh hưởng của tế bào chất. Một thí dụ về sự biểu hiện ưu thế lai thay đổi trong từng giai đoạn khác nhau là giống lai Pinus sondereggeri. Đây là giống lai giữa P. Trong giai đoạn vườn ươm, cây lai thường sinh trưởng nhanh và mập hơn bố mẹ.
Sau khi đem trồng ở rừng thì P.taeda lại sinh trưởng nhanh hơn cây lai và P. palustris, nhưng đến 40 tuổi P. palustris lại có kích thước lớn nhất (dẫn từ Lê Đình Khả, 1999). Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật nuôi cấy mô phân sinh và giâm hom cho phép sử dụng ưu thế lai đời thứ nhất trực tiếp vào sản xuất thì lai giống và giống lai cũng được sử dụng rộng rãi trong lâm nghiệp.
Đến nay, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 các giống lai được sử dụng chủ yếu trong lâm nghiệp phần lớn thuộc các loài dễ nhân giống bằng hom và nuôi cấy mô phân sinh như các loài Dương (Populus sp. Trong các giống đó phải kể đến một số giống nổi tiếng là giống Dương lai I - 214 ở Châu Âu (lai giữa P. deltoides của Mỹ) (Zobel và Talbert, 1984) và giống bạch đàn lai E. Các cây nhân giống sinh dưỡng lấy từ một cây lai đã chọn ban đầu được gọi là một dòng vô tính.
Để có được giống lai tốt nhất cần tiến hành khảo nghiệm so sánh các dòng vô tính này với các loài bố mẹ, sau đó tiếp tục chọn lọc những dòng cây lai tốt, có năng suất cao nhất và hình dáng thân đẹp nhất làm nguồn giống để đưa vào sản xuất. Do đó việc chọn tạo và sử dụng giống lai trong lâm nghiệp là rất có triển vọng. Đối với cây nông nghiệp ngắn ngày có thể chọn tạo được dòng thuần trước khi lai giống và chọn lọc cây lai trong nhiều thế hệ để tạo ra các giống lai ổn định. Tuy nhiên phương pháp này lại rất khó áp dụng vào việc chọn tạo giống lai cho cây rừng.
Bởi vì muốn tạo dòng thuần cho cây rừng phải mất hàng chục năm. Trên thực tế người ta thường lai trực tiếp các bố mẹ có gen dị hợp tử với nhau. Những bố mẹ có gen dị hợp tử này rất khó tạo ra ưu thế lai. Vì thế mà Wright (1976) đã cho rằng không có gì đáng ngạc nhiên khi hàng trăm giống lai ở các loài cây gỗ đã được tạo ra, song chỉ một số ít được ứng dụng.
Nghiên cứu của Golodriga (1960) về lai giống nho (Vitis vinifera) đã thấy rằng, trong 79 tổ hợp lai với 2844 cây lai được tạo ra chỉ 22 cây là có triển vọng. Còn lai xa địa lý giữa các giống nho thuộc các nhóm sinh thái địa lý khác nhau thì trong 70 tổ hợp lai với 1820 cây lai chỉ có 46 cây là có triển vọng (dẫn từ Lê Đình Khả 1999). LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Lai giống là đề tài đã được nhiều người quan tâm nghiên cứu. Piatnitsky (1960) cho rằng, lai giống có thể tạo ra những tổ hợp gen mới, nhưng Wagner (1969) nhấn mạnh rằng, lai giống làm giảm sự đa dạng di truyền và nó chỉ lấp đầy kẽ hở của biến dị.
Theo Zobel và Talbert (1984) lai giống nhân tạo có thể tạo ra giống lai mà trong tự nhiên khó tạo được, còn Martin (1989) lại cho rằng, lai giống là phương pháp có hiệu quả để loại trừ một số gen gây chết. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đều thừa nhận rằng chính lai giống đã tạo ra được giống có ưu thế lai và lai giống (trong loài) cũng có vai trò quan trọng trong sự tiến hoá của các loài (Stockwell và Righter, 1947; Righter, 1955; Duffield và Snyder, 1958; Lotsy, 1916) {dẫn từ Kharana và Khosla, 1998}. Sau khi tạo ra giống lai có ưu thế lai thì phương thức để duy trì ưu thế lai và đưa giống lai vào sản xuất là phải nhân giống sinh dưỡng bằng nuôi cấy mô phân sinh và giâm hom. Đó là sự nhân giống từ chồi non hoặc hom cành của cây lai đời F1.
Phương pháp này dựa trên cơ sở của phân bào nguyên phân. Đây là dạng phân bào mà từ một tế bào mẹ tạo thành hai tế bào con có số lượng và cấu trúc thể nhiễm sắc giữ nguyên như tế bào mẹ ban đầu. Nhân giống sinh dưỡng là phương thức nhân giống tốt nhất để truyền đạt các vật chất di truyền của thế hệ trước cho thế hệ sau. Nhờ đó mà cây sinh ra từ nuôi cấy mô phân sinh hoặc hom cây vẫn giữ nguyên các đặc tính của cây mẹ lấy hom.
Vì vậy, nhân giống sinh dưỡng là phương thức thích hợp để duy trì ưu thế lai và các tính chất khác của cây lai đời F1. Nhân giống sinh dưỡng là biện pháp duy trì các kiểu gen mong muốn, là sự giữ lại tối đa các tăng thu di truyền (Zobel & Talbert, 1984).2 Tình hình nghiên cứu lai tạo giống bạch đàn trên thế giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Nghiên cứu thời điểm tung hạt phấn và thời điểm tiếp nhận hạt phấn của nhụy Hạt phấn được tung ra từ bao phấn và quá trình này hoàn thành sau 1 ngày đối với bạch đàn E. urophylla, 2 ngày đối với E. Ở các loài bạch đàn này đến ngày thứ 4 vẫn có một lượng nhỏ hạt phấn dính trong bao phấn và những hạt phấn này thường chết.
Thời điểm thu hạt phấn tốt nhất là trước một ngày hoa nở (Eldridge và các tác giả khác, 1993). Theo Hodgson (1976) thì hạt phấn của Bạch đàn grandis có thể lưu lại trên đầu nhụy 1- 2 ngày trước khi đầu nhụy có khả năng tiếp nhận hạt phấn, Griffin và Hand (1976) cho rằng những hạt phấn rơi trên đầu nhụy ở ngày nở hoa đầu tiên sẽ chết trước khi đầu nhụy có khả năng tiếp nhận chúng. Sở dĩ có hiện tượng này là do trong cùng một hoa nhị chín trước nhụy và chính ở thời điểm này nhụy hoa chưa thể tiết ra chất nhầy do đó không thể giữ được phấn hoa của chính nó ở ngày nở hoa, hậu quả là hạt phấn của chính hoa đó sẽ chết sau 2-3 ngày, vì thế rất ít có khả năng xảy ra tự thụ phấn trong cùng một hoa. Hơn nữa, việc tự thụ phấn cũng giảm đi rất nhiều do ống phấn của những cây khác thường sinh trưởng nhanh hơn ống phấn của chính cây đó trong vòi nhụy và vì thế cơ hội thụ phấn khác hoa hay khác cây thuận lợi hơn nhiều (Griffin và cộng sự, 1987; Sedgley và Smith, 1989).
Nghiên cứu của Hodgson (1976) và Griffin & Hand (1976) về quá trình thụ tinh và phát triển hạt cho thấy E. regnans có tỉ lệ kết hạt cao nhất khi thụ phấn vào ngày thứ 4 đến ngày thứ 6 sau khi hoa nở khi đầu nhuỵ phồng lên và tiết chất nhầy (dính), còn những ngày tiếp sau đó thì giảm dần. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Một nghiên cứu khác về E. woodwardii cho thấy khả năng tiếp nhận hạt phấn thích hợp nhất là 7 ngày sau nở hoa (Sedgley và cộng sự, 1989; Sedgley, 1989).
Nghiên cứu của Polunia (1959) cũng như Griffin và cộng sự (1982) ở các loài E. occidentalis cho thấy thời điểm đầu nhụy tiếp nhận hạt phấn tốt nhất là 3 ngày sau nở hoa. Hạt phấn nẩy mầm trên đầu nhụy và xâm nhập vào noãn và tại đây sẽ diễn ra quá trình thụ tinh.