Nghiên cứu đặc điểm, sinh trưởng phát triển một số dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) ở Vụ Xuân(2014), tại Thái Nguyên.

Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Nông học, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm, sinh trưởng phát triển một số dòng lúa bất dục đực mẫ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

-DƯƠNG THỊ DUNG

“NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA BẤT DỤC ĐỰC MẪN CẢM VỚI NHIỆT ĐỘ (TGMS) Ở VỤ XUÂN (2014) TẠI THÁI NGUYÊN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học cây trồng

Khóa học : 2010 - 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học cây trồng

Khóa học : 2010 - 2014 Giáo viên hướng dẫn: TS Đỗ Thị Ngọc Oanh – TS Phạm Văn Ngọc -

Khoa Nông học – Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

LỜI NÓI ĐẦU

Bước chân vào giảng đường đại học em thấy mình thật may mắn Đặc

biệt, được khoác trên mình dòng chữ “Sinh viên trường Đại học Nông Lâm

Thái Nguyên”, một ngôi trường đã gắn bó với biết bao thế hệ đi trước, có trên

bốn mươi năm kinh nghiệm giảng dạy và đào tạo đội ngũ cán bộ trong lĩnh

vực Nông – Lâm – Ngư nghiệp cho các tỉnh Trung du và Miền núi phía Bắc

Việt Nam

Thực tập tốt nghiệp là khâu cuối cùng của tất cả các sinh viên trước khi

ra trường, nó như là trang giấy cuối cùng tổng kết lại tất cả những gì đã viết

trong một cuốn sách cũng như là bài tổng kết lại quá trình học tập, rèn luyện

về đạo đức, kỹ năng và tư cách của một người sinh viên

Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa

Nông học, em đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm, sinh

trưởng phát triển một số dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ

(TGMS) ở Vụ Xuân(2014), tại Thái Nguyên”.Qua đây, em xin được gửi lời

cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới toàn thể các thầy giáo, cô giáo trong

nhà trường, gia đình, bạn bè đã cùng em đi suốt chặng đường vừa qua Đặc

biệt, em muốn cảm ơn tới cô giáo TS Đỗ Thị Ngọc Oanh đã tận tình hướng

dẫn trong suốt thời gian em thực tập tại trường

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong khóa luận không tránh

khỏi những thiếu sót Vì vậy, em hy vọng rằng sẽ nhận được những ý kiến đóng

góp chân thành từ các thầy, các cô và các bạn để khóa luận của em ngày một

hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên

Dương Thị Dung

MỤC LỤC

LỜI NểI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HèNH ẢNH vii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 8

1.1 Đặt vấn đề 8

1.2 Mục đớch nghiờn cứu đề tài 10

1.3 Nội dung đề tài 10

1.4 í nghĩa của đề tài 10

1.4.1 í nghĩa trong học tập và nghiờn cứu khoa học 10

1.4.2 í nghĩa thực tiễn của đề tài 10

CHƯƠNG 2 11

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 11

2.1 Cơ sở khoa học sử dụng bất dục đực trong lai tạo giống lỳa 11

2.2 Hiện tượng bất dục đực ở lỳa 12

2.2.1 Hiện tượng bất dục đực tế bào chất 13

2.2.2 Hiện tượng bất dục đực di truyền nhõn 15

2.2.2.1 Dũng bất dục đực di truyền nhõn cảm ứng với quang chu kỳ 17

2.2.2.2 Dũng bất dục đực di truyền nhõn cảm ứng với nhiệt độ 20

2.3 Cỏc tiờu chuẩn của một dũng bất dục đực ở lỳa 23

2.4 Ứng dụng hiện tượng bất dục đực trong chọn giống lúa lai hai dòng 24

2.5 Tình hình nghiên cứu và sử dụng bất dục đực trong sản xuất lỳa lai của Việt Nam 27

2.6 Định hướng về nghiờn cứu bất dục đực cho sản xuất lỳa lai 30

CHƯƠNG 3 32

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 Vật liệu và địa điểm nghiên cứu 32

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu 32

3.1.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 32

3.2 Nội dung nghiên cứu 32

3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm 33

3.4 Phương pháp theo dõi, đánh giá 33

3.4.1 Thời gian sinh trưởng, phát triển ( tính từ khi gieo đến khi chín, đơn vị : ngày) 33

3.4.2 Các đặc tính nông học 34

3.4.4 Đánh giá đặc tính nở hoa của các dòng TGMS 36

3.5 Phương pháp sử lý số liệu 37

CHƯƠNG 4 38

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

4.1 Chất lượng mạ của các dòng tham gia thí nghiệm trước khi cấy 38

4.2.Thời gian sinh trưởng, phát triển của các dòng, tham gia thí nghiệm 39

4.3 Động thái tăng trưởng của các dòng tham gia thí nghiệm 41

4.3.1 Động thái tăng trưởng chiều cao cây 41

4.3.2 Động thái ra lá của các dòng tham gia thí nghiệm 44

4.4 Khả năng đẻ nhánh của các dòng tham gia thí nghiệm 45

4.5 Đặc tính nở hoa của các dòng TGMS 47

4.5.1 Độ dài giai đoạn trỗ của các dòng lúa bất dục đực: 48

4.5.2.Độ thoát cổ bông của các dòng lúa bất dục đực: 49

4.5.3 Mức độ bất dục hạt phấn của các dòng bất dục đực: 50

4.5.4 Độ mở vỏ trấu của các dòng bất dục đực: 50

4.5.5 Mức độ thò vòi nhụy của các dòng bất dục đực 51

CHƯƠNG 5 53

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53

5.1 Kết luận 53

5.2 Đề nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 01

Phụ lục 02

v

BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CMS : Cytoplasmic Male Sterile : Bất dục đực tế bào chất, ký hiệu

là dòng A Dòng B : Maintainer line : Dòng duy trì bất dục đực cho

dòng A Dòng R : Restorer line : Dòng phục hồi hữu dục cho

dòng A EGMS : Environmental-sensitive : Bất dục đực di truyền nhân mẫn

Genic Male Sterility cảm với điều kiện môi trường TGMS : Thermo-sensitive Genic : Bất dục đực di truyền nhân

Male Sterile mẫn cảm với nhiệt độ P(T)GMS : Photoperiod and thermo : Bất dục đực di truyền nhân mẫn

-sensitive Genic Male Sterile cảm với nhiệt độ và quang chu kỳ

WA : Wild Abortion : Dòng bất dục đực tế bào chất

dạng hoang dại

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Chất lượng mạ của các dòng tham gia thí nghiệm 38

Bảng 4.2: Thời gian sinh trưởng của các dòng, tham gia thí nghiệm 40

Bảng 4.3 Động thái tăng trưởng chiều cao cây (cm) 42

Bảng 4.4: Động thái ra lá của các dòng tham gia thí nghiệm (lá) 44

Bảng 4.5: Một số đặc điểm nông học của các dòng tham gia thí nghiệm 46

Bảng 4.6: Một số đặc điểm nở hoa của các dòng bất dục đực được nghiên cứu vụ Xuân tại Thái Nguyên năm 2014 48

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 4.1 Động thái tăng trưởng chiều cao của các dòng tham gia thí

nghiệm vụ xuân 2014 tại Thái Nguyên 42 Hình 4.2 Động thái ra lá của các dòng tham gia thí nghiệm vụ xuân 2014 tại Thái Nguyên 45

Trong bối cảnh gia tăng dân số, biến đổi khí hậu và cạn kiệt nguồn tài nguyên như hiện nay, Thế giới đặc biệt quan tâm đến vấn dề đảm bảo An Ninh lương thực cho 7 tỉ người trên Trái Đất Do đó việc duy trì và phát triển sản xuất lúa luôn được các Quốc gia và nhiều tổ chức Quốc tế quan tâm đầu tư

Để ổn định và phát triển sản xuất lúa cần quan tâm đến nhiều vấn đề, trong đó có việc nghiên cứu lai tại các giống lúa mới để tạo ra các giống lúa

có năng suất cao, chất lượng tốt vì sự ra đời của lúa lai đã góp phần quan trọng vào việc tăng năng suất lúa cũng như chất lượng gạo.Việc nghiên cứu, khai thác ưu thế lai đã trở thành một giải pháp quan trọng Để đảm bảo An Ninh lương thực và giữ mức xuất khẩu gạo cao trong điều kiện dân số tăng, diện tích giảm thì việc đưa lúa lai vào sản xuất sẽ là một giải pháp quan trọng

và cần thiết, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Hồng đất chặt người đông, vùng trung du miền núi phía Bắc nơi cần xóa đói giảm nghèo cho các dân tộc Lúa là cây tự thụ, trong hoa có cả nhị và nhụy, do đó việc lai tạo lúa

sẽ tốn rất nhiều thời gian để khử đực và việc lai sẽ chỉ dừng lại trên mô hình thí nghiệm, rất khó để áp dụng vào sản xuất giống Đại trà do tốn nhiều thời gian, chi phí và công sức

Ở lúa và một số loài cây trồng khác có hiện tượng bất dục đực Đây

là hiện tượng cây không tạo thành được hạt phấn hoặc có hạt phấn nhưng hạt phấn không có khả năng thụ phấn và thụ tinh [4], do ảnh hưởng của các yếu

tố nội tại và ngoại cảnh Bất dục đực có 2 loại đó là: Bất dục đực tế bào chất

Bất dục đực chức năng còn gọi là bất dục đực chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường ( Enviromental – Sensitive Genetic Male Sterile : EGMS ) Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ gọi là dòng TGMS (Thermo - Sensitive Genetic Male Sterile)

Dòng TGMS là một trong những công cụ di truyền hết sức quan trọng

để tạo ra hạt F1 thương phẩm theo phương pháp “hai dòng” [5]

Hiện nay các vật liệu chọn giống lúa lai hai dòng đang được sử dụng ở Việt Nam phần lớn có nguồn gốc nhập nội từ IRRI hoặc Trung Quốc Một số dòng mẹ mới được chọn tạo trong nước bằng phương pháp chuyển các gen

tms từ vật liệu nhập nội vào các dòng giống trong nước, tuy nhiên số lượng

dòng được sử dụng còn rất hạn chế Các dòng bố được sử dụng cũng chưa thực sự phong phú và đa dạng Vì vậy số lượng các tổ hợp lai phát triển trong nước còn ít, ưu thế lai chưa thực sự cao, chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất hiện nay

Để đáp ứng được yêu cầu mới trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng tại Việt Nam, chúng ta cần có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú với sự đa dạng di truyền lớn, có đặc tính nông sinh học tốt, thích ứng với điều kiện khí hậu Việt Nam Có như vậy mới tạo ra được các tổ hợp lai tốt, có ưu thế lai cao, chống chịu được sâu bệnh, từng bước thay thế các tổ hợp lúa lai của Trung Quốc

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng hạt giống lúa lai trong sản xuất đại trà thì việc nghiên cứu, đánh giá, chọn lọc các dòng bất dục đực mẫn cảm với nhiệt

độ là vấn đề cấp bách hiện nay

Xuất phát từ thực tế trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “

Nghiên cứu đặc điểm, sinh trưởng phát triển một số dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) ở Vụ Xuân(2014), tại Thái Nguyên”

1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài

Xác định được các dòng TGMS có triển vọng, phục vụ cho chọn tạo giống lúa lai hai dòng, thích hợp với điều kiện Thái Nguyên để lai tạo giống

Vụ Mùa 2014

1.3 Nội dung đề tài

- Đánh giá đặc điểm sinh trưởng, phát triển các dòng TGMS

- Đánh giá đặc tính nở hoa các dòng TGMS

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

- Giúp cho sinh viên sau khi ra trường nắm chắc được lý thuyết cũng như làm quen với tay nghề vận dụng vào trong sản xuất

- Biết cách thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học

- Góp phần làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về các dòng lúa bất dục đực với khí hậu nói chung, và nhiệt độ nói riêng

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Góp phần cho việc chọn được dòng lúa thích hợp với điều kiện sinh thái tại địa phương và những vùng có điều kiện tương tự Đưa ra những

nghiên cứu về lai tạo giống lúa thích hợp

- Đa dạng hóa thêm bộ dòng, giống lúa áp dụng cho vùng sản xuất lúa tại Thái Nguyên

- Góp phần phát triển sản xuất lúa

- Tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về các dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS)

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Cơ sở khoa học sử dụng bất dục đực trong lai tạo giống lúa

Trong một thời gian dài, ưu thế lai ở cây lúa vẫn chưa được sử dụng rộng rãi như các cây trồng khác, vì lúa là một cây tự thụ nghiêm ngặt ( Nguyễn Văn Hoan, 2006) [13] Một số nhà khoa học Viện lúa Quốc tế, Ấn Độ, Nhật Bản đã

đề xuất chương trình phát triển lúa lai thương phẩm, nhưng chưa tìm ra phương pháp thích hợp sản xuất hạt lai, nên không thành công [76], [39], [41], [50] Sau đó nhờ những phát minh ra hiện tượng bất dục đực ở lúa, khai thác

và sử dụng những vật liệu này, vấn đề ứng dụng ưu thế lai ở lúa đã đạt được nhiều thành tựu lớn , tạo ra một cuộc cách mạng đột phá năng suất và sản lượng Thành tựu lúa lai có thể coi như cuộc cách mạng xanh lần thứ 2 trong nông nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực thế giới và tăng thu nhập của người nông dân trong các biện pháp kỹ thuật hiện nay (Leocadio S., Sebastian Flordeliza H., Bordey, 2005) [43]

Khi nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực Shin, (1981, 1985); Shin và Deng, (1986) đã thông báo về một dòng bất dục đực khác thường Dòng này khôi phục hữu dục trong điều kiện thời gian chiếu sáng nhất định và được gọi

là dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với thời gian chiếu sáng (Photoperiodic sensitive Genetic Male Sterility – PGMS) Sau đó, các nhà khoa học Zhou và cộng sự, (1988, 1991); Virmani và Voc, (1991); Wu và cộng sự, 1991 đã phát hiện các dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với nhiệt độ (Thermo sensitive Genetic Male Sterility – TGMS), các dòng này trở lại hữu dục hoàn toàn hay một phần ở một ngưỡng nhiệt độ nào đó Dựa trên

cơ sở của những phát hiện này, Yuan Long Ping, (1987) đã đề ra chương trình tạo giống lúa lai hai dòng (Two line hybrid rice) [3]

Trong việc khai thác ưu thế lai ở lúa, lúa lai hai dòng đã có nhiều ưu điểm hơn lúa lai ba dòng: Khi nghiên cứu và sản xuất chỉ sử dụng hai dòng bố

mẹ, không cần dòng duy trì bất dục, cơ hội tìm dòng cho phấn dễ dàng hơn,

ưu thế lai cao hơn từ 5-10 %, chất lượng gạo dễ cải thiện Ngoài ra còn tạo ra nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai của các tổ hợp Indica/Japonica (Nguyễn Việt Long, 2006) [22]

Có những tiến bộ đáng kể ở Trung Quốc, IRRI và nhiều nước khác trên thế giới trong đó có Việt Nam trong việc nghiên cứu và phát triển lúa lai hai dòng Hệ thống lúa lai hai dòng có thể được phát triển rộng lúa lai ba dòng với những ưu điểm sau: Các tổ hợp lúa lai hai dòng có năng suất cao hơn từ 5 – 10% so với lúa lai ba dòng do có thể tiến hành lai xa huyết thống hoặc lai xa địa lý Trong hệ thống lúa lai hai dòng thì dòng bất dục đực do gen lặn trong nhân tế bào kiểm soát nên có thể lai xa với nhiều dòng giống lúa khác mà không bị hiện tượng đồng tế bào chất cản trở; Không cần phải có dòng duy trì bất dục đực (dòng B), nên khi nhân dòng chỉ cần gieo trồng một dòng thay vì phải trồng xen dòng mẹ (A) với dòng bố (B) Vì vậy, giảm bớt một lần lai trong quá trình sản xuất , làm cho tỷ lệ giữ diện tích nhân dòng TGMS: diện tích sản xuất lúa lai thương phẩm của hệ thống lai hai dòng cao hơn hệ thống lai ba dòng

Điều kiện khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh tương đối rõ rệt, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng các dòng TGMS Nhiều nghiên cứu của các tác giả trong nước đã cho biết có thể lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất lúa lai hệ hai dòng ( Hà Văn Nhân, 2002) [28], ( Nguyễn Thị Gấm, 2003) [11]

2.2 Hiện tượng bất dục đực ở lúa

Cũng như nhiều loại cây trồng, bất dục đực ở lúa là hiện tượng xảy ra trong đó cơ quan sinh sản đực hoặc không được hình thành hoặc bị thoái hóa

Dựa vào đặc tính di truyền của các dạng bất dục đực ở thực vật người ta phân thành các kiểu : bất dục đực tế bào chất và bất dục đực chức năng di truyền nhân

2.2.1 Hiện tượng bất dục đực tế bào chất

Di truyền tế bào chất là sự truyền đạt tính trạng của bố mẹ thông qua bộ gen trong tế bào chất không qua quá trình phân chia giảm nhiễm Vì vậy những tính trạng được kiểm tra bởi các gen trong tế bào chất không phân ly theo quy luật di truyền của Menden mà di truyền qua tế bào sinh sản cái Đồng thời một

số tính trạng là kết quả tác động qua lại giữa nhân và tế bào chất như: Năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất, chiều cao cây, sự trỗ thoát (Hoàng Tuyết Minh,2002) [26] Hiện tượng bất dục đực tế bào chất ở lúa là hiện tượng di truyền được ứng dụng hiệu quả nhất trong chọn tạo giống lúa ưu thế lai hệ ba dòng Các nhà khoa học đã tìm ra hệ thống lúa lai ba dòng bao gồm dòng bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility – ký hiệu CMS) còn gọi là dòng A, dòng duy trì (Maintainer) còn gọi là dòng B, dòng phục hồi (Restorer) còn gọi là dòng R

Những dòng bất dục đực có kiểu gen là S(rr) Kiểu gen dòng duy trì bất dục và dòng phục hồi lần lượt là N(rr) và N(RR) hay S(RR) Con lai F1 giữa dòng bất dục đực tế bào chất và dòng phục hồi sẽ có kiểu gen là: S(Rr), trong

đó alen trội R lấn át alen lặn r và tương tác với gen bất dục đực (S) của tế bào chất mà F1 hữu thụ ( Trần Đình Long, 1997; Lê Duy Thành, 2001; Yuan,L.P.,1985) [21], [29], [47]

Trong những năm gần đây, các nhà chọn giống lúa lai đã tập trung vào phát triển các dòng CMS và dòng phục hồi mới, đa dạng về di truyền, chất lượng hạt được cải tiến và đặc biệt nâng cao tính chống chịu với các loại sâu bệnh hại chính (Alam.M.F.et al,1992)[78]

Tuy nhiên hệ thống lúa lai ba dòng cồng kềnh và giới hạn sử dụng hẹp,

dễ gặp trở ngại về khả năng chống đỡ các tác nhân sinh học do sự nghèo nàn về

đa dạng di truyền, dẫn đến nguy cơ bị nhiễm dịch hại trên diện rộng Mặc dù nhiều nguồn tế bào chất bất dục đã được phát hiện, xong người ta cũng chỉ sử dụng một số ít Vì ngoài những đặc điểm nông học không tốt một số nguồn bất dục có tính bất dục không ổn định và độ thuần còn thấp [82], [61]

Khả năng tìm dòng phục hồi cũng bị hạn chế do phổ hục hồi của các dòng CMS kiểu “ WA “ rất hẹp, nên ưu thế lai của các tổ hợp còn thấp [53] Các tổ hợp lai ba dòng trong loài phụ Japonica còn ít Do sự đa dạng di truyền về gen phục hồi trong lúa Japonica rất nghèo nàn nên ưu thế lai thuộc loại này luôn thấp hơn loài phụ Indica Năng suất của các tổ hợp lai này trên diện rộng chỉ tăng 5 – 10 % so với giống lúa Japonica thường [17]

Để khắc phục được những hạn chế của lúa lai ba dòng các nhà khoa học

đã tìm ra một hướng đi mới Đó là hệ thống lúa lai hai dòng mà cơ sở là hiện tượng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường

Hệ thống lúa lai hai dòng có nhiều ưu điểm hơn lúa lai ba dòng trong việc sử dụng ưu thế lai để nâng cao năng suất lúa (Tong – Min Mou, Lu Xing-

Gui, N.T Hoan, and SS.Virmani,2003)[44] Các tổ hợp lai hai dòng có năng suất cao hơn 5 – 10% do các dòng mẹ có phổ phục hồi rộng nên có thể mở rộng phạm vi lai ra các loài phụ tạo nên một nền di truyền rộng trong tổ hợp lai Trong hệ thống sản xuất chỉ cần hai dòng bố và mẹ mà không cần dòng duy trì bất dục nên chi phí hạt lai F1 sẽ thấp hơn Tính trạng bất dục đực do gen lặn trong nhân kiểm soát nên có thể dùng phương pháp lai để chuyển gen này sang nhiều dòng giống khác mà không bị hiện tượng đồng tế bào chất cản trở

2.2.2 Hiện tượng bất dục đực di truyền nhân

a Những nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực di truyền nhân

Công cụ di truyền chủ yếu của hệ thống lúa lai hai dòng là các dòng bất dục dực chức năng di truyền nhân còn gọi là bất dục đực chịu ảnh hưởng của môi trường (Enviromental – Sensitive Genetic Male Sterile : EGMS ) Nguồn EGMS có giá trị thực tế trong chọn tạo lúa lai hai dòng bao gồm kiểu bất dục đực cảm ứng với độ dài ngày (Photoperiodic - Sensitive Genetic Male Sterile: PGMS) Bản chất di truyền và sự khác biệt giữa chúng chủ yếu là điều kiện gây bất dục đực và chuyển hóa hữu dục đực

Shi (1981, 1985); Shi và Deng (1986) đã phát hiện ra dòng bất dục đực cảm ứng với độ dài ngày (PGMS), dòng này chuyển hóa bất dục sang hữu dục trong những điều kiện chiếu sáng nhất định Năm 1989, Yang và cộng sự

đã tạo ra dòng PGMS 5460PS từ giống lúa IR54

Zhou và cộng sự (1988, 1991); Virmani và Voc (1991); Wu và cộng sự (1991) đã phát hiện ra các dòng bất dục đực cảm ứng nhiệt độ (TGMS), sự chuyển hóa bất dục – hữu dục do điều kiện nhiệt độ quyết định Sau đó hàng loạt các dòng EGMS đã được phát hiện

Trên cơ sở này, Yuan Long Ping (1987) đã đề ra chương trình tạo giống lúa lai hai dòng Trong hệ thống này chỉ cần sử dụng một dòng bất dục đực và một dòng cho phấn để sản xuất hạt lai F1 Dòng bất dục đực được

Khi nghiên cứu hai dòng Annong S-1 và W6154S các nhà khoa học

đã kết luận sự bất dục của các dòng trên được điều khiển bởi 1 cặp gen lặn trong nhân (Wu Xiao Jin, 1997)[42] Tuy nhiên công bố gần đây của Li Rongbai và Yang Xingqing, Viện Hàn lâm khoa học Nông Nghiệp Quảng Tây (2002) thì có 2 gen lặn 1 gen trội trong nhân kiểm soát tính trạng bất dục đực nhạy cảm với nhiệt độ của dòng 9-403S[25]

Một số dòng lúa mang gen trội quy định tính trạng bất dục đực phản ứng với nhiệt độ cũng cũng được tìm ra (He Haohua et al, 1997)[45] Theo các tác giả này, dòng PDGMR (Pingxiang Dominant Genic Male Sterile Rice) bất dục khi nhiệt độ thấp và hữu dục khi nhiệt độ cao

b Phân loại các dòng do ảnh hưởng của môi trường ( EGMS :Enviromental –

Sensitive Genetic Male Sterile)

Cheng Shihua.C (2000) [51] cho biết các nhà nghiên cứu lúa lai Trung Quốc

đã phân loại các dòng EGMS dựa theo các căn cứ sau:

-Theo nguồn gốc phân loại: Người ta chia thành kiểu dòng Japonica điển hình là Nongken58S và kiểu dòng Indica điển hình là Annong S-1 và các dòng khác như 5460S, HennongS…

-Theo phương pháp chọn tạo dòng EGMS: Chọn tạo bằng phương pháp lai tạo, đột biếnnhân tạo hay chọn lọc từ các đột biến tự nhiên

-Theo số lượng gen điều khiển tớnh bất dục: Được chia thành loại dũng EGMS do một gen điều khiển và loại dũng EGMS do 2 gen điều khiển tớnh trạng bất dục

-Phõn loại theo phản ứng với yếu tố mụi trường làm chuyển húa đặc tớnh bất dục-hữu dục của dũng EGMS: Người ta chia chỳngthành kiểu dũng phản ứng với nhiệt độ (TGMS) và phản ứng với chu kỳ chiếu sỏng

2.2.2.1 Dũng bất dục đực di truyền nhõn cảm ứng với quang chu kỳ

Với kiểu bất dục đực PGMS, gen trong nhân kiểm soát tính bất dục đực phản ứng rất chặt với độ dài chiếu sáng trong ngày

Sự chuyển hóa hữu dục và bất dục của PGMS phụ thuộc cả vào độ dài ngày và nhiệt độ trong giai đoạn phân hóa đòng Độ dài ngày tới hạn cho sự biến đổi bất dục và mức độ tương tác giữa thời gian chiếu sáng và nhiệt độ là những yếu tố chính quyết định sự thích ứng của một dòng PGMS

Shi Ming Song (1973) phát hiện ra dòng Nongken58, một dòng lúa Japonica chín muộn, nếu phân hóa đòng vào thời kỳ có độ dài chiếu sáng trong ngày >14 giờ thì bị bất dục; ngược lại sẽ hữu dục nếu thời gian chiếu sáng <13h45 Tác giả kết luận: Sự chuyển hóa tính dục của dòng Nongken58

bị chi phối bởi độ dài chiếu sáng trong ngày

Năm 1982 Lu và Wang đW gieo dòng này ở nhiều thời vụ khác nhau

để tìm hiểu thời kỳ chuyển hóa hữu dục, kết quả cho thấy: Sự chuyển đổi bất dục-hữu dục của Nongken58S xảy ra từ 1-5/9 hàng năm Nếu lúa trỗ trớc 1/9

tỷ lệ bất dục của Nongken58S đạt 99,6-100% Nếu lúa trỗ từ 2/9 trở đi tỷ lệ này giảm dần Tính hữu dục của Nongken 58S ở giai đoạn hữu dục là ổn định qua các năm và đạt trên 50% (có lúc đạt 75,1-90% hạt phấn hữu dục), khi đó

tỷ lệ kết hạt gần như bình thờng (Lu Xinggui, 1994) [49]

Những kết quả nghiên cứu trong phytotron cũng cho kết quả tương tự, người ta kết luận rằng, độ dài ngày tới hạn làm cho dòng PGMS trở nên bất dục là 13,75-14,0 h (Mou T.M., 2000) [54]

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của độ dài chiếu sáng và nhiệt độ đến sự

chuyển đổi hữu dục và bất dục của dòng Nongken58S, ngời ta thấy: Trong

khoảng nhiệt độ thuận lợi cho sự phát triển của bông lúa thì sự thay đổi độ dài

chiếu sáng ảnh hưởng mạnh đến sự bất dục hơn là ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiều tác giả đW nghiên cứu hiệu ứng nhiệt độ đối với dòng PGMS cho

thấy các dòng PGMS không chỉ có độ dài ngày tới hạn mà còn có nhiệt độ tới

hạn cho sự biến đổi bất dục-hữu dục

Nhiệt độ tới hạn đối với dòng PGMS quan trọng hơn so với độ dài ngày

tới hạn Sự biến đổi nhiệt độ có thể làm thay đổi sự bất dục của dòng PGMS

được trồng dưới điều kiện ngày dài Dưới điều kiện ngày ngắn, sự hữu dục

của dòng PGMS phản ứng mạnh với sự thay đổi của nhiệt độ và có sự tác động

qua lại giữa dòng và nhiệt độ [55], [56], [57] Mou T.M và một số tác giả

khác cũng công bố rằng PGMS bất dục hoàn toàn trong điều kiện tổ hợp của

ngày dài cùng với nhiệt độ cao và hữu dục ở điều kiện tổ hợp của ngày ngắn

cùng với nhiệt độ thấp Tuy nhiên khi nhiệt độ < 24oC, độ dài ngày > 14 giờ

hoặc khi nhiệt độ > 26oC, độ dài ngày < 14 giờ, chúng hữu dục hoặc hữu dục

từng phần Khi nhiệt độ > 30oC biểu hiện của tính cảm quang biến mất, chúng

bất dục trong cả điều kiện ngày dài hoặc ngày ngắn

Chu kỳ chiếu sáng bao gồm chất lượng ánh sáng là nhân tố môi trờng

chính liên quan đến sự hữu dục hạt phấn Sự biến đổi hữu dục được gây ra bởi

chất lượng khác nhau của chu kỳ chiếu sáng có ý nghĩa hơn so với sự biến đổi

này gây ra bởi nhiệt độ (Xue và cộng sự, 1990) [56]

Thời kỳ cảm ứng với độ dài ngày của các dòng PGMS xảy ra vào bước

phát triển thứ 3 đến thứ 5 của đòng tức là khoảng 23-15 ngày trước khi lúa trỗ

(Cheng S.H., 2000); (Yuan L.P., 1993) [59], [58] Pha cảm ứng của dòng Nongken58S cho biến đổi hữu dục xảy ra từ giai đoạn bắt đầu hình thành bông

tới giai đoạn hạt phấn đơn nhân (khoảng 25-7 ngày trớc khi trỗ), giai đoạn

PGMS Japonica có độ dài tới hạn từ 13 giờ 45 phút đến 14 giờ cũng giống nh

Nongken58S, các dòng PGMS Indica có độ dài ngày tới hạn tương đối ngắn

từ 13 giờ đến 13 giờ 25 phút

Hua Zetian và cộng sự (1990) xử lý ánh sáng các dòng PGMS Indica và

giữa các giống Indica và Japonica [60] Như vậy có thể phát triển các dòng PGMS có độ dài ngày tới hạn khác nhau nhằm đáp ứng được nhu cầu trong các vùng sinh thái khác nhau

Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện lúa quốc tế (IRRI) và

Ấn Độ đW xác định đợc 3 gen kiểm soát tính trạng bất dục đực cảm ứng với

thời gian chiếu sáng trong ngày-PGMS (pms1, pms2, pms3), các gen này nằm

trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 7, 3 và 12 Trong đó hiệu quả của gen

pms1 đợc xác định là lớn gấp 2-3 lần gen pms2 (Zhang Q, Shen BZ, Dai XK,

Mei MH, Saghai-Maroof MA, Li ZB, 1994) [70]

Các nhà khoa học đW xác định được các chỉ thị phân tử liên kết với các

gen bất dục nhạy cảm với môi trờng Locus pms1 ở giữa chỉ thị phân tử

vµ Honggen (Japonica) (Gao vµ céng sù, 1991) [63]. Dßng nµy ®ưîc trång ë Qu¶ng Ch©u (23o08') h÷u dôc tõ 16/9 vµ chuyÓn hãa bÊt dôc tõ 29-30/9

2.2.2.2 Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ

Ngoài các dòng PGMS, các nhà khoa học còn phát hiện một kiểu bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ (TGMS) Gen nhân của dòng TGMS phản ứng chặt với nhiệt độ Sự chuyển hóa bất dục- hữu dục của dòng TGMS chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ Trong giai đoạn làm đòng, nếu nhiệt độ cao (t0>250C) thì gây bất dục, nhiệt độ thấp (t0 <240C) gây hữu thụ hoặc hữu thụ từng phần Ánh sáng không ảnh hưởng đến sự thay đổi tính dục của chúng Các dòng AnnongS, HengnongS, 5460S được chọn tạo ở Trung Quốc thuộc loại này Nhưng vài dòng bắt nguồn từ Nongken58S như là W6154S, GD1S…mặc dù tính hữu thụ chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ, nhưng vẫn có ảnh hưởng yếu lẫn nhau giữa nhiệt độ và ánh sáng Kiểu này của EGMS được xem như là dòng TGMS từ cách nhìn nhận thực tế (Mou T.M.,2000) [64] Các dòng TGMS khác nhau thì có ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa không giống nhau Nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc và một số nước khác trên Thế giới đã cho thấy nhiệt độ chuyển hóa của các dòng TGMS rất khác nhau tùy thuộc vào bản chất gen của mỗi dòng Dựa vào ngưỡng phản ứng nhiệt độ, các dòng TGMS có thể được xếp vào 3 nhóm sau:

• Nhóm dòng có ngưỡng chuyển hóa nhiệt độ thấp: Đại diện cho nhóm này là các dòng Peiai64S, 735S, HN5-2S,8906S,K14S…(Lu X.G., Zhang Z.G, Maruyama K., Virmani S.S., 1994) [40] Ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa bất dục – hữu dục của nhómnày khoảng 23,50C Vì vậy nhóm này có đặc tính bất dục tốt, ổn định và an toàn trong sản xuất hạt lai Tuy nhiên khả năng nhân dòng TGMS là khó khăn và thường đạt năng suất thấp

• Nhóm dòng TGMS có ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa hữu dục cao (260C): Các dòng bất dục nhóm này để duy trì và thường đạt năng suất cao trong nhân dòng Đại diện nhóm này là các dòng: 8902S; 5047S; ShuangS…

• Nhóm dòng có ngưỡng nhiệt độ cao gây hữu dục và nhiệt độ thấp gây bất dục Sự chuyển hóa hữu dục của nhóm này được gây ra bởi độ dài chiếu sáng trong một khoảng nhiệt độ ở thời kỳ phản ứng ánh sáng, trong điều kiện

tự nhiên hầu như chúng bất dục hoàn toàn Đại diện cho nhóm này gồm các dòng; W6154S, W7415S, 8801S…(Pan Xigan et al, 1990) [65] Trong nhóm này cũng có các dòng chỉ mẫn cảm với nhiệt độ (Dianxi1A, IVA, Diannong S-1) Khi nhiệt độ thấp hơn 240C thì chúng bất dục và nhiệt độ cao hơn 260C thì chúng hữu dục (Jiang Yiming, 1997)[66] Nhóm dòng này có thể có ý nghĩa ở vùng nhiệt đới

Nghiên cứu về bản chất di truyền của sự thay đổi nhiệt độ tới hạn cho bất dục hạt phấn, Wu và cộng sự cho biết nhiệt độ chuyển hóa thấp là tính trạng trội, được kiểm soát bởi 2 gen trội L1, L2 Hai gen này có khả năng làm giảm ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa bất dục của dòng TGMS Vì vậy tùy thuộc vào kiểu gen của dòng TGMS khác nhau mà chúng duy trì nhiệt độ tới hạn gây bất dục khác nhau (23- 290C)

Ngoài ra còn một số dòng TGMS nghịch: Hữu dục trong điều kiện nhiệt

độ cao và bất dục trong điều kiện nhiệt độ thấp

Giai đoạn cảm ứng với nhiệt độ của các dòng TGMS khác nhau cũng khác nhau do nguồn gen và cơ sở di truyền của từng dòng quyết định (Borkakati R.P.,1997)[52]

Nhiều nghiên cứu cho thấy giai đoạn cảm ứng của dòng TGMS từ giai đoạn 16 ngày đến 3 ngày trước trỗ Giai đoạn phân chia tế bào mẹ hạt phấn (khoảng 11- 8 ngày trước khi trỗ) là giai đoạn mẫn cảm với nhiệt độ

So sánh giai đoạn cảm ứng nhiệt độ của các dòng PGMS và TGMS các nhà khoa học kết luận rằng, giai đoạn cảm ứng của dòng PGMS bắt đầu sớm hơn so với dòng TGMS và giai đoạn cảm ứng nhiệt độ của dòng PGMS dài hơn so với dòng TGMS (Mou T.M.,2000)[46]

Các nhà khoa học cũng xác định có 5gen ký hiệu là tms1, tms2, tms3,

tms4(t), tms5 kiểm soát tính trạng bất dục đực cảm ứng với nhiệt độ Gen tms1 phát sinh nhờ đột biến tự nhiên, do Sun và cộng sự (1989), Yang và

cộng sự (1992) phát hiện ở giống lúa IR54, nằm trên nhiễm sắc thể thứ 8 Gen

tms2 do Maruyama và cộng sự (1991) tạo ra bằng phương pháp gây đột biến

bằng tia Gamma ở giống lúa IR32364, nằm trên nhiễm sắc thể số 7 Gen tms3

doVirmani (1993) và Subudhi và cộng sự (1995) tạo ra bằng phương pháp gây đột biến bằng tia gamma ở giống lúa IR32364, nằm trên nhiễm sắc thể số

6 (Lê Duy Thành, 2001)[8] Gần đây Nguyễn Văn Đồng và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử (phương pháp phân tích BSA kết hợp với kỹ

thuật AFLP, RFLP, và kỹ thuật vệ tinh) để định vị gen tms4(t) từ dòng

TGMSVN1, gen này nằm cạnh tâm động trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số

4 Gen tms5 được định vị trên nhiễm sắc thể số 2 (Hoang Tuyết Minh,

2002)[9]

Wang và cộng sự (1995) sử dụng phương pháp thể phân ly theo nhóm ở thế hệ F2 của tổ hợp 5460S/Hongwan 52 để xác định chỉ thị RAPD liên kết với

gen tms1[48]

Yamaguchi vµ céng sù ®W ph¸t hiÖn ra sù liªn kÕt cña chØ thÞ ph©n tö víi

gen tms2 C¸c t¸c gi¶ nghiªn cøu locus tms2 b»ng phư¬ng ph¸p sö dông chØ

thÞ ph©n tö (RFLP) ë mét quÇn thÓ F2 cña tæ hîp lai Norin PL12 vµ gièng

Dular KÕt qu¶ cho thÊy gen tms2 ë vÞ trÝ gi÷a chØ thÞ R643 vµ R1440 trªn

nhiÔm s¾c thÓ thø 7 Sö dông kü thuËt SSR (Simple sequence repeat) ®W x¸c

Những phát hiện trên cho thấy hiện tượng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với môi trờng là hiện tượng tương đối phổ biến, rất đa dạng và phong phú,

có thể dễ dàng tìm kiếm và ứng dụng vào chọn giống để nâng cao năng suất lúa

2.3 Cỏc tiờu chuẩn của một dũng bất dục đực ở lỳa

Để sử dụng cỏc dũng bất dục đực vào phỏt triển lỳa lai thương phẩm một cỏch hiệu quả nhất, cỏc nhà chọn giống Trung Quốc đó đưa ra tiờu chuẩn một dũng một dũng bất dục tốt như sau (trớch theo Hoàng Tuyết Minh, 2002) [25]

- Khỏc với cỏc dũng lỳa thuần, cỏc dũng bất dục núi chung và cỏc dũng TGMS núi riờng cần cú thờm cỏc đặc điểm nụng học đặc thự riờng: chiều cao cõy phải thấp hơn dũng bố

-Lỏ đũng phải cú kớch thước vừa phải đề khụng ngăn cản phấn trong quỏ trỡnh thụ phấn

- Cấu trỳc hoa và đặc điểm nở hoa phải phự hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho quỏ trỡnh nhận phấn trong sản xuất hạt lai

- Quần thể phải gồm trờn 1000 cỏ thể, cú đặc điểm nụng học đồng nhất

và ổn định

- Phải cú đặc tớnh bất dục ổn định và bất dục hoàn toàn trong mọi điều kiện ( nếu là dũng CMS) Với dũng EGMS phải bất dục hoàn toàn, cú điều kiện chuyển đổi hữu dục rừ ràng (ngưỡng nhiệt độ chuyển húa khoảng < 23oC

cho dũng PGMS và 23,5oC cho dũng TGMS) Tỷ lệ cõy bất dục của dũng bất dục phải là 100% và ổn định qua cỏc lần gieo, tỷ lệ hạt phấn bất dục cao hơn 99,5% và tỷ lệ hạt đậu trong bao cỏch ly phải <0,5%

- Giai doạn bất dục của dũng EGMS ớt nhất phải 30 ngày liờn tục và tỷ lệ kết hạt (tự thụ) trong thời kỳ hữu dục trờn 40%

- Dũng CMS phải tương đối rễ phục hồi (khả năng phục hồi hạt phấn ở con lai F1 trờn 90%) và phải cú phổ phục hồi rộng

- Phải cú tỷ lệ thụ phấn ngoài cao (>20%) khi lai với dũng bố Để đạt được tiờu chuẩn này, cỏc dũng bất dục đực cần cú cấu trỳc hoa và tập tớnh nở hoa tốt, tỷ lệ thũ vũi nhụy ra ngoài vỏ trấu cao (>41%), vũi nhụy dài và sức sống vũi nhụy cao Gúc mở vỏ trấu rộng, thời gian mở vở trấu dài, đúng cổ bụng ớt (10%)

- Ngoài ra cỏc dũng bất dục phải cú khả năng kết hợp cao, chống chịu tốt với sõu bệnh và cú khả năng thớch ứng rộng thỡ mới cúý nghĩa trong sản xuất Một số nhà chọn giống lỳa lai Việt Nam đó đề nghị bổ sung thờm một số tiờu chuẩn của dũng TGMS cho phự hợp với điều kiện Việt Nam: Một dũng TGMS sử dụng thuận lợi ở Việt Nam phải cú điểm nhiệt độ tới hạn gõy bất dục hoàn toàn >25oC, điểm nhiệt độ tới hạn gõy hữu dục <24oC, giới hạn chuyển húa bất dục – hữu dục càng ngắn càng tốt để đảm bảo thời gian bất dục dài, cú điều kiện tổ chức sản xuất hạt lai tốt (Nguyễn Thị Trõm)[7]

2.4 Ứng dụng hiện tượng bất dục đực trong chọn giống lúa lai hai dòng

Với lúa lai hệ hai dòng chỉ sử dụng hai dòng bố mẹ để sản xuất hạt lai F1 Công cụ di truyền chính được sử dụng trong hệ thống lúa lai hai dòng là các dòng EGMS (PGMS và TGMS)

Trung Quốc là nước đầu tiờn ứng dụng thành cụng ưu thế lai ở lỳa, đó đưa lỳa lai vào sản xuất thành cụng trờn hàng chục triệu ha trong hai thập kỷ qua Sau Trung Quốc, chương trỡnh nghiờn cứu và phỏt triển lỳa lai đó được

tiến hành tại hơn 20 nước khỏc nhau trờn thế giới Dự đoỏn trong những năm tới, diện tớch lỳa lai Trung Quốc sẽ tăng tới 2-3 triệu ha, gấp 2-3 lần diện tớch hiện nay (Ngụ Thế Dõn, 2002) [15]

Bằng phương pháp lai chuyển gen các nhà chọn giống lúa lai Trung Quốc đW chọn tạo được nhiều dòng EGMS mới từ nguồn Nôngken58S Những dòng P(T)GMS mới này (N504S, 31111S, WD1S, 7001S, W6154S, 8810S, HonongS, K7S, K9S, Peiai64S ) có những đặc tính nông sinh học mới mà Nongken58S không có [67], [68], [80] Ngoài các dòng EGMS phát triển từ Nông ken58 còn có các dòng 5460S, AnnongS-1 được chọn tạo do lai giữa

Indica và Indica; dòng HennongS-1 do lai xa giữa Indica và lúa dại; dòng Xinguang do lai giữa Indica và Japonica Cỏc tác giả Zeng và Zhang khi xử lý dòng Peiai64S ở các mức nhiệt độ khác nhau và chọn lọc qua 10 thế hệ đW chọn được các dòng đồng nguồn từ Peiai64S, nhưng khác nhau về ngưỡng nhiệt độ: P2364S, P2464S, P2664S, P2864S [71]

Đến nay Trung Quốc đW có hơn 20 tổ hợp lúa lai hai dòng được phát triển trong sản xuất, đến năm 2001 diện tích lúa lai hai dòng tăng lên 2,67 triệu ha chiếm 17% tổng số diện tích lúa lai cả nước Một số tổ hợp lai có năng suất trung bình đạt trên 9 tấn/ha trên diện rộng, điển hình đạt 12-14 tấn/ha trong thí nghiệm năng suất (Yuan L.P., 2002) [85], (Ma Gouhui và Yuan Longping, 2003) [72] Chương trình chọn tạo các dòng TGMS được các nhà khoa học Viện Lúa quốc tế khởi xướng từ năm 1990 và tập trung vào phát triển lúa lai cho vùng nhiệt đới Một số dòng TGMS nh IR68945S, IR68949S và IR71018S mang

gen tms2 từ dòng TGMS Japonica đột biến Norin PL12 từ Japan (S.S

Virmani, 2003) [69], (Maruyama et al, 1991) [73].Tuy nhiên những dòng nàykhông ổn định do điểm bất dục tới hạn cao Sau đó với việc cải tiến chương trình chọn lọc, các nhà khoa học IRRI đW chọn lọc được các dòng TGMS mới

(IR73827-23S, IR68301S, IR75589-41S) có điểm bất dục tới hạn thấp và ổn

định trong điều kiện nhiệt đới (Shanchez D.L et al., 2002) [79]

Chương trình chọn tạo lúa lai hai dòng cũng được xúc tiến mạnh mẽ ở Ai Cập (A.O.Bastawisi, H.F El-Mowafi, M.I Abo Yousef, A.E.Draz, I.R Aidy, M.A Maximos, 2003) [38], ấn Độ (B Misha, B.C Viraktamath, M Ilyas Ahmed, M.S Ramesha, and C.H.M Vijayakumar, 2003) [74]

Bằng phương pháp đột biến các nhà chọn giống đW chọn tạo được nhiều dòng EGMS cung cấp cho hệ thống sản xuất lúa lai hai dòng Dòng TGMS-SA-2 thu được sau khi xử lý đột biến hóa chất dòng HPU854; các dòng 5460S, R59TS, IR2364S, Norin PL12 được tạo ra từ các đột biến phóng xạ (Virmani S.S., 1996) [87] Dòng Erlu-ZaizaoS là do đột biến bằng tác nhân vật lý trên giống lúa Eglu-zaizao (Cheng S.H., 2000) [81]

Ba dòng TGMS mới Shuangdipeies-1, Shuangdipeies-7 và Shuangdipeies-8

được các tác giả Guangqia Zhou, Xunzhen Li và Jianlin Zhou (2002), Viện khoa học đời sống Hồ Nam-Trung Quốc chọn tạo bằng phương pháp xử lý đột biến phóng xạ (tia Gamma nguồn Co60), dòng TGMS Shuangdipeies có giá trị nhiệt độ tới hạn gây hữu dục (critical fertile temperature) rất thấp Các dòng TGMS này rất ổn định về ngưỡng chuyển hóa hữu dục và có cổ bông dài nên khi sản xuất hạt lai không phải phun GA3 (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [27] Cũng bằng phương pháp đột biến Zhang Shubiao, Huang Ronghua và các cộng sự, Viện Di truyền và chọn giống cây trồng Phúc Kiến Trung Quốc (2002) đW thành công trong tạo dòng Peiai64es1 với gen eui1(t) kiểm soát tính trạng cổ bông dài và nhạy cảm với GA3.Sử dụng dòng này trong sản xuất hạt lai chỉ cần phun một lượng rất thấp hoặc không cần phun GA3 (Zhang Shubiao

et al, 2002) [88] Như vậy việc tạo ra các đột biến gen eui đW tăng tỷ lệ thụ

phấn chéo, giảm lượng dùng GA3 nên giá thành sản xuất hạt lai F1 giảm hẳn (trích theo Nguyễn Thị Gấm, 2003) [12]

Dòng EGMS đột biến 8087S được tạo ra bằng phương pháp xử lý phóng xạ là dòng mẫn cảm với thuốc trừ cỏ Bentazon, sẽ bị chết khi xử lý thuốc cỏ Trong trường hợp lúa lai có lẫn hạt dòng mẹ tự thụ, nếu xử lý bằng thuốc trừ

cỏ ở ruộng mạ thì cây mạ do hạt dòng mẹ tự thụ sẽ bị chết, cây lai không bị chết và kết quả là lúa lai sẽ thuần hoàn toàn (Zhu Xudong, 2000) [62]

Các nhà chọn giống lúa Nhật Bản cũng sử dụng phương pháp gây đột biến nhân tạo để chọn tạo các dòng TGMS, tuy nhiên các dòng TGMS không

ổn định trong điều kiện khí hậu ở Nhật Bản nên cần có những nghiên cứu thêm để sử dụng các dòng TGMS trong chương trình chọn tạo lúa lai hai dòng(T Takita, 2003) [86]

2.5 Tình hình nghiên cứu và sử dụng bất dục đực trong sản xuất lỳa lai của Việt Nam

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1985, nhưng thực sự được xúc tiến mạnh từ những năm 1990 Một số dòng bất dục đực tế bào chất, dòng phục hồi và tổ hợp lúa lai ba dòng được nhập nội từ Trung Quốc và IRRI đW

được đánh giá Những kết quả bước đầu đW xác định được một số dòng bố mẹ

và giống lúa lai thích ứng với điều kiện sinh thái và sản xuất của Việt Nam,

đem lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao (Quách Ngọc Ân, 2002) [14]

Công tác nghiên cứu và chọn tạo các giống lúa lai ở Việt Nam cũng được thúc đẩy mạnh mẽ, tập trung vào việc thu thập, đánh giá các dòng bất dục đực nhập nội, sử dụng các phương pháp chọn giống truyền thống như lai hữu tính,

đột biến để tạo các dòng bố mẹ mới Các kết quả nghiên cứu đW xác định được các vật liệu bố mẹ tốt, thích ứng với điều kiện sinh thái miền Bắc và có khả năng cho ưu thế lai cao như các dòng mẹ: BoA-B, IR58025A-B, VN-01, 11S, TGMS7, TGMS11, TGMSVN1, T1S-96, 103S, TGMS6; các dòng bố: R3, R20, R24, RTQ5 (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [24], (Nguyễn Trí Hoàn, (Phạm Ngọc Lương, 2000) [23], (Hà Văn Nhân, 2002) [28], (Nguyễn Thị Trâm, 2005) [16]

Từ năm 1997 đến năm 2005 có 53 giống lúa lai trong nước được khảo nghiệm, trong đó có 3 giống được công nhận chính thức: Việt Lai 20 [19], HYT83 [18], TH3-3 [20], một số giống được công nhận tạm thời (HYT57, TM4, HYT100, HYT92, TH3-4, HC1) và một số giống triển vọng khác

Ngoài ra chúng ta cũng tích cực nhập nội các giống lúa lai nước ngoài, chọn lọc các tổ hợp lai tốt, thích ứng với điều kiện Việt Nam để phục vụ sản xuất Cho đến nay Việt Nam đW có được một cơ cấu giống lúa lai khá đa dạng, ngoài các giống đang được sử dụng phổ biến trong sản xuất như: Nhị ưu 838, Nhị ưu 63, D.u 527, Bồi tạp sơn thanh, Bác u 903 nhiều giống mới đợc mở rộng trong sản xuất có năng suất, chất lượng khá như: Khải phong 1, Q.u số 1, CNR36, Nghi hương 2308, VQ14, Phú ưu số 1 và một số giống lúa lai của Việt Nam như HYT83, HYT100, TH3-3, Việt lai 20, TH3-4 (Trần Văn Khởi, 2006) [30], (Phạm Đồng Quảng, 2006) [31]

Quy trình nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1 của một số tổ hợp đW

được hoàn thiện và năng suất hạt lai đW tăng lên rõ rệt (Nguyễn Trí Hoàn, 2002) [32] Nhiều tổ hợp đW được sản xuất hạt lai F1 ở Việt Nam nh Bác u

903, Bác ưu 64, Bác ưu 253, Nhị ưu 838, Nhị ưu 63, D ưu 527, VL20, TH3-3, HYT83, HYT92, HYT100, HC1, năng suất trung bình đạt 1,5-2,5 tấn

Ngoài ra một số nghiên cứu về sinh lý của cây lúa lai đW cho thấy: Ưu thế lai về năng suất hạt của một số tổ hợp lai được tạo bởi ưu thế lai về diện tích lá

ở giai đoạn đẻ nhánh và trỗ, một số khác do ưu thế lai về cường độ quang hợp Các nghiên cứu về phân bón cho thấy khi tăng lượng phân bón thì chỉ số diện tích lá (LAI), khối lợng chất khô trên toàn cây (DM), tốc độ tích lũy chất khô (CGR) của lúa lai tăng vượt so với lúa thuần, đặc biệt ở giai đoạn sau cấy

4 tuần; năng suất của lúa lai tăng nhiều hơn năng suất lúa thuần và có tương quan thuận ở mức có ý nghĩa với LAI và CGR ở giai đoạn đầu của quá trình sinh trởng (Phạm Văn Cường, 2005) [32], [33]

Công tác nghiên cứu, chọn tạo lúa lai hai dòng cũng được xúc tiến mạnh

mẽ ở Việt Nam Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào một số lĩnh vực như chọn tạo, đánh giá các đặc tính nông sinh học của các dòng TGMS; tiến hành lai thử để tìm tổ hợp lai cho ưu thế lai cao; xây dựng quy trình nhân dòng bất dục và sản xuất hạt lai F1 Một số tác giả đW có các nghiên cứu ban đầu về bản chất di truyền và khả năng phối hợp của một số vật liêu hiện có

ĐW có hơn 20 dòng TGMS mới được chọn tạo tại Việt Nam [34], tuy nhiên chỉ một số dòng như 103S, T1S-96 được sử dụng rộng rWi trong việc chọn tạo các tổ hợp lúa lai hai dòng mới phát triển vào sản xuất Các dòng này cho con lai ngắn ngày, chất lượng gạo khá tốt, đặc biệt dễ sản xuất hạt lai nên năng suất hạt lai cao, giá thành hạ (Phạm Đồng Quảng, 2005) [35]

Các nhà chọn giống lúa lai trong nớc cũng đW tiến hành chọn tạo các dòng PGMS mới có tính cảm quang phù hợp với điều kiện Việt Nam Phương pháp tiến hành là lai chuyển các gen cảm ứng với độ dài ngày với giống lúa có nguồn gốc xuất xứ xa với vùng phát sinh của giống khởi đầu để tìm kiểu phản ứng với pha sáng ngắn hơn Cơ sở của phương pháp này là tính cảm ứng với quang chu kỳ có thể biến đổi khi tồn tại ở các môi trường khác nhau Tức là

khi chuyển gen pms từ một giống có mức cảm ứng nhất định sang một giống khác thì gen pms có thể biểu hiện phản ứng khác Trong môi trường mới này

độ dài pha sáng ảnh hưởng đến chức năng hoạt động của gen có thể thay đổi theo Thực tế ở Việt Nam, các nhà chọn giống lúa lai đW chọn lọc thành công dòng PGMS mới P5S bằng phương pháp lai dòng T1S-96 và Peiai64S Dòng này có phấn hữu dục khi độ dài ngày ngắn hơn hoặc bằng 12h20', bất dục hoàn toàn khi độ dài ngày từ 12giờ30' trở lên Thời kỳ cảm ứng vào bớc 5 của phân hóa đòng Dòng P5S có thể sử dụng làm mẹ để sản xuất hạt lai nếu trỗ vào đầu đến trung tuần tháng 5 ở miền Bắc Nhân dòng trong vụ Xuân, cho trỗ trớc 12/4 (Nguyễn Thị Trâm, Trần Văn Quang, 2003; 2006) [36], [37]

Như vậy số lượng dòng TGMS thực sự được ứng dụng để phát triển các

tổ hợp lúa lai hai dòng phục vụ sản xuất ở nước ta còn rất ít, một số dòng còn

có hạn chế về khả năng kết hợp, khả năng cho con lai có ưu thế lai cao về năng suất, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận Ngoài ra nguồn vật liệu dòng phục hồi phục vụ cho công tác chọn tạo lúa lai hai dòng cũng chưa thực sự đa dạng, phong phú Chúng ta cũng chưa

có các dòng phục hồi có khả năng kết hợp cao, chống chịu sâu bệnh tốt, có thể

sử dụng để chọn tạo nhiều tổ hợp lai có ưu thế lai cao về năng suất

Để công tác chọn tạo lúa lai hai dòng ở Việt Nam đạt được hiệu quả tốt, cần phải tập trung nghiên cứu chọn tạo nguồn vật liệu bố mẹ mới có đặc tính nông sinh học tốt, thích ứng rộng, khả năng kết hợp cao, ổn định và dễ sản xuất hạt lai Trên cơ sở đó chọn tạo và đa vào sử dụng các tổ hợp lai mới có thơng hiệu riêng, cho năng suất cao và ổn định, chất lượng gạo tốt, thích ứng với điều kiện sinh thái nước ta (Nguyễn Trí Hoàn, 2003) [38]

2.6 Định hướng về nghiờn cứu bất dục đực cho sản xuất lỳa lai

Điểm qua các kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới đW cho thấy những thành tựu đW đạt được cũng như những vấn đề còn tồn tại của công tác chọn tạo và phát triển lúa lai cần tiếp tục tập trung nghiên cứu trong tương lai:

1 Các thành tựu nghiên cứu về chọn tạo và phát triển lúa lai trên thế giới là rất lớn Kết quả nghiên cứu đW thu được trên các lĩnh vực như: Nghiên cứu hiện tượng bất dục đực ở lúa và ứng dụng trong chọn giống lúa ưu thế lai; Chọn tạo các dòng bố mẹ mới bằng các phương pháp truyền thống và hiện

đại; đánh giá các đặc tính nông học, đặc tính bất dục và khả năng kết hợp của các dòng EGMS; Trong chiến lược chọn tạo và nâng cao ưu thế lai của lúa các nhà khoa học đW tập trung vào việc nghiên cứu cải tiến hình thái, sử dụng kiểu cây mới; sử dụng ưu thế lai giữa các loài phụ và ứng dụng công nghệ sinh

về khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận

Chúng ta cũng chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản để định hướng công tác chọn tạo và phát triển lúa lai hai dòng, đáp ứng được yêu cầu của sản xuất Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi thấy việc nghiên cứu chọn tạo các dòng bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ phục vụ cho việc nghiờn cứu lai tạo giống

là vấn đề cấp bỏch hiện nay

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu và địa điểm nghiên cứu

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu

-Vật liệu nghiên cứu là 7 dòng lúa bất dục đực được chọn tạo và nhập nội ( TG10, TG1, TG24, Peiai, TG1S-96, TG7, TG72), và một dòng lúa bất dục đực của Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội (103S) làm đối chứng

-Dòng 103S đối chứng là : Giống lúa Việt Lai 20 (tác giả: PGS.TS:

Nguyễn Văn Hoan) là giống lúa lai hai dòng , phát triển rộng rãi trong sản xuất,

đây là một giống có nhiều ưu điểm tốt: thời gian sinh trưởng ngắn: Vụ Xuân 110-115 ngày, Vụ Mùa 85-90 ngày Năng suất 90-100 tạ/ha, vụ mùa 70-80 tạ/ha

Được công nhận giống theo Quyết định số 2182 QĐ/BNN-KHCN, ngày

29 tháng 7 năm 2004

3.1.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

- Địa điểm: Thí nghiệm được tiến hành tại Trung Tâm Thực hành Thực nghiệm khoa Nông học, trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, được bố trí trên chân đất bằng phẳng, chủ động nước

-Thời gian tiến hành: Vụ Xuân 2014

+ Ngày gieo mạ : 23/2/2014

+ Ngày cấy : 11/03/2014

3.2 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá đặc điểm nông học các dòng TGMS

- Đánh giá đặc tính nở hoa các dòng TGMS

3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm

* Phương pháp bố trí thí nghiệm và đánh giá các chỉ tiêu ngoài đồng dựa vào tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen cây lúa của Viện Nghiên Cứu lúa Quốc Tế (IRRI-1996), Quy Phạm Khảo Nghiệm 10 TCN 554 – 2002 của Bộ Nông Nghiệp & PTNT năm 2002 [9]

Bố trí thí nghiệm theo phương pháp của IRRI, gieo tất cả các mẫu giống thu thập được theo phương pháp tuần tự

Sơ đồ bố trí thí nghiệm:

Dải bảo vệ TG10 TG24 TG1 Peiai 103S TG1S96 TG7 TG72

3.4 Phương pháp theo dõi, đánh giá

3.4.1 Thời gian sinh trưởng, phát triển ( tính từ khi gieo đến khi chín, đơn

vị : ngày)

Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển:

Giai đoạn 1 Nảy mầm

Giai đoạn 3 Đẻ nhánh Giai đoạn 4 Vươn lóng Giai đoạn 5 Làm đòng Giai đoạn 6 Trỗ bông Giai đoạn 7 Chín sữa Giai đoạn 8 Vào chắc Giai đoạn 9 Chín