Nghiên cứu chọn tạo dòng bố mẹ chống chịu bạc lá, rầy nâu phục vụ phát triển lúa lai hai dòng ở việt nam

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
LÊ HÙNG PHONG

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO
DÒNG BỐ MẸ CHỐNG CHỊU BẠC LÁ, RẦY NÂU
PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2018


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

LÊ HÙNG PHONG
NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO
DÒNG BỐ MẸ CHỐNG CHỊU BẠC LÁ, RẦY NÂU
PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
Mã số: 9620111

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học:

1 - PGS.TS Nguyễn Trí Hoàn
2 - TS. Nguyễn Như Hải

HÀ NỘI – 2018


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các kết quả
nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa
từng sử dụng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự hợp tác, giúp đỡ cho việc thực hiện và
hoàn thành luận án đã được cám ơn và nhận được sự đồng thuận, các thông
tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày....... tháng.......năm 2018

Nghiên cứu sinh

Lê Hùng Phong


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được các nội dung học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự
giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu
sắc tới Thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Trí Hoàn và TS. Nguyễn
Như Hải đã dành nhiều công sức, thời gian, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, tập thể cán bộ công nhân viên chức
Trung tâm NC&PT lúa lai đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hỗ trợ cho tôi trong
suốt quá trình tôi tham gia học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện, tập thể cán bộ viên chức của
Phòng KH-HTQT, Bộ môn Công nghệ sinh học, Bộ môn Bảo vệ thực vật, Bộ
môn SL-SH và chất lượng nông sản Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm
đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc Viện Khoa học
Nông nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo sau đại học và các Thầy cô, xin cảm ơn các
Phòng, Ban chức năng thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình
giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lãnh đạo, cán bộ công nhân viên chức
Bộ môn Di truyền miễn dịch, Viện BVTV; Viện NC&PT Cây trồng, Học Viện
Nông nghiệp Việt Nam đã phối hợp và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình thực
hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khích lệ tôi hoàn
thành luận án./.
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2018
Nghiên cứu sinh

Lê Hùng Phong


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH.......................................................................................................xiv
MỞ ĐẦU...........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................................3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án..........................................................3
3.1. Ý nghĩa khoa học........................................................................................................3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................................ 4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................................. 4
4.1. Đối tượng nghiên cứu:................................................................................................4
4.2. Phạm vi nghiên cứu:...................................................................................................5
5. Thời gian, địa điểm nghiên cứu.....................................................................................5
5.1. Thời gian nghiên cứu:................................................................................................ 5
5.2. Địa điểm nghiên cứu:.................................................................................................5
6. Những đóng góp mới của đề tài luận án:.......................................................................5
Chương 1...........................................................................................................................7
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI..................................7
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài...........................................................................................7
1.1.1. Ưu thế lai, cơ sở di truyền và biểu hiện ưu thế lai ở lúa..........................................7
1.1.1.1. Ưu thế lai..............................................................................................................7
1.1.1.2. Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai............................................................7
1.1.1.3. Cơ sở phân tử của hiện tượng ưu thế lai..............................................................8
1.1.1.4. Biểu hiện ưu thế lai ở lúa..................................................................................... 9
1.1.2. Hệ thống bất dục đực trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng.................................11
1.1.2.1. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) trên lúa....................... 12

iv

1.1.2.2. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS) ở lúa...................13
1.2. Cơ sở thực tiễn của đề tài......................................................................................... 15
1.2.1. Tình hình nghiên cứu vàphát triển lúa lai trên thế giới......................................... 15
1.2.1.1. Tình hình nghiên cứu và pháttriển lúa lai ở Trung Quốc...................................15
1.2.1.2. Tình hình phát triển lúa lai ở các nước khác..................................................... 20
1.2.1.3. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá.......................................24
1.2.1.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng rầy nâu.............................................29
1.2.2. Nghiên cứu về khả năng kết hợp........................................................................... 34
1.2.3. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai ở trong nước................................... 38
1.2.3.1. Sản xuất lúa lai đại trà....................................................................................... 39
1.2.3.2. Sản xuất hạt giống lúa lai F1 trong nước........................................................40
1.2.3.3. Một số kết quả mới trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai 2 dòng.................43
1.2.3.4. Kết quả nghiên cứu về khả năng chống chịu sâu bệnh của lúa lai ở Việt Nam 46
Chương2..........................................................................................................................48
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................48
2.1. Vật liệu nghiên cứu:..................................................................................................48
2.2. Nội dung nghiên cứu................................................................................................ 49
2.2.1. Lai tạo, chon lọc dòng bố mẹ lúa lai 2 dòng kháng rầy nâu..................................49
2.2.2. Lai tạo, chọn lọc dòng bố mẹ lúa lai 2 dòng kháng bệnh bạc lá............................49
2.2.3. Lai tạo các tổ hợp lúa lai mới theo hướng kháng bệnh bạc lá, rầy nâu.................49
2.3. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................49
2.3.1. Đánh giá nguồn vật liệu kháng bạc lá, rầy nâu:.....................................................49
a. Nhân và duy trì nguồn Vi khuẩn trong phòng............................................................. 51
b. Thí nghiệm lây nhiễm trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng........................................51
2.3.2. Lai tạo và chọn lọc dòng bố mẹ lúa lai kháng bệnh bạc lá, rầy nâu......................52
2.3.2.1. Lai tạo chọn lọc dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc lá...................................53

2.3.2.2. Kiểm tra sự có mặt của gen kháng ở các dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc
lá......................................................................................................................................56
2.3.2.3. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ chống chịu rầy nâu, bạc lá....62
2.3.3. Lai tạo và lựa chọn các tổ hợp lúa lai theo hướng kháng bệnh bạc lá, rầy nâu.....62
2.4. Phương pháp phân tích số liệu..................................................................................63
Chương 3.........................................................................................................................64


v

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...............................................................64
3.1. Kết quả lai tạo, chọn lọc các dòng bố mẹ kháng rầy nâu.........................................64
3.1.1. Đánh giá vật liệu phục vụ chọn tạo dòng bố, mẹ kháng rầy..................................64
3.1.1.1. Một số đặc điểm nông sinh học của vật liệu mang gen kháng rầy nâu..............64
3.1.1.2. Một số đặc điểm nông sinh học vật của liệu nhận gen kháng rầy nâu...............66
3.1.2. Kết quả lai tạo, chọn lọc dòng bố kháng rầy nâu.................................................. 68
3.1.2.1. Kết quả lai chuyển gen kháng rầy vào dòng bố................................................. 68
3.1.2.2. Xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu trong các dòng triển vọng.............72
3.1.2.3. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố kháng rầy nâu:............................74
3.1.3. Kết quả lai tạo, chọn lọc dòng mẹ TGMS kháng rầy nâu..................................... 78
3.1.3.1. Kết quả lai chuyển gen kháng rầy nâu vào các dòng TGMS............................. 78
3.1.3.3. Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) của các dòng mẹ TGMS mang gen
kháng rầy nâu và một số dòng mẹ khác...........................................................................90
3.2.1. Kết quả đánh giá vật liệu phục vụ chọn tạo dòng mẹ kháng bệnh bạc lá..............91
3.2.1.1. Một số đặc điểm của các dòng mang gen kháng bạc lá.....................................91
3.2.1.2. Một số đặc điểm của các dòng TGMS nhận gen kháng bạc lá.......................... 96
3.2.2. Kết quả lai chuyển gen kháng bạc lá vào dòng mẹ TGMS................................... 97
3.2.2.1. Kết quả kiểm tra tính đa hình của các dòng bất dục TGMS.............................. 98
3.2.2.2. Xác định sự có mặt gen kháng bạc lá Xa4, Xa7 trong các dòng bất dục
chuyển gen kháng bạc lá................................................................................................. 99

3.2.2.3. Khả năng kết hợp chung của các dòng TGMS mới chọn tạo........................... 104
Đánh giá khả năng kết hợp chung về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của
các dòng mẹ mang gen kháng bạc lá mới so với các dòng ban đầu, kết quả được trình
bày trong bảng 3.24....................................................................................................... 105
3.3. Kết quả lai tạo các tổ hợp lúa lai mới kháng bạc lá, rầy nâu..................................107
3.3.1. Lai tạo các tổ hợp lúa lai mới theo hướng kháng rầy nâu................................... 107
3.3.1.1. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, yếu tố cấu thành năng suất

của

con lai F1vụ Xuân 2016 tại Thanh Trì, Hà Nội.............................................................107
3.3.1.2. Đánh giá khả năng kết hợp riêng của các dòng mẹ TGMS mang gen kháng
rầy và một số dòng mẹ khác.......................................................................................... 112
3.3.2. Lai tạo các tổ hợp lúa lai mới theo hướng kháng bệnh bạc lá.............................117


vi

3.3.2.1. Kết quả lai tạo và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, yếu tố cấu thành
năng suất của các tổ hợp lai theo hướng kháng bạc lá vụ Mùa 2016 tại Thanh Trì,
Hà Nội............................................................................................................................117
3.3.2.2. Đánh giá khả năng kết hợp riêng của các tổ hợp lai có dòng mẹ mang gen
kháng bạc lá...................................................................................................................123
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................................................... 131
1. Kết luận......................................................................................................................131
2. Đề nghị:..................................................................................................................... 132
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.............................................................. 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................134
I. TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT:........................................................................................... 134
II. TÀI LIỆU TIẾNG ANH:.......................................................................................... 137

PHỤ LỤC 1................................................................................................................... 150
Mối tương quan giữa kiểu hình sinh học của rầy nâu................................................... 150
và những gen kháng rầy trên giống lúa......................................................................... 150
PHỤ LỤC 2................................................................................................................... 151
Phản ứng kháng, nhiễm của các dòng lúa chỉ thị đa gen đối với 4 nhóm nòi vi khuẩn
X. oryzae miền Bắc Việt Nam (2003)........................................................................... 151
PHỤ LỤC 3................................................................................................................... 153
Kết quả tạo các tổ hợp lai chuyển gen kháng rầy năm 2009, 2010............................... 153
PHỤ LỤC 4 Sơ đồ chọn tạo dòng mẹ AMS35S............................................................154
PHỤ LỤC 5................................................................................................................... 155
Kết quả phân tích khả năng kết hợp.............................................................................. 155
của các dòng bố mang gen kháng rầy nâu.....................................................................155
PHỤ LỤC 6................................................................................................................... 159
Kết quả phân tích khả năng kết hợp GCA và SCA........................................................159
của các dòng mẹ TGMS mang gen kháng bạc lá.......................................................... 159
PHỤ LỤC 7................................................................................................................... 163
Kết quả phân tích khả năng kết hợp.............................................................................. 163
của các tổ hợp lai có dòng mẹ TGMS kháng rầy nâu....................................................163
PHỤ LỤC 8................................................................................................................... 178
Kết quả phân tích khả năng kết hợp.............................................................................. 178


vii

của các tổ hợp lai có dòng mẹ TGMS kháng bạc lá...................................................... 178
PHỤ LỤC 9................................................................................................................... 196
Báo cáo kết quả đánh giá tính chống chịu rầy nâu........................................................ 196
của một số giống lúa lai năm 2017................................................................................196

viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt

Chữ viết tắt

AFLP

Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình
khuyếch đại các đoạn chiều dài)

APSA

Asia and Pacific Seed Association (Hiệp hội hạt giống
châu Á - Thái Bình Dương)

BAC

Bacterial Artificial Chromosome (Nhiễm sắc thể nhân tạo

của vi khuẩn)
BD

Bất dục

CMS

Cytoplasmic Male Sterile (Bất dục đực tế bào chất)

CT

Công thức

CSSLs

Chromosome segment substitution lines (Dòng được
thay thế một đoạn nhiễm sắc thể

CV%

Coefficient of variation (hệ số biến động)

ĐB

Đồng bằng

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

D/R

Dài/rộng

Đ/C

Đối chứng

ĐKTN

Điều kiện tự nhiên

ĐKNK

Điều kiện nhà kính

DNA

DeriboNucleic Acid (Axit đêoxiribonuclei)

EGMS

Environment sensitive Genic Male Sterile (Dòng bất
dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường)

FAO

Food and Agriculture Oganization (Tổ chức Lương
thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

GCA

General Combining Ability (Khả năng kết hợp chung)


ix

IAARD

Indonesian Agency for Agricaltural Research and
Development (Viện Nghiên cứu và Phát triển Nông
nghiệp Indonesia)

IRRI

International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa

Quốc tế )
KL

Khối lượng

KNKH

Khả năng kết hợp

LSDα

Limit Smallest difference (Giới hạn sai khác nhỏ nhất
có ý nghĩa tại mức ý nghĩa α)

MAS

Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân
tử)

NS

Năng suất

NST

Nhiễm sắc thể

PCR

Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng lặp)

PGMS

Photoperiod sensitive Genic Male Sterile (Dòng bất
dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm ánh sáng)

QTL

Quantitative Trait Loci (Locus tính trạng số lượng)

RAPD

Random Amplified Polymorphic DNA (Đa hình các
đoạn DNA được khuyếch đại ngẫu nhiên)

RFLP

Restriction Fragments Length Polymorphism (Đa hình
chiều dài đoạn cắt giới hạn)

SCA

Specific combining ability (Khả năng kết hơp riêng)

SSR

Simple Sequence Repeates (Đa hình các đoạn lặp lại
đơn giản)

TDMN

Trung du miền núi

TGMS

Thermosensitive Genic Male Sterile (Dòng bất dục đực
chức năng di truyền nhân mẫn cảm nhiêt độ)


x

TGST

Thời gian sinh trưởng

ƯTL

Ưu thế lai

VX

Vụ Xuân

VM

Vụ Mùa

WCG

Wide Compatility Gene (Gen tương hợp rộng)


xi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Diện tích và năng suất sản xuất sản xuất lúa lai đại trà tại Việt Nam
giai đoạn 2008-2018...................................................................................................................... 40
Bảng 1.2: Diện tích và năng suất sản xuất hạt giống lúa lai F1 ở Việt Nam giai
đoạn 2008- 2018.............................................................................................................................. 41

Bảng 3. 1: Một số đặc điểm nông sinh học

của các dòng vật liệu mang gen

kháng rầy nâu trong vụ Mùa 2012.......................................................................................... 65
Bảng 3. 2: Một số đặc điểm của các dòng vật liệu nhận gen kháng rầy nâu .. 67

Bảng 3.3: Kết quả lai chuyển gen kháng rầy nâu vào các dòng bố.......................68
Bảng 3.4: Một số đặc điểm nông học của các dòng thuần được chọn lọc trong
vụ Mùa 2014 tại Thanh Trì, Hà Nội....................................................................................... 70
Bảng 3.5: Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng thuần...........71
Bảng 3.6: Kết quả xác định gen kháng rầy nâu Bph3, Bph6 và Bph9.................72

Bảng 3.7: Kết quả đánh giá mức độ kháng rầy nâu..................................................... 73
Bảng 3.8: Năng suất trung bình (tạ/ha) của 12 dòng và 2 cây thử......................... 74
Bảng 3.9: Khả năng kết hợp chung về năng suất............................................................ 75
Bảng 3.10: Khả năng kết hợp riêng về năng suất của các dòng thuần................77
Bảng 3.11: Một số đặc điểm hình thái của các dòng TGMS................................... 79
Bảng 3.12: Một số đặc điểm nông học của các dòng TGMS được chọn..........81
Bảng 3.13: Kết quả xác định các cá thể TGMS có độ thuần cao và mang gen
kháng rầy nâu được lựa chọn từ 2 tổ hợp lai..................................................................... 84
Bảng 3.14: Kết quả xác định gen kháng rầy nâu Bph3, Bph6 và Bph9..............85
Bảng 3.15: Một số đặc điểm nông học của các dòng TGMS mang gen kháng
rầy trong vụ Mùa 2014 tại Thanh Trì – Hà Nội............................................................... 86


xii

Bảng 3.16: Một số đặc điểm bông, lá và tính dục của các dòng TGMS mang
gen kháng rầy trong vụ Mùa 2014 tại Thanh Trì – Hà Nội....................................... 87
Bảng 3.17: Một số đặc điểm của dòng mẹ KR95S và KR142S trong vụ Xuân,
Mùa năm 2014 tại Thanh Trì, Hà Nội................................................................................... 88
Bảng 3.18: Khả năng kết hợp chung của các dòng mẹ về các yếu tố cấu thành
năng suất và năng suất.................................................................................................................. 90
Bảng 3.19: Đặc điểm hình thái của một số dòng vật liệu mang gen kháng
bệnh bạc lá trong vụ Xuân 2013 tại Thanh Trì, Hà Nội.............................................. 92
Bảng 3.20: Một số đặc điểm nông sinh học và các yếu tố cấu thành năng suất
của vật liệu mang gen kháng bệnh bạc lá trong vụ Xuân 2013...............................94
Bảng 3.21: Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng TGMS nhận gen
(Thanh Trì – Hà Nội, vụ mùa 2014)...................................................................................... 96
Bảng 3.22: Một số đặc điểm cơ bản của các dòng TGMS mang gen kháng
bạc lá trong vụ Mùa 2015......................................................................................................... 103
Bảng 3.23: Giá trị khả năng kết hợp chung về năng suất thực thu.....................104

Bảng 3.24: Khả năng kết hợp chung của các dòng mẹ về các yếu tố cấu thành
năng suất và năng suất................................................................................................................ 105
Bảng 3.25: Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ xuân
năm 2016 tại Thanh Trì, Hà Nội........................................................................................... 108
Bảng 3.26: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai
triển vọng có dòng mẹ chuyển gen kháng rầy vụ xuân năm 2016 (Thanh Trì –
Hà Nội)............................................................................................................................................... 109
Bảng 3.27: Mức độ nhiễm sâu bệnh trên đồng ruộng của các tổ hợp lai trong
vụ Xuân năm 2016 tại Thanh Trì, Hà Nội....................................................................... 111
Bảng 3.28: Khả năng kết hợp riêng về số bông/khóm.............................................. 112
Bảng 3.29: Khả năng kết hợp riêng về số hạt chắc/bông....................................... 113
Bảng 3.30: Khả năng kết hợp riêng về tỷ lệ lép.......................................................... 114


xiii

Bảng 3.31: Khả năng kết hợp riêng về khối lượng 1000 hạt................................ 115
Bảng 3.32: Khả năng kết hợp riêng về năng suất lý thuyết................................... 115
Bảng 3.33: Khả năng kết hợp riêng về năng suất thực thu.................................... 116
Bảng 3.34: Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Mùa
2016 tại Thanh Trì, Hà Nội...................................................................................................... 118
Bảng 3.35: Khả năng nhiễm sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng....................... 119
Bảng 3.36: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất....................................... 121
Bảng 3.37: Khả năng kết hợp riêng về số bông/m2.................................................... 123
Bảng 3.38: Khả năng kết hợp riêng về số hạt chắc/bông...................................... 124
Bảng 3.39: Khả năng kết hợp riêng về tỷ lệ lép......................................................... 125
Bảng 3.40: Khả năng kết hợp riêng về khối lượng 1000 hạt...............................126
Bảng 3.41: Khả năng kết hợp riêng về năng suất lý thuyết.................................. 126
Bảng 3.42: Khả năng kết hợp riêng về năng suất thực thu................................... 127
Bảng 3.43: Một số đặc điểm nông sinh học của HYT116..................................... 128

Bảng 3.44: Một số đặc điểm nông sinh học của HYT124 và...............................130


xiv

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Sơ đồ lai tạo và chọn lọc các dòng bố kháng rầy nâu..............................53
Hình 2.2 Sơ đồ lai tạo và chọn lọc các dòng TGMS kháng rầy nâu.....................54
Hình 2.3 Sơ đồ lai tạo và chọn lọc các dòng TGMS kháng bạc lá........................ 55
Hình 3.1. Sản phẩm điện di xác định tính Đa hình tổ hợp 116 trắng/E3............82
Hình 3.2. Sản phẩm điện di tổ hợp KimS/E3 và tổ hợp D116 tím/E3 sử dụng
chỉ thị phân tử RM6997............................................................................................................... 83
Hình 3.3. Sản phẩm điện di xác định tính đa hình của các dòng bất dục sử
dụng chỉ thị Xa4 - Npb181......................................................................................................... 98
Hình 3.4. Sản phẩm điện di xác định tính đa hình của các dòng bố mẹ sử dụng
chỉ thị Xa7-P3.................................................................................................................................... 99
Hình 3.5. Sản phẩm điện di dòng số V50 (34S/IRBB60) và V31
(35S/IRBB60) xử dụng chỉ thị phân tử Xa4 - Npb181................................................ 99
Hình 3.6. Sản phẩm điện di dòng số V45 (35S/BB60) sử dụng chỉ thị phân tử
Xa4 - Npb181.................................................................................................................................. 100
Hình 3.7 Sản phẩm điện di dòng V54 (827S/IRBB7) sử dụng chỉ thị phân tử
Xa7 - M3............................................................................................................................................ 100


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, các giống lúa ưu thế lai với tính ưu việt về
khả năng thích nghi (do có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt, bộ rễ phát

triển…), sự vượt trội về năng suất (cao hơn lúa thuần 15 – 20%) đã góp phần
không nhỏ trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và tạo điều kiện
để tăng kim ngạch xuất khẩu lúa gạo, góp phần quan trọng trong việc ổn định
sản xuất và phát triển kinh tế - xã hội của nước ta trong điều kiện nền kinh tế
thế giới có nhiều biến động. Tuy nhiên, diện tích đất trồng lúa ở nước ta đã bị
giảm đi đáng kể do nhu cầu của quá trình đô thị hoá và công nghiệp hoá. Mặt
khác, diện tích đất trồng lúa còn bị thu hẹp bởi tác động của biến đổi khí hậu
cực đoan gây ra hạn hán ở các tỉnh Miền Trung – Tây Nguyên, xâm nhập mặn
ở các tỉnh ven biển và Đồng bằng Sông Cửu Long. Biến đổi khí hậu làm cho
sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh (như bệnh bạc lá, rầy nâu, vàng lùn, lùn
xoắn lá v.v) xảy ra khó lường, gây khó khăn cho công tác dự tính dự báo và
gây thiệt hại lớn cho sản xuất lúa gạo.
Thống kê của Cục Bảo vệ thực vật(Bộ Nông nghiệp và PTNT) trong
các năm 2013, 2014, 2015, 2016, 2017cho thấy: Bệnh bạc lá lúa và đốm sọc
vi khuẩn xuất hiện và gây hại trong cả vụ Đông xuân và vụ Mùa/Hè thu tại
các tỉnh phía Bắc. Tại các tỉnh Đồng bằng Sông Hồng và miền núi phía Bắc
diện tích bị phá hoại trong vụ Đông Xuân 2014 là 7.946 ha, Đông xuân năm
2017 là 8.212 ha, vụ Mùa năm 2013 là 66.195 ha (trong đó có 327 ha mất
trắng và 8.175 ha nhiễm bệnh nặng) và vụ Mùa năm 2016 tổng diện tích bị
gây hại là 89.613 ha (trong đó có 385 ha mất trắng và 18.071 ha nhiễm bệnh
nặng). Các tỉnh bị gây hại nặng nề là: Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Hải
Phòng, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nội, Hà Nam, Vĩnh Phúc, Bắc Giang,


2

Điện Biên…, các tỉnh khu IV bị gây hại nặng như Thanh Hóa, Nghệ An,
Quảng Trị (vụ Đông xuân 2017 là 2885 ha, vụ Mùa/Hè thu là 6439,8 ha).
Về rầy nâu và rầy lưng trắng: Trong vụ Đông xuân 2014 các tỉnh ĐB
Sông Hồng và TDMN phía Bắc bị rầy nâu gây hại trên diện tích 119.510 ha,

vụ Mùa 2013, 2017 cùng bị gây hại trên 159 ngàn ha trong đó có 11-18,3
ngàn ha bị gây hại nặng, các tỉnh bị thiệt hại nặng như: Hưng Yên, Hải
Dương, Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Nam Định, Hà Nam, Ninh Bình,
Thái Nguyên, Thái Bình, Hà Nội.Tại các tỉnh Bắc Trung Bộ, rầy nâu gây hại
mạnh tại các tỉnh Thừa Thiên Huế, Quảng Bình, Quảng Trị, Nghệ An, Thanh
Hóa. Diện tích bị gây hại trong vụ Đông xuân 2013 là gần 12 ngàn ha, năm
2016 là 14,8 ngàn ha (trong đó có hơn 2 ngàn ha bị nhiễm nặng); Vụ Mùa/ hè
thu năm 2013 có 26,3 ngàn ha bị gây hại (4 ngàn ha bị nhiễm nặng, mất trắng
34 ha), năm 2017 có 17,7 ngàn ha bị gây hại (913 ha bị nhiễm nặng) (Cục
BVTV, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017), sâu bệnh bùng phát đã ảnh hưởng tiêu
cực đến sản xuất và xuất khẩu gạo ở nước ta.
Bên cạnh đó, việc mở rộng diện tích lúa lai gặp nhiều khó khăn như:
phần lớn các giống được sử dụng trong sản xuất hiện nay và các giống có khả
năng chống chịu bạc lá như TEJ vàng, Thái Xuyên 111, BTE 1, ... đều là
giống nhập nội có phổ thích ứng hẹp, giá thành cao và không chủ động được
nguồn giống, trong khi lượng hạt giống F1 sản xuất trong nước chỉ đáp ứng
được 30 - 35% nhu cầu cho sản xuất, bộ giống được chọn tạo trong nước còn
ít, chưa có nhiều giống chống chịu được sâu bệnh (kháng rầy nâu, bạc lá …)
và điều kiện bất thuận cho sản xuất. Nguồn vật liệu bố, mẹ kháng sâu bệnh
cho chọn giống còn nghèo nàn, ngưỡng bất dục của các dòng mẹ TGMS được
chọn tạo trong nước khá cao và chưa ổn định, năng suất ruộng sản xuất hạt lai
trong nước còn thấp, việc sản xuất còn gặp nhiều khó khăn và rủi ro do thời
tiết, sâu bệnh …


3

Thực hiện đề tài “Nghiên cứu chọn tạo dòng bố mẹ chống chịu bạc lá,
rầy nâu phục vụ phát triển lúa lai hai dòng ở Việt Nam”sẽ tạo ra các dòng bố
mẹ có khả năng chống chịu tốt, khả năng kết hợp cao làm đa dạng nguồn vật

liệu cho chọn tạo giống lúa lai 2 dòng chống chịu rầy nâu, bạc lá; Tạo ra
những tổ hợp mới có năng suất cao, chất lượng và chống chịu với rầy nâu, bạc
lá, góp phần tháo gỡ những khó khăn về giống trong việc mở rộng diện tích
sản xuất và phát triển lúa lai ở nước ta.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tạo ra 1-2 dòng bố mẹ có khả năng chống chịu bạc lá, 1-2 dòng bố
mẹ có khả năng chống chịu rầy nâu phục vụ công tác chọn tạo giống lúa lai
hai dòng chống chịu rầy nâu, bạc lá ở nước ta.
- Tạo ra 1-2 tổ hợp lai mới, có năng suất cao (7 – 8 tấn/ha), chất lượng
khá, có khả năng chống chịu bạc lá, rầy nâu phục vụ sản xuất.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu của đề tài bổ sung cơ sở khoa học và phương pháp
chọn tạo dòng bố, dòng mẹ bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ
(TGMS) kháng bệnh bạc lá, rầy nâu.
- Bổ sung cơ sở khoa học cho việc ứng dụng chỉ thị phân tửhỗ trợ cho
công tác chọn tạo giống lúa lai kháng sâu, bệnh tại Việt Nam.
- Thông tin về các dòng bố, mẹ mới kháng bạc lá, rầy nâu giúp các nhà
chọn tạo giống định hướng trong sử dụng vật liệu để lai tạo, chọn lọc giống
lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá, rầy nâu.
- Luận án là tài liệu tham khảo cho giảng dạy tại các trường đại học
chuyên ngành sinh học và nông nghiệp.


4

3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Chọn tạo được 5 dòng bố RPO88, R116R, RP8, RP3, R1028-KR và 2
dòng mẹ (TGMS) –KR95S (D116T-KR) , KR142S (D52S-KR) kháng rầy nâu,
- Chọn tạo được 2 dòng mẹ TGMS:AMS35S-KBL mang gen Xa4,

AMS30S-KBL mang gen Xa7 kháng bệnh bạc lá,
- Góp phần cải tiến được tính kháng bệnh bạc lá của tổ hợp lúa lai 2
dòng chất lượng cao HYT124 và tổ hợp lúa lai kháng rầy nâu HYT116 thông
qua việc đưa gen kháng bạc lá Xa4 vào dòng mẹ AMS35S và Xa7 vào dòng
mẹ AMS30S, phân lập ra dòng bố R116 chứa gen kháng rầy nâu Bph6.
- Chọn tạo được một số tổ hợp lai hai dòng kháng bạc lá, rầy nâu triển
vọng có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao góp phần đa dạng bộ giống
phục vụ sản xuất lúa lai ở Việt Nam.
-Việc sử dụng giống kháng bệnh bạc lá, rầy nâu sẽ góp phần giảm sử
dụng thuốc hóa học, đảm bảo cho an toàn thực phẩm và hạn chế ô nhiễm môi
trường.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
4.1. Đối tượng nghiên cứu:
- Các dòng bố, mẹ lúa lai hiện có của Viện Cây lương thực và CTP mà
tác giả đã trực tiếp và tham gia chọn tạo, các dòng bố mẹ tốt thu thập trong
nước và nhập nội.
- Các dòng phân ly BC3 – BC6 từ các tổ hợp lai tạo chọn dòng bố mẹ
theo hướng kháng bạc lá, rầy nâu.
- Các vật liệu kháng bạc lá đã được xác định nhập nội từ Viện Nghiên
cứu lúa quốc tế (IRRI) như: IRBB5, IRBB7, IRBB21, IRBB4, IRBB57,
IRBB60…


5

- Các vật liệu kháng rầy nâu đã được xác định: Các dòng kháng rầy nâu
của Viện Di truyền Nông nghiệp như: IS1-2, IS1-3, E2-3, KR 1, KR 8, KR 9;
Nguồn vật liệu nhập nội từ IRRI như : Mudgo; ASD7; Rathu Heenati;
ARC 10550; Swarnalata; Chinsaba; T12; Pokkali; Ptb33; TN1 (đc nhiễm).
4.2. Phạm vi nghiên cứu:

- Chọn tạo các dòng bố mẹ mang gen kháng bạc lá, rầy nâu qua lai tạo
và chọn lọc từ những vật liệu trung gian,
- Chọn lọc và làm thuần các dòng ưu tú có nhiều đặc điểm của một
dòng bố mẹ tốt để phục vụ công tác lai tạo giống; Xác định các dòng bố mẹ,
con lai F1 mang gen kháng rầy nâu, bạc lá bằng chỉ thị phân tử; Đánh giá mức
độ nhiễm bạc lá, rầy nâu của dòng bố mẹ và con lai F1 trên đồng ruộng, nhà
lưới qua lây nhiễm nhân tạo,
- Đánh giá khả năng kết hợp trên tính trạng năng suất của các dòng bố,
mẹ được chọn lọc,
- Lai thử tìm tổ hợp có giá trị khả năng kết hợp cao về năng suất làm cơ
sở cho chọn tổ hợp lai kháng bạc lá, rầy nâu có năng suất cao.
5. Thời gian, địa điểm nghiên cứu 5.1. Thời gian nghiên
cứu:
Từ tháng 4/2012 đến tháng 4/2018.
5.2. Địa điểm nghiên cứu:
Hà Nội và một số tỉnh đồng bằng Bắc bộ.
6. Những đóng góp mới của đề tài luận án:
- Chọn được 5 dòng bố gồm RPO88, R116R, RP8, RP3, R1028-KR và
2 dòng mẹ (TGMS): KR95S (D116T-KR) mang gen kháng rầy nâu Bph3, có
khả năng kết hợp chung cao về năng suất, dòng TGMS –KR142(D52SKR)mang gen kháng rầy nâuBph9,có nhiều tính trạng tốt cho lai tạo giông lúa
lai 2 dòng kháng rầy nâu.


6

- Chọn được 2 dòng mẹ AMS35S-KBL (mang gen Xa4), AMS30S-KBL
(mang gen Xa7) kháng bạc lá tốt, có KNKH chung cao làm vật liệu cho chọn
giống lúa lai 2 dòng kháng bạc lá ở nước ta; Góp phần nâng cao tính kháng
bạc lá cho 2 tổ hợp lai HYT116 và HYT124 đã được công nhận cho sản xuất
thử.

- Góp phần chọn tạo thành công giống lúa lai 2 dòng HYT 116 có thời
gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng khá, có khả năng kháng rầy
cao phục vụ sản xuất, góp phần đa dạng bộ giống lúa lai trong cơ cấu giống
lúa ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam.
- Lai tạo được 3 tổ hợp lai có dòng mẹ mang gen kháng bạc lá, có năng
suất thực thu cao hơn đối chứng >10% là AMS35S-KBL/R100, AMS30SKBL/R116 và AMS34S-KBL/SR18, trong đó tổ hợp có năng suất cao nhất là
AMS35S-KBL/R100 (gọi là HYT 124-KBL) đạt 72,1 tạ/ha, kháng bạc lá điểm
3-5; Tổ hợp thứ hai là AMS30S-KBL/R116 (gọi là HYT 116 – KBL) có năng
suất thực thu đạt 69,4 tạ/ha, kháng bạc lá điểm 3, đối chứng đạt 59,5 tạ/ha,
kháng bạc lá điểm 5.
- Lai tạo được 6 tổ hợp lai có dòng mẹ mang gen kháng rầy nâu có năng
suất thực thu từ 86,2 – 93,2 tạ/ha cao hơn đối chứng TH3-3(70,6 tạ/ha) 20%
trở lên là: KR142S/SR3 (89,4 tạ/ha), KR142S/SR14 (86,6 tạ/ha),
KR142S/SR18 (86,2 tạ/ha), KR95S/SR14 (93,2 tạ/ha), KR95S/AIQ6 (88,8
tạ/ha) và KR95S/SR3 (86,3 tạ/ha).


7

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Ưu thế lai, cơ sở di truyền và biểu hiện ưu thế lai ở lúa
1.1.1.1. Ưu thế lai
Ưu thế lai (UTL) là một hiện tượng trong đó con lai F1 bắt nguồn từ
các bố mẹ khác nhau, thể hiện tính ưu việt hơn bố mẹ của chúng về sức sống,
năng suất, số lượng và kích thước bông, số hạt trên mỗi bông, số lượng bông
hữu hiệu…Ưu thế lai chỉ được thể hiện trong thế hệ đầu tiên (thế hệ F1)
(Nguyễn Công Tạn và cs., 2002).
Ở lúa, ưu thế lai thay đổi tùy theo mức độ đa dạng của bố mẹ hoặc sự

hiện diện của các gen ưu thế lai trong các dòng bố mẹ, con lai giữa hai loài
phụ indica và japonica thể hiện ưu thế lai cao nhất, cao hơn bất kỳ sự kết hợp
khác giữa các phân loài khác và có xu hướng giảm dần từ:Indica x japonica >
indica x javanica > japonica x javanica > indica x indica > japonica x
japonica > javanica x javanica (Yuan L.P., 2006).
Ưu thế lai có thể là tích cực hay tiêu cực, cả hai ưu thế lai tích cực và
tiêu cực có thể hữu ích tùy thuộc vào đặc điểm và mục đích khai thác, ví dụ
về ưu thế lai tích cực là ưu thế lai cho năng suất còn ưu thế lai tiêu cực là thời
gian sinh trưởng. Từ quan điểm thực tế, ưu thế lai chuẩn là quan trọng nhất
bởi vì mục đích của chúng ta là phát triển các giống lai tốt hơn so với các
giống năng suất cao hiện có đang được phát triển thương mại trong sản xuất
(Virmani S.S., 1997).
1.1.1.2. Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai
Có nhiều giả thuyết được đưa ra để giải thích về cơ sở di truyền của
ƯTL, tuy nhiên chỉ có 2 giả thuyết lớn được quan tâm nhất là: Giả thuyết tính


8

trội của Davenport đưa ra năm 1908 và Giả thuyết siêu trội của East đưa ra
năm 1936 (trích theo Vũ Văn Liết và cs., 2013).
1.1.1.2.1. Giả thuyết tính trội
Là giả thuyết về sự tác động tương hỗ giữa các gen trội có trong con lai
F1. Theo thuyết này ưu thế lai là do sự tích tụ và tác động tương hỗ giữa các
gen trội có ích cho sự sinh trưởng trong cơ thể con lai nhận được từ 2 bố mẹ.
1.1.1.2.2. Giả thuyết tính siêu trội
Giả thuyết này còn được gọi là giả thuyết dị hợp tử, theo thuyết này
ƯTL là do các dị hợp tử tạo nên. Biếu hiện của các thể dị hợp tử (ví dụ Aa)
mạnh mẽ và hiệu quả hơn các thể đồng hợp tử của chúng (AA hoặc aa). Điều
này được chứng minh ở những tính trạng được điều khiển bởi một hoặc vài

gen. Các nghiên cứu cơ sở di truyền của ƯTL trên những tính trạng số lượng
trong các cây trồng khác nhau đã chỉ ra rằng: ƯTL là kết quả riêng rẽ của việc
hoàn thành tính trội, tính siêu trội, và tính át gen và nó có thể là sự kết hợp
của tất cả các điều này, bằng chứng của tính trội trên những tính trạng định
lượng thực tế là khó tìm. Tuy nhiên, rõ ràng tính siêu trội gây ra bởi sự tương
tác không liên kết và sự mất cân bằng liên kết là một đóng góp chung cho
ƯTL. Ưu thế lai cũng có thể là do những tác động tích cực của tế bào chất
thuộc dòng mẹ trên các thành phần hạt nhân thuộc dòng bố. Sự khác biệt về
ưu thế lai quan sát thấy khi lai cùng một dòng bố với các dòng bất dục đực tế
bào chất (CMS) có nguồn gốc TBC khác nhau là một ví dụ của loại WTL này.
1.1.1.3. Cơ sở phân tử của hiện tượng ưu thế lai
Ở mức phân tử có hai mô hình giải thích ưu thế lai: thứ nhất là do hai
alen khác nhau của hai gen khác nhau tổ hợp và cùng biểu hiện; thứ hai là sự
tổ hợp của các alen khác nhau tạo ra tương tác là cơ sở biểu hiện của ưu thế
lai. Thách thức của mô hình phân tử giải thích ưu thế lai là xác định chính xác


9

liên kết tương quan giữa kiểu hình và phân tử xảy ra trong con ưu thế lai (Xu,
2010).
1.1.1.4. Biểu hiện ưu thế lai ở lúa
Ưu thế lai ở lúa được biểu hiện trên các cơ quan sinh trưởng sinh dưỡng
và sinh trưởng sinh thực, ở các tính trạng hình thái và tính trạng sinh lý như
cường độ quang hợp, cường độ hô hấp, diện tích lá…Ưu thế lai có thể biểu
hiện ở tất cả các giai đoạn trong quá trình sinh trưởng phát triển của cây.
- Ưu thế lai ở hệ rễ: Kết quả nghiên cứu cho thấy: Ở cây lúa lai F1 rễ ra
sớm, số lượng nhiều, rễ ăn sâu và rộng, ngoài ra còn thể hiện ở độ dày của rễ,
khối lượng của chất khô, số lượng rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt động của
bộ rễ khi hút chất dinh dưỡng từ đất vào cây. Hệ rễ của lúa lai hoạt động mạnh

ngay từ khi cây bắt đầu đẻ nhánh, chính vì những ưu thế phát triển của hệ rễ
như trên mà lúa lai có khả năng thích ứng rộng với điều kiện bất thuận
như ngập, úng, hạn, phèn mặn (Lin and Yuan, 1980).
- Ưu thế lai về khả năng đẻ nhánh: Kết quả nghiên cứu của Lin and
Yuan, 1980; Chang et al., 1971 cho thấy: Lúa lai F1 có khả năng đẻ nhánh
cao, đẻ sớm và tập trung vừa, có tỷ lệ nhánh hữu hiệu cao hơn lúa thuần.
- Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng: Ưu thế lai về thời gian sinh
trưởng thường có giá trị âm, thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào
thời gian sinh trưởng của dòng bố. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu của
Ponnuthurai S. và cộng sự lại cho thấy thời gian sinh trưởng của con lai F1
tương đương hoặc ngắn hơn thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc mẹ chín
muộn. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam trong năm 1992- 1993 cho thấy thời
gian sinh trưởng của con lai F1 dài hơn cả dòng mẹ và dòng phục hồi ở cả vụ
Xuân và vụ Mùa (Nguyễn Thị Trâm và cs., 1994).
- Ưu thế lai về chiều cao cây: Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy: ưu
thế lai về chiều cao cây thường có giá trị dương, mặt khác chiều cao cây có