Chọn tạo và sử dụng các dòng bất dục đực gen nhân mẫn cảm môi trường trong tạo giống lúa lai hai dòng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRẦN VĂN QUANG
CHỌN TẠO VÀ SỬ DỤNG CÁC DÒNG BẤT DỤC ĐỰC
GEN NHÂN MẪN CẢM MÔI TRỜNG TRONG TẠO
GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG
MÃ SỐ : 62.62.05.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS BÙI BÁ BỔNG
2. PGS.TS NGUYỄN THỊ TRÂM
HÀ NỘI, 2008

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các
thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Bá Bổng và PGS.TS
Nguyễn Thị Trâm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực
hiện đề tài cũng như hoàn chỉnh luận án.
Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học
Nông nghiệp Hà Nội, Ban lãnh đạo Viện Sinh học Nông nghiệ
p, Ban chủ nhiệm
khoa Nông học, khoa Sau đại học, các thầy cô giáo bộ môn Di truyền Giống,
khoa Nông học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công
trình nghiên cứu này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Giáo dục và
Đào tạo, PGS.TS Nguyễn Văn Hoan-Chủ nhiệm đề tài “Kết hợp kỹ thuật chọn
lọc marker phân tử với phương pháp truyền thống trong chọ

n tạo giống lúa lai
hai dòng" đã hỗ trợ kinh phí để thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Phòng Nghiên cứu ứng dụng
ưu thế lai, Viện Sinh học Nông nghiệp, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa
43 đến khóa 48 đã cộng tác giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu.
Sau cùng là gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời
gian, công sức và kinh phí để tôi hoàn thành công trình nghiên c
ứu này.
Tôi xin chân thành cảm ơn./.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2008
Tác giả

Trần Văn Quang

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và đã được công bố một phần trong luận
văn Thạc sĩ của tôi, các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án đều được
ghi rõ nguồn gốc.



Tác giả luận án
Trần Văn Quang

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iii

MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
A : Dòng bất dục đực tế bào chất
AFLP : Đa hình chiều dài đoạn phân cắt được nhân bội
(Amplified fragment leghth polymophisms)
B : Dòng duy trì tính bất dục đực tế bào chất.
BSA : Phân tích thể phân ly theo nhóm (Bulked segregant analysis)
CMS : Dòng bất dực đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility)
EGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường
(Environment- sensitive Genic Male Sterility)
GA
3
: Gibberellic acid
MAS : Chọn giống nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử
(Marker Asisted Selection).
PGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng
(Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility)
P(T)GMS : Bất dục đực mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng và nhiệt độ
(Photoperiodic and Thermo-sensitive Genic Male Sterility)
Phytotron : Buồng khí hậu nhân tạo
R : Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer)
RAPD : ADN khác biệt được nhân bội ngẫu nhiên
(Randomly Amplified Polymorphic DNA)
RFLPs : Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới hạ
n
(Restriction Fragment Length Polymorphisms)
TGMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ
(Thermo-sensitive Genic Male Sterility)
T(P)GMS : Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ và chu kỳ chiếu sáng
(Thermo and Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility)
WA : Bất dục đực hoang dại (Wild Abortive)

WCG : Gen tương hợp rộng (Wide Compatibility Gene)

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iv
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
I
LỜI CAM ĐOAN
ii
MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN
III
MỤC LỤC
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
VII
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH MINH HOẠ
X
MỞĐẦU 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1
2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI 3
2.1 Mục đích 3
2.2 Yêu cầu 3
3. Ý NGHĨ
A KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4
3.1 Ý nghÜa khoa häc 4
3.2 Ý nghÜa thùc tiÔn 4
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC
CỦA ĐỀ TÀI
6
2.1 Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới
6
2.2 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa
8
2.3 Nghiên cứu phát triển lúa lai hai dòng
10
2.3.1 Nghiên cứu và sử dụng các dòng EGMS 11
2.3.2 Phương pháp chọn tạo các dòng EGMS 18
2.3.3 Phương pháp đ
ánh giá các dòng EGMS 24
2.3.4 Phương pháp chọn thuần và nhân các dòng EGMS 27

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
v
2.3.5 Dòng phục hồi và gen tương hợp rộng 31
2.3.6 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp của dòng EGMS 33
2.3.7 Kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng 36
2.3.8 Những thành công và hạn chế của lúa lai hai dòng 37
2.4 Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 38
2.4.1 Những thành tựu về nghiên cứu 38
2.4.2 Phát triển lúa lai thương phẩm 40
2.4.3 Sản xuất hạt giống lúa lai F1 41
2.4.4 Những tồn tại trong nghiên cứu và phát triể
n lúa lai 42
2.4.5 Định hướng phát triển lúa lai trong thời gian tới 42
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

44
2.1 Vật liệu 44
2.2 Nội dung 45
2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 45
2.4 Phương pháp nghiên cứu 45
2.4.1 Nội dung 1: Phân lập và đánh giá các TGMS và PGMS 45
2.4.2 Nội dung 2: Tìm hiểu gen kiểm soát tính mẫn cảm quang
chu kỳ của dòng P5S
48
2.4.3 Nội dung 3: Lai thử, đánh giá tổ hợp lai và xác định khả
năng kế
t hợp của các dòng EGMS
49
2.4.4 Nội dung 4: Thiết lập qui trình nhân dòng bất dục P5S 50
2.4.5 Nội dung 5: Thiết lập qui trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp
TH5-1
51
2.4.6 Các chỉ tiêu theo dõi 52
2.4.7 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu 52
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55
3.1 KẾT QUẢ PHÂN LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG EGMS 55
3.1.1 Tóm tắt quá trình lai và chọn lọc 55

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vi
3.1.2 Kết quả phân lập các dòng EGMS mới 55
3.1.3 Đặc điểm cơ bản của các dòng mới phân lập 59
3.1.4 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S ởđiều
kiện tự nhiên trong vụ mùa
66

3.1.5 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S ởđiều
kiện tự nhiên trong vụ xuân
69
3.1.6 Kết quảđánh giá các dòng EGMS tại Quảng Nam 73
3.1.7 Khả năng sử dụng dòng P5S ở Việt Nam 78
3.1.8 Kết quả xác đị
nh thời kỳ mẫn cảm của các dòng EGMS 80
3.1.9 Đặc điểm của các dòng EGMS sau khi xử lý trong
Phytotron
83
3.1.10 Đặc điểm của dòng P5S và T4S trong điều kiện hữu dục 84
3.1.11 Đặc điểm của dòng P5S và T4S trong điều kiện bất dục 87
3.2 KIỂM SOÁT DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG TỔ HỢP CỦA
DÒNG P5S
90
3.2.1 Phân tích di truyền tính trạng bất dục đực mẫn cảm quang
chu kỳ củ
a dòng P5S
90
3.2.2 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng EGMS 93
3.3 ĐÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN TỔ HỢP LAI MỚI 97
3.3.1 Đánh giá con lai F1 trong vụ xuân 97
3.3.2 Đánh giá con lai F1 trong vụ mùa 112
3.4 NHÂN DÒNG MẸ VÀ SẢN XUẤT HẠT LAI F1 TỔ HỢP
TH5-1
119
3.4.1 Nhân dòng bất dục P5S trong vụ xuân 119
3.4.2 Sản xuất hạt lai F1 121
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 132
4.1 Kết luận 132

4.2 Đề nghị 133
TÀI LIỆU THAM KHẢ
O 134

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng Tên Bảng Trang
3.1 Kết quả phân lập cây bất dục và hữu dục ở hai công
thức xử lý
57
3.2
Phân loại các cá thể PGMS và TGMS được phân lập
58
3.3 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của dòng P5S
và T4S qua các thời vụ trong vụ mùa 2002
61
3.4 Một sốđặc tính nông sinh học của dòng P5S và T4S
qua các thời vụ trong vụ mùa 2002
62
3.5 Đặc điểm hình thái của dòng P5S và T4S mới phân lập 64
3.6 Quá trình chuyển đổi tính dục của dòng P5S và T4S
trong vụ mùa 2002
66
3.7 Quá trình chuyển đổi tính dục của các dòng EGMS ở
điều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2003
70
3.8 Thời gian từ gieo đến trỗ, số lá trên thân chính củ
a các
dòng EGMS qua các thời vụ (Vụ xuân 2005 tại Quảng

Nam)
75
3.9 Quá trình chuyển đổi tính dục của các dòng EGMS ở
điều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2005 tại Quảng Nam
77
3.10 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức I (12 giờ
15 phút + 28,0
O
C) ở các bước phân hoá đòng khác
nhau
81
3.11 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức II (13
giờ + 20,0
0
C) ở các bước phân hoá đòng khác nhau
82
3.12 Một sốđặc điểm của các dòng EGMS sau khi xử lý
nhân tạo
83
3.13 ảnh hưởng của thời vụđến tỷ lệđậu hạt và một sốđặc
tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ xuân
2003
85
3.14 Một sốđặc điểm nông sinh học của hai dòng P5S và
T4S ởđiều kiện hữu dục
86
3.15 ảnh hưởng của thời vụđến tỷ lệđậu hạt và một s
ốđặc
tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ mùa
88

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
viii
2003
3.16 Một sốđặc điểm của các dòng EGMS ởđiều kiện bất
dục
89
3.17 Tỷ lệ phấn hữu dục của con lai F1 và các dòng bố mẹ 90
3.18 Thống kê tần số phân ly thực nghiệm và lý thuyết về tỷ
lệ hữu dục : bất dục trong quần thể F2 của các tổ hợp
lai
92
3.19
Tỷ lệ phân ly hữu dục : bất dục ở F1 của con lai trở lại
(BC1F1)
92
3.20 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹđối
với một số tính trạng
93
3.21 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của
tính trạng chiều dài bông
94
3.22 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của
tính trạng số bông/khóm
95
3.23 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của
tính trạng số hạt/bông
95
3.24 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của
tính trạng khối lượng 1000 hạt

96
3.25 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của
tính trạng Năng suất thực thu
97
3.26
Một số tính trạng số lượng của các tổ hợp lai trong vụ
xuân 2004
98
3.27 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh của các tổ hợp lai
trong điều kiện tự nhiên ở vụ xuân 2004
100
3.28
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ
hợp lai
103
3.29 Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các tổ hợp
lai
105
3.30 Kết quả tuyển chọn các tổ hợp lai bằng chỉ số chọn lọc 106
3.31 Giá trịưu thế lai thực (Hb) và ưu thế lai chuẩn (Hs) của 108

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
ix
tính trạng số lượng
3.32 Giá trịưu thế lai thực (Hb) và ưu thế lai chuẩn (Hs)
trên các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất
111
3.33
Một số tính trạng số lượng của các tổ hợp lai trong vụ
mùa 2004

112
3.34 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh trên đồng ruộng của
các tổ hợp lai ở vụ mùa 2004
114
3.35
Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ
hợp lai
115
3.36
Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các tổ hợp lai mới
tuyển chọn
117
3.37 Mức phản ứng với các chủng vi khuẩn gây bệnh bệnh
bạc lá của các dòng bố mẹ và con lai TH5-1
118
3.38 ảnh hưởng của mật độ cấy, lượng phân bón đến năng
suất thực thu ruộng nhân dòng P5S ở vụ xuân 2007
(tạ/ha)
119
3.39 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng
bố mẹ trong vụ xuân
122
3.40 Một sốđặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ 123
3.41 ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ và lượng GA
3
phun
đến năng suất ruộng sản xuất F1 ở vụ xuân 2004
124
3.42 ảnh hưởng của cách phun GA
3

đến một sốđặc điểm
sinh học của dòng mẹ
125
3.43 ảnh hưởng của cách phun GA
3
đến các yếu tố cấu
thành năng suất và năng suất hạt lai F1 ở vụ xuân 2005
126
3.44 Một sốđặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ và
năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 trong vụ mùa 2005
129
3.45
Kết quả sản xuất thử hạt lai F1 tổ hợp lai TH5-1 130

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
x
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Đồ thị Tên đồ thị Trang
3.1 ảnh hưởng của nhiệt độ và độ dài chiếu sáng ở thời kỳ
mẫn cảm đến tỷ lệ hạt phấn hữu dục của các dòng
EGMS trong điều kiện vụ mùa ở Hà Nội
67
3.2 ảnh hưởng của nhiệt độ và độ dài chiếu sáng ở thời kỳ
mẫn cảm đến tỷ lệ
hạt phấn hữu dục của các dòng
EGMS
71
3.3 DiÔn biÕn ®é dµi ngµy t¹i ba vÜ ®é kh¸c nhau 79

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH MINH HỌA

ẢNH TÊN ẢNH TRANG
1 Các dòng F4 cấy trong chậu trước khi đưa vào
Phytotron xử lý
60
2 Các dòng F4 cấy trong nhà lưới để đánh giá đặc điểm
nông sinh học
60
3 Các dòng EGMS được đưa vào Phytotron để xử l ý 65
4 Kiểu cây dòng P5S 65
5 Kiểu cây dòng T4S 65
6 Hạt phấn của dòng P5S ở thời kỳ hữu dục 72
7 Hạt phấ
n của dòng P5S ở thời kỳ bất dục 72
8 Tổ hợp lai TH5-1 trong thí nghiệm so sánh vụ xuân
2004
116
9 Tổ hợp lai TH5-1 được trồng tại Gia Lâm, Hà Nội vụ
xuân 2005
116
10
Ruộng nhân dòng P5S trong vụ xuân 2007 120
11 Thí nghiệm mật độ và phân bón cho ruộng nhân
dòng P5S
120
12
Ruộng sản xuất thử hạt lai F1 tổ hợp lai TH5-1 131
13 Ruộng sản xuất hạt lai F1 tổ hợp lai TH5-1 sau thu
hoạch dòng bố
131

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
1
MỞĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu chọn tạo các giống lúa lai của Việt Nam là một đòi hỏi tất
yếu trong những năm gần đây và tương lai vì diện tích trồng lúa lai của nước
ta ngày một tăng. Năm 1991 chỉ có 100 ha cấy thửđến năm 2005 diện tích
trồng lúa lai đạt mức 615.000 ha, năng suất lúa lai đạt bình quân 63 tạ/ha. Đặc
biệt là lúa lai hai dòng, diện tích trồng tăng khá nhanh, năm 1996 mớ
i đưa vào
trồng thử nghiệm nhưng đến năm 2005 diện tích đã đạt 130.000 ha chiếm gần
1/5 diện tích lúa lai.
Phần lớn các tổ hợp lai hai dòng đang trồng phổ biến tại Việt Nam có
năng suất không cao hơn các tổ hợp lúa lai ba dòng. Công nghệ nhân dòng bố
mẹ và sản xuất hạt giống lúa lai F1 của các tổ hợp này gặp nhiều khó khăn về
độ thuần, độ ổn định bất dục và khả
năng nhận phấn ngoài của các dòng mẹ.
Đây là những lý do hạn chế việc mở rộng diện tích trồng lúa lai hai dòng ở
Việt Nam.
Muốn mở rộng diện tích lúa lai hai dòng ở Việt Nam cần phải chủđộng
tạo ra những tổ hợp lai có năng suất cao, chất lượng tốt thích hợp với điều
kiện khí hậu, đất đai và trình độ thâm canh. Khi có tổ hợp lai thì tất yếu sẽ
hoàn toàn chủđộ
ng về nguồn giống bố mẹ, qui trình sản xuất hạt lai F1 và sẽ
có cơ hội hạ giá thành cũng như giá bán cho nông dân. Để thực hiện được
mục tiêu này cần phải chọn tạo được các dòng mẹ bất dục ổn định, độ thuần
đạt tiêu chuẩn nguyên chủng, dễ sản xuất hạt lai và con lai F1 có năng suất
tương đương với các tổ hợp lúa lai đang trồng phổ biến.
Dòng mẹ của lúa lai hai dòng là dòng bất dục đực gen nhân (Dòng bất
dục đực di truyền nhân) mẫn cảm với môi trường. Hiện nay người ta đã tìm ra

hai loại dòng bất dục đó là: (1) - Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với
nhiệt độ (TGMS) và (2) - Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với quang chu
kỳ (PGMS). Cả hai loại dòng này đều có thể sử dụng được ở Việt Nam. Tuy

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
2
nhiên khi sử dụng dòng TGMS có một nhược điểm là nhiệt độ thường không
ổn định trong mỗi vụ sản xuất làm cho nó xuất hiện phấn hữu dục trong vụ
sản xuất hạt lai, dẫn đến độ thuần lô hạt F1 giảm kéo theo năng suất lúa
thương phẩm giảm.
Sử dụng dòng PGMS có lợi thếđặc biệt là quang chu kỳ luôn ổn định
theo vĩđộđịa lý, theo mùa và địa hình của mỗi địa ph
ương, độ ổn định chính
xác đến hàng phút cho mỗi ngày. Vì vậy nếu tìm được dòng PGMS thích hợp
cho một vùng nào đó, người ta hoàn toàn chủđộng điều kiển lịch gieo cấy để
cho dòng bất dục hay hữu dục một cách chính xác vào những thời điểm cần
thiết để đạt năng suất mong muốn. Tuy nhiên các dòng PGMS hiện có của
Trung Quốc không phù hợp với điều kiện Việt Nam do có ngưỡng chuyển
hoá tính dục cao từ 13 giờđến 13 gi
ờ 45 phút trong khi đó ngày dài nhất của
Việt Nam là 13 giờ 36 phút (24 vĩđộ Bắc).
Theo số liệu lưu trữ của Tổng cục Khí tượng thủy văn (phụ lục) tại 21
vĩđộ Bắc (Hà Nội) từ ngày 12/12-1/1 có độ dài ngày (pha sáng) ngắn nhất
trong năm, thời gian ban ngày dài 10 giờ 52 phút. Từ ngày 2/1-22/3 ngày dài
dần ra do trục quay của trái đất nghiêng về Bắc bán cầu một góc 23,5
0
, ngày
21/3 thì ngày và đêm dài tương đương nhau, sau đó ngày dài dần ra và đạt cực
đại là 13 giờ 24 phút, thời gian đạt cực đại kéo dài 15 ngày (ngày 15/6-30/6).
Từ ngày 1/7-22/9 ngày ngắn dần lại vì trục quay của trái đất lúc này lại

nghiêng về phía Nam bán cầu. Ngày 23/9, đêm và ngày dài tương đương
nhau, sau đó ngày ngắn dần đến 12/12.
Tại các vĩđộ khác của Việt Nam (từ 8-24 vĩđộ Bắc) quy luật diễn biến
độ dài ngày tương tự như Hà Nội vì cùng nằm ở vùng giữ
a xích đạo và chí
tuyến Bắc, chỉ khác nhau về số giờ sáng - tối trong ngày. Nghĩa là tại một vĩ
độ nhất định, quang chu kỳ diễn ra từng ngày của năm sau hoàn toàn không
thay đổi so với năm trước (Trần Đức Hạnh, 1997; Đoàn Văn Điếm, 2005) [8],
[14]. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để khai thác lợi thế tự nhiên này? Nếu ta
tìm được một dòng lúa bất dục đực nhân mẫn cảm quang chu kỳđảm bảo giai

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
3
đoạn bất dục trong điều kiện tự nhiên dài hơn 30 ngày (Yuan L.P., 1995)
[149] và phù hợp với cơ cấu mùa vụ của Việt Nam thì dòng bất dục đó phải
có “ngưỡng” chuyển đổi tính dục vào khoảng 12 giờ 15 phút đến 12 giờ 30
phút. Vì thế việc chọn được dòng PGMS có ngưỡng chuyển đổi tính dục phù
hợp với điều kiện Việt Nam, bên cạnh đó tìm thêm nhiều dòng TGMS mới
khắc phụ
c nhược điểm của các dòng đã có là yêu cầu cấp thiết.
Chính vì những lý do nêu trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Chọn tạo và
sử dụng các dòng bất dục đực gen nhân mẫn cảm môi trường trong tạo
giống lúa lai hai dòng ở Việt Nam”
2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục đích
+ Chọn tạo được các dòng EGMS mới có đặc điểm nông sinh học tốt, tính
bất dục ổn định và ng
ưỡng chuyển đổi tính dục phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
+ Trên cơ sởđánh giá con lai F1 giữa các dòng EGMS mới với các giống

lúa thường tuyển chọn được một số tổ hợp lai hai dòng triển vọng có năng
suất cao, chất lượng tốt phục vụ sản xuất.
2.2 Yêu cầu
+ Lai tạo và chọn lọc được các dòng TGMS có ngưỡng chuyển hoá tính
dục 24
O
C và dòng PGMS có ngưỡng chuyển đổi tính dục từ 12 giờ 15 phút
đến 12 giờ 30 phút.
+ Đánh giá đặc điểm sinh trưởng phát triển, đặc điểm nông sinh học, đặc
điểm hình thái và mức phản ứng với sâu bệnh trong điều kiện tự nhiên của các
dòng EGMS mới.
+ Xác định giai đoạn mẫn cảm, thời gian mẫn cảm và sự chuyển hoá tính
dục của các dòng EGMS mới.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
4
+ Đánh giá được khả năng kết hợp của các dòng EGMS và tìm hiểu gen
kiểm soát tính mẫn cảm quang chu kỳ của dòng PGMS.
+ Tuyển chọn được một số tổ hợp lai hai dòng mới có năng suất cao, chất
lượng tốt phù hợp với điều kiện Việt Nam.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
3.1 Ý nghĩa khoa học
+ Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống đầu tiên ở Việ
t Nam về chọn
tạo dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ ngắn. Kết quảđã
chọn được dòng P5S có phản ứng chính xác với độ dài ngày, ít chịu ảnh
hưởng bởi điều kiện ngoại cảnh khác nên có thể coi đây là một tiến bộ mới
trong việc tạo vật liệu bất dục cho phát triển lúa lai hai dòng ở Việt Nam.
+ Kết quả nghiên cứu của đề
tài sẽ bổ sung thêm cơ sở lý luận và

phương pháp chọn tạo các dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm môi
trường ởđiều kiện Việt Nam.
+ Việt Nam với vị trí địa lý kéo dài trên 17 vĩđộ (từ 8 đến 24 vĩđộ Bắc)
đều có những thời gian mà độ dài ngày ngắn hơn và dài hơn ngưỡng 12 giờ
16 phút. Vì vậy xét về nguyên lý, việc tìm ra dòng P5S với ngưỡng chuyển
đổi tính dục như trên có thể bố trí nhân (cho tự
thụ) ởđiều kiện ngày ngắn và
tổ chức sản xuất hạt lai F1 ởđiều kiện ngày dài từ Bắc vào Nam trong 2 vụ
lúa chính.
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
+ Chọn tạo được 1 dòng bất dục đực nhân mẫn cảm quang chu kỳ ngắn
P5S và 1 dòng bất dục đực nhân mẫn cảm nhiệt độ T4S làm phong phú thêm
nguồn vật liệu cho chọn tạo giống lúa lai hai dòng ở Việt Nam.
+ Xây dựng được qui trình kỹ thu
ật nhân dòng P5S, qui trình sản xuất
hạt lai F1 của tổ hợp lúa lai hai dòng TH5-1 (P5S/R1).

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
5
+ Từ kết quả nghiên cứu của đề tài, đã chọn thành công giống lúa lai hai
dòng mới TH5-1, giống đã được khảo nghiệm, trình diễn, mở rộng sản xuất
và được Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận là giống cho sản xuất thử theo
quyết định 3642/QĐ-BNN-TT ngày 30 tháng 11 năm 2006.
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
+ Đề tài đã sử dụng các dòng bất dục đực TGMS, PTGMS, dòng cho
phấn để lai tạo chọ
n lọc ra các dòng TGMS, PGMS mới. Đồng thời lai thử,
đánh giá tổ hợp lai giữa các dòng TGMS, PGMS mới với các dòng giống
trong tập đoàn công tác của Viện Sinh học Nông nghiệp để tìm ra tổ hợp lai
mới.

+ Toàn bộ quá trình lai tạo, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS,
PGMS mới được thực hiện tại Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường Đại học
Nông nghiệp Hà Nội. Sản xuất thử, trình diễn và mở rộng tổ hợ
p lai mới được
thực hiện ở 6 địa phương: Thái nguyên, Nam Định, Hưng Yên, Phú Thọ, Thái
Bình, Hà Nội.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới
Ưu thế lai là một thuật ngữđể chỉ tính hơn hẳn của con lai F1 so với bố
mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sinh sản, khả
năng chống chịu và thích nghi, năng suất, chất lượng hạt và các đặc tính khác.
Việc sử dụng rộng rãi các giống lai F1 vào s
ản xuất đã làm tăng thu nhập và
hiệu quả kinh tế của sản xuất nông nghiệp (Yuan L.P., 1995) [145].
Hiện tượng ưu thế lai được các nhà khoa học phát hiện khá sớm trên
các giống cây trồng và vật nuôi. Người ta đã khai thác hiệu ứng ưu thế lai, tạo
ra các giống cây trồng cao sản như Ngô, bắp cải, hành tây, cà chua... các
giống vật nuôi lớn nhanh như lợn lai kinh tế, vịt lai, gà công nghiệp (Nguyễn
Công Tạn và cộng sự
, 2002) [45].
J.W. Jone (1926) lần đầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ưu thế lai ở lúa
trên những tính trạng số lượng và năng suất. Tiếp sau đó, có nhiều công trình
nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai về năng suất, các yếu tố cấu thành
năng suất (Anonymous, 1977; Li, 1977; Lin và Yuan, 1980); về tích luỹ chất
khô (Rao, 1965; Jenning, 1967; Kim, 1985); về sự phát triển của bộ rễ
(Anonymous, 1974); về cường độ quang hợp, cường độ

hô hấp, diện tích lá
(Lin và Yuan, 1980; Deng, 1980, MC Donal và cộng sự, 1971; Wu và cộng
sự, 1980) [17], [90]. Tuy nhiên, lúa là cây tự thụ phấn điển hình khả năng
nhận phấn ngoài rất thấp, do đó khai thác ưu thế lai ở lúa đặc biệt khó khăn ở
khâu sản xuất hạt lai F1. Đã có nhiều nghiên cứu tìm phương pháp sản xuất
hạt lai F1 được thực hiện khá sớm, từ năm 1937, Kadam đã bắt đầu
đến
Richharia (1962), Stansel và Craigmiles (1966), Shinjyo và Omura (1966),
Amand và Murty (1968), Sawaminathan và cộng sự (1972), Carnahan và

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
7
cộng sự (1972); Athwal và Virmani (1972), song tất cả họ không thành công
[85], [118].
Năm 1964, Yuan Long Ping cùng các đồng nghiệp đã phát hiện được
cây lúa bất dục trong loài lúa dại Oryza fatua spontanea tại đảo Hải Nam.
Sau đó họđã thành công trong việc chuyển gen bất dục đực tế bào chất vào
lúa trồng, tạo ra các dòng lúa bất dục (CMS) mởđường cho công tác khai
thác ưu thế lai thương phẩm. Sau 9 năm nghiên cứu các nhà khoa học Trung
Quốc đã chọn tạ
o thành công nhiều dòng CMS, dòng B, dòng R, hoàn thiện
công nghệ nhân dòng bất dục đực, sản xuất hạt giống lúa lai F1 và đưa ra sản
xuất nhiều tổ hợp lai có năng suất cao đánh dấu sự ra đời của hệ thống lúa lai
“Ba dòng”, mở ra bước ngoặt trong lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa
(Yuan L.P.,1992) [143].
Năm 1976, Trung Quốc đã gieo cấy 140.000 ha lúa lai, diện tích trồng
liên tục tăng năm sau so với năm trước và năng su
ất lúa cũng tăng theo. Năm
1990, Trung Quốc đã trồng được 15 triệu ha lúa lai chiếm 49% tổng diện tích
lúa, năng suất vượt 20% so với lúa thường tốt nhất. Qui trình nhân dòng bố

mẹ và sản xuất hạt lai F1 ngày càng hoàn thiện và đạt năng suất cao. Với
những thành công này của Trung Quốc đã mở ra triển vọng to lớn về phát
triển lúa lai trên thế giới (Nguyễn Thị Trâm, 2002; Yuan L.P., 1993) [53],
[144].
Đồng thời với việ
c phát triển lúa lai ba dòng, một số kết quả trong
nghiên cứu lúa lai hai dòng đã được công bố. Năm 1973, Shiming Song đã
phát hiện được dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ
(HPGMS) từ quần thể Nông Ken 58S. Năm 1991, Maruyama và cộng sự
(Nhật Bản) đã tạo ra được dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt
độ Norin PL12 bằng phương pháp gây đột biến nhân tạo (Yin Hua Qi, 1993;
Zhou CS, 2000) [138], [156].

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
8
Giống lúa lai hai dòng được đưa ra trồng đại trà đầu tiên của Trung
Quốc là Pei ai 64S/Teqing. Năm 1992, diện tích gieo trồng lúa lai hai dòng ở
Trung Quốc là 15.000 ha với năng suất 9-10 tấn/ha, năng suất cao nhất đạt 17
tấn/ha. Đến năm 1997 đã có 640.000 ha năng suất trung bình cao hơn lúa lai
ba dòng từ 5-15 %. Hầu hết các tổ hợp lai hai dòng đều cho năng suất cao và
phẩm chất tốt hơn so với các tổ hợp lai ba dòng (Ngô Thế Dân, 1994; Yuan
L.P., 1997) [7], [146
].
Hạt giống lúa lai của Trung Quốc đã được đưa sang trồng thử tại IRRI
năm 1979, Indonesia, Ấn Độ năm 1980, Mỹ năm 1983 đều cho năng suất cao
hơn các giống địa phương một cách tin cậy (Quách Ngọc Ân, 1998) [2].
Công nghệ sản xuất lúa lai của Trung Quốc đã được ứng dụng rộng rãi
ở nhiều nước trên thế giới. Đã có 17 nước ngoài Trung Quốc nghiên cứu và
s
ản xuất lúa lai, diện tích trồng lúa lai chiếm khoảng 10% tổng diện tích lúa

và chiếm khoảng 20% tổng sản lượng lúa toàn thế giới. Lúa lai đã mở ra
hướng phát triển mới để nâng cao năng suất và sản lượng, góp phần giữ vững
an ninh lương thực trên phạm vi toàn cầu (Virmani S.S., 1995) [120]. Tại Hội
nghị lúa lai Quốc tế lần thứ tư tổ chức tại Việt Nam đã tổng kế
t, từ năm 1996
đến năm 2002, diện tích trồng lúa lai ở các nước ngoài Trung Quốc như Việt
Nam, Ấn Độ, Philippines, Bangladesh, Myanmar…đã tăng từ 200.000 ha lên
700.000 ha. Một số nước như Inđônêxia, Mỹđã ứng dụng công nghiệp hoá
trong vấn đề sản xuất hạt giống lúa lai. Theo các nhà khoa học Trung Quốc
đến năm 2002, diện tích lúa lai chiếm 60% diện tích trồng lúa và diện tích lúa
lai hai dòng đạt 2,67 triệu ha [75].
2.2 Sự biểu hiện
ưu thế lai ở lúa
Ưu thế lai xuất hiện ngay từ khi hạt mới nảy mầm cho đến khi hoàn
thành quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Sự biểu hiện của ưu thế lai

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
9
ở các cơ quan sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực (Nguyễn Văn
Hiển, 2000) [17].
- Ưu thế lai ở hệ rễ: Theo kết quả nghiên cứu của Lin và Yuan (1980)
đã xác nhận con lai F1 có số lượng rễ ra sớm, ra nhiều và nhanh hơn bố mẹ
chúng. Chất lượng rễđược đánh giá bằng độ dày, trọng lượng khô, số lượng
rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt động hút chất dinh dưỡng củ
a bộ rễ từ rễ lên
cây, hệ rễ của lúa lai hoạt động mạnh nhất khi lúa bắt đầu đẻ nhánh. Chính vì
thế mà lúa lai có tính thích ứng rộng với những điều kiện bất thuận như ngập
úng, hạn, phèn mặn (Quách Ngọc Ân, 1994; Anonymous, 1996) [1], [61].
- Ưu thế lai về khả năng đẻ nhánh: Con lai F1 đẻ nhánh sớm, sức đẻ
nhánh khoẻ, tập trung và có tỷ lệ nhánh hữ

u hiệu cao (Chang W.L., 1971; Lin
S.C, 1980) [66], [90].
- Ưu thế lai về chiều cao cây: Chiều cao cây của lúa lai cao hay thấp
hoàn toàn phụ thuộc vào đặc điểm của bố mẹ. Tuỳ từng tổ hợp, chiều cao cây
của F1 có lúc biểu hiện ưu thế lai dương, có lúc nằm trung gian giữa bố mẹ,
có lúc xuất hiện ưu thế lai âm. Vì chiều cao cây có liên quan tới tính chống đổ
trên đồng ruộng nên khi chọn bố m
ẹ phải chú ý chọn các dạng nửa lùn để con
lai có dạng cây nửa lùn (Chang W.L., 1967) [65].
- Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng: Lin và Yuan (1980) cho rằng đa
số con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố mẹ sinh
trưởng dài nhất. Xu và Wang (1980) đã xác nhận thời gian sinh trưởng của
con lai phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của dòng bố. Một số kết quả
nghiên cứu khác xác định thời gian sinh trưởng của con lai gần giố
ng thời
gian sinh trưởng của dòng bố hoặc dòng mẹ chín muộn (Ponnuthurai, 1984).
Theo Nguyễn Thị Trâm và cộng sự (1994) thì thời gian sinh trưởng của con

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
10
lai F1 hệ ba dòng dài hơn cả dòng mẹ và dòng phục hồi ở cả 2 vụ trong năm
[50], [105].
- Ưu thế lai về một sốđặc tính sinh lý: Nhiều nghiên cứu phát hiện thấy
lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục trên một đơn vị diện tích lá cao
do đó hiệu suất quang hợp cao. Trái lại cường độ hô hấp của lúa lai thấp hơn
lúa thường. Con lai F1 có cường độ quang hợp cao h
ơn dòng bố khoảng 35%,
cường độ hô hấp thấp hơn lúa thường từ 5-27%. Hiệu suất tích luỹ chất khô
của lúa lai hơn hẳn lúa thường nhờ vậy mà tổng lượng chất khô trong cây
tăng, trong đó lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh còn tích luỹ vào

các cơ quan như thân lá lại giảm mạnh (Trần Duy Quý, 1994; Kasura
K.,2007) [43], [82].
- Ưu thế lai về khả năng chống chị
u: Con lai F1 có khả năng chống
chịu với những điều kiện bất thuận: lạnh, hạn, ngập, mặn, chua.... Sức chịu
lạnh của lúa lai cao ở thời kỳ mạ nhưng lại chịu lạnh kém ở thời kỳ chín sáp.
Lúa lai có khả năng tái sinh chồi và khả năng chịu nước sâu cao (Sirajul
Islam, 2007) [109]. Lúa lai có khả năng chống chịu với một số loại sâu bệnh
như r
ầy nâu, đạo ôn, bạc lá và thích ứng nhiều vùng sinh thái (Kaw R.N.,
1985; Senadhira, 1987) [83], [106]. Ở Việt Nam, một số tác giảđã công bố
các giống lúa lai có ưu thế về tính chống đổ, chịu rét, kháng đạo ôn, khô vằn
và khả năng thích ứng rộng (Nguyễn Công Tạn, 1999) [46].
- Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất: Kết quả
nghiên cứu của một số tác giả cho thấy con lai có nă
ng suất cao hơn bố mẹ từ
21%-70% khi gieo cấy trên diện rộng và hơn hẳn các giống lúa lùn cải tiến tốt
nhất từ 20%-30%. Đa số các tổ hợp lai có ưu thế lai cao về số bông/khóm,
khối lượng trung bình bông, tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt (Virmani
S.S., 1981) [117]. Ở Việt Nam, qua tổng kết của Bộ Nông nghiệp và PTNT

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
11
cho thấy năng suất bình quân của lúa lai ở các tỉnh phía Bắc đạt mức 7-8
tấn/ha, tăng hơn lúa thường cùng thời gian sinh trưởng từ 2-3tấn/ha/vụ.
2.3 Nghiên cứu phát triển lúa lai hai dòng
Khai thác ưu thế lai ở lúa nhờ vào dòng bất dục đực tế bào chất (CMS -
dòng A), dòng duy trì (B) và dòng phục hồi (R) của hệ thống “Ba dòng”;
dòng bất dục đực nhân mẫn cảm môi trường (EGMS) và dòng phục hồi (R)
của hệ thống “Hai dòng”; sử dụ

ng thể vô phối (Apomixis) của lúa lai “Một
dòng” đã đem lại lợi ích to lớn cho nhân loại, xóa đói giảm nghèo, nâng cao
hiệu quả cho người trồng lúa và an ninh lương thực. Tuy nhiên mỗi phương
pháp khai thác, bên cạnh những ưu điểm vẫn tồn tại một số hạn chế. Lúa lai
“Ba dòng” có ưu điểm có năng suất cao, chống chịu sâu bệnh tốt... nhưng lại
có hạn chế dòng CMS có phổ phục hồ
i hẹp, qui trình nhân dòng mẹ phức
tạp... Đối với lúa lai “Hai dòng” dòng mẹ có phổ phục hồi rộng, nhân dòng
mẹđơn giản hơn nhưng hạn chế bởi chi phối của điều kiện thời tiết nên độ
thuần hạt lai không cao, làm giảm ưu thế lai của tổ hợp. Lúa lai “Một dòng”
về nguyên lý là duy trì ưu thế lai nhờ thể vô phối nhưng đến nay những
nghiên cứu và sử dụng thể vô ph
ối chưa thành công.
Đề tài nghiên cứu thuộc hệ thống lúa lai “Hai dòng” nên tác giả tập
trung tổng kết những kết quảđạt được cũng như tồn tại trong nghiên cứu và
phát triển lúa lai hai dòng trên thế giới và Việt Nam. Từ những hạn chế trong
nghiên cứu lúa lai hai dòng ở Việt Nam, đề tài nghiên cứu sẽ giải quyết được
vấn đề nào trong những tồn tại đó?
2.3.1 Nghiên cứu và sử dụng các dòng EGMS
2.3.1.1 Nghiên cứu và s
ử dụng dòng PGMS
Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng ở lúa được
ứng dụng để sản xuất hạt lai khá muộn. Năm 1973, Shi Ming Song tìm ra
dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ quang (HPGMS) từ
quần thể giống Nong ken 58S tại Trung tâm nghiên cứu lúa lai Hồ Bắc. Dòng
HPGMS này bất dục hoàn toàn trong điều kiện thời gian chiếu sáng ngày dài

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
12
>14.0 giờ và phục hồi hữu dục trong điều kiện ngày ngắn <13.75 giờ. Do vậy

chúng có thể duy trì bằng cách cho tự thụ trong điều kiện ngày ngắn. Trong
điều kiện ngày dài dòng này bất dục nên có thể dùng làm dòng mẹđể sản xuất
hạt lai. Thời gian mẫn cảm của dòng PGMS được tính khi ánh sáng có cường
độ lớn hơn 50 lux. Khi lai dòng PGMS trên với các giống lúa thường, F1 hữu
dục bình thường, F2 phân ly theo tỷ lệ 3 hữu dục : 1 b
ất dục trong điều kiện
ngày dài, từđó có thể kết luận tính trạng bất dục đực do một cặp gen lặn qui
định (Shi M.S.,1985, 1986; Zhang Z.G., 1987) [107], [108], [150].
Lu X. (1994) lai Nongken 58S với các giống indica và japonica rồi
cho phân ly ở F2, thu được một số dòng PGMS và TGMS. Điều đó chứng tỏ
Nongken 58S có chứa gen bất dục đực di truyền nhân [96]. Thực tế có hàng
loạt các dòng EGMS được tạo ra có nguồn gốc từ Nongken 58S như N5047S,
311S, WD-1S, 7001S, Peiai 64S... (Liao, 1997; Maruyama K.,1991; Bai D.L.,
2002) [89], [
100], [62]. Dòng NK58S(R) được chọn lọc nhờ việc gây đột biến
dòng Nongken 58S, hoặc dòng 1149S được chọn lọc từ việc lai dòng
Nongken 58S với giống lúa Japonica Nonghu26. Nhiều nghiên cứu cho rằng
dòng Nongken 58S là dòng PTGMS mang cả gen tms và pms, nhưng 2 gen
này nằm ở 2 vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể (Mei G., 1990; Mei M.H.,
1999) [101], [102]. Gen phục hồi hữu dục đối với dòng NK58S(R) và 1149S
không đồng alen với gen phục hồi của dòng Nongken 58S (Virmani, 1997;
Zhang Z., 2004) [123], [153].
Theo Yang và cộng sự (1992) gen Ps của dòng PGMS được coi là gen
đóng vai trò thứ yếu (gen lặn) trong vi
ệc gây ra tính bất dục vì ở quần thể F2
mới thấy xuất hiện một vài cá thể bất dục 100% [134].
Tìm hiểu ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt độ lên Nongken 58S và các
dòng EGMS có cùng nguồn gen pms của Nongken 58S thấy có sựảnh hưởng
khác nhau của nhiệt độ lên tính hữu dục và bất dục của các dòng này. Đối với
Nongken 58S mẫn cảm mạnh với ánh sáng và mẫn cảm yếu với nhiệt độ còn

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
13
các dòng khác thì ngược lại điều này chứng tỏ có 2 cặp gen trong nhân điều
khiển tính mẫn cảm (Zhang Z.G., 1992; Zhang Z., 1998, Zhuping, 1997)
[151], [152], [157].
Một số kết quả nghiên cứu ở Trung Quốc cho rằng gen mẫn cảm quang
chu kỳ có bản chất di truyền giống như gen mẫn cảm với nhiệt độ. Gen pms
cũng hoạt động hai chức năng: gây bất dục trong điều kiện ngày dài và có khả
năng hình thành h
ạt phấn hữu dục trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn. Tuy
nhiên tính mẫn cảm quang chu kỳ của các dòng PGMS còn phụ thuộc khá
nhiều vào nhiệt độ. Trong một giới hạn nhiệt độ nhất định thì độ dài ngày
không có hiệu quảđối với quá trình chuyển đổi tính dục. Nhiệt độ cao ảnh
hưởng tới độ an toàn của quá trình nhân dòng bất dục trong điều kiện ngày
ngắn, còn nhiệt độ thấp lại
ảnh hưởng đến quá trình sản xuất hạt lai trong điều
kiện ngày dài. Do vậy để chọn một dòng PGMS dễ dàng sử dụng thì giới hạn
nhiệt độ dưới gây bất dục đực trong điều kiện ngày dài cần phải thấp và
khoảng nhiệt độ mẵn cảm ánh sáng cần phải rộng (Xue G.X.,1997; Zhang
N.Y., 1996) [130], [149].
Zhang và cộng sự (1994) bằng phương pháp đánh dấu tính đa hình độ
dài đoạn ADN bị
phân cắt (RFLP) đã tìm ra được 2 gen điều khiển tính bất
dục đực mẫn cảm với ánh sáng ngày ngắn là pms1 và pms2 nằm trên nhiễm
sắc thể số 7 và số 3. Năm 1995, Wang đã xác định lại rằng có 1 gen pms nằm
trên nhiễm sắc thể số 7 (Wang F.P., 1997; Zhang Q., 1994) [127], [154]. Lu
X.G và cộng sự (2002) cho biết các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản,
Việt Nam và Ấn Độ đã xác định có 3 gen pms1, pms2 và pms3 nằm trên
nhiễm sắc thể số 7, 3 và s

ố 12 [97]. Các nhà khoa học cho rằng gen qui định
tính bất dục đực ở các dòng PTGMS có ở 6 trong số 12 nhiễm thể của lúa đó
là nhiễm sắc thể số 3, 5, 6, 7, 11 và 12 (Jiang S. et al, 2000; Mei et al, 1999;
Yang Z.P, 1997) [79], [102], [137].

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
14
Theo Zhu Y. (1997) dòng PGMS 8902S được chọn từ tổ hợp lai giữa
Zhenshan 97 và Shuang 8-14S sau đó lai trở lại với Zhenshan 97. Từ dòng
8902S lai với các giống lúa thường hoặc dòng PGMS khác và chọn được các
dòng PGMS mới. Ví dụ: dòng W9451S được tạo ra do lai 8902S với Yuhong
No.1; Dòng Luguang 2S được tạo ra do lai giữa 8902S với 8906S [103],
[159], [160].
Các nhà nghiên cứu cho rằng có khoảng 25% số dòng PGMS của
Trung Quốc được tạo ra bằng nuôi cây bao phấn. Hai dòng PGMS 93920S và
93926S cũng được tạo ra nhờ phương pháp này, chúng có tính bất dục ổn
định hơ
n và độ thuần cao hơn ( Niu J., 1997, Sun Z.X., 2000) [99], [114].
Li C.Q. (1997) đã chọn được dòng PGMS 7001S bằng việc lai dòng
Nongken 58S với giống lúa thường Japonica 917 từ năm 1985. Dòng 7001S
bất dục khi ở giai đoạn mẫn cảm có độ dài chiếu sáng trong ngày dài hơn 14
giờ và hữu dục khi độ dài ngày nhỏ hơn 13 giờ 45 phút. Dòng 7001S có ưu
thế lai cao, tổ hợp 70 You 9 đã được trồng ở tỉnh An Huy với diện tích trên
94.000 ha trong 5 năm (1991-1996) [92], [93].
2.3.1.2 Nghiên cứu và sử dụng các dòng TGMS
Dòng TGMS bi
ểu hiện bất dục khi gặp nhiệt độ trung bình ngày cao và
hữu dục khi gặp nhiệt độ trung bình ngày thấp vào thời kỳ lúa phân hoá đòng
từ cuối bước 3 đến bước 6. Thời kỳ này được gọi là thời kỳ mẫn cảm. Gen
kiểm soát tính mẫn cảm là một cặp gen lặn ký hiệu là tms. Gen này hoạt động

hai chức năng: điều khiển sự hình thành hạt phấn hữu dục khi gặ
p nhiệt độ
thấp và hình thành hạt phấn bất dục khi gặp nhiệt độ cao (Nguyễn Công Tạn
và cộng sự, 2002) [45].
Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển hoá tính dục của dòng TGMS
Biểu hiện bất dục Hữu dục Bán bất dục Bất dục Bất dục
sinh lý sinh lý
(Ảnh hưởng của
BLT FT ST BUT
nhiệt hoặc độ dài ngày
)