Phát triển, duy trì và sản xuất hạt của các giống ngô thụ phấn tự do

PHÁT TRIỂN , DUY TRÌ VÀ SẢN XUẤT HẠT CỦA CÁC GIỐNG NGÔ THỤ PHẤN TỰ DODevelopment, Maintenance, and Seed Multiplication of Open-Pollinated Maize Shivaji PandeyDirectorCIMMYT Maize ProgramGiới thiệuVật liệu ngô năng suất cao đã được trồng ở các nước đang phát triển tăng lên trong nhưng năm quaQuá trình phát triển nhanh của các giống mới và giống lai, Do vậy hệ thống sản xuất hạt giống ngô ngày càng có vai trò quan trọngSản xuất giống đảm bảo cân bằng giữa chất lượng và tiêu chuẩn hạt giốngKỹ thuật sản xuất hạt giống ngô lai đã có nhiều công bố Nhưng sản xuất hạt giống ngô thụ phấn tự do còn hạn chế. Nội dung1 Giới thiệu Sự phù hợp của giống thụ phấn tự do Những thay đồi khái nệm giống thụ phấn tự do 2 Phát triển giống,đánh giá và đặc điểm Phương pháp phát triển giống Đánh giá và hệ tống phóng thích giống Đặc điểmcả giống thụphấn tự do 3 Duy trìvà sản xuất hạt giống Hạt tác giả Hạt nguyên chủng Hạt xác nhận Tiêu chuẩn cách ly trong sản xuất hạt giống Tiêu chuẩn duy trì đồng nhất giống 4 Những vấn đề khác trong kế hoạch sản xuất hạt giống Lưu giữ giống gốc Lựa chọn địa phương cho nhân hạt Hướng dẫn hệ số nhân các cấp 5 Kết luận Giới thiệu Cây ngô (Zea mays, L.) được trồng xấp xỉ 140 triệu ha trên toàn thế giới trong đó 97 triệu ha ở các nước đang phát triển, 9 triệu ha ở các nước phát triển và 9 triệu ha ở Đông Âu (CIMMYT, 1994).Ngô là lương thực của hàng 100 triệu người ở các nước đang phát triển, bình quân ở Đông và Nam phi tiêu thụ 80 kg/người mỗi năm, 170 kg ở Mexico và Trung Mỹ, 100 kg ở Châu á và Đông Nam Châu Á, và trên 190kg ở Nam MỹSự phù hợp của ngô OPVs Xấp xỉ 58% diện tích trồng ngô ở các nước đang phát triển trồng các giống cải tiến,44% ngô lai và, 14% giống thụ phấn tự do cải tiến (OPVs), và 42% giống thụ phấn tự do chưa cải tiến OPVs (Hình 1) (Pandey and Gardner, 1992; CIMMYT, 1994 Ngược lại gần 100% diện tích trồng ngô ở các nước phát triển là giống ngô lai. Ngô OPVs đóng vai trò quan trọng trong canh tác ngô ở các nước đang phát triển. Các giống ngô thụ phấn tự do cải tiến dễ áp dụng hơn ở các nước này doHệ thống cung cấp hạt giống thuận tiện, nông dân có thể tự để giống, Giá hạt giống thấp, Canh tác thâm canh và quản lý sản xuất không yêu cầu cao Thay thế các giống OPV tốt hơn các giống OPV hiện tại và giống ngô bản địa sẽ tăng năng suất ngô. Ngoài ra tăng sử dụng các giống OPV cải tiến khuyến khích nông dân tăng dần đầu tư và tiếp cận với giống laiNhững thay đổi trong khái niệm giống thụ phấn tự do(OPVs) Ngô là một cây giao phấn, Nó biểu hiện biến dị di truyền cao, Đa dạng di truyền các giống ngôĐể phát triển quần thể Composite, gene pool và Thế hệ tiến bộ tạo giống bằng chọn lọc chu kỳ. Một tái tổ hợp quần thể cải tiến thường được phóng thích ra sản xuất Là một thụ phấn tự do ( OPV) cải tiếnMột số OPV phóng thích không đồng nhất về đặc điểm nông họcLàm giảm sự chấp nhận của nông dân. Tính trạng này có phần do chưa thống nhất về khái niệm và phương pháp tạo giống thụ phấn tự do. Gần đây được định nghĩa lại một giống OPV là : Một tập hợp các kiểu hình đồng nhất tương đối khác với các quần thể khác, đồng nhất tương đối và ổn địnhMột OPV là khác biệt nếu Nó có các tính trạng phân biệt với các giống khác đã biết Và có thể nhận biết được.Nó đồng nhất tương đối và ổn định Các tính trạng nông học quan trọng Qua thời gian trong vùng giống thích nghiGiống được tạo thành bằng nội phối 8 – 10 gia đình hoặc dòng có cùng: thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, cao đóng bắp và các tính trạng hình thái khác. Một OPV đồng nhất sẽ được nông dân chấp nhận và sản xuất hạt giống dễ dàng hơnPhát triển giống và đánh giá mô tả đặc điểmTrước khi phương pháp là:Duy trì giốngSản xuất hạt giống, Cần xem xét phương pháp phát triển giống,Đánh giá và đặc đểm một giống TPTDPhương pháp phát triển giốngCác gia đình tốt được nhận biết trong chương trình chọn lọc chu kỳ Những gia đình này thường được sử dụng để hình thành giống TPTD. Phát triển giống thụ phấn tự do bị ảnh hưởng bởi Chương trình chọn lọc chu kỳ sử dụng để cải tiến quần thể ngô. Mức độ tự phối quần thể từ các gia đình chọn, Số lượng và loại gia đình chọn, Phương pháp tái tổ hợp chúng để hình thành OPV Chịu ảnh hưởng trực tiếp mức độ tự phối. Sử dụng một số ít gia đình đảm bảo Tính xác thực và đồng nhất về các tính trạng hình thái. Một số ít gia đình khi tái tổ hợp biểu hiện cận phối cao hơnChọn 8-10 gia đình tốt nhất từ chương trình chọn lọc chu kỳ, Những gia đình nhận biết qua thử nghiệm ở nhiều địa phương. Hạt của các gia đình ưu tú còn lại cất trữ để Tạo lai diallel cây với cây ( plant to plant diallel crosses ) để hình thành nên OPVLai diallel giữa 10 hoặc ít hơn 10 kiểu gen Thực hiện và tái hợp hoàn chỉnh hơn giảm thiểu cận phối (Hallauer and Miranda, 1988).Trong một khối lai nếu Một gia đình có cây khác với các cây trong gia đìnhỞ bất kỳ giai đoạn sinh trưởng và phát triển nàoCần loại bỏ trước hoặc sau thụ phấn. Các cây khác trong gia đình thụ phấn bằng cây không mong muốn đó cũng phải loại bỏCác OPV cũng có thể phát triển bằng Tái tổ hợp các dòng tự phối ưu tú Từ các quần thể không trong chương trình chọn lọc cải tiến. Trong trường hợp này chọn 8 – 10 dòng ưu tú có khả năng kết hợp cao nội phối chúng như đã mô tả trênGiống TPTD năng suất cao cũng có thể tạo bằng Lai giữa 4 đến 5 giống lai đơn , lai ba và lai kép, Nhưng những giống lai đó phải là giống lai giữa các dòng tự phốiCác dòng đó đã được chọn lọc và sử dụng Thay vì ưu thế lai của chúng để phát triển giống TPTDHạt F1 nhân lên F2 do thụ phấn bằng tay Sử dụng một trong hai phương pháp sau để cung cấp đủ lượng hạt cho đánh giá, Duy trì giống TPTD như hình 2 dưới đây mHình thành giống và thu hạt F2 từ chương trình chọn lọc chu kỳ100 – 200 gia đình thử nghiệm lặp lại ở nhiều địa phương8 – 10 gia đình để tái tổ hợpChọn số bắp ngang bằng nhau của mỗi tái hợp hay gia đình lai đẻ riêng rẽ ( tổng số 100 – 200 bắp)Hạt F1 nhân sang F2 Chọn số bắp ngang bằng nhau của mỗi cặp lai ( 3 – 5 bắp)Tách hạt các bắp riêngHỗn hạt các bắp ngang bằng từ mỗi bắp của mỗi tái hợpCác tái hợp trồng riêng và lai cây với cây giữa chúngHỗn hợp số hạt ngang nhau của mỗi bắp nhân F2Cất trữ 50 – 75 hạt của mỗi bắp là hạt TG cho sản xuất tiếp theo Chọn số bắp ngang bằng nhau của mỗi gia đình( 10 – 15 bắp)(Một con cái làm mẹ còn lại làm bố)Tách hạt các bắp riêng, Hỗn hợp số hạt bằng nhau từ mỗi bắp của mỗi gia đình Tạo lai cây với cây giữa các gia đìnhHoặcHình thành giống và nhận được hạt F2 từ chọn lọc chu kỳ100 – 200 gia đính được thử nghiệm ở một số địa phươngChọn 8 – 10 gia đình đưa vào chương trình DiallelHạt F1 nhân sang F2Chọn số bắp ngang bằng nhau ( 3- 5 bắp) của mỗi cặp lai.Hỗn hợp số hạt ngang bằng nhau của mỗi bắp tạo thành hỗn hợp lai. Các hỗn hợp này trồng riêng để lai cây với câyHạt F1 nhân sang F2Chọn số bắp ngang bằng nhau ( 10- 15 bắp) của mỗi gia đình lai. 1 sử dụng làm mẹ còn lại làm bố.Tách hạt các bắp riêng hỗn hợp số hạt bằng nhau tạo thành các gia đình lai. lai cây với cây trong mỗi gia đìnhChọn số bắp ngang bằng nhau của mỗi gia đình lai hay cặp lai 100 - 200Hỗn hợp số hạt ngang bằng nhau của mỗi bắp nhân F2Cất trữ 50 – 75 hạt riêng là hạt tác giả gốcHoặcVàTổng 10 gia đình được sử dụng tạo giống TPTD, có thể lai 45 cặp giữa các bố mẹ trong một gia đìnhCách thứ nhấtLấy số lượng ngang bằng nhau (từ 3 – 5 bắp) của mỗi cặp lai diallel trên( cặp lai đã được chọn) Tách hạt số lượng ngang bằng nhau của các bắp (của cặp đó)Mỗi cặp trong 45 cặp lai có thể trồng riêng rẽ khoảng 20 cây, Chọn các cây tốt, khỏe để lai cây với cây. Nếu có một cặp lai không tốt thì những cặp lai khác đã nhận phấn của bố mẹ cặp lai đó đều loại bỏCách thứ haiMỗi gia định tham gia hình thành lên OPV Chọn số bắp ngang bằng nhau từ các cặp lai (10 -15 bắp) một trong số đó làm mẹ còn lại làm bố.Các bắp tách riêng và số hạt bằng nhau của mỗi bắp trong mỗi gia đình lai hỗn hợp (trong một gia đình) để chuẩn bị cho hỗn hợp các gia đình riêng rẽ.Như vây nếu có 10 gia đình tham gia tạo thành OPV sẽ có 10 hỗn hợp lai tham gia tái tổ hợpNhững hỗn hợp này có thể trồng cá thể để lai cây với câyBất kỳ hỗn hợp lai của gia đình nào không mong muốn trong suốt các giai đoạn sinh trưởng, phát triển đều bỏ cả hỗn hỗn hợp lai cua gia đình đóCả hai cách thụ phấn bằng tay để thu được 100 – 200 bắp, Lấy số hạt ngang bằng nhau để hỗn hợp tái tổ hợp tạo hạt F2. Chọn lọc đồng nhất ở giai đoạn này sẽ có lợi cho Các giai đoạn nhân hạt tiếp theo và duy trì giống. Mỗi bắp lấy ra 50 đến 75 hạt tích trữ riêng rẽ Là con cái của hạt tác giả sử dụng cho duy trì và sản xuất hạt giốngĐánh giá và hệ thống phóng tích giống Hệ thống đánh giá và phóng thích giống ở các nước rất khác nhauHệ thống đánh giá đảm bảo nhận biết nhanh và chính xác giống OPV mới và đối chứngKhảo sát 25 nước cho thấy Các thử nghiệm được tiến hành đồng thời ở trạm nghiên cứu và ruộng nông dân là một hệ thống hỗ trợ để phóng thích giống nhanh hơnThử nghệm trên ruông nông dân do nông dân quản lý là cơ sở xác định sự phù hợp và ổn định của giốngPhối hợp với các công ty cũng là hướng để đánh giá và phóng thcíh giống hiệu quảĐặc điểm hóa giống TPTDKhi một giống TPTD gần đến giai đoạn phóng thích cần mô tả nhưng thuộc tính nổi bật của nó ở khu vực thích nghị nhằmHưởng dẫn cho duy trì và sản xuất hạt giống.Những đặc điểm di truyền có thể phân biệt với OPV khác như Đặc điểm thích nghi, chin, cao cây, cao bắp màu sắc thân, màu sắc và dạng cờ, góc lá, màu sắc lõi, râu, hạt, dạng hạt, độ chắc hạt và Các đặc điểm chống chịu sâu bệnh khácCác đặc điểm và tính trạng số lượng của giống TPTD Khi mô tả cần có độ lệch chuẩn hay độ biến động ( ± s). Tính trạng số lượng cũng có thể đưa ra độ biến động là % và Thông thường độ lệch <5% là chấp nhận được. Giá trị tính trạng số lượng là cơ sở duy trì và sản xuất hạt giống cấp tác giả Và là cơ sở cấp chứng chỉ hạt giốngDuy trì và sản xuất hạt giống (Maintenance and Seed Production )Duy trì và sản xuất hạt giống của giống TPTD chia thành 3 giai đoạn của sản xuất hạt giống : Hạt tác giả, Hạt nguyên chủng vàHạt xác nhậnRuộng sản xuất hạt tác giả phải đảm bảo tối thiểu biến động của các tính trạng hình thái Ruộng sản xuất hạt xác nhân biến đồng lớn hơn, Ruộng sản xuất hạt nguyên chủng nằm trung gian hai loại trênTiêu chuẩn chất lượng hạt giống mỗi cấp được xây dựng thành tiêu chuẩn quốc giaSự khác biệt giữa duy trì và sản xuất hạt giống là số cây hoặc số bắp sử dụng,Nhưng số cây hay số bắp này phải đại diện cho giống TPTD đó và Đủ số lượng hạt giống cho nhân tiếp theo và cung cấp cho sản xuấtSố cây hoặc số bắp phụ thuộc vào mức biến dị di truyền của giống TPTD đó. Dựa trên lý thuyết và thực tế thấy rằng 100 – 200 cây và bắp là Đủ để đại diện cho OPV và đủ lượng hạt tác giả cung cấp cho nhân tiếp theo. Mặc dù vậy cả số bắp chọn số hàng và kích thước quần thể trồng có thể được điều chỉnh khi có yêu cầu số lượng lớn hơnBreeder's seed Breeder's seed được sản xuất từ hạt tác giả hoặc từ hạt tác giả gốc phải duy trì được độ thuần di truyềnĐể duy độ thuần ở mức cao nhất diện tích sản xuất nên nhỏ và có thể quản lý đượcĐể đảm bảo OPV không biến động quá trong thế hệ nhân các tính trạng hình thái của cây và bắp Các cây và bắp chọn để tạo lập lô hạt tác giả các tính trạng số lượng có độ lệch chuẩn phải trong phạm vi ± 0.7s (standard deviation) hoặc độ lệch chuẩn chấp nhận trong phạm vị ± 3%.Hai phương pháp sử dụng để duy trì sản xuất hạt tác giả giống TPTD như sau1) Thụ phấn hỗn hợp (Bulk pollination )Trồng khoảng 1.000 cây trồng từ hỗn hợp cân bằng hạt F2 (của các bắp tồn trữ để nhân hạt tác giả gốc)Chọn 400-500 cây đúng với kiểu hình mô tả của giống, phấn của các cây này hỗn hợp để thụ cho nhưng cây nàyThu hoạch 100- 200 bắp với các đặc điểm đúng nguyên bản trên các cây chọn Hạt của 100 – 200 bắp hỗn hợp số lượng ngang bằng nhau tạo lập lô hạt tác giảKhoảng 50- 75 hạt của 1 bắp chọn cất trữ riêng để cung cấp cho sản xuất hạt giống tác giả chu kỳ sau2) Khối lai bắp trên hàng half-sib cách ly (Isolated half-sib ear-to-row crossing block)Đây là phương pháp đơn giản và có hiệu quả để duy trì và sản xuất hạt tác giả giống ngô TPTDNó yêu cầu cách ly và Bắt đầu với các hạt lấy từ mỗi bắp F2 ( F2 có 100- 200 bắp) cất trữ như là hạt tác giả gốc ( hình 2)Hạt của mỗi bắp này trồng thành hàng mẹ ( ear – row) trong một khối lai haf-sib. Hàng bố trồng bằng hỗn hợp hạt của tất các bắp với số lượng ngang bằng nhauTỷ lệ trồng 1 hàng bố : 2 – 3 hàng mẹCác cây hàng mẹ bẻ cờ trước khi trỗ cờ và Bẻ cờ tất cả các cây bố không đúng mô tả của giống TPTD ( khoảng 20 – 30%) Phụ thuộc vào tỷ lệ hàng bố : mẹ sử dụng, có thể sử dụng tác nhân thụ phấnNếu rút cờ cẩn thận hàng mẹ tạo ra nhiều hạt và chất lượng hạt tốt hơnHàng bố là một chỉ thị tốt cho nhân biết biến động của môi trường ruộng sản xuấtChọn lọc khử lẫn trên hàng mẹ để đảm bảo độ thuầnTrước khi thu hoặch, 4 – 8 cây /hàngXấp xỉ với 50% của bắp trên hàng đúng mô tả của giốngVề các tính trạng cây được chọn và đánh dấu lại, 2 đến 4 bắp tốt nhất phù hợp với đặc điểm hạt của giốngĐược chọn từ các cây đã đánh dấu trong mỗi gia đình để thu được tổng số 100 – 200 bắpHạt của các bắp này và các bắp đúng giống khác có thể sử dụng tạo lô hạt tác giả, Hạt tác giả gốc và cho đánh giá mô tả giốngFoundation seed Nhân hạt tác giả thế hệ thứ nhất thường được coi là hạt nguyên chủngTrách nhiệm sản xuất hạt nguyên chủng thường là các công ty dưới sự trợ giúp của tác giả để duy trì độ thuần của giốngKhử cờ 10-15% cây khác dạng trước khi trỗ cờ phun râuKhử lần bắp và hạt không đúng giống có thể thực hiện sau thu hoạchNgười sản xuất hạt giống đảm bảo dộ thuần di truyền và hình thái thông qua quan sát kỹ lưỡngSản xuất hạt nguyên chủng các tính trạng số lượng biến động < ±1,55 hoặc trong phạm vi chấp nhận ± 5%Khi có yêu cầu số lượng hạt nguyên chung cao hơn có thể nhân tiếp một thế hệ nữaCertified seed Hạt xác nhân là thế hệ nhân hạt cuối cùngCertified seed is the last stage in the seed mHạt xác nhận nhân từ hạt nguyên chủngKhử lần 5% cây khác dạng trước khi trỗ cờ, phun râu và bắp hạt khác dạng sau thu hoạchĐộ lệch chuẩn của tính trạng số lượng của lô sản xuất không vượt quá ± 1.96s (standard deviation) phạm vi chấp nhận ± 8%. Nếu yêu cầu hạt tác giả không phù hợp về số lượng với các bắp chọn được, cũng có thể sử dụng hạt ở các bắp xác thực di truyền ở các cây đã chọn nhưng không sử dụng như hạt gốc của hạt tác giảMột mẫu đại diện của các bắp chọn cũng như bắp từ các cây đúng giống thụ phấn bằng tay có thể sử dụng để đánh giá giống TPTDTiêu chuẩn cách ly trong sản xuất hạt giống (Isolation standards for seed production)Để duy trì độ thần di truyền tránh suy thoái giống Cách ly không gian hoặc thời gianCách ly không gian với sản xuất hạt tác giả là 300 m, và sản xuất hạt nguyên chủng và xác nhận là 200m. Tuy nhiên khoảng cách cách ly còn phụ thuộc vào hướng gió và tốc độ gió thời kỳ trỗ cờ, phun râuKế hoạch sản xuất phù hợp để cung cấp đủ lượng hạt giống cho các bước nhân tiếp theo và cung cấp cho sản xuấtCăn cứ vào lượng hạt giống xác nhân yêu cầu để xây dựng kế hoặch nhân hạt tác giả và nguyên chủngMô hình sản xuất hạt xác nhận và số thế hệ nhân được hạt xác nhânYêu cầu đất đai cho sản xuất dựa trên năng suất của mỗi cấp hạt giốngKhoảng thời gian thực hiện một lần nhân