by Thai Dang
Trong vài năm gần đây, cà phê F1 hay giống cây F1 đang là chủ đề khá hot nếu bạn quan tâm đến lịch sử, giống, loài, và tương lai của cà phê. Vậy cà phê F1 là gì? Vì sao F1 quan trọng và các vấn đề trong việc lai tạo và phát triển F1 là gì? Hy vọng bài viết này có thể giải đáp được một vài câu hỏi trong chủ đề bất tận này.
Đôi nét về giống lai F1
F1 hybrid (hay filial 1 hybrid) là thế hệ đầu tiên thu được từ sự lai tạo giữa hai loài bố mẹ cơ bản. Hạt giống F1 được tạo ra nhằm tạo ra thế hệ mới có đặc điểm mong muốn từ cây bố mẹ. Giống F1 hybrid khác với giống thuần (Open pollinated hay OP) – OP là giống thụ phấn tự nhiên, là kết quả của chọn lọc (phần lớn là chọn lọc tự nhiên) qua nhiều năm. OP hợp với vùng khí hậu và thổ nhưỡng nhất định. Nếu cây OP thụ phấn trong thì đời tiếp theo sẽ giữ được nhiều đặc điểm nguyên bản khá ổn định. Trong khi đó, con của F1 (thế hệ F2, F3 sau này) không còn giữ được đặc tính tốt từ F1 nữa (mình sẽ giải thích kĩ sau).
H3 – giống cà phê F1 (hình từ World Coffee Research)
F1 khác thực phẩm biến đổi gen GMO. GMO là sinh vật có DNA bị thay đổi một cách "phi tự nhiên", thường là do con người tái tổ hợp gen từ các loài khác nhau trong cùng họ hay khác họ. Khi bạn lai hai giống cà phê bằng cách thụ phấn nhân tạo, đời tiếp theo là F1. Nhưng khi bạn thấy giống ngô có khả năng chịu sâu bệnh vì gen được tái tổ hợp với vi khuẩn Bacillus thuringiensis, đây là ngô GMO.
Vì sao F1 quan trọng?
Với đặc điểm nổi trội về sản lượng, về khả năng chịu hạn, chịu sâu bệnh, và nhiều khi về chất lượng, hạt giống F1 là lựa chọn ưa thích trong canh tác nông nghiệp. Thử tưởng tượng, khi vào siêu thị mua cà chua, khách hàng muốn mua cà chua đồng đều về màu sắc, hình dạng, và hương vị. Những đặc tính này thường chỉ có từ hạt F1. Với cà chua từ hạt OP, mỗi trái có thể có màu sắc, hương vị, hình dạng khác nhau. F1 ra đời để phục vụ nhu cầu thưởng thức và mua sắm của số đông.
Còn cà phê thì sao? Như đã từng đề cập trong bài về Robusta, cà phê Arabica có 44 nhiễm sắc thể và có thể tự thụ phấn, trong khi đó Robusta có 22 nhiễm sắc thể và bắt buộc phải thụ phấn chéo để có thể sinh trưởng. Các thế hệ sau của Arabica ổn định, nhưng khả năng chịu sâu bệnh và chất lượng sản phẩm sẽ giảm dần sau thời gian dài. Việc trồng mới Arabica sau 15-20 năm là cần thiết, nhưng do bản chất tự thụ phấn của Arabica và do lịch sử phát triển Arabica trên toàn cầu, hạt giống Arabica không có sức đề kháng cao, nhất là trong hoàn cảnh biến đổi khí hậu và sâu bệnh ngày càng phức tạp như hiện nay.
Ngoài việc quay lại về cội nguồn của Arabica để tìm các giống nguyên bản tại Ethiopia, lai tạo giống mới và trồng hạt giống F1 là hai cách phổ biến nhất trong việc canh tác Arabica hiện nay.
Cà phê giống lai F1 là gì?
Cà phê giống lai F1 là thế hệ đầu tiên thu được từ việc lai tạo hai loài bố mẹ. Nếu F1 chỉ đơn giản là con lai, cây cà phê F1 khác gì so với những cây cà phê khác phần lớn cũng là lai?
Đầu tiên, giống lai không phải là giống đột biến tự nhiên (mutation). Giống đột biến như Caturra, Pacas hay Villa Sarchi là giống mới được chọn lọc từ đột biến tự nhiên của hạt cà phê Bourbon. Giống đột biến thường xảy ra trong tự nhiên, sau đó được con người tiếp tục nuôi dưỡng và phát triển để tạo ra giống mới. Hạt Pacas từ nông trại gia đình Pacas ở El Salvador là một ví dụ. Sau khi được phát hiện vào năm 1949, giống Bourbon lùn này được chọn lọc qua các thế hệ và qua nhiều năm, hạt Pacas thuần chủng được giới thiệu rộng rãi dưới cái tên Pacas.
Có hai loại giống lai. Giống lai interspecific là lai giữa hai loài cà phê khác nhau, như giống Hibrido de Timor là con giữa loài C. canephora và C. arabica. Giống lai intraspecific là lai giữa hai giống trong cùng loài, Mundo Novo (con của Typica x Bourbon), hay Catuai (từ Mundo Novo x Caturra) là hai ví dụ tiêu biểu.
Thông thường sau khi có giống lai, các viện nghiên cứu cần nhiều thời gian để tạo ra giống mới ổn định. Cách tạo ra giống ổn định truyền thống và an toàn nhất là backcross. Ví dụ ta lai A x B ra F1 có nhiều đặc tính của cả A và B. Hạt giống từ đời F1 sẽ được lai lại với B (backcross) ra đời F2. Theo định luật di truyền Mendel, đời F2 sẽ chỉ có một số lượng hạt nhất định có đặc tính của A, phần còn lại sẽ có biểu hiện gen lặn không mong muốn. Ta cần chọn hạt giống đời F2 có đặc tính tốt từ cây mẹ A để lai tiếp với cây B. Quá trình này cần lặp đi lặp lại qua nhiều thế hệ. Trong việc nhân giống cà phê, phải đến đời F5, hạt cà phê mới có đặc tính ổn đinh. Giống Castillo được ra đời như vậy. Đây là cách lai tạo giống mới.
Backcross an toàn nhưng rất tốn thời gian: mất 20-25 năm để tạo ra đời F5. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và các loại sâu, bệnh, đặc biệt là bệnh gỉ sắt và nhiều loại vi khuẩn có khả năng phát triển/biến đổi nhanh, 20-25 năm để tạo ra giống mới mất quá nhiều thời gian, không thể đáp ứng nhu cầu trồng mới và nhu cầu tiêu thụ Arabica toàn cầu.
Đó là lí do F1 xuất hiện. Với đặc tính tốt từ cây bố mẹ, giống cà phê lai F1 thường có sức đề kháng và khả năng chịu hạn cao, có năng suất cao nhưng hương vị vẫn tương tự. Tuy nhiên, vấn đề của F1 là các đời sau (F2 trở đi), các đặc điểm tốt sẽ dần bị thoái hóa và biến mất. Nói cách khác, người nông dân không nên trồng hạt giống từ cây F1. Do đó, mỗi khi muốn thay giống cũ, người trồng cần mua giống mới. Giá hạt F1 tương đối cao và là khoản đầu tư lớn, không sinh lời ngay lập tức. Việc đầu tư cho hạt F1 liên tục là điều không thể/không nên, nhất là khi thị trường cà phê cực kì thiếu ổn định và giá cả lên xuống thất thường.
Ruiru 11, giống F1 từ những năm 80s, là ví dụ tiêu biểu. Chất lượng hạt Ruiru 11 khá tốt. Nhưng khi ta trồng đời tiếp theo của Ruiru, hạt giống không đồng đều, thiếu ổn định, có cây cao cây thấp và sức đề kháng giảm sút.
Dĩ nhiên, công nghệ trồng cây F1 có nhưng thậm chí còn tốn nhiều công sức và tiền bạc hơn việc mua hạt giống F1. Bài viết này không đủ để nói về việc nuôi cấy bằng công nghệ sinh học nhưng nói chung, khi cần công nghệ + phòng thí nghiệm + thời gian, việc nuôi cấy như vậy là quá sức với phần lớn người trồng cà phê. Cho tới thời điểm hiện tại, Starmaya là giống cà phê F1 duy nhất có thể nhân giống bằng việc trồng hạt cà phê, thay vì phải dùng cách nhân giống vô tính hay thụ phấn nhân tạo. (Mình sẽ đề cập sau hơn vào phần tiếp theo).
Một số giống cà phê lai F1 tiêu biểu
Ruiru 11: Sau khi khi bệnh Coffee berry disease hoành hành Kenya vào năm 1968, viện nghiên cứu cà phê tại Ruiru, Kenya, phát triển giống Ruiru 11 có khả năng chống chịu CBD. Mất khoảng 15 năm, Ruiru 11 được giới thiệu vào năm 1985. Cây bố của Ruiru 11 là cây lai giữa Rume Sudan, Timor Hybrid và K7 (chịu bệnh CBD), N39, SL28, SL34, Bourbon (cho hương vị tốt). Cây mẹ là Catimor giống lùn, có khả năng chịu gỉ sắt và CBD.
Ruiru 11 – giống cà phê F1 (hình từ World Coffee Research)
Ruiru 11 còn được gọi là composite cultivar do bộ gen quá phức tạp. Hạt giống từ cây Ruiru 11 là một mớ hỗn độn ^^’ Ruiru 11 không còn phổ biến tại Kenya và Tanzania như xưa, thay vào đó là Batian – đời F5 của Ruiru 11.
H1 (Centroamericano): Lai F1 giữa Sarchimor T5296 (kháng bệnh gỉ sắt) và Rume Sudan. H1 có khả năng kháng gỉ sắt tốt, năng suất cao (gấp ~30% so với Caturra hay Catuai), chất lượng tốt, và có thể sinh trưởng trong điều kiện khắc nghiệt. H1 được phát triển dưới sự dẫn dắt của CIRAD, PROMECAFE, và CATIE.
H3: Caturra x Landrace từ Ethiopia, code name E531 từ viện CATIE. H3 có chất lượng tốt nhưng không có sức đề kháng cao.
H16 (Mundo Maya): giống lai F1 giữa T5296 (chịu bệnh gỉ sắt) và ET01 (giống Ethiopia). H16 có năng suất cao trong điều kiện đất tốt và khi được trồng trong hệ thống nông-lâm kết hợp (agroforestry/shade-grown system). H16 có chất lượng cao từ 1300m trở lên.
Để trồng mới các giống trên, người trồng cà phê thường có 3 lựa chọn: mua hạt giống F1 mới, nhân giống vô tính bằng cách chiết cành, hoặc thụ phấn nhân tạo. 3 cách này đều tốn kém và mất thời gian. Đó là lý do CIRAD đã phát triển một giống mới là Starmaya: giống cà phê có thể nhân giống F1 bằng cách dùng cây vô sinh nam.
Starmaya – giống cà phê F1 (hình từ World Coffee Research)
Starmaya: Vì sao Starmaya đặc biệt? Như đã nói, để nhân giống F1 có 2 cách. Cách 1: Nhân giống vô tính bằng chiết cành hay nuôi cấy phôi soma -- cần nhiều thời gian và công sức. Cách 2: Thụ phấn bằng tay đòi hỏi người trồng nhặt bỏ nhụy hoa trước khi mang phấn từ cây khác sang thụ phấn cho hoa đã mất nhụy (mất nhụy = vô sinh nam). Cách này rất mất thời gian và không thể thực hiện trên quy mô lớn.
Dùng cây vô sinh nam là giải pháp tối ưu. Để tạo ra Starmaya, CIRAD lai cây mẹ với cây nam vô sinh (=không có phấn hoa). Việc dùng cây vô sinh nam trong việc sản xuất F1 không mới; khoa học đã tạo ra nhiều thế hệ F1 trong nghiên cứ về gạo, lúa mì, hay cao lương. Tuy nhiên, trong cà phê, Starmaya là giống F1 đầu tiên dùng phương pháp này.
CIRAD dùng giống đột biến tự nhiên CIR-SM01 (nguồn gốc từ cây Ethiopia Arabica tại viện CATIE). Giống vô sinh nam tự nhiên này được phát triển trong phòng thí nghiệm Nicaragua bằng việc nuôi cấy phôi soma trước khi được mang ra vườn ươm. Sau khi xác định kiểu hình của đột biến này ổn định qua thời gian và không bị ảnh hưởng bởi thổ nhưỡng và khí hậu, giống vô tính nam được lai với Marsellesa®.
Marsellesa® (có kí hiệu ® vì đây là giống đã đăng kí bản quyền): Được phát triển bởi ECOM-CIRAD tại Nicaragua. Đây là giống lai giữa Timor Hybrid 832/2 và Villa Sarchi CIFC 971/10. Marsellesa® có sức kháng chịu cao với bệnh gỉ sắt và trong điều kiện khắc nghiệt.
Starmaya có năng suất cao hơn khoảng 30% so với Marsellesa® với hương vị tốt và sức đề kháng cao. Ngoài ra, do một trong những cây tạo ra F1 là vô sinh nam, đời con của F1 luôn có bộ gen trội của cả bố lẫn mẹ. Thay vì phải thụ phấn bằng tay, Starmaya có thể được thụ phấn tự nhiên (bằng gió hay ong). Đời sau của Starmaya luôn là giống lai, thay vì là mix giữa hạt lai, hạt chỉ có đặc điểm của cây mẹ, hay hạt chỉ có đặc điểm của cây bố.
(Mình rất hiểu viết như thế này thực ra cũng không dễ hiểu chút nào ^^’ bạn có thể đọc về định luật di truyền Mendel và sách giáo khoa sinh học để hiểu rõ hơn xD hoặc ghé 96B để người viết vẽ biểu đồ nhìn cho trực quan nhé :P)
Với những đặc tính nổi trội trên, Starmaya đang là chủ đề rất được quan tâm nếu bạn tìm hiểu về giống cà phê nói chung và cà phê F1 nói riêng. Không chỉ có hương vị tốt, việc sinh sản và trồng mới một cách dễ dàng của giống F1 này là điểm hấp dẫn nhất với người nông dân.
F1 tại Việt Nam
Tại Việt Nam, project BREEDCAFS đã bắt đầu giới thiệu giống F1 tới Việt Nam từ 2017. Tại Sơn La và Điện Biên, CIRAD, thông qua BREEDCAFS giới thiệu các giống F1, như Starmaya, H1, H16, được phát triển từ đầu những năm 2000. Các giống này đã được trồng tại Trung Mĩ với kết quả tốt.Kết quả cupping của vụ mùa đầu tiên cuối năm 2020 khá ấn tượng. Các giống này cũng đặc biệt thích hợp với độ cao từ 1300m trở lên, khi được trồng dưới bóng râm và/hoặc trong hệ thống nông-lâm kết hợp.
BREEDCAFS project tại Viêt Nam (hình từ CIRAD)
Khi giống Catimor cũ ngày càng yếu kém (cả về mùi vị lẫn sức đề kháng), F1 với chất lượng tốt, kháng sâu bệnh, thích nghi cao với biến đổi khí hậu là câu trả lời thích hợp. Không những thế, trồng nhiều giống F1 còn giúp người nông dân đa dạng hóa cây trồng, mang lại năng suất cao, chất lượng tốt, và kéo theo đó là giá thành cao.
Ngoài ra, bài toán mua hạt F1 mới cũng phần nào được giải quyết với giống F1 như Starmaya. Việc nhân giống trở nên dễ dàng và rẻ hơn rất nhiều so với việc trồng hạt F1 thông thường. Với năng suất lên đền nửa triệu hạt giống trên một ha và khả năng thụ phấn tự nhiên, hạt giống Starmaya có giá thành bằng một nửa hạt giống lai Arabica F1 khác. Vấn đề duy nhất là 10% cây con của Starmaya sẽ không có kiểu hình giống bố mẹ, vì giống CIR-MS01 có gen chưa ổn định.
Bảng so sánh năng suất các giống F1 vs giống cũ (Caturra và Marsellesa®) (Marie, L. et al.)
Tổng kết dự án BREEDCAFS tại Sơn La và Điện Biên cho thấy, các giống Marsellesa và F1 đều có khả năng sinh trưởng, hương vị và năng suất tốt hơn giống Catimor cũ được trồng tại Tây Bắc. Sơn La có kế hoạch tái canh tác 8000ha cà phê, với 500ha cho specialty coffee. Điện Biên cũng cho biết sẽ dành 300ha cho specialty coffee.
Nếu bạn quan tâm đến tương lai cà phê Việt Nam, giống lai F1 là chủ đề bạn cần biết. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu phần nào về chủ đề phức tạp nhưng rất thú vị này.
Mỗi bài blog là tài sản trí tuệ của 96B cafe & roastery. Nếu các bạn muốn chia sẻ, hay ghi rõ nguồn www.96B.co - xin cảm ơn.
REFERENCE:
Arabica coffee: Starmaya, a hybrid variety available in seed form for the first time. CIRAD. https://www.cirad.fr/en/press-area/press-releases/2019/starmaya-coffee-seeds-arabica. (retrieved 6 May 2022).
BREEDing Coffee for AgroForestry Systems. CORDIS. https://www.cordis.europa.eu/project/id/727934. (retrieved 6 May 2022).
Combating Climate Change’s Impact With Hybrid Coffee Varieties. Perfect Daily Grind. https://perfectdailygrind.com/2020/07/combating-climate-changes-impact-with-hybrid-coffee-varieties/ (retrieved 6 May 2022).
Etienne, H., Breton, D., Breitler, J. C., Bertrand, B., Déchamp, E., Awada, R., Marraccini, P., Léran, S., Alpizar, E., Campa, C., Courtel, P., Georget, F., & Ducos, J. P. (2018). Coffee Somatic Embryogenesis: How Did Research, Experience Gained and Innovations Promote the Commercial Propagation of Elite Clones From the Two Cultivated Species?. Frontiers in plant science, 9, 1630.
Georget, F., Marie, L., Alpizar, E., Courtel, P., Bordeaux, M., Hidalgo, J. M., Marraccini, P., Breitler, J. C., Déchamp, E., Poncon, C., Etienne, H., & Bertrand, B. (2019). Starmaya: The First Arabica F1 Coffee Hybrid Produced Using Genetic Male Sterility. Frontiers in plant science, 10, 1344.
Marie, L., Abdallah, C., Campa, C., Courtel, P., Bordeaux, M., Navarini, L., Lonzarich, V., Skovmand Bosselmann, A., Turreira-García, N., Alpizar, E., Georget, F., Breitler, J., Etienne, H., & Benoît Bertrand, B. Bertrand. (2020). G × E interactions on yield and quality in Coffea arabica: new F1 hybrids outperform American cultivars. Euphytica, 216, 78. doi: 10.1007/s10681-020-02608-8
van der Vossen, H., Bertrand, B. & Charrier, A. Next generation variety development for sustainable production of arabica coffee (Coffea arabica L.): a review. Euphytica 204, 243–256 (2015).
World Coffee Research Arabica Variety Catalogue. World Coffee Research.https://varieties.worldcoffeeresearch.org/varieties. (retrieved 6 May 2022).
Comments