Nghiên cứu đặc điểm của các dòng lúa bất dục đực tạo ra từ nuôi cấy bao phấn lúa f1 mang gen TGMS

§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án này, trong suốt thời gian thực tập ngoài sự nỗ lực
của bản thân tôi còn nhận được sự giúp đỡ và động viên rất nhiều từ thầy cô, bạn
bè và gia đình.
Trước hết, cho tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến
thầy giáo TS. Đoàn Duy Thanh, thầy đã luôn tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình thực tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Xin được gửi
lời cảm ơn tới tập thể các cán bộ Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ tế bào
thực vật – Viện Di Truyền Nông Nghiệp đã nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ tôi
hoàn thành tốt đồ án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo
khoa Công nghệ sinh học và môi trường – trường Đại học Phương Đông đã giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian học tập. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn gia đình và
bạn bè đã luôn luôn bên cạnh quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong những
thời gian qua.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2014.
Thịnh.
Đặng Minh Thịnh.

1

§Æng Minh ThÞnh

1

MSSV: 510301030

§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

CHỮ CÁI VIẾT TẮT
ADP: Asian Development Bank- Ngân hàng Phát triển châu Á
Bộ NN & PPNT: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
CMS: Cytoplasmic Male Sterile- Dòng bất dục đực tế bào chất
CLRRI: Cuu Long Delta Rice Research Institute- Viện lúa đồng bằng sông Cửu
Long
ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long.
ĐC: Đối chứng
EGMS: Environment sensitive Genic Male Sterile- Bất dục đực di truyền cảm
ứng với điều kiện môi trường.
FAO: Food and Agricuture Organization- Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp
Liên Hiệp Quốc.
GA3: Gibberellic acid.
IRRI: International Rice Research Institute- Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế.
MAS: Maker Aisted Selection - Chọn giống nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử.
MS: Male Sterile- Bất dục đực.
NMS: Nuclear Male Sterile- Bất dục đực gen nhân.
NST: Nhiễm sắc thể.
PGMS: Photoperiod sensitive Genic Male Sterile- Bất dục đực di truyền cảm
ứng với quang chu kỳ.
TGMS: Thermosensitive Genic Male Sterile- Bất dục đực di truyền cảm ứng với
nhiệt độ.
TGST: Thời gian sinh trưởng.
2

§Æng Minh ThÞnh

2

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

UNDP: United Nations Development Programme- Chương trình phát triển của
Liên Hợp Quốc.
ƯTL: Ưu thế lai.
WA: Wide Abortive -Bất dục đực dạng dại.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Đặc điểm cấu trúc hoa các dòng bất dục đực mới tạo ra.
Bảng 3.2 : Đặc điểm trỗ hoa các dòng bất dục đực.
Bảng 3.3: Đặc điểm hình thái các dòng bất dục đực.
Bảng 3.4: Các yếu tố cấu thành năng suất các dòng bất dục đực.
Bảng 3.5: Tỷ lệ kết hạt của các dòng bất dục đực khi lai thử.
Bảng 3.6: Tỷ lệ hạt phấn hữu thụ của các dòng bất dục đực TGMS ở các giai
đoạn phân hoá đòng.

3

§Æng Minh ThÞnh

3

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1: Tỷ lệ thò vòi nhụy của các dòng bất dục đực.
Biểu đồ 3.2: Thời gian trỗ hoa các dòng bất dục đực.
Biểu đồ 3.3: Chiều cao cây, dài bông và dài lá đòng của các dòng bất dục đực.
Biểu đồ 3.4: Số bông/khóm của các dòng bất dục đực.
Biểu đồ 3.5: Số hạt/bông các dòng bất dục đực.
Biều đồ 3.6: Tỷ lệ kết hạt của các dòng bất dục đực.
Biều đồ 3.7: Diễn biến nhiệt độ trung bình các ngày nghiên cứu ở khu vực Hà Nội.

4

§Æng Minh ThÞnh

4

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

5

§Æng Minh ThÞnh

Khoa CNSH & MT

5

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Cây Lúa (Oryza sativa).
Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất lúa lai hai dòng (TGMS).
Hình 3.3: Minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự chuyển hóa tính dục của
dòng bất dục đực
Ảnh 3.1: Hình ảnh vòi nhụy thò ra ngoài của lúa bất dục đực.
Ảnh 3.2: Hình ảnh hạt lai thử.
Ảnh 3.3: Hình ảnh dòng lúa TG9(4).
Ảnh 3.4: Bao phấn rỗng không hạt phấn của các dòng TG9.
Ảnh 3.5: Hạt phấn bất dục không nhuộm màu dung dịch (I2 + KI) 0,1%.
Ảnh 3.6: Dòng TGMS xuất hiện hạt phấn hữu thụ khi gặp nhiệt độ lạnh – hạt
phấn bắt màu với dung dịch (I2 + KI) 0,1%.

6

§Æng Minh ThÞnh

6

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

MỞ ĐẦU
Lúa (Oryza sativa) là một trong những cây lương thực quan trọng nhất
của loài người, với gần 2/3 dân số thế giới nhất là các nước Châu Á, Châu Phi,
và Châu Mỹ La Tinh sử dụng lúa gạo là loại cây lương thực chính, và chủ yếu
lúa được sản xuất ở Châu Á chiếm hơn 90% lúa của thế giới. Lúa gạo đóng góp
một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực và ổn định xã hội
không những ở các nước Châu Á mà còn trên toàn thế giới. Tuy nhiên, hiện nay
nhân loại đang có nguy cơ thiếu hụt lương thực do dân số tăng nhanh chóng, bên
cạnh đó sản xuất lương thực còn bị ảnh hưởng nhiều bởi sự biến đổi khí hậu như
bão, lũ lụt, hạn hán; hơn thế nữa diện tích gieo trồng ngày một thu hẹp do đô thị
hóa, công nghiệp hóa. Vì vậy, chọn tạo giống mới có năng suất cao, chất lượng
tốt, chống chịu được sâu bệnh là nhiệm vụ cấp thiết đối với các nhà khoa học
của mỗi quốc gia trên thế giới.
Phương pháp truyền thống đã giúp tạo ra giống lúa có năng suất cao, làm
lên cuộc cách mạng xanh, giải quyết vấn đề lương thực cho nhân loại.Tuy nhiên
năng suất lúa đã đến giới hạn “trần về năng suất”. Để giải quyết năng suất vượt
trần của cây lúa, các nhà chọn tạo giống lúa có các xu hướng cơ bản là sử dụng
ưu thế lai, tạo cây lúa theo mô hình lý tưởng, cải thiện bộ máy quang hợp C3 ở
cây lúa theo con đường C4 (ở cây mía, ngô) bằng kỹ thuật di truyền. Trong đó,
ưu thế lai là sự lựa chọn đem lại hiệu quả cao, với năng suất cao hơn lúa thuần

từ 15-20% [21], phương pháp này đơn giản và đỡ tốn kém hơn so với các
phương pháp còn lại. Để sử dụng được hiện tượng ưu thế lai vào sản xuất, các
nhà khoa học đã tạo ra cây lúa bất dục đực để có thể sản xuất hạt lai F1 trên quy
mô lớn mà không phải khử đực.
Việt Nam tiếp cận công nghệ lúa lai từ những năm 1991 chậm sau Trung
Quốc gần 30 năm. Diện tích trồng lúa lai đạt 595 nghìn ha vào năm 2011 [20].
Trong sản xuất lúa lai vấn đề mấu chốt quyết định là phải tạo ra các dòng mẹ có
nền di truyền đa dạng cùng với tính trạng bất dục đực, thích nghi với thụ phấn
7

§Æng Minh ThÞnh

7

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

chéo và có tiềm năng cho năng suất cao. Việc ứng dụng công nghệ tạo dòng đơn
bội kép bằng kỹ thuật Invitro qua nuôi cấy lúa lai hai dòng sẽ rút ngắn quá trình
chọn tạo các dòng bất dục đực mang gen TGMS (dòng bất dục đực di truyền
cảm ứng với nhiệt độ), làm phong phú nguồn vật liệu cho chọn tạo giống lúa lai
ở nước ta. Tuy nhiên các dòng bất dục đực TGMS tạo ra bằng kỹ thuật Invitro
cần phải có những đặc điểm như: Có đặc điểm nông sinh học tốt, cấu trúc hoa
thích nghi với thụ phấn chéo như tỷ lệ thò vòi nhụy, độ dài thò vòi nhụy, ngưỡng
chuyển đổi tính dục theo nhiệt độ phù hợp với vai trò là dòng mẹ để tạo được
các tổ hợp lúa F1 có ưu thế lai.

Vì vậy chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm
của các dòng lúa bất dục đực tạo ra từ nuôi cấy bao phấn lúa F1 mang gen
TGMS”.
Mục tiêu của đề tài: Thông qua việc đánh giá các dòng lúa thuần bất dục
đực tạo ra bằng kỹ thuật đơn bội về các đặc tính nông sinh học, tính trạng bất
dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ (TGMS), đặc điểm cấu trúc hoa
phù hợp với tư cách dòng mẹ bất dục trong sản xuất lúa lai. Để từ đó có thể tìm
ra các dòng có đặc điểm tốt để sử dụng làm cây mẹ tạo hạt lúa lai F1.

8

§Æng Minh ThÞnh

8

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1

Giới thiệu về cây lúa

Hình 1.1: Cây Lúa (Oryza sativa)
Lúa (Oryza sativa L.) là một trong năm loại cây lương thực chính của thế
giới, cùng với ngô (Zea Mays L.), lúa mì (Triticum sp. tên khác: tiểu mạch), sắn

(Manihot esculenta Crantz, tên khác khoai mì) và khoai tây (Solanum
tuberosum L.); có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực đông
nam Châu Á và Châu Phi. Hai loài lúa đã được thuần hoá là lúa Châu Á (Oryza
sativa) và lúa Châu Phi (Oryza glaberrima) [8]. Cây lúa trồng Oryza sativa L. là
một loài cây thân thảo, sinh sống hàng năm. Thời gian sinh trưởng của các giống
dài, ngắn khác từ 60- 250 ngày. Về phương diện thực vật học, lúa trồng hiện nay
là do lúa dại hình thành thông qua quá trình chọn lọc nhân tạo lâu dài.
Phân loại lúa người ta dựa vào các đặc tính khác nhau của cây lúa:Phân
loại cây lúa theo hệ thống phân loại thực vật:
Ngành: Angiospermae – Thực vật có hoa
Lớp: Monocotyledoneae – Lớp 1 lá mầm
Bộ: Poales (Graminales) – Hòa thảo có hoa
Họ: Poaceae (Gramineae) – Hòa thảo
Họ phụ: Pooideae – Hòa thảo ưa nước
9

§Æng Minh ThÞnh

9

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Chi: Oryza – lúa
Loài: Oryza sativa – lúa trồng châu Á, Oryza glaberrima – lúa trồng châu Phi
Chi Oryza có khoảng hơn 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm

của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung
Mỹ và một phần ở Châu Úc (Chang, 1976 theo De Datta, 1981). Loài lúa trồng
là cây hằng năm có tổng số nhiễm sắc thể 2n=24.
Hiện nay, các nhà chọn tạo giống đã phân loại cây lúa theo hệ thống như
sau: Theo loại hình sinh thái địa lí, theo đặc tính thực vật học, theo điều kiện
môi trường canh tác, theo đặc tính của hình thái cây lúa,…
1.2

Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam và trên thế giới

1.2.1 Sản xuất lúa gạo trên thế giới
Lúa là cây lương thực quan trọng cho gần 2/3 dân số thế giới. Cây lúa là
loài thực vật có diện tích phân bố khá rộng, kéo dài từ vĩ độ 40 độ Nam đến 50
độ Bắc. Khoảng 90% diện tích trồng lúa trên thế giới tập trung ở châu Á, còn lại
là ở châu Phi, châu Mỹ, châu Âu, châu Đại Dương.
Diện tích trồng và sản lượng lúa có xu hướng tăng lên trong những năm
gần đây. Theo cơ quan FAO đã đánh giá năm 2011, sản lượng lúa đạt đến 721
triệu tấn hay 481 triệu tấn gạo, tăng 24 triệu tấn so với năm 2010 [15]. Năm
2011, dân số trên thế giới tiêu thụ 450 tấn gạo. Dự kiến đến năm 2020, dân số
trên thế giới sẽ tiêu thụ khoảng 490 triệu tấn gạo và khoảng 650 triệu tấn vào
năm 2050 (Roderick và cộng sự , 2012).
Điều này cho thấy nhu cầu tiêu thụ gạo của con người trong tương lai sẽ
ngày một tăng, góp phần vào đảm bảo vững chắc an ninh lương thực thế giới.
1.2.2

Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
Cây lúa là cây lương thực chính trong mục tiêu phát triển nông nghiệp của

Việt Nam để đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia và xuất khẩu. Cây
lúa chiếm trên 50% diện tích đất nông nghiệp và trên 60% diện tích đất gieo

trồng hằng năm. Sản xuất lúa gạo chỉ tập trung chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng
10

§Æng Minh ThÞnh

10

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

và ĐBSCL. Sản xuất lúa gạo xuất khẩu và chuyển đổi mục đích sử dụng đất
hiện nay còn nhiều vấn đề.
Diện tích và sản lượng lúa trong những năm gần đây có xu hướng tăng
lên, tuy nhiên về năng suất lại có phần sụt giảm. Sản lượng lúa cả năm 2013 ước
tính đạt 44,1 triệu tấn, tăng 338,3 nghìn tấn so với năm 2012, trong đó diện tích
gieo trồng ước tính đạt 7,9 triệu ha, tăng 138,7 nghìn ha, năng suất đạt 55,8
tạ/ha, giảm 0,6 tạ/ha [17].
Năm 2013 là một năm khó khăn của nhiều ngành, nhiều lĩnh vực kinh tế.
Và mặc dù xuất khẩu được đánh giá là điểm sáng của bức tranh kinh tế 2013
song xuất khẩu gạo lại sụt giảm mạnh mẽ. Bộ NN & PTNT cho biết, năm 2013,
xuất khẩu gạo đã giảm cả lượng và chất. Khối lượng xuất khẩu gạo của Việt
Nam năm 2013 ước đạt 6,61 triệu tấn, với tổng giá trị là 2,95 tỷ USD, giảm
17,4% về khối lượng và giảm 19,7% về giá trị so với năm 2012 [16]. Nguyên
nhân là do chất lượng gạo thấp, do cạnh tranh xuất khẩu…
Để nâng cao chất lượng, giá trị gạo xuất khẩu nói riêng cũng như sự phát
triển của ngành nông nghiệp nói chung, cần phải nâng cao chất lượng giống lúa,

tăng khả năng cạnh tranh cao trên thị trường trong nước và xuất khẩu, đồng thời
chủ trương thực hiện giảm diện tích đất trồng lúa, chuyển sang trồng các loại
cây trồng khác có giá trị cao hơn.
1.3

Nghiên cứu về tăng năng suất của cây lúa

Nghiên cứu về tăng năng suất của cây lúa đã được thực hiện từ rất nhiều
năm trước đây. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống đã tạo ra giống lúa giới
hạn “trần về năng suất”. Trong khi đó, lương thực luôn là vấn đề cấp thiết hàng
đầu không chỉ hiện tại mà còn cả trong tương lai. Để giải quyết bài toán năng
suất của cây lúa, dưới đây đề cập tới một số hướng nghiên cứu về tăng năng suất
vượt trần của cây lúa như sau:
• Các hướng nghiên cứu về tăng năng suất vượt trần của cây lúa
- Tạo cây lúa theo mô hình lý tưởng
Đối với cây lúa lý tưởng theo Matsushima (1970) thì phải đạt các tiêu
chuẩn như: Có đủ số hạt cần thiết, thân thấp, bông ngắn, có nhiều bông để chống
11

§Æng Minh ThÞnh

11

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

đổ ngã, ba lá trên cùng phải ngắn, dày và thẳng đứng, duy trì khả năng hấp thụ
Nitơ, có càng nhiều lá xanh trên thân càng tốt và trổ lúc thời tiết thuận lợi để có
thể tăng sản phẩm quang hợp ở thời kỳ chín. Nhưng thực tế các nhà khoa học
vẫn chưa thể tạo ra cây lúa có thể hội tụ được tất cả các đặc điểm trên để có thể
tạo ra cây lúa lý tưởng cho việc tăng năng suất vượt trần.[3]
- Tăng năng suất cây lúa bằng cách hay đổi bộ máy quang hợp C3 thành C4 sử
dụng kỹ thuật di truyền.
Trong hơn 50 năm qua nhờ cuộc cách mạng xanh lần thứ nhất là đưa cây
lúa lai cải tiến vào thay thế cây lúa mùa địa phương. Nhưng hiện nay cây lúa thế
giới, đúng hơn là cây lúa C3 đã đụng trần về sản lượng và trên đà sụt giảm do
biến đổi khí hậu. Nhược điểm của cây lúa C3 là có hiện tượng quang hô hấp
mạnh, năng suất tụt giảm rõ rệt khi nhiệt độ trên 30 0C, nơi mà các đồng bằng
trồng lúa chủ yếu đang hứng phải hiện nay và trong thời gian tới. Do cây lúa C3
hiện nay đã đụng trần về sản lượng, trước nguy cơ của biến đổi khí hậu và đô thị
hoá ở các nước đang phát triển, kể cả một phần diện tích đất trồng lúa bị cạnh
tranh do cây trồng cung cấp năng lượng hoá học trong nhiều thập kỷ tới nên diện
tích trồng lúa thế giới sẽ tụt giảm nghiêm trọng. Trước nguy cơ đó đặt ra vấn đề
phải mở ra cuộc cách mạng xanh lần thứ 2 đó là thay cây lúa C3 bằng cây lúa
C4 trong thế kỷ 21. Để đảm bảo an ninh lương thực trên thế giới, các nhà khoa
học IRRI đã nhận định đến năm 2020 năng suất cây lúa nước trên thế giới phải
đạt được năng suất bình quân khoảng 7 tấn/ha/vụ. Như vậy đòi hỏi cây lúa phải
có tiềm năng 12 tấn/ha/vụ trong mùa khô và 8-9 tấn/ha/vụ trong mùa mưa như
vậy năng suất ngoài đồng bình quân phải đạt trên 70% tiềm năng của giống. Đến
năm 2025 phải đạt trên 771 triệu tấn, đến năm 2030 phải đạt 830 triệu tấn và đến
năm 2050 trở đi phải đạt sản lượng từ 900-1000 triệu tấn mới giải quyết được
vấn đề an ninh lương thực toàn cầu. Trước vấn đề đó cây lúa C3 hiện nay chỉ có
thể trụ vững trong vòng 20 năm nữa và đến năm 2030 trở đi cây lúa C4 phải
chiếm lĩnh ưu thế trong sản lượng lúa gạo thế giới. Việc tạo ra cây lúa C4 để đưa
vào sản xuất đại trà thay thế cây lúa C3 là tất yếu vì ưu thế tạo năng suất của cây
12

§Æng Minh ThÞnh

12

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

lúa C4 có thể tăng từ 30-50 % so với cây lúa C3. Tuy nhiên việc tạo ra cây lúa
C4 còn gặp nhiều trở ngại về rào cản kỹ thuật và sự e ngại dùng giống lúa
chuyển đổi gen đang còn là vấn đề do dự trên chính các nước trồng lúa truyền
thống [14].
- Sử dụng ưu thế lai.
Đây là hướng nghiên cứu thích hợp và đang được ứng dụng có hiệu quả
đối với các nước Châu Á và các nước đang phát triển trong đó có nước ta.
Do ưu thế lai là hiện tượng phổ biến trong trồng trọt và chăn nuôi, con lai
F1 có khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và
thích nghi năng suất lượng hạt và các đặc tính khác hơn hẳn bố mẹ. Các giống
lúa lai F1 là biện pháp tăng năng suất có hiệu quả và chi phí thấp phù hợp với
tình hình hiện tại của Việt Nam .
•

Yếu tố cấu thành năng suất và biện pháp kỹ thuật tăng năng suất của cây
lúa
- Giai đoạn sinh trưởng của cây lúa
Nghiên cứu về sinh trưởng của cây lúa đã từng được thực hiện từ những

năm thập niên 20-30 của thế kỷ trước, có nhiều ý kiến khác nhau, tuy nhiên sau
hội nghị di truyền về cây lúa lần thứ nhất được tổ chức ở IRRI (1981) thì các
nhà khoa học đã đạt được sự thống nhất. Thời gian sinh trưởng của cây lúa được
chia thành ba thời kỳ: Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, thời kỳ sinh trưởng sinh
thực và thời kỳ từ trỗ đến chín. Muốn giống có năng suất cao thì từng thời gian
sinh trưởng cây lúa phải thực hiện tốt các chức năng đẻ nhánh và tích lũy của
mình.
Những giống lúa có thời gian sinh trưởng 100-130 ngày thường đạt năng
suất cao hơn, vì nó cân đối giữa thời gian sinh trưởng sinh dưỡng và thời gian
sinh trưởng sinh thực. Đồng thời quá trình từ phân hóa đến chín nó gặp điều
kiện thuận lợi hơn (Bùi Huy Đáp, 1980) [5].

13

§Æng Minh ThÞnh

13

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Trong cùng một điều kiện ngoại cảnh, sự thay đổi của thời gian sinh
trưởng không nhiều, do vậy nhiều tác giả đã dùng thời gian sinh trưởng để phân
chia các giống lúa theo nhiều nhóm:
+ Nhóm cực ngắn, có thời gian sinh trưởng < 90 ngày
+ Nhóm ngắn ngày có thời gian sinh trưởng 90-120 ngày

+ Nhóm trung bình có thời gian sinh trưởng 120-140 ngày
+ Nhóm dài ngày có thời gian sinh trưởng 140 ngày
Trong điều kiện miền Bắc Việt Nam thời gian sinh trưởng của các giống
lúa phụ thuộc rất lớn vào vụ gieo cấy. Do đặc điểm của tổng tích ôn hữu hiệu mà
một giống được gieo cấy ở mùa vụ luôn có thời gian sinh trưởng ngắn hơn khi
gieo cấy ở vụ xuân (Đinh Văn Lữ - 1978). [6]
- Yếu tố cấu thành năng suất và biện pháp kỹ thuật tăng năng suất của cây lúa
Trong quá trình sản xuất lúa, cái người ta quan tâm nhất chính là năng
suất hạt, năng suất hạt do nhiều yếu tố cấu thành như: Số bông trên đơn vị diện
tích, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc, trọng lượng 1000 hạt. Các yếu tố tương quan tỷ
lệ với nhau. Sự tương quan giữa các yếu tố cấu thành năng suất còn phụ thuộc
nhiều vào điều kiện ngoại cảnh trong quá trình hình thành chúng.
Trong phạm vi giới hạn, bốn yếu tố này càng tăng thì năng suất lúa càng
cao, cho đến lúc bốn yếu tố này đạt được cân bằng tối ưu thì năng suất lúa sẽ tối
đa. Vượt lên mức cân bằng này, nếu một trong bốn yếu tố cấu thành năng suất
tăng lên nữa sẽ ảnh hưởng xấu đến các thành phần còn lại, làm giảm năng suất.
Mức cân bằng tối ưu giữa các yếu tố năng suất để đạt năng suất cao thay đổi tùy
theo giống lúa, điều kiện đất đai, thời tiết và kỹ thuật canh tác. Hơn nữa, ảnh
hưởng của mỗi yếu tố năng suất đến năng suất lúa không chỉ khác nhau về thời
gian nó được xác định mà còn do sự góp phần của nó trong năng suất hạt. Để
biết tầm quan trọng tương đối của mỗi yếu tố cấu thành năng suất đối với năng
suất hạt, Yoshida và Parao (1976) đã phân tích tương quan hồi qui nhiều chiều,
sử dụng phương trình log Y = log N + log W + log F + R. Phương trình này
được rút ra từ phương trình năng suất rút gọn như sau: Y= N * W * F * 10 -5.
14

§Æng Minh ThÞnh

14

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Trong đó, Y là năng suất hạt (T/ha), N là tổng số hạt/m 2, W là trọng lượng 1000
hạt (g), F là tỷ lệ hạt chắc và R là hằng số. Số hạt trên đơn vị diện tích là yếu tố
quan trọng nhất. Nhưng trong điều kiện thời tiết bất ổn định, tỷ lệ hạt chắc lại
đóng vai trò quan trọng giới hạn năng suất lúa hơn là số hạt trên đơn vị diện tích
[3]. Tóm lại, các yếu tố cấu thành năng suất có tương quan chặt chẽ với nhau,
muốn đạt được năng suất cao phải đảm bảo các yêu cầu của chúng để chúng
không bị hạn chế lẫn nhau.
+ Số bông trên đơn vị diện tích [3]: Được quyết định vào giai đọan sinh
trưởng ban đầu của cây lúa, nhưng chủ yếu là giai đoạn từ khi cấy đến khoảng
10 ngày trước khi có chồi tối đa. Số bông trên đơn vị diện tích tùy thuộc vào mật
độ sạ cấy và khả năng nở bụi của lúa. Mật độ sạ cấy và khả năng nở bụi của lúa
thay đổi tùy theo giống lúa, điều kiện đất đai, thời tiết, lượng phân bón nhất là
phân đạm và chế độ nước. Số bông trên đơn vị diện tích có ảnh hưởng thuận với
năng suất hạt.
Các biện pháp kỹ thuật cần lưu ý để tăng số bông trên đơn vị diện tích
như sau: Làm mạ tốt để có cây mạ to khỏe, có chồi ngạnh trê, xanh tốt và không
sâu bệnh; chuẩn bị đất chu đáo, mềm, sạch cỏ và giữ nước thích hợp; cấy đúng
tuổi mạ, đúng khoảng cách thích hợp cho từng giống, cấy cạn để lúa nở bụi
khỏe; đối với lúa sạ thì ngâm ủ đúng kỹ thuật và sạ với mật độ thích hợp; bón
phân lót đầy đủ, bón thúc sớm để lúa chóng hồi phục và nở bụi sớm mau đạt
chồi tối đa và chồi khỏe cho nhiều bông sau này; làm cỏ, sục bùng đúng lúc, giữ
nước vừa phải và liên tục để điều hòa nhiệt độ và khống chế cỏ dại; phòng trừ
sâu bệnh kịp thời.

+ Số hạt trên bông [3]: Được quyết định từ lúc tượng cổ bông đến 5 ngày
trước khi trổ, nhưng quan trọng nhất là thời kỳ phân hóa hoa và giảm nhiễm tích
cực. Số hạt/bông tùy thuộc vào số hoa được phân hóa và số hoa bị thoái hóa. Hai
yếu tố này bị ảnh hưởng bởi giống lúa, kỹ thuật canh tác và điều kiện thời tiết.
Các biện pháp kỹ thuật cần lưu ý để tăng số hạt/bông như sau: Chọn
giống tốt, loại hình bông to, nhiều hạt, nở bụi sớm (chồi ra càng sớm càng có
15

§Æng Minh ThÞnh

15

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

khả năng cho bông to); ức chế sự gia tăng của chồi vô hiệu vào thời kỳ phân hóa
đồng để tập trung dinh dưỡng nuôi chồi hữu hiệu; bón phân đón đòng (khi bắt
đầu phân hóa đòng) để tăng số hoa phân hóa và bón phân nuôi đòng (18-20 ngày
trước khi trổ) để giảm số hoa bị thoái hóa; bảo vệ khỏi bị sâu bệnh hại tấn công;
chọn thời vụ thích hợp để cây lúa phân hóa đòng lúc thời tiết thuận lợi, không
mưa bão.
+ Tỷ lệ hạt chắc (tính bằng phần trăm hạt chắc trên tổng số hạt) [3]: Được
quyết định từ đầu thời kỳ phân hóa đòng đến khi cây lúa vào chắc (giảm nhiễm,
trổ bông, phơi màu, thụ phấn, thụ tinh và vào chắc). Tỷ lệ hạt chắc tùy thuộc số
hoa trên bông, đặc tính sinh lý của cây lúa và chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện
ngoại cảnh. Thường số hoa trên bông nhiều dẫn đến tỷ lệ hạt chắc thấp. Muốn

có năng suất cao, tỷ lệ hạt chắc phải trên 80%.
Các biện pháp kỹ thuật cần lưu ý để tăng tỷ lệ hạt chắc: Chọn giống tốt,
trổ gọn, khả năng thụ phấn cao, số hạt/bông vừa phải; sạ cấy đúng thời vụ để lúa
trổ và chin trong thời tiết tốt, với mật độ sạ cấy vừa phải, tránh lúa bị lốp đổ;
bón phân nuôi đòng (18-20 ngày trước khi trổ) và nuôi hạt (khi lúa trổ đều) đầy
đủ và cân đối để lúa trổ bông, thụ phấn, thụ tinh và tạo hạt đầy đủ; chăm sóc chu
đáo, tránh cho lúa bị hạn hoặc bị sâu bệnh trong thơi gian này.
+Trọng lượng 1000 hạt [18]: Được quyết định từ thời kỳ phân hóa hoa
đến khi lúa chín. Yếu tố này biến động không nhiều do điều kiện dinh dưỡng và
ngoại cảnh mà chủ yếu phụ thuộc vào yếu tố giống. Trọng lượng 1000 hạt phụ
thuộc bởi trọng lượng vỏ trấu (thường chiếm khoảng 20%) và trọng lượng hạt
gạo (thường chiếm khoảng 80%). Vì vậy muốn trọng lượng 1000 hạt cao, phải
tác động vào cả hai yếu tố này.
Các biện pháp cần lưu ý để tăng trọng lượng hạt [3]: Chọn giống có cỡ hạt
lớn, trổ tập trung; bón phân nuôi đòng để tăng cỡ hạt đến đúng mức di truyền
của giống và bón phân nuôi hạt, giữ nước đầy đủ, bảo vệ lúa không bị ngã đổ
hoặc sâu bệnh phá hoại, bố trí thời vụ cho lúa ngậm sữa vào chắc trong điều
kiện thuận lợi để tăng sự tích lũy vào hạt làm hạt chắc và mẩy.
16

§Æng Minh ThÞnh

16

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp
1.4
1.4.1

Khoa CNSH & MT

Nghiên cứu, phát triển lúa lai trên thế giới và Việt Nam.
Nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới
Lúa là cây tự thụ phấn. Việc nghiên cứu và khai thác ưu thế lai trên cây

lúa được nghiên cứu thành công đầu tiên trên thế giới bởi một nhà khoa học
Trung Quốc, ông Yaun Longping. Ông đã phát hiện được dòng bất dục đực tế
bào chất từ lúa hoang. Kỹ thuật tạo giống ưu thế lai ba dòng được ông nghiên
cứu và sử dụng thành công. Để có hạt ưu thế lai, một dòng bất dục đực tế bào
chất (dòng A) được lai với một dòng duy trì (dòng B) có nhị đực hữu thụ để tạo
ra được hạt F1 bất dục đực. Sau đó hạt F1 này được trồng thành cây và lai với
một dòng phục hồi (dòng R) để tạo ra hạt ưu thế lai. Trong quá trình tạo giống
lai hai dòng, chỉ cần lai một lần giữa dòng phục hồi (dòng R) và một dòng bất
dục đực là có được hạt ưu thế lai.
Với sự phát minh ra lúa ưu thế lai, Trung Quốc đã giải quyết được vấn đề
thiếu hụt lương thực. Trung Quốc đã tiến hành chương trình “siêu lúa lai” giai
đoạn I (1996 – 2000) và đạt 10,5 T/ha trên các lô trình diễn; giai đoạn II (20002005) năng suất đạt 12 T/ha. Năm 1979, kỹ thuật lúa lai đã trở thành bản quyền
kỹ thuật nông nghiệp đầu tiên của Trung Quốc xuất khẩu sang Hoa Kỳ.
Trong tạo giống cây trồng, việc sử dụng cường lực giống lai ở hạt thuộc
thế hệ thứ nhất (hoặc F1) đã được biết đến một cách rộng rãi từ lâu. Tuy nhiên
cho đến khoảng 30 năm trước đây việc ứng dụng trên cây lúa vẫn còn giới hạn
bởi vì đặc tính tự thụ phấn của loài cây trồng này. Sự phát triển của kỹ thuật ưu
thế lai đã đưa đến kết quả là lúa ưu thế lai hai dòng có ưu thế về năng suất hơn
từ 5-10% so với lúa ưu thế lai ba dòng.
Trong vòng hơn một thập niên, tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của
Liên Hiệp Quốc (FAO), viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI, chương trình Phát
triển của Liên Hiệp Quốc (UNDP) và ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) đã
ủng hộ một cách mạnh mẽ để nâng cao năng lực quốc gia trong tạo giống lúa ưu

thế lai, sản xuất giống F1 và cung cấp các trang thiết bị nghiên cứu cho nhiều
quốc gia.
17

§Æng Minh ThÞnh

17

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Kỹ thuật ưu thế lai đã cung cấp cho nông dân năng suất cao hơn, tiết kiệm
được đất đai cho các hoạt động đa dạng hóa sản xuất nông nghiệp và tạo công ăn
việc làm tại nông thôn. Mặc dù kỹ thuật này vẫn còn mới mẻ, nhưng nhiều quốc
gia đã thể hiện sự quan tâm đầu tư áp dụng để góp phần đảm bảo an ninh lương
thực quốc gia. Tới nay, nghiên cứu lúa lai đã được phát triển tại hơn 100 quốc
gia trên toàn thế giới, trong đó có Ấn Độ, Nhật Bản, Bangladesh, Việt Nam…
Tuy nhiên sự phát triển lúa lai của Trung Quốc ở nước ngoài vẫn còn ở quy mô
hạn chế.
1.4.2

Nghiên cứu và phát triển lúa lai tại Việt Nam
Nghiên cứu lúa lai ở Việt Nam bắt đầu từ cuối những năm 1970 tại Viện

Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Từ năm 1983, Viện lúa quốc tế (IRRI) và
Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long (CLRRI) đã hợp tác để phát triển công nghệ

lúa lai ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng
lúa lai tăng năng suất 18-45% (Nguyễn Văn Luật, 1994). Năm 1992, Chính phủ
Việt Nam kêu gọi FAO hỗ trợ để phát triển công nghệ lúa lai. Với sự hỗ trợ của
FAO cung cấp thông qua các dự án TCP/VIE/2251(A), tiến bộ đáng kể đã được
thực hiện kể từ đó trong canh tác lúa lai và sản xuất giống lúa lai. Diện tích lúa
lai tăng lên nhanh chóng từ 20 ha năm 1990 lên 595.000 ha vào năm 2011 với sự
gia tăng năng suất từ 15 - 20% so các giống cải tiến đang sản xuất đại trà. Hiện
nay, các tổ chức tham gia vào nghiên cứu lúa lai gồm Trung tâm nghiên cứu lúa
lai - trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện nghiên cứu lúa gạo ĐBSCL,
Viện di truyền nông nghiệp. Các nhà khoa học Việt Nam đã lựa chọn và sản
xuất các dòng bố, mẹ với nguồn gen trong nước, chẳng hạn như các dòng 103S,
T1S-96, T4S, T23S, T70S, T100, AMS27S. Những dòng này được sử dụng để
sản xuất hạt giống F1 của Việt Nam như VL20, VL24, TH3-3, TH3-4, HYT83,
HYT100. Theo Nguyễn Thị Trâm (2007), kết quả chọn giống lúa lai của Viện
sinh học Nông nghiệp: Chọn được các dòng bất dục đực di truyền cảm ứng với
nhiệt độ (TGMS) có ngưỡng chuyển đổi tính dục ổn định, nhạy cảm GA3, nhận
phấn tốt, nhân dòng và sản xuất hạt lai có năng suất cao. Chọn được dòng bất
18

§Æng Minh ThÞnh

18

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

dục đực cảm ứng quang chu kỳ ngắn (PGMS), góp phần đa dạng nguồn vật liệu
để phát triển lúa lai hai dòng.
1.5 Cơ sở khoa học công nghệ sản xuất lúa
1.5.1 Ưu thế lai và hệ thống bất dục đực

lai

Ưu thế lai (heterosis) là hiện tượng con lai của 2 dòng thuần có tính trạng
vượt trội so với bố mẹ về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức
sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất chất lượng hạt
và các đặc tính khác. Nhờ ứng dụng ưu thế lai mà con người đã tạo ra nhiều loại
cây trồng đặc biệt là các cây lương thực, cây thực phẩm cho năng suất cao, chất
lượng tốt, phục vụ nhu cầu của con người. Tuy nhiên, lúa là cây tự thụ phấn điển
hình, tỷ lệ giao phấn thấp do đó khai thác ưu thế lai ở lúa đặc biệt khó khăn
trong sản xuất hạt lai F1. Do đó để có thể sản xuất hạt lai dễ dàng và thuận tiện
hơn người ta đã tạo ra lúa có đặc điểm thích nghi với thụ phấn chéo và gây bất
dục hạt phấn để nhận được phấn từ cây bố cần lai.
Hiện nay, trong nghiên cứu lúa lai bao gồm cả lúa lai hai dòng và lúa lai
ba dòng thì thường sử dụng các dòng bất dục đực để tạo ra cây lai F1. Kiểu bất
dục phổ biến nhất ở cây trồng là bất dục đực tế bào chất (CMS) và bất dục đực
gen nhân (NMS), ở cây lúa là bất dục đực cảm ứng với điều kiện môi trường
(EGMS).
1.5.2 Các phương pháp tạo
• Phương pháp nhập nội

lúa bất dục [2]

Nhập các dòng sẵn có từ các trung tâm nghiên cứu quốc tế hoặc từ các
quốc gia khác. Nếu là dòng bất dục đưc TGMS: Khi lúa ở vào thời kỳ phân hóa
đòng cần đưa một số cây vào buồng khí hậu nhân tạo và có thể điều khiển được

nhiệt độ lên cao trên 250C để kiểm tra hạt phấn bất dục và nhiệt độ thấp dưới
240C để kiểm tra tính hữu dục. Từ đó đánh giá dòng bất dục nhập vào. Nếu là
dòng bất dục đực PGMS thì cần phải tiến hành xử lý ánh sáng trong phytotron
để phát hiện dòng cần tìm.

19

§Æng Minh ThÞnh

19

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Các dòng vật liệu được nhập nội vào Việt Nam cần được tiến hành nghiên
cứu chọn lọc, phân lập, đánh giá khả năng thích ứng của chúng để đưa chúng
vào sử dụng có hiệu quả. Do vậy nhập nội giống là phương pháp chọn giống mất
ít thời gian và có hiệu quả cao đặc biệt đối với những nước nghèo chậm phát
triển, đầu tư nghiên cứu chưa đầy đủ.
•

Phương pháp lai
Phương pháp này được thực hiện khi đã có sẵn nguồn gen CMS, TGMS

hoặc PGMS được nhập nội hoặc tự tạo từ trước. Để đa dạng hóa các dòng chứa
gen CMS cần lai với nhiều dòng giống lúa có đặc tính nông sinh tốt với tiềm

năng năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu sâu bệnh khỏe. Đối với các dòng
có chứa gen EGMS thì khi thu được hạt lai F1 tiếp tục để tạo quần thể F2 sau đó
tiến hành xử lý điều kiện môi trường để xác định tính bất dục thuộc dòng nào và
trong điều kiện nào.
Phương pháp lai xa giữa các loài phụ hoặc lai lúa dại với lúa trồng: Mỗi
loại bất dục đều do những nguyên nhân khác nhau gây nên, muốn tìm ra các
dạng bất dục đực di truyền tế bào chất trước hết cần chọn bố mẹ phù hợp.
Phương pháp lai trở lại: Dùng khi có sẵn các dòng có nhiều đặc điểm
nông sinh tốt đồng thời có gen EGMS cần thiết từ một dòng cho. Vì tính bất dục
của các dòng bất dục đực TGMS và PGMS đều được kiểm tra bởi gen lặn nên
bắt đầu lai lại ngay từ F1 sẽ giữ được tính bất dục đến thế hệ sau. Phương pháp
lai lại có thể chuyển được gen MS giữa các giống không cùng loài phụ hoặc
giữa các bố mẹ không tương hợp di truyền.
•

Phương pháp đột biến
Dùng phương pháp xử lý đột biến bằng các tác nhân vật lý, hóa học có thể

tạo ra các dạng đột biến bất dục khác nhau trong quần thể. Muốn tìm dòng CMS
trong số các dạng bất dục đó cần phải lai thử các cá thể bất dục với dòng vật liệu
khởi đầu (chưa xử lý đột biến) hoặc các giống lúa thường khác có những tính
trạng mà nhà chọn giống mong đợi. Các tổ hợp được chọn đem lai lại với dòng
20

§Æng Minh ThÞnh

20

MSSV: 510301030

§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

bố, tiếp tục như vậy 5-6 lần rồi đánh giá độ thuần kiểu hình và độ thuần về tính
bất dục qua đó chọn được cặp có độ ổn định bất dục cao.
Khi dùng các tác nhân gây đột biến tác động lên hạt giống khô đang nảy
mầm để gây đột biến. Trong hàng loạt các đột biến được tạo ra sẽ có thể tìm
được các đột biến là EGMS. Ngoài các phương pháp tạo dòng EGMS truyền
thống người ta có thể quy tụ các gen hữu ích vào một dòng vật liệu làm cho tính
mẫn cảm ổn định hơn dựa vào bản đồ các gen của một số dòng TGMS, PGMS.
•

Phương pháp tạo dòng lúa bất dục đực bằng kỹ thuật di truyền
Sử dụng kỹ thuật cấy chuyển nhân: Lấy nhân tế bào của một giống

chuyển vào tế bào chất của giống khác để tạo dòng CMS mong muốn.
Sử dụng kỹ thuật MAS để chọn tạo các dòng A, B, R phục vụ cho nghiên
cứu chọn tạo giống lúa lai.
1.5.3 Hệ thống lúa
• Lúa lai ba dòng

lai

Là giống lai được tạo ra từ ba dòng:
- Dòng A (dòng bất dục đực tế bào chất- CMS): Là dòng có nhụy phát triển bình
thường nhưng hạt phấn bị thui chột hoàn toàn, nó không tự thụ phấn như lúa
thường mà muốn kết hạt phải nhờ vào dòng bố khác cho phấn. Nếu nhuộm hạt
phấn bằng I-ốt (dung dịch I2 + KI 0,1%) và soi trên kính hiển vi thì hạt phấn

không nhuộm màu, có hình dạng bất thường(hình tam giác, hình thoi, hình trăng
khuyết...). Nhìn bằng mắt thấy bao phấn có màu trắng, rung cây lúc hoa nở
không có phấn tung ra, nếu cách ly dòng A khi trỗ bông thì hạt bị lép hoàn toàn,
nếu dùng phấn của cây lúa khác rũ vào nhụy hoa dòng A thì dòng A kết được
hạt. Khi trỗ bông dòng A thường bị nghẹn đòng (1/3 bông nằm trong bẹ lá đòng)
nên người ta phun GA3 giúp cho bông trỗ thoát. Các dòng A chính đã được
chọn tạo và sử dụng là: Trân sán 97A, BoA, V20A, Kim 23A, V41A, II32A, I32A, U1A... trong khoảng hơn 100 dòng A đã tìm được đến nay.
- Dòng B (dòng duy trì bất dục) : Là dòng tự thụ phấn, khi dùng phấn của nó thụ
phấn cho dòng A thì hạt của dòng A thu được sẽ bất dục y hệt đặc tính dòng mẹ
21

§Æng Minh ThÞnh

21

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

của nó, nghĩa là cây lúa mọc từ hạt dòng A thế hệ sau lại bất dục phấn hoàn
toàn. Dòng B làm nhiệm vụ duy trì tính bất dục của dòng A. Mỗi dòng A chỉ có
một dòng B duy trì tính bất dục với nó. Các dòng B đã được chọn tạo và sử dụng
như Trân sán 97B, BoB, V20B, Kim 23B, V41B, II-32B, I-32A, U1B... Dòng B
được nhân như lúa thuần.
- Dòng R (dòng phục hồi) : Là dòng tự thụ phấn, dùng để thụ phấn cho phấn
dòng A để tạo ra hạt lai F1, cây lúa mọc từ hạt lai F1 có phấn hữu dục, đồng
nhất về các tính trạng nông sinh học và có ưu thế lai. Các dòng phục hồi đang

được sử dụng trong sản xuất đại trà như: Peiai 64S, Minh khôi 63, Quế 99, dòng
838... Mức độ ưu thế lai của con lai F1 phụ thuộc rất lớn vào khả năng phục hồi
phấn của dòng R và khả năng kết hợp giữa dòng A và dòng R. Do vậy cần phải
chọn lọc dòng R tốt nhất cho mỗi dòng A.
Mặc dù lúa lai ba dòng có nhiều ưu điểm song cũng có một số nhược
điểm như sau :
+ Do các dòng A, dòng B, dòng R có hiện tượng thoái hóa nên thường
xuyên phải chọn lọc lại dòng thuần tốn nhiều cồng sức.
+ Có khoảng 95% số dòng A đang dùng thuộc kiểu bất dục dạng hoang
dại, hiện tượng đồng tế bào chất dẫn đến tình trạng lúa lai 3 dòng mẫn cảm với
một số bệnh nhất là bạc lá, rầy nâu…
+ Phạm vi lai của các tổ hợp lai còn hạn hẹp mới chỉ lai giống giữa các
loài phụ, chưa tìm được tổ hợp lai xa nên năng suất còn hạn chế
+ Tổ chức sản xuất hạt lai F1 phức tạp qua hai bước (duy trì dòng A và
sản xuất hạt lai F1) nên giá thành cao.
•

Lúa lai hai dòng
Lúa lai ba dòng đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho ngành nông nghiệp của
nhiều quốc gia trên thế giới, tạo ra nhiều tổ hợp lai có năng suất cao, cải tiến
chất lượng… Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế đó là sử dụng không đa dạng,
dễ gây sâu bệnh, công nghệ sản xuất phức tạp cồng kềnh, sản xuất bị động và

22

§Æng Minh ThÞnh

22

MSSV: 510301030

§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

phải tốn nhiều lao động… Để khắc phục những hạn chế đó, các nhà khoa học đã
sử dụng lúa lai hai dòng[2].
Lúa lai hai dòng là giống lai giữa dòng mẹ bất dục đực di truyền nhân
cảm ứng với nhiệt độ (TGMS) hoặc quang chu kỳ (PGMS) với dòng bố hữu
dục.
Năm 1973, Thạch Minh Tùng (Hồ Bắc – Trung Quốc) phát hiện ở giống
lúa Nongken 58 có gen bất dục nhân mẫn cảm với môi trường. Đặc điểm của các
giống có gen bất dục nhân là : Nếu gieo cấy cho lúa phân hóa đòng bước 5 và
bước 6 (12 – 18 ngày trước trỗ) ở điều kiện nhiệt độ cao, ánh sáng ngày dài thì
khi trỗ cây lúa sẽ bất dục phấn. Nghĩa là hạt phấn của nó sẽ bị thui chột hoàn
toàn như dòng A của lúa lai "3 dòng", thời gian này dùng để sản suất hạt lai F1.
Nếu gieo cấy cho lúa phân hóa đòng bước 5 và bước 6 (12 - 18 ngày trước trỗ) ở
điều kiện nhiệt độ thấp, ánh sáng ngày ngắn thì khi cây lúa trỗ, hạt phấn trở lại
bình thường, cây lúa tự kết hạt, thời gian này dùng để sản xuất hạt dòng mẹ cho
đời sau. Như vậy, một dòng này thay thế cho cả dòng A và B trong lúa lai "3
dòng", nghĩa là nó vừa làm chức năng để sản xuất hạt lai F1 vừa làm chức năng
duy trì hạt cho đời sau. Dựa trên phản ứng với điều kiện môi trường mà người ta
chia ra hai loại dòng bất dục nhân mẫn cảm với môi trường là: Các dòng bất dục
đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ TGMS trong lúa Indica dòng Peiai 64S
(PA64S, xuất phát từ NK58S). Và các dòng bất dục nhân cảm ứng với quang
chu kỳ PGMS trong dòng lúa japonica Nongken 58s (NK58S) [12]. Dòng bất
dục đực TGMS, bất dục phấn khi gặp nhiệt độ > 25 0C và hữu dục ở nhiệt độ <
240C, ở Việt Nam chủ yếu sử dụng dòng này. Dòng bất dục đực cảm ứng với
quang chu kỳ (PGMS), bất dục phấn khi thời gian chiếu sáng dài > 14 giờ và

hữu dục khi thời gian chiếu sáng ngắn < 13 giờ. Dòngmẹ trong lúa lai hai dòng
kí hiệu bằng chữ S. Ví dụ: Bồi ải 64S, 7001S, An xianS ... Và một dòng phục
hồi vẫn được gọi là dòng R.

23

§Æng Minh ThÞnh

23

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất lúa lai hai dòng (TGMS).
Một chương trình nhân giống đã được triển khai tại Viện Nghiên cứu lúa
gạo quốc tế (IRRI) vào năm 1990 để phát triển dòng lúa bất dục cảm ứng với
nhiệt độ TGMS cho phát triển giống lúa lai hai dòng ở vùng nhiệt đới [11]. Năm
1996, Trung Quốc đã nghiên cứu thành công lúa lai hai dòng. Kết quả là tạo ra
các tổ hợp lai hai dòng cho năng suất cao và chất lượng gạo cao hơn lúa lai ba
dòng. Theo Nguyễn Văn Hoan (2000), việc ứng dụng các dòng EGMS để phát
triển lúa lai so với ứng dụng dòng CMS kinh điển có các ưu thế hơn hẳn sau:
Quá trình phát triển hạt lai được đơn giản hoá, không phải tổ chức một lần lai để
duy trì dòng bất dục như hệ “ba dòng” vì không cần dòng. Do tính bất dục đực
được kiểm soát bởi các gen lặn nên hầu hết các giống lúa thường đều phục hồi
phấn được cho các dòng EGMS. Vì vậy việc chọn dòng phục hồi sẽ dễ dàng
hơn, phổ cập hơn, có thể mở rộng ra ngoài phạm vi của một loài phụ và khả

năng tạo ra các tổ hợp năng suất cao hơn được tăng lên đáng kể. Kiểu gen của
EGMS dễ dàng được chuyển sang giống khác, để tạo ra các dòng bất dục mới
với nguồn di truyền khác nhau, tránh nguy cơ đồng tế bào chất và thu hẹp phổ di
truyền. Tính bất dục của dòng EGMS không liên quan đến tế bào chất vì thế các
ảnh huởng của kiểu bất dục dạng dại (WA) đã được khắc phục, khả năng kết
hợp giữa năng suất cao và chất lượng tốt được mở rộng và hiện thực hơn.
•

Lúa lai một dòng
Lúa lai một dòng thực chất là vấn đề duy trì ưu thế lai của một tổ hợp lai
nào đó nhờ sử dụng thể vô phối (Apomixis). Sinh sản vô phối hay còn gọi là
24

§Æng Minh ThÞnh

24

MSSV: 510301030


§å ¸n tèt nghiÖp

Khoa CNSH & MT

trinh sinh hoặc thụ tinh giả là hiện tượng sinh sản vô tính thông qua hạt [1]. Đây
sẽ là một thành tựu mới có ý nghĩa lớn lao trong công nghệ sản xuất lúa lai trong
tương lai, làm đơn giản hóa quy trình sản xuất hạt lai.
1.6

Ứng dụng kỹ thuật đơn bội trong chọn tạo lúa lai

Thành tựu nuôi cây mô hứa hẹn nhiều triển vọng đối với công tác chọn

tạo giống lúa đó là việc tái sinh cây lúa từ nuôi cấy bao phấn hoặc từ hạt phấn
tách rời. Nhờ kỹ thuật nuôi cấy bao phấn lúa có thể rút ngắn thời gian chọn
giống mới xuống từ 4-6 thế hệ và tạo ra hàng loạt các dòng thuần mới.
Theo lý thuyết, từ một cặp lúa lai F1 có thể tạo ra 4096 kiểu gen đồng hợp
khác nhau tái sinh từ hạt phấn Invitro. Do đó kỹ thuật đơn bội làm cho nguồn
gen thêm phong phú cho công tác chọn giống. Khi sử dụng kỹ thuật đơn bội ta
nhận thấy có các ưu điểm như:
•

Cố định ưu thế lai thông qua việc rút ngắn thời gian tạo giống thuần chủng bằng
phương pháp nuôi cấy bao phấn con lai F1.

•

Tạo dòng thuần có các nền di truyền khác nhau với các đặc tính thích nghi với
thụ phấn chéo và mang gen kết hợp rộng.

•

Tạo nguồn nguyên liệu di truyền phong phú cho công tác chọn tạo giống [7].
Triển vọng phát triển lúa lai ở Việt Nam: Việt Nam có lợi thế lớn về tự
nhiên, truyền thống sản xuất lúa nước từ lâu đời, diện tích trồng lúa khá lớn,
nông dân cần cù năng động. Những yếu tố này đã giúp đất nước ta trở thành một
nước sản xuất lúa gạo nổi tiếng trên thế giới. Trong tương lai sản xuất lúa gạo
vẫn là ngành sản xuất lớn trong nền nông nghiệp. Sản xuất lúa gạo phải trở
thành ngành sản xuất hàng hóa lớn, phát triển bền vững, theo hướng năng suất
cao, phẩm chất tốt, hiệu quả kinh tế cao và đặc biệt phải có sức cạnh tranh mạnh
trên thị trường thế giới. Nếu sử dụng phương pháp làm thuần thông thường thì

để thu được cặp gen lặn ở trạng thái đồng hợp sẽ mất rất nhiều công sức. Do
vậy, với kỹ thuật nuôi cấy bao phấn lúa mà ta có thể tạo ra được gen gây bất dục
đực.

25

§Æng Minh ThÞnh

25

MSSV: 510301030