🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Giáo trình quỹ ghen và bảo tồn quỹ ghen Ebooks Nhóm Zalo BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PGS.TS VŨ VĂN LIẾT GIÁO TRÌNH QUỸ GEN VÀ BẢO TỒN QUỸ GEN HÀ NỘI 2009 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU..............................................................................................................................................5 Chương 1..............................................................................................................................................7 ĐA DẠNG SINH HỌC, ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT .7 1.1 ĐA DẠNG SINH HỌC..............................................................................................................7 1.1.1 Khái niệm đa dạng sinh học................................................................................................7 1.1.2 Vai trò của đa dạng sinh học...............................................................................................8 1.2 ĐA DẠNG DI TRUYỀN.........................................................................................................10 1.2.1 Khái niệm và ý nghĩa........................................................................................................10 1.2.2 Xác định đa dạng di truyền...............................................................................................11 1.2.3 Động thái vận động của đa dạng di truyền .......................................................................14 1.3 VAI TRÒ CỦA ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ NGUỒN GEN THỰC VẬT..........................15 1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ .............................................................................18 1.5 CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT...........................................................22 1.5.1 Học thuyết “ Dãy biến dị tương đồng” .............................................................................22 1.5.2 Học thuyết Trung tâm đa dạng di truyền ( Trung tâm phát sinh cây trồng) .....................22 1.6 CÁC TRUNG TÂM BẢO TỒN NGUỒN GEN THẾ GIỚI ...................................................32 1.7 BẢO TỒN NGUỒN GEN CỦA VIỆT NAM..........................................................................34 Chương 2............................................................................................................................................40 THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT ..........................................................................................40 2.1 XÓI MÒN NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT............................................40 2.1.1 Mức độ xói mòn nguồn gen thực vật................................................................................40 2.1.2 Nguyên nhân xói mòn nguồn gen thực vật .......................................................................41 2.1.3 Hậu quả của xói mòn nguồn gen ......................................................................................43 2.2 NHIỆM VỤ, XÁC ĐỊNH ƯU TIÊN THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT.....................44 2.2.1 Nhiệm vụ ..........................................................................................................................44 2.2.2 Những nguồn gen cần thu thập ở Việt Nam .....................................................................46 2.2.3 Xác định vùng và cây trồng ưu tiên thu thập ở Việt Nam ................................................46 2.3 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP.................................................................................................47 2.3.1 Chuẩn bị cho một cuộc thu thập nguồn gen thực vật........................................................49 2.3.2 Thực hiện khảo sát cây trồng theo địa lý sinh thái ...........................................................51 2.3.3 Hình thức tổ chức thu thập ..............................................................................................59 2.3.4 Phương pháp lấy mẫu và cỡ mẫu thu thập........................................................................59 2.3.5 Thu thập thông tin trong qúa trình thu thập nguồn gen (Passport data) ...........................63 2.4 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TRUYỀN THỐNG................................................................64 2.4.1 Thu thập nguồn gen hoang dại..........................................................................................64 2.4.2 Thu thập cây lấy hạt..........................................................................................................64 2.4.3 Thu thập cây có củ............................................................................................................65 2.4.4 Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ..................................................................................65 2.4.5 Thụ thập vật liệu trồng trọt:..............................................................................................65 2.5 THU THẬP NGUỒN GEN IN VITRO...................................................................................66 2.5.1 Khái niệm và cơ sở khoa học của thu thập nguồn gen thực vật In vitro...........................66 2.5.2 Phương pháp cơ bản nuôi cây In vitro..............................................................................67 2.5.3 Hướng dẫn kỹ thuật của phương pháp..............................................................................67 2.5.4 Một số nghiên cứu thu thập nguồn gen bằng kỹ thuật In vitro........................................69 2.6 THU THẬP NGUỒN GEN CÓ SỰ THAM GIA....................................................................72 2.6.1 Các bước thực hiện thu thập nguồn gen có sự tham gia của người dân: .........................73 2.6.2 Kỹ thuật họp nhóm nông dân............................................................................................73 2.7 THU THẬP NGÂN HÀNG GEN HẠT NHÂN......................................................................77 2.7.1 Khái niệm: ........................................................................................................................77 2.7.2 Thu thập ngân hàng gen hạt nhân.....................................................................................78 2.7.3 Chia nguồn gen thành các nhóm di truyền khác biệt........................................................80 2 2.7.4 Quản lý nguồn gen hạt nhân .............................................................................................82 2.7.5 Sử dụng nguồn gen hạt nhân. ...........................................................................................82 2.8 PHÂN LOẠI NGUỒN GEN SAU THU THẬP .....................................................................82 2.8.1 Phân loại dựa trên hệ thống phân loại thực vật................................................................83 2.8.2 Phân nhóm dựa trên kiểu hình .........................................................................................84 2.8.3 Phân nhóm nguồn gen theo vùng địa lý sinh thái.............................................................86 2.9 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ..............................................................................................87 Chương 3............................................................................................................................................89 BẢO TỒN NỘI VI............................................................................................................................89 (In situ)...............................................................................................................................................89 3.1 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN CƠ BẢN ...................................................................89 3.2 KHÁI NIỆM BẢO TỒN NỘI VI ( In situ)..............................................................................90 3.3 BẢO TỒN TRÊN TRANG TRẠI .......................................................................................91 3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN NỘI VI KHÁC ..........................................................116 3.4.1 Khu bảo tồn sinh quyển hoặc khu bảo vệ đa dạng..........................................................116 3.4.2 Phương pháp vườn hộ.....................................................................................................118 Chương 4..........................................................................................................................................120 BẢO TỒN NGOẠI VI .....................................................................................................................120 4.1 KHÁI NIỆM ..........................................................................................................................120 4.2 BẢO TỒN HẠT (SEED GENEBANK) (đối với hạt chịu làm khô -Orthodox seed conservation)................................................................................................................................121 4.2.1 Thu nhận mẫu nguồn gen hạt đưa vào ngân hàng hạt.....................................................123 4.2.2 Đăng ký nguồn gen vào ngân hàng gen hạt....................................................................124 4.2.3 Độ sạch mẫu hạt nguồn gen............................................................................................126 4.2.4 Độ ẩm mẫu hạt và làm khô trước khi bảo tồn.................................................................127 4.2.5 Kiểm tra chất lượng hạt nguồn gen trược khi bảo tồn ....................................................131 4.2.6 Đóng bao và tồn trữ nguồn gen ......................................................................................137 4.2.7 Quản lý kho bảo tồn nguồn gen......................................................................................138 4.2.8 Nhân nguồn gen.............................................................................................................140 4.3 BẢO TỒN NGÂN HÀNG GEN ĐỒNG RUỘNG ................................................................141 (Bảo tồn ngân hàng gen đồng ruộng với loài không bảo tồn hạt khô (non-orthodox) và các loài nhân giống vô tính) ......................................................................................................................141 4.3.1 Chọn điểm và thu thập nguồn gen cho bảo tồn đồng ruộng ...........................................143 4.3.2 Nguyên lý bảo tồn đồng ruộng .......................................................................................144 4.3.3 Bố trí xắp xếp ngân hàng gen đồng ruộng......................................................................146 4.3.4 Quản lý đồng ruộng .......................................................................................................146 4.3.5 Đánh giá đặc điểm ngân hàng gen đồng ruộng...............................................................148 4.3.6 Sử dụng ngân hàng gen đồng ruộng ..............................................................................149 4.4 BẢO TỒN ĐÔNG LẠNH .....................................................................................................149 4.4.1 Cơ sở lý thuyết của bảo tồn đông lạnh ...........................................................................150 4.4.2 Kỹ thuật bảo tồn đông lạnh.............................................................................................152 4.4.3 Ứng dụng bảo tồn đông lạnh với các loài thân thảo .......................................................152 4.4.4 Bảo tồn đông lạnh với các loài cây thân gỗ....................................................................154 4.4.5 Tính toàn vẹn di truyền của thực vật khi bảo tồn đông lạnh...........................................155 4.5 BẢO TỒN IN VITRO............................................................................................................155 4.5.1 Nguyên lý bảo tồn In vitro..............................................................................................155 4.5.2 Phân loại bảo tồn In vitro................................................................................................156 4.5.3 Những kỹ thuật cơ bản trong bảo tồn In vitro ................................................................157 4.6 BẢO TỒN HẠT PHẤN.........................................................................................................159 4.7 NGÂN HÀNG DNA............................................................................................................159 4.7.1 Những ngân hàng DNA hiện có trên thế giới .................................................................159 4.7.2 Bảo tồn DNA hiện nay trên thế giới ...............................................................................159 3 4.7.3 Kỹ thuật chủ yếu trong tách và tồn trữ DNA.................................................................160 4.7.4 Ngân hàng DNA như một bảo tồn bổ sung ....................................................................161 4.7.5 Luật pháp quốc tế về ngân hàng DNA............................................................................161 Chương 5..........................................................................................................................................163 ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG NGUỒN GEN ....................................................................................163 5.1 NHÂN TĂNG SỐ LƯỢNG HẠT .........................................................................................163 5.1.1 Kỹ thuật nhân để giữ nguyên tính xác thực di truyền của nguồn gen.............................163 5.1.2 Bố trí thí nghiệm nhân hạt .............................................................................................164 5.1.3 Các chỉ tiêu theo dõi ......................................................................................................164 5.2 HỆ THỐNG HÓA THÔNG TIN ...........................................................................................164 5.3 CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN .......................................................165 5.3.1 Đánh giá cơ bản ..............................................................................................................165 5.3.2 Đánh giá và mô tả đặc điểm chi tiết ...............................................................................165 5.4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN..............................................166 5.4.1 Công thức thí nghiệm trong đánh giá nguồn gen............................................................166 5.4.2 Số lượng mẫu nguồn gen trong một thí nghiệm đánh giá..............................................167 5.4.3 Đối chứng .......................................................................................................................167 5.4.4 Chọn điểm thí nghiệm ....................................................................................................167 5.4.5 Kỹ thuật bố trí thí nghiệm...............................................................................................167 5.4.6 Thu thập thông tin thí nghiệm nguồn gen.......................................................................171 5.4.7 Quản lý số liệu thu thập..................................................................................................174 5.4.8 Phân tích thống kê số liệu...............................................................................................175 5.5 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN.................................178 5.6 TỔNG HỢP KẾT QUẢ VÀ TÀI LIỆU HÓA .......................................................................180 5.7 SỬ DỤNG NGUỒN GEN THỰC VẬT................................................................................180 5.7.1 Nghiên cứu cơ bản:.........................................................................................................180 5.7.2 Sử dụng trong các chương trình tạo giống với các mục tiêu khác nhau.........................180 5.7.5 Phân phối sử dụng nguồn gen.........................................................................................181 5.7.6 Sử dụng nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại .....................................................183 5.7.7 Sử dụng nguồn gen cây trồng địa phương ......................................................................187 5.7.8 Sử dụng nguồn gen mới tạo thành và nguồn gen cây trồng thế giới ..............................188 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................191 4 MỞ ĐẦU Nguồn gen thực vật có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với cuộc sống con người trên trái đất, nó là nền tảng của đa dạng sinh học, đa dạng nông nghiệp, đảm bảo cho phát triển bền vững và chống nghèo đói. Con người đã nhận thức được tầm quan trọng của nguồn gen thực vật, vì vậy nhóm tư vấn Quốc tế (Consultative Group on International Agricultural Research) viết tắt là CGIAR đã được thành lập năm 1971. Một trong những sứ mệnh của CGIAR là nghiên cứu, hỗ trợ và hướng dẫn bảo tồn nguồn gen thực vật, cho đến nay tổ chức này đã có mạng lưới khắp toàn cầu gồm có 15 Trung tâm nghiên cứu Quốc tế. Mạng lưới của CGIAR hợp tác với hệ thống nghiên cứu nông nghiệp của tất cả các quốc gia, các tổ chức chính phủ và phi chính phủ. Mục tiêu tư vấn phát triển nông nghiệp bền vững, nâng cao chất lượng cuộc sống, đảm bảo an ninh lương thực, đảm bảo dinh dưỡng và sức khỏe con người, nâng cao thu nhập và cải thiện quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên. Năm 1991 Viện Tài Nguyên Di Truyền Thực Vật Thế Giới (IPGRI) thành lập trên cơ sở CGIAR đặt trụ sở tại Rome, Italy. Viện có các cơ quan vùng ở Cali, Colombia (Châu Mỹ), KualaLumpur, Malaysia (Châu Á Thái Bình Dương), Nairobi, Kenya (Châu Phi), Aleppo, Syria (Tây Á và Bắc Phi), và Rome, Italy (Châu Âu). Năm 1996 thành lập thêm văn phòng tại Costa Rica, năm 1997 văn phòng tại Uganda và Cameroon. Tầm nhìn của IPGRI là “ Loài người ngày nay và trong tương lai có cuộc sống tốt hơn bằng tăng thu nhập, cải thiện an ninh lương thực bền vững, sức khỏe môi trường tốt hơn thông qua bảo tồn và phát triển đa dạng sinh học nông nghiệp trên nông trại và tài nguyên rừng”. Nguồn tài nguyên được bảo tồn đa dạng tạo cơ hội tốt hơn cho sử dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người trong tương lai. Ngày nay, gần một phần tư triệu loài thực vật trên trái đất đang cần được thu thập và bảo tồn, trong đó một số loài và vùng địa lý nguồn gen cần được ưu tiên thu thập và bảo tồn vì chúng đang bị đe dọa nghiêm trọng. Việt Nam có có vị trí địa lý, địa hình đa dạng cùng với lịch sử phát triển lâu đời của 64 nhóm dân tộc sinh sống và nền sản xuất nông nghiệp chiếm ưu thế. Điều kiện đó đã tạo nên nguồn tài nguyên di truyền thực vật của Việt Nam vô cùng đa dạng và phong phú. Những năm gần đây do dân số tăng nhanh, sự phát triển và phổ biên các giống cây trồng mới và sự phát triển của nền kính tế, đa dạng tài nguyên di truyền của Việt Nam cũng đang bị dọa. Những nguyên nhân trên dẫn đến xói mòn nguồn gen và giảm đa dạng sinh học, một số vùng đã đến mức báo động. Việt Nam đã có những phản ứng tích cực trước nguy cơ mất đa dạng di truyền và nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Chính phủ đã thành lập Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật (TNDTTV) thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt năm 2005 (Quyết định số 220/2005/QĐ-TTg ngày 09/9/2005). Trung tâm TNDTTV có mạng lưới gồm 18 Viện, Trung tâm và Trạm nghiên cứu làm nhiệm vụ nghiên cứu và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Những nhiệm vụ chính của mạng lưới Quốc gia trong quản lý và bảo tồn nguồn tài nguyên + Nhiệm vụ duy trì và phát triển ngân hàng gen thực vật Quốc gia: thu thập và lưu giữ nguồn gen tại ngân hàng gen (Ngân hàng gen hạt “seed genebank”, ngân hàng gen đồng ruộng “field genebank”, Ngân hàng gen In vitro và AND). Bên cạnh bảo tồn, nhiệm vụ đánh giá, tư liệu hoá; thu thập và bổ sung thông tin, cung cấp nguồn gen cho nghiên cúu khoa học, mở rộng sản xuất và phục vụ chọn tạo giống cây trồng + Xây dựng giải pháp bảo tồn và khai thác sử dụng tài nguyên thực vật gồm: đa dạng di truyền; công nghệ sinh học; sinh lý và kỹ thuật hạt giống; làm giàu thêm quỹ gen; ứng dụng tin học vào quản lý dữ liệu và thông tin tài nguyên thực vật + Bảo tồn thông qua sử dụng tài nguyên thực vật, phát triển và duy trì các điểm bảo tồn In situ nguồn gen cây trồng 5 + Quản lý và đánh giá đa dạng sinh học nông nghiệp, động thái biến động đa dạng thực vật và + Điều phối hoạt động của mạng lưới bảo tồn quỹ gen cây trồng toàn quốc. Bên cạnh thành lập Trung tâm TNDTTV quốc gia, nhiều chính sách và chương trình bảo tồn quỹ gen thực vật được Chính Phủ hỗ trợ, tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu, nhà bảo tồn tự nhiên, các địa phương và tổ chức xã hội khác tham gia vào quá trình bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật và đa dạng sinh học của Việt Nam Giáo trình “Quỹ gen và bảo tồn quỹ gen” là một tài liệu sử dụng cho giảng dạy, nghiên cứu, tham khảo của sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Di truyền chọn giống, Khoa học cây trồng, Công nghệ rau –hoa và cảnh quan, Bảo vệ thực vật. Mục đích cung cấp cho người đọc, cán bộ giảng dạy và cán bộ nghiên cứu, sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh những kiến thức cơ bản về đa dạng sinh học, nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Những kiến thức và phương pháp thu thập, bảo tồn, đánh giá và sử dụng nguồn gen thực vật phục vụ cho chọn tạo giống cây trồng, bảo vệ môi trường sống và phát triển nông nghiệp bền vững. 6 Chương 1 ĐA DẠNG SINH HỌC, ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT 1.1 ĐA DẠNG SINH HỌC Nhà địa lý người Ả Rập và một số tác giả khác của cuốn sách làm vườn thế kỷ thứ 10 sau công nguyên đã ghi nhận sự thay đổi có ý nghĩa của thế giới đạo hồi vùng nông thôn ở thời trung cổ (Watson 1983) liên quan đến đa dạng sinh học. Các cây trồng mới, hầu hết là cây lấy hạt, cây ăn quả, cây rau và một số cây trồng khác tạo nên sự đa dạng cây trồng. Tác giả Al-Jahiz (thế kỷ thứ 9 sau công nguyên) cũng ghi nhận có 360 giống chà là (Phoenix dactylifera) được bán ở chợ, thế kỷ sau đó Ibn Rusta cũng công bố có 78 loại nho (Vitis vinifera) được trồng ở vùng này. Al-Ansari đã viết về thị trấn nhỏ ở Bắc Phi năm 1400 sau công nguyên (AD) mô tả ở thị trấn này có 65 loại nho, 35 loại lê, 28 loại sung, 16 loại mơ ... Đây là những tài liệu đầu tiên đề cập đến đa dạng tài nguyên di truyền thực vật. Alexander và Humboldt có thể là những tác giả đầu tiên xem xét nguồn gốc cây trồng từ năm1807. Đây có thể là lý do con người phát triển từ săn bắn sang trồng trọt, quan điểm này đã được nhiều tác giả thảo luận như Ucko và Dimbleby (1969), Harlan và cs. (1976), Zeven và de Wet (1982), Smith (1995), Harris (1996) và Diamond (1997). Alphonse de Candolle trong cuốn sách ông viết năm 1882 “Origine de Plantes Cultivées”, đã chỉ ra nguồn gốc nơi cây trồng được thuần hóa là: Trung Quốc, Tây Nam Á (gồm Ai Cập và Châu Á). Năm 1926, trong hội nghị di truyền Quốc tế lần thứ 5 tại Berlin, CHLB Đức nhà thực vật học người Nga N. I. Vavilov đã trình bày lý thuyết của ông về trung tâm phát sinh cây trồng lần đầu tiên. Lý thuyết của ông là một công trình vĩ đại được ứng dụng đến ngày nay, ông tiếp tục nghiên cứu đến khi ông mất vào năm năm 1943. Harlan và cs. (1976) coi Cận Đông là Trung tâm cách mạng nông nghiệp “Center of Agricultural Innovation”, nơi lúa mạch đầu tiên được thuần hóa, sau đó là lúa mỳ, muộn hơn là đậu Hà Lan, đậu lăng... Các loài cây ăn quả thân leo và thân gỗ được thuần hóa đưa vào hệ thống trồng trọt cùng với các kỹ thuật nông nghiệp khác được hình thành ở Trung tâm này. 1.1.1 Khái niệm đa dạng sinh học Khái niệm đa dạng sinh học (Biodiversity) được nhiều cơ quan quốc tế và các nhà khoa học đưa ra, bốn khái niệm được nhiều người quan tâm sau đây: + “Đa dạng sinh học là sự phong phú của mọi cơ thể sống có từ tất cả các nguồn trong các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước ở biển và mọi tổ hợp sinh thái mà chúng tạo nên. Đa dạng sinh học bao gồm sự đa dạng trong loài (đa dạng di truyền hay còn gọi là đa dạng gen), giữa các loài (đa dạng loài) và các hệ sinh thái (đa dạng sinh thái)” (theo công ước đa dạng sinh học năm 1992) + “Đa dạng sinh học là đa dạng các loài thực vật, động vật, vi sinh vật tồn tại và tác động qua lại lẫn nhau trong một hệ sinh thái. Trong hệ sinh thái nông nghiệp, tác nhân thụ phấn, thiên địch, giun đất, vi sinh vật đất là thành phần đa dạng chìa khóa, chúng đóng vai trò sinh thái quan trọng trong quá trình chuyển gen, điều khiển tự nhiên, chu kỳ dinh dưỡng và tái thiết lập cân bằng” + Đa dạng sinh học nông nghiệp được nêu ra trong những năm 1980, trong lý thuyết chung của đa dạng sinh học, tương tự đa dạng dang sinh học, đa dạng sinh học nông 7 nghiệp có những mức khác nhau, liên quan đến đa dạng hệ sinh thái nông nghiệp cũng như các loài cây trồng và gia súc. “Đa dạng sinh học nông nghiệp là biến dị di truyền trong quần thể, các giống và chủng, với nghĩa rộng hơn nó bao gồm cả hệ vi sinh vật đất trong khu vực trồng trọt, côn trùng , nấm, các loài hoang dại cũng như văn hóa địa phương”. + “Đa dạng sinh học là biến dị có mặt trong tất cả các loài thực vật và động vật, vật liệu di truyền của chúng và hệ sinh thái nơi các biến dị đó xảy ra. Đa dạng ở ba mức (1) đa dạng di truyền (biến dị trong gen và trong kiểu gen); (2) đa dạng loài (sự phong phú các loài) và (3) đa dạng sinh thái (cộng đồng loài và môi trường của chúng) Ba mức độ của đa dạng sinh học là đa dạng di truyền, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái được khái niệm như sau: + Đa dạng di truyền: Đa dạng di truyền là nhiều gen trong một loài, mỗi loài có các cá thể , mỗi cá thể là tổ hợp các gen đặc thù, có nghĩa là loài có các quần thể khác nhau, mỗi quần thể có tổ hợp di truyền khác nhau. Do vậy bảo tồn đa dạng di truyền phải bảo tồn các quần thể khác nhau của cùng một loài. + Đa dạng loài: Đa dạng loài là nhiều loài trong một vùng hay một nơi sinh sống tự nhiên (rừng mưa, rừng ngập mặn và nơi sinh sống tự nhiện khác). Loài có thể tạo thành các nhóm, mỗi nhóm có cùng một số đặc điểm hay tập tính sinh sống nào đó. + Đa dạng hệ sinh thái: Đa dạng hệ sinh thái là nhiều hệ sinh thái trong một địa điểm, một hệ sinh thái có một cộng đồng các sinh vật sống, các sinh vật sống này tác động qua lại với môi trường tự nhiên của hệ sinh thái, một hệ sinh thái có thể bao trùm một phạm vi rộng hoặc phạm vi hẹp khác nhau. Trong một hệ sinh thái có thể chia thành các hệ sinh thái phụ tùy theo nhu cầu nghiên cứu và bảo tồn của vùng và quốc gia. 1.1.2 Vai trò của đa dạng sinh học + Vai trò của đa dạng sinh học đến đời sống con người Đa dạng hệ động và thực vật đem lại cơ hội tuyệt vời không chỉ cho tạo giống cây trồng, vật nuôi mà còn nhiều lợi ích khác lớn hơn trong tương lai. Một số sử dụng trưc tiếp như cung cấp dinh dưỡng, phát triển bền vững và các cây trồng thích nghi với điều kiện địa phương. Những giá trị sử dụng gián tiếp như tạo môi trường sinh thái, sức khỏe công đồng, tác nhân thụ phấn và điều khiển sinh học, hệ sinh vật đất. Đa dạng sinh học đem lại sự phát triển nông nghiệp bền vững và sự thịnh vượng cho con người hiện tại và trong tương lai. Tóm tắt vai trò của đa dạng sinh học với đời sồng con người - Lương thực - Dinh dưỡng - Thuốc chữa bệnh - Bảo tồn văn hóa, tập quán và phát triển bền vững + Vai trò đa dạng sinh học với hệ sinh thái nông nghiệp Ngày nay, các nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm nhiều hơn đến vai trò và ý nghĩa của đa dạng sinh học đối với hệ thống nông nghiệp (Swift và cộng sự, 1996). Các nghiên cứu cho rằng trong khi hệ sinh thái tự nhiên là sản phẩm cơ bản của đa dạng thực vật thông qua dòng năng lượng, dinh dưỡng và điều tiết sinh học. Đa dạng giảm dẫn đến thiên tai, 8 dịch bệnh đối với nông nghiệp nghiêm trọng hơn, đa dạng tạo ra cân bằng sinh học giữa dịch bệnh và thiên địch, điều hòa khí khậu, bảo tồn tài nguyên nước và tài nguyên đất Các quá trình của dòng năng lượng và cân bằng sinh học đang bị ảnh hưởng do thâm canh và canh tác độc canh, do canh tác thâm canh và độc canh cần đầu tư cao các chất hóa học (thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ và phân bón). Điều khiển tự nhiên vận động di truyền quần thể bị thay thế bằng các tác động của con người. Những hoạt động thâm canh, chọn lọc của con người đã thay thế quá trình tiến hóa và chọn lọc tự nhiên. Ngay cả sinh trưởng và thu hoạch, độ mầu mỡ của đất cũng không trải qua chu kỳ dinh dưỡng tự nhiên. Giảm đa dạng thực vật và dịch bệnh có thể là nguyên nhân ảnh hưởng đến chức năng hệ sinh thái , sản lượng nông nghiệp và sự bền vững như minh họa tại sơ đồ sau: Hình 1.1 : Ảnh hưởng thâm canh đến đa dạng và chức năng của hệ sinh thái nông nghiệp ( Nguồn: Miguel A. Altieri and Clar I. Nicholls,1999) + Đa dạng sinh học duy trì và nâng cao sức khỏe môi trường sống Môi trường sống của con người, hệ động thực vật phụ thuộc vào nguồn nước, tài nguyên đất và không khí. Đa dạng tạo ra cân bằng không khí, điều hòa nhiệt độ, ẩm độ không khí phù hợp với sinh vật sống. Ví dụ số lượng thực vật giảm gây ra mất cân bằng lượng CO2 và O2 trong không khí ảnh hưởng đến tất cả sự sống trên trái đất. Mất đa dạng chu trình vật chất và chu trình sinh học xảy ra không hoàn chỉnh gây ra những mất cân bằng như nói trên. Tương tự như vậy, một số côn trùng, nấm hay vi sinh vật có ích khử độc tố tự nhiên hay sinh ra từ quá trình sinh học khác không còn nguồn thức ăn do mất đa dạng, chúng giảm số lượng thậm chí biến mất. Độc tố sinh ra trong tự nhiên hay từ sinh vật sống khác tồn dư nhiều hơn là nguyên nhân ảnh hưởng đến môi trường. Đa dạng sinh học không những bảo tồn, duy trì số lượng nguồn tài nguyên nước và đất, nó còn giúp tăng độ màu mỡ của đất, nâng cao chất lượng nguồn nước cho con người và các sinh vật. Đa dạng có vai trò làm giảm nhưng tác động của con người đến môi trường, như ngăn ngừa và phân giải khí thải, chất thải, ngay cả chất thải rắn do các hoạt động của con người tạo ra chuyển thành dạng hữu ích hoặc ít độc hại hơn. 9 Thế giới đã có công ước bảo vệ đa dạng sinh học, công ước được hoàn thiện tại Nairobi vào tháng 5/1992 và có hiệu lực từ 29/12/1993. Công ước là công cụ pháp lý giải quyết các vấn đề liên quan đến đa dạng sinh học toàn cầu. Công ước bao gồm cách tiếp cận tổng thể bảo tồn đa dạng sinh học, sử dụng bền vững tài nguyên thiên nhiên, sự chia sẻ bình đẳng, công bằng các lợi ích của việc sử dụng tài nguyên di truyền. Công ước có 42 điều và 3 phụ lục, tìm hiểu sâu hơn tham khảo tại trang website www.biodiv.org . Thế giới đã hình thành mạng lưới đa dạng sinh học quốc tế và vùng, bên cạnh mạng lưới còn có các cơ quan quốc tế khác tham gia vào quá trình bảo vệ đa dạng sinh học toàn cầu như minh họa trong hình 1-2 Hình 1-2 : Các chương trình và cơ quan vùng đa dạng sinh học nông nghiệp quốc tế 1.2 ĐA DẠNG DI TRUYỀN 1.2.1 Khái niệm và ý nghĩa Khái niệm đa dạng di truyền được nhiều tài liệu đề cập, theo công ước đa dạng sinh học năm 1992 đa dạng di truyền và đa dạng loài được nêu như sau: + Đa dạng di truyền là sự phong phú những biến dị trong cấu trúc di truyền của các cá thể bên trong loài hoặc giữa các loài; những biến dị di truyền bên trong hoặc giữa các quần thể + Đa dạng loài là sự phong phú các loài được tìm thấy trong các hệ sinh thái tái một vùng lãnh thổ xác định thông qua điều tra, kiểm kê tài nguyên di truyền thực vật Khái niệm đa dạng di truyền cũng được các nhà nghiên cứu khác đưa ra, ba khái niệm khác được trình bày dưới đây: + Đa dạng di truyền (Genetic diversity) là biến di di truyền có mặt trong một quần thể hoặc loài. + Đa dạng di truyền là nhiều gen trong một loài, mỗi loài có các cá thể là tổ hợp gen đặc thù của chúng, điều này có nghĩa là loài có các quần thể khác nhau, mỗi quần thể có tổ hợp di truyền khác nhau. Do vậy để bảo tồn đa dạng di truyền phải bảo tồn các quần thể khác nhau của loài (Wanda W. Collins và cộng sự 1999, Mohd Said Saad và V. Ramanatha Rao, 2001) + Đa dạng di truyền là biến dị của sinh vật sống đã di truyền lại các biến dị di truyền đó cho thế hệ sau, nó tạo các loài và quần thể thích nghi với môi trường, sinh trưởng và thay đổi thích nghi với môi trường khi môi trường thay đổi 10 1.2.2 Xác định đa dạng di truyền Xác định đa dạng di truyền dựa trên kiểu hình đã được nghiên cứu trước đây, ngày nay trên cơ sở của di truyền phân tử và công nghệ sinh học, đa dạng di truyền còn được xác định dựa trên chỉ thị phân tử. + Xác định đa dạng di truyền dựa trên kiểu hình: Xác định mức độ đa dạng của quần thể của loài dựa trên kiểu hình cần theo dõi, đánh giá tất cả các tính trạng, bộ số liệu thu được từ đánh giá kiểu hình được phân tích bằng các mô hình toán thống kê để xác định mức độ đa dạng. + Xác định đa dạng di truyền dựa trên chỉ thị phân tử: Sự phát triển của di truyền phân tử mức độ đa dạng di truyền được xác định trên cơ sở mức độ đa hình hay đồng hình dựa vào chỉ thị phân tử. Một số mô hình thống kê xác định đa dạng di truyền khi có số liệu đánh giá kiểu hình hay marker phân tử như: mô hình toán thống kê dựa trên khoảng cách Ơ –Klit (Euclidean Distance) của Gower (1985), khoảng cách Rogers' Distance (1972), khoảng cách Roger cải tiến, đa hình Reynold (1983); đa hình di truyền tiêu chuẩn của Nei (Nei's Standard Genetic Dissimilarity) (1978 và 1983). Dựa trên kiểu hình một số tham số được tính như sự phong phú của loài (S), phong phú tương đối (R) , tần xuất của loài và chỉ số đa dạng. + Sự phong phú của loài (species richness): phân tích mức độ phong phú loài của mỗi cộng đồng, đây là phương pháp xác định đa dạng đơn giản nhất và tìm ra số loài trong cộng đồng. Nó chỉ xác định số loài tìm thấy khi quan sát mẫu (ký hiệu là S). Minh họa của giá trị S có thể thông qua đồ thị và nó cung cấp thông tin về mức độ phong phú của mỗi loài trong cộng đồng. Một số công thức tính giá trị S như sau: S=n+((n-1)/n)k Trong đó: S = sự phong phú của loài (species richness); n = tổng số loài có mặt trong quần thể mẫu; k = số loài duy nhất tìm thấy trong một mẫu. Công thức tính khác tương tự là : S = E + k(n-1)/n Trong đó : E = tổng số loài trong mỗi mẫu; k = số loài hiếm/duy nhất; n = số mẫu quan sát Khi xem xét đa dạng tại một địa phương tính theo công thức S = cAz Trong đó: c = số đặc thù của mỗi loàii; A = diện tích nghiên cứu; z = chu vi đường dốc + Tính mức độ phong phú tương đối (Relative abundance) là tỷ lệ của mỗi loài có mặt trong cộng đồng + Tính phân bố (hay tần suất) của mỗi loài trong cộng đồng bằng tính số cộng đồng mà loài đó có mặt. Công thức phổ biến nhất để tính đa dạng loài là chỉ số đa dạng Simpson: D=N(N-1)/Σn(n-1) Trong đó: D = chỉ số đa dạng; N = tổng số sinh vật của tất cả các loài; n = số cá thể của một loài đặc thù 11 Giá trị D cao chỉ ra rằng ở địa điểm đó còn ổn định và nguyên trạng, D thấp địa điểm đó đã có xáo trộn và không còn nguyên trạng, chỉ số này áp dụng cho thực vật nhưng cũng có thể áp dụng cho động vật Một số chỉ số đa dạng sinh học được đề xuất của một số tác giả như: Chỉ số α- diversity để xác định đa dạng trong một cộng đồng (Simpson, 1949: Shannon và Weaverr,1963 và Mclntosh,1967). Chỉ số β- diversity xác định đa dạng giữa các cộng đồng (Whittaker,1960, Cody,1975, Wison and Shmiada,1984) Chỉ số γ-diversity xác định đa dạng các giống địa phương (Schluter và Riocklefs,1993, Halfter,1988). Chỉ số đa dạng Simpson cho giá trị bằng số đa dạng trên tổng số loài (species richness) và tỷ lệ cá thể trong hệ sinh thái. Mặc dù các chỉ số này đưa ra số lượng phân bố các cá thể của loài trong cộng đồng, nhưng không thể tính biến động giữa loài. + Chỉ số Shannon-Weiner đã cải tiến trên cơ sở chỉ số Simpson (A. Roy, S.K.Tripathi, S.K.Basu, 2003; John Porter và Henning Hogh-Jensen,2002) Xác định đa dạng sinh học theo chỉ số Shannon-Weiner hay chỉ số thông tin theo công thức: H’ = -[ ∑(pi)(ln pi)] Trong đó : H’ là số lượng đa dạng trong một hệ sinh thái, độ lớn của H’ phản ánh mức độ phong phú của loài, pi là sự có mặt của mỗi loài só với tổng số loài ( có giá trị từ 0 - 1) và log tự nhiên pi Ví dụ : Một lô mẫu nguồn gen có 5 loài ( sp1, sp2, sp3, sp4 và sp5), với tổng số quan sát trong lô mẫu 160 cá thể. Trong đó: loài 1 (sp1) = 26 cá thể loài 2 (sp2) = 32 cá thể loài 3 (sp3) = 45 cá thể loài 4 (sp4) = 18 cá thể loài 5 (sp5) = 39 cá thể Tính chỉ số đa dạng theo Shannon-Weiner như sau: - Tính giá trị Pi = Số cá thể của mỗi loài/ tổng số cá thể theo dõi - p1 =26/160 = 0,16, có thể nói loài sp1 có 16% trong tổng số loài trong lô mẫu theo dõi. - Log giá tri pi trên log p1 = ln (0,16) = -1,82 - H’ của loài sp1 = (pi)(lnpi) = (0,16)(-1,82) = -0,30 Tiếp tục tính các giá trị pi và log pi với các loài khác, sau khi tính giá trị đa dạng của các loài ta có giá trị trong bảng sau: Bảng 1-1: Tính giá trị pi của một số loài Loài (sp) sp1 sp2 sp3 sp4 sp5 Tổng ( ∑ ) Số cá thể (N) 26 32 45 18 39 160 Tỷ lệ ( N/∑N) (pi) 0,16 0,20 0,28 0,11 0,24 ----- ln pi -1,82 -1,61 -1,27 -2,18 -1,41 ----- (Pi)(lnpi) -0,30 -0,32 -0,36 -0,25 -0,34 -1,57 (-H’) Kết quả cuối cùng H’ = -[ ∑(Pi)(lnPi)] = -[1,57] = 1,57 Khi tính được giá trị của nhiều lô mẫu, lô mẫu nào có giá trị H’ cao sẽ đa dạng hơn. 12 + Chỉ số Simpson : Phương pháp khác tính đa dạng sinh học là chỉ số đa dạng sinh học Simpson bằng công thức: H’ = 1/∑(pi2) Trong đó: pi tính như trong chỉ số Shannon-Weiner Những chỉ số này đôi khi cho kết quả khác nhau vì mỗi chỉ số đặt mức độ quan trọng của các yếu tố khác nhau, đặc biệt là hai yếu tố sự phong phú của loài hoặc nhiều loài, họ hàng liên quan. Mỗi chỉ số cho mức độ quan trọng của yếu tố khác nhau, do vậy không nên so sánh giá trị của các chỉ số khác nhau khi xác định đa dạng di truyền. Khi xác định đa dạng so sánh tại một địa điểm nhưng ở 2 thời gian khác nhau hoặc là 2 vị trí khác nhau, cần thiết tính loài đó vắng mặt ở một điểm hay thời gian này, nhưng có mặt ở điểm khác hay thời gian khác. Các loài này có p = 0,0 nhưng để tính log cho p = 0,001 và sử dụng chỉ số đa dạng Simpson + Mô hình thống kê đa dạng di truyền bằng chỉ số đa dạng di truyền của Shannon Weaver (Dẫn theo Lưu Ngọc Trình ,2002) như sau: k ∑ (log ) pi pi i = 1 2 H’ =n log 2 Trong đó : k là số lượng các mức quan sát của chỉ tiêu cần tính và pi là tỷ lệ của mức quan sát thứ i, n là tổng số quan sát + Hệ số Simpson đa dạng số lượng giống lúa (Dẫn theo Lưu Ngọc Trình ,2002) k H’ = 1- ∑ 2 ( ) fi i = 1 Trong đó: fi là tần suất của giống địa phương thứ i trong k lần quan sát Đa dạng di truyền được hình thành trong quá trình phát triển của quần thể, nó là kết quả của tương tác giữa kiểu gen và môi trường. Tương tác kiểu gen (genotype) và môi trường (environment) ký hiệu là GEI (genotype x environment interactions). GEI là hiện tượng hai hay nhiều kiểu gen phản ứng khác nhau với sự thay đổi của môi trường (Paolo,2002). Xác định mức độ tương tác kiểu gen môi trường dựa trên các mô hình toán học. Ví dụ mô hình tình hiệu quả tương tác kiểu gen và môi trường bằng hồi quy nhân tố. Mô hình hồi quy nhân tố đầy đủ có thể bao gồm các thành phần hồi quy được tính bằng công thức của (Denis, 1980, 1988): [ . ] [ . ] [ . . . . ] ' ' = + ∑ ∑ + + + + ∑ +∑ +∑ + k h hk h k ik ij jk jh ih Yij ∝ pk Gik αi δ h Ejh β j Gik θ kh Ejh α E β G ε Trong đó pk hệ số hồi quy hiệp phương sai kiểu gen Gik; αi số dư hiệu quả kiểu gen h là hệ số hồi quy hiệp phương sai môi trường Ejh; ßj là số dư hiệu quả môi trường; kh hệ số hồi quy qua các hiệp phương sai Gik và Ejh; άih là hồi quy kiểu gen i của hiệp phương sai môi trường đặc thù Ejh; ß'jk là môi trường j hệ số hồi quy của hiệp phương sai kiểu gen cụ thể Gik, và εij hiệu quả tương tác sai số. Tất cả tham số của mô hình được coi là cố định. Ứng dụng di truyền phân tử phân tích đa dạng di truyền dựa vào marker phân tử được trình bày trong phần bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật chương 3 và chương 4 của giáo trình. 13 1.2.3 Động thái vận động của đa dạng di truyền Đa dạng di truyền luôn luôn thay đổi qua cả không gian và thời gian, điển hình là thay đổi số lượng và kiểu đa dạng di truyền trong một loài và giữa các loài trong phạm vi tự nhiên của nó. Đa dạng di truyền có thể thay đổi qua thời gian dài và ngay cả trong một thời gian ngắn sau một số thế hệ của loài đó. Sự thay đổi đa dạng di truyền của một loài trong tự nhiên đã tạo ra động lực thúc đẩy sử dụng nguồn gen cho cải tiến cây trồng. Khi có hiểu biết sự vận động của đa dạng con người đưa ra quyết định quản lý, bảo tồn thúc đẩy đa dạng di truyền theo hướng có lợi cho con người. Đa dạng di truyền bị tác động của một số quá trình tự nhiên liên tục, quá trình tự nhiên này là đột biến, di thực, trôi dạt di truyền và chọn lọc. - Đột biến tự nhiên: Thực vật sống trong điều kiện tự nhiên, chịu tác động của các yếu tố môi trường như bức xạ, các tia, nhiệt độ… là những nguyên nhân gây ra đột biến tự nhiên. Đột biến có thể ở mức nhiễm sắc thể, DNA hay mức protein, nó làm sai lệch di truyền so với loài ban đầu, sai lệch này được nhân lên hay lặp lại qua các thế hệ, dưới tác động của di truyền và chọn lọc tự nhiên tạo ra quần thể mới, loài mới. Như vậy đột biến đã tạo thêm đa dạng di truyền ở mức cá thể hay mức loài. Đột biến dưới tác động của chọn lọc tự nhiên tạo ra quần thể hay loài thích nghi hơn với thay đổi môi trường, bởi vì chọn lọc tự nhiên sinh vật giữ lại những biến dị có lợi và đào thải những biến dị không có lợi. Khi chọn lọc có tác động của con người hướng vận động của đa dạng thay đổi, do con người chọn lọc giữ lại biến dị có lợi cho mình, đôi khi biến dị đó không có lợi cho sinh vật. Tuy nhiên dưới hình thức nào đa dạng di truyền cũng thay đổi theo hướng thích nghi hơn và là động lực tiến hóa của sinh vật Lịch sử và tỷ lệ đột biến một loài và nguyên lý di truyền còn có liên quan đến một số qúa trình khác như thay đổi địa lý và dân số… Đa dạng di truyền duy trì một dấu vết lịch sử cho phép nhìn nhận lại quá khứ phát triển của các loài như thế nào? Phản ứng của nó với thay đổi khí hậu như băng giá hoặc các sự kiện khí hậu khác làm giảm mạnh lượng cùng một thời điểm và được tái lập và phát tán sau khi có các điều kiện môi trường thuận lợi hơn. - Sự di thực (migration) và trôi dạt di truyền: Sự di thực hay trôi dạt di truyền thường là sự vận động đa dạng di truyền trong một loài. Ở thực vật, sự kiện này xảy ra khi phát tán phấn, hạt giống và nhân giống sinh dưỡng như mầm, chồi, rễ ở các loài có thể tái sinh vô tính. Sự di thực cũng gọi là dòng gen, nó xảy ra cả ở quần thể vô tính khi gặp khu vực mới và hỗn hợp quần thể do phát tán phấn hay hạt giống. Sự di chuyển gen xảy ra phụ thuộc vào tần xuất sinh sản và khoảng cách không gian tạo điều kiện cho phấn và hạt phát tán Trôi dạt di truyền hoặc trôi dạt di truyền ngẫu nhiên, là hình thức đơn giản của thay đổi đa dạng di truyền, cụ thể hơn là sự thay đổi tần xuất các allel khác nhau qua các thế hệ. Ví dụ hạt phấn chứa các allel khác nhau khi thực hiện thụ phấn nhờ gió hoặc côn trùng đến các cá thể hay quần thể khác. Khi quần thể tạo ra hạt và phát triển thành thế hệ mới không còn giữ nguyên kiểu gen của quần thể ban đầu. Một số trường hợp mất đa dạng di truyền qua các thế hệ do nguyên nhân này - Chọn lọc: Quá trình chọn lọc ảnh hưởng đến đa dạng di truyền, chọn lọc tự nhiên đã tạo cho quần thể thích nghi hơn với môi trường, nhưng chọn lọc tự nhiên không tạo ra thích nghi giống nhau giữa các cá thể trong quần thể mà nó xảy ra theo rất nhiều hướng. Những cá thể này phù hợp tốt hơn với môi trường sống và nó di truyền lại cho thế hệ con cái của nó các tính trạng thích nghi đó. Như vậy tần suất allel thích nghi cao hơn thế hệ bố mẹ chúng. Chính đây là nguyên nhân cơ bản của trôi dạt di truyền và tần suất allel có lợi cho sinh vật nhưng chưa hẳn đã có lợi cho con người. 14 Thay đổi đa dạng di truyền qua thời gian và ý nghĩa quan trọng cho quản lý các loài thực vật. Bởi vì thay đổi đa dạng xảy ra qua thời gian cho nên số thế hệ sẽ có ảnh hưởng lớn đến thay đổi đa dạng di truyền. Điển hình, chọn lọc tự nhiên có thể thể mất một thời gian dài hàng chục, hàng trăm năm thậm chí hàng 1000 năm để thay đổi đa dạng di truyền của một quần thể hay một loài. Hơn nữa, quá trình thay đổi qua các thế hệ lại không có mức độ và xu hướng giống nhau. Đột biến tăng đa dang di truyền còn di thực, trôi dạt và chọn lọc lại làm giảm đa dạng di truyền. Chọn lọc tự nhiên và trôi dạt di truyền tăng đa dạng di truyền khác nhau giữa các quần thể, di chuyển có xu hướng đồng nhất di truyền, giảm sự khác nhau giữa các quần thể. Thúc đẩy đa dạng di truyền tự nhiên có ý nghĩa quan trọng trong quản lý loài và câu hỏi có liên quan về tính trạng “ bình thường” và “ sức khỏe “ của đa dạng di truyền. Xác định mức độ đa dạng di truyền tại các thời điểm, địa điểm, thế hệ khác nhau sẽ có giá trị khác nhau. Như vậy cần chú ý khi thiết kế nghiên cứu nguồn gen và các giá trị thay thế. Ví dụ sự khác nhau về đa dạng di truyền giữa các cây bố mẹ và hạt của chúng, giữa các mẫu, giữa các cây mọc hoang và cây trồng có quản lý và chỉ ra chỉ ra rằng điều kiện quản lý nguồn gen phải phù hợp hoặc trong phạm vi trung bình biến dị của chúng Các cây sống, thích nghi tốt hơn, sinh trưởng nhanh hơn, tạo ra nhiều cây con ( chọn lọc tự nhiên) Một số sai lệch xảy ra khi nhân DNA (đột biến) Hình Sinh Sinh trưởng trưởng phát triển phát triển Hạt nảy Hạt nảy mầm mầm Hình thành giao thành giao tử tử Mất hạt phấn do một số rủi ro ( trôi dạt) Phát tán Phát tán giao tử giao tử Phát tán Phát tán hat hat Thụ phấn, Thụ phấn, thụ tinh thụ tinh Mất hạt do một số rủi ro ( trôi dạt di truyền) Di thực/dòng gen Hình 1-3 : Các quá trình ảnh hưởng đến đa dạng di truyền 1.3 VAI TRÒ CỦA ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ NGUỒN GEN THỰC VẬT Bảo tồn và quản lý đa dạng di truyền các loài thuần hóa đã cải thiện sản lượng nông nghiệp trong 10.000 năm, các quần thể đa dạng tự nhiên đã cung cấp lương thực và các sản phẩm khác lâu dài hơn, số lượng lớn các loài cung cấp hàng nghìn sản phẩm thông qua nông nghiệp và thu hái tự nhiên. Mức độ sản phẩm cao và bền vững thông qua tác động tối đa với hệ sinh thái nông nghiệp, cải thiện hệ sinh thái tự nhiên. - Nguồn gen cung cấp lương thực, thực phẩm, dinh dưỡng và các nhu cầu khác của con người Nguồn gen cây trồng có vai trò vô cùng quan trọng đối với nông nghiệp, môi trường, đa dạng sinh học và bảo tồn nguồn tài nguyên khác như đất và nước cho sự sống của con người. Trong lĩnh vực nông nghiệp sử dụng nguồn gen thực vật (Mohd Khalid và Mohd Zin, 2001) góp phần đảm bảo lương thực, dinh dưỡng cho đời sống con người. Con người thuần hóa các loài cây trồng và vật nuôi từ các loài hoang dại là bước phát triển quan trọng trong lịch sử phát triển của xã hội loài người, nó cung cấp lương thực cho con người hiện nay và là điều kiện tiên quyết của phát triển dân số và dân tộc. Con người bắt đầu thuần hóa 15 cây trồng vật nuôi khoảng 10.000 năm trước đây ở khu vực Châu Á, những cây trồng, vật nuôi đầu tiên là lúa mỳ, lúa mạch, đậu, dê, lợn và cừu. Sự thuần hóa xảy ra độc lập ở các vùng khác nhau. Như vậy, nguồn gen thực vật từ xa xưa đã là nguồn cung cấp lương thực và dinh dưỡng cho con người và đầu vào của các hoạt động nông nghiệp. Mặc dù, thực vật hoang dại có số loài rất lớn, nhưng chỉ một số ít thực sự được thuần hóa. Số loài cây thuần hóa chỉ một số lượng rất nhỏ nhưng vô cùng quan trọng với con người. Ba cây trồng (lúa mỳ, lúa nước và ngô) cung cấp 50% năng lượng cho loài người, và ước tính 30 cây trồng chủ yếu hiện nay đã cung cấp 95% năng lượng cho con người. Trái đất chia thành 17 tiểu vùng sinh thái, nhưng chỉ có một số tiểu vùng và với 12 cây trồng chủ yếu cung cấp năng lượng cho con người trên trái đất là lúa mỳ, lúa nước, ngô, kê, cao lương, khoai tây, mía, đậu tương, khoai lang sắn, đậu thường và các loài có liên quan (Phaseolus) và chuối.( Diamond,2002) Hình 1-4 Vai trò cung cấp lương thực, thực phẩm của nguồn gen Nguồn gen cây trồng toàn cầu là một công việc khổng lồ, tổng quát nguồn tài nguyên di truyền bao gồm loài hoang dại và họ hàng hoang dại, các giống bản địa, giống địa phương, các dòng, vật liệu ưu tú và các giống cây trồng mới được phát triển bởi các nhà khoa học. Chúng được sử dụng gieo trồng, thu hái đáp ứng cho nhu cầu của nông dân và người tiêu dùng. Ngoài cung cấp lương thực, dinh dưỡng nhiều nguồn gen có gía trị văn hóa và tinh thần và nguồn thuốc chữa bệnh cho con người. Đến nay, nguồn tài nguyên di truyền cung cấp lương thực và sử dụng trong nông nghiệp đã được tất cả cả các quốc gia quan tâm, thu thập bảo tồn. Các nghiên cứu và báo cáo thực trạng tài nguyên di truyền cây trồng đối với lương thực và nông nghiêp (State of the World’s Plant Genetic Resources - SoW-PGRFA) được thực hiện định kỳ hàng năm. Các báo cáo chỉ ra rằng một số ít cây ngũ cốc cung cấp đủ cho tổng nhu cầu lương thực, mặc dù vậy năng lượng của lương thực, thực phẩm cung cấp cho người dân ở mỗi tiểu vùng khác nhau. SoW-PGRFA đã báo cáo hiện nay có 1.300 ngân hàng gen đã và đang thu thập nguồn gen cây lương thực chính, bảo tồn 5,5 triệu mẫu nguồn gen trong đó lúa mỳ và lúa nước chiếm 50% tổng số mẫu bảo tồn. - Nguồn gen góp phần đa dạng sinh học và nông nghiệp Phát triển nông nghiệp bền vững phụ thuộc vào đa dạng sinh học, đa dạng di truyền. Nông nghiệp phụ thuộc chặt chẽ vào đa dạng di truyền, có nghĩa là không có sản xuất lương 16 thực tách biệt độc lập với đa dạng sinh học và đa dạng di truyền trên hành tinh. Sâu đất, ong, lúa mạch dại, hoa lan và rừng nhiệt đới đây là sự pha tạp, nhưng chúng là chỉ thị của đa dạng và của mối liên hệ giữa nông nghiệp và tự nhiên. Đa dạng sinh học, đa dạng di truyền là một thuật ngữ phổ biến được các nhà khoa học, các nhà chính sách sử dụng để nói mức độ giùa có của tự nhiên, nhưng phụ thuộc lẫn nhau. Thực vậy, tất cả các loài trên trái đất có thể mạnh hơn hay yếu hơn phụ thuộc vào loài khác, mỗi loài có thể biến mất hay tồn tại phụ thuộc vào loài khác. Một mức độ lớn hơn, rừng nhiệt đới là một ví dụ, nó cân bằng CO2 trong khí quyển và cung cấp oxy cho sự sống, như vậy không có chúng tương lai của loài người sẽ rất nguy hiểm. Canh tác chiếm phần lớn đất đai hơn bất kỳ hoạt động nào của con người ở hầu hết các nước cho nên không ngạc nhiên là nông nghiệp và đa dạng cũng phụ thuộc lẫn nhau. Đa dạng nông nghiệp là một phần của đa dạng sinh học, nó bao gồm tất cả các giống cây trồng, giống cải tiến, giống địa phương. Giống cải tiến là kết quả quả chọn tạo giống hiện đại, có năng suất cao nhưng khá đồng nhất về di truyền, giống địa phương là giống được người dân chọn lọc và phát triển qua một thời gian dài, chúng biểu hiện mức độ đa dạng di truyền cao. Đa dạng nông nghiệp góp phần đảm bảo an ninh lương thực và sinh kế cho con người, giúp sản xuất nông nghiệp vững chắc, nó là mắt xích đầu tiên của chuỗi lương thực. Tài nguyên di truyền được phát triển và bảo toàn của người dân là nguồn vật liệu cho các nhà chọn giống cây trồng, cây lâm nghiệp. Trong khi đa dạng sinh học “ sự giàu có” khác với khí hậu, địa hình, thực tế canh tác.... Các trang trại đa canh cây trồng và hệ thống chăn nuôi với đồng cỏ tự nhiên là giàu có hay đa dạng sinh học hơn các trang trại chuyên canh. Hệ thống canh tác thâm canh tìm kiếm năng suất cao nhất với một số lượng hạn chế các loài cây trồng và vật nuôi, chắc chắn yếu hơn và giảm sự cạnh trong trong tự nhiên. Canh tác ảnh hưởng đến hệ sinh vật trong đất đóng vai trò duy trì độ màu mỡ của đất hoặc ong là tác nhân giao phấn nếu quần thể ong giảm sẽ dẫn đến giảm năng suất cây trồng. Những nông dân chăn nuôi gia súc họ đã trừ một số cỏ dại và côn trùng gây hại cho gia súc của họ, điều này đe dọa đến sản xuất trồng trọt. Mất hay giảm sự đa dạng di truyền sẽ có tác động to lớn đến sản xuất lương thực và nông nghiệp do: + Phát sinh dịch bệnh, ví dụ ngô miền Nam nước Mỹ những năm 1970 đã giảm năng suất 1% tương đương 2 tỷ đô la do bệnh bạc lá, tình trạng này được khắc phục sau khi nhập các giống ngô từ Mexico + Khi mất các loài bản địa dẫn đến ảnh hưởng đến năng suất cây trồng vật nuôi. Một nghiên cứu của Hoa Kỳ cho kết quả ước tính thiệt hại kinh tế do mất hệ động vật và cỏ bản địa đến 97 tỷ đô la. Do đó khi phát triển các cây trồng vật nuôi cải tiến cần hiểu biết khả năng ảnh hưởng của chúng đến các loài bản địa. Chính vì mức độ quan trọng của đa dạng di truyền đối với nông nghiệp các nước trên thế giới đã có các chính sách để bảo tồn đa dạng di truyền - Nguồn gen là nguồn vật liệu cho chọn tạo giống cây trồng Nguồn gen thực cung cấp trực tiếp hay gián tiếp nguồn vật liệu cho các chương trình chọn tạo giống cây trồng mới, đến nay nguồn gen được sử dụng cho 5 mục tiêu chính sau: - Các giống và dòng vô tính thương mại - Bố mẹ cho chương trình lai - Nghiên cứu di truyền - Trao đổi nguồn gen - Nguồn vật liệu trồng trọt – hạt, các cơ quan sinh dưỡng, mô , tế bào 17 Tác động của nguồn tài nguyên di truyền thực vật đến chọn tạo giống cây trồng là rất lớn như chương trình INGER (International Network for Genetics Evaluation of Rice). Chương trình đánh giá nguồn gen lúa Quốc tế đã đánh giá 40.000 loài từ 1975 đến nay và sử dụng các nguồn gen này ở 34 nước. CGIAR (Consultative Group on International Agricultural Research) trực tiếp phổ biến 575 giống cây trồng ra sản xuất ở 62 Quốc gia. Vai trò của nguồn gen lúa ngày càng tăng, trước năm 1965 chỉ có 3 giống lúa được phổ biến ra sản xuất đến năm 1976 đã có 222 giống lúa được phổ biến ra sản xuất qua sử dụng nguồn gen của chương trình INGER. Nguồn tài nguyên di truyền thực vật giúp phát triển sản xuất trên toàn thể giới, đặc biệt là những nước kém phát triển. Khoảng 65 triệu ha giống cây trồng cải tiến từ vật liệu của INGER chiếm khoảng 60% sản xuất lúa gạo của thế giới. - Nguồn gen thực vật trong môi trường cảnh quan - Ngoài mục tiêu tạo giống nguồn gen thực vật thường được sử dụng trực tiếp trong nông nghiệp, kinh tế - xã hội và cảnh quan tại các thành phố, khu du lịch và khu sinh quyển của mỗi quốc gia. - Cây xanh thành phố và sinh quyển - Cây cảnh - Sinh thái, du lịch Những nghiên cứu cũng khẳng định, chỉ có đa dạng di truyền mới đảm bảo cho phát triển bền vững, đảm bảo cho các hoạt động khác của con người, chỉ có đa dạng mới có một hệ thống kinh tế, xã hội hưng thịnh, cho phép những người nghèo nhất được tiếp cận với nhu cầu lương thực và dinh dưỡng (shiva 1994) 1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ Trong phần này cung cấp cho các nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên học viên cao học và nghiên cứu sinh những khái niệm và thuật ngữ đã được các nhà khoa học thế giới nêu ra để tham khảo. Do vậy đôi khi chỉ một thuật ngữ nhưng có rất nhiều khái niệm khác nhau. Mẫu nguồn gen (Accession): là một mẫu nguồn gen thực vật trong một bộ hay một ngân hàng gen được bảo tồn ngoại vi (Ex –situ) và nó được sử cho các mục đích khác nhau. Mẫu nguồn gen (Accession): là một mẫu nguồn gen thu thập trong ngân hàng gen, nó như một quyển sách trong thư viện với tiêu đề (loài, quần thể, dòng bố mẹ), tác giả (người thu thập hoặc nhà tạo ra giống) và mô tả tóm tắt (thông tin kiểu hình, ngày thu thập..). Mẫu nguồn gen là một túi hạt, mô cây, mắt, đoạn cành của cây ăn quả.... Mẫu nguồn gen vô tính (Propagule): là một mô, một cơ quan hoặc một phần của cây có thể nhân thành một cây hoàn chỉnh (hạt, đoạn cành, củ....). Nguồn tài nguyên di truyền (Genetic resources): nguồn gen thực vật, động vật hay sinh vật khác chứa các đặc điểm có lợi thực sự hoặc giá trị tiềm năng (IBPGR 1991). Nguồn tài nguyên di truyền (Genetic resources): là gen, tổ hợp di truyền hoặc tần suất di truyền cho các tính trạng mong muốn của quần thể. Trong nông nghiệp nguồn tài nguyên di truyền sử dụng để tăng sản lượng, chống chịu bất thuận, cải thiện dinh dưỡng, tăng giá trị, vẻ đẹp, thẩm mỹ và khả năng thích nghi Vật liệu di truyền (Germplasm): vật liệu di truyền hình thức cơ sở tự nhiên của di truyền và nó chuyển từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo qua phương tiện tế bào (IBPGR 1991). 18 Vật liệu di truyền (Germplasm) là một bộ nhân giống mang những nguồn di truyền mong muốn (gen, tổ hợp gen hay tần suất gen) Đa dạng di truyền (Genetic diversity): biến dị di truyền có mặt trong một quần thể hoặc loài. Đa dạng di truyền (Genetic diversity) là biến dị của sinh vật sống đã di truyền lại qua các thế hệ tạo thành các loài và quần thể thích nghi với môi trường. Các loài và quần thể này tiếp tục thay đổi để thích nghi khi môi trường thay đổi Đa dạng sinh học (Biodiversity): tổng các biến dị giữa các loài hay trong một loài của tất cả các sinh vật sống (Friis-Hansen và Sthapit 2000). Vốn gen (Genepool): tổng số đa dạng di truyền có mặt trong một quần thể đặc thù. Trôi dạt di truyền (Genetic drift): sự thay đổi không thể biết trước về tần xuất allele xảy ra bên trong quần thể nhỏ Xói mòn di truyền (Genetic erosion): mất đa dạng di truyền giữa các quần thể hay trong một quần thể của cùng một loài hoặc giảm nền di truyền của một loài qua thời gian Gen (Gene): một đơn vị chức năng của di truyền, một gen là một đoạn của DNA mang các mã di truyền chức năng, hóa sinh đặc thù trong cơ thể sống hoặc trong phòng thí nghiệm (Friis-Hansen và Sthapit 2000) Kiểu gen (Genotype): sự tổ hợp di truyền của một thực vật, bao gồm tất cả các tính trạng có thể di truyền Dòng gen (Geneflow): sự trao đổi vật chất di truyền giữa các quần thể, sự trao đổi này do phương thức sinh sản ở thực vật hoặc di thực thực vật và vật liệu trồng trọt (như sự phát tán giao tử và hợp tử hoặc do con người phát tán các giống cây trồng mới đến nông dân...) Kiểu hình (Phenotype): toàn bộ đặc điểm của một thực vật, kiểu hình của một thực vật là kết quả tương tác giữa kiểu gen và các điều kiện môi trường, quá trình này có thể tóm tắt bằng công thức tương tác G x E (kiểu gen x môi trường = kiểu hình) Hệ sinh thái nông nghiệp (Agroecosytem): một điểm sản xuất nông nghiệp gồm tất cả hệ sinh vật và các yếu tố môi trường bên trong nó, mỗi yếu tố đều có những chức năng hỗ trợ con người, một hệ ổn định với dòng chu kỳ của vật chất và năng lượng (Gliessman 1998). Nông lâm (Agroforestry): sự hỗn hợp của cây gỗ, cây bụi trong khu vực sản xuất nông nghiệp Hệ thống canh tác (farming system): tất cả các yếu tố của một trang trại tác động qua lại trong một hệ thống, bao gồm con người, cây trồng vật nuôi, thực vật, động thực vật hoang dại, môi trường, xã hội, kinh kế và hệ sinh thái của chúng (Friis-Hansen và Sthapit 2000) Bảo tồn (conservation): là quản lý và sử dụng sinh quyển nhân tạo, do vậy nó có thể cho năng suất và lợi ích ổn định nhất ở các thế hệ nhân, trong khi vẫn duy trì tiềm năng của nó đáp ứng nhu cầu của các thế hệ trong tương lai. Như vậy bảo tồn đảm bảo chắc chắn, giữ gìn, duy trì và sử dụng bền vững, phục hồi và tăng cường môi trường tự nhiên (Friis-Hansen và Sthapit 2000) 19 Bảo tồn ngoại vi (Ex situ conservation): chuyển nguồn gen từ nơi gốc gieo trồng, sinh sống của nó đến nơi khác để bảo tồn trong ngân hàng hạt, đồng ruộng, vườn thực vật, bảo tồn trong In vitro , bảo tồn hạt phấn hay ngân hàng DNA. Bảo tồn nội vi (In situ conservation) có một khái niệm khác nhau như sau: Bảo tồn nội vi (In situ conservation): "Sự bảo tồn hệ sinh thái và các tập tính tự nhiên, duy trì hay lấy lại quần thể độc lập hiện có của loài trong môi trường tự nhiên xung quanh chúng, nơi chúng phát triển và có các thuộc tính phân biệt” (Reid và cs. 1993:305); Bảo tồn In situ nguồn tài nguyên di truyền đã thuần hóa, tập trung trên nông trại nông dân như là một phần của hệ sinh thái hiện có, trong khi các hình thức khác của bảo tồn In situ liên quan đến sinh trưởng của quần thể thực vật hoang dại trong tập tính tự nhiên của chúng (dự trữ di truyền). Bảo tồn nội vi (In situ): được coi là một đặc thù để duy trì các quần thể biến dị trong môi trường canh tác hoặc môi trường tự nhiên của chúng, trong cộng đồng của chúng hình thành, cho phép quá trình tiến hóa tự nhiên xảy ra (Qualset và cs. 1997). Bảo tồn nội vi (In situ): thực hiện để duy trì nguồn tài nguyên di truyền trong điều kiện tự nhiên. Với nguồn tài nguyên di truyền cây trồng, đây là công cụ cho canh tác tiếp theo của nguồn tài nguyên di truyền trong hệ thống canh tác, nơi chúng có thể tiến hóa, nền tảng cơ bản là các trung tâm phát sinh và đa dạng cây trồng của N.I. Vavilop (Brush 1991). Bảo tồn nội vi (In situ): là phương thức tồn trữ trong hệ sinh thái nông nghiệp, nơi chúng phát sinh, các giống trồng trọt địa phương, do người dân sử dụng các phương pháp và tiêu chuẩn chọn lọc của riêng họ tạo thành (FAO 1989; Bommer 1991; Keystone Centre 1991; Louette và Smale 1996). Bảo tồn Nội vi (In situ): của đa dạng sinh học là bảo tồn sự có mặt của nhiều loài trong quần thể hoặc giữa các quần thể, sử dụng trực tiếp trong nông nghiệp hoặc sử dụng là nguồn gen, chúng sinh trưởng phát triển liên tục trong môi trường sống đa dạng như vậy (Brown 2000). Bảo tồn trên nông trại Bảo tồn trên nông trại (On-farm conservation): là quản lý bền vững đa dạng di truyền của các giống cây trồng do địa phương phát triển, liên quan đến loài cỏ hoặc cây hoang dại hình thành trong hệ thống canh tác nông - lâm, làm vườn hay nông nghiệp truyền thống (Maxted và cs. 1997). Bảo tồn trên nông trại (On-farm conservation): một cách tiếp cận của bảo tồn In situ, trồng trọt bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật trên ruộng nông dân Thích nghi (Adaptation): là quá trình tiến hóa của loài thay đổi theo thời gian phù hợp với môi trường sống của chúng Đặc điểm (Character): biểu hiện kiểu hình như là một cấu trúc hoặc thuộc tính chức năng của sinh vật, kết quả của tương tác của một gen hay một nhóm kiểu gen với môi trường (International Board for Plant Genetic Resources- IBPGR 1991). Đặc điểm chỉ thị (Characterization): mức độ của các tính trạng thực vật có khả năng di truyền cao, có thể nhận biết bằng mắt thường rễ ràng và biểu hiện ngang bằng ở tất cả các môi trường để phân biệt kiểu hình. 20 Đặc điểm nông học (Agromorphological characteristic): một tính trạng kiểu hình của thực vật, có thể là hình thái, nông học hay tính trạng sử dụng, được nông dân hay các nhà nông học sử dụng để nhận biết giống cây trồng Tự thụ phấn (Inbreeder): một thực vật tự thụ phấn trong sinh sản sinh học trái ngược với giao phấn Giao phấn (Outbreeder): một thực vật tự bất hợp trong sinh sản, trái ngược với tự thụ phấn Loài (Species): một nhóm hoặc các quần thể tự nhiên có khả năng giao phối, sinh sản cách ly với các nhóm khác (IBPGR 1991) Quần thể (Population): một nhóm cá thể của cùng loài sống trong cùng một vùng sinh thái địa lý (Gliessman 1998) Giống (Variety): một đơn vị phân loại của loài, dưới loài phụ và trong hệ thống phân loại, là một nhóm đồng nhất, bao gồm không có biến động về kiểu hình, đồng nghĩa với cultivar (IBPGR 1991) Giống (Cultivar): một giống trồng trọt được thuần hóa, chọn tạo đồng nghĩa với variety (Friis-Hansen và Sthapit 2000) Giống cây trồng hiện đại (Modern Variety (MV): một giống cây trồng được tạo bởi các nhà tạo giống hiện đại, đồng nghĩa với HYV Giống năng suất cao (High-Yielding Variety (HYV): một giống cây trồng do nhà tạo giống phát triển, thiết kế để đạt năng suất tối đa (thường trong điều kiện đầu tư cao). HYVs thường được khuyến khích bởi các dự án nông nghiệp và đe dọa đến các giống địa phương của cùng loài. Giống bản địa (Landrace): một giống cây trồng được thuần hóa từ loài hoang dại hoặc họ hàng hoang dại của chúng, chưa có chọn lọc và nông dân gieo trồng, nó thích nghi với các điều kiện môi trường địa phương. Giống địa phương (Local variety): là giống cây trồng do người dân chọn lọc bằng phương pháp và theo tiêu chuẩn của họ. Giống địa phương có thích nghi cao với điều kiện địa phương, phù hợp với điều kiện canh tác và thị hiếu tiêu dùng của địa phương đó Giống địa phương thường biểu hiện biến động cao, nhưng là một quần thể có thể nhận biết. Giống địa phương thường có tên địa phương, có các đặc điểm và thuộc tính đặc thù, một số chín sớm và một số chín muộn. Mỗi giống có một đặc điểm nổi bật về sự thích nghi với loại đất đặc thù, phù hợp với phân loại đất theo truyền thống của nông dân nặng-nhẹ, khô-ẩm, ấm-lạnh, tốt-xấu…Chúng cũng có thể được phân loại phù hợp với tiêu dùng cây lấy bột, cây lương thực, cây lấy sợi , cây làm thuốc….. Tất cả các đặc điểm, tính trạng của quần thể là thích nghi với điều kiện khí hậu, canh tác địa phương (Harlan 1975) Họ hàng hoang dại (Wild relative): một loài không trồng trọt có quan hệ với cây trồng mức độ xa hoặc gần (thường là cùng chi). Nó không được sử dụng thông thường trong nông nghiệp nhưng có thể có mặt trong hệ sinh thái (như cỏ trên đồng ruộng hoặc tổ hợp các loại cỏ trên đồng cỏ) Chọn lọc tự nhiên (Natural selection): là chọn lọc sử dụng các yếu tố sinh học và phi sinh học của môi trường, nền tảng cơ bản của tiến hóa, nó có thể hoạt động tại mức gen, tế bào, dòng vô tính, cá thể hay quần thể của loài (IBPGR 1991) 21 Chọn lọc (Selection): bất kỳ một quá trình nào tự nhiên hay nhân tạo làm thay đổi cân bằng một kiểu gen nào đó hoặc nhóm các kiểu gen của thể hệ tiếp theo, thường biểu hiện một kiểu gen khác (IBPGR 1991) Kiến thức bản địa (Indigenous Knowledge) (IK): hiểu biết hoặc truyền thống hiện có trong một cộng đồng địa phương Đánh giá (Evaluation): đánh giá các đặc điểm của thực vật như năng suất, đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu bất thuận sinh học và phi sinh học, các tính trạng hóa sinh, tế bào, toàn bộ biểu hiện có thể ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. 1.5 CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT Nguồn gen thực vật có tầm quan trọng to lớn, vì thế nó thu hút sự quan tâm của toàn nhân loại, của các quốc gia và các nhà khoa học trên thế giới tham gia nghiên cứu, thu thập lưu giữ và bảo tồn. Ba nhà thực vật học đã có những đóng góp vĩ đại cho những lý thuyết về nguồn gen thực vật nói chung và nguồn gen cây trồng nói riêng là Augustin-Pyramus de Candolle, Charles Darwin và Nikolai I. Vavilov. Những điểm chính của các học thuyết này tập trung vào nguồn gốc phát sinh loài 1.5.1 Học thuyết “ Dãy biến dị tương đồng” Nikolai I. Vavilov đưa ra lý thuyết về “Dãy biến dị tương đồng(1920)” (Law of Homologous Series in Variation -1920) và lý thuyết “Trung tâm phát sinh cây trồng” (1926) (Centers of Origin of Cultivated Plants -1926). Học thuyết về dãy biến dị tương đồng của N. I. Vavilop là một cơ sở khoa học của thu thập, bảo tốn nguồn gen, cơ sở định hướng cho chọn giống cây trồng. Đặc điểm hay tính trạng tìm thấy ở một loài này có thể tìm thấy ở một loài khác, phụ thuộc vào quan hệ họ hàng của nó. Một nguyên lý chỉ dẫn cho những đặc điểm còn chưa khám phá hoặc chưa tìm thấy trong tự nhiên. Khoa học di truyền phân tử về genome và bản đồ gen đã cung cấp những nền tảng khoa học cho sự đúng đắn của học thuyết này. Những điểm chính của học thuyết - Các loài càng gần nhau thì càng có những biến dị giống nhau - Biến dị xảy ra ở các đặc điểm chung hoặc trong vùng sinh thái đặc thù - Chọn lọc tự nhiên đã tạo ra các kiểu hình đảm bảo phù hợp cho môi trường đặc thù, ví dụ như chống bệnh - Những chứng minh phân tử cũng cho kết quả tương tự 1.5.2 Học thuyết Trung tâm đa dạng di truyền ( Trung tâm phát sinh cây trồng) Augustin-Pyramus de Candolle (1778-1841) nhà thực vật học người Thụy Sỹ đã công bố cuốn sách nổi tiếng “Nguồn gốc của thực vật trồng trọt”, p. 233-236 và p. 387-397, D. Appleton and Company, New York. Đặc biệt là cây táo và cây ngô đã sử dụng rất nhiều kiến thức để xác định nguồn gốc thực vật trồng trọt như: - Sự có mặt của các loài hoang dại - Lịch sử - Tên (ngôn ngữ) - Địa chất - Mẫu biến dị Sau A. Candolle một loạt công trình công bố của Charles Darwin 1809 người Anh như: Nguồn gốc các loài bằng công cụ chọn lọc tự nhiên, Bảo tồn các loài ưa thích trong 22 đấu tranh cho sự sống (1959) "On the Origin of the Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life" (1859) hoặc nguồn gốc các loài "The Origin of the Species" N. I. Vavilov đã quan tâm đến nguồn gốc phát sinh thực vật, bởi vì ông quan tâm đến đa dạng di truyền và theo ông chúng có quan hệ với nhau. Năm 1926 ông đã viết một bài luận về nguồn gốc thực vật trồng trọt (Origin of Cultivated Plants) và đề nghị một xác định mức độ tin cậy đối với trung tâm phát sinh cây trồng bằng phân tích mô hình biến dị. Vùng địa lý có đa dạng nguồn gen lớn nhất là vùng phát sinh thực vật, điều này đặc biệt đúng nếu diến dị được điều khiển bởi gen trội và nếu vùng đó cũng chứa loài hoang dại của cây trồng đó. Ông đã đề xuất 8 trung tâm phát sinh cây trồng và một số trung tâm phụ, những phát minh của ông được thừa nhận rộng rãi đến ngày nay. Sau đó ông cũng phát triển phân loại nhóm vùng sinh thái, sử dụng các tính trạng phản ứng với độ dài ngày, lạnh, bệnh và thích nghi với môi trường đặc thù N. I. Vavilov cho rằng: quy luật locus cơ bản của nguồn gen cây trồng là ở các vùng núi, biểu hiện bởi sự có mặt của các allel trội. Trong cuốn sách (The Phytogeographical Basis for Plant Breeding (N. I. Vavilov 1935), ông đã tóm tắt và nhóm các trung tâm thành 8 trung tâm chính như sau: Hình 1-5 : Trung tâm phát sinh cây trồng của N.I.Vavilop (Nguồn: Jack R. Harlan. 1992) Những loài cây trồng chủ yếu có nguồn gốc phát sinh sơ cấp hoặc thứ cấp từ các trung tâm trên gồm: Trung tâm Trung Quốc (1) 1) Mạch trần (Avena nuda), trung tâm thứ cấp 2) Đậu thương (Glycine max.) 3) Đậu Adzuki (Vigna angularis) 4) Đậu thường (Phaseolus vulgaris) , dạng lặn, trung tâm thứ cấp Trúc (Phyllostachys spp.) 5) Mustard lá (Brassica juncea) trung tâm thứ cấp 6) Đào (Prunus persica) 7) Chanh (Citrus sinensis) 8) Vừng (Sesamum indicum), nhóm địa phương , thấp cây, trung tâm thứ cấp 23 9) Chè (Tea sinensis) Trung tâm Ấn Độ (2) 1) Lúa (Oryza sativa) 2) Kê (Eleusine coracana) 3) Đậu mỏ (Cicer arietinum) 4) Đậu bướm (Vigna aconitifolia) 5) Đậu nho nhe (Vigna umbellate) 6) Đậu ngựa (Macrotyloma uniflorum) 7) Đậu măng (Vigna unguiculata) 8) Cà tím (Solanum melongena) 9) Cải củ đuôi chuột (Raphanus caudatus) 10) Khoai sọ (Colocasia antiquorum) 11) Dưa chuột (Cucumis sativus) 12) Bông (Gossypium arboretum), 2X 13) Đay (Corchorus capsularis) 14) Hồ tiêu (Piper nigrum) 15) Chàm (Indigofera tinctoria) Trung tâm Indo-Malaya (2a) 1) Củ từ (Dioscorea spp.) 2) Bưởi (Citrus maxima) 3) Chuối (Musa spp.) 4) Dừa (Cocos nucifera) Trung tâm Trung Á (3) 1) Lúa mỳ làm bánh (Triticum aestivum), bread wheat 2) Lúa mỳ gậy ( Triticum compactum), club wheat 3) Lúa mỳ nổ (Triticum sphaerococcum), shot wheat 4) Mạch đen (Secale cereale), trung tâm thứ cấp 5) Đậu Hà Lan (Pisum sativum) 6) Đậu lăng (Lens culinaris) 7) Đậu mỏ (Cicer arietinum) 8) Vừng (Sesamum indicum), trung tâm sơ cấp 9) Lanh (Linum usitatissimum), trung tâm sơ cấp 10) Hoa rum (Carthamus tinctorius), trung tâm sơ cấp 11) Cà rốt (Daucus carota) 12) Củ cải (Raphanus sativus), radish , trung tâm sơ cấp 13) Lê (Pyrus communis) 14) Táo (Pyrus malus) 15) Cây óc chó (Juglans regia) Trung tâm Cận Đông (4) 1) Lúa mỳ (Triticum monococcum), einkorn wheat 2) Lúa mỳ cứng (Triticum durum), durum wheat 3) Lúa mỳ (Triticum turgidum), Poulard wheat 4) Lúa mỳ không râu (Triticum aestivum), một trung tâm sơ cấp 5) Mạch hai hàng (Hordeum vulgare) , giống bản địa 6) Mạch đen (Secale cereale) 7) Yến mạch đỏ (Avena byzantina) 8) Đậu mỏ (Cicer arietinum), trung tâm thứ cấp 9) Đậu lăng (Lens culinaris), một nhóm lớn giống bản địa 24 10) Đậu Hà Lan (Pisum sativum), giống bản địa 11) Linh lăng xanh (Medicago sativa) 12) Vừng (Sesamum indicum), một nhóm sinh thái riêng biệt 13) Lanh (Linum usitatissimum), rất nhiều giống bản địa 14) Dưa (Cucumis melo) 15) Hạnh nhân (Amygdalus communis) 16) Sung (Ficus carica) 17) Lựu (Punica granatum) 18) Nho (Vitis vinifera) 19) Mơ (Primus armeniaca), trung tâm sơ cấp Trung tâm Địa Trung Hải (5) 1) Lúa mỳ cứng (Triticum durum) 2) Yên mạch vỏ (Avena strigosa) 3) Đậu ván (Vicia faba) 4) Bắp cải (Brassica oleracea) 5) Ô liu (Olea europaea) 6) Rau diếp (Lactuca sativa) Trung tâm Abyssinia (6) 1) Lúa mỳ cứng (Triticum durum) 2) Lúa mỳ (Triticum turgidum), Poulard wheat (an exceptional wealth of forms) 3) Lúa mỳ (Triticum dicoccum), Emmer wheat 4) Lúa mạch (Hordeum vulgare), barley (an exceptional diversity of forms) 5) Đậu mỏ (Cicer arietinum), trung tâm sơ cấp 6) Đậu lăng (Lens culinaris), trung tâm sơ cấp 7) Kê ngón (Eleusine coracana), finger millet 8) Đậu Hà Lan (Pisum sativum), trung tâm sơ cấp 9) Lanh (Linum usitatissimum), trung tâm sơ cấp 10) Vừng (Sesamum indicum), trung tâm gốc 11) Đậu dầu (Ricinus communis), trung tâm sơ cấp 12) Cà phê (Coffea Arabica) Trung tâm Nam Mexico và Trung Mỹ (7) 1) Ngô (Zea mays) 2) Đậu thường (Phaseolus vulgaris) 3) Ớt (Capsicum annuum) 4) Bông núi (Gossypium hirsutum) 5) Gai dầu (Agave sisalana) 6) Bí đỏ, bí xanh (Cucurbita spp) Trung tâm Nam Mỹ (Peru, Ecuador, Bolivia) (8) 1) Khoai lang (Ipomoea batatas) 2) Khoai tây (Solanum tuberosum) 3) Đậu lima (Phaseolus lunatus) 4) Cà chua (Lycopersicon esculentum) 5) Bông hải đảo (Gossypium barbadense) (4X) 6) Đu đủ (Carica papaya) 7) Thuốc lá (Nicotiana tabacum) Trung tâm Chiloe (8a) 1) Khoai tây (Solanum tuberosum) Trung tâm Brazil and Paraguay (8b) 25 1) Sắn (Manihot utilissima) 2) Lạc (Arachis hypogaea) 3) Cacao (Theobroma cacao), trung tâm thứ cấp 4) Cao su (Hevea brasiliensis) 5) Dứa (Ananas comosus) Trong bài giảng (gồm 47 chủ đề) của Jules Janick, 2005 trường Đại học Purdue University, Hoa Kỳ đã chi tiết các Trung tâm phát sinh cây trồng của N. I. Vavilop bao gồm các loài cây trồng chính ở mỗi Trung tâm. Cây trồng vùng Viễn Đông (Far Eastern Crops) 1) Đậu Adsuki (Vigna angularis) 2) Chuối vàng (Musa cavendishii) 3) Chuối đỏ (M. Paradisiaca) 4) Chuối xanh (M. Sapientum) 5) Đậu tương (Glycine hispida) 6) Dừa(Cocos nucifera) 7) Kê Panicum miliaceum 8) Củ từ (Dioscorea spp.) 9) Mía (Saccharum sinense) 10) Lúa(Oryza sativa) Trung tâm Trung Quốc: là Trung tâm độc lập lớn nhất, bao gồm các vùng núi Trung và Tây Trung Quốc và những vùng đất thấp liền kề, với tổng số 136 loài bản địa trong có có một số loài cây trồng rất quan trọng. Cây ngũ cốc và cây họ đậu 1) Kê bông ngô (Panicum miliaceum) 2) Kê Ý (Panicum italicum) 3) Kê Nhật Bản (Panicum frumentaceum) 4) Cao Lương (Andropogon sorghum) 5) Kiều mạch (Fagopyrum esculentum) 6) Lúa mạch trấu nhỏ (Hordeum hexastichum) 7) Đậu tương (Glycine hispida) 8) Đậu Adzuki (Phaseolus angularis) 9) Đậu nhung (Stizolobium hassjoo) Cây lấy rễ, củ và cây rau 1) Củ từ Trung Quốc (Dioscorea batatas) 2) Radish (Raphanus sativus) 3) Cải Trung Quốc (Brassica chinensis, B. pekinensis) 4) Hành ( Allium chinense, A. fistulosum, A. pekinense) 5) Dưa chuột (Cucumis sativus) Cây ăn quả và quả hạch 1) Lê ( Pyrus serotina, P. ussuriensis) 2) Táo Trung Quốc (Malus asiatica) 3) Đào (Prunus persica) 4) Mơ (Prunus armeniaca) 5) Anh đào ( Prunus pseudocerasus) 6) Óc chó (Juglans sinensis) 7) Vải (Litchi chinensis) Cây lấy đường, làm thuốc và cây lấy sợi 1) Mía (Saccharum sinense) 26 2) Anh túc (Papaver somniferum) 3) Sâm (Panax ginseng) 4) Long não (Cinnamomum camphora) 5) Gai dầu (Cannabis sativa) Trung tâm Ấn Độ: Vùng này có hai trung tâm phụ(2) Trung tâm chính (2a) (Hindustan): gồm Assam và Burma, không bao gồm Bắc Ấn Độ và Punjab, các tỉnh biên giới miền Bắc.Trung tâm này có 117 loài bản địa. Cây ngũ cốc và cây họ đậu 1) Lúa (Oryza sativa) 2) Đậu mỏ (Cicer arietinum) 3) Đậu chim (Cajanus indicus) 4) Đậu Urd (Phaseolus mungo) 5) Đậu xanh (Phaseolus aureus) 6) Đậu nho nhe (Phaseolus calcaratus) 7) Đậu bò (Vigna sinensis) Rau và cây lấy củ 1) Cà tím (Solanum melongena) 2) Dưa chuột (Cucumis sativus) 3) Radish (Raphanus caudatus) (pods eaten) 4) Khoai sọ (Colocasia antiquorum) 5) Củ mỡ (Dioscorea alata) Cây ăn quả 1) Xoài (Mangifera indica) 2) Cam (Citrus sinensis) 3) Quýt (Citrus nobilis) 4) Chanh yên (Citrus medica) 5) Me (Tamarindus indica) Cây lấy đường, dầu và cây lấy sợi 1) Mía ( Saccharum officinarum) 2) Cọ dầu (Cocos nucifera) 3) Vừng (Sesamum indicum) 4) Hướng dương (Carthamus tinctorius) 5) Bông ( Gossypium arboretum) 6) Bông phương đông (Gossypium nanking) 7) Đay (Corchorus capsularis) 8) Lục lạc (Crotalaria juncea) 9) Dâm bụt (Hibiscus cannabinus) Cây gia vị, kích thích, nhuộm màu và các loài khác 1) Gai dầu (Cannabis indica) 2) Hồ tiêu (Piper nigrum) 3) Gôm Ai Cập (Acacia arabica) 4) Đàn hương ( Santalum album) 5) Chàm (Indigofera tinctoria) 6) Quế (Cinnamomum zeylanticum) 7) Khổ sâm (Croton tiglium) 8) Tre nứa (Bambusa tulda) Trung tâm Indo-Malayan (2b): Có 55 loài cây: Ngũ cốc và họ đậu 27 1) Bo bo “Job’s tears” (Coix lacryma) 2) Đậu nhung (Mucuna utilis) Cây ăn quả 1) Bưởi chùm (Citrus grandis) 2) Chuối (Musa cavendishii, M. paradisiaca,H. Sapientum) 3) Mít hột (Artocarpus communis) 4) Măng cụt (Garcinia mangostana) Cây lấy đường, dầu, gia vị và cây có sợi 1) Quả lai ( Aleurites moluccana) 2) Cọ dầu ( Cocos nucifera) 3) Mía (Saccharum officinarum) 4) Cỏ ba lá (Caryophyllus aromaticus) 5) Đậu khấu ( Myristaca fragrans) 6) Hồ tiêu (Piper nigrum) 7) Chuối sợi (Musa textiles) Các cây trồng Cận Đông 1) Đậu lăng(Lens culinaris) 2) Đậu mỏ (Cicer arietinum) 3) Cây mận (Prunus cerasifera) 4) O lưu (Olea europaea) 5) Lúa mạch (Hordeum vulgare) 6) Óc chó (Juglans regia) 7) Quả hạnh (Amygdalus communis) 8) Mơ (Primus armeniaca) 9) Chà là (Phoenix dactylifera) 10) Lúa mì(Triticum aestivum) 11) Sung (Ficus carica) Trung tâm Trung Á (3): Gồm Bắc Ấn Độ, Afghanistan, Tadjikistan, Uzbekistan, và miền Tây Tian-Shan. Có 43 loài và rất nhiều lúa mỳ. Cây lấy hạt và đậu 1) Lúa mỳ thường ( Triticum vulgare) 2) Lúa mỳ bông dày (Triticum compactum) 3) Lúa mỳ đốm (Triticum sphaerocoecum) 4) Đậu (Pisum sativum) 5) Đậu lăng (Lens esculenta) 6) Đậu ngựa (Vicia faba) 7) Đậu mỏ (Cicer arientinum) 8) Đậu xanh (Phaseolus aureus) 9) Mustard (Brassica juncea) 10) Lanh (Linum usitatissimum) 11) Vừng ( Sesamum indicum) Cây lấy sợi 1) Gai (Cannabis indica) 2) Bông (Gossypium herbaceum) Cây rau 1) Hành (Allium cepa) 2) Tỏi (Allium sativum) 3) Spinach ( Spinacia oleracea) 28 4) Cà rốt (Daucus carota) Cây ăn quả 1) Hồ chăn (Pistacia vera) 2) Lê (Pyrus communis) 3) Hạnh (Amygdalus communis) 4) Nho (Vitis vinifera) 5) Táo (Malus pumila (M. sieversii) Trung tâm cân Đông (4): Bao gồm phần nhỏ của Châu Á , toàn bộ dãy Cáp Ca, Iran, và cao nguyên Turkmenistan. Vùng này có 83 loài Cây có hạt và cây họ đậu 1) Lúa mỳ Einkorn ( Triticum monococcum) (2n = 14) 2) Lúa mỳ cứng (Triticum durum) (2n = 28) 3) Lúa mì Ba lan ( Triticum turgidum) (2n = 28) 4) Lúa mỳ thường (Triticum vulgare) (2n = 42) 5) Lúa mỳ phương Đông (Triticum orientale) 6) Lúa mỳ Ba Tư (Triticum persicum) (2n = 28) a. Triticum timopheevi (2n = 28) b. Triticum macha (2n = 42) c. Triticum vavilovianum, branched (2n = 42) 7) Lúa mạch 2 râu (Hordeum distichum, H. nutans) 8) Lúa mạch đen (Secale cereale) 9) Yến mạch Địa Trung Hải (Avena byzantina) 10) Yến mạch thường (Avena sativa) 11) Đậu lăng (Lens esculenta) 12) Đậu Lupine (Lupinus pilosus, L. albus) Cây thức ăn gia súc 1) Cỏ linh lăng (Medicago sativa) 2) Cỏ ba lá (Trifolium resupinatum) 3) Cỏ Ca ri (Trigonella foenum graecum) 4) Đậu tằm (Vicia sativa) 5) Đậu tằm lông (Vicia villosa) Cây ăn quả 1) Sung (Ficus carica) 2) Lựu (Punica granatum) 3) Táo (Malus pumilo) một trong các trung tâm 4) Lê (Pyrus communis) and others 5) Mộc qua (Cydonia oblonga) 6) Anh đào (Prunus cerasus) 7) Táo gai (Crataegus azarolus) Trung tâm Địa Trung Hải (5): Bao gồm xung quanh biển Địa Trung Hải , vùng này có 84 loài quan trọng có Ô lưu, rau và cỏ. Ngũ cốc và cây họ đậu 1) Lúa mỳ cứng (Triticum durum expansum) 2) Lúa mỳ kiến (Triticum dicoccum ) 3) Lúa mỳ Ba Lan ( Triticum polonicum) 4) Lúa mỳ spenta ( Triticum spelta) 5) Yến mạch Địa Trung Hải (Avena byzantina) 6) Yến mạch cát (Avena brevis) 29 7) Cỏ Canarygrass (Phalaris canariensis) 8) Đậu cỏ (Lathyrus sativus) 9) Đậu Hà Lan hạt rộng ( Pisum sativum) 10) Đậu Lupine (Lupinus albus) and others Cây thức ăn gia súc 1) Cỏ bao lá Ai Cập (Trifolium alexandrinum) 2) Cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) 3) Cỏ ba lá đỏ thẫm (Trifolium incarnatum) 4) Cỏ Serradella (Ornithopus sativus) Cây có dầu là cây lấy sợi 1) Lanh (Linumusitatissimum) và hoang dại (L. angustifolium ) 2) Cải dầu (Brassica napus) 3) Mù tạt đen (Brassica nigra) 4) Oliu (Olea europaea) Cây rau 1) Củ cải đường vườn ( Beta vulgaris) 2) Cải bắp (Brassica oleracea) 3) Turnip (Brassica campestris, B. Napus) 4) Rau diếp (Lactuca sativa) 5) Măng tây (Asparagus officinalis) 6) Cần tây (Apium graveolens) 7) Diếp xoăn (Cichorium intybus) 8) Củ cải vàng (Pastinaca sativa) 9) Đại hoàng (Rheum officinale) Cây có dầu và cây gia vị 1) Cây Carum (Carum carvi) 2) Cây hồi (Pimpinella anisum) 3) Húng tây (Thymus vulgaris) 4) Bạc hà cay (Mentha piperita) 5) Ngải đắng (Salvia officinalis) 6) Hupblông (Humulus lupulus0 Trung tâm Abixini (6): (=Ethiopia) và một phần Somali. Là Trung tâm có 38 loài Cây có hạt và cây họ đậu 1) Lúa mỳ cứng (Abyssinian, Triticum durum abyssinicum) 2) Lúa mỳ Ba Lan ( Triticum turgidum abyssinicum) 3) Mỳ kiến (Triticum dicoccum abyssinicum) 4) Lúa mỳ Ba Lan (Triticum polonicum abyssinicum) 5) Lúa mạch ( Hordeum sativum) (loại hình rất đa dạng) 6) Lúa miến hạt (Andropogon sorghum) 7) Kê trân châu (Pennisetum spicatum) 8) Kê Châu Phi ( Eleusine coracana) 9) Đậu bò (Vigna sinensis) 10) Lanh ( Linum usitatissimum) Loài khác 1) Vừng ( Sesamum indicum),trung tâm sơ cấp 2) Đậu hải ly (Ricinus communis),một trung tâm 3) Cải xoong vườn ( Lepidium sativum) 4) Cà phê (Coffea arabica) 30 5) Mướp tây (Hibiscus esculentus) 6) Nhựa thơm (Commiphora abyssinicia) 7) Chàm ( Indigofera argente) Trung tâm Nam Mexican và Trung Mỹ: Gồm miền Nam Mexico, Guatemala, Honduras và Costa Rica. Cây có hạt và đậu 1) Ngô (Zea mays) 2) Đậu thường (Phaseolus vulgaris) 3) Đậu Lima (Phaseolus lunatus) 4) Đậu Tepary (Phaseolus acutifolius) 5) Đậu mít (Canavalia ensiformis) 6) Rau giền hạt (Amaranthus paniculatus leucocarpus ) Cây bầu bí 1) Bầu Malabar (Cucurbita ficifolia) 2) Bí ngô đông (Cucurbita moshata) 3) Su su (Sechium edule) Cây lấy sợi 1) Bông cạn (Gossypium hirsutum) 2) Bông Bourbon (Gossypium purpurascens) Cây khác 1) Khoai lang (Ipomea batatas) 2) Hoàng tinh (Maranta arundinacea) 3) Hồ tiêu (Capsicum annuum, C. Frutescens) 4) Đu đủ (Carica papaya) 5) Ổi (Psidium guayava) 6) Điều (Anacardium occidentale) 7) Anh đào dại (Prunus serotina) 8) Cochenial (Nopalea coccinellifera) 9) Ngô anh đào (Lycopersicum cerasiforme) 10) Cacao (Theobroma cacao) 11) Thuốc lá (Nicotiana rustica) Trung tâm Nam Mỹ (8): (62 danh mục cây trồng) Ba trung tâm phụ: Cây có củ 1) Khoai tây Andean (Solanum andigenum) (2n = 96) 2) Các loài khoai tây trồng: 14 hoặc hơn số nhiễm sắc thể của loài 2n từ 24 – 60 3) Khoai tây không độc (Tropaeolum tuberosum) vùng ven biển Peru và vùng nhiệt đới Á nhiệt đới không tưới của Ecuador, Peru và Bolivia Cây lấy hạt và cây họ đậu 1) Ngô bột (Zea mays amylacea) 2) Đậu Lima (Phaseolus lunatus),trung tâm thứ cấp 3) Đậu thường (Phaseolus vulgaris), trung tâm thứ cấp Cây lấy củ rễ 1) Chuối hoa (Canna edulis) 2) Khoai tây (Solanum phureja) (2n = 24) Cây rau 1) Cà chua (Lycopersicum esculentum) 2) Anh đào đất (Physalis peruviana) 3) Bí ngô (Cucurbita maxima) 31 4) Ớt (Capsicum frutescens) Cây lấy sợi 1) Bông Ai Cập (Gossypium barbadense) Cây ăn quả và cây khác 1) Hoa say (Passiflora ligularis) 2) Ổi (Psidium guajava) 3) Ký ninh (Cinchona calisaya) 4) Thuốc lá (Nicotiana tabacum) Trung tâm Chiloe (8b) 1) Cà chua thường (Solanum tubersum)(2n = 48) 2) Dâu tây dại (Fragaria chiloensis) Trung tâm Brazilian-Paraguayan (8c) 1) Sắn (Manihot utilísima) 2) Lạc (Arachis hypogaea) 3) Cao su (Hevea brasiliensis) 4) Dứa (Ananas comosa) 5) Giẻ Brazil(Bertholletia excelsa) 6) Điều(Anacardium occidentale) 7) Dưa gang tía(Passiflora edulis) 1.6 CÁC TRUNG TÂM BẢO TỒN NGUỒN GEN THẾ GIỚI Bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật, tập trung lớn nhất trong mạng lưới của IPGRI. Mạng luới có sự tham gia của các quốc gia và các cơ quan nghiên cứu nông nghiệp Quốc tế cây mận Bảng 1-2: Các Trung tâm nông nghiệp Quốc tế (IARCs) trong nhóm tư vấn nghiên cứu nông nghiệp Quốc tế Từ viết tắt Cơ quan Năm thành lập Các chương trình nghiên cứu Cơ quan tại nước IRRI Viện nghiên cứu lúa Quốc tế 1960 Lúa Philippines (International Rice Research Institute)(IRRI) CIMMYT Trung tâm cải tiến ngô và lúa mỳ Quốc tế (International Maize and Wheat Improvement Centre) (CIMMYT) 1964 Ngô, lúa mỳ, lúa mạch và triticale* Mexico IITA Viện nghiên cứu Nông nghiệp Nhiệt đới (International Institute of Tropical Agriculture) (IITA) 1965 Ngô, lúa, đậu bò, khoai làng , củ mỡ, sắn Nigeria CIAT Trung tâm Nông nghiệp nhiệt đới (Centre Internacional de Agricultura Tropical) 1968 Sắn, đậu, lúa, cỏ thức ăn gia súc Colombia WARDA Hi ệp hội phát triển lúa Tây Phi (West Africa Rice Development Association) 1971 Lúa Ivory Coast CIP Trung tâm cây có củ Quốc tế (International Potato Centre) 1972 Khoai tây và cây có củ khác Peru ICRISAT Vi ện nghiên cứu cây trồng vùng Nhiệt đới bán khô hạn 1972 Đậu mỏ, đậu ngọc (pigeonpea), kê, cao lương, India 32 (International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics) lạc IBPGR UB nguồn tài nguyên di truyền thực vật Quốc tê (International Board for Plant Genetic Resources) 1974 Nguồn tài nguyên di truyền thực vật Italy ICARDA Trung tâm nghiên cứu nông 1976 Lúa mỳ, lúa mạch, đậu faba, Syria nghiệp vùng khô hạn đậu lăng, đậu mỏ cây thức ăn gia súc và triticale (International Centre for Agricultural Research in the Dry Areas) (CIARD) ISNAR Cơ quan hỗ trợ nghiên cứu nông 1980 Nghiên cứu nông nghiệp Netherlands nghiệp Quốc tế quốc gia (International Service for National Agricultural Research) Ghi chú: Triticale × Triticosecale) là loài lai giữa lúa mỳ (Triticum) và lúa mạch đen (Secale) Bảng 1- 3 : Số mẫu nguồn gen lưu giữ tại các cơ quan nghiên cứu quốc tế (van Sloten, 1990a) Tổ chức Số mẫu nguồn gen CIAT 66.000 CIMMYT 70.000 CIP 12.000 ICARDA 87.000 ICRISAT 96.000 IITA 36.000 ILCA 9.000 IRRI 83.000 WARDA 6.000 466.000 35% Ghi chú: Tổng số mẫu nguồn gen đang lưu giữ toàn cầu ước khoảng 2.600.000; số mẫu nguồn gen duy nhất trên toàn thế giới 1.050.000 mẫu năm 1981 đến nay ước khoảng 1.300.000 mẫu. Bảng 1-4: Nguồn gen cây lương thực (Anderson et al., 1988) Cây trồng Số mẫu trong ngân hàng gen chính (1000) Số mẫu khác biệt (1000) % vật liệđã thu th u di truyền ập Mức độ bị đe dọa Cây trồng Hoang dại Lúa mỳ 400 125 95 60 Trung bình Lúa 200 70 70 10 Trung bình Ngô 70 60 90 n.e.* n.a. Lúa mạch 250 50 40 10 Trung bình Lúa miến 90 20 80 10 cao 33 Đậu 65 33 50 10 Trung bình/thấp Lạc 33 10 70 50 Thấp Khoai lang 8 3 60 1 Cao Khoai tây 42 30 95 n.e. Thấp Đậu đũa 18 12 75 1 Cao Source: IBPGR 1984; n.a. Không đủ thông tin; n.e. không ước tính 1.7 BẢO TỒN NGUỒN GEN CỦA VIỆT NAM Nguồn tài nguyên di truyền thực vật của Việt Nam rất đa dạng do đặc điểm điều kiện sinh thái, địa hình và dân tộc. Việt nam chia thành 8 vùng sinh thái, mỗi vùng có điều kiện địa hình, đất đai, thổ nhưỡng và khí hậu khác nhau đã hình thành nên các thảm thực vật và loài thực vật phong phú và đa dạng. Theo các tài liệu thống kê (tré de Groombridge,1992), Việt Nam là một trong 25 nước có mức đa dạng sinh học cao nhất thế giới với dự tính có 20.000 đến 30.000 loài thực vật. Theo Nguyễn Nghĩa Thìn,1997 tổng số các loài thực vật toàn quốc là 11.373 loài của 2.524 chi và 378 họ thuộc 7 ngành. Vùng Tây Bắc và Đông Bắc Bộ có địa hình núi cao, có 4 mùa rõ rệt trong năm, mùa đông lạnh nhiệt độ thấp thích hợp với một số loài cây Á nhiệt đới như lê, đào, mận. Địa hình núi cao phân chia thành các tiểu vùng như huyện Sa Pa tỉnh Lào Cai, huyện Sìn Hồ tỉnh Lai Châu một số loài cây cây ăn quả, hoa ôn đới cũng sinh trưởng phát triển ở vùng này. Một số loài cây thuốc đặc hữu, quý hiếm ở điều kiện sinh thái Sapa như thảo quả (Amomum tsao-ko Crev.et Lem) Vùng đồng bằng Bắc Bộ phì nhiêu, đa dạng của các loài cây lương thực như lúa, ngô, khoai lang. Ngoài ra đồng bằng Bắc Bộ còn đa dạng nhất nguồn gen cây ăn quả địa phương và nhập nội như cây vải (Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Pham Ngọc Liễu, 2004) Hình 1-7 : Các vùng sinh thái ở Việt Nam 34 Vùng Bắc Trung Bộ và Nam Trung bộ là vùng chịu ảnh hưởng của gió Lào, khô và nóng và phân chia thành các tiểu vùng khá rõ, tiểu vùng phía tây dãy núi trường sơn, độ dốc lớn, thảm thực vật đa dạng hơn vùng ven biển. Nguồn gen vùng ven biển phong phú các loài có khả năng chịu hạn, mặn điển hình. Ví dụ giống lúa lốc Nghệ An là địa phương có khả năng chịu hạn và phục hồi sau hạn cao, nguồn gen quý cho chọn tạo giống chịu hạn và mặn. Vùng Đông Nam Bộ là vùng điển hình khô hạn của Việt Nam, những cây trồng đặc thù chịu hạn như điều, cao su có nguồn gen đa dạng nhất trong cả nước Vùng Tây nguyên là quê hương của các cây công nghiệp, các giống cây lương thực, cây lấy hạt có nhiều đặc điểm và tính trạng quý đặc biệt khả năng chịu hạn. Tây Nguyên hiện là một trong vùng đa dạng nhất của cả nước Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long thảm thực vật, cây lương thực và các loài thực vật đặc trưng của đất ngập nước. Ngày nay, do nhiều nguyên nhân như sự tăng dân số, nhu cầu lương thực và nhu cầu khác của con người ngày càng tăng dẫn đến khai thác rừng và các nguồn tài nguyên một cách quá mức, thiên tai, dịch bệnh và sự phát triển nhanh của các giống cây trồng mới có năng suất cao dẫn đến nguồn tài nguyên di truyền ở nhiều vùng sinh thái đã suy giảm nghiêm trọng. Suy giảm nhanh và mức độ mạnh nhất là các vùng đồng bằng, nơi có điều kiện canh tác thuận lợi, mật độ dân số cao, điều kiện kinh tế phát triển. Nông dân có khả năng đầu tư cao để sử dụng các giống cây trồng cải tiến và giống lai. Những vùng khó khăn, canh tác nhờ nước trời, nông dân nghèo, khả năng đầu tư thấp do vậy mức độ đa dạng cây trồng, đặc biệt là các giống bản địa và giống địa phương có mức đa dạng cao hơn vùng khác. Ví dụ mức độ đa dạng nguồn gen thực vật tại huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên khảo sát năm 2003 trình bày trong bảng 1-5: Bảng 1-5: Khảo sát nguồn gen thực vật tại huyện Điện Biên tỉnh Điện Biên ( Số liệu điều tra tại 6 xã của huyện Điện Biên năm 2003) STT Tên Việt nam Tên khoa học Số hộ trồng 1 Hành ta Allium ascalonicum L. 45 2 Hành củ Allium cepa L. 12 3 Hành hoa Allium fistulosum L. 15 4 Tỏi Allium sativum L. 18 5 Hẹ Allium tuberusum Rottl. Và Spreng. 10 6 Dứa gai Ananas comosus (L.) Merr 16 7 Bình bát Annona reticulata L. 2 8 Lạc Arachis hypogaea L. 25 9 Cau Areca catechu L. 8 10 Mít Artocarpus melinoxyla Gagn. 25 11 Cải bắp Brassica capitata L. 6 12 Cải bẹ trắng Brassica chinensis L. 50 13 Su hào Brassica gemmifera Zink. 20 14 Cải bẹ xanh Brassica juncea L. 24 15 Dong riềng Canna edulis Ker 15 16 Ớt chỉ thiên Capsicum facsiculatum Bail. 21 17 Đu đủ Carica papaya L. 47 18 Riềng Catimbium muticum (Roxb.) Holtt. 6 19 Vú sữa Chrysanthemum coronarium L. 2 20 Cải cúc Chrysanthenum coronarium L. 4 21 Chanh ta Citrus aurantifolia Sw. 11 35 22 Bưởi Citrus grandis L. 9 23 Chanh yên (tây) Citrus limon (L.) Burm 6 24 Cam núi Citrus macroptera Montr. 7 25 Cam sành Citrus nobilis Lour 3 26 Quýt Citrus reticulata Blco. 2 27 Tía tô Coleus scutellaroides Benth 16 28 Khoai môn nước Colocassia esculenta (L.) Schott 14 29 Dưa leo Cucumis sativus L. 11 30 Bí đỏ cuống tròn Cucurbita maxima L. 35 31 Bí rợ Cucurbita moschata Duch. 41 32 Bí đỏ Cucurbita pepo L. 47 33 Nghệ Curcuma domestica L. 13 34 Sả Cymbopogon citratus L. 4 35 Nhãn Dimocarpus longan var.local Lour. 19 36 Củ mỡ Dioscorea alata L. 9 37 Củ từ Dioscorea esculenta (Lour.) Burk 7 38 Củ mài Dioscorea persimilis Prain & Burkill 8 39 Rau ngổ Enydra fluctuans 12 40 Kinh giới Esholigia ciliata L. 11 41 Si Ficus benjamina L. 5 42 Sung lông Ficus drupacea Corner 2 43 Ngái Ficus maliformis King. 4 44 Sung Ficus rasemosa L. 7 45 Sung xanh Ficus virens Ait. 1 46 Đậu nành Glycine max (L.) Merr 34 47 Rau giấp cá Houttuynia cordata Thunb. 17 48 Rau muống Ipomoca aquatica Forssk. 5 49 Khoai lang Ipomoea batatas Lamk. 3 50 Đậu ván Lablab purpureus (L.) Sweet sub sp. 24 51 Bầu Lagenaria siceraria (Mol.) Stadley 39 52 Vải Litchi sinensis Radlk. 4 53 Trứng gà Lucuma mammosa Gaertn 9 54 Mướp khía Luffa acutagula (L.) 12 55 Cà chua Lycopersicon carasiforme Alef. 15 56 Cà chua thóc Lycopersicon esculentum commune Alef. 9 57 Xoài Mangifera indica L. 11 58 Sắn Manihot esculenta Grantz 27 59 Hồng xiêm Manilkara achras (Mill) Fosb. 8 60 Mướp đắng Momordica charantia 24 61 Gấc Momordica cochinchinensis (Lour.) Spreng 15 62 Dâu ta Morus australis Poir. 17 63 Đậu mèo Mucuna cochinchinensis (Lour.) Merr 26 64 Chuối Musa sp. 51 65 Húng quế Ocimum basilicum L. 13 66 Hương nhu Ocimum gratissimum L. 7 67 Lúa Oryza sativa L. 130 68 Củ đậu Pachirhizus erosus L. 18 69 Mơ lông Paederia lanuginosa Wall. 3 36 70 Mơ leo Paederia scandens (Lour.) Merr. 7 71 Me rừng Phyllanthus emblica L. 3 72 Trầu không Piper betle L. 3 73 Lá lốt Piper lolot C. 15 74 Rau răm Polygonum odoratum Lour. 11 75 Đinh lăng Polyscias fruticosa (L.) Harms 9 76 Mơ Prunus armeniaca L. 4 77 Ổi Psidium gujava L. 21 78 Đậu rồng Psophocarpus tetragonolobus L. 19 79 Sắn dây Pueraria thomsoni Benth 12 80 Lựu Punica granatum L. 3 81 Cải củ Raphanus sativus L. 23 82 Hoa hồng Rosa chinensis Jacq. 9 83 Su su Secchium edule (Jacq.) Swartz. 4 84 Mía Shaccharum officinarum L. 12 85 Cà dái dê (tím) Solanum melongena L. 19 86 Cà pháo Solanum undatum L. 15 87 Me Tamarindus indica L. 4 88 Dưa núi Trichosanthes cucumerina L. 17 89 Đậu xanh Vigna radiata L. 29 90 Đậu nho nhe Vina umbellata (Thunb.) Ohwi & Ohashi var. 42 91 Khoai mùng Xanthosoma sagittifilium L. 11 92 Ngô Zea mays 112 93 Gừng Zingiber officinale Roscoe 13 94 Táo ta Ziziphus manritiana (Lamk.) 6 Nguồn : Vũ Văn Liết, Đồng Huy Giới,2003 Kết quả khảo sát và thu thập cho thấy mức độ đa dạng phụ thuộc vào những yếu tố chủ yếu sau: + Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội : các xã xa trung tâm và đang giao thông số lượng giống địa phương, nguồn gen phong phú hơn các xã gần trung tâm + Dân tộc khác nhau mức độ phong phú khác nhau, trong 4 dân tộc khảo sát, dân tộc Mông có bô giống địa phương phong phú nhất, tiếp đó là dân tộc Thái, dân tộc Kinh hầu hết sử dụng các giống cải tiến + Địa hình cao nguồn gen phong phú hơn địa hình thấp, bằng phẳng và có tưới + Địa phương có rừng nguồn gen phong phú hơn địa phương không có rừng + Nguồn gen giống địa phương, cây hoang dại khá phong phú trong vườn hộ Những nghiên cứu khác cũng cho kết quả tương tự, vùng núi dân tộc ít người mức độ đa dạng còn khá cao, các giống địa phương chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các giống mới. Bảng 1-6: Tỷ lệ giống lúa địa phương của khu vực miền núi và đồng bằng Địa phương Tổng số Số giống địa phương giống Số lượng Tỷ lệ(%) Bản Tát (Tân Minh, Đà Bắc, Hòa Bình) 22 17 77,27 Bản Cang (Đoàn Kết, Đà Bắc, Hòa Bình) 25 15 60,00 Thôn Yên Minh (Yên Quang, Nho Quan, Ninh Bình) 10 4 40,00 Thôn Quảng Mào (Thạch Bình, Nho Quan, Ninh Bình) 11 4 41,67 Thôn Đồng Lạc (Nghĩa Lạc , Nghĩa Hưng, Nam Định) 12 3 25,00 Thôn Kiên Thành (Nghĩa Lợi , Nghĩa Hưng, Nam Định) 12 3 25,00 37 Nghiên cứu của Lưu Ngọc Trình và công sự năm 2001 cho thấy mức độ đa dạng của giống lúa địa phương minh họa trong bảng 1-6 Nhận thức được mức độ quan trọng của nguồn tài nguyên di truyền thực vật và xu hướng xói mòn nguồn gen thực vật. Việt Nam đã thành lập Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (Quyết định số 220/2005/QĐ-TTg ngày 09/9/2005 của Thủ tướng Chính phủ). Trung tâm có mạng lưới gồm 18 Viện, Trung tâm và Trạm làm nhiệm vụ nghiên cứu và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Những nhiệm vụ được quy định bao gồm: (a) Duy trì và phát triển ngân hàng gen thực vật Quốc gia (b) Xây dựng giải pháp bảo tồn và khai thác sử dụng tài nguyên thực vật (c) Bảo tồn thông qua sử dụng tài nguyên thực vật, phát triển và duy trì các điểm bảo tồn In situ nguồn gen cây trồng; (d) Đa dạng sinh học nông nghiệp, động thái biến động đa dạng thực vật; (đ) Điều phối hoạt động màng lưới bảo tồn quỹ gen cây trồng. Trung tâm đã thu thập theo thứ tự ưu tiên tại các vùng có nguy cơ xói mòn nguồn gen cao và nhập nội có định hướng. Đã và đang bảo tồn 1.800 mẫu giống của khoảng 100 loài cây trồng. Hàng năm lưu giữ tốt số giống đã có và các giống mới thu thập, nhập nội về. Dự kiến đến cuối năm 2005 số mẫu giống được bảo tồn trong cả nước là 20.000 của 200 loài, trong đó tại NHGCTQG là 15.000 mẫu giống. Trung tâm cũng đã thực hiện quản lý dữ liệu và thông tin TNDTTV: Đến năm 2005 hoàn thành bốn nội dung chính: - Phần mềm quản lý TNDTTV bằng tiếng Việt áp dụng thống nhất trên toàn quốc - Website về TNDTTV của Việt Nam có đủ lượng thông tin cần thiết cho các đối tượng truy cập trong nước và tuyên truyền quốc tế - In ấn phẩm thông tin TNDTTV các dạng sách chuyên khảo, catalog, bản tin (newsleter), tờ bướm (brochure) cho các đối tượng sử dụng khác nhau. Cấp phát, trao đổi thông tin TNDTTV theo quy chế cấp phát thông tin nguồn gen Trong giai đoạn 2001-2005, Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia đã cấp phát 3.494 lượt mẫu giống và 4.250 lượt dữ liệu phục vụ các mục tiêu sử dụng khác nhau, góp phần tích cực cho công tác giống cây trồng. Giống đậu xanh NTB-01 do Trung tâm nghiên cứu Nông nghiệp Duyên hải Nam Trung Bộ đã bình tuyển từ các nguồn gen đậu xanh do Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia cung cấp được công nhận là giống quốc gia. Việt Nam cũng đã hình thành các vườn quốc gia, khu bảo tồn để bảo tồn đa dạng sinh học, trong đó có bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật. Số vườn quốc gia cả nước đến 2006 là 30 với tổng diện tích 1.166.441 ha, ngoài vườn quốc gia cả nước hiện còn có 78 khu bảo tồn thiên nhiên với tổng diện tích 1,7 triệu ha và 18 khu bảo vệ cảnh quan có diện tích hơn 120.000 ha. Việt Nam cũng đã ban hành nhiều chính sách bảo tồn đa dạng sinh học cũng như bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Quốc hội đã ban hành “Pháp lệnh giống cây trồng số 15/2004/PL-UBTVQH11”, “Luật Sở hữu trí tuệ số 50/2005/QH11” đã được Quốc hội khoá XI kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29/11/2005 và có hiệu lực từ ngày 01/7/2006; “Luật nước Cộng hoà Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam số 29/2004/QH11 ngày 03 tháng 12 năm 2004 về bảo vệ và phát triển rừng” Chính phủ đã ban hành “Nghị định số 57/2005/NĐ-CP của Chính phủ về việc xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực giống cây trồng”; “ Chỉ thị số 210/TTg ngày 6/12/1966 của thủ tướng chính phủ về việc khai thác và phát triển cây thuốc, động vật làm thuốc”. Các Bộ ban hành “Quyết định số 68/2004/QĐ-BNN ngày 24 tháng 11 năm 2004 của Bộ trưởng bộ NN & PTNT về việc bổ xung 10 loài cây trồng vào danh lục loài cây trồng được bảo hộ”. Những luật, nghị định và thông tư là những cơ sở pháp lý cho bảo tồn và nghiên cứu nguồn gen thực vật. 38 Câu hỏi ôn tập và bài tập của chương 1 1- Các khái niệm đa dang sinh học, đa dang di truyền 2- Vai trò của đa dạng sinh học và đa dạng di truyền với nông nghiệp và chọn giống cây trồng 3- Khi điều tra thu thập nguồn gen ở huyện Điện Biên, thu thập được tổng số 94 loài, số loài chỉ tìm thấy trong huyện là 2 loài. Hãy tính mức độ phong phú hay đa dạng loài thực vật của huyện Điện Biên 4- Khi thực hiện thu thập mẫu nguồn gen ở ba xã thu được 6 loài, những số cá thể của mỗi loài ở ba xã trên là khác nhau như bảng sau: Loài xã Số cá thể Nà Tấu Mương Pồn Thanh Nưa sp 1 26 30 60 sp 2 32 40 5 sp 3 45 20 70 sp 4 18 15 17 sp 5 39 53 45 sp 6 22 14 26 Hỏi trong ba địa phương trên, địa phương nào có mức độ đa dạng cao hơn 5- Các học thuyết về nguồn gen thực vật và giá trị của các học thuyết đối với nông nghiệp và chọn giống 6- Các Trung tâm phát sinh cây trồng và cho ví dụ một Trung tâm để minh họa 7- Các Trung tâm lưu giữ nguồn gen quốc tế và số lượng nguồn gen lưu trữ , bảo tồn 8- Vấn đề đa dạng sinh học và đa dạng di truyền ở Việt Nam hiện nay như thế nào? 39 Chương 2 THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.1 XÓI MÒN NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT 2.1.1 Mức độ xói mòn nguồn gen thực vật Wilkes(1984) đưa ra ba mức đe dọa đến nguồn tài nguyên di truyền và đa dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật như sau: - Xói mòn di truyền (Genetic erosion): Xói mòn di truyền là một quá trình làm hạn chế và thu nhỏ vốn gen của một loài thực vật hay động vật, ngay cả khi có hơn một cá thể trong quần thể bị mất không có cơ hội thu lại hay lặp lại ở cá thể khác và gây nguy hiểm đến đa dạng quần thể. Xói mòn di truyền trong đa dạng nông nghiệp và chăn nuôi là sự mất đa dạng di truyền, gồm mất các gen và các tổ hợp gen đặc thù (hoặc phức hợp gen), như mất các giống địa phương các loài thuần hóa đã thích nghi với môi trường tự nhiên, nơi nó phát sinh và phát triển. Thuật ngữ xói mòn di truyền đôi khi sử dụng với nghĩa hẹp là mất các allel hoặc các gen và nghĩa rộng là mất các giống hay các loài Kỹ thuật cải tiến giống cây trồng phát triển đã loại trừ những giống cơ bản hay nguồn gen gốc tạo ra giống cây trồng cải tiến đó. Hơn 10.000 năm, cây trồng đã tạo ra một số lượng lớn những kiểu gen thích nghi với các điều kiện địa phương. Những giống cây trồng này là những giống địa phương, giống cây trồng nông nghiệp do người dân chọn lọc và cây bản địa. Chúng là nguồn di truyền cho các nhà tạo giống sử dụng để cải tiến nguồn gen tạo ra các giống cây trồng chịu thâm canh và năng suất cao. Ngay sau đó các giống cải tiến năng suất cao đã thay thế các đa dạng di truyền hàng nghìn năm tạo nên. Bên cạnh đó do dân số tăng, dẫn đến đất đai được sử dụng vào sản xuất nông nghiệp mở rộng hơn để đáp ứng nhu cầu của con người làm biến mất nơi sinh sống của các loài hoang dại. Các nguy cơ trên yêu cầu nhân loại phải ngay lập tức thu thập và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật còn lại, nếu không chúng sẽ biến mất hoàn toàn. Thế giới cũng bắt đầu đưa ra những thuật ngữ và kỹ thuật mới là bền vững và đa dạng sinh học, đa dạng di truyền, bảo tồn nội vi (In- situ), bảo tồn ngoại vi (Ex –situ)… và chúng trở thành là một thành phần của sự bền vững trong tương lai - Nguồn di truyền dễ tổn thương (Genetic vulnerability): Nguồn di truyền dễ tổn thương là những loài dễ bị thay thế hay đang bị đe dọa tuyệt chủng do môi trường bất thuận, dịch bệnh và điều kiện kinh tế -xã hội khác. Nguồn tài nguyên bị mất môi trường sinh sống hoặc môi trường sinh sống bị phá vỡ, chia cắt cũng làm cho nguồn tài nguyên di truyền dễ bị tổn thương Nguồn di truyền dễ tổn thương gây rủi ro cho nền nông nghiệp đầu tư cao để trồng cây lương thực, cây hàng hóa ở những nước phát triển. Xói mòn di truyền là sự giảm dần của đa dạng di truyền thực vật còn tổn thương di truyền là sự mỏng manh của nền tảng di truyền hẹp, canh tác độc canh trên một phạm vi rộng (sự đồng nhất của hàng triệu cây), bao trùm hàng nghìn ha. Canh tác độc canh có rủi ro cao khi gặp điều kiện bất thuận hay dịch hại, ví dụ bệnh rỉ sắt thân của lúa mì năm 1954, bệnh khô vằn ở ngô năm 1970 và nạn đói do mất mùa khoai tây ở Ai len 1840 là những minh chứng cho tính dễ tổn thương di truyền. 40 - Sự tuyệt chủng (Genetic wipeout): Sự đe dọa thứ ba đến nguồn tài nguyên di truyền thực vật là sự biến mất của các loài tiềm năng đã tạo nên đa dạng nguồn tài nguyên di truyền, nó phá vỡ quần xã và ổn định của nguồn tài nguyên di truyền. Sự phá vỡ này có thể dẫn đến biến mất một số đa dạng di truyền mong muốn. Rất nhiều loài cây trồng và cây trồng hoang dại đã bị tuyệt chủng và cần thiết phải có chiến lược thu thập bảo tồn. Nghiên cứu của V. Holubec, 1997 cho thấy các loài hoang dại của bông ở châu Phi, nơi có nguồn gen bông đa dạng nhất thế giới, nhưng một số loài ngày nay có rất ít thông tin về chúng. Các loài bông địa phương này thuộc 4 nhóm gen nôm (A, B, E và F) đang bị đe dọa tuyệt chủng. Do vậy, con người cần xây dựng bản đồ phân bố, thu thập và bảo tồn chúng. Một số loài như G. areysianum, G. incanum; G. capitis-viridis còn rất ít thông tin và được xếp ở mức đe dọa tuyệt chủng nguy hiểm 2.1.2 Nguyên nhân xói mòn nguồn gen thực vật Xói mòn di truyền hay giảm đa dạng di truyền thực vật có nhiều quan điểm khác nhau gồm: giảm số lượng loài thực vật hoặc giảm đa dạng di truyền trong một loài. Ngoài ra, những sinh vật sống bên trong hay ngoài hệ sinh thái tăng lên cũng được tính đến, xem xét mức độ đa dạng di truyền (Collins and Qualset, 1999; Hillel and Rosenzweig, 2005). Loài người đã sử dụng trên 7.000 loài cây trồng để đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm và những nhu cầu cơ bản khác của mình thông qua trồng trọt hay thu hái tự nhiên. Ngày nay canh tác hiện đại và cơ giới hóa chỉ có 150 loài sử dụng dưới canh tác thâm canh, trong đó chỉ 15 loài cây trồng cung cấp trên 90 % năng lượng cho loài người. Nông nghiệp, lâm nghiệp, định cư sinh sống của con người chiếm 95% môi trường sống trên trái đất, trong khi diện tích không sử dụng chỉ khoảng 3,2%. Hoạt động của con người hiện nay chiếm 1/3 đến 1/2 sản lượng của hệ sinh thái toàn cầu. Đất trồng trọt và đồng cỏ là những phần sinh khối lớn nhất của hành tinh, chúng chiếm 40% bề mặt đất tương tự như sinh khối của rừng. Mặc dù lượng hạt thu hoạch tăng dần, nhưng chi phí đầu tư gây hại cho môi trường cũng tăng lên đáng kể (bao gồm suy thoái chất lượng nước do sử dụng phân bón, suy thoái đất trồng trọt, mất nơi sinh sống tự nhiên của động, thực vật). Bởi vậy tăng cường sản xuất nông nghiệp trước mắt, nhưng suy thoái và làm yếu hệ sinh thái trong tương lai, bao gồm cả mất tài nguyên di truyền thực vật (Foley và cs., 2005). Trong các loài cây trồng, giống địa phương được thay thế bằng các giống cải tiến, tỷ lệ và tốc độ thay thế phụ thuộc vào loài cây trồng, vùng địa lý và môi trường. Cây lương thực như lúa nước và lúa mỳ bị thay thế nhanh nhất, đây là những nguyên nhân xói mòn di truyền là rất lớn (Day Rubenstein và cs, 2005). Ước tính chỉ còn 15% diện tích gieo trồng các giống lúa địa phương trong điều kiện có tưới, lúa mỳ địa phương chỉ còn 23%, giống ngô địa phương chỉ còn được trồng khoảng 60% diện tích ngô ở các nước đang phát triển và diện tích không đáng kể ở các nước phát triển. Gần 8.000 giống táo được trồng ở Hoa Kỳ trong thế kỷ 20, đến nay trên 95% số đó không còn tồn tại. Giống ngô địa phương ở Mexico chỉ chiểm 20% tổng số giống ngô đang có trong sản xuất, Giống lúa mỳ địa phương chỉ còn 10% trong tổng số 10.000 giống lúa mỳ của Trung Quốc đến nay còn được sử dụng. Những nguyên nhân khác là thay đổi hệ thống sản xuất nông nghiệp gây xói mòn nguồn gen như chăn thả quá mức, thu hoạch cường độ cao, phá rừng và phát nương làm rẫy, xuất hiện của các sâu bệnh mới, chính sách và hiệp ước quốc tế (FAO,1996). Tóm lại có nhiều nguyên nhân nhưng có hai nguyên nhân cơ bản dẫn đến các nguyên nhân xói mòn nguồn gen là (i) sự tăng dân số, đặc biệt ở các nước đang phát triển gây áp lực lên nguồn tài nguyên (ii) tăng truyền thông của du lịch và thương mại toàn cầu. Những nguyên nhân cơ bản này dẫn đến mất đa dạng về văn hóa và giảm đa dạng sinh học. (Sutherland, 2003; Maffi, 2001, 2005). 41 Xói mòn di truyền là một tổ hợp của các nguyên nhân, xói mòn nhanh hơn do bị phân chia môi trường sống. Hầu hết các loài đang bị đe dọa sinh sống với một quần thể nhỏ và bị chia cắt môi trường sinh sống tự nhiên của chúng xen kẽ trong các khu định cư và đất canh tác của con người. Nguyên nhân này dẫn đến cận phối và không có điều kiện cạnh tranh quần thể cao cho nên sự xói mòn diễn ra nhanh hơn Xói mòn di truyền là một quá trình, do vậy hạn chế vốn gen của một loài động, thực vật, vốn gen bị thu hẹp ngay cả khi các cá thể từ một quần thể sống sót bị chết sẽ không có cơ hội tìm thấy hay phục hồi trong quần thể quá nhỏ của nó. Xói mòn di truyền xảy ra bởi vì mỗi cá thể sống có những gen duy nhất, khi cá thể bị mất tạo giống không có cơ hội có kiểu gen như vậy. Đa dạng di truyền thấp trong các quần thể động thực vật hoang dại, dẫn đến giảm vốn gen trong tương lai. Sự tự thụ phấn và hệ thống miễn dịch yếu của các loài dẫn đến sự tuyệt chủng thực sự. 90 Số nước 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Xung đột quyền lợi Du canh Dịch hại Chuyển đổi mục đích sử dụng đất Luật pháp và chính sách Chăn thả quá mức Ảnh hưởng của môi trường Áp lực dân số Khai thác quá mức Chặt phá rừng Giống mới thay thế giống địa phương Nguyên nhân Hình 2-1 : Những nguyên nhân chính gây xói mòn di truyền (Stanislav Magnitskiy,2000) Nguồn tài nguyên di truyền thực vật của Việt Nam cũng năm trong tình trạng chung. Dân số Việt Nam tăng nhanh từ những năm 1954 đến nay (2007) dẫn đến ở vùng đồng bằng canh tác thuận lợi người dân đã khai khẩn hết đất hoang hóa để trồng trọt, những loài cây hoang dại ở vùng đồng bằng hầu như không còn hoặc có số lượng nhỏ. Cuộc cách mạng xanh nhưng năm 1960 vào Việt Nam, những giống cải tiến, năng suất cao phổ biến ra sản xuất để giải quyết tình trạng thiếu lương thực. Các giống lúa cải tiến đã nhanh chóng thay thế các giống lúa địa phương (gié, dự, tẻ tép, tám), các giống ngô lai thay thế các giống ngô thụ phấn tự do. Những vùng và địa phương có điều kiện khó khăn về giao thông, đất đai kém màu mỡ, không chủ động tưới, tiêu và người dân nghèo, quá trình thay thế giống địa phương bằng giống mới diễn ra chậm hơn do: - Giống cải tiến, giống mới khả năng chống chịu và thích nghi với điều kiện địa phương không cao bằng giống địa phương - Người dân nghèo không có khả năng đầu tư thâm canh cao - Trình độ canh tác của người dân thấp - Giống địa phương có chất lượng phù hợp với thị hiếu tiêu dùng của người dân địa phương đó - Giống địa phương phù hợp với tập quán canh tác 42 Những nguyên nhân này được chứng minh với vùng núi phía Bắc Việt Nam, phía tây của Miền Trung và Tây nguyên. Tuy nhiên những vùng này lại bị chi phối bằng một số nguyên nhân khác: - Sự thay thế của giống mới đang diễn ra ngày càng mạnh mẽ - Dân số tăng và di cư tự do cho nên cần mở rộng diện tích canh tác dẫn đến chặt phá rừng làm nương rẫy - Chuyển đổi mục đích sử dụng như chuyển đất rừng sang trồng cây công nghiệp, xây dựng cơ sở hạ tầng, khu dân cư… - Kỹ thuật canh tác đất dốc không phù hợp 2.1.3 Hậu quả của xói mòn nguồn gen Những nguyên nhân trên dẫn đến tình trạng suy thoái nguồn tài nguyên đất, nước và tài nguyên di truyền thực vật cũng diễn ra ngày một nghiêm trọng hơn. Thiên tai, mất mùa, bão, lũ và thời tiết bất thuận xảy ra thường xuyên và ngày càng nặng nề cũng là một hậu quả của suy thoái tài nguyên và mất đa dạng. Những hậu quả chính được tóm tắt như sau: - Mất đa dạng sinh học do giảm nguồn gen thực vật, mất nguồn thức ăn của động vật và vi sinh vật - Suy yếu môi trường sinh thái - Sản xuất kém ổn định và phát triển không bền vững - Xói mòn và suy giảm số lượng, chất lượng nguồn tài nguyên đất - Xói mòn và suy giảm số lượng, chất lượng nguồn tài nguyên nước - Thiên tai xảy ra khốc liệt hơn - Phát sinh dịch bệnh và nhiều dịch bệnh mới - Mất dần văn hóa, tập quán và kiến thức bản địa Nông nghiệp, lâm nghiệp và nơi sinh sống của con người đòi hỏi 95% môi trường trái đất, trong khi diện tích trái đất không phát triển thêm (Lacher et al., 1999). Dân số toàn cầu ngày càng tăng, nhu cầu của con người về lương thực ngày càng cao, nhu cầu thực phẩm, nhiên liệu và các nhu cầu khác cũng tăng nhanh chóng. Con nguời khai thác tự nhiên quá mức, mở mang thêm đất trồng trọt, khai thác rừng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến...Đây là nguyên nhân cơ bản nhất dẫn đến suy thoái và giảm nguồn tài nguyên, trong đó có nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Suy giảm nguồn gen xảy ra mạnh mẽ sau cuộc cách mạng xanh những năm 1960 do các giống cải tiến, giống ưu thế lai có năng suất cao ra đời thay thế những giống cây trồng địa phương năng suất thấp. Việt Nam cũng trong tình trạng tương tự, những giống cây trồng địa phương đặc biệt là cây lương thực như lúa, ngô suy giảm nghiêm trọng về số lượng giống và diện tích gieo trồng, nhiều giống lúa đã mất như lúa dự, lúa gié của đồng bằng sông Hồng. Các tỉnh miền núi, vùng sâu, vùng xa mức độ đa dạng giống địa phương phong phú hơn nhưng cũng đang trong tình trạng đe dọa suy giảm. Diện tích đất canh tác giảm do dân số tăng ở miền núi cũng là một nguyên nhân quan trọng, trước đây một hộ nông dân có 3 – 4 nương canh tác, nay chỉ có 1 – 2 nương, chu kỳ luân canh các nương quá ngắn dẫn đến đất không có khả năng phục hồi độ màu mỡ. Các giống cây lương thực địa phương (lúa, ngô) không sinh trưởng, phát triển được trên đất đã nghèo kiệt, năng suất thấp. Nông dân bỏ hóa hoặc chuyển sang sử dụng cho mục đích khác, đây cũng là một nguyên nhân giảm số lượng và diện tích gieo trồng các giống địa phương ở các tính miền núi, Việt Nam Ví dụ số lượng giống lúa ngô địa phương của huyện miền núi Điện Biên suy giảm qua 4 năm minh họa tại hình 2-2 43 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 2002 2003 2004 2005 Giống lúa Giống ngô Hình 2-2 : Mức độ suy giảm giống lúa và ngô địa phương của huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên qua 4 năm ( nguồn Vũ Văn Liết, Đồng Huy Giới 2006) Nguồn gen cây trồng đã và đang suy giảm mạnh đòi hỏi con người phải có những giải pháp thu thập, bảo tồn đảm bảo cho an ninh lương thực và phát triển bền vững trong tương lai. 2.2 NHIỆM VỤ, XÁC ĐỊNH ƯU TIÊN THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.2.1 Nhiệm vụ Xác định ưu tiên thu thập những nguồn gen đang bị đe dọa tuyệt chủng, những nguồn gen quý, đặc hữu của mỗi vùng, mỗi quốc gia. Thu thập thông tin về tình trạng của nguồn gen và vật liệu trồng trọt trên thực tế và đồng ruộng, mức độ xói mòn di truyền và mức độ bị đe dọa tuyệt chủng của chúng trong vùng và địa phương, trên cở đó xác định ưu tiên thu thập và bảo tồn (Frankel và Hawkes, 1975). Những thông tin như vậy cần biết trước khi tiến hành thu thập nguồn gen. Để khảo sát và thu thập nguồn gen thành công phụ thuộc vào ba yếu tố là: (i) sự hợp tác tốt với địa phương, (ii) có khả năng tài chính, nguồn nhân lực và (iii) có kiến thức và kỹ năng nghiên cứu về nguồn gen thực vật. R.K. Arora đưa ra hai mức nhiệm vụ thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật là thu thập nguồn gen đặc thù và thu thập theo mục tiêu rộng. - Nhiệm vụ đặc thù: (Specific missions ) Thu thập những biến dị đặc thù, cây trồng hoặc vật liệu đặc thù của những cây lương thực chính lúa, lúa mỳ hoặc ngô. Nguồn gen lúa chống chịu điều kiện bất thuận như hạn, mặn, ngập, nguồn gen ngô ngô chịu hạn, ngô chất lượng cao và nguồn gen cây trồng, cây hoang dại hoặc họ hàng hoang dại đặc hữu. Ấn Độ thực hiện thu thập đặc thù đã tập trung thu thập dạng lúa mỳ thích nghi với vùng đất mặn ở miền Tây đồng bằng Ấn Độ, dạng ngô và lúa chịu lạnh ở độ cao 2000 m của dãy núi Himalayan, thu thập các loài hoang dại đặc thù, đơn vị phân loại liên quan của cây nông nghiệp và cây làm vườn - Thu thập phạm vi rộng (Broadbased missions ) Mục tiêu này đề cấp đến đa dạng tối đa trong các cây khác nhau (nhiệm vụ thu thập nhiều cây) có mặt ở trong vùng và thực hiện trong cùng thời gian thu thập. Arora, 1988 phân làm hai loại như minh họa trong bảng 2-1 Thiết kế hai hình thức thu thập này tùy thuộc vào cây trồng ưu tiên, vùng ưu tiên, nhu cầu đặc thù của nhà tạo giống để có nguồn biến dị di truyền phong phú nhất. Biến dị di truyền lớn giúp cho cơ hội nhận biết và khai thác những tính trạng mong muốn, lượng biến dị thu thập phụ thuộc vào mức độ xói mòn, nguồn gen đặc hữu và các loài hoang dại. Trọng tâm của nhiệm vụ thu thập nguồn gen để nhận biết và hiểu rõ mức độ đa dang di truyền ở 44 khu vực hay loài cây trồng khảo sát và thực tế canh tác trên đồng ruộng, mức độ đa dạng hay ít phổ biến của nguồn gen đặc thù. Bảng 2-1: Phân loại thu thập nguồn gen Phân loại Những điểm chú ý I. Thu thập không cân đối Cây làm vườn, cây trồng, cây thuộc và loài hoang dại Cần quan tâm loài cây và vùng đặc thù Cây lấy củ, rễ và cây thức ăn gia súc Cần quan tâm loài cây và vùng đặc thù II. Thu thập thông thường /cân đối Cây lấy hạt, rau , cây có sợi, cây họ đậu và cây có dầu Sự thu thập chi tiết với cây trồng ưu tiên Xem xét biến dị hiện có trong quần thể và các loài khác nhau của nguồn tài nguyên di truyền Frankel và Soulé,1981; Hawkes, 1983 phân loại như sau: - Các giống bản địa, giống địa phương - Loài hoang dại mà loài cây trồng đã tiến hóa từ loài này - Loài hoang dại con người sử dụng - Loài hoang dại có tiềm năng sử dụng - Các giống cũ hoặc giống tiến bộ mới. Các loại trên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, mỗi loại bao gồm cả các dòng hoặc vật liệu di truyền và phân loại rộng hơn nữa như đề nghị của Chang (1985). Những nguồn gen cần thu thập được nhiều tác giả đề cập đến là dựa trên quá trình hình thành các nguồn gen di truyền hiện nay, để có nhìn nhận đầy đủ hơn về đa dạng nguồn gen cần phải thu thập và bảo tồn. Hình 2-3: Các loại/ dạng khác nhau của tài nguyên di truyền thực vật hình thành tự nhiên hay nhân tạo. Nguồn: Arora, Nayar and Pandey, 1990 45 2.2.2 Những nguồn gen cần thu thập ở Việt Nam Ngày nay để nhận biết những tài nguyên di truyền cần thu thập bao tồn có thể phân loại thành 4 nhóm chính như sau: Nguồn gen cây hoang dại - Cây lương thực : như củ mài, mít rừng - Cây rau : các loại rau rừng, rau gia vị - Cây ăn quả: sung, vả - Hoa, cây cảnh : lan rừng, các loài hoa dại - Cây thức ăn gia súc: cỏ dại, lạc dại… - Cây thuốc: Nguồn gen cây trồng bản địa và địa phương - Cây lúa - Cây ngô - Cây ăn quả - Cây rau - Hoa, cây cảnh Nguồn gen cây trồng cải tiến - Dòng và giống lúa cải tiến - Giống lúa ưu thế lai - Dòng và giống ngô thụ phấn tự do - Giống ngô ưu thế lai - Dòng và giống cây ăn quả - Dòng và giống cây rau - Dòng và giống hoa, cây cảnh Nguồn gen cây trồng quốc tế - Cây lương thực - Cây ăn quả - Hoa, cây cảnh - Cây rau - Các dòng và quần thể - Dòng bất dục - Dòng phục hồi - Dòng duy trì - Dòng thuần - Dòng tự bất hợp - Dòng ưu thế cái 2.2.3 Xác định vùng và cây trồng ưu tiên thu thập ở Việt Nam Những vùng ưu tiên thu thập là vùng có sự đa dạng cao, nhưng nguy cơ xói mòn tài nguyện di truyền, nguồn gen quý hiếm, đặc hữu và nguồn gen có giá trị kinh tế. Những vùng còn đa dạng di truyền cao của Việt Nam là miền núi Tây Bắc, Đông Bắc, Các huyện Miền núi Trung Bộ, Đông Nam Bộ và Tây nguyên. Những vùng này đang suy giảm đa dạng do áp lực dân số, di dân tự do, điều kiện bất thuận, khai thác quá mức, chặt phá rừng, mở rộng diện tích trồng trọt và mở rộng diện tích các giống cây trồng mới. Ví dụ các giống ngô 46 địa phương ở Tây Nguyên những năm gần đây suy giảm nghiệm trọng về số lượng và diện tích do các giống ngô ưu thế lai mà điển hình là giống ngô CP 888 Xác định cây trồng ưu tiên dựa trên nguyên tắc trên, nhưng sự ưu tiên thay đối theo thời gian, theo vùng trên cơ sở phát triển kinh tế xã hội của vùng và giai đoạn nhất định. Việt Nam trong giai đoạn hiện nay có thể xếp thứ tự ưu tiên như sau: - Lúa - Ngô - Cây thuốc - Rau - Hoa - Các loài hoang dại Đặc biệt những nguồn gen trên có những biến dị và tính trạng quý như chịu hạn, chịu ngập, chịu mặn, chống chịu bệnh, chua phèn và những cây trồng đặc sản địa phương. 2.3 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP Từ thế kỷ 18 các nhà tạo giống cây trồng, các nhà nông nghiệp đã khảo sát và thu thập nguồn gen, tập trung vào các loài thực vật có giá trị kinh tế và giá trị sử dụng đặc biệt như cây ăn quả, cây lương thực phục vụ chọn tạo giống và phát triển nông nghiệp. Quá trình và phương pháp thu thập, bảo tồn được khẳng định mạnh mẽ hơn sau những học thuyết của Darwin về biến dị của các loài thực vật. N.I. Vavilov và cộng sự của ông đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc, thực sự về giá trị của đa dạng di truyền thực vật phục vụ cho cải tiến di truyền cây trồng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Khái niệm về trung tâm phát sinh cây trồng thế giới và đa dang di truyền được nêu thành lý thuyết khoa học. Nhiều cơ quan nghiên cứu đã tiến hành thu thập nguồn gen thực vật với nhiều mục đích khác nhau. Phương pháp thu thập phân thành hai hình thức truyền thống và hiện đại. Hai hình thức có những điểm chung, vì thu thập hiện đại là một hoạt động nằm trong thu thập truyền thống, thu thập hiện đại thu thập cả những nguồn gen cần sử dụng hiện tại hoặc chưa sử dụng nhưng sẽ sử dụng trong tương lai. Thu thập truyền thống chỉ thu thập nguồn gen phục vụ cho nhu cầu hiện tại. Cả hai hình thức hoạt động đều góp phần tăng đa dạng nguồn gen và vật liệu di truyền cần thiết cho nghiên cứu phát triển. Bảng 2-2 : So sánh mục tiêu và phương pháp tiếp cận của hình thức thu thập nguồn gen truyền thống và hiện đại Khảo sát và thu thập nguồn gen truyền thống 1. Khu vực thực vật có hoa hoặc cho sinh khối lớn... 2. Thu thập trên cơ sở khảo sát địa sinh thái hoặc địa lý, tiếp cận tĩnh hoặc địa lý 3. Cây có hoa của một khu vực hoặc một vùng 4. Các công việc nghiên cứu chuyên sâu với các nhóm hoặc một nhóm Thu thập nguồn vật liệu di truyền hiện đại Khu vực hay vùng đa dạng di truyền, các trung tâm sơ cấp, thứ cấp, đại diện hoặc liên quan đến sinh thái nông nghiệp hay địa sinh thái Như trên, tiếp cận địa lý là động lực Nguồn tài nguyên di truyền, phân bố và đa dạng theo mục tiêu sử dụng (cây ngũ cốc, cây lấy dầu, cây lấy sợi , cây thuốc, thức ăn gia súc...) Nghiên cứu cả tiến hóa, thuần hóa (bao gồm cả minh chứng khảo cổ và cổ sinh học) 5. Phân loại đa dạng gồm cả những Vốn gen cây trồng bao gồm: loài hoang dại trong 47 loài chính và đại diện (tiếp cận phân loại) 6. Tổng hợp nhóm kinh tế trên cơ sở sử dụng, thông tin của thực vật học dân tộc, thu thập các cây cảnh hoang dại, nghiên cứu các cây có hoa tiềm năng một đơn vị cơ bản, cấu trúc quần thể liên quan, tự bất hợp, nguồn vật liệu di truyền là giống địa phương, các giống bản địa, hình thức chuyển đổi, nguồn tài nguyên di truyền đã cũ hoặc có triển vọng (tiếp cận di truyền) Sự dụng liên kết với các dạng nông sinh học, tính trạng mong muốn, giống địa phương, đa dạng liên kết với các nhân tố dân tộc học Bảng 2-3: So sánh phương pháp tiếp cận và kỹ thuật thu thập nguồn gen thực vật truyền thống và hiện đại Thu thập truyền thống Thu thập hiện đại 1. Thu thập phạm vi rộng các loài và các vùng sinh thái khảo sát để thu thập 2. Phân loại đại diện loài và trên loài 3.Biến dị đại diện ở các cây trồng thông thường và biến dị cực đại đến biến dị nhỏ nhất (nhóm trồng trọt đại diện cho biến dị cực đại) 4. Đơn vị chức năng của nghiên cứu/thu thập là loài. Sự khác nhau rộng theo tính trạng hình thái và phân bố địa lý 5. Thu thập hoa, quả vật liệu trong phạm vi biến dị đại diện 6. Thời kỳ khảo sát là đại diện đầy đủ của vật liệu 7. Dữ liệu ghi nhận hạn chế ở mức môi trường sống, địa phương, kích thước, màu sắc, các bộ phận của cây, sử dụng... 8. Vật liệu thu thập và bảo quản khô, có khung chỉ thị nhận biết mẫu trong trạng thái sống, các loài đại diện trên cơ sở vườn thực vật và dữ liệu kiểu hình được ghi nhận Phạm vi hẹp, nhóm cây trồng và loài hoang dại, thu thập tại các vùng/khu vực sinh thái nông nghiệp có canh tác nông nghiệp khác nhau Thu thập vật liệu chính mức dưới loài Trong một đơn vị thu thập/vốn gen, đại diện đầy đủ của phạm vi biến dị, các dạng thông thường thông qua thu thập ngẫu nhiên, các dạng hiếm thông qua thu thập theo đường chéo (xu hướng) Đơn vị chức năng là một quần thể và đơn vị được phân giới bởi dòng gen Khảo sát thu thập dựa trên chu kỳ sinh sản, nhân giống hàng năm hay lâu năm Khảo sát lặp lại theo mùa xuất hiện hoặc chín để đại diện đầy đủ cho biến dị Dữ liệu ghi nhận mọi khía cạnh, điểm, môi trường, các đặc điểm khác Vật liệu thu thập là hạt, hạt phấn, phôi, mô dinh dưỡng có thể nhân và bảo tồn, vật liệu sống được biểu hiện trên ngân hàng gen đồng ruộng, trồng lại, sử dụng và đánh giá Cả hai hoạt động cần tiến hành song song, cho chúng ta hiểu biết để phục vụ cho cả nghiên cứu và bảo tồn đầy đủ hơn, bảo vệ môi trường sống, vùng tự nhiên trong nghiên cứu thực vật, nông nghiệp, cây làm vườn, lâm nghiệp và nông - lâm. Vì vậy, thu thập cả hai hình thức sẽ cho hiểu biết rộng hơn về phân loại hình thái cây trồng, sinh thái, sinh dưỡng, canh tác, phân bố cây trồng, tiềm năng kinh tế và đa dạng sinh học. Năm 1978 Williams đã đưa ra sơ đồ tiếp cận quá trình lấy mẫu và thu thập nguồn gen từ khi bắt đầu đến kết thúc như hình 2-4 48 Hình 2-4 Tiếp cận quá trình lấy mẫu và thu thập nguồn gen Nguồn : Williams,1978 2.3.1 Chuẩn bị cho một cuộc thu thập nguồn gen thực vật a) Thành lập nhóm cán bộ thu thập nguồn gen Nhóm chuyên gia thu thập là nhóm liên ngành, có chuyên môn sâu một số lĩnh vực khác nhau về thực vật học, di truyền, chọn giống, nông học, sinh thái học, xã hội học. Những người hiểu biết về dân tộc học, kiến thức bản địa có vai trò quan trọng trong quá trình thu thập. Nhóm cần một kỹ thuật viên thành thạo sử dụng trang thiết bị phân tích, đo lường và thiết bị bảo quản mẫu nguồn gen sau thu thập. Nhóm phân công trách nhiệm cho các thành viên, trưởng nhóm, cán bộ hậu cần, cán bộ chuyên môn chính… Phân công công việc chuẩn bị như xây dựng kế hoạch, xây dựng mẫu biểu thu thập thông tin, liên hệ địa phương, chuẩn bị hậu cần...Sau khi công tác chuẩn bị hoàn tất, họp nhóm để thống nhất kế hoạch hoạt động và những kỹ thuật chung. Số lượng một nhóm ít nhất là 6 người gồm 01 nhóm trưởng, 2 đến 3 cán bộ chuyên môn sâu, một cán bộ xã hội học và 01 kỹ thuật viên. b)Nghiên cứu các tài liệu thứ cấp Thu thập ngồn gen cần ứng dụng những kiến thức về lấy mẫu quần thể, hiểu biết về đa dạng sinh học, đa dạng di truyền và môi trường, các khía cạnh về văn hóa, kinh tế-xã hội của canh tác nông nghiệp khu vực thu thập. Lập kế hoạch chuẩn bị chu đáo cho một chương trình thu thập nguồn gen đã được nhiều nhà khoa học đề cập đến như Bennett (1970), Harlan (1975b), Hawkes (1976, 1980), Arora (1981a) and Chang (1985). Khía canh kỹ thuật cần có hiểu biết trước khu vực điều tra thu thập về văn hóa cộng đồng, các nhóm dân tộc sinh sống, tôn giáo, tập quán, các loài cây trồng và đa dạng hiện có. Những thông tin như vậy được tổng hợp và phân tích trước khi tiến hành cuộc thu thập nguồn gen. Những thông tin như vậy giúp: - Giảm chi phí và tiết kiệm thời gian - Chiến lược lấy mẫu phù hợp - Không để thiếu hay mất cơ hội thu thập nguồn gen - Chuẩn bị đầy đủ trang thiết bị, dụng cụ, phương tiện và các đồ dùng cần thiết khác. 49 Thu nhận kiến thức sinh thái nông nghiệp, phân bố cây trồng và thực vật. Điều kiện sinh thái nông nghiệp liên quan đến phân bố các loài thực vật, giống và nhóm cây trồng cũng như họ hàng hoang dại của chúng. Những kiến thức này nhà thu thập có thể thu nhận thông qua các sách và tài liệu đã xuất bản, các trang web địa phương, số liệu thống kê hay các nghiên cứu khác trước đó, thậm chí các báo cáo kinh tế xã hội của địa phương hàng năm. Ngoài những thông tin chung cần tìm hiểu thêm những thông tin chi tiết hơn về mùa vụ thu hoạch các loại cây trồng, các cây trồng kinh tế, cây trồng đặc thù và cây trồng phổ biến tại khu vực khảo sát, thu thập. Sử dụng sách phân loại đã xuất bản về tên và đặc điểm của các loài cây trồng: nghiên cứu những tài liệu này giúp cán bộ thu thập tiếp cận nhanh hơn với nguồn gen, nắm được nhóm cây, họ, loài và có thể nhận biết, phân biệt nguồn gen tại địa phương so với các vùng khác. Đồng thời có thể xác định được địa điểm có mức độ đa dạng cao nguồn gen, để thu thập đầy đủ và số lượng thu thập nhiều hơn. Nhận biết các loài có mức độ đa dạng thấp hay hiếm để có kế hoạch thu thập chi tiết và cỡ mẫu nhỏ, phạm vi lấy mẫu phải hẹp hơn. Những thông tin thứ cấp này có thể bổ sung vào tài liệu thu thập làm phong phú và đầy hơn thông tin cần thiết cho các nghiên cứu tiếp theo sử dụng. Thăm các trung tâm hay trạm trại thu thập bảo tồn tài nguyên di truyền trước khi thực hiện cuộc thu thập: thăm các Viện nghiên cứu, các trường Đại học, vườn thực vật và khu bảo tồn thu thập thêm thông tin về nguồn gen, nơi cuộc thu thập sẽ thực hiện. Thông qua các cuộc thăm nhận biết những nguồn gen đã thu thập, những tài nguyên chưa có hoặc chưa đầy đủ cần quan tâm hơn trong quá trình thu thập. Bên cạnh đó thảo luận với các nhà chọn giống, các nhà thực vật học, cung cấp thêm những thông tin khoa học về nguồn gen, kinh nghiệm và nhu cầu của họ về nguồn gen c) Liên hệ hay hợp đồng với địa phương Trước khi thực hiện chuyến thu thập, cần liên hệ với địa phương để có sự thống nhất và nhận được sự giúp đỡ trong quá trình thu thập. Những cơ quan địa phương có liên quan đến nguồn gen là Sở KHCN và sở Nông nghiệp &PTNT cấp tỉnh, phòng Nông nghiệp hay phòng Kinh tế cấp huyện, UBND xã, trưởng thôn. Đôi khi hệ thống khuyến nông địa phương có thể trợ giúp cho quá trình thu thập rất hiệu quả. Liên hệ và thỏa thận với địa phương những nội dung chính như sau: - Cho phép khai thác các tài liệu sẵn có tại địa phương như số liệu thống kê, các loại bản đồ, báo cáo kinh tế-xã hội hàng năm, báo cáo sản xuất nông nghiệp - Cho phép tiến hành thu thập tại các địa điểm: huyện, xã, bản, khu vực bảo tồn địa phương, rừng và khu tựu nhiên hoang dại - Có ý kiến chỉ đạo xuống cấp huyện, cấp xã và cấp thôn - Triệu tập các cuộc họp với nông dân khi cần thiết - Trợ giúp phương tiện đi lại - Cử người dẫn đường - Phiên dịch tiếng địa phương đối với vùng dân tộc ít người - Điều kiện ăn ở cho đoàn cán bộ thu thập nguồn gen d) Xây dựng kế hoạch chi tiết cho chuyến thu thập Kế hoạch chi tiết bao gồm nhiều kế hoạch nhỏ như kế hoạch về thời gian, kế hoạch làm việc, kế hoạch hội họp, kế hoạch đi lại và kế hoạch tài chính. Kế hoạch càng chi tiết cuộc thám hiểm thu thập nguồn gen càng có kết quả tốt. Một ví dụ một đoàn cán bộ thu thập nguồn gen tại huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An thu thập nguồn gen lúa và ngô địa phương diễn ra 10 ngày từ 10 tháng 3 đến 20 tháng 3 năm 2007. 50 Bảng 2-4 : Kế hoạch thu thập nguồn gen lúa, ngô địa phưonưg tại huyện Kỳ Sơn, Nghệ An năm 2007 Ngày Thời gian Nội dung Người chủ trì 5/3 8h-17h Họp nhóm cán bộ thu thập, phân công công tác chuẩn bị Nguyễn Văn A 6/3-9/3 Chuẩn bị vật tư, thuê phương tiện Nguyễn Văn B 6/3-9/3 Sư tầm tài liệu thứ cấp của huyện Kỳ Sơn Nguyễn Văn C 6/3-9/3 Liên hệ thống nhất kế hoạch với tỉnh, huyện Nguyễn Văn E 10/3 7h-12h Hà Nội đi Vinh bằng ô tô Cả đoàn 13h-17h Làm việc với sở Tài nguyên và môi trường ông A+B 13h-17h Làm việc với sở NN&PTNT Bà C+E 11/3 7h30 Rời Vinh đi huyện Kỳ Sơn cả đoàn 12/3 8h-17 - Thăm chợ huyện - Thảo luận với phòng Kinh tế và Trạm khuyến nông: lien hệ các xã, thôn và thu thập số liệu của huyện Cả đoàn 13/3 8h 14h-17h - Rời thị trấn Mường xén đến xã Huổi Tụ - Thăm chợ xã - Làm việc thu thập thông tin và thảo luận với cán bộ Nông nghiệp, cán bộ địa chính, cán bộ lâm nghiệp xã Ông A+ bà E Ông B + bà C ................. d) Chuẩn bị hậu cần cho chuyến thu thập Hậu cần cho chuyến thu thập tùy thuộc vào khả năng của cơ quan thu thập, nguồn tài chính và khả năng hỗ trợ của địa phương. Những yêu cầu tối thiểu cho một cuộc thu thập có thể liệt kê như sau: - Kinh phí : ăn ở, đi lại, mua vật tư, mua vật liệu, trả công hướng dẫn, phiên dịch, quà cho địa phương và nông dân. - Tài liệu: mẫu biểu đã in và photo, sổ ghi chép, bản đồ, sách hướng dẫn và những tài liệu đã xuất bản cần thiết có liên quan đến nguồn gen. - Trang thiết bị và vật tư: kính lúp, la bàn, phích lạnh, tủ định ôn, môi trường nuôi cấy nếu thu thập in vitro, giấy Ao và A4, thẻ, bút các loại, thước các loại, ghim, túi và hộp đựng mẫu, dao, panh, kéo, nước cất. Máy chụp ảnh mẫu, máy quay Vidio, máy ghi âm - Tư trang cá nhân phù hợp cho đi địa phương và đi rừng, lều bạt và túi ngủ 2.3.2 Thực hiện khảo sát cây trồng theo địa lý sinh thái Nghiên cứu địa lý sinh thái là tiến trình thu nhận, kiểm tra, so sánh và phân tích các loại số liệu hiện có, đi đôi với so sánh phân loại nguồn gen trong một vùng. Nói chung bước đầu tiên cần thiết phát triển chiến lược cho bảo tồn, sử dụng nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Trước khi thu thập bảo tồn cần có những hiểu biết nhất định về phân loại, đa dạng di truyền, phân bố địa lý, sinh thái thích nghi. Hiểu biết các nhóm thực vật cũng như địa lý, sinh thái, khí hậu cộng đồng dân tộc, tập quán canh tác của vùng mục tiêu. Những phân tích giúp xác định thời gian thu thập nguồn gen khi nào? ở đâu và như thế nào? Ở đâu có thể bảo tồn tốt nhất thuận lợi cho đánh giá và quản lý nguồn gen. Khảo sát địa lý sinh thái làm cơ sở xây dựng phương pháp tiếp cận, quyết định phương pháp bảo tồn In situ và Ex situ của toàn bộ chiến lược bảo tồn. Khảo sát sinh thái đặc biệt quan trọng áp dụng với bảo tồn các loài hoang dại 51 a) Các bước thực hiện khảo sát cây trồng theo địa lý sinh thái - Nhận biết các chuyên gia phân loại, chuyên gia có chuyên môn sâu về nguồn gen - Nhận biết và thu thập bản đồ của vùng hoặc điểm nghiên cứu - Ranh giới và đặc điểm của vùng mục tiêu Maxted và cộng sự 1995, đã có những bàn luận về nghiên cứu địa sinh thái đối với các nhóm nguồn gen hoang dại cho rằng nên bao gồm các đặc điểm địa lý để tăng giá trị dự đoán. Nó nên chứa đựng khu vực phân bố của các nhóm mục tiêu hoặc diện tích tối thiểu của khu vực cây có hoa là ranh giới tốt nhất. Các nhà bảo tồn ở Malawi đã phát triển lý thuyết này để nghiên cứu trên cây điền thành (Sesbania), những thông tin được tài liệu hóa bao gồm những biến dị cực kỳ đặc thù, sự phân bố của toàn vùng bán sa mạc Shaharan Châu Phi. Phân loại khí hậu nông nghiệp cũng có thể sự dụng để nhận biết ranh giới nghiên cứu và chia thành các vùng mục tiêu, trên cơ sở các thông số khí hậu, thời tiết trong một số loại mô hình khái quát. Young 1987 liệt kê các phương pháp phân loại chính còn Koppen,1936 phân loại dựa trên lượng mưa và nhiệt độ trung bình hàng tháng và hàng năm. Holdridge, 1967 phân loại dựa trên hệ thống vùng sinh sống trên cơ sở tỷ lệ thoát hơi nước tiềm năng. FAO và IIASA (international Institute for Applied Systems Analysis) phân loại dựa trên nhiệt độ thời kỳ trồng trọt, độ dài thời kỳ trồng trọt và mùa mưa. Emberger 1955 phân loại môi trường Địa Trung Hải trên cơ sở lượng mưa trung bình hàng năm, nhiệt độ trung bình tối thiểu, tháng lạnh nhất và nhiệt độ trung bình tối đa của tháng ấm nhất. Young 1987 đã giới thiệu phân loại của Koppen sử dụng cho các điểm rộng và của FAO cho các vùng sinh thái đặc thù. Các quốc gia cũng hệ thống phân loại riêng như hệ thống phân loại của Kenya phân theo vùng khí hậu nông nghiệp và đã chia Kenya thành 7 vùng sinh thái dựa trên tỷ lệ lượng mưa trung bình hàng năm, bốc hơi nước tiềm năng và nhiệt độ (Kenya soil survey,1982) Appa Rao và cộng sự 1989 đã phân loại khí hậu vùng Malawi là một ví dụ minh họa cơ sở phân loại vùng sinh thái nông nghiệp: - Cao nguyên bằng phẳng - Khu cao đồi núi - Khu bề mặt xói mòn kỷ thứ 3 - Thung lũng phân cách bởi vách đứng - Thung lũng trung du đất cao Thung lũng trung du đất thấp (vùng cực Nam) độ cao 250m so với mực nước biển, rất nóng và khô, lượng mưa trung bình hàng năm 700 - 800 mm tập trung từ trung tuần tháng 11 đến cuối tháng 3. Cây trồng chủ yếu là lúa miến và bông, vùng thung lũng trung du đất cao với độ cao 300-600 m so với mực nước biển, nóng và ẩm ở miền Bắc cao hơn miền Nam, lượng mưa trung bình 800 - 1000mm. Vùng núi dốc đứng theo hướng từ vùng đất thấp này đến vùng cao nguyên (800-1600m so với mực nước biển) của vùng bề mặt xói mòn với diện tích khoảng 80% và cây thân gỗ, ngô, lạc, thuốc lá, chè và cà phê. Vùng đất cao cách ly với các vùng khác với độ cao 2000m so với mực nước biển đến 3000m. Độ cao cao hơn chủ yếu bảo tồn hoang dại và rừng. Trung bình lượng mưa hàng năm biến động mạnh <1000mm đến 2500mm tại độ cao cao nhất. Việt Nam chia thành 8 vùng sinh thái dựa trên địa hình, khí hậu thủy văn, thổ những, sử dụng đất, điều kiện đất đai, nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm không khí, mùa vụ trồng trọt. Phân vùng sinh thái của nước ta rất phù hợp cho thu thâp, bảo tồn và khảo sát nguồn tài nguyên di truyền thực vật 52 - Vùng Miền núi Tây Bắc Việt Nam có địa hình núi cao, đất dốc, nhiệt độ mùa đông thấp, có nhiều dân tộc ít người sinh sống. Đây là vùng sinh thái có nguồn gen khá đa dạng, cây ngũ cốc lúa cạn, ngô và lúa có tưới ở những thung lũng, một số điểm có độ cao phù hợp cho một loài cây Ôn đới , Á Nhiệt đới và các loài hoang dại khác. Ví dụ mận Bắc Hà, lê Đồng Văn, đậu tương Mường Khương, lúa xén cù... Hình 2-5: Các vùng sinh thái của Việt Nam - Vùng Đông Bắc Bộ có địa hình núi cao, lượng mưa lớn, nhiệt độ thấp hơn vùng đồng bằng sông Hồng. Vùng này cúng khá đa dạng về dân tộc, tập quán canh tác cũng như điều kiện đất đại. Do vậy mức độ đa dạng khá khác biệt so với các vùng khác, những cây trồng và cây rừng đặc hữu như giẻ Cao Bằng, chè Thái nguyên, hồng Lạng Sơn... - Vùng đồng bằng sông Hồng: đất phù sa sông Hồng màu mỡ, địa hình bằng phẳng nơi cao nhất không quá 25 m, khí hậu ôn hòa hơn (lượng mưa, nhiệt độ), khá đồng nhất về dân tộc sinh sống. Canh tác lúa nước, rau màu, cây ăn quả và hoa chiếm ưu thế, nhưng nguồn gen cây hoang dại, giống bản địa hạn chế hơn các vùng khác. Những giống cây trồng địa phương quý như cải Đông Dư, lúa tám thơm, vùng ven biển có lúa chiêm bầu, cây ăn quả đặc sản như vải thiều, nhãn lồng... - Vùng Bắc Trung Bộ địa hình dốc từ Tây sang Đông, sông ngắn, độ dốc lớn, chịu ảnh hưởng của gió Lào (nóng và khô). Vùng này có thể chia thành hai tiêu vùng là tiểu vùng phía Tây dọc theo dãy Trường Sơn, có điều kiện khí hậu điển hình vùng Bắc Trung Bộ, một phần đất là loại Andosols tương tự như Tây Nguyên và Đông Nam bộ đã hình thành nguồn tài nguyên thực vật hoang dại và giống bản địa phong phú. Vùng đồng bằng ven biển, loại đất cát ven biển Arenosols chiếm ưu thế, nguồn gen cây ngắn ngày, chịu hạn, chịu nóng và chịu mặn như lúa, lạc, đậu tương, vừng rất quý hiếm như lạc sen, lúa lốc Nghệ An.. - Vùng Nam Trung Bộ điển hình ẩm độ không khí thấp hơn các vùng khác và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Đất nâu vàng vùng bán khô hạn Lixisols chiếm ưu thế và loại đất Arenosols –Arr của vùng này đã tạo nên nguồn gen cây trồng vùng khô hạn điển hình như bông, nho, dưa hấu, đậu, lạc.. 53 - Đông Nam Bộ điển hình của độ ẩm không khí thấp, khô nóng (minh họa trong đồ thị 2-7), nóng, loại đất đỏ bazan (loại đất Andosols) chiếm ưu thế và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Cây trồng ưu thế là cà phê, cao su, điều và tiêu.. - Tây Nguyên điển hình về độ cao, loại đất đỏ bazan (loại đất Andosols) chiếm ưu thế và phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Cây trồng ưu thế là cà phê, cao su, điều và tiêu và rất đa dạng nguồn gen địa phương và cây hoang dại - Tây Nam Bộ là đồng bằng lớn nhất Việt Nam, địa hình bằng phẳng, khí hậu ôn hòa, phân làm hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô chịu ảnh hưởng mùa nước của sông Mê Kông. Loại đất chua mặn Fluvisols hình thành ở những vùng đất trũng khó thoát nước. Nguồn gen cây lúa nước, và cây hoang dại rừng ngập mặn phong phú nhất Việt Nam Ví dụ lượng mưa của ba vùng Đông Bắc, Tây Bắc và đồng bằng Bắc bộ có diễn biến và lượng khác nhau và khác rõ rệt so với các vùng Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên như đồ thị sau: 600 Lượng mưa(mm) Lượng mưa(mm) 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng Tây Bắc Đông Bắc Bộ Đồng bằng BB 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng Bắc Trung Bộ Nam Trung Bộ Tây Nguyên Hình 2-6 : Lượng mưa một số vùng sinh thái của Việt Nam Độ ẩm không khí (%) 86.0 84.0 82.0 80.0 78.0 76.0 79.0 82.5 80.4 84.0 78.9 85.1 77.7 82.7 74.0 Tây Bắc Đông Bắc ĐBSH Bắc Trung Bộ Nam Trung Bộ Tây Nguyên Đông Nam Bộ Tây Nam Bộ Vùng Hình 2-7: Ẩm độ không khí bình quân năm của 8 vùng sinh thái 54 Nhiệt độ bình quân, độ ẩm không khí, độ dài ngày, lượng bức xạ… giữa 8 vùng sinh thái của Việt Nam cũng khác nhau rất rõ rệt. Miền Bắc một năm có 4 mùa, nhưng miền Nam phân thành hai mùa khô và mùa mưa Đất đai có ý nghĩa rất quan trọng hình thành nên nguồn tài nguyên di truyền thực vật, cây hoang dại, giống bản địa, giống địa phương và giống cải tiến. Đặc điểm của đất và là một tiêu chí để phân vùng sinh thái ở nước ta. Đất của các vùng sinh thái Việt Nam khá khác nhau như loại đất đen (R) –Luvisols(LV) ở một số cánh đồng nhỏ như Sơn La, Hoà Bình, Cao Bằng và Hà Giang. Loại đất này có hàm lượng mùn cao (7-8 %), đất trung tính và hơi kiềm, thành phần cơ giới trung bình và nặng. Đất xám feralit phát triển trên đá phiến sét (Xfs) là loại đất phổ biến nhất vùng núi Đông Bắc và Tây Bắc nước ta có thành phần cơ giới trung bình và nặng, độ dốc từ 15 – 30o, tầng dày khoảng 1 m, hàm lượng mùn khá nhưng lân và kali tổng số cũng như trao đổi nghèo. Đất xám feralit phát triển trên đá macma axit (Xfa) có ở Lào Cai, Lạng Sơn thành phần cơ giới nhẹ , kết cấu nhẹ, tầng đất mỏng , hàm lượng mùn thấp, lân và kali thấp, pH chua đến rất chua. Đất đỏ nâu trên đá vụi ở Sơn La, Lai Châu và Hoà Bình, Cao Bằng, Lạng Sơn và vùng núi Thanh Hoá thành phần cơ giới nặng, kết cấu tơi xốp, hàm lượng mùn khá, pH từ 4,5 đến 6. Loại đất này chủ yếu trồng lúa nương. Đất nâu vàng phân bố chủ yếu ở Lạng Sơn, Cao Bằng, Sơn La, loại đất này thành phần cơ giới nặng, khá tơi xốp, đất chua, giàu mùn, dinh dưỡng trung bình lúa nương giống địa phương trồng chủ yếu trên đất này. Như vậy đất đai là một yếu tố hình thành đa dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật ở các vùng sinh thái. Vùng núi phía Bắc Việt Nam là vùng trồng cả lúa nước và lúa cạn, rất đa dạng về nguồn gen giống lúa địa phương. Số lượng giống lúa nếp có thể là nguồn gen khổng lồ nhất Việt Nam và khu vực như những giống nếp nổi tiếng nếp Tan nhe, Tan lo ở Sơn La và nếp Ngọ cẩm bun, nếp Cẩm của các tỉnh vùng núi Tây Bắc… Vùng ven biển Bắc Trung bộ và Nam Trung Bộ có đất xám feralit phát triển trên đá macma axit (Xfa) như ở Nghệ An thành phần cơ giới nhẹ, tầng đất mỏng , hàm lượng mùn, lân và kali thấp, pH chua đến rất chua. Đất cát biển điển hình phân bố từ Thanh Hoá đến Thừa Thiên Huế, đất từ cát pha đến cát pha sét hàm lượng mùn thấp từ 1 – 1,5%, lân tổng số 0,03 đến 0,09%, ka li 0,1 – 1%, khả năng giữ phân và nước kém. Vùng duyên hải Nam Trung bộ đất nâu vàng vùng bán khô hạn, hơi chua tầng đất mặt và tầng dưới phản ứng kiềm yếu, các chất dinh dưỡng như mùn, N, P2O5, K2O thấp, P2O dễ tiêu cao, K2O trao đổi khá. Loại đất vùng này đã góp phần hình thành nên nguồn gen chịu cây chịu hạn, chịu mặn rất phòng phú. Vùng Tây Nguyên đất xám, xám Glây (Xg) là loại đất thành phần cơ giới nhẹ, dễ chặt bí thường khô hạn, chua ít đến chua pHkcl từ 3,0 – 4,5, hàm lượng Ca2+, Mg2+ trao đổi thấp. Nhiều loài cây hoang dại quý hiếm, nguồn gen cây trồng như lúa cạn, ngô địa phương và các loài cây cà phê, ca su… phong phú nhất cả nước Nhận biết phân loại nguồn tài nguyên di truyền dựa trên phân loại sinh thái địa lý khi nghiên cứu các loài hoang dại, các nhà nghiên cứu sẽ tra cứu cả các mẫu nguồn gen và ngân hang gen của phân loại mục tiêu. Các mẫu phù hợp thu thập có thể nhận biết sử dụng trong tài liệu hóa nguồn gen. Mặc dù vậy một số lượng nhỏ mẫu được sử dụng làm vật liệu trồng trọt hoặc các thực vật đặc hữu (Vavilov). Các nhà bảo tồn tập trung nghiên cứu ngân hàng gen để có dữ liệu sinh thái địa lý hình thành cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác b) Thu thập và phân tích dữ liệu thu thập nguồn gen Một nguồn gen thu thập có thể nhận biết được, cần thiết cho các nhà nghiên cứu tiếp cận, nghiên cứu và sử dụng. Ngân hàng gen thường được tập hợp thành các cơ sở dự liệu hardcopy hoặc softcopy. Trong khảo sát địa lý sinh thái các loài hoang dại, bước thứ nhất là phân tích dự liệu để tài liệu hóa theo phạm vi đa dạng của nguồn gen bảo tồn Ex situ hoặc In situ. Một mẫu nguồn gen này so sánh với toàn bộ đa dạng của nhóm mục tiêu thông qua 55 phân tích dữ liệu sinh thái địa lý. Như vậy nguồn gen thường xem xét phạm vi rộng và sẽ hoàn thiện hơn nguồn gen thu thập. Sau đó, so sánh những điều kiện địa lý sinh thái để nhóm nguồn gen và đa dạng di truyền nổi bật thành các nhóm, chỉ tiêu này so sánh sự khác biệt nguồn gen rõ nét hơn. Những loài cây trồng rất khó thực hiện so sánh dựa trên điều kiện địa lý sinh thái, mặc dù vậy, bảo tồn nguồn gen cây trồng vẫn có thể liệt kê nguồn gen bảo tồn trong ngân hàng gen và các dự án bảo tồn trên trang trại với các nhóm nguồn gen mục tiêu của điều kiện địa lý sinh thái. c) Số liệu nhóm từ các mẫu thu thập Các nhà bảo tồn cho rằng thu thập ngân hàng gen trên dữ liệu địa sinh thái đặc thù có cả ưu điểm và nhược điểm. Hầu hết ngân hàng gen trong tình trạng tương đối mới, những dữ liệu của nó có xu hướng ngày càng cập nhật đầy đủ hơn nhờ công nghệ tin học và máy tính. Điều này đã tạo ra hạn chế quá trình cập nhật và xây dựng cơ sở dữ liệu phức tạp hơn. Để đảm bảo số liệu về nguồn gen đặc thù phải rễ ràng tiếp cận, tài liệu hóa phải làm thẻ và mã hóa theo thứ tự và cần có các chương trình phần mềm chuyên dụng. Mặt khác, ngoài nguồn gen được bảo tồn trên đồng ruộng hoặc phải trồng đổi hạt hoặc giữ mẫu giống nghiên cứu trong ngân hàng gen bảo tồn. Toàn bộ nguồn gen sẽ không thể chi tiết các biến dị của chúng trong một nhóm nguồn gen mục tiêu. Khi sử dụng hardcopy nhà nghiên cứu có thể . nhìn trên một trang liệt kê mẫu nguồn gen để nhận biết và so sánh rễ ràng hơn Những phần mềm chuyên dụng, phân loại dữ liệu đặc thù của mẫu nguồn gen trong ngân hàng gen sẽ phù hợp với nghiên cứu địa sinh thái cây trồng, dữ liệu khi thu thập (passport data), đặc điểm và dự liệu đánh giá Số liệu khi thu thập có thể so sánh, để gắn nhãn nghiên cứu địa sinh thái của các loài hoang dại. Dữ liệu này ghi nhận trên hiện truờng khi đi thu thập nguồn gen. Các nhà thu thập nguồn gen thường sử dụng phiếu thu thập nguồn gen đặc thù để thu nhận thông tin, nhưng nhiều nước sử dụng mẫu phiếu của IPGRI hoặc cải tiến nó thích hợp với điều kiện cụ thể của địa phương. Các loại dữ liệu cần thu thập với các mẫu nguồn gen của cây trồng địa phương theo Moss và Guarino,1995 như sau: - Tên người thu thập - Ngày thu thập - Phân loại nhận biết - Mô tả ngắn về hình thái sử dụng danh mục tiêu chuẩn mô tả hình thái - Tên địa phương của mẫu nguồn gen nơi thu thập - Nguồn thu thập (trên thực địa, ruộng, đồi, kho, chợ, vườn...) - Mô tả phương pháp lấy mẫu sử dụng - Tên địa phương (thôn, xã, hyện, tỉnh) vĩ độ, kinh độ nếu có thể - Tên nông dân cung cấp - Nhóm dân tộc và ngôn ngữ của nông dân - Vùng sinh thái nông nghiệp - Độ cao, độ dốc - Loại đất - Hệ thống canh tác, công thức luân canh , mức đầu tư - Ngày gieo, ngày thu hoạch - Vật liệu gieo trồng ( hạt , củ, hom...) - Bộ phận sử dụng - Phương pháp chọn lọc của nông dân Thông thường, người thu thập cũng ghi nhận những quan sát về những biến dị về kiểu hình và những biến động hình thái đáng quan tâm, triệu chứng sâu bệnh hại. Họ cũng có thể 56 ghi nhận những thông tin do nông dân cung cấp khi phỏng vấn hay thảo luận nhóm. Như thông tin về khả năng chịu hạn, chịu sương muối, mức độ mẫn cảm với sâu bệnh, chất lượng, chu kỳ sinh trưởng. Những dữ liệu này là cơ sở đầu tiên trong giai đoạn nghiên cứu địa sinh thái của các loài hoang dại. Số liệu này cũng rất cần thiết cho người sử dụng nguồn gen khi thiết kế các thử nghiệm và đánh giá trên đồng ruộng, bố trí thí nghiệm ở điều kiện môi trường phù hợp hơn với nguồn gen nghiên cứu. Nhiều báo cáo thu thập nguồn gen cây trồng như Appa Rao,1979, Arora,1980.. Những báo cáo này đã mô tả vùng mục tiêu, lịch trình hoạt động, tóm tắt vật liệu thu thập và bản đồ các địa phương, dữ liệu khi thu thập (PD) gắn với các mẫu thu thập. Theo mẫu của IPGRI và ICRISAT, số liệu về đặc điểm và đánh giá của ICRISAT, phân tích một số đặc điểm đã được xuất bản năm 1996. Ví dụ những quan sát chính được mô tả trong thu thập nguồn gen cao lương như sau - Tên địa phương của các mẫu nguồn gen cao lương: có 13 tên địa phương như Mapila ở Chidoma và cả nước, là cây trồng phổ biến ở vùng đất thấp, nhưng diện tích trồng trọt nhỏ hơn ở vùng có lượng mưa cao hàng năm ở phía Bắc. Những biến dị trong loài vì thế cũng nhỏ hơn - Mùa vụ: mùa mưa chủ yếu từ tháng 12 đến tháng 4, mùa mưa tại phía Bắc đến muộn hơn, do vậy thu thập tiến hành từ trung tuần tháng 3 đến trung tuần tháng 4 năm 1979. Bắt đầu ở thung lũng Shire lên phía Bắc, điểm thăm thứ 2 ở miền Nam vì giống địa phương ở đây chín muộn hơn vào tháng 5 - Loại mẫu nguồn gen thu thập: thu thập bắt đầu với tất cả giống địa phương, loại có 2 màu chín muộn hơn với một số hình thái kê ( Durra) và cao lương Nhật (Guinea) và giống lai giữa các giống này. Thử nghiệm tìm hiểu đặc điểm 224 mẫu nguồn gen có 90% vật liệu có thể phân loại là Guinea và giống ưu thế lai của chúng. - Những biến dị được ghi nhận: chiều cao cây, đẻ nhánh, đường kính thân, diện tích lá, chiều dài lóng, dạng và kích thước bông, màu và kích thước hạt, màu và kích thước mày, cấu tạo nội nhũ. Giống cao lương địa phương ở những vùng chín sớm hơn do phản ứng ánh sang ngày dài. Có thể chia giống địa phương thành các nhóm theo hạt như: rộng hạt, độ xếp xít của hạt, độ uốn của bông, độ ngọt nội nhũ, dạng tinh bột và dạng nghiền để sử dụng cho hai mục đích sử dụng hạt và bột... - Mức độ xói mòn di truyền: chương trình khuyến nông quốc gia hình như là mối đe dọa chính đến xói mòn di truyền cao lương địa phương, do tuyên truyền phổ biến các giống cải tiến năng suất cao và giống lai. d) Khảo sát nguồn thông tin khác Trong một cuộc khảo sát địa sinh thái với các nhóm thực vật hoang dại, dữ liệu các mẫu nguồn gen ở mức từ ngân hàng gen (cũng có thể là bảo tồn In situ) và từ các mẫu thu thập để hệ thống hóa và so sánh. Đây là cơ sở để phân tích nghiên cứu, cần thiết cho xây dựng chiến lược bảo tồn, mặc dù vậy phải vẫn phải có hỗ trợ để hoàn chỉnh thông tin từ các nhóm thu thập và tư vấn của chuyên gia, giảng viên về: kiểu hình, sinh thái, thích nghi, phương thức sinh sản (thụ phấn, tạo giống và phổ biến giống), phương thức gieo hạt giống, yêu cầu nảy mầm của loài, biến dị kiểu gen, tương tác sinh học (sâu bệnh, cỏ dại) và thực vật học. Nhà khoa học bảo tồn nguồn gen có dữ liệu mẫu nguồn gen trong ngân hàng gen, những cũng cần tham khảo dữ liệu từ nguồn khác, so sánh với dữ liệu trong ngân hàng gen của mình để phát triển hoàn thiện mô tả nguồn gen trong vùng mục tiêu. Hầu hết các loại dữ liệu được liệt kê như đã đề cập cũng phù hợp đối với các loài cây trồng. Những dữ liệu có thể rất khác nhau, nhưng nhà địa sinh thái cây trồng sẽ cần những thông tin cơ bản như sau: 57 - Cây trồng sinh trưởng ở đâu trong vùng mục tiêu - Kiểu hình của cây trồng đó khác vùng khác trong vùng mục tiêu như thế nào - Biểu hiện biến dị của cây trồng qua kiểu hình và các tính trạng đánh giá - Những vấn đề nông học chủ yếu cây trồng trong vùng mục tiêu ( hạn, sâu, bệnh) - Bắt đầu với những thông tin chung về vùng địa lý của sản xuất, phân bố cây trồng chính. Nhiều quốc gia có bản đồ lớn chứa đựng nhiều thông tin đặc thù về nông nghiệp có thể khai thác nhưng thông tin quan trọng Phân tích dữ liệu địa sinh thái Phân tích dữ liệu địa sinh thái cây trồng với mục tiêu mô tả phân bố của cây trồng, tình trạng đặc điểm của các biến dị đặc thù hoặc tổ hợp các đặc điểm. Bước thứ nhất thường phân tích dựa trên bản đồ Trong nghiên cứu các nhóm hoang dại, quần thể địa phương mỗi nhóm được ghi nhận biểu hiện chung chồng lên bản đồ cơ bản của địa hình, khí hậu, thực vật hoặc đất đai. Mỗi nhóm biểu hiện bằng một ký hiệu khác nhau. Các mẫu và mẫu nguồn gen có thể được phân biệt phản ảnh bằng khoảng trống hoặc lấp kín của các ký hiệu. Những đặc điểm hình thái hoặc sinh thái đặc thù của mỗi quần thể có thể biểu hiện bằng nét đậm hoặc ký hiệu cải tiến khác (Maxted và cộng sự1995; Guarino,1995). Đơn giản hơn nhà địa sinh thái cây trồng có thể sử dụng phân loại khí hậu nông nghiệp của vùng mục tiêu hoặc môi trường sinh trưởng của các cây trồng mục tiêu như: bản đồ cơ bản hoặc bản đồ hành chính, có màu để phản ảnh những cây trồng quan trọng của mỗi huyện (phần trăm đất trồng trọt, mức độ sản xuất). Qua bản đồ như vậy sẽ biết được mức độ đa dạng của từng khu vưc thu thập, những nơi còn trống chưa thu thập nguồn gen. Một ví dụ về thu thập nguồn gen các giống lúa và ngô địa phương tại huyện Điện Biên tỉnh Điện Biên năm 2003-2004 thể hiện trên bản đồ đa dạng như sau: Hình 2-8 Mức độ đa dạng nguồn gen cây trồng ở sáu xã của huyện Điện Biên, Điện Biên Nguồn: Vũ Văn Liết, Đồng Huy Giới năm 2003 Có thể sử dụng những ký hiệu khác nhau, nhưng lưu ý có nhiều vật liệu có hình thái và di truyền giống nhau nhưng tên khác nhau hoặc ngược lại, đôi khi có tên địa phương giống nhau nhưng hai nguồn gen lại khác nhau, đặc biệt với giống địa phương và các loài hoang dại. Do vậy các dữ liệu đánh giá và mô tả đặc điểm nên phối hợp trong các bản đồ phân bố nguồn gen 58 Sản phẩm tiếp theo của nghiên cứu địa sinh thái là cơ sở dữ liệu về địa lý sinh thái, khu vực thu thập bảo tồn nguồn gen, biểu đồ hay sơ đồ tổng quát và các báo cáo khoa học Cơ sở dữ liệu: chứa đựng những số liệu thô về địa sinh thái, thu được từ nhãn và mã ký hiệu, số liệu ban đầu của các mẫu nguồn gen. Biểu đồ, đồ thị cung cấp những thông tin ngắn gọn về nhóm, phân bố, sinh thái và kiểu hình của các nhóm mục tiêu Báo cáo khoa học: trình bày, phân tích các dữ liệu của cơ sở dự liệu, mô hình hóa và sử dụng, đồng thời có những khuyến nghị cho bảo tồn và sử dụng nguồn gen Những sản phẩm này liên quan chặt chẽ với nghiên cứu cây trồng. Cơ sở dữ liệu có thể của những lĩnh vực và cấu trúc khác nhau trong nghiên cứu các nhóm hoang dại và cũng gồm có các dữ liệu mẫu nguồn gen, mặc dù vậy nó vẫn là những số liệu thô sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau như : lịch sử và phân bố của các nhóm dân tộc khác nhau, các tiểu vùng khí hậu nông nghiệp trong vùng mục tiêu, đặc điểm địa phương và địa lý, xây dựng pháp luật, quy định cho bảo tồn và tạo điều kiện tiếp cận nguồn tài nguyên bao gồm cả tài nguyên di truyền thực vật. Báo cáo cũng có thể bao gồm kết quả phân tích diện tích của vùng mục tiêu, diện tích có đa dạng sinh cao, khu vực còn nhiều loài hoang dại, khu vực còn chứa đựng những tính trạng cần quan tâm, khu vực có kiểu hình các giống hoặc nhóm giống địa phương đặc biệt, khu vực cần tiến hành thu thập lại và thu thập bổ sung, khu vực có nguy cơ xói mòn tài nguyên di truyền hay đe dọa xói mòn. 2.3.3 Hình thức tổ chức thu thập - Tổ chức đoàn cán bộ có chuyên môn điều tra thu thập: hình thức này đảm bảo độ chính xác cao nhưng chi phí tốn kém về nhân lực khoa - Xây dựng mạng lưới thu thập, bảo tồn và trao đổi nguồn gen - Hợp đồng thu thập với các cơ quan chuyên môn địa phương - Hợp tác quốc tế trao đổi nguồn gen 2.3.4 Phương pháp lấy mẫu và cỡ mẫu thu thập a) Nguyên lý lấy mẫu trong thu thập nguồn gen Chiến lược lấy mẫu phụ thuộc vào loài cây trồng là cây tự thụ phấn, giao phấn hay sinh sản vô tính và khả năng trao đổi gen giữa các quần thể, cũng như mục đích thu thập đa dạng di truyền tại khu vực. Mặc dù vậy, lý thuyết lấy mẫu phụ thuộc chủ yếu vào những hiểu biết về phương thức biến dị, di truyền của quần thể. Nhìn chung có một số ít loài đã có những thông tin về biến dị di truyền của loài. Hầu hết các loài biểu hiện biến dị trên các điều kiện địa lý rất rộng và có them những biến dị trong nội bộ quần thể. Môi trường sinh thái hoặc các yếu tố quyết định đến đa dạng di truyền và kiểu sinh thái được nhận biết rõ nhất ở các giống bản địa và giống địa phương. Các yếu tố khí hậu như nhiệt độ trung bình, tối đa, tối thiểu, lượng mưa, mùa nghủ nghỉ, sinh trưởng, cường độ ánh sáng, độ dài chiếu sáng sẽ phản ánh đầy đủ qua phản ứng các đặc điểm sinh trưởng và phát triển của thực vật (Bennett, 1970). Các yếu tố như vậy dẫn đến các dạng biến dị, trong khi địa hình và thổ nhưỡng quyết định những dị đặc biệt hay thể khảm. Do đó cần xem xét đến các yếu tố trên trong lấy mẫu và tần suất mẫu. Rõ ràng rằng kiểu biến dị địa lý cũng sẽ bao gồm các đặc điểm chống chịu bệnh, đặc điểm hình thái và các đặc điểm đáng chú ý khác cũng như các biến dị số lượng phù hợp cho chọn tạo giống cây trồng. Mặc dù giống và dòng dõi có thể giống nhau về hình thái nhưng chúng khác nhau rất lớn về những đặc tính đặc biệt là đặc tính sinh lý. Biến động trong một quần thể, đặc biệt là ở một địa phương phụ thuộc vào hệ thống tạo giống 59 của các loài, phương thức duy trì quần thể dị hợp ở các loài giao phấn và phương thức duy trì cấu trúc di truyền ở các loài tự thụ phấn. Ngày nay các nhà khoa học đã chúng minh rằng các quần thể như thế chứa nhiều biến dị di truyền và dị hợp. Phương pháp lấy mẫu phải đảm bảo thu thập đại diện các biến dị trong quần thể cũng như những biến dị theo địa lý, sinh thái khác nhau Các nguyên lý chọn điểm và số lượng mẫu liên quan đến đa dạng di truyền đã được Marshall và Brown (1975), Hawkes (1980), Chang (1985) nêu ra và thảo luận, nhưng sử dụng phương pháp tùy thuộc rất lớn vào cách tiếp cận. Lấy mẫu tự nhiên và ngẫu nhiên theo khoảng thời gian xác định trước là thỏa mãn cho sự chính xác của lấy mẫu. Khoảng thời gian có thể rộng nếu điều kiện sinh thái và thổ nhưỡng, môi trường đồng nhất. Lấy mẫu theo những điểm nhỏ, cân đối trong một vùng nếu vùng đó có thay đổi nhanh theo độ cao và địa hình, loại đất, kỹ thuật canh tác hay môi trường sinh thái, mức độ thay đổi có thể quan sát nhận biết được một cách rõ ràng. Lấy mẫu ở điều kiện tự nhiên đặc thù hay lặp lại với các loài hoang dại của hệ thống gen, lấy mẫu nên ở nhiều điểm riêng biệt trong cùng một khu vực. Nhận biết các dạng đặc thù như các giống chống chịu hạn, chống chịu bệnh. Đối với họ hàng hoang dại hay các nhóm cây cỏ, thu thập từ các quần thể xung quanh hoặc bên trong ruộng canh tác. Theo Chang,1985 cũng nên thu thập chúng ở nhưng nơi thích hợp như nơi giao thoa thổ nhưỡng sinh thái và môi trường sống tự nhiên Phương pháp lấy mẫu hỗn hợp tại một điểm bằng thu hoạch ngẫu nhiên các bông, quả cùng một số lượng trên một cây nhưng ở vài điểm trên cây đó. Đường đi lấy mẫu trên ruộng: cán bộ thu thập đi ngang qua điểm hoặc ruộng 2 lần theo hình chéo hoặc zigzag và tránh lấy mẫu quanh đường biên. Phương pháp lấy mẫu theo kẻ ô sẽ có đại diện tối đa của một quần thể nếu điểm lớn và có điều kiện thổ nhưỡng - sinh thái khác biệt Phương pháp kiểu lấy mẫu đám (clustered sampling pattern): thu thập một vài mẫu trong một khu vực nhỏ và trên một khu vực rộng cần thu thập ở một số điểm diện tích nhỏ như vậy. Lấy mẫu đám cho phép thu được biến dị lớn của cả môi trường địa lý và vị trí địa lý khác nhau. Phương pháp này rất phù hợp cho thu thập mẫu nguồn gen cây hoang dại. Những khu vực có vấn đề về sức khỏe nguồn gen, nên thu thập những cây khỏe mạnh. Những nơi sâu bệnh hại, điều kiện bất thuận nhưng thường lại có nhưng kiểu gen quý b) Tần suất và cỡ mẫu thu thập nguồn gen Tần suất lấy mẫu (số mẫu trên một điểm) và cỡ mẫu sẽ khống chế bằng mức đa dạng di truyền và dòng gen trong một nhóm (vật liệu cây trồng hoặc hoang dại) và sinh thái nông nghiệp của điểm thu thập. Cán bộ thu thập nên sử dụng phương pháp tiếp cận thực tế, quan sát tại chỗ để đưa ra kỹ thuật lấy mẫu phù hợp nhất. Cỡ mẫu cũng như số mẫu tối ưu trên một điểm đảm bảo chứa 95% tất cả các allel tại locus ngẫu nhiên trong quần thể mục tiêu với mức tin cậy lớn hơn 0.05 (Hawkes, 1976; Marshall và Brown, 1975). Hawkes (1980) chỉ ra rằng khoảng 50 hạt trên một bông hoặc bắp để đảm bảo có tổng số 2.500 đến 5.000 hạt với mẫu là phổ biến ở cây trồng có biến động cao. Với loài có bông, và gié như kê 2.000 đến 4.000 hoặc hơn, mỗi phần của bông yêu cầu lấy số lượng là 50 hạt. Lấy mẫu ngô trên ruộng cứ 10 - 20 bước chân thu một bắp, và chia theo mặt cắt ngang cứ 5 -10 hàng lấy mẫu trên một hàng. Lấy mẫu với cây có quả mọng như như cà chua, ớt, dưa chuột cơ bản cũng tương tự như ngô, mỗi quả chứa 50 hạt và khoảng 50 - 100 quả thu ngẫu nhiên và hỗn hợp hạt thành một mẫu. 60 Những loài quả có ít hạt lấy số quả lớn hơn để đạt 2.500 – 5.000 hạt một mẫu, một số cũng không thể thu được 100 đến 1.000 hạt như vậy số hạt trên mẫu có thể nhỏ hơn. Hạt nên thu từ những cây sạch bệnh, thu hạt hoặc quả đã chín hoàn toàn để đảm bảo sức sống của hạt nguồn gen. Những quần thể biến động mạnh cần thu cỡ mẫu lớn hơn và có thể phân thành nhiều mẫu phụ từ một số phần thu thập dựa trên sự khác biệt của các mẫu. Đồng thời cần thu mẫu có lựa chọn bên cạnh thu mẫu ngẫu nhiên. Số lượng mẫu được Chang gợi ý năm 1985 như sau: Bảng 2-5 : Loại quần thể, điểm và số mẫu thu thập theo Chang,1985 Kiểu quần thể Điểm/ngày S ố cây (bông)/điểm Ít cải tiến 20-40 15-30 Không cải tiến(Nguyên thủy) 10-20 30-50 Hoang dại 10-15 40-60 Giao phấn 10-15 30-60 Một số tác giả khác khuyến nghị lấy mẫu không ngẫu nhiên không nên hỗn hợp với mẫu ngẫu nhiên mà để riêng rẽ. Khuyến cáo cũng đề cập cần lấy nhiều điểm hơn trên một khu vực để thu được số hạt lớn hơn trên một điểm. Cán bộ thu thập cũng có thể điều chỉnh và lựa chọn phương pháp để tăng hiệu quả lấy mẫu vừa đạt được mục tiêu và phù hợp với khả năng, đặc biệt khi thực hiện thu thập trên một vùng rộng lớn và cây lâu năm như cây ăn quả, cây lấy rễ, cây lấy củ. - Tổng lượng mẫu khô của một mẫu nguồn gen khi thu bằng hạt như sau: - Những loại cây hạt nhỏ từ 50 -100g như hạt vừng, cải, rau giền - Những loài cây hạt vừa thu từ 200- 250 g/ một mẫu nguồn gen hạt, - Những loại cây hạt lớn từ 500g với hạt lớn hơn ( đậu ,lạc) c) Khu vực thu thập tại một điểm Theo Hawkes, 1980 có bốn địa điểm có thể thu được nguồn gen ở một khu vực là - Ruộng nông dân - Bếp và vườn hộ - Chợ - Khu vực hoang dại tự nhiên Mặc dù vậy, điểm thu thập quan trọng nhất là trên ruộng nông dân và nó cung cấp những quan sát chắc chắn về sức khỏe nguồn gen của giống địa phương, giống cũ, những cây lương thực chính và những cây trồng khác. Thu thập phụ thuộc vào địa phương, diện tích nông trại, những nơi còn canh tác tự cung, tự cấp có nguồn gen và đa dạng và giàu có hơn so với vườn hộ và chợ nhỏ. Thời điểm thu thập phù hợp nhất là trước mùa thu hoạch của nông dân. d) Thu thập loài hoang dại họ hàng của các loài cây trồng Thu thập họ hàng hoang dại của các loài cây trồng phụ thuộc vào nhu cầu của các nhà tạo giống và chương trình cải tiến cây trồng. Họ hàng hoang dại và các nhóm có liên quan sử dụng thuật ngữ của Harlan và de Wet (1971) có thể phân loại thành vốn gen sơ cấp, thứ cấp và tam cấp. Các loài hoang dại trong vốn gen sơ cấp có thể lai với các giống trồng trọt, nhưng các loài trong vốn gen thứ cấp khó khăn hơn và vốn gen tam cấp chỉ sử dụng cho một số cây 61 trồng và giới hạn ở một số tính trạng di truyền. Các loài hoang dại biểu hiện tính dị hợp di truyền và không đồng nhất cao giữa các loại vật liệu di truyền, nhìn chung chúng có tỷ lệ giao phấn cao hơn các cây trồng đã thuần hóa hoặc mức độ đa bội, tự bất hợp cũng xảy ra mức cao hơn. Ví dụ loài lúa dại Oryza longistaminata là tự bất hợp trong khi biến dị này không tìm thấy ở lúa trồng. Biến dị di truyền của các loài hoang dại cung cấp nguồn gen quý cho phát triển giống cây trồng như: - Chống chịu sâu bệnh điều khiển bởi một số gen chủ yếu - Chống chịu môi trường bất thuận như mặn, hạn, ngập, sương muối - Sức sống của cơ quan sinh dưỡng cao như mía, khoai tây - Hàm lượng protein cao ở sắn và yến mạch - Hàm lượng dầu cao ở cọ dầu - Độ dài sợi ở bông - Thích nghi với điều kiện sinh thái như cây nho - Rễ khỏe hơn của dứa - Thân lớn hơn ở lúa mỳ - Tỷ lệ sinh khối và sinh trưởng mạnh hơn và cho năng suất cao hơn ở cây ngũ cốc - Hệ thống bất dục đực tế bào chất và khả năng phục hồi ở nhiều loài cây - Các vốn gen loài hoang dại có thể chia làm hai nhóm dựa trên mức độ ưu tiên như sau: Bảng 2-6: Phân loại vốn gen Khai thác dễ ràng Con cái hoang dại Có quan hệ mật thiết với cây trồng và thuộc vốn gen sơ cấp Các loài hoang dại khác Có quan hệ xã hơn thuộc vốn gen thứ cấp Nhóm khó khai thác Loài hoag dại Quan hệ xã hoặc không cùng chi thuộc vón gen tam cấp Nhóm đại diện các loài hoang dại có liên quan đến cây trồng gồm chi trong đó có số lớn các loài và các biến dị khác biệt của các loài. Cần xem xét kỹ lưỡng để thu thập các nhóm phân bố trong tự nhiên gồm các loài đặc hữu, dạng hiếm và loài có nguy cơ đe dọa tuyệt chủng có phạm vi phân bố hẹp, cục bộ và biên độ sinh thái hẹp. Một số loài có phân bố rộng hơn, công việc thu thập có thể áp dụng chiến lược thu mẫu thuận lợi hơn như cỏ, cây thức ăn gia súc họ đậu, mức đa dạng tối đa có thể thu giữa 2.000 – 3.000m theo địa hình một mẫu. Những khó khăn gặp phải khi thu thập loài hoang dại - Biến động thời gian hạt chín giữa các loài lớn và ngay trong quần thể tự nhiên (ngay ở một điểm/địa phương) trong phạm vi phân bố của loài - Mật độ quần thể, số quả , hạt trên cây không đáp ứng đủ vật liệu - Hoa/quả có sự ngủ nghỉ, đặc biệt với cây quả thu mắt ngủ để nhân giống vô tính sinh dưỡng Sự nhận biết các loài trên thực địa yêu cầu có kiến thức và kỹ năng về hệ thống phân loại thực vật, kiến thức sinh thái, địa lý và nhân chủng học cũng yêu cầu cán bộ thu thập nguồn gen hiểu biết về nguồn gen. 62 Thu thập nguồn gen hoang dại thường tốn nhiều lao động và thời gian để thu được các loài hay vật liệu hoang dại mong muốn. Các loài sinh trưởng ở đường hoặc vùng sinh thái riêng biệt khác nhau. Các loài đặc hữu và hiếm thường ở những nơi hiểm trở như đỉnh núi, hoang mạc...đôi khi phải thu hạt trên đỉnh những cây cao. Mức độ cao của lưu giữ nguồn gen hoang dại yêu cầu phân chia các loài hoang dại, nhận biết những tính trạng có giá trị, phù hợp với cây trồng nông nghiệp để duy trì bảo tồn những vật lệu này. Do vậy công việc thu thập nguồn gen hoang dại cần thiết mặc dù có nhiều khó khăn như đã trình bày trên e) Chiến lược thu mẫu nguồn gen của Hawkes, 1980: Những điểm nổi bật Thu thập hạt (Cây trồng và loài hoang dại) - Thu từ (30-) 50 (-100) cá thể một điểm (50 hạt cho mỗi cây thu ngẫu nhiên trên cây). - Mẫu ở các thời điểm khác nhau ghi rõ thời gian. - Lựa chọn mẫu trên phạm vi rộng của môi trường có thể. Như vậy có thể thu được tất cả các allel với tần xuất 95% hay hơn của quần thể. - Thay đổi phương thức thu thập nguồn gen hoang dại, ở những nơi quần thể thưa thớt thì mẫu cho một quần thể có thể trong phạm vi vài km2 - Nếu trong một quần thể có những biến động hình thái thì mỗi điểm lấy mẫu riêng rẽ chứ không áp dụng như một quần thể - Nếu lấy mẫu theo đường chéo của một số hình thái không phải là mẫu ngẫu nhiên - Lấy toàn bộ cụm hoa cũng như các hạt khi cần thiết như một chứng cứ - Tạo phòng mẫu nơi có thể. - Chụp ảnh. - Ghi chép tỷ mỉ trên hiện trường. Thu thập cơ quan sinh dưỡng:thu thập cơ quan sinh dưỡng với những loài cây trồng - Mỗi mẫu phân biệt trong một làng/bản. - Lặp lại theo khoảng thời gian trên một khu vực. - Thu thập hạt bổ sung nếu có thể, phương pháp như với thu thập hạt. - Thu thập cơ quan sinh dưỡng với các loài hoang dại - Thu thập một chồi, mầm, cành giâm, cành chiết từ 10-15 cá thể và hỗn hợp thành mẫu, với cơ quan sinh dưỡng lớn có thể số mẫu nhỏ hơn từ diện tích khoảng 100 x 100 m. 2.3.5 Thu thập thông tin trong qúa trình thu thập nguồn gen (Passport data) Thông tin cần thu thập cùng với mẫu nguồn gen là những thông tin cần thiết cho những nghiên cứu và hoạt động tiếp theo của nghiên cứu nguồn gen như: tài lệu hóa, đánh giá, phân loại, bảo tồn và sử dụng. Ghi chép thông tin tại điểm thu thập nguồn gen chi tiết theo mẫu chung của IPGRI hoặc cụ thể của mỗi quốc gia. Số lượng thông tin phụ thuộc vào thời gian trong quá trình thu thập, nhưng phải có những thông tin tối thiểu nhất theo quy định cho mỗi loài cây. Có rất nhiều loại mẫu biểu sử dụng thu thập thông tin nguồn gen thực vật và mẫu nguồn gen cho từng loài cây trồng đặc thù cũng như loài cây hoang dại Để thu thập đầy đủ thông tin cần thiết kế mẫu phiếu thu thập thông tin trước khi tiến hành thu thập nguồn gen. Mẫu phiếu được các nhà chuyên môn (thực vật, sinh thái, di truyền, xã hội học) thiết kế sau đó ít nhất có ý kiến phản biện của 2 nhà khoa học khác và được sử dụng để thu thập thử. Sau khi thu thập thử, cán bộ thu thập nhận biết ưu nhược điểm của mẫu phiếu sẽ điều chỉnh, bổ sung thành mẫu phiếu thu thập nguồn gen chính thức. 63 2.4 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TRUYỀN THỐNG 2.4.1 Thu thập nguồn gen hoang dại Thu thập nguồn gen cây hoang dại áp dụng với những nguồn gen sau: - Những loài cây hoang dại đang bị xói mòn hoặc đe dọa tuyệt chủng - Cây hoang dại họ hàng với cây trồng cần sử dụng làm vật liệu tạo giống - Cây hoang dại có giá trị kinh tế cần khai thác sử dụng - Những loài cây hoang dại khác, do số lượng quá lớn cho nên thường chỉ thực hiện điều tra, tài liệu hóa để quy hoạch quản lý và bảo tồn tại chỗ. Các loài cây hoang dại tồn tại thành quần thể, nhưng mỗi kiểu gen có thể tự nhân lên trên diện tích rộng lớn. - Thu thập chỉ một củ từ mỗi một trong 10-15 cá thể làm mẫu hỗn hợp - Diện tích điểm lấy mẫu có thể 100 x 100m hoặc nhỏ hơn - Lấy mẫu ở nhiều điểm tốt hơn là lấy nhiều cây ở ít điểm - Chọn điểm lấy mẫu trên phạm vi môi trường càng lớn càng tốt - Bổ sung bằng mẫu hạt nếu được - Làm tiêu bản nếu thời gian cho phép 2.4.2 Thu thập cây lấy hạt Mẫu thu thu thập: Chiến lược lấy mẫu phụ thuộc vào từng loài cây, đặc biệt là phương thức sinh sản, mức độ chu chuyển gen giữa các quần thể v.v… Tuy nhiên điều đó thường không biết trước nên việc thu thập cần bao trùm cả vùng bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên với khoảng cách không gian nhất định (lấy mẫu kiểu phân ô). Khoảng cách phụ thuộc vào sự đa dạng của điều kiện môi trường. Chẳng hạn, nếu vùng thu thập tương đối đồng nhất về khí hậu, loại đất, thảm thực vật, biện pháp canh tác, các giống cây trồng và vĩ độ, khoảng cách không gian có thể rất lớn (20-50 km hoặc hơn). Ngược lại, nếu các yếu tố môi trường thay đổi mạnh (nhất là vĩ độ), thì mẫu thu thập phải nhiều hơn (chẳng hạn mỗi một km, hoặc 100m độ cao). Việc lấy mẫu phải theo nguyên tắc lấy mẫu quần thể chứ không phải lấy mẫu cá thể. Điểm lấy mẫu: điểm lấy mẫu là vùng mà trong đó mẫu của quần thể được thu thập. Mỗi mẫu sẽ mang số hiệu thu thập riêng với những ghi chép nhất định, ví dụ: - Tên giống (cả tên địa phương) và tên loài (tên La tinh) - Địa điểm thu thập, mùa vụ, điều kiện tự nhiên - Điều kiên sinh thái, chế độ canh tác ở nơi thu thập - Những tính trạng chủ yếu: năng suất, khả năng chống chịu sâu, bệnh và điều kiên ngoại cảnh bất thuận. - Ghi tên chức vụ, chuyên môn của người thu thập - Cần tuân theo chế độ kiểm dịch thực vật đã ban hành để tránh lây lan dịch hại nhất là các loài dịch hại nguy hiểm. Việc chọn điểm thu thập phụ thuộc vào: (i) sự đa dạng của môi trường; (ii) kiểu phân bố và mật độ cá thể trong quần thể; (iii) quan sát những biến dị hiếm trong quần thể. Độ biến động giữa các điểm càng lớn thì điểm lấy mẫu càng gần nhau. Số cây và hạt thu thập mỗi cây trong từng mẫu: thông thường phương pháp lấy mẫu được thực hiện theo kiểu ngẫu nhiên hay lấy mẫu không lựa chọn. Sai số lấy mẫu nhỏ nhất khi mẫu lớn. Phương thức chung là lấy mẫu ngẫu nhiên bằng cách thu thập cây theo một 64 khoảng cách nhất định dọc theo mặt cắt ngang cho đến khi không ít hơn 50 nhưng không nhiều hơn 100 cây. Mỗi cây lấy 50 hạt, sao cho mỗi mẫu chứa từ 2.500 đến 5.000 hạt. Nếu loài cây chỉ có quả nhỏ và ít hạt có thể thu một số quả của ba cây sát bên cạnh để đủ 50 hạt. Nếu loài cây có nhiều chùm quả, bông, v.v… với số lượng hạt lớn, thì chỉ thu một phần của mỗi cây để có đủ 50 hạt. Nếu quần thể thu thập có độ biến động lớn, người thu thập có thể lấy mẫu lớn hơn hoặc khu vực phân ô lấy mẫu nhỏ hơn 2.4.3 Thu thập cây có củ Thu thập cây lấy củ khó khăn hơn so với cây lấy hạt. Những khó khăn chủ yếu gồm: - Tốn nhiều thời gian hơn để thu thập - Phải thu hoạch vào đúng giai đoạn chin vì thu hoạch non khó bảo quản, để già cây chết khó tìm kiếm - Vật liệu cồng kềnh khó bảo quản và vận chuyển - Mẫu thu thập khó giữ sống trong quá trình vận chuyển và bảo quản dài Thu thập vật liệu trồng trọt: vật liệu trồng trọt là những vật liệu sử dụng nhân vô tính (dòng vô tính), chứ không phải là quần thể, vì thế việc lấy mẫu mang tính chọn lọc. Phương pháp lấy mẫu theo những tiêu chí sau: - Thu thập từng giống (kiểu hình thái phân biệt được bằng mắt thường) khác biệt tại mỗi chợ hoặc mỗi làng - Lấy mẫu lặp lại ở khoảng cách 10-50 km trong vùng; khoảng cách phụ thuộc vào khoảng cách giữa các chợ hoặc các làng/bản - Thu thập toàn bộ các kiểu hình thái ở mỗi điểm thu thập. Mẫu trùng lặp có thể chỉnh lý và loại bỏ sau - Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có 2.4.4 Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ Khác với cây lấy hạt, thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ cũng khó và phức tạp hơn vì hạt của một số cây ăn quả nhiệt đới và cây thân gỗ như chôm chôm, cà phê, cao su, cacao hạt khó bảo quản hoặc không thể bảo quản trong điều kiện bình thường, hạt sống rất ngắn. Vì vậy, nếu thu thập hạt cần được gieo ngay, thông thường những loài cây này thu thập bộ phân sinh dưỡng như chồi, đoạn cành để giâm hoặc ghép. Nếu thu thập bằng hạt phải có điều kiện bảo quản tốt, nếu thu thập bộ phận sinh dưỡng phải giâm bằng kỹ thuật phù hợp hoặc mắt phải ghép lên gốc ghép và mỗi kiểu gen phải được giữ lâu dài trên cây lớn. Số lượng hạt hoặc cành giâm thu thập cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng trước khi lên kế hoạch thu thập. Cây thường phân bố rải rác nên lấy mẫu chỉ thực hiện từng cây cụ thể chứ không lấy mẫu theo quần thể như đối với cây hàng năm và cây thấp thân bụi. 2.4.5 Thụ thập vật liệu trồng trọt: Cố gắng thu thập hạt hoặc quả bất kỳ ở đâu có thể được; nếu không thu cành hoặc mắt, bộ phận vô tính, v.v… Nếu cây được trồng từ hạt thì coi cả làng/bản là một điểm thu thập và thu thập kiểu ngẫu nhiên từ 10-15 cá thể. Nếu cây được nhân bằng phương pháp vô tính từ các giống được chọn lọc, thu thập từng giống khác biệt và giữ mỗi giống thành mẫu riêng Thu thập càng nhiều điểm càng tốt, thu thập rải rác ở những khoảng cách nhất định trong cả vùng 65 Hạt hoặc cành thu thập được phải được giữ mát và ẩm, tốt nhất là giữ nguyên hạt trong quả và chuyển về trạm nghiên cứu ngay, nếu hạt cây đó thuộc loại khó bảo quản. 2.5 THU THẬP NGUỒN GEN IN VITRO Thu thập In vitro: thu thập mẫu của loài cây trồng từ quần thể của chúng trong tự nhiện hay trong môi trường hoang dại. Đơn vị thu thập có thể là hạt, hoặc bộ phận sinh dưỡng phụ thuộc vào loài, tuy nhiên một số loài không thể thu thập bộ phận sinh dưỡng, hạt hoặc hạt tươi vì khó vận chuyển mẫu sống từ nơi thu thập về nơi bảo tồn, hoặc vật liệu thu thập quá lớn như cây dừa vật liệu thu là quả dừa. Phương pháp thu thập tiến bộ cho những loài cây này được áp dụng là thu thập phôi, đưa vào túi vô trùng nuôi cấy và nảy mầm chúng (Assy Bah và cộng sự 1989) là thu thập In vitro, phương pháp được áp dụng với nhiều cây trồng như Cacao, nho, cà phê, cọ dầu, chuối.. và có thể thu nhiều dạng cơ quan khác nhau như mô, đỉnh sinh trưởng, hat… Đầu những năm 1980 trong quá trình tìm kiếm hướng sử dụng tốt hơn công nghệ sinh học thực vật, IPGRI và Ủy ban tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IBPGR) đã gợi ý ứng dụng công nghệ sinh học thực vật (nuôi cấy mô tế bào In vitro ) để thu thập nguồn gen thực vật. Sử dụng nuôi cấy mô để phát triển và đổi mới thu thập nguồn gen thực vật In vitro, đặc biệt là những loài đặc thù khó thực hiện thu thập bằng phương pháp khác. Năm 1984, IPGRI đã khuyến nghị sử dụng với một số loài thực vật Châu Á và chương trình nghiên cứu khởi đầu ở nhiều nước. Sự kiện này đã dẫn đến đề suất một khóa đào tạo lý thuyết, nguyên lý và thực tế thu thập nguồn gen In vitro trong tháng 4 và tháng 5 năm 1990. Từ 1990 đến nay nhiều cơ quan nghiên cứu về thu thập In vitro, ngày nay công nghệ này đã có rất nhiều tiến bộ và thành công ở nhiều loài thực vật. 2.5.1 Khái niệm và cơ sở khoa học của thu thập nguồn gen thực vật In vitro Nhu cầu của kỹ thuật mới thu thập nguồn gen, các nhà thu thập giàu kinh nghiệm trên cơ sở khảo sát và những thông tin thu thập được. Đặc biệt những kiến thức của họ như kiến thức về khí hậu, chu kỳ sinh trưởng phát triển của thực vật, kinh tế và chỉ tiêu thông dụng nhất được đưa vào trong quá trình để thu thập những tài nguyên di truyền. Những kiến thức và kinh nghiệm cho thấy một số loài trong quá trình thu thập gặp rất nhiều khó khăn và tốn công như không đúng mùa vụ, mất mùa, sâu bệnh, số lượng quá ít, không thu thập được bằng hạt hay cơ quan sinh dưỡng… Ngoài ra khi mẫu thu thập được cũng có thể bị nấm bệnh gây hại trong quá trình vận chuyển, hạt mất sức nảy mầm nhanh… Do những khó khăn trên cần có những kỹ thuật tiến bộ thay thế nâng cao hiệu quả thu thập. Một trong những tiến bộ kỹ thuật đó là thu thập In vitro. Năm 1982 IBPGR (nay là IPGRI) giới thiệu của Ủy ban tư vấn bảo tồn In vitro, mục tiêu là xác định tình trạng hiện tại của bảo tồn In vitro nguồn gen và cơ hội phát triển phương pháp trong thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật Để bảo tồn nguồn gen không thể thu thập bằng phương pháp khác, kỹ thuật nhân vô tính In vitro đã khẳng định là thích hợp (Withers,1980;1982). Những nghiên cứu cơ sở về kỹ thuật nuôi cây In vitro như thanh trùng, nuôi cấy nhân cây thích hợp để thu thập các vật liệu di truyền, nhưng không ở mức đầy đủ như nhân giống In vitro. Những thành công và hỗ trợ của Đại học Nottingham Vương Quốc Anh đã kết luận được tiềm năng của thu thập In vitro và những công bố năm 1984 (IBPGR) phương pháp thực hiện trên cây thân gỗ như cacao (Theobroma cacao L.) và phôi của cây dừa ( Cocos nucifera L.). Từ các kết quả nghiên cứu đã phân tích, tổng hợp thành phương pháp. 66 2.5.2 Phương pháp cơ bản nuôi cây In vitro Thiết lập nuôi cây In vitro trong phòng thí nghiệm cơ động gồm: - Chọn lọc mô phù hợp để khử trùng và nuôi cấy - Cắt kích thước mô phù hợp - Loại bỏ phần dư thừa, sâu bệnh bằng rửa sơ bộ - Tiệt trùng bề mặt mô thực vật - Rửa bỏ chất tẩy - Cắt bỏ những phần không cần thiết hoặc gây hại cho mô - Cấy mô vào bình dinh dưỡng và nút kín - Chuyển nguồn gen vào tủ định ôn Để bảo vệ mô cấy do nhiễm trở lại, tẩy trùng bề mặt mô và cấy vào môi trường thực hiện trong buồng vô trùng, khi cấy phải điều khiển nhiệt độ, chất lượng và cường độ ánh sáng, độ dài ánh sáng để mô sinh trưởng và phát triển tối ưu, môi trường dinh dưỡng cũng phải đảm bảo tối ưu cho mô sinh trưởng và phát triển. Dưới điều kiện đảm bảo mô ban đầu tạo ra nhiều đỉnh sinh trưởng bên và có thể chia ra để nhân tăng số lượng, điều kiện môi trường phù hợp một đỉnh sinh trưởng sẽ phát sinh rễ có thể trồng ra ngoài đất Mô hình này áp dụng hệ thống không bất định, ví dụ có thể tạo ra một cây từ tiền đỉnh trong trường hợp các mô điểm hoặc phôi hợp tử. Từ những nuôi cấy này có thể tạo ra đỉnh de novo (phức hợp tổng hợp phân tử) ở hình thái bất định từ hầu hết các mô, cơ hội nâng cao khả năng nhân vô tính hỗn hợp trong thời gian ngắn, để bảo tồn di truyền hệ thống nhân vô tính không bất định là phù hợp. Nó không làm thay đổi di truyền do biến dị xô ma khi nuôi cấy mô tế bào. Như vậy, bất kỳ loại mô nào khi nhân đều tạo ra mô bất định sẽ bị loại bỏ. Nhà nghiên cứu phải dự tính được vấn đề này và có phương pháp tiến bộ mềm dẻo nhất để ứng dụng nuôi cấy In vitro như: mô lá có thể tạo ra cây qua phát sinh phôi xô ma; bầu nhụy qua nuôi cấy tạo phôi vô sinh và thụ phấn In vitro. Một số vấn đề lưu ý khi ứng dụng phương pháp thu thập in vitro trên thực địa: - Thu thập In vitro là một hoạt động hỗ trợ và không đơn thuần là nhân giống - Công việc trên thực địa ở mức giới hạn và chỉ thực hiện trong giai đoạn cần thiết và điều kiện không thuận lợi cho phương pháp khác. - Lựa chọn phương pháp này thay cho phương khác để vượt qua một số giới hạn của công việc thực địa. 2.5.3 Hướng dẫn kỹ thuật của phương pháp Chọn lọc mô phù hợp để nuôi cấy: vị trí tốt, mô khỏe, bề mặt mô sạch bệnh, mô trẻ đang sinh trưởng là phù hợp để nó tiếp tục sinh trưởng trong In vitro Cắt mô với kích thước phù hợp: hạn chế tôi đa hư hỏng bề mặt mô, nếu có thể loại bỏ những phần ngoài mô vì nó nhiễm bẩn, nhiễm bệnh hoặc bị tổn thương Loại trừ đất bám bẩn, sâu bệnh bằng nước: chú ý đôi khi tại thực địa không đủ nước để rửa, do vậy cần đem nước đi theo Khử trùng bề mặt mô: nơi không đủ nước sạch để rửa có thể sử dụng thuốc tẩy trùng mang theo và tránh gây độc cho mô. Dung dịch tẩy không quy ước, có thể sử dụng nước sạch, thuốc trừ nấm nông nghiệp hoặc các thuốc tổng hợp nồng độ thấp. Tẩy trùng bề mặt tiếp theo thực hiện dưới điều kiện vô trùng, khử trùng và nuôi cấy trong lọ hoặc bình phù hợp hơn. Khử trùng bề mặt lặp lại một lần nữa khi đưa mẫu về đến phòng thí nghiệm cơ động, khử trùng tốt hơn là không sử dụng các chất hóa học khử trùng độc hại vì nó có thể 67 gây hại cho mô. Một thực tế là khi giữ nhiều mô phân sinh như vậy nên thu cả lá, lá bắc hay vỏ hạt để bảo vệ mô Rửa nước tẩy và sâu bệnh trước khi cắt bỏ các phần không cần thiết: nước rửa phụ thuộc nồng độ và độc tố của sản phẩm sử dụng, đồng thời với kỹ thuật khử trùng cần cẩn thận loại bỏ nấm, vi khuẩn tiếp tục và ngăn tái nhiễm bẩn, nấm bệnh và vi khuẩn Cắt bỏ những phần không cần thiết và phần hư hỏng: bước này cũng cần giữ gìn cẩn thận để quá trình cắt không gây bẩn và nhiễm bệnh đối với mô nuôi cấy Cấy mô vào môi trường: cấy mô đã chuẩn bị vào môi trường đã có dinh dưỡng phù hợp và đậy nút. Bước này cần chú ý đến một số kỹ thuật như chọn lọc, ống nghiệm, số lượng mô nuôi cấy và môi trường nuối cấy Dụng cụ và thiết bị: dung cụ như bình, lọ, ống nuôi cấy thuận lợi cho mang theo, có thể xách tay được, không quá nặng. Trong một số trường hợp sử dụng bình hoặc túi plastic phù hợp hơn vì nó mềm dẻo, nhẹ, dễ mang theo trong quá trình thu thập. Tuy nhiên những dụng cụ bằng chất dẻo, plastic phải đảm bảo phù hợp cho khử trùng làm sạch và ngăn cản nhiễm bẩn và nhiễm bệnh trong quá trình nuôi cấy. Môi trường nuôi cấy phải thiết kế phù hợp với mục đích và mỗi loài cây. Nếu phát triển của mô phải có kích thích (kích thích nảy mầm của phôi, kích thích phát triển của trục mầm), môi trường nuôi cấy phải bổ sung các chất kích thích sinh trưởng phù hợp. Môi trường trong bảo tồn nguồn gen trái ngược với môi trường thu thập vì bảo tồn là giữ nguồn gen lâu dài, do vậy chất kích thích trong môi trưởng phải ở mức tối thiểu và phải cho thêm chất làm chậm sinh trưởng (retardant regulator) vào môi trường nuôi cấy. Môi trường tối thiểu cũng hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy. Môi trường cũng có thể cho thêm các chất kháng sinh để làm chậm sinh trưởng và tránh ảnh hưởng của vi sinh vật và nấm. Môi trường lỏng thuận lợi cho nuôi cấy nhưng kém hiệu quả kìm hãm sinh trưởng của vi sinh vật. Dụng cụ đựng môi trường lỏng không được rò rỉ. Chuyển mô nguồn gen vào tủ ủ định ôn: bước này kéo dài và nhiều rủi ro khi chuyển từ phòng này đến phòng khác trong phòng thí nghiệm. Bảo vệ vật liệu đã nuôi cấy trong khi vận chuyển, điều này liên quan đến cả môi trường và dụng cụ chứa, tránh lắc và thay đổi nhiệt độ trong quá trình vận chuyển, có thể sử dụng tủ lạnh trong quá trình vận chuyển tránh hư hỏng của vật liệu. Những kỹ thuật khác khi thu thập nguồn gen In vitro trên đồng ruộng: Những kỹ thuật trên đã phân tích những yêu cầu nuôi cấy trong điều kiện hiện trường. Nhóm yếu tố thứ 2 cần xem xét là những yếu tố trái ngược với tự nhiên, mức độ thu thập In vitro và kinh nghiệm của cán bộ thu thập là vấn đề trọng tâm của cuộc thu thập. Rất nhiều loài cùng được thu thập, do vậy áp dụng nhiều phương pháp khác nhau phù hợp cho mỗi loài, mỗi loài phải sử dụng các hỗ trợ thích hợp theo yêu cầu của loài. Phòng thí nghiệm cơ động phải là phòng đa năng đáp ứng yêu cầu nêu trên. Thu thập In vitro yêu cầu cán bộ có kiến thức và phương pháp khoa học hơn là kinh nghiệm Phương pháp cấy và trang thiết bị cũng phải phù hợp trên đồng ruộng và tính toán những thiết bị cần thiết nhất các điều kiện hỗ trợ và tiện nghi khác trên hiện trường hạn chế ở mức tối thiểu. Những vấn đề cần quan tâm khác là xe để có thể chở các thiết bị cần thiết, nơi tập kết gần khu thu thập nhưng cũng gần những địa điểm có những dịch vụ tối thiểu như điện, nước để duy trì các nguồn gen trong In vitro trong điều kiện tối thiểu. - Hộp đựng dụng cụ - Bình, lọ nuôi cấy - Bàn làm việc - Tủ cấy 68 - Tủ định ôn Thu thập In vitro thành công phải có những các kỹ thuật rất mềm dẻo, phương tiện và dụng cụ ở tối thiểu và cần có sự chuẩn bị kỹ lưỡng và chu đáo trước khi thu thập như - Môi trường nuôi cấy - Dụng cụ nuôi cấy đã dán nhãn trước (nhãn trắng) - Khử trùng làm sạch toàn bộ thiết bị trước - Chuyển các dụng cụ nuôi cấy vào phòng vô trùng di động Những yếu tố gây nhiễm vi sinh vật khi thu thập In vitro Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhiễm vi sinh vật nội sinh khi thu thập vật liệu trên đồng ruộng - Những mô già thường nhiễm hơn mô non ( Bernstein va Carroll,1977) - Mô nằm dưới đất như rễ, thân ngầm... mức độ nội sinh nhiễm cao hơn và cực kỳ khó làm sạch (Roy va Saha,1997) - Mầm sinh dưỡng và mầm hoa thường chứa vi sinh vật trong mô hỗn hợp và nó được giữ ngay cả khi tẩy trùng bề mặt mô ( Merkle, 1997) Nhiễm bẩn và bệnh cũng có thể do môi trường - Những mô thu thập vùng nhiệt đới có độ ẩm cao tỷ lệ nhiễm cao hơn khu vực có nhiệt độ thấp và khô ( Pence,1999) - Những loài sa mạc biểu hiện nhiễm nấm và vi khuẩn bề mặt ít hơn vùng khác và dễ làm sạch hơn những vùng ẩm độ cao (McKay ,1999). - Những tác nhân nguy hiểm trong thu thập nuôi cấy mô (IVC) là Pseudomonas, Enterobacter, Agrobacterium, Xanthomoas, Flavobacterium và bacillus...Trong quá trình nuối cấy cần sử dụng một số chất kháng sinh. Ví dụ: xử lý thuốc trừ vi khuẩn khi thu thập họ hành người ta thường sử dụng Ciprofloxacin nồng độ 5 - 100mg/l, họ cam quýt sử dụng Ampicillin 100mg/l hoặc Chloramphenicol 2,5mg/l, cà phê sử dụng Gentamycin 100mg/l... Thuốc trừ nấm khi thu thập cà phê sử dụng [(Butylamino) carbonyl]-1 H-benzimidazol - 2-yl] carbamic acid methyl 1 - 1,5g/l, thuốc lá 10 -50mg/l 2.5.4 Một số nghiên cứu thu thập nguồn gen bằng kỹ thuật In vitro a) Thu thập nguồn gen cây chuối Luz M. Montoya Hennao và cộng sự đã thực hiện và có kết quả thu thập In vitro với chuối. Chuối là một nguồn tài nguyên di truyền thực vật đang có nguy cơ xói mòn. Jaramillo,1983 chỉ ra rằng nguồn gen các giống và dạng hoang dại (Musa AA, BB, ABB, AAA và AAAB...) ngày càng ít và biến mất khỏi trung tâm đa dạng di truyền của loài cây này. Do vậy IPGRI đa có chương trình ưu tiên thu thập bảo tồn Ex situ bắt đầu từ năm 1983. Cây chuối là cây nhân giống vô tính bởi vì quả của nó không hạt (parthenocarpic) khi thu thập truyền thống là thu chồi mầm rất khó khăn và chi phí lớn . Phương pháp thu thập In vitro phu hợp hơn Thu thập mầm cao 30 - 50 cm, loại bỏ các phần không cần thiết và các bẹ lá để được mầm dài 8 cm và đường kính 5 cm, khử trùng bề mặt mầm bằng chlorine 5,25% (sodium hypochlorite) trong 20 phút, rửa bằng nước tiệt trùng 5 phút, trong một số trường hợp có thể rửa bằng xà phòng hoặc nước rửa, tiếp theo ngâm trong dung dịch chống oxy hóa (ascobic acid 100mg/L) trong 10 phút. Sau đó giảm kích thước vật liệu bằng kìm và dao mổ đến 4 - 5 69 cm để nuôi cấy In vitro. Khử trùng mô bằng cồn 70% và đưa mô vào môi trường MS ( Murashige và Skoog, 1962). Bảng 2-7: Môi trường cho thu thập In vitro nguồn gen cây chuối AAA của cv Valery tại CATIE, Costa Rica Môi trường Thành phần 1( đ/c) MS, vitamin, sucrose, agar 2 MS, than hoạt tính, vitamin, sucrose, agar 3 MS, than hoạt tính, vitamin, sucrose, agar benomyl, gentamycin 4 MS, vitamin, ampicillin, sucrose, agelrite 5 MS, vitamin, chloramphenicol, sucrose, agelrite Nguồn: Valerie C. Pence và cộng sự 2002 Môi trường bổ sung thêm vitamin, than hoạt tính (activated charcoal) 0,15%, thuốc trừ nấm và vi khuẩn phổ rộng (benomyl 100mg/L, gentamycin, 100mg/L ampicillin 100mg/L; chloramphenicol 100mg/L) nhưng nồng độ thấp tránh độc cho mô. Môi trường cũng có thêm đường sucrose 30g/L, Difco agar 7 g/L hoặc Gelrite 2 g/L Cắt để giảm kích thước, trong điều kiện buồng di động nhưng đảm bảo khuất gió và phun ethanol và cồn 70% để khử trùng. Sau khi công việc thực địa hoàn tất, mô nuôi cấy đưa vào hộp, hộp đã phun cồn 70% khử trùng, chuyển đến phòng thí nghiệm di động nhiệt độ 26±1oC, độ ẩm 80%, ánh sáng 16 giờ chiếu sáng và 8 giờ tối, cường độ ánh sáng 50µE m-2 s-1. Vệ sinh và kiểm tra khử trùng buồng nuôi cấy, dụng cụ, mô có thể sống 5 - 7 ngày sau khi cấy. Đánh giá mức độ hóa nâu của mô nuôi cấy theo thang điểm 0 - 3 như sau: 0 - không nâu 1-thỉnh thoảng có vết nâu 2-Hóa nâu trung gian 3- hóa nâu Kết quả là sau 5 ngày nuôi cấy chỉ có môi trường 3 nhiễm nấm 20%, 7 ngày sau nuôi cấy môi trường 2 cũng nhiễm 20% vi khuẩn chỉ ra rằng nếu thời gian thu thập kéo dài hơn tỷ lệ nhiễm ngày càng cao. Có sự khác nhau về hóa nâu khi cắt bằng kìm và kéo, hóa nâu lớn hơn chỉ bằng kéo hay bằng tay. Các mẫu sống 100% và phụ thuộc vào kỹ thuật khử trùng bề mặt mô, không có sự sai khác có ý nghĩa với các môi trường khác nhau b) Thu thập nguồn gen họ cam quýt (Abdenago Brenes Hines và cộng sự,2002) Hạt là nguồn vật liệu chính, đơn giản và kinh tế nhất trong thu thập và bảo tồn nguồn gen cây trồng, trong trường hợp những loài cây nhân giống vô tính, hạt cứng có thể sử dụng kỹ thuật khác thay thế như In vitro (withers,1987). Họ cam quýt Citrus L. nhân giống vô tính sinh dưỡng bằng ghép, chiết hoặc giâm cành là phổ biến để giữ nguyên được kiểu gen, ngay cả trong trường hợp có hạt bình thường. Nhưng khả năng nảy mầm của hạt cam quýt bị suy giảm nhanh nếu độ ẩm giảm xuống dưới 70% và như vậy trong điều kiện nhiệt đới hạt mất sức nảy mầm nhanh và dẫn đến ngủ nghỉ. Phương pháp thay thế thu thập hạt là thu thập In vitro với các vi mô và hạt như một phương tiện thu thập, bảo tồn giá trị nguồn gen họ cam quýt. Navarro(1984) nghiên cứu kỹ thuật nuôi cấy mô truyền thống với chi Citrus đã nêu ra kỹ thuật quan trọng được ứng dụng như sau: - Nuôi cấy phôi tâm để nhận được các cây từ kiểu gen cây mẹ các giống đơn phôi 70 - Nuôi cấy bầu nhụy để nhận được các cây phôi tâm từ quả không hạt đa phôi - Vi ghép để thu được cây sạch bệnh Không sử dụng lạnh trong quá trình này, thu thập trong thời kỳ ngủ nghỉ như mùa đông ở khu vực Á Nhiệt đới, mô non là nguồn tốt nhất cho vi ghép (Skirvin,1981; Marte,1987). Mặc dù vậy, nguyên lý chính của thu thập In vitro là trong điều kiện vô trùng, do vậy thời gian từ thực địa đến khi đưa vào phòng thí nghiệm cần ngắn nhất. Trường hợp thu thập trong thí nghiệm này là Citrus sinesis L. Các cành non, thẳng khoảng 8 cm lấy từ phần non của cây cắt ra khỏi cây, sau đó cắt thành đoạn nhỏ (vi mô) từ 3 - 4 cm, trong trường hợp thu mẫu là cơ quan sinh dưỡng, thu mẫu hạt cũng thu những hạt từ những quả chín, khỏe mạnh và loại bỏ vỏ hạt trước khi khử trùng bề mặt để nuôi cấy In vitro. Khử trùng bề mặt vi mô sinh dưỡng bằng ngâm nước rửa sodium hypochlorite từ 3 - 5% trong 3 phút, sau đó rửa nhẹ 2 lần bằng nước đã tiệt trùng (01 phút một lần). Đối với thu hạt khử trùng bề mặt quả bằng lửa đèn cồn, sau đó lấy hạt và loại bỏ vỏ hạt, hạt được ngâm 3 phút trong nước tiệt trùng hoặc trong dung dịch sodium hypochlorite 3% trong 3 phút, sau đó rửa nhẹ 2 lần bằng nước sạch (mỗi lần 1 phút), tiếp theo cấy vào môi trường đã chuẩn bị trước. Môi trường sử dụng cho cả hạt và vi mô sinh dưỡng Môi trường MS - MS+ampicillin (100mg/L) + benomyl ( 50mg/L) (Môi trường MS-AB) - MS+ chloramphenicol (2,5mg/L) + benomyl ( 50mg/L) (Môi trường MS-CB) - Môi trường được hấp trong nồi hấp ở 121oC và 15 p.s.i trong 20 phút, bổ sung chất kháng sinh vào môi trường sau khi hấp. Khử trùng để hạn chế nguồn lây nhiễm như làm sạch bề mặt bề mặt dụng cụ, nơi làm việc (khay kim loại 53 x 30 cm) và kẹp, ghim với ethanol 70% sau đó hơ trên lửa đèn cồn. Sau khi nuôi cấy, mô được đưa vào thí nghiệm có điều khiển môi trường ( 27±2oC, cường độ ánh sáng 2.500 lux, độ dài chiếu sáng 16 giờ và 8 giờ tối/ngày. - Sau 2 - 4 ngày đánh giá mô sau nuôi cấy trên hiện trường - Phần trăm mô nhiễm bệnh - Phần trăm mô phục hồi trở lại - Phần trăm vi mô sinh dưỡng chuyển màu nâu - Tỷ lệ phục hồi một nửa tạm thời Tình trạng phục hồi của mẫu được xác định bằng một trong những đặc điểm sau: - Khỏe mạnh, không nhiễm bệnh, không bị hoại sinh - Nhiễm từng phần, nhưng số còn lại đủ để khử trùng tạo thành mẫu mới cho vào môi trường In vitro nuôi cấy - Một số phần hoại sinh, nhưng vần đủ làm nguồn vật liệu khử trùng và nuôi cấy Kết quả cho thấy trên 87,7% vi mô sinh dưỡng phục hồi sau 2 - 4 ngày nuôi cấy, sau 2 ngày tỷ lệ nhiễm thấp chỉ 3,3% nhiễm khuẩn, sau 4 ngày tỷ lệ nhiễm tăng lên 13,3% nấm bệnh, hai môi trường MS-AB và MS-BC không khác biệt và đều đạt 100% phục hồi có khả năng nuôi cấy được. Đối với hạt khô bóc vỏ giảm nhiễm nấm bệnh (trung bình 16,7%), không nhiễm khuẩn, hạt biểu hiện nảy mầm cao (83,3%). Môi trường MS-CB phù hợp cho thu thập hạt bằng phương pháp thu thập In vitro. 71 Bảng 2-8: So sánh các phương pháp sử lý bề mặt và môi trường khi thu thập In vitro với vi mô sinh dưỡng của cây họ cam quýt Xử lý Số mẫu phục hồi trung bình sau 2 ngày(%) Số mẫu phục hồi trung bình sau 4 ngày(%) Tỷ lệ nhiễm sau 2 ngày(%) Tỷ lệ nhiễm sau 4 ngày(%) Nấm Vi khuẩn Nấm Vi khuẩn Tất cả xử lý 87,7 0 3,3 87,7 13,3 3,3 Khử trung bề mặt 3% NaClO 80 0 0 80 6,7 0 5% NaClO 93,3 0 6,7 93,3 20 6,7 Môi trường MS 80 0 10 80 20 10 MS-AB 80 0 0 80 10 0 MS-CB 100 0 0 100 10 0 Nguồn : Abdenago Brenes Hines và cộng sự,2002 c) Thu thập cây khoai sọ ( Mary Taylor,2002) Cây khoai sọ (Colocasia esculenta L. var esculenta) là một cây trồng lấy củ quan trọng là cây rau và cũng là cây lương thực của nhiều nước. Nhu cầu cần thu thập bảo tồn khi bệnh bạc lá do nấm Phyophthora colocasiae lan rộng đến Hoa Kỳ những năm 1993. Sử dụng In vitro thu thập nguồn gen cây khoai sọ được giới thiệu đầu tiên vào giữa những năm 1980 với sự hỗ trợ của dự án cây có củ của UNDP/FAO. Thu thập và duy trì nguồn gen cây khoai sọ bằng nuôi cấy mô do South Pacific Commision (SPC), sau đó quỹ EU hỗ trợ và thực hiện nuôi cấy mô trong phòng thí nghiệm tại đại học Nam Thái Bình Dương, Samoa. Những năm gần đây dự án thu thập nguồn gen khoai sọ bằng phương pháp In vitro được hỗ trợ của AusAID. Nuôi cấy mô trực tiếp từ cây trên đồng ruộng, các bước sử dụng các phòng thí nghiệm di động như đã trình bày. Gồm dụng cụ chứa có gắn nhãn có môi trường đã khử trùng, dụng cụ khử trùng, kẹp, ghim, kéo. Một hộp nhỏ chứa tác nhân ướt, đĩa petri, giấy tiệt trùng, để cắt mẫu, dao nhỏ, bình plastic nhỏ đã khử trùng đựng các dụng cụ và cồn để khử trùng Dùng dao cắt chồi rễ và các lá cây mẹ sau đó dùng dao sắc cắt tỉa chồi, rễ nhỏ hơn đến khi còn khoảng 4 cm là mô thu thập, thân hành cơ bản xấp xỉ 1 cm2, không cần rửa sạch bằng nước, đất được lau sạch trong quá trình cắt tỉa bằng khăn Từ giai đoạn này tất cả được làm bằng tay bên trong hộp cát tông với phía trước mở và hộp đã được tẩy trắng trước khi sử dụng. Ngâm mô thu thập trong dung dịch NaClO 2% cộng thêm chất giữ ẩm trong 15 phút. Trong quá trình tẩy trùng bình chứa phải lắc liên tục. Sau khi khử trùng bóc bớt những mô bên ngoài bằng dụng cụ đã khử trùng, nếu có thể thì khử trùng dụng cụ trên ngọn lửa đèn cồn Mô sau khi đã khử trùng được cấy lên môi trường MS và hàn kín, lần nuôi cấy này được giữ đến khi đưa về phòng thí nghiệm để bảo tồn, đặt chúng trong phòng sinh trưởng 2 - 4 tuần và luôn luôn kiểm tra tình hình nhiễm bệnh. Sau giai đoạn này mô được tiếp tục cắt nhỏ đến khoảng chiều dài 01 cm với kích thước củ 0,2cm2 và chuyển đến môi trường sạch 2.6 THU THẬP NGUỒN GEN CÓ SỰ THAM GIA Thu thập nguồn gen cây trồng có sự tham gia của người là một phương pháp tiếp cận dựa trên nhưng cơ sở khoa học chính là: (1) thu thập nguồn gen là thu thập tại các địa phương, người dân ở đó đã sinh sống, canh tác sản xuất nhiều năm, nhiều thế hệ họ hiểu các cây trồng, các loài hoang dại về nơi sinh sống, giai đoạn sinh trưởng phát triển của chúng, điều kiện của vùng sinh thái và tiểu vùng; (2) người dân địa phương có những kiến thức bản địa quý; (3) Người dân địa phương là chủ thể của bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật. 72 Phương pháp này được tổng kết từ một chương trình thu thập nguồn gen giống lúa và ngô địa phương tại huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên của nhóm cán bộ trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội năm 2004 - 2005 2.6.1 Các bước thực hiện thu thập nguồn gen có sự tham gia của người dân: - Thành lập đoàn cán bộ thu thập - Xây dựng kế hoạch và chuẩn bị cho đợt khảo sát, thu thập - Liên hệ với địa phương - Đến hiện trường trình bày mục đích yêu cầu với lãnh đạo địa phương - Tiến hành thu thập tại hiện trường - Thảo luận với nhóm nông dân để thu thập thông tin ban đầu - Nông dân thực hiện thu thập mẫu tại nhà và cung cấp thông tin về nguồn gen khi nó không có trên đồng ruộng 2.6.2 Kỹ thuật họp nhóm nông dân Họp để thảo luận và thu thập thông tin, thu thập mẫu nguồn gen tổ chức tại thôn bản. Những nông dân được mời đến thảo luận nhóm là những nông dân có kinh nghiệm trong sản xuất, nắm được các giống cây trồng, vật nuôi của địa phương. Số lượng một nhóm nông dân từ 15 - 20 người. Cán bộ thu thập cần chuẩn bị nội dung và mẫu phiếu thu thập trước khi họp nhóm để nêu chủ đề tahỏ luận phù hợp. Chủ đề thảo luận để thu thập nên ngắn gọn dễ hiểu để người dân có thể tham gia thảo luận. Hình 2-9: Họp nhóm thu tập nguồn gen giống lúa,ngô địa phương tại bản Phiêng Ban xã Thanh Nưa huyện Điện Biên tỉnh Điện Biên năm 2005. Nội dung thảo luận được ghi lại trên tờ giấy Ao để mọi thành vên nhóm nông dân đều hiểu, nắm được và theo dõi, bổ sung thêm. Những chủ để thảo luận chính: - Điều kiện tự nhiên của địa phương: - Diện tích đất, các loại đất của thôn bản đang canh tác và chưa canh tác, diễn biến lượng mưa, nhiệt độ trong năm - Điều kiện xã hội - Dân số, lương thực, thu nhập - Những loại cây trồng chính nông dân đã và đang sử dụng - Cây lương thực - Cây rau - Cây ăn quả - Cây thuốc Nhóm nông dân liệt kê các loại cây, tiếp theo trong mỗi loài cây nhóm liệt kê các giống, số hộ đang gieo trồng và kỹ thuật canh tác của nông dân với mỗi giống đó 73 Ví dụ: ở bản Phiêng Ban, xã Thanh Nưa huyện Điện Biên năm 2003 nhóm nông dân liệt kê nhưng cấy trồng chính sau: - Lúa nương - Lúa ruộng - Ngô nương - Ngô bãi - rau cải - Sắn - Nhãn - Đu đủ Thảo luận tiếp những giống lúa nương đang trồng: - Khẩu nia - Khẩu lương phương - Khẩu mà cha Mô tả những cây trồng nông dân đang sử dụng và ghi nhận những thông tin nông dân cung cấp là những thông tin ban đầu về nguồn gen như minh họa sau: GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG (NGỌ LIA) (bản mô tả giống lúa địa phương do nhóm nông dân cung cấp thông tin) Hình 2-10 : mẫu hạt thóc giống Ngọ nia thu tại nhà nông dân Phần 1: thông tin chung - Tên giống (tên địa phương): ngọ nia (khẩu nia) ; Ký hiệu: GL3 - Người thu thập: Vũ Thị Bích Hạnh - Ngày thu thập: 21/07/05 - Nơi thu thập: Bản Pú Tửu 13- xã Thanh Xương - huyện Điện Biên - tỉnh Điện Biên - Tên chủ hộ: Quàng Văn Hịa - Tên thôn bản: Bản Pú Tửu 13, xã Thanh Xương, huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên Phần 2: mô tả giống: - Màu sắc thân lá : xanh - Chiều cao cây : 100-110 cm; số nhánh: 5-6 nhánh; bông: 4 bông - Thời gian sinh trưởng : 180-185 ngày - Chiều dài bông : 25-28 cm; P1000 hạt: 34,73 g - Màu sắc hạt thóc : vàng; mỏ hạt: đen; hạt gạo: trắng đục - Chất lượng: rất ngon, dẻo, có mùi thơm 74 - Điều kiện sinh thái của giống lúa nương: ngọ nia (khẩu nia) Giống được trồng trên nương cao hoặc nương vừa, độ dốc tương đối lớn. Yêu cầu của giống về đất: yêu cầu đất tốt, đặc biệt phù hợp với các nương mới khai phá. Nếu đất xấu phải bón thêm phân. - Năng suất trung bình : 200-250 kg/1000m2 (≈ 25tạ/ha) Phần 3: mô tả điều kiện sinh thái và canh tác - Dân tộc gieo trồng: Kh’Mú - Giống yêu cầu cung cấp đầy đủ nước trong suốt quá trình sinh trưởng, song điều kiện trồng là hoàn toàn phụ thuộc vào nước trời(bố trí gieo trồng vào đầu mùa mưa trong năm) - Thời vụ gieo trồng: gieo: từ ngày 1 đến 15/4 hàng năm; thu hoạch vào trung tuần tháng 10 - Kỹ thuật để giống: chọn chỗ lúa tốt trên nương, các cây lúa có bông to, không bị sâu bệnh, gặt từng bông để riêng làm giống. Thu bông về đập riêng, phơi riêng trên phên cót hoặc bạt ni lông đến lúc khô; chọn hạt chắc mẩy, màu sắc hạt sáng đều (sàng, xảy sạch); đóng thóc giống vào bao tải dứa, cất kín trong hòm gỗ, để trên gác hoặc nơi khô thoáng trong nhà, tránh chuột bọ phá hại. Đến vụ sau, phơi lại một vài nắng rồi đem ngâm ủ để gieo. - Kỹ thuật làm đất và gieo trồng: tháng hai hoặc ba dương lịch, lên nương dọn sạch cỏ; chặt, vơ cỏ thành đống lớn, để khô rồi đốt. Nếu có tiền, sẽ dùng thuốc trừ cỏ phun (2 gói trừ cỏ Aly/1000m2). Dùng trâu cày lật đất lên ở những chỗ nương phẳng, dễ làm. Chỗ nương khó làm thì cuốc bằng tay. Phơi nương ải trong vòng 1-2 tháng. Trước khi gieo có thể cày lại một lần nếu nương bé. Nếu nương rộng, gieo vãi hạt lúa trên mặt nương, xong mới dùng trâu bừa đất để che phủ hạt giống, chống chim chuột phá hại, đồng thời lật các gốc cỏ mới mọc lên. - Kỹ thuật chăm sóc: - Không bón phân cho lúa nương Ngọ nia vì nương xa nhà, khó mang phân lên nương hoặc nương tốt, không cần bón. Làm cỏ 2-3 lần hoặc hơn nếu nương nhiều cỏ. Cụ thể, sau gieo 15-20 ngày, phun thuốc cỏ Aly. Tiếp theo, nhổ cỏ bằng tay cho đến khi thu hoạch nếu cỏ thấp; cỏ mọc cao thì dùng dao phát sạch. Ít bị sâu bệnh hại nặng, nếu xuất hiện sâu bệnh thì có phun phòng bằng thuốc hóa học. 75 GIỐNG NGÔ ĐỊA PHƯƠNG SILI DIM Hình 2-11 : mẫu giống ngô Sli dim thu thập tại Điện Biên Phần 1: thông tin chung - Tên giống: Sli dim dút – Sli dim (ngô tẻ đỏ) - Ký hiệu: GN6 - Người thu thập: Nguyễn Văn Hà - Ngày thu thập: 21/07/05 - Nơi thu thập: Bản Pú Tửu 13- xã Thanh Xương - huyện Điện Biên - tỉnh Điện Biên - Tên chủ hộ: Quàng Văn Hịa Phần 2: mô tả giống: - Màu sắc thân: nâu nhạt và xanh nhạt; lá: xanh xẫm - Chiều cao cây : 200-250 cm; Chiều cao đóng bắp: 130-140 cm - Thời gian sinh trưởng : 120-125 ngày - Chiều dài bắp : 15,5 cm; Tỷ lệ hạt/bắp: 0,9 ; P1000 hạt: 325,9 g - Màu sắc hạt : đỏ và đỏ thẫm; màu sắc lõi: trắng - Chất lượng: rất ngon, dẻo, rất thơm - Năng suất trung bình : 55-60 tạ/ha Phần 3: mô tả điều kiện sinh thái và canh tác - Dân tộc gieo trồng: Kh’Mú - Điều kiện sinh thái của giống ngô: Sli dim dút – Sli dim - Giống được trồng trên nương cao hoặc nương thấp, độ dốc không lớn, + Yêu cầu của giống về đất: Yêu cầu đất trung bình, không kén đất trồng, + Giống yêu cầu cung cấp đầy đủ nước trong suốt quá trình sinh trưởng, song điều kiện trồng là hoàn toàn phụ thuộc vào nước mưa (bố trí gieo trồng vào đầu mùa mưa trong năm) 76 - Thời vụ gieo trồng: gieo: từ 15-20/3 hàng năm; thu hoạch từ 20-30/8 - Kỹ thuật để giống: chọn bắp ngô to đều, trông thích nhất để làm ngô giống. Sau đó, phơi khô cả lá bi, để trên gác bếp cho đến vụ gieo sau. Khi gieo, tẽ lấy hạt ngô ở giữa bắp ngô, bỏ phần hạt đầu và cuối bắp, loại bỏ hạt sâu bệnh hay bị mọt rồi đem gieo trực tiếp trên nương. - Kỹ thuật làm đất và gieo: tháng một dương lịch, lên nương dọn sạch cỏ; chặt, vơ cỏ thành đống lớn, để khô rồi đốt. Nếu có tiền, sẽ mua thuốc trừ cỏ phun (3 gói trừ cỏ Aly/1000m2). Dùng trâu cầy lật đất lên ở những chỗ nương phẳng, dễ làm. Chỗ nương khó làm thì cuốc bằng tay. Phơi nương ải trong vòng 1 tháng. Khi gieo, dùng cuốc bổ một hốc đúng bằng kích thước bàn cuốc, gieo 4-5 hạt giống ngô/hốc rồi lấp đất để chống chim chuột phá hại - Kỹ thuật chăm sóc: - Không bón phân cho ngô Sli dim dút – Sli dim - Làm cỏ 2 lần nữa sau khi gieo. Cụ thể, sau gieo 30 ngày, ngô mọc cao khoảng 40 cm, làm cỏ lần1. Trước khi thu hoạch 1 tháng, dùng dao phát sạch cỏ lần 2. 2.7 THU THẬP NGÂN HÀNG GEN HẠT NHÂN 2.7.1 Khái niệm: Khái niệm ban đầu : Ngân hàng gen hạt nhân (core collection) là sự thu thập một số mẫu nguồn gen giới hạn từ toàn bộ ngân hàng gen đã có, số mẫu này có số lượng nhỏ nhất nhưng đại diện cho đa dạng di truyền của các loài cây trồng và họ hàng hoang dại trong ngân hàng gen chung (Frankel 1984) Định nghĩa này có hai khái niệm như sau: - Thu thập ngân hàng gen hạt nhân là thu thập một số mẫu nguồn gen hạn chế từ toàn bộ mẫu thu thập hiện có, lựa chọn để đại diện cho phổ di truyền của toàn bộ nguồn gen, nó bao gồm sự đa dạng tối đa có thể ( Brown 1995). Như vậy một nguồn gen hạt nhân có thể gọi là “ Một tập hợp con” của toàn bộ nguồn gen trong ngân hàng gen - Toàn bộ các loài cây trồng, thu thập nguồn gen hạt nhân bao gồm một số lượng giới hạn của các dòng lựa chọn để đại diện đa dạng di truyền của toàn bộ các loài cây trồng và họ hàng hoang dại của chúng. Nó là một tập hợp và ngân hàng gen tối thiểu sử dụng trong hệ thống hợp tác ngân hàng gen quốc gia và quốc tế và được bổ sung những mẫu nguồn gen còn thiếu của loài và họ hàng hoang dại, những nơi còn thiếu trong hệ thống bảo tồn. Ngân hàng gen quốc tế thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật hạt nhân để bảo tồn lâu dài cho sử dụng, các nhà tạo giống, các nhà nghiên cứu và người sử dụng khác có thể tiếp cận nguồn gen dễ ràng. Sau 25 năm thu thập và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật để hình thành nên ngân hàng gen thực vật vô cùng lớn, nó đã xuất hiện những khó khăn trở ngại là: 1) Nguồn gen thu thập và bảo tồn quá lớn dẫn đến khó khăn về cỡ mẫu và tổ chức thu thập cũng như xắp xếp bảo tồn; 2) Nguồn gen trong bảo tồn quá lớn nhưng số đa dạng di truyền sử dụng lại không lớn, gây cản trở nhiều mục đích sử dụng khác. 77 Nhận thức đầy đủ về vấn đề này cho nên Frankel 1984 đề nghị giới hạn nguồn gen bằng thu thập nguồn gen hạt nhân, thiết lập từ một bộ mẫu nguồn gen (ngân hàng gen) đã thu thập. Số lượng tối thiểu nhưng đại diện đa dạng di truyền toàn bộ ngân hàng gen, đại diện cho mỗi cây trồng, loài hoang dại hoặc một nhóm của loài trong ngân hàng gen lớn đã có. Nó không lặp lại như thu thập thu thập nguồn gen tổng toàn bộ trước đó 2.7.2 Thu thập ngân hàng gen hạt nhân Thu thập mẫu hạt nhân có lợi giảm bớt khối lượng công việc và mức độ phức tạp khi bảo tồn, nhân giống, đổi mới hạt giống, tài liệu hóa, đánh giá và sử dụng. Đặc biệt giảm bớt khối lượng công việc và chi phí trong quản lý nguồn gen . Ngân hàng gen và thu thập nguồn gen hạt nhân được sử dụng trong trường hợp: - Nếu toàn bộ ngân hàng gen của một Quốc gia hay quốc tế sẽ có số lượng khổng lồ dẫn đến khó khăn cho hoạt động nghiên cứu, quản lý và sử dụng ngân hàng gen - Khi số lượng mẫu lớn như ngân hàng gen chung rất khó đánh giá, hiểu biết về đa dạng của toàn bộ ngân hàng gen chung như vậy - Khó xác định ưu tiên thu thập bổ sung vật liệu còn thiếu trong ngân hàng - Người sử dụng khó xác định biến dị trong một ngân hàng gen lớn như vậy và biến dị nào phù hợp cho chương trình tạo giống cho môi trường mục tiêu của họ a) Thu thập nguồn gen hạt nhân là gì? Khởi đầu “ Thu thập nguồn gen hạt nhân” (core collection) rất khó mô tả và thực hiện, đã có đến ba định nghĩa khác nhau. Khi O. Frankel và A.H.D. Brown năm 1984 đề xuất lần đầu tiên đề nghị “Thu thập mẫu hạt nhân từ về nguồn gen thu thập hiện có với số tối thiểu giống như các dòng trong ngân hàng gen”. Nhiều cỡ mẫu thu thập khác nhau đã gây khó khăn để đặc điểm hóa và đánh giá. Khái niệm trên đã đưa ra 02 định nghĩa đơn giản hơn. Định nghĩa 1: là sử dụng để thu thập nguồn gen cây trồng đặc thù trong ngân hàng gen, định nghĩa này dễ ràng hướng đến thu thập gồm nhóm loài liên quan hoặc với một tập hợp các mẫu thu thập có cùng nhóm phân loại giúp trong mạng lưới ngân hàng gen. Định nghĩa 2: mẫu hạt nhân là trung tâm hay phần quan trọng nhất, tâm điểm của phần quan trọng nhất. Với ý nghĩa này, mẫu hạt nhân có thể giúp nhận biết toàn bộ mẫu nguồn gen, nó có thể sử dụng để đánh giá, thu nhận thông tin, và nhận biết các thuộc tính của toàn bộ tập đoàn nguồn gen gốc Thu thập nguồn gen hạt nhân số lượng không nên vượt quá 10% tổng lượng nguồn gen và tổng số mẫu nguồn gen. Theo Brown 1989 thu thập hạt nhân không vượt quá 2000 mẫu. Thực tế chứng minh thu thập mẫu hạt nhân dao động từ 5 - 20% và như vậy lượng mẫu lớn nhất là 2.000 mẫu nguồn gen lấy ra từ tập đoàn nguồn gen gốc a) Phương pháp thu thập mẫu hạt nhân Phương pháp chọn lọc thu mẫu hạt nhân có thể chia thành 5 bước như sau - Nhận biết vật liệu đại diện trong tập đoàn ngân hàng gen gốc - Xác định cỡ của ngận hàng hạt nhân - Chia ngân hàng gen hạt nhân thành các nhóm riêng biệt - Xác định số dòng trên mỗi nhóm - Lựa chọn các dòng (entries) từ mỗi nhóm sẽ đưa vào nguồn gen hạt nhân Sự phức tạp hay đơn giản trong mỗi bước phụ thuộc vào thông tin đã có và phương pháp sử dụng, có thể thực hiện theo 2 bước cùng một thời điểm, có thể chọn mẫu điểm sơ bộ, trên mẫu điểm sơ bộ chọn mẫu điểm tiếp để đạt được mẫu điểm cuối cùng, như vậy vừa 78 đảm bảo số lượng tối thiểu vừa đảm bảo mẫu điểm đại diện cho ngân hàng gen một cách chính xác và chắc chắn Hình 2-12 : Sơ đồ mô tả dòng phát triển các bước thu thập mẫu hạt nhân Nguồn Th.J.L.van Hintum, A.H.D. Brown, and C. Spillane T.Hodgkin, 2000 b) Phương pháp lấy mẫu thu thập Phương pháp chọn lọc ngẫu nhiên từ ngân hàng gen gốc có thể sử dụng như là một phương pháp lấy mẫu của thu thập nguồn gen hạt nhân. Phương pháp đơn giản nhất và hầu như hiệu quả cũng thấp nhất, nhưng vẫn tốt hơn phương pháp lấy mẫu liên tục theo số thứ tự xắp xếp ngân hang gen. Một phương pháp đơn giản cải tiến là lấy mẫu theo xác xuất. Ví dụ lấy 10% của các mẫu nguồn gen có số thứ tự mà cuối cùng của số thứ tự đó là 0, nhưng phương này chỉ thỏa mãn khi không sử dụng bất kỳ thông tin nào của nguồn gen, vì nếu sử dụng như vậy sẽ cải thiện tính đại diện của mẫu nguồn gen hạt nhân. Các phương pháp thu thập mẫu hạt nhân khác được Hodgkin và cs (1995), Johnson và Hodgkin (1999),Van Hintum và cs. (2000) đã phát triển áp dụng cho các cây trồng và mục đích sử dụng khác nhau. Các mẫu gen hạt nhân cũng được xem xét thu thập dựa trên mức độ ưu tiên các tính trạng hay mẫu nguồn gen theo mục tiêu sử dụng. Ngoài ra thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân liên quan đến mức độ xói mòn nguồn gen, số mẫu đại diện cho loài, nguồn gen hiếm, allel đặc hữu hay nghèo nàn, tính trạng, vùng sinh thái và loại vật liệu đặc thù riêng biệt (Brown và Spillane, 1999). Nhận biết vật liệu đại diện cho ngân hàng gen gốc Mẫu nguồn gen hạt nhân là đại diện cho toàn bộ nguồn vật liệu di truyền hay nguồn gen đã thu thập, rõ ràng là khác nhau giữa các trường hợp thu thập. Nó phụ thuộc vào nguồn vật 79 liệu hiện có, sự phát triển tiếp theo của mẫu hạt nhân và mục tiêu thu thập, mục tiêu sử dụng... Nhưng thu thập mẫu hạt nhân phải đại diện cho nguồn vật liệu di truyền hay ngân hàng gen đang có. Thu thập mẫu hạt nhân đã được thiết lập để bao gồm vật liệu của cây trồng trong một số nguồn gen Cỡ mẫu điểm thu thập Sau khi xác định vật liệu mẫu hạt nhân đại diện, bước tiếp theo cần xác định cỡ mẫu, cỡ mẫu sẽ nhỏ hơn mẫu nguồn. Theo Spillane và cộng sự cỡ mẫu hạt nhân chiếm khoảng 5 - 20% tổng số mẫu nguồn gen hiện có, đôi khi số lượng mẫu nguồn gen quá lớn số mẫu hạt nhân có thể nhỏ hơn 5% . Ví dụ lúa mạch nguồn gen có 1.600 mẫu giống khi thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân ICRISAT lấy cỡ mẫu nhỏ hơn 0,3%, mẫu hạt nhân cây lúa miến lấy 600 mẫu từ nguồn 40.000 mẫu nguồn gen như vậy mẫu điểm chỉ chiếm 1,5% Một số mẫu điểm cho những nguồn gen có tính trạng đặc thù như quần thể ngô địa phương có khả nanưg kết hợp (KNKH) tốt, tính chống bệnh... như vậy thu thập mẫu điểm bảo đảm một bộ các mẫu đại diện cho đa dạng của các tính trạng quý hiếm, hay tính trạng mục tiêu từ ngân hàng gen. Đối với các loài hoang dại, tỷ lệ thu thập mẫu điểm có thể lớn hơn như các mẫu họ cà theo Spillane và cộng sự lấy 31% và như vậy, không có một tỷ lệ cố định cho tất cả các trường hợp mà tùy theo loài mục tiêu. Brown 1989 cho rằng tỷ lệ thu mẫu khoảng 10% của tổng nguồn gen và chứa 70% biến dị của nguồn gen là đảm bảo. Nếu nguồn gen được chia nhóm và tỷ lệ lấy mẫu nhỏ vẫn có thể đại diện được cho nguồn gen, một nghiên cứu của ICRISAT khi chia nguồn gen thành nhóm thu thập 3% của tổng số mẫu nguồn gen cũng chứa 90% biến dị của nguồn gen đó. 2.7.3 Chia nguồn gen thành các nhóm di truyền khác biệt a) Chia nguồn gen thành nhóm Sự thu mẫu đại diện cho toàn bộ đa dạng di truyền của nguồn gen hiệu quả phụ thuộc vào chia nguồn gen lần thứ nhất thành các nhóm, kỹ thuật này gọi là phân lớp, các nhóm có mức độ biến dị tối đa giữa các nhóm và tối thiểu trong một nhóm. Đây là kỹ thuật chìa khóa để thu thập mẫu hạt nhân thành công. Có nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau dựa trên thông tin đã có, vốn gen và ngân hàng gen. Hintum 1994 chia lần thứ nhất dựa trên phép phân loại, phân chia loài hoang dại theo các loài trồng và trong các nhóm này phân chia theo các loài và loài phụ theo phương thức bậc thang. Sử dụng phân loại và những kiến thức về thuần hóa, phân bố, lịch sử tạo giống, công thức luân canh, sử dụng một trật tự cấu trúc như vậy có thể phát triển thành cây đa dạng di truyền Qúa trình phân lớp thường liên quan đến tính xác thực của các nhóm phân loại, chia các loại cây trồng hoặc thành các nhóm sinh thái (nhóm sinh thái được hình thành với một lịch sử lâu dài). Ví dụ phân thành lúa mạch mùa xuân và lúa mạch mùa đông ( Knupffer và Van Hintum 1995), Zhang và công sự ở Trung Quốc phân nhóm vùng theo vùng trồng, ở nước ta các nhóm sinh thái lúa có thể chia thành các nhóm lúa xuân và lúa mùa, lúa cạn, lúa có tưới, lúa chịu nước sâu và luá nổi. Để phân nhóm nguồn gen cần có lượng thông tin phong phú khi thu thập ban đầu tạo ngân hàng gen gốc hoặc thông tin bổ sung trong quá trình nghiên cứu nguồn gen. Như vậy có thể phân chia thành các nhóm đồng nhất về di truyền. Một phương pháp tiếp cận khác là tạo các nhóm tương tự như mẫu nguồn gen bằng sử dụng phân tích đa biến (Crossa và cộng sự 1995), nếu có sẵn dữ liệu về marker, đặc điểm hình thái hoặc đặc điểm khác. Nếu có thể xây dựng cây di truyền của các nhóm, sử dụng một dãy của phân tích đám (cluster), phương pháp phân tích tổ hợp hay biệt thức. Phương pháp này có thể sử dụng cùng với phương pháp phân loại mô tả trên. Trong nghiên cứu cây vừng ở Trung Quốc 14 nhóm khác nhau được thiết lập sử dụng địa lý, loại giống (giống cải 80