Gây giống thực vật thông thường (Conventional Plant Breeding )?

Cập nhật: 21/06/2011

Ngay từ buổi sơ khai của nền nông nghiệp, khoảng 8-10 nghìn năm trước, người nông dân đã biết thay đổi những thành phần di truyền của các loại cây trồng trong canh tác. Vào thời gian đó, họ đã biết chọn những loại thực vật và hạt giống trông có vẻ tốt nhất để dành cho vụ sau.

Trong vòng 30 năm qua, lĩnh vực kỹ thuật di truyền đã tiến bộ vượt bậc nhờ những hiểu biết sâu sắc hơn về chuỗi DNA, dạng chuỗi xoắn kép hóa học tạo thành gen. Thuật ngữ kỹ thuật di truyền thường có thể thay bằng công nghệ gen, biến đổi gen, hay thao tác gen để mô tả quá trình trong đó cấu trúc gen có thể bị thay đổi khi sử dụng “công nghệ gen tái tổ hợp

Sau này, khi ngành khoa học di truyền phát triển hơn, người gây giống có thể sử dụng những kiến thức biết được về gien thực vật để lựa chọn những tính trạng tốt, tạo ra các loại giống tốt.
Việc lựa chọn một số tính trạng như tăng trưởng nhanh, năng suất cao, kháng sâu bệnh tốt, hạt giống lớn, trái ngọt hơn, đã thay đổi đáng kể các giống cây trồng qua canh tác so với họ hàng của chúng trong tự nhiên. Ví dụ, loại ngô lần đầu tiên được trồng ở Bắc và Nam Mĩ hàng nghìn năm trước, các bắp ngô thu hoạch nhỏ hơn cả một ngón tay. Ngày nay, có hàng trăm các loại giống ngô, vài loại trong số đó có thể cho ra bắp lớn hơn cả cẳng tay.

Kỹ thuật gây giống các loại thực vật thông thường đã trải qua hàng trăm năm, và đến nay vẫn được sử dụng phổ biến. Người nông dân ở buổi ban đầu đã phát hiện ra một số loại thực vật có thể giao phối giả, hoặc thụ phấn chéo để tăng năng suất để kết hợp những tính trạng trội tốt từ đời bố mẹ sang đời con.

Kỹ thuật nhận biết các tính trạng trội tốt và phối chothế hệ sau đóng vai trò quan trọng trong gây giống thực vật. Người gây giống phải xem xét cẩn thận, kỹ lưỡng

đồng đất, và phải đi xa để tìm được những loại cây riêng biệt thể hiện tính trạng trội. Thỉnh thoảng, một số tính trạng trội được tạo nên qua một quá trình gọi là đột biến, nhưng tỉ lệ đột biến tự nhiên rất chậm và không mấy chắc sẽ tạo ra được loại giống cây trồng mong muốn

Gây giống đột biến( Mutation breeding)

Cuối những năm 20, các nhà nghiên cứu phát hiện họ có thể tăng đáng kể các loại giống hoặc các đột biến bằng phương pháp chiếu tia X và sử dụng một số loại hóa chất trên thực vật. “Gây giống đột biến” bắt đầu phát triển mạnh sau Thế chiến thứ II, khi nhiều kỹ thuật trong thời đại hạt nhân trở nên phổ biến rộng rãi.

Người ta chiếu các tia gamma, protons, neutrons và phân tử alpha để xem chúng có thể gây ra hiện tượng đột biến có lợi hay không. Các loại hóa chất như natri, mêtan sun phô nát ê ty líc, được sử dụng để gây đột biến. Nổ lực gây giống bằng đột biến hiện nay vẫn được tiếp tục khắp nơi trên thế giới. Trong số 2252 các loại giống được chính thức tạo ra, có 1019 hoặc gần một nửa được tạo ra trong vòng 15 năm qua. Có thể kể tên một số loại thực vật được tạo nên nhờ quá trình gây giống đột biến là bột mì, lúa mạch, lúa, khoai tây, đậu nành và hành

Công nghệ giống lai(Hybrid seed technology)

Kết quả cuối cùng của gây giống thực vật là hoặc có giống thụ phấn mở (OP) hoặc có giống F1 lai tạp (thế hệ con đầu tiên). Các loại giống OP, khi được duy trì và sản xuất hợp lý, sẽ giữ lại những tính trạng tốt khi nhân giống. Kỹ thuật duy nhất có thể sử dụng  với loại giống OP là kỹ thuật lựa chọn những loại thực vật mang hạt giống.

Các hạt giống lai là một bước tiến về chất lượng, khả năng kháng sâu bệnh, và thời gian tăng trưởng so với các hạt giống thụ phấn mở.

Sản xuất các hạt giống lai bằng phương pháp lai giống hoặc lai chéo dòng, có đời bố mẹ là các dòng thuần chủng tạo ra nhờ giao phối gần. Các dòng thuần chủng là các loại giống thực vật có khả năng “cấy giống thật” hoặc tạo ra các đời sau về mặt hữu tính khá giống với đời cha mẹ. Nhờ lai chéo dòng thuần chủng, có thể tạo ra một thế hệ đời F1 các hạt giống lai  hoàn toàn giống nhau với nhiều đặc tính mong đợi.

Ví dụ cụ thể là cách giải thích đơn giản nhất về cách tạo ra đời lai F1. Ví dụ, một nhà gây giống thực vật quan sát thấy một loại cây có khả năng phát triển tương đối tốt, nhưng lại nghèo màu hoa, trong khi cây khác cùng loại cho màu hoa tốt nhưng khả năng phát triển kém.Ở mỗi loại lấy ra giống cây tốt nhất, cho tự thụ phấn (cách ly) mỗi năm, và mỗi năm hạt giống được gieo lại. Làm như vậy, các dòng tạo ra là dòng thuần chủng.

Nếu người gây giống lấy ra dòng thuần chủng ở mỗi loại cây chọn từ đầu, rồi cho thụ phấn chéo, sẽ cho kết quả là dòng F1 lai. Cây trồng từ loại hạt giống là kết quả của quá trình thụ phấn chéo phải kết hợp được những tính trạng trội ưu việt từ đời bố mẹ.

Đây là hình thức đơn giản nhất của phương pháp lai giống, tuy nhiên cũng có những vấn đề phức tạp. Có khi phải mất từ 7-8 năm để tạo ra một dòng thuần chủng hoàn toàn. Nhiều khi phải sử dụng các dòng khác nhau để tạo ra  một dòng thuần chủng để có được tính trạng mong muốn. Cây kết quả đem trồng cho đến lúc trở nên thuần chủng về mặt di truyền trước khi đem lai.

Các giống cây lai thường có các đặc điểm như sau: khả năng tăng trưởng tốt, đúng loại giống, năng suất cao, chất lượng đồng đều, một số đặc điểm khác như chín sớm, kháng sâu bệnh và giữ nước tốt đều được tổng hợp trong đời lai F1

Tuy nhiên để có được những ưu điểm giá phải trả tương đối đắt. Bở để tạo được đời lai F1,  phải mất rất nhiều năm chuẩn bị tạo ra các dòng thuần chủng, và các dòng này phải được duy trì liên tục sao cho mỗi năm có thể thu hoạch được các hạt giống đời F, hạt giống thường có giá rất đắt. Vấn đề càng trở nên phức tạp bởi để đảm bảo không xảy ra hiện tượng tự thụ phấn, mọi công việc lai giống giữa hai dòng thuần chủng đôi khi phải làm bằng tay.

Một nhược điểm nữa, nếu hạt giống đời lai F1 được sử dụng canh tác mùa sau, nhưng cây kết quả cũng như vật liệu F1 không phát triển tốt dẫn tới năng suất thấp và tăng trưởng kém, hậu quả, mỗi năm bà con nông dân phải đi mua hạt giống F1 mới từ người gây giống cây. Tuy nhiên, người nông dân sẽ được đền bù nhờ năng suất cao và chất lượng cây trồng tốt.
Mặc dù đắt hơn, nhưng hạt giống lai lại có những ảnh hướng to lớn tới năng suất nông nghiệp. Ngày nay, hầu hết các loại giống ngô và một nửa các loại giống lúa là giống lai. ( Theo DANIDA, 2002

Ở Mĩ, việc sử dụng rộng rãi các loại ngô lai cùng cải tiến phương pháp canh tác của người nông dân giúp sản lương ngô tăng gấp 3 trong vòng 50 năm qua, và trung bình mỗi hecta tăng từ 35 giạ những năm 1930 lên 115 giạ vào những năm 90. Chưa có một loại cây lương thực chính nào trên thế giới có thể đạt được thành tựu như vậy

Công nghệ lúa lai giúp Trung Quốc tăng sản lượng gạo từ 140 triệu tấn năm 1978 lên tới 188 triệu tấn năm 1990. Nghiên cứu tại viện Nghiên cứu cây lúa quốc tế và ở một số nước khác cho thấy công nghệ lúa lai đem lại nhiều cơ hội tăng sản lượng lúa giống lên tới 15-20%, hơn cả những loại giống đã được cải tiến, cho giao phối gần.

Rất nhiều loại hoa màu và cây ăn quả phổ biến hiện nay là đời lai F1. Để có được các tính trạng tốt của cây trồng, người lai giống các loại hoa màu nhiệt đới có thể nêu ra những thành tựu đạt được trong vòng hai thập kỷ vừa qua như:

Tăng năng suất: Các loại cây lai thường cho năng suất cao hơn các loại cây thụ phấn mở từ 50-100% nhờ tăng sức tăng trưởng, khả năng chống sâu bệnh, tăng khả năng ra quả dưới sức ép, và cho ra tỉ lệ hoa cái/hoa đực cao hơn.

Mở rộng mùa trồng trọt: Các loại cây lai thường trưởng thành sớm hơn 15 ngày so với giống thụ phấn mở. Đối với nhiều loại cây trồng, các đặc tính tương đối của giống lai so với giống OP là khả năng sinh trưởng dưới điều kiện sức ép.

Cải tiến chất lượng: Các loại cây lai giúp ổn định, nâng cao và đảm bảo đồng đều chất lượng sản phẩm, đồng nghĩa chất lượng lượng tiêu thụ tốt hơn ( ví dụ, phần thịt quả bầu  chắc và mềm, hoặc vị ngọt mát của dưa hấu).

Phương pháp gây giống các loại thực vật thông thường cho kết quả là các loại giống thụ phấn mở hoặc giống lai có ảnh hưởng lớn tới năng suất nông nghiệp trong các thập kỷ qua. Dù là một phương pháp rất quan trọng, nhưng phương pháp gây giống các loại thực vật thông thường cũng có những hạn chế nhất định. Trước hết, việc cấy ghép chỉ có thể thực hiện giữa hai loại thực vật có thể giao phối với nhau, làm hạn chế công tác cấy ghép những tính trạng mới. Thứ hai, khi thực vật cho giao phối chéo, rất nhiều tính trạng được chuyển sang cùng tính trạng mong muốn, bao gồm cả những tính trạng khả năng không có lợi cho năng suất.