nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai f1 và nhân dòng bố, mẹ tổ hợp vl50
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.3 MB, 149 trang )
Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp i
---------------------------
đỗ văn lân
Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật sản xuất
hạt lai F1 và nhân dòng bố, mẹ tổ hợp VL50
Luận văn thạc sĩ nông nghiệp
Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
Mã số: 60.62.05
Ngời hớng dẫn khoa học: pgs.tS. nguyễn văn hoan
Hà Nội - 2007
Lời cam đoan
- Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực và cha từng đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đ
đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đ đợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Đỗ Văn Lân
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
1
Lời cảm ơn
Trong thời gian hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực, cố gắng của bản
thân tôi còn nhận đợc sự giúp đỡ tận tình của các cơ quan, các thầy, các cô
và bạn bè đồng nghiệp.
Trớc tiên, tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Văn
Hoan đ tận tình hớng dẫn để tôi hoàn thành luận văn này.
Xin cám ơn sự giúp đỡ quý báu mà các thầy, các cô; bộ môn Di truyền chọn giống, Khoa nông học, Trờng Đại học Nông nghiệp I Hà Nội, Công ty
CP giống cây trồng Thái Bình đ giành cho tôi trong suốt thời gian qua.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đ động viên,
giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả luận văn
Đỗ Văn Lân
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
2
Mục lục
Lời cam đoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iii
Danh mục chữ viết tắt
v
Danh mục bảng
vi
Danh mục đồ thị
vii
1.
Mở đầu
1
1.1.
Đặt vấn đề
10
1.2.
Mục đích yêu cầu của đề tài
12
1.3.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
12
2.
Tổng quan tài liệu
13
2.1.
Nghiên cứu ở nớc ngoài
13
2.1.1. Quá trình nghiên cứu, ứng dụng và phát triển
13
2.1.2. Nghiên cứu phát triển lúa lai 3 dòng
15
2.1.3. Nghiên cứu phát triển lúa lai 2 dòng
18
2.1.4. Kỹ thuật nhân dòng bất dục và sản xuất hạt lai F1
24
2.1.5. Sử dụng GA3 trong sản xuất hạt lai F1
32
2.2.
34
Tình hình nghiên cứu và ứng dụng lúa lai ở Việt Nam
2.2.1. Thu nhập nguồn vật liệu và đánh giá các dòng CMS
34
2.2.2. Phơng hớng nghiên cứu và phát triển lúa lai trong những năm sắp tới
44
2.2.3. Những khó khăn trong sản xuất lúa lai ở Việt Nam
46
2.2.4. Hớng khắc phục trong thời gian tới
46
2.2.5. Chủ trơng phát triển lúa lai của Việt Nam
47
3.
Vật liệu, địa điểm, nội dung và phơng pháp nghiên cứu
49
3.1.
Vật liệu nghiên cứu
49
3.2.
Địa điểm và thời gian nghiên cứu
49
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
3
3.3.
Nội dung nghiên cứu
49
3.4.
Phơng pháp nghiên cứu
50
3.5.
Phơng pháp xử lý số liệu
51
4.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
52
4.1.
Kết quả nghiên cứu sản xuất hạt lai F1 tổ hợp VL50 vụ mùa 2006
52
4.1.1. Diễn biến khí hậu thời tiết vụ mùa năm 2006 tại Thái Bình.
52
4.1.2. Nghiên cứu thời điểm gieo mạ dòng bố R50 và dòng mẹ 135S
trong sản xuất hạt lai F1.
53
4.1.3. Nghiên cứu ảnh hởng của số dảnh cấy dòng R/khóm đến số hoa
và tỷ lệ hoa dòng 135S/R50.
58
4.1.4. Nghiên cứu ảnh hởng của GA3 đến sản xuất hạt lai F1 trong vụ
mùa 2006
4.2.
59
Kết quả nghiên cứu nhân dòng bố mẹ tổ hợp VL50 trong vụ
xuân 2007
64
4.2.1. Diễn biến khí hậu thời tiết vụ xuân 2007 tại hà nội.
64
4.2.2. Kết quả nhiên cứu nhân dòng bố R50 trong vụ xuân 2007
66
4.2.3. Kết quả nghiên cứu nhân dòng mẹ 135S ở các thời vụ và mật độ
khác nhau trong vụ xuân 2007
5.
67
Kết luận, đề nghị
xxiv
Tài liệu tham khảo
xxvii
Phụ lục
xxxv
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
4
Danh mục chữ viết tắt
TT
1
Chữ viết tắt
Nghĩa của chữ viết tắt
B
Dòng duy trì tính bất dục (Maintainer Line)
EGMS
Dòng bất dục đực di truyền chức năng nhân mẫn
cảm với điều kiện môi trờng (Environment
Sensitive Genic Male Sterile)
2
CMS (dòng A)
Dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic
Male Sterile Line)
3
GA3
Gibberillin cid
4
P(T) GMS
Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với chu
kỳ chiếu sáng - nhiệt độ. (Photo Thermos
sensitive Genic Male Sterile)
5
R
Dòng phục hồi hữu dục (Restorer Line)
6
S
Dòng mẹ (TGMS)
7
TV
Thời vụ
8
ƯTL
Ưu thế lai
9
WA
Bất dục đực kiểu hoang dại (Wild Aborted)
10
NN-PTNT
Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
5
Danh mục bảng
STT
2.1.
Nội dung
Trang
Năng suất của thí nghiệm so sánh lúa lai Quốc gia trên các
vùng sinh thái, vụ Xuân 2004
2.2.
Những tổ hợp lúa lai đợc công nhận cho sản xuất lúa lai
thơng phẩm ở Việt Nam
2.3.
40
41
Diện tích và năng suất sản xuất hạt giống lúa lai F1 ở Việt
Nam từ 1992 - 2004
42
4.1.
Diễn biến khí hậu thời tiết vụ mùa năm 2006 tại Thái Bình.
52
4.2.
Một số đặc điểm nông sinh học của dòng R50, 135S có liên
quan đến kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 (vụ mùa 2006)
53
4.3.
Động thái ra lá của dòng bố và dòng mẹ 135S (vụ mùa 2006)
55
4.4.
Động thái trổ bông trên ruộng của các dòng qua các ngày
(vụ mùa 2006)
4.5.
ảnh hởng của điều kiện ngoại cảnh tới tỷ lệ hữu dục và bất
dục của dòng 135S (vụ mùa 2006)
4.6.
61
ảnh hởng của GA3 tới chiều dài cổ bông và tỷ lệ trỗ thoát
dòng R50 và dòng 135S (vụ mùa 2006)
4.10.
59
ảnh hởng của GA3 đến các đốt thân dòng R50 và dòng 135S
(vụ mùa 2006)
4.9.
58
ảnh hởng của GA3 đến chiều cao cây dòng R50 và 135S
(vụ mùa 2006)
4.8.
57
Nghiên cứu ảnh hởng của số dảnh cấy dòng R/khóm đến số
hoa và tỷ lệ hoa dòng 135S/R50 (vụ mùa 2006)
4.7.
56
62
ảnh hởng của GA3 tới các yếu tố cấu thành năng suất và
năng suất hạt lai F1 (vụ mùa 2006)
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
63
6
4.11.
Số liệu khí tợng vụ xuân năm 2007 tại Hà Nội
65
4.12.
Một số đăc điểm nông sinh của dòng R50 vụ xuân 2007
66
4.13.
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất dòng R50
vụ xuân 2007
4.14.
ảnh hởng của thời vụ đến tốc độ ra lá của dòng 135S
giai đoạn mạ vụ xuân 2007
4.15.
xv
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến một số đặc điểm nông
sinh học của dòng 135S vụ xuân 2007
4.21.
xiii
ảnh hởng của thời vụ, mật độ đến tỷ lệ hữu dục, bất dục
dòng 135S vụ xuân 2007
4.20.
xi
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến động thái ra lá dòng
135S vụ xuân 2007
4.19.
vi
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến khả năng đẻ nhánh và
số nhánh hữu hiệu của dòng 135 (vụ xuân 2007)
4.18.
ii
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến động thái tăng trởng
chiều cao cây dòng 135S (vụ xuân 2007)
4.17.
i
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến các giai đoạn sinh
trởng, phát triển của dòng 135S vụ xuân 2007
4.16.
67
xvii
ảnh hởng của thời vụ và mật độ đến các yếu tố tạo thành
năng suất và năng suất dòng 135S vụ xuân 2007
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
xix
7
Danh mục đồ thị
Nội dung
STT
4.1.
ảnh hởng của GA3 đến chiều cao cây dòng R50 và 135S
4.2.
ảnh hởng của GA3 tới chiều dài cổ bông R50 và dòng 135S
Trang
60
(vụ mùa 2006)
63
4.3.
ảnh hởng của GA3 tới năng suất thực thu hạt lai F1
64
4.4.
ảnh hởng của thời vụ, mật độ đến tỷ lệ nhánh hữu hiệu vụ
xuân 2007
xii
4.5.
ảnh hởng của thời vụ, mật độ đến số hạt chắc vụ xuân 2007
xx
4.6.
ảnh hởng của thời vụ, mật độ đến năng suất thực thu vụ xuân
2007
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
xx
8
Danh môc ¶nh
STT
Néi dung
Trang
4.1.
Ruéng nh©n dßng 135S vô Xu©n 2007
59
4.2.
§Æc ®iÓm dßng 135S giai ®o¹n træ vô Xu©n 2007
62
4.3.
§Æc ®iÓm dßng 135S thêi vô 1 (gieo ngµy 12/12/2006)
65
4.4.
§Æc ®iÓm dßng 135S thêi vô 2 (gieo ngµy 22/12/2006)
66
4.5.
§Æc ®iÓm dßng 135S thêi vô 3
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học nông nghiệp --------------------------
9
1. Mở đầu
1.1. Đặt vấn đề
Trên thế giới cây lúa đợc coi là một trong ba loại cây lợng thực quan
trọng nhất không thể thiếu đợc trong đời sống hàng ngày của con ngời. ở
mỗi khu vực, mỗi vùng đều có một loại cây điển hình và trên toàn thế giới có
khoảng trên 100 nớc trồng lúa nớc. Châu á là một trong những cái nôi của
cây lúa nớc và có tới 90% lúa của thế giới đợc gieo trồng và tiêu thụ ở khu
vực này. ở Việt Nam lúa là cây lơng thực quan trọng số một, sản xuất lúa đ
và đang là một lĩnh vực quan trọng nhất trong nông nghiệp và PTNT ở Việt
Nam bởi lúa gạo đ cung cấp 80% nhu cầu cácbonhyđrat và 40% prôtein cho
ngời dân.
Diện tích gieo trồng lúa ở Việt Nam là 7,5 triệu ha chiếm 90,3 % tổng
diện tích đất trồng cây lơng thực có hạt và đợc tập trung chủ yếu ở Đồng
bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long (Niên giám thống kê 2003).
Từ khi có chính sách đổi mới của Đảng, nông nghiệp nớc ta đ có
những bớc tiến vợt bậc, sản lợng lúa tăng từ 14,4 triệu tấn năm 1980 lên
19,9 triệu năm 1990 và 34,5 triệu tấn năm 2003 (Niên giám thống kê 2003).
Nhờ đó đa Việt Nam từ một nớc phải nhập khẩu lơng thực hàng năm thì
nay đ trở thành nớc xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan.
(DANIDA, 1999).
Để giữ vững vị trí thứ hai về xuất khẩu gạo và đảm bảo an ninh lơng
thực trong nớc trong khi diện tích trồng lúa ngày càng giảm, năng suất lúa
thuần đ kịch trần cộng với sự ra tăng dân số liên tục, thì việc nghiên cứu,
khai thác và sử dụng u thế lai đợc coi là một thành tựu khoa học nông
nghiệp lớn nhất thế kỷ 20; đợc xem nh là giải pháp tốt nhất để thúc đẩy việc
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
10
tăng sản lợng lúa trong những năm sắp tới. Tiến bộ kỹ thuật này góp phần
nuôi sống hơn một tỷ dân Trung Quốc và đang ngày càng đợc mở rông ở
nhiều quốc gia trồng lúa. Năng suất lúa lai cao hơn lúa thờng 20 -30% một
cách ổn định không chỉ ở Trung quốc mà ở nhiều nớc trên thế giới. Chính vì
vậy, sử dụng u thế lai ở lúa là một chiến lợc quan trọng nhằm đảm bảo an
ninh lơng thực ở mỗi quốc gia.
Tuy nhiên, đến nay u thế lai ba dòng đ và đang không đáp ứng đợc
nhu cầu thực tế, năng suất đ đội trần, khả năng chống chịu kémĐứng trớc
thách thức này các nhà khoa học Trung Quốc lại một lần nữa đi đầu nghiên
cứu, ứng dụng lúa lai hai dòng nhằm tiếp tục phá thế đội trần về năng suất và
nâng cao chất lợng gạo. Song để khai thác một cách hiệu quả u thế lai của
lúa lai hai dòng đòi hỏi phải có phơng pháp chọn tạo, duy trì, đồng thời phải
nghiên cứu hoàn thiện những quy trình nhân dòng bố mẹ, sản xuất hạt lai vừa
đảm bảo cho năng suất cao, chất lợng tốt lại vừa hạ giá thành. Hiện nay,
nhân duy trì dòng bất dục và sản xuất hạt lai còn gặp nhiều khó khăn. Các
dòng EGMS chịu sự chi phối chặt chẽ bởi điều kiện môi trờng, vì vậy việc
nhân duy trì các dòng bất dục đực và sản xuất hạt lai F1 của một giống mới
nào đó cần phải tập trung nghiên cứu đầy đủ và có chiều sâu.
Để góp phần vào những thành tựu của lúa lai hai dòng, có đợc kết
luận một cách chắc chắn về quy trình nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1
tổ hợp VL50 để sớm đa vào sản xuất đại trà chúng tôi tiến hành nghiên cứu
đề tài:
Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 và nhân
dòng bố, mẹ tổ hợp VL50.
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
11
1.2. Mục đích yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
-Xác định thời vụ, các biện pháp kỹ thuật nhằm xây dựng quy trình
nhân dòng bố, mẹ tổ hợp VL50.
- Xác đinh thời vụ và các biện pháp kỹ thuật chủ yếu cho sản xuất hạt
lai F1 tổ hợp VL50 tại Thái Bình.
1.2.2. Yêu cầu
- Xác định khả năng sinh trởng, phát triển và năng suất của dòng bố,
mẹ tổ hợp VL50 vụ xuân 2007.
- Xác đinh thời vụ và một số biện pháp kỹ thuật cơ bản trong sản xuất
hạt lai F1 tổ hợp VL50 vụ mùa 2006 tại Thái Bình.
1.3. ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đóng góp thêm cơ sở lý luận để hoàn thiện quy trình nhân dòng bất
dục đực cảm ứng với nhiệt độ 135S và sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng tổ hợp
VL50.
- Góp phần để Thái Bình chủ động thực hiện thành công chơng trình
tự sản xuất hạt lúa lai F1 hai dòng, sớm đa các tổ hợp lúa lai hai dòng năng
suất cao chất lợng tốt vào sản xuất đại trà
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
12
2. Tổng quan tài liệu
2.1. Nghiên cứu ở nớc ngoài
2.1.1. Quá trình nghiên cứu, ứng dụng và phát triển
Ưu thế lai (ƯTL) là thuật ngữ để chỉ tính hơn hẳn của con lai F1 so với
bố và mẹ về sức sinh trởng, sức sống, khả năng sinh sản, khả năng chống
chịu, khả năng thích nghi, năng suất, chất lợng hạt và các đặc tính khác. Việc
sử dụng u thế lai đời F1 vào sản xuất nhằm tăng thu nhập và hiệu quả kinh tế
với mục đích là khai thác u thế ở cây trồng.
Ngời đi tiên phong trong lĩnh vực u thế ở lúa là J.W. Jones (1926)
(Nhà di truyền học ngời Mỹ) lần đầu tiên báo cáo về sự xuất hiện u thế lai
của lúa ở những tính trạng số lợng và năng suất. Sau Jones, đ có nhiều công
trình nghiên cứu xác nhận u thế lai về năng suất, các yếu tố cấu thành năng
suất của Anonymous (1977) [24]; Li (1977) [36]; Lin và Yuan (1985) [35]; về
sự tích lũy chất khô của Rao (1965) [45]; Jennings (1967) [29]; Kim (1985)
[31]; về sự phát triển bộ rễ của Anonymous (1977) [24]; về cờng độ quang
hợp, hô hấp, diện tích lá của Lin và Yuan (1985) [35]; Deng (1980) [27]; Wu
và công sự (1980) [61]. v.v... Tuy nhiên, lúa là cây tự thụ phấn điển hình có
hoa đơn nhỏ, có khả năng thụ phấn ngậm, thời gian nở hoa rất ngắn nên khả
năng nhận phấn ngoài rất thấp. Khi khai thác u thế lai ở lúa thì việc sản xuất
hạt lai rất khó khăn. Đề xuất đầu tiên về vấn đề mở rộng sản xuất lúa lai
thơng phẩm là nhóm các nhà khoa học ấn độ (Kadam 1937 [30], Amand và
Murty BR 1968, Richaria 1962 [46], Swaminathan và cộng sự 1972 [54]), các
nhà khoa học Mỹ (Stansel [48] và Craigmiles 1966, Craigmiles và cộng sự
1968, Carnahan và cộng sự 1972 [26); Nhật bản (Shinjyo và Omura 1966
[52]); Viên Nghiên cứu lúa Quốc tế (Athwal và Virmani 1972 [25]) song họ
đ không thành công vì cha tìm ra phơng pháp sản xuất hạt lai thuận lợi.
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
13
Trung quốc là nớc bắt đầu nghiên cứu lúa lai muộn hơn. Năm 1964.
Libihu đ phát hiện đợc cây lúa dại bất dục ở đảo Hải nam [67]. Từ dng lúa
dại bất dục này, các nhà nghiên cứu đ tiến hành lai với lúa trồng và tìm đợc
dòng duy trì bất dục (B) và dòng phục hồi tính hữu dục (R). Sau 9 năm nghiên
cứu tạo thêm đợc một số dòng bất dục đực khác nh: Nhị cửu Nam số 1; Nhị
cửu Lùn số 2; Zhenshan 97A; V20A; V41; Quảng tuyển số 3 v.v... Năm 1973,
các nhà khoa học đ tìm ra nhiều dòng phục hồi nh IR661, IR24... và đ có
đủ 3 dòng để tạo ra những giống lúa lai đầu tiên là Nam u số 2, Shan u số 2,
ủy u số 6 v.v... Năm 1974, các nhà khoa học Trung quốc đ giới thiệu những
tổ hợp lai cho u thế lai cao, đồng thời quy trình kỹ thuật sản xuất hạt lai hệ
"ba dòng" đợc hoàn thiện và giới thiệu ra sản xuất năm 1975, tạo ra bớc
ngoặt trong lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa với giống lúa lai và công
nghệ sản xuất hạt giống lúa lai F1.
Năm 1976, Trung quốc đ sản xuất đợc hạt lai F1 để gieo cấy 140.000
ha [14]. Kết quả thu đợc ở các nơi đều cho năng suất cao hơn lúa thờng từ
20-30%. Từ năm 1976 - 1994 mặc dù diện tích trồng lúa của Trung quốc giảm
2 triệu ha để chuyển sang trồng các loại cây khác có giá trị kinh tế cao hơn
nhng Trung quốc vẫn là quốc gia có nguồn lơng thực dồi dào nuôi sống
22% nhân loại trong khi diện tích đất trồng trọt chỉ chiếm 17% tổng diện tích
đất trồng trọt trên thế giới.
Đồng thời với việc phát triển lúa lai 3 dòng, năm 1980 Trung Quốc đ
bắt đầu nghiên cứu lúa lai hai dòng trên cơ sở phát hiện các gen điều khiển
tính bất dục chức năng di truyền nhân mẫn cảm với điều kiện môi trờng. Đây
lại là một điểm khởi đầu mới trong sản xuất hạt lai. Phơng pháp sản xuất lúa
lai hai dòng đợc ra đời.
Đầu những năm 1980, lúa lai đ thành công và mở rộng ra sản xuất tại
Trung quốc, nhng ngoài Trung quốc cha một quốc gia nào khác trên thế
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
14
giới ứng dụng thành công lúa lai vào sản xuất. Thực tế đó đ thôi thúc Viện
nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và chơng trình nghiên cứu nông nghiệp của
một số nớc tiến hành nghiên cứu khám phá tiềm năng cũng nh những trở
ngại của kỹ thuật lúa lai. IRRI bắt đầu nghiên cứu trên lĩnh vực này vào năm
1979 để áp dụng cho khu vực nhiệt đới và nhanh chóng rút ra kết luận lúa lai
là một giải pháp quan trọng làm tăng sản lợng lơng thực ở khu vực nhiệt
đới. Phần lớn các giống lúa lai đợc chấp nhận cho sản xuất thơng mại ở ấn
Độ đều đợc chọn tạo tại IRRI [19].
Hiện nay, ngoài Trung quốc còn có nhiều nớc khác đ tiến hành nghiên
cứu lúa lai nh: ấn Độ trong vòng 7 năm (1990 - 1997) chơng trình nghiên
cứu và phát triển lúa lai đ công nhận đợc 16 giống lúa lai và ứng dụng cho
sản xuất, trong đó có 6 giống của Công ty t nhân; các nớc khác là: Hàn quốc,
Nhật bản, Mỹ, Cộng hòa dân chủ nhân dân Triều tiên, Philippine, Indonesia,
Thái lan, Colombia, Srilanka, Malaysia, Myanma, và Việt Nam...
2.1.2. Nghiên cứu phát triển lúa lai 3 dòng
Hiện tợng di truyền tế bào chất đ đợc Correns và Baur (1909) mô tả
khi nghiên cứu ở cây hoa phấn [8]. Sự di truyền của các tính trạng liên quan
đến tế bào chất, là quá trình di truyền không tuân theo quy luật Menden, bởi
vì cơ sở vật chất quy định tính trạng nằm trong tế bào chất. Hiện tợng bất dục
đực di truyền tế bào chất đ đợc phát hiện ở nhiều loài cây trồng khác nhau và
đ trở thành cơ sở để khai thác u thế lai. ở cây lúa hiện tợng bất dục đực tế
bào chất đ đợc Sampath.S và Mohathy.H.K nghiên cứu vào năm 1954 [47],
nhận đợc tỷ lệ hạt phấn bất dục khác nhau của phép lai thuận nghịch ở loài
phụ Indica và Japonica. Ngoài ra còn có nhiều tác giả cũng đề cập đến vấn đề
này: Sasahara và Katsuo.K (1965) [49]. Tuy nhiên, lúc đó đ không có một tác
giả nào ứng dụng vào sản xuất hạt lai. Sau đó sản xuất hạt lai F1 hệ ba dòng
mới đợc Trung quốc phát triển vào năm 1973, trên cơ sở phát hiện một dòng
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
15
lúa bất dục đực hoang dại thuộc loại Oryza Futur F.spontanea, ký hiệu là WA
(Wild aborted). Từ dạng kiểu bất dục này, bằng con đờng lai hữu tính, ngời
ta chuyển gen bất dục đực vào lúa trồng và tạo ra dòng bất dục đực tế bào chất
(CMS). Ngoài dạng bất dục kiểu WA, đến nay đ có nhiều dạng bất dục khác:
BT và HL [34]. Tuy nhiên hiện nay có 90% các dòng CMS dùng để sản xuất hạt
lai là kiểu WA.
Để sản xuất hạt lai F1 thì cần phải có đủ 3 dòng
* Dòng CMS (Cytoplasmic Male Sterile Line - Dòng A):
Dòng CMS là dòng có nhuỵ cái phát triển bình thờng, bao phấn không
có hạt phấn hoặc có hạt phấn nhng bị thoái hoá sớm, không có khả năng phát
triển. Dòng CMS không có khả năng tự thụ phấn để kết hạt đợc, nó có thể kết
hạt khi thụ phấn với các dòng, các giống khác (Yin.H.Q, 1992) [69]. Theo
Yuan L.P và Xi Q.F, (1995) [64] muốn dòng CMS sản xuất đợc trong sản
xuất hạt lai F1, bản thân nó phải có
- Có tính bất dục đực hoàn toàn ổn định di truyền đợc qua các thế hệ,
không chịu sự chi phối của các điều kiện ngoại cảnh đặc biệt là nhiệt độ.
- Dễ đàng phục hồi tính hữu dục
- Có cấu trúc hoa và tập tính nở hoa tốt phù hợp với quá trình thụ phấn chéo.
* Dòng duy trì tính bất dục đực (Maintainer Line - Dòng B):
Theo Yuan L.P và Xi Q.F, (1995) [64], dòng phục hồi tính bất dục là
dòng mà khi lai với với dòng CMS duy trì đợc tính bất dục đực, đồng thời nó
cũng tự thụ phấn đợc để có khả năng kết hạt cao. Nếu không có dòng B thì dòng
A không đợc nhân lên từ hạt. Dòng A và dòng B là một cặp sinh đôi, giống
nhau về tính trạng hình thái, nhng khác nhau về cấu tạo hoa, bao phấn và hạt
phấn (Nguyễn Thị Trâm, 2000) [14]. Một dòng B tốt phải có độ thuần cao, dạng
hình phù hợp và có khả năng cung cấp nhiều hạt phấn (Yin.H.Q, 1992 ) [69].
* Dòng phục hồi tính hữu dục (Rostorer Line - Dòng R):
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
16
Theo Nguyễn Thị Trâm, 2000 [14], dòng R là dòng cho phấn dòng A
để sản xuất hạt lai F1, cây lai F1 hoàn toàn hữu dục và đồng nhất về các tính
trạng nông học, có u thế lai cao.
Dòng R tốt cần có đặc điểm sau:
- Có các đặc trng, đặc tính nông học tốt, có khả năng phối hợp và cho
u thế lai cao.
- Chiều cao cây cao hơn dòng A tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
thụ phấn chéo, có thời gian sinh trởng tơng đơng hoặc dài hơn dòng A.
- Các bao phấn phát triển tốt, lợng phấn nhiều, thời gian sống của hạt
phấn dài, lợng phấn tồn d qua mỗi lần tung phấn lớn, (Yin.H.Q, 1992 ) [69],
(Yuan L.P v Xi Q.F, 1995) [64].
* Những u và nhợc điểm của lúa lai 3 dòng:
Sự ra đời của lúa lai ba dòng không chỉ làm thay đổi nền nông nghiệp
Trung Quốc mà nó còn kéo theo sự phát triển của hàng loạt các nớc khác góp
phần đảm bảo an ninh lơng thực thế giới. Thực tế đ xác nhận, lúa lai ba
dòng cho năng suất cao hơn lúa thuần từ 20-30%, phẩm chất tốt, chống chịu
sâu bệnh khá, thời gian sinh trởng ngắn, rất thuận lợi cho việc bố trí thời vụ
gieo trồng, có tính thích ứng rộng và chịu thâm canh (Nguyễn Văn Hoan,
1999) [17]. Mặc dù vậy, lúa lai hệ ba dòng vẫn còn một số hạn chế:
- Các dòng CMS hiện có đòi hỏi rất khắt khe trong việc chọn lọc những
dòng duy trì và dòng phục hồi.
- Khó tìm đợc dòng R vừa có khả năng phục hồi tốt vừa có khả năng
cho u thế lai cao vì các giống ở loài phụ này không có khả năng phục hồi
tính hữu dục cho các dòng CMS ở loài phụ khác.
- 95% số dòng CMS đang sử dụng hiện nay thuộc kiểu "WA" nếu bị
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
17
dịch bệnh sẽ gây tổn hại nghiêm trọng do hiện tợng đồng tế bào chất.
- Lúa lai 3 dòng có quy trình sản xuất cồng kềnh, dễ gặp rủi ro vì điều
kiện thời tiết bất thuận nên thiếu chủ động trong việc bố trí sản xuất và cung
ứng hạt lai.
2.1.3. Nghiên cứu phát triển lúa lai 2 dòng
Các nhà khoa học Trung quốc cho rằng lúa lai hệ "ba dòng" đ và đang
đợc sử dụng rộng r i ở Trung quốc và các nớc khác luôn tỏ rõ u thế tuyệt
vời của nó. Lúa lai 3 dòng đ phá vỡ thế "kịch trần" về năng suất của lúa lùn cải
tiến, tạo ra một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực trồng lúa đồng thời với việc
khai thác tiềm năng u thế lai về năng suất lúa lai 3 dòng đ khai thác đợc
tiềm năng u thế lai thích ứng và đ rút ngắn thời gian sinh trởng của lúa.
Song để khắc phục những nhợc điểm của lúa lai hệ "3 dòng" năm
1970, nhóm các nhà khoa học Shao Kao Xiang và Hudawen (Trung quốc) [50]
đ đề xuất phơng pháp sản xuất hạt lai F1 với công nghệ khử đực dòng mẹ
bằng hóa chất thay cho việc sử dụng dòng CMS. Họ tìm ra 150 loại hóa chất
có thể giết giao tử đực mà không gây hại cơ quan sinh sản cái, trong đó đáng
chú ý là 2 loại hóa chất có tên là MG1 và MG2 với công thức hóa học tơng
ứng là CH3ASO3Zn và CH3ASO3Na2 có hiệu lực hơn cả.
2.1.3.1. Nghiên cứu, khai thác và phát triển bất dục đực di truyền nhân
Năm 1973, theo dõi giống Nongken 58 (Japonica chín muộn có nguồn
gốc là bất dục đực di truyền tế bào chất), Shi Ming Shong ở Trung tâm nghiên
cứu lúa lai tỉnh Hồ Bắc - Trung quốc [51] phát hiện thấy một số cá thể bất dục
phấn khi trỗ bông vào thời kỳ có độ dài ngày trên 14 giờ và hữu dục khi trỗ
bông vào thời gian có độ dài ngày ngắn dới 13 giờ 45 phút, giai đoạn mẫn
cảm xảy ra khi lúa phân hóa gié đến khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn. Có thể
coi đây là công cụ di truyền đầu tiên để khai thác tạo giống lúa lai "hai dòng".
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
18
Yuan L.P. (1992) trong bài: "Chiến lợc chọn tạo dòng PGMS" đ đề nghị đặt
một tên chung cho các dòng hai chức năng này là EGMS và tùy theo mức độ
cảm ứng của các dòng với điều kiện môi trờng mà chia thành ba dạng:
PGMS, TGMS, và P(T) GMS. [66].
Sử dụng phơng pháp chọn giống lúa lai "hai dòng" với công cụ di
truyền là các dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với điều
kiện môi trờng có các u điểm sau:
- Dễ dàng tìm đợc dòng phục hồi phấn (R) để làm bố trong sản xuất
hạt lai F1, có tới 95% số giống lúa thờng có thể dùng để lai với dòng EGMS
cho con lai F1 hữu dục, trong khi lúa lai "ba dòng" chỉ có khoảng 5% các
giống lúa thờng dùng làm dòng bố (R) có thể cho con lai hữu dục mà thôi.
- Năng suất lúa lai "hai dòng" cao hơn các tổ hợp lúa lai "ba dòng" từ 1015%, có khi cao hơn nữa vì có thể mở rộng phạm vi lai ra các loài phụ lúa trồng.
- Các tổ hợp lúa lai "hai dòng" dễ cải tạo phẩm chất và khả năng chống
chịu sâu bệnh hơn việc cải tạo các tổ hợp lai "ba dòng".
- Dễ sản xuất hạt lai F1 nên giá thành sản xuất hạt lai giảm đáng kể.
Trung tâm nghiên cứu lúa lai Hồ Nam đ thành công trong việc lai giữa
dòng TGMS Bồi ải 64S với giống Đặc thanh. Năm 1997, tổ hợp này đ đợc
trồng 200.000 ha tại Hồ Nam cho năng suất rất cao từ 9,4 - 15,1 tấn/ha/vụ.
2.1.3.2 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với ánh sáng (Photoperiod sensitive Genic Male Sterile. PGMS)
Dòng bất dục đực do Shi Ming Shong (1973) phát hiện đợc công nhận
là dòng PGMS đầu tiên [60] và gọi tên là Nongken 58S. Từ nguồn PGMS này,
rất nhiều dòng PGMS và TGMS mới đợc tạo ra bằng việc lai giữa Nongken
58S với các giống Japonica rồi chọn lọc ở thế hệ phân ly. Ngoài dòng PGMS
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
19
Nongken 58S và các dòng PGMS có nguồn gen của Nongken 58S, các nhà
khoa học Mỹ còn tìm đợc hai dòng PGMS khác là dòng M201S thu đợc từ
quần thể đột biến của giống M201 và dòng Calrose 76S thu đợc từ quần thể
nuôi cấy bao phấn của giống Calrose 76 [65]. Theo Yuan L.P. và Xi Q.F.
(1995) [64] các dòng bất dục kiểu PGMS mẫn cảm mạnh với ánh sáng ở giai
đoạn từ phân hóa gié cấp 2 đến hình thành tế bào mẹ hạt phấn của đòng non
khi đang phân hóa. Thời gian chiếu sáng tới hạn gây hữu dục hạt phấn là
13h45' và cờng độ ánh sáng phải 50 lux. Ông còn cho biết nhiệt độ trong
ngày cũng ảnh hởng đến quá trình chuyển hóa hữu dục.
Việc sử dụng dòng PGMS để sản xuất hạt lai F1 đợc thực hiện trong
điều kiện ánh sáng ngày dài trên 14 giờ; duy trì dòng PGMS đợc thực hiện
trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn dới 13h45'. Trong điều kiện Việt Nam,
ngày dài nhất ở Hà nội (21oN) mới chỉ có 13h37' nên không thể sử dụng trực
tiếp các dòng PGMS loại này mà phải tìm các dòng có phản ứng ở điều kiện
ánh sáng ngắn hơn. Tuy nhiên, đến nay trờng Đại học Nông nghiệp I Hà
Nội đ phân lập và thu đợc hai dòng PGMS là: P5S và P28S cả hai dòng này
đều có ngỡng chuyển đổi tính dục 12 giờ 16 phút. Hai dòng PGMS này có
phấn hữu dục khi độ dài ngày ngắn hơn hoặc bằng 12 giờ 16 phút, bất dục
hoàn toàn khi độ dài ngày dài từ 12 giờ 16 phút trở lên [23].
2.1.3.3. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ (Thermo-sensitive
Genic Male Sterile - TGMS)
Năm 1988, dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ đầu
tiên mang tên Annongs-1 thu đợc từ quần thể đột biến tự nhiên ở thế hệ con
cháu của tổ hợp lai Chao 40B/285/6209-3 đợc phát hiện. [65].
Năm 1989 Yang và cộng sự dùng phơng pháp đột biến giống IR50 thu
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
20
đợc dòng TGMS 5460S (Trích theo Rangaswamy và cộng sự 1997) [44].
Năm 1990, Yang và các cộng sự thông báo giống lúa bất dục đực cảm
ứng nhiệt độ R59TS và H89-1 [63]. Sau đó, Maruyama và các cộng sự (1991)
bằng phơng pháp đột biến phóng xạ tạo ra dòng bất dục đực mẫn cảm với
nhiệt độ (TGMS) gọi tên là Norin PL-12 [40]. Những tác giả trên đều đa ra
kết luận rằng: Tính trạng bất dục đực cảm ứng với nhiệt độ của các giống lúa
thu đợc đều do từng cặp gen lặn trong nhân khác nhau điều khiển. Kinoshita
(1992) [32] đặt tên cho gen TGMS của dòng 5460S và Norin PL-12 là tms-1 và
tms-2. Năm 1991, Virmani và các cộng sự [59] thông báo đ tạo đợc TGMS
mới IR32364S từ IR32364 bằng đột biến phóng xạ. Ngoài ra, còn nhiều nguồn
TGMS khác đợc tạo ra bằng những phơng pháp khác nhau từ nớc trên thế
giới. Wang và cộng sự sử dụng cặp lai 5460S/Hong Wan 52 để phân tích di
truyền ở thế hệ F2 đ tìm ra chỉ thị phân tử liên kết với gen tms trên cơ sở đó
định vị đợc gen tms của dòng 5460S nằm trên nhiễm sắc thể số 8. Năm 1996,
Subudhi P.K. và cộng sự lập bản đồ gen giống IR32364S đ xác định đợc gen
tms-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 6, ngoài ra họ còn tìm ra đợc mối liên kết
giữa gen tms-3 với các gen của ty thể [49]. Nghiên cứu di truyền của dòng
TGMS-VN1 (có nguồn gốc từ đột biến Chiêm bầu), Viện Di truyền Nông
nghiệp Việt Nam đ xác định đợc gen tms-4 nằm trên nhiễm sắc thể số 2 không
cùng allen với các gen tms có nguồn gốc từ Trung quốc [1].
Nguyễn Thị Trâm (2000) [14] cho biết kiểu bất dục đực chức năng đặc
trng cho loài phụ Indica là dòng Annong
S-1
và giới hạn chuyển hoá từ hữu
dục sang bất dục của nó là 23 - 26 0C .
Theo Wu Xiao Jin (1997) [60] quá trình chuyển hoá hữu dục của dòng
Annong S-1 bị ảnh hởng bởi nhiệt độ vào thời kỳ từ 11 - 15 ngày trớc trỗ và
bị kiểm soát bởi gen lặn tms từ nguồn gen của Annong
S-1
, ngời ta đ lai
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
21
chuyển sang các giống khác và chọn tạo đợc nhiều dòng TGMS đang sử
dụng rộng r i ở Trung quốc nh Anxiangs, 810s, Xiang 125s, Ce 64S, ... [65].
Kết quả nghiên cứu của Mao C.X. (1993) [39] cho thấy: ở thời kỳ phân
chia giảm nhiễm tế bào mẹ hạt phấn, nếu nhiệt độ trung bình ngày đêm cao
hơn 270 C trong bốn ngày liên tục thì dòng TGMS sẽ bị thoái hóa hạt phấn
hoàn toàn.
Borkakati (1994) kết luận: Trong điều kiện tại Philiippin, giai đoạn
mẫn cảm với nhiệt độ của dòng TGMS từ 6-15 ngày thậm chí chỉ cần 1 giờ xử
lý ở nhiệt độ cao trong giai đoạn mẫn cảm cũng có thể ảnh hởng đến độ hữu
dục hạt phấn (Trích theo Virmani, 1996) [58].
Theo Yuan L.P. và Xi Q.F (1995) [64] giai đoạn chuyển hóa hữu dục
của các dòng TGMS là từ khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn đến phân chia tế
bào mẹ hạt phấn. Hai ông còn cho rằng quá trình chuyển hóa hữu dục của
dòng TGMS hiện có đợc gây ra bởi nhiệt độ là chính còn độ dài ánh sáng
có ảnh hởng nhng rất nhỏ.
Năm 1997, Liu Yi Bai và cộng sự [37] đ đa ra bốn giới hạn nhiệt độ
liên quan đến quá trình chuyển hóa hữu dục, bất dục của các dòng TGMS là:
BUT (Biological Upper Temperature: Nhiệt độ giới hạn sinh học trên).
BLT (Biological Lower Temperature: Nhiệt độ giới hạn sinh học dới)
F.T (Fertile Temperature: Nhiệt độ gây hữu dục).
S.T (Sterile Temperature: Nhiệt độ gây bất dục).
Mối liên quan này đợc minh họa bằng sơ đồ sau:
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
22
Sơ đồ minh họa ảnh hởng của nhiệt độ và ánh sáng đến sự hữu dục của
các dòng TGMS
Biểu hiện
Bất dục
Hữu
Bán bất
Bất
Bất dục
hữu dục
sinh lý
dục
dục
dục
sinh lý
ảnh
BLT
FT
ST
BUT
hởng của
nhiệt
độ
Kém hoặc không ảnh hởng
ảnh hởng
của độ dài
ánh sáng
Theo sơ đồ trên ta thấy: Trong giai đoạn mẫn cảm của các dòng
TGMS, nếu nhiệt độ cao hơn BUT hoặc thấp hơn BLT thì chúng bất dục sinh
lý (có hạt phấn bình thờng nhng không đậu hạt vì không đủ điều kiện thụ
tinh). Khi nhiệt độ trong khoảng S.T và BUT thì các dòng TGMS bất dục hoàn
toàn trong khi các giống lúa thờng vẫn ra hoa kết hạt. Khi nhiệt độ trong
khoảng F.T và S.T các dòng TMGS ở trạng thái chuyển hóa (nửa bất dục, nửa
hữu dục); khi nhiệt độ trong khoảng BLT và F.T các dòng TGMS có phấn hữu
dục và đậu hạt bình thờng. Độ dài ánh sáng không ảnh hởng hoặc kém ảnh
hởng tới các dòng TGMS. Theo Nguyễn Thị Trâm (2000) [14] dòng TGMS
bất dục khi gặp nhiệt độ cao hơn 270 vào thời gian từ 8 - 12 ngày trớc khi lúa
trỗ, tức là vào thời kỳ phân hóa gié đến phân chia tế bào mẹ trong đòng non.
Dòng TGMS chuyển hóa từ bất dục sang hữu dục khi nhiệt độ giảm xuống
dới 240 C. Con ngời đ lợi dụng đặc điểm này để sử dụng dòng TGMS vào
việc sản xuất hạt lai F1 trong điều kiện nhiệt độ thấp.
Ngày nay, Trung tâm nghiên cứu lúa lai Hồ Nam mới công bố kỹ thuật
mới trong việc nhân dòng TGMS: Dùng nớc mát (19 - 210C) tới liên tục vào
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
23
thời kỳ mẫn cảm của dòng TGMS rất có hiệu quả, bằng phơng pháp này, có
thể thu đợc năng suất hạt tới 1,91 tấn/ha ngay cả khi nhiệt độ không khí cao
tới 34-350C [62]. Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam dới sự hớng dẫn
của các chuyên gia đ áp dụng thành công việc dùng nớc lạnh hút từ giếng
khoan tới liên tục cho dòng TGMS ở thời kỳ mẫn cảm để thu đợc hạt TGMS
với tỷ lệ kết hạt khá cao. Từ phơng pháp này có thể nhân dòng TGMS ngay ở
vùng núi nh : Tam Đảo, Sapa hoặc Đà lạt để lợi dụng điều kiện nhiệt độ
thuận lợi cho cây lúa kết hạt. ở vùng đồng bằng Sông Hồng, nhân dòng
TGMS tốt nhất nên điều khiển cho lúa trỗ trớc ngày 15/4 hoặc cũng có thể
cho dòng TGMS trỗ vào cuối tháng 10 nhng ở thời vụ này dễ gặp rét đầu mùa
sau khi lúa kết hạt làm ảnh hởng đến quá trình vận chuyển vật chất về hạt
nên độ mẩy của hạt không đợc chắc nh các giống lúa thờng dẫn đến làm
giảm năng suất và chất lợng hạt giống F1 [1]
2.1.4. Kỹ thuật nhân dòng bất dục và sản xuất hạt lai F1
2.1.4.1. Kỹ thuật duy trì dòng bố, mẹ
Trong sản xuất hạt lai thì độ thuần của các dòng bố, mẹ có vai trò
quyết định đến chất lợng di truyền của hạt F1. Dù có thực hiện đầy đủ quy
trình sản xuất nhng nếu độ thuần di truyền của dòng bố, mẹ không đạt yêu
cầu thì hạt lai F1 cũng bị loại.
Đối với việc duy trì dòng bố, mẹ ở hệ thống sản xuất hạt lai sử dụng
bất dục đực chức năng di truyền nhân (hệ thống hai dòng) đợc áp dụng cho
từng dòng sơ đồ cụ thể theo nguyên tắc: Tự phối tuyệt đối trong giai đoạn duy
trì cho cả dòng bất dục (dòng S) và dòng R, cách ly tuyệt đối để chỉ xảy ra
giao phấn nội bộ trong dòng ở giai đoạn nhân giống và dòng bất dục luôn tạo
cặp với dòng R để duy trì u thế lai ở F1.
Trong quá trình duy trì dòng "S" ngời ta luôn phải chú ý để loại bỏ
các biến dị theo xu thế hữu dục ở nhiệt độ cao dần lên sau mỗi vụ nhân hay
Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc nụng nghip --------------------------
24
