MỞ ĐẦU Bạch đàn là cây lâm nghiệp sinh trƣởng nhanh, có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái nên đƣợc xem là một trong những loài cây dẫn đầu về trồng rừng sản suất trên thế giới với tổng diện tích đạt 20,07 triệu ha vào năm 2014. Gỗ bạch đàn đƣợc sử dụng cho ngành xây dựng, đóng đồ nội thất, nguyên liệu chế biến ván ép, ván dăm và ngành công nghiệp giấy cũng nhƣ sản phẩm sinh khối cho ngành năng lƣợng. Nghiên cứu chọn giống bạch đàn là một khâu quan trọng trong chƣơng trình cải thiện giống cây rừng, với mục tiêu chính là tăng nâng cao chất lƣợng sản phẩm gỗ, cải thiện các đặc tính sinh học nhƣ: tính chống chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi, chống chịu sâu, bệnh… Hiện nay, ứng dụng chỉ thị phân tử trong phân tích đa dạng di truyền làm cơ sở cho quá trình chọn giống là hƣớng nghiên cứu có triển vọng. Có nhiều loại chỉ thị phân tử nhƣ: AFLP, RFLP, RAPD, SSR, STS, SNP,…mỗi kỹ thuật có ƣu nhƣợc - điểm riêng, trong đó đƣợc sử dụng phổ biến là chỉ thị RAPD và SSR.
Chỉ thị RAPD phù hợp cho nghiên cứu những loài mới chƣa biết rõ thông tin về trình tự ADN và chƣa có nghiên cứu nào phát triển bộ chỉ thị cho loài này. Do chỉ thị RAPD là mồi đơn với trình tự là một chuỗi nucleotide ngắn (5-12 nucleotide) bắt cặp ngẫu nhiên ở nhiều vị trí nên khi sử dụng chỉ thị RAPD trong nghiên cứu, kết quả của mỗi lần thí nghiệm có thể khác nhau, vì vậy cần phải có sự lặp lại các thí nghiệm. Trong khi đó, chỉ thị SSR là các cặp mồi đặc hiệu đƣợc thiết kế dựa trên hai đầu của các đoạn lặp lại có trình tự rất đặc hiệu và thống nhất chung cho cùng một đoạn ADN không phân biệt các cá thể trong cùng một loài, nhƣng giữa các cá thể trong cùng một loài thì số lần lặp lại là khác nhau. Vì vậy, việc sử dụng chỉ thị SSR cho kết quả chính xác hơn so với chỉ thị RAPD và thƣờng đƣợc sử dụng cho nghiên cứu các loài c 2 đã có những bộ chỉ thị phát triển riêng cho loài hoặc những loài trong cùng một chi.
Năm 2001, tại trƣờng Đại học Tasmania của Úc, Steane và cs đã sử dụng 12 cặp mồi có kí hiệu EMCRC dùng để nhân bản các chỉ thị SSR ở cây bạch đàn. Ngoài ra còn khoảng 30 cặp mồi mang các đoạn lặp lại (CA)n và (CAG)n cũng đƣợc tạo ra bằng việc sử dụng thƣ viện bộ gen [41]. Cho đến nay với đối tƣợng cây bạch đàn, số lƣợng chỉ thị SSR đã lên đến hàng nghìn, nhƣng bộ chỉ thị phân tử SSR đang đƣợc sử dụng trong nghiên cứu phổ biến nhất là EMBRA, có 300 mồi SSR với tên gọi EMBRA đã đƣợc các nhà khoa học tại Braxin phát triển [25]. Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ “Phân tích đa dạng di truyền của ba loài cây bố mẹ (Eucalyptus urophylla, E.
exserta) làm cơ sở để xây dựng các tổ hợp bạch đàn lai khác loài”, học viên đã ứng dụng phƣơng pháp chỉ thị phân tử SSR để phân tích đa dạng di truyền cho 19 cây bố mẹ tham gia lai giống của 3 loài bạch đàn (E. camaldulensis), là cơ sở để cho các nhà lai tạo giống biết bản chất quan hệ di truyền giữa các cây trong loài và giữa các loài với nhau để chọn đƣợc bố mẹ lai thích hợp nhất. Luận văn này là một phần của đề tài “Nghiên cứu chọn giống bạch đàn lai bằng chỉ thị phân tử” giai đoạn 2012-2016, do TS. Nguyễn Việt Cƣờng làm chủ nhiệm đề tài và tôi có tham gia thực hiện một số phép lai giống và phân tích đa dạng di truyền các loài cây bố mẹ trong phòng thí nghiệm.
c 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Một số nghiên cứu trong chọn giống cây bạch đàn 1. Trên thế giới Bạch đàn (Eucalyptus) là một chi thực vật thuộc bộ Sim (Myrtales), họ Sim (Myrtaceae). Hiện nay, chi này gồm hơn 700 loài, hầu hết có nguồn gốc từ Úc, còn một số loài khác có xuất xứ từ New Guinea và Indonesia.
Các loài bạch đàn đã đƣợc trồng ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới gồm châu Mỹ, châu Âu, châu Phi, vùng Địa Trung Hải, Trung Đông, Trung Quốc, bán đảo Ấn Độ, Đông Nam Á…[45]. Bạch đàn là cây sinh trƣởng nhanh, gỗ đƣợc dùng làm nguyên liệu giấy, ván dăm, ván sợi ép, đồ mộc, gỗ xây dựng, cột chống. Ngoài ra, lá của một số loài bạch đàn còn đƣợc sử dụng để tách chiết tinh dầu và chế biến dƣợc phẩm. Trên thế giới, bạch đàn là cây trồng rừng sản xuất chính với diện tích ngày càng đƣợc mở rộng.
Theo số liệu công bố, rừng trồng bạch đàn đến năm 2009 đã đạt khoảng 19,5 triệu ha tại 3 châu lục lớn là Châu Phi, Châu Mỹ và Châu Á-Thái Bình Dƣơng. Ấn Độ là nƣớc có diện tích rừng trồng bạch đàn lớn nhất thế giới, năm 2009 ƣớc tính có khoảng 3,9 triệu ha [46]. Nghiên cứu chọn giống bạch đàn là một khâu quan trọng trong chiến lƣợc cải thiện giống cây rừng. Các chƣơng trình khảo nghiệm giống bạch đàn ở một số quốc gia đã và đang đƣợc chú trọng.
Tại Nam Phi, từ năm 1973 đến năm 1983, Darrow đã tiến hành 9 khảo nghiệm phối hợp 26 xuất xứ Bạch đàn caman (E. camaldulensis), 23 xuất xứ Bạch đàn tere (E. tereticornis) và 23 xuất xứ Bạch đàn grandis (E. Kết quả cho thấy, ở những vùng ẩm thì Bạch đàn grandis cho năng suất cao nhất, sau đó đến Bạch đàn tere.
Còn ở những vùng khô hạn và có sƣơng giá thì Bạch đàn caman lại cho năng suất cao hơn [30]. (1980) đã khảo nghiệm 10 loài tại 3 nơi khác nhau trên bán đảo Malaysia. Sau 10 năm trồng, tác giả nhận thấy sinh trƣởng tốt nhất là loài Bạch đàn caman (2 xuất xứ Bắc Úc) và Bạch đàn degluta, các loài triển vọng khác là Bạch đàn brassiana, Bạch đàn urô và Bạch đàn tere [29]. (1984) tiến hành khảo nghiệm nhiều xuất xứ khác nhau của Bạch đàn caman, Bạch đàn tere tại các vùng Pradesh, Maharastra và Haryana của Ấn Độ.
Qua điều tra sinh trƣởng cho thấy có 10 xuất xứ Bạch đàn caman và 5 xuất xứ Bạch đàn tere sinh trƣởng tốt [38]. Viện nghiên cứu lâm nghiệp Dehra Dun ở Ấn độ đã tạo đƣợc 2 giống bạch đàn lai ký hiệu là F.I-5, có sức sinh trƣởng nhanh và có tính thích nghi rộng hơn loài thuần, tại tuổi 4 cây lai có khối lƣợng thể tích gấp 3 lần Bạch đàn tere cùng tuổi. Tổ hợp lai Bạch đàn tere x Bạch đàn grandis có khả năng sinh trƣởng tốt trên đất khô và nghèo dinh dƣỡng mà chính ở đó Bạch đàn grandis lại sinh trƣởng rất kém. Chứng tỏ ƣu thế lai thể hiện mạnh nhất ở nơi trồng không thuận lợi cho loài thuần [33], [32].
Từ năm 1989, Viện lâm nghiệp nhiệt đới Trung Quốc cũng tạo ra 204 cây lai từ các cặp bố mẹ giữa Bạch đàn urô với các loài Bạch đàn tere, Bạch đàn caman, Bạch đàn liễu, Bạch đàn grandis, Bạch đàn ƣớt và Bạch đàn pellita. Trong đó một số cá thể cây lai từ các tổ hợp Bạch đàn urô x Bạch đàn tere và Bạch đàn urô x Bạch đàn caman đã có ƣu thế lai rõ rệt về sinh trƣởng so với bố mẹ của chúng, cây lai có thể tích vƣợt bố mẹ với các trị số tƣơng ứng là 120,7% và 89,4% [40]. Nghiên cứu ƣu thế lai về năng suất đƣợc thực hiện trên các tổ hợp Bạch đàn grandis x Bạch đàn urô, Bạch đàn pellita x Bạch đàn urô, kết quả cho thấy c 5 chúng là những tổ hợp lai có ƣu thế lai vƣợt hơn các loài thuần và là giống sản xuất ở Braxin và Congo [21]. Chƣơng trình cải thiện giống bạch đàn dựa trên phép lai đôi và lai ba cũng đƣợc thực hiện tại Braxin.
Sinh trƣởng về thể tích ở tuổi 7 của những cá thể lai ba [Bạch đàn urô x (Bạch đàn caman x Bạch đàn grandis)] là 0,331 m3/cây đã vƣợt các cây lai tốt nhất của các tổ hợp lai đôi (GU, GC, UC) có các trị số tƣơng ứng là 0,290m3/cây; 0,253 m3/cây; 0,234 m3/cây và loài thuần Bạch đàn urô, Bạch đàn grandis với các trị số tƣơng ứng là 0,229 m3/cây và 0,247 m3/cây(Assis, 2000) [18]. Viện nghiên cứu lâm nghiệp Quảng Tây (Trung Quốc) đã lai giữa Bạch đàn ƣớt (E. saligna) với Bạch đàn liễu (E. exserta) tạo ra đƣợc một số tổ hợp lai có khả năng vƣợt trội hơn loài Bạch đàn liễu tới 82% về thể tích thân cây, trong đó tổ hợp lai nghịch Bạch đàn liễu x Bạch đàn ƣớt có sinh trƣởng nhanh hơn tổ hợp lai thuận Bạch đàn ƣớt x Bạch đàn liễu.
Hiện các giống lai đƣợc trồng chủ yếu ở các vùng ven biển vì chúng có khả năng chịu gió bão tốt đồng thời sinh trƣởng nhanh [40]. Thông thƣờng ƣu thế lai thể hiện rõ hơn trong những điều kiện môi trƣờng sống bất lợi và chúng có phạm vi thích ứng rộng hơn mức bình thƣờng. Nghiên cứu của Verryn (2000) cho thấy những tổ hợp lai có khả năng chống chịu với điều kiện môi trƣờng bất lợi tốt là Bạch đàn grandis x Bạch đàn caman, Bạch đàn grandis x Bạch đàn tere, Bạch đàn grandis x Bạch đàn urô. Ƣu thế lai về sinh trƣởng và tính chịu lạnh đƣợc tìm thấy ở tổ hợp lai Bạch đàn grandis x Bạch đàn niten, còn ƣu thế lai về sinh trƣởng và chống chịu bệnh loét thân thể hiện ở tổ hợp lai Bạch đàn grandis x Bạch đàn urô [43].
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc lựa chọn các cặp bố mẹ trong lai giống có tác động nhiều đến biểu hiện của ƣu thế lai, thƣờng các cặp bố mẹ có sinh trƣởng tốt cho ƣu thế lai mạnh hơn các cặp bố mẹ có sinh trƣởng kém. Ngoài c 6 ra các nghiên cứu cũng cho thấy ảnh hƣởng của việc chọn loài để lai cũng tác động đến biểu hiện ƣu thế lai, các loài có quan hệ di truyền xa nhau cho ƣu thế lai mạnh hơn những loài có quan hệ gần gũi [22]. Tại Việt Nam Bạch đàn đƣợc du nhập vào Việt Nam từ những năm 1930, đến nay đã trở thành nhóm cây trồng chủ lực trong các chƣơng trình trồng rừng tập trung và phân tán ở nƣớc ta. Tổng diện tích trồng bạch đàn đến năm 2001 là 348.000 ha chiếm 30% diện tích trồng rừng cả nƣớc.
Cùng với nhóm loài keo, rừng trồng bạch đàn đã góp phần đáng kể đáp ứng nhu cầu gỗ nguyễn liệu, ván dăm, gỗ trụ mỏ góp phần cải thiện đời sống cho ngƣời dân làm nghề rừng.