đánh giá và chọn lọc các dòng phục hồi phấn cho chọn giống lúa lai kháng bệnh bạc lá

Tuy nhiên, để có được các giống cây trồng tốt đáp ứng được yêu cầu của sản xuất, chúng ta phải tiến hành tốt công tác chọn lọc, khảo nghiệm các giống lúa mới có nhiều đặc tính nông học t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

TRẦN TRUNG ĐIỆP

ĐÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG PHỤC HỒI PHẤN CHO CHỌN GIỐNG LÚA LAI KHÁNG BỆNH BẠC LÁ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 PGS.TS PHẠM VĂN CƯỜNG

2 PGS.TS NGUYỄN VĂN HOAN

HÀ NỘI – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cao đoan: mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội tháng năm 2014

Tác giả luận văn

TRẦN TRUNG ĐIỆP

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Văn Cường và PGS.TS Nguyễn Văn Hoan trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận

tình hướng dẫn để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Nông học, bộ môn Cây Lương thực - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã quan tâm giúp

đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và thực hiện

đề tài

Luận văn này hoàn thành còn có sự giúp đỡ của nhiều đồng nghiệp, bạn

bè, cùng với sự động viên khuyến khích của gia đình trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Hà Nội tháng năm 2014

Tác giả luận văn

TRẦN TRUNG ĐIỆP

2.3.1 Đặc tính di truyền và sự biểu hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh

2.4 Một số kết quả nghiên cứu và khai thác ưu thế lai ở lúa 18 2.4.1 Những nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực chức năng di

2.5.1 Thành tựu nghiên cứu, phát triển lúa lai của Trung Quốc 23 2.5.2 Tình hình phát triển lúa lai của các nước khác 25

2.7 Tổng quan về bệnh bạc lá lúa (Xanthomonas oryzae pv.oryzae) 30

2.7.4 Quy luật phát sinh phát triển của bệnh bạc lá lúa 33 2.7.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh phát triển của bệnh bạc lá lúa 33

2.8 Một số kết quả và thành tựu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá 35 2.8.1 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên

2.8.2 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá ở Việt Nam 38 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

2.3.1 Đánh giá đặc điểm của các dòng mang gen kháng vi khuẩn gây

2.3.2 Đánh giá các dòng mang gen kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá qua

2.3.3 Thí nghiệm đánh giá con lai F1 của phép lai kiểm tra 43 2.4 Quy trình kỹ thuật áp dụng trong thí nghiệm 44

2.4.2 Phương pháp lây nhiễm nhân tạo 44 2.4.3 Đánh giá hạt phấn: Đánh giá hạt phấn bằng phương pháp nhuộm

màu dung dịch KI 1% và soi trên kính hiển vi phóng đại 120 lần 45

2.5.4 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 49

3.1 Kết quả chọn lọc dòng R212 mang gen kháng vi khuẩn gây bệnh

3.2.1 Một số đặc điêm nông sinh học của các con lai có bố là các dòng

mang gen kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá vụ Xuân 2014 tại Bát

3.2.5 Đánh giá tính kháng bệnh bạc lá của tổ hợp lai F1 thông qua lây

nhiễm nhân tạo và tính chống chịu đồng ruộng 74 3.2.6 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các tổ hợp lai F1

3.3 Đánh giá các dòng R212KBL triển vọng ở vụ xuân 2014 78 3.3.1 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng R212KBL

3.3.2 Đánh giá khả năng chống chịu tự nhiên với một số loại sâu bệnh

3.3.3 Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng R212KBL vụ

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CTV Cộng tác viên

ĐVT Đơn vị tính

FAO Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Thế giới

NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

3.7 Đặc điểm hạt phấn và thời gian trỗ bông của các dòng lúa phục

3.8 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai F1 trong vụ

3.12 Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai chọn lọc

3.13 Khả năng chống chịu tự nhiên với một số loại sâu bệnh hại chính

3.14 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng

3.15 Khả năng chống chịu tự nhiên với một số loại sâu bệnh hại chính của các dòng R212KBL triển vọng vụ xuân 2014 tại Lào Cai 81 3.16 Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng lúa R212KBL triển vọng qua lây nhiễm nhân tạo vụ xuân 2014 82

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây trồng quan trọng nhất thuộc nhóm ngũ

cốc, cũng là cây lương thực chính của người dân Việt Nam nói riêng và người dân châu Á nói chung Việt Nam là cái nôi của nền văn minh lúa nước, diện tích đất trồng lúa trên thế giới chiếm 11% thì tại Việt Nam khắp nơi đều trồng lúa, nhất là ở các miền đồng bằng Trên thế giới, số người được sống bằng lúa gạo là 50% thì tại Việt Nam là 100% Những vựa lúa lớn của Việt Nam là Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long

Trong những năm gần đây, sản xuất lúa gạo của nước ta có những bước phát triển vượt bậc và đạt được các thành tựu to lớn, góp phần vào sự tăng trưởng chung của nền kinh tế cả nước Năm 2009, sản lượng lúa cả nước đạt gần 39 triệu tấn, xuất khẩu gạo đạt hơn 6 triệu tấn, cao nhất từ trước tới nay

Để đạt được các thành tựu trên, có sự đóng góp không nhỏ của công tác giống cây trồng Việc áp dụng những giống cây trồng mới có năng suất cao, phẩm chất tốt, chống chịu tốt với điều kiện sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận đã góp phần làm tăng năng suất, sản lượng, hạ giá thành sản phẩm, cải thiện đáng kể cuộc sống của người nông dân

Tuy nhiên, để có được các giống cây trồng tốt đáp ứng được yêu cầu của sản xuất, chúng ta phải tiến hành tốt công tác chọn lọc, khảo nghiệm các giống lúa mới có nhiều đặc tính nông học tốt, năng suất cao, đặc biệt là chống chịu tốt với sâu bệnh trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nước ta

Ở vùng Đồng bằng sông Hồng, bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn

Xanthomonas oryzae gây ra, là một trong những bệnh gây hại rất nghiêm trọng đối với cây lúa trong điều kiện vụ mùa, luôn là nguy cơ tiềm ẩn thành dịch hại trong các vụ lúa Cho đến nay vẫn chưa có loại thuốc nào đặc hiệu để phòng trừ bệnh bạc lá lúa Do đó, việc chọn tạo và sử dụng các giống lúa có năng suất

cao, ổn định, kháng bệnh bạc lá là phương pháp kinh tế và hiệu quả nhất

Từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Đánh giá và chọn lọc các

dòng phục hồi phấn cho chọn giống lúa lai kháng bệnh bạc lá”

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích

- Tuyển chọn được dòng phục hồi R212 mang gen kháng bạc lá

1.2.2 Yêu cầu của đề tài

- Đánh giá được các đặc điểm nông sinh học của các dòng phục hồi R212 mang gen kháng bạc lá

- Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng R212 kháng bạc lá với dòng

mẹ 103S làm vật liệu thử

- Đánh giá các đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các cặp lai thử

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Ưu thế lai là hiện tượng sinh học tổng hợp thể hiện các ưu việt theo nhiều tính trạng ở con lai F1 khi lai các dạng bố mẹ được phân biệt theo nguồn gốc, độ xa cách di truyền, sinh thái…tạo giống ưu thế lai là con đường nhanh

và hiệu quả nhằm phối hợp được nhiều đặc điểm giá trị của các giống bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt (Nguyễn Hồng Minh, 1999)

Việc sử dụng rộng rãi giống lai vào sản xuất đã góp phần làm tăng năng suất nhiều loại cây trồng, đặc biệt là các cây lương thực, cây thực phẩm làm tăng thu nhập cho người nông dân, tăng hiệu quả của sản xuất nông nghiệp, một ngành vốn có hiệu quả kinh tế thấp

Năm 1929, Nhà khoa học Mỹ J.W Jone lần đầu tiên đã thông báo về sự xuất hiện ưu thế lai trên các tính trạng số lượng và năng suất của cây lúa Sau J.W Jone có rất nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai

về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất; về tích lũy chất khô, về các đặc tính sinh lý: cường độ quang hợp, hô hấp, diện tích lá, về sự phát trển của

bộ rễ, về các đặc tính chống chịu: chịu rét, chịu hạn, chịu sâu bệnh…(Lin S C

và Yuan, 1980)

Các công trình này khẳng định việc khai thác ưu thế lai ở lúa là hướng phát triển có triển vọng (Nguyễn Văn Hoan, 2000) Tuy nhiên cây lúa là cây tự thụ phấn điển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do đó việc ứng dụng ưu thế lai gặp khó khăn trong quá trình sản xuất hạt lai F1 (Nguyễn Văn Hoan, 2006) Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu khá sớm nhằm tìm biện pháp sản xuất hạt lai F1 song đều không thành công vì chưa tìm được giải pháp hợp lý.Trung Quốc là nước đầu tiên ứng dụng thành công ưu thế lai ở lúa và

đã đưa lúa lai vào sản xuất thành công trên hàng chục triệu ha trong 2 thập kỷ

qua Sau đó chương trình nghiên cứu và phát triển lúa lai đã được ứng dụng trên 20 nước khác nhau trên phạm vi toàn cầu Trần Duy Quí (2002) Dự báo trong những năm tới diện tích lúa lai ngoài Trung Quốc sẽ tăng thêm 2-3 triệu

ha, gấp 2-3 lần diện tích hiện nay (Ngô Thế Dân, 2002)

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 của nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất lúa lai hai dòng (Nguyễn Thị Gấm, 2003)

Tuy nhiên 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 và Trung Quốc Một số dòng mẹ mới đã được chọn tạo song số lượng còn rất hạn chế Vì vậy, để tạo nhiều tổ hợp lai tốt, khai thác một cách tối đa ưu thế lai ở lúa nhằm nâng cao cao năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu, giải quyết được nhu cầu của thị trường chúng ta cần phải có nhiều dòng mẹ TGMS tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu của nước ta có khả năng kết hợp tốt và cho ưu thế lai cao

2.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất đối với hàng tỷ người dân châu

Á Tuy nhiên khoảng 20 năm nữa, khi dân số các nước tăng lên, đô thị phát triển, nguồn tài nguyên nước sẽ ngày càng cạn kiệt, thì vấn đề lương thực luôn luôn là mối quan tâm của nhiều quốc gia Đặc biệt là gần đây, tốc độ tăng bình quân năng suất lúa ở châu Á đã có xu hướng chậm lại Trong những năm từ 1962 đến 1970, tốc độ tăng là 2,4%, sang giai đoạn 1971-1980 là 1,76%; 1981-1990 là 2,34% nhưng đến năm 1991-1998 chỉ còn 0,98%, bằng khoảng 98% so với những năm 80 của thế kỷ trước(Trần Duy Quí, 2002).Lúa lai có thể cho năng suất tăng hơn từ 20%-30% so với lúa thường và

đã được Trung Quốc nước đầu tiên trên thế giới sử dụng ưu thế lai ở lúa vào

sản xuất đại trà Nhờ mở rộng diện tích gieo cấy lúa lai nhanh chóng, nên mặc

dù diện tích lúa của Trung Quốc đã giảm đi một cách rõ rệt từ 36,5 triệu ha năm 1975 xuống còn 30,5 triệu ha năm 2000 nhưng sản lượng lúa tăng lên đáng kể theo các năm từ 128,726 triệu tấn (1975) lên 190,111 triệu tấn (2000), trong đó đóng góp của lúa lai (tính đến năm 1990) đã làm tăng thêm

300 triệu tấn thóc, nhờ vậy mà Trung Quốc vẫn có thể nuôi hơn 1 tỷ người (chiếm trên 22% dân số thế giới) và đạt được an ninh lương thực quốc gia trong tình trạng diện tích đất trồng trọt ngày càng giảm (chiếm khoảng 7% diện tích đất trồng thế giới) Chương trình lúa lai đã góp phần đẩy nhanh tốc

độ tăng năng suất từ 3,5 tấn/ha lên 6,2 tấn/ha trong khoảng thời gian 25 năm (Xiao G.Y et.al, 1997)

2.3 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa

Có nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, những biểu hiện

ấy có thể được quan sát ở các đặc tính hình thái và đặc tính sinh lý, sinh hoá, năng suất, chất lượng, khả năng thích ứng, chống chịu…Ưu thế lai thể hiện ngay từ khi hạt mới nẩy mầm cho đến khi hoàn thành quá trình sinh trưởng phát triển của cây

2.3.1 Đặc tính di truyền và sự biểu hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh dưỡng (ưu thế lai sinh dưỡng)

a Hệ rễ

Rễ lúa là bộ phận gắn kết vào đất đồng thời hút chất dinh dưỡng và nước nuôi sống cây vì vậy hoạt động của bộ rễ rất quan trọng với sự phát triển của cây lúa và là định hướng lai tạo giống lúa mới Kết quả thực nghiệm ở trường đại học Vũ Hán chứng tỏ rằng hoạt động của rễ ở lúa lai bao giờ cũng cao hơn so với 2 dòng bố mẹ từ giai đoạn đẻ nhánh đến giai đoạn trỗ (Nguyễn Thị Trâm và cộng sự, 2003)

Các kết quả nghiên cứu xác nhận rằng ở con lai số lượng rễ ra sớm, ra

nhiều và nhanh hơn bố mẹ chúng Chất lượng rễ được đánh giá thông qua độ dầy của rễ, khối lượng khô, số lượng rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt động hút chất dinh dưỡng từ rễ lên cây (Anonymous 1977, Lin và Yuan 1980, Tian

và cộng sự 1980) 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 (Deng Y, 1980, Ekanayake IJ và cộng sự, 1986, Senadhira D và Virmani SS, 1987)

Lúa lai có khả năng hấp thu, vận chuyển dinh dưỡng gấp 2-3 lần lúa thường Khác với lúa thường, tuy bộ rễ của lúa lai phát triển mạnh song rất dễ lan, dễ mục sau khi thu hoạch nên dễ làm đất, đất xốp, để lại nhiều chất hữu

cơ cho đất lúa

sẽ xuất hiện những cá thể đẻ khoẻ với tần số cao (Ngô Thế Dân, 2002)

Đẻ nhánh là một đặc tính sinh học của cây lúa, liên quan chặt đến quá trình hình thành số bông và năng suất sau này Trong điều kiện cấy 1-2 dảnh

và cấy thưa cây lúa có thể đẻ được 20-30 nhánh (Nguyễn Trí Hoàn, 2004)

Nghiên cứu các tổ hợp lai cho nhận xét rằng kiểu đẻ nhánh chụm và đứng thẳng là do gen lặn quy định còn kiểu đẻ nhánh xoè là trội (Nguyễn Hà Nhân, 2002) Con lai F1 đẻ nhánh sớm, sức đẻ nhánh mạnh Thí nghiệm cấy một dảnh của Trường Đại học Nông nghiệp Hồ Nam cho nhận xét: 23 ngày sau cấy giống lúa lai Nam Ưu đẻ được 15,75 dảnh còn giống Quảng Xuân - giống lúa thường tốt nhất trong vùng chỉ đẻ được 10,12 dảnh (Chang và cộng sự

1971, 1973)

c Chiều cao cây

Theo Guliaere P (1975) xác định có 4 gen kiểm tra chiều cao cây Khi nghiên cứu các dạng lùn tự nhiên và đột biến ông nhận thấy có trường hợp tính lùn được kiểm tra bởi 1 cặp gen, có trường hợp bởi 2 cặp gen và đa số

trùng hợp do 8 cặp gen kiểm tra là d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 và d8 (Nguyễn

Văn Hiển và cộng sự, 2000)

Gen lùn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra kiểu cây lý tưởng, ở lúa có 2 kiểu gen lùn chính trong tự nhiên, ngoài ra còn có một số kiểu gen lùn do đột biến tự nhiên hay nhân tạo Các cặp gen lặn sẽ làm cho các lóng bị rút ngắn nhưng không rút ngắn chiều dài bông Gen lùn có hệ số

di truyền cao nhưng không liên kết với gen làm nhỏ hạt vì vậy được sử dụng khá rộng rãi trong các chương trình cải tiến vật liệu bố mẹ lúa lai (Trần Duy Quí, 2002)

Cải thiện dạng hình thấp cây nhằm tạo điều kiện cho chúng tiêu thụ 1kg dinh dưỡng khá trong đất để đạt năng suất cao (Corkoa và Hanson, 1980) Cây cao từ 90 - 100cm được coi là lý tưởng về năng suất (Akita, 1989) Theo Jenning (1979) cây có chiều cao thích hợp từ 80-100cm và có thể đến 120cm Nếu thân không cứng khoẻ, thân không dày, mặc dù tổng hợp chất xanh tăng cũng sẽ dẫn tới đổ ngã, tán che khuất lẫn nhau làm gia tăng một số bệnh dẫn tới năng suất giảm (Vũ Bình Hải, 2002)

rằng lá đòng dài, rộng vừa phải, bản lá lòng mo, dày, đứng và xanh đậm là lý tưởng (Trần Duy Quí, 2002)

Kết quả nghiên cứu của Jenning (1981) cho rằng lá đòng dài và di truyền độc lập không liên quan với gen lặn điều khiển độ dài thân, đặc điểm này rất quan trọng bởi vì có thể chuyển gen lùn sang những giống có tính trạng mong muốn mà vẫn giữ được tính lùn (Trần Duy Quí, 2002)

2.3.2 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng

Thời gian sinh trưởng của cây lúa tính từ khi hạt thóc nảy mầm cho đến khi chín, thay đổi từ 90-180 ngày tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh Nắm được quy luật thay đổi thời gian sinh trưởng của cây lúa là cơ sở chủ yếu

để xác định thời vụ gieo cấy, cơ cấu giống, luân canh tăng vụ ở các vùng khác nhau (Trần Duy Quí, 2002)

Lai các dòng bố mẹ có thời gian sinh trưởng khác nhau (trừ các giống chín muộn cảm quang) tất nhiên sẽ chọn được tổ hợp có thời gian sinh trưởng ngắn đến trung bình (Trần Duy Quí, 2002), (Nguyễn Ngọc Lương, 2000), (Nguyễn Thị Trâm, 2005)

Đa số con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố

mẹ sinh trưởng dài nhất (Deng,1980; Lin và Yuan 1980) Xu và Wang (1980) nhận xét rằng thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của dòng bố phục hồi (dòng R) Ponnuthurai (1984) xác định thời gian sinh trưởng của con lai gần giống thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc dòng mẹ chín muộn (Nguyễn Văn Hiển và cộng sự, 2000), (Nguyễn Thị Trâm, 2005)

2.3.3 Di truyền tính chống chịu

Đặc tính chống sâu bệnh ở lúa lai đa số do gen trội hoặc trội không hoàn toàn kiểm tra Nếu một trong hai bố mẹ mang gen chống chịu sâu bệnh thì sau đó được truyền cho con lai F1 và dễ dàng mất đi ở các thế hệ phân ly

Vì vậy tiềm năng năng suất cao dễ dàng kết hợp với khả năng chống chịu

nhiều dòng tạo cho con lai chống chịu sâu bệnh tốt (Nguyễn Văn Hoan, 2000),(Nguyễn Thị Trâm, 2005)

Nếu bố mẹ có những đặc điểm tốt được lai với nhau có thể giữ lại tính trạng đó ở đời sau làm cho con lai F1 hoàn thiện hơn, ví dụ dòng mẹ Shanưu

6 có đặc điểm nổi bật như chống đạo ôn, thời gian sinh trưởng ngắn, đẻ nhánh yếu, khối lượng 1000 hạt nặng Dòng bố IR26 chống bạc lá, thời gian sinh trưởng dài, đẻ nhánh khoẻ, khối lượng 1000 hạt nhẹ, khi lai hai dòng trên với nhau cho con lai F1 có các tính trạng được bổ sung khá hoàn thiện là: vừa chống đạo ôn, vừa chống bạc lá, có thời gian sinh trưởng trung bình, đẻ nhánh khoẻ, khối lượng 1000 hạt nặng (Nguyễn Thị Trâm, 2005)

2.3.4 Ưu thế lai ở các đặc tính sinh lý

Hệ rễ lúa lai hoạt động mạnh ngày từ thời kỳ cây lúa mới bắt đầu đẻ nhánh Tiến hành cắt rễ của cây rồi hứng dịch rễ trong một thời gian nhất định thấy rằng giống Nam ưu 2 có nhiều dịch chảy ra hơn Quảng xuân (lúa thường) tới 50% thời kỳ lúa đẻ rộ và 46% thời kỳ chín sáp (Yuan, 1985) (Nguyễn Thị Trâm, 2005)

Quang hợp, hô hấp và tích luỹ chất khô: Nhiều nghiên cứu phát hiện thấy lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục trên một đơn vị diện tích lá cao do đó hiệu suất quang hợp cao Trái lại cường hô hấp của lúa lai lại thấp hơn lúa thường

Hiệu suất tích luỹ chất khô của lúa lai có ưu thế hơn hẳn lúa thường nhờ vậy mà tổng lượng chất khô trong 1 cây tăng, trong đó lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh còn lượng tích luỹ ở các cơ quan sinh dưỡng như thân lá giảm mạnh

Kim (1985), Ponnuthurai và cộng sự (1984), Virmani (1981) đã xác định con lai có ưu thế lai thực và ưu thế lai giả định cao hơn đáng tin cậy ở chỉ tiêu tích luỹ chất khô và chỉ số thu hoạch Lin và Yuan (1980), Wang và Yoshida (1984) cho rằng sức sinh trưởng của con lai hơn hẳn bố mẹ ở thời kỳ

đầu của quá trình sinh trưởng (Nguyễn Thị Trâm, 2005)

2.3.5 Ưu thế lai trên các cơ quan sinh sản

Đánh giá ưu thế lai của nhiều tổ hợp khác nhau người ta đều thấy con lai có năng suất cao hơn bố mẹ từ 20%-70% khi gieo cấy trên diện tích rộng Trong sản xuất nhiều năm trên nhiều vùng sinh thái khác nhau ở Trung Quốc, lúa lai ưu việt hơn hẳn lúa lùn cải tiến tốt nhất từ 20%-30%

Các kết quả nghiên cứu ở Viện nghiên cứu lúa quốc tế của Virmani (1981, 1982) xác định ưu thế lai giả định về năng suất là 73%, ưu thế lai thực

là 57%, ưu thế lai chuẩn là 34% Ở mùa mưa ưu thế lai chuẩn là 22% thấp hơn mùa khô là 34%

Các yếu tố cấu thành năng suất biểu hiện ưu thế lai cao hơn rõ rệt, trong

đó nhiều tổ hợp có ưu thế lai cao ở chỉ tiêu số bông trên khóm Trọng lượng trung bình bông cũng thường cho ưu thế lai cao do khối lượng hạt và tỉ lệ hạt chắc cao (Chang và cộng sự (1971, 1973) Carnahan và cộng sự (1972) Karunakaran (1968), Murayama (1973) Virmani (1981, 1982) v.v…)

Khối lượng 1000 hạt có giá trị trung gian giữa hai bố mẹ, đôi khi cũng biểu hiện ưu thế lai dương hoặc âm với giá trị thấp Còn số hạt chắc trên bông thường có ưu thế lai giảm khi bón phân đạm cao từ 120-240 kgN/ha (Virmani, 1981)(Nguyễn Thị Trâm, 2005)

2.3.6 Hình thái bông

Kiểu xếp hạt trên bông lúa là chỉ tiêu quan trọng của kích thước bông Thống kê số gié cấp một/bông của tập đoàn lúa cổ truyền cho thấy chỉ tiêu này biến động từ 7-13 gié/bông, trung bình là 11 gié Kiểu bông xoè 7-10 gié, trên 1 gié cấp một có thể có 1-3 gié cấp hai Kiểu bông chụm có 9-13 gié cấp một/bông, số gié cấp hai và số hạt/gié cấp một cao hơn kiểu bông xoè

Theo Yuan Long Ping, cho rằng kiểu cây lý tưởng phải có kích thước bông và số lượng bông trung bình Bông trung bình có khoảng 180 hạt chắc, khối lượng 1000 hạt từ 25-30g, hạt/bông xếp sít, có nhiều gié cấp 1 trên trục

bông chính (Nguyễn Tuyết Minh, 2002)

2.4 Một số kết quả nghiên cứu và khai thác ưu thế lai ở lúa

* Hệ thống lúa lai hai dòng

2.4.1 Những nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực chức năng di truyền nhân

Công cụ di truyền chủ yếu của hệ thống lúa lai hai dòng là các dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân còn gọi là bất dục đực mẫn cảm với môi trường (Enviromental-sensitive Genic Male Sterility - EGMS) Ngồn EGMS

có giá trị thực tế trong chọn tạo lúa lai hai dòng bao gồm kiểu bất dục đực nhạy cảm với độ dài ngày (Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility - PGMS) và bất dục đực nhạy cảm với nhiệt độ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility - TGMS) Bản chất di truyền và sự khác nhau giữa chúng chủ yếu là điều kiện gây bất dục và “ngưỡng” chuyển đổi tính dục

- Dòng bất dục đực mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS):

Năm 1973, theo dõi quần thể ruộng lúa Nongken58, Shi Ming Song đã phát hiện ra một số cá thể bất dục khi trổ bông trong mùa hè có thời gian chiếu sáng dài trên 14h/ngày Ông thu về trồng trong nhà lưới và nhận thấy, các chồi mọc trỗ bông sau 1/9 khi thời gian chiếu sáng dưới 13h45 đậu hạt Đem lai cây bất dục với giống khác, thế hệ F1 hữu dục, thế hệ F2 phân ly theo

tỷ lệ 3/4 số cây hữu dục : 1/4 số cây bất dục trong điều kiện ánh sáng ngày dài Qua nghiên cứu Zho đã kết luận: Tính bất dục của dòng lúa này do một cặp gen lặn trong nhân điều khiển; cặp gen có hai chức năng là điều khiển quá trình hình thành hạt phấn bất dục khi gặp pha sáng dài và điều khiển quá trình hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn (Zhou C.S, 2000)

Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và Ấn Độ đã xác định được 3 gen kiểm soát tính trạng bất dục nhạy cảm với thời gian chiếu sáng - PGMS là pms1, pms2 và pms3 Các gen này nằm trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 7, 3 và 12 Trong đó hiệu quả của gen pms1 được xác định là lớn gấp 2 - 3 lần gen pms2 (Yuan L.P et al., 2005)

Ở Việt Nam, các nhà khoa học cũng đã chọn được một số dòng PGMS, Trong đó có dòng P5S được chọn lọc từ quần thể phân ly F2 tổ hợp T1S-96/pei ai 64S với ngưỡng chuyển đổi tính dục là 12h16 phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước (Nguyễn Thị Trâm, 2005) Dòng P5S có thời kỳ cảm ứng vào bước 5 của phân hóa đòng (trước trỗ 16 - 17 ngày) (Ngô Hữu Tình và cộng sự, 1996) Dòng P5S, có thời gian bất dục đực trong năm tại Hà Nội từ 12/4 đến 26/9 (167 ngày), thời gian hữu dục từ 28/9 đến 8/4 (198 ngày), có thể sắp xếp chúng để sản xuất hạt lai và nhân dòng bất dục vào các vụ lúa thích hợp ở các vùng khác nhằm phát triển lúa lai hai dòng ở nước ta

- Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ (TGMS)

Năm 1988, Maruyama K Và cs đã phát hiện dòng AnnongS thông qua chọn lọc trong quần thể đột biến tự nhiên Dòng TGMS này bất dục khi gặp nhiệt

độ >270C và hữu dục khi nhiệt độ <240C ở thời kỳ phân chia tế bào mẹ hạt phấn Năm 1989, Sun Z.X., Xiong Z.M., Min S.K và Yin, đã chọn được dòng bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ 5460S từ quần thể đột biến của giống lúa IR54 Maruyama K., Araki H., Kato H (1991) thông báo chọn tạo được dòng bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ Norin PL-12 bằng phương pháp gây đột biến Các tác giả đều đưa ra kết luận tính bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ do cặp gen lặn trong nhân điều khiển

Khi nghiên cứu về gen kiểm soát tính trạng bất dục đực phản ứng với điều kiện nhiệt độ các nhà khoa học đã xác định được vị trí của 5 gen ký hiệu

là tms1, tms2, tms3, tms4(t) và tms5 kiểm soát tính trạng bất dục đực phản ứng với điều kiện nhiệt độ - TGMS

Nguyễn Văn Đồng và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử 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 định vị trên nhiễm sắc thể số 2 (trích theo Hoàng Tuyết Minh, 2002)

Dựa vào ngưỡng phản ứng với nhiệt độ, các dòng TGMS có thể được xếp vào 3 nhóm:

- Nhóm dòng có ngưỡng chuyển hóa nhiệt độ thấp: Đại diện cho nhóm này là các dòng Peiai 64S, 735S, HN5-2S, 8906S, K14S (Lu X.G., Zhang Z.G., Maruyama K., Virmani S.S., 1994) Ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa bất dục - hữu dục của nhóm này 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 dễ duy trì và thường đạt năng suất cao 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 chúng hầu như bất dục hoàn toàn Đại diện cho nhóm này gồm các dòng: W6154S, W7415S, 8801S (Pan Xigan, 1990)

Ngoài 2 kiểu bất dục chính TGMS và PGMS, còn tồn tại các kiểu (T)PGMS và P(TGMS), có nghĩa là các dòng này mẫn cảm với nhiệt độ và thời gian chiếu sáng Đối với dòng (T)PGMS mẫn cảm với nhiệt độ nhiều hơn, ngược lại dòng (P)TGMS mẫn cảm với độ dài ngày mạnh hơn Khi lai tạo các dòng bất dục đực chức năng thường chọn được các dòng (P)TGMS hoặc (T)PGMS mới (Nguyễn Bá Thông, 2001)

2.4.2 Những nghiên cứu về dòng phục hồi

Trong hệ thống lúa lai hai dòng, dòng bố là một trong hai thành phần đóng vai trò trọng yếu để phát triển các tổ hợp lai mới (Nguyễn Thế Dân, 2002) Các dòng này phải đáp ứng được một số yêu cầu sau:

- Có đặc tính nông sinh học tốt, cây cao hơn dòng mẹ, thời gian sinh trưởng xấp xỉ hoặc dài hơn dòng mẹ, khả năng phối hợp cao, cho ƯTL đáng tin cậy

- Tập tính nở hoa tốt, bao phấn mẩy, chứa nhiều hạt phấn

- Có độ thuần cao và ổn định trong mọi điều kiện

Năm 1973, các nhà chọn giống tìm ra dòng phục hồi IR661, Thái dẫn

số 1, IR24 Dòng phục hồi tính hữu dục (dòng R): gen phục hồi tính hữu dục là gen trội trong nhân tế bào (RR) Các dòng phục hồi thường chỉ thể hiện khả năng phục hồi khi lai với dòng bất dục đực cùng loài phụ mà không có khả năng phục hồi cho các dòng bất dục khác loài (Nguyễn Văn Hoan, 2000)

Dòng phục hồi phấn tốt thuộc loài phụ Indica chiếm đa số, các giống

thuộc loài phụ này sử dụng làm bố rất tốt để phát triển lúa lai giữa hai loài

phụ Indica/Japonica

Các dòng bố có thể chọn tạo bằng các phương pháp sau:

- Phân lập các dòng phục hồi trong quần thể tự nhiên bằng lai thử: Lai thử các dòng phục hồi tốt có bản chất di truyền đa dạng với các dòng EGMS

có khả năng kết hợp cao Chọn các dòng bố cho các tổ hợp có nhiều đặc tính nông sinh học tốt, có ưu thế lai thực và ưu thế lai chuẩn cao hơn có ý nghĩa

- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp lai hữu tính: Nhằm bổ sung các tính trạng có lợi còn thiếu, cải tiến các tính trạng nông sinh học, năng suất, tính chống chịu qua phương pháp lai hữu tính và chọn lọc cá thể ở các thế hệ phân ly đời sau

- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp xử lý đột biến: Cải tạo tính trạng của các dòng R sẵn có, nâng cao khả năng phục hồi và khả năng chống chịu sâu bệnh (Lê Duy Thành, 2001)

Việc chọn các dòng cho phấn đối với lúa lai hai dòng không gặp nhiều khó khăn do các dòng EGMS đang sử dụng chủ yếu là do 1 hoặc 2 cặp gen lặn trong nhân điều khiển tính bất dục vì vậy có tới trên 95% các giống lúa thường có khả năng phục hồi hữu dục cho các dòng EGMS trong cùng loài phụ, nên khả năng tìm ra dòng bố cho ưu thế lai cao là rất lớn so với hệ thống lúa lai ba dòng (Nguyễn Bá Thông, 2001) Tuy nhiên nếu chỉ lai trong cùng

loài thì ưu thế lai không cao, vì vậy chúng ta phải khai thác ưu thế lai giữa các

loài phụ Indica, Japonica, Javanica Để khắc phục hiện tượng bất dục của

con lai F1 khi lai xa các nhà khoa học đã sử dụng gen tượng hợp rộng (Wide Compatibility - WC) như một cầu nối làm tăng độ mẩy hạt của con lai giữa các loài phụ (Hong D.L., Ma Y.H Gai J Y, Tang Y.Q., 1990)

Ở Việt Nam, khi đánh giá 93 dòng lúa mới chọn tạo từ các tổ hợp lai

Indica/Japonica thông qua đánh giá ưu thế lai và đánh giá toàn diện các tính trạng Nguyễn Văn Hoan cùng cs đã chọn được 3 dòng đạt tiêu chuẩn của dòng phục hồi là dòng R45, R50, R97 (Nguyễn Thế Dân, 2002)

Trong thí nghiệm của Vũ Thị Bích Ngọc đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ được chọn lọc tại Viện sinh học Nông nghiệp Hà Nội cũng cho kết quả tương tự là R3 có khả năng kết hợp chung cao trên tính trạng số hạt/bông và năng suất cá thể (Vũ Hồng Quảng, 2003)

Từ đó cho kết quả là tổ hợp TH3-3 có bố là R3 được công nhận giống quốc gia năm 2005 và tổ hợp TH5-1 có bố là R1 được công nhận cho phép

sản xuất thử 2006

Để tạo ra nhiều giống lúa lai năng suất cao, chất lượng khá, ổn định thì chúng ta cần có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú, đa dạng Với nhu cầu đó các nhà khoa học nước nhà đã có nhiều nghiên cứu về dòng bố mẹ trong chọn giống lúa lai hai dòng

Nguyễn Như Hải khi đánh giá một số dòng bố được chọn tạo bằng phương pháp gây đột biến phóng xạ đã tìm ra được dòng ĐB5, ĐB6, có khả năng kết hợp chung cao ở tính trạng năng suất Đồng thời xác định được một

số tổ hợp lai mới có năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh như: 103S/ĐB5; TG1/ĐB6 (Nguyễn Tuyết Minh, 2002)

Đánh giá 17 dòng R mới chọn tạo tại Viện nghiên cứu Lúa – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Nguyễn Thanh Tùng đã chọn lọc được 4 dòng

bố 59, 69, 84, 58H có nhiều đặc điểm nông sinh học tốt, có khả năng kết hợp

cao trên nhiều tính trạng: năng suất cá thể, số bông/khóm, khối lượng 1000 hạt Đây là nguồn vật liệu tốt để tạo các dòng mới có cấu trúc kiểu cây lý tưởng, khả năng phục hồi tốt và cho con lai có ưu thế lai cao

2.5 Tình hình nghiên cứu lúa lai trên thế giới

2.5.1 Thành tựu nghiên cứu, phát triển lúa lai của Trung Quốc

Trung Quốc là nước đầu tiên sử dụng lúa lai trong sản xuất đại trà Năm 1976, sau khi hoàn thiện công nghệ lúa lai ba dòng, diện tích lúa lai của Trung Quốc đạt 133 ngàn ha, đến năm 1994 đạt tới 18 triệu ha Theo báo cáo của giáo sư Yuan LP tại Hội nghị lúa lai tháng 5/2001 tổ chức tại Hà Nội, diện tích lúa toàn Trung Quốc năm 2001 là 31 triệu ha trong đó diện tích lúa lai 16 triệu ha, năng suất bình quân riêng lúa lai là 6,9 tấn/ha, lúa thuần là 5,4 tấn/ha, tăng 1,5 tấn/ha trên toàn bộ diện tích Diện tích sản xuất hạt lai F1 là 140.000 ha, năng suất bình quân 2,5 tấn/ha Những năm gần đây, ngày càng nhiều dòng bố mẹ được chọn tạo, các dòng mới có nhiều ưu điểm như: nguồn

tế bào chất bất dục phong phú, khả năng kết hợp cao, khả năng nhận phấn ngoài tốt Tại Hội nghị lúa lai quốc tế lần thứ 5 (11-15/9/2008), Giáo sư Yuan

LP nêu lại mục tiêu chọn giống lúa lai siêu cao sản ở pha III (2006-2015) là: năng suất bình quân 13,5 tấn/ha trên cơ sở cải tiến kiểu hình cây: Tán lá cao thẳng bản lá hẹp lòng mo; Vị trí đỉnh bông thấp, bông to, năng suất tích lũy

cao trên cơ sở sử dụng bố mẹ xa huyết thống (indica/japonica) và sử dụng

gen tương hợp rộng để khắc phục hiện tượng hạt lép lửng (Lin SC, 1980) Wang Feng (2008) cho rằng gạo lúa lai là F2 nên phân ly, chất lượng phụ thuộc vào các tính trạng: Độ trong của nội nhũ, hàm lượng amyloza, nhiệt

độ hóa hồ, độ bền thể gel, độ bạc bụng Cần có chiến lược cải tiến chất lượng gạo lúa lai bởi vì giá bán gạo phụ thuộc vào chiều dài, chiều rộng, hình dạng hạt Chiều dài, chiều rộng, hình dạng phụ thuộc kiểu gen cây mẹ: Hạt dài trội

so với hạt ngắn, kích thước hạt được xác định bởi dòng mẹ Màu nội nhũ được xác định bởi hàm lượng amyloza: dao động từ đục (Waxy hoặc dull)

sáng trong (translucenxy) theo chiều hàm lượng amyloza tăng dần

+ Hàm lượng amyloza được kiểm soát bởi gen Wx nằm trên NST số 6, AC2, AC5 trên NST số 2, số 5, độ bền thể gel cứng là trội, mùi thơm do gen lặn kiểm soát: gen fgr trên NST số 8, số 2 và một số gen phụ trên NST số 3, 4

Chang XiangMao (2008) chia quá trình nghiên cứu phát triển lúa lai ở Trung Quốc thành 4 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1: 1964-1975: Nghiên cứu chọn tạo, phát hiện kiểu bất dục

WA, dòng B, đến 1972-1973 hoàn thiện hệ thống ”ba dòng” Giai đoạn 2: 1976-1990: Giai đoạn phát triển nhanh, diện tích lúa lai thương phẩm mở rộng nhanh từ 0,14 triệu ha (1976) lên 15 triệu ha năm 1990; năng suất hạt lai

F1 tăng Giai đoạn 3: 1990-2000 là giai đoạn phát triển chiến lược: Đề xuất

chiến lược chọn giống lúa lai ”ba dòng” ”hai dòng” ”một dòng”; Chiến lược lai xa giữa các loài phụ; Khởi sướng siêu lúa lai Giai đoạn 4: Từ 2001- 2009: Giai đoạn phát triển mới: Siêu lúa lai đạt 16-19 tấn/ha trên diện tích nhỏ, 10-

13 tấn/ha diện tích lớn; Tăng diện tích lúa lai hai dòng; Có 10 tỉnh phát triển lúa lai lớn chiếm 90% tổng diện tích lúa lai ở Trung Quốc; Các công ty tư nhân tham gia mạnh cả chọn tạo, sản xuất, kinh doanh; Diện tích lúa lai ở các nước nhiệt đới tăng mạnh (Yuan L.P et al., 2005)

Về sản xuất hạt lai F1 Nguyễn Văn Ngưu (đại diện FAO) tổng kết rằng đến 2008 năng suất sản xuất hạt lai F1 vẫn chưa có tiến bộ đáng kể, bình quân chung thế giới mới đạt 1,5 tấn/ha, trong đó Trung Quốc 2,5 tấn/ha, Ấn Độ 2 tấn/ha làm cho hiệu quả kinh tế từ lúa lai không cao

Đây là nguyên nhân cơ bản hạn chế việc mở rộng diện tích lúa lai Vấn

đề là: Nông dân cần năng suất lúa cao để tăng thu nhập, nhân loại cần nhiều lúa cho an ninh lương thực, lúa lai có thể đáp ứng cả 2 nhu cầu này nếu công tác chọn tạo giống lúa lai luôn tìm ra giống mới ngày càng tốt hơn và năng suất sản xuất hạt lai ngày càng cao hơn

2.5.2 Tình hình phát triển lúa lai của các nước khác

- Tại Ấn Độ, B.C.Viraktamath et al (2008) báo cáo rằng diện tích sử

dụng lúa lai tăng nhanh: Năm 1995 là 0,1 triệu ha, đến 2007 là 1,1 triệu ha, đã chọn tạo và công nhận được 33 tổ hợp lai Kế hoạch năm 2010 sẽ gieo cấy 3 triệu ha và 2020 là 6 triệu ha Việc mở rộng diện tích lúa lai hoàn toàn phụ thuộc vào hiệu quả kinh tế của sản xuất hạt lai F1 Năm 1995 sản lượng F1 là

200 tấn, năm 2007 là 19.000 tấn, và đến năm 2010 và 2020 sẽ phải đạt 50.000

và 100.000 tấn tương ứng (Nirmala B., 2008) Hiện nay tại Ấn Độ, 95% hạt lai F1 do công ty tư nhân sản xuất, cả nước có 30 công ty giống tư nhân, trong

đó 10 công ty lớn, 20 trung bình và nhỏ, các công ty này chủ yếu sản xuất hạt lai Tỷ suất lợi nhuận của sản xuất hạt lai F1 là 1,84 nên có thể coi đây là ngành kỹ thuật có hiệu quả kinh tế cao Trên 90% hạt lai được sản xuất tại 2 huyện của Ấn Độ là: Andhra Pradesh, viz., Karimnagar và Warangal Nếu nhu cầu hạt lai F1 tăng, tất yếu phải tăng diện tích sản xuất, cần xác định thêm vùng phù hợp cho sản xuất hạt lai trên diện tích rộng

- Sri lanka là nước nghèo, năng suất lúa thấp 4,1 tấn/ha, theo kế hoạch đến 2013 năng suất phải đạt 5,1 tấn/ha mới đảm bảo an ninh lương thực, tuy nhiên nếu cải tiến giống lúa thuần, năng suất tăng 0,03 tấn/ha/năm, thì mất 25 năm mới đạt 5,1 tấn/ha Vì vậy cần phát triển lúa lai vì năng suất lúa lai vượt lúa thuần 15-20%, tiềm năng có thể đạt 12 tấn/ha, nếu Srilanka gieo trồng khoảng 10.000 ha lúa lai thì sẽ giải quyết được vấn đề an ninh lương thực Vào cuối những năm 1970, Srilanka đã bắt đầu nhập lúa lai Trung Quốc để nghiên cứu nhưng không thích ứng, sau đó họ tự cải tiến các dòng CMS của Trung Quốc để sử dụng cũng chưa tìm được dòng thích ứng

- Tại Indonexia, Satoto và Hasil Sembiring (2008) đã khảo nghiệm 35 giống lúa lai nhập nội trên một số vùng trồng lúa nhưng không phát triển được vì các giống này có TGST quá ngắn, mẫn cảm với các loại sâu bệnh Công tác nghiên cứu trong nước mới chỉ bắt đầu, chưa tổ chức sản xuất hạt lai

F1, chương trình chọn giống lúa lai kháng rầy, kháng bạc lá mới đưa ra được một số tổ hợp triển vọng

- Tại Mỹ, Xueyan Sha, Steve D Linscombe, S Brooks, Blanche, and

Donald E Groth (2008), báo cáo rằng lúa lai thương phẩm sử dụng từ năm

2000 do Công ty RiceTec đảm nhiệm Tổ hợp đầu tiên ra là XL6

(indica/indica), Tiếp theo là CLXL8, thương mại hóa vào 2003 Theo báo cáo

của RiceTec, đến 2007 lúa lai chiếm khoảng 18-20% diện tích lúa của miền Nam nước Mỹ (14-16% của cả nước mỹ), năng suất tăng 21-40% so với giống lúa thuần tốt nhất Tuy nhiên theo một số công bố khác thì các giống phổ biến như: XL8, CLXL8, XL723 năng suất chỉ tăng khoảng 17-21% so với lúa thuần Lúa lai sẽ tiếp tục phát triển tại Mỹ nhưng sự phát triển phụ thuộc vào khả năng giảm giá hạt lai, cải tiến chất lượng lúa lai thương phẩm (tỷ lệ gạo xát, hình dạng hạt )

- Tại Philippine diện tích lúa lai năm 2004 đạt 192.330 ha, Madonna và

cs (2008) cho rằng phát triển lúa lai là chiến lược quan trọng nhất đảm bảo an ninh lương thực quốc gia Vì vậy, kế hoạch phát triển diện tích năm 2010 là 1,14 triệu ha với sản lượng 6,8 triệu tấn thóc Công ty tư nhân SL Agritech của Philippines sản xuất hạt lai đạt năng suất cao 2.000 kg/ha, đã cơ giới hoá khâu thu hoạch hạt lai, diện tích sản xuất hạt F1: 1.500 ha/năm

Về sản xuất hạt lai F1 Nguyễn Văn Ngưu (đại diện FAO) tổng kết trên diện rộng, cho nhận xét: đến 2008 năng suất sản xuất hạt lai F1 vẫn chưa có tiến bộ đáng kể, bình quân chung thế giới mới đạt 1,5 tấn/ha, trong đó Trung Quốc 2,5 tấn/ha, Ấn Độ: 2 tấn/ha làm cho hiệu quả kinh tế từ lúa lai không cao Đây là nguyên nhân cơ bản hạn chế việc mở rộng diện tích lúa lai Vấn

đề là: Nông dân cần năng suất lúa cao để tăng thu nhập, nhân loại cần nhiều lúa cho an ninh lương thực, lúa lai có thể đáp ứng cả 2 nhu cầu này nếu như các nước đều đẩy mạnh nghiên cứu chọn tạo giống mới song song với nghiên cứu kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 cho các tổ hợp mới

2.6 Nghiên cứu phát triển lúa lai tại Việt Nam

2.6.1 Sản xuất lúa lai thương phẩm

Bảng 1.1: Thống kê diện tích, năng suất lúa lai vụ xuân vụ mùa

Diện tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Diện tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Diện tích lúa lai tăng dần qua các năm, năm 2000 là 435.508 ha, năm

2009 đạt 709.861 ha, năng suất từ 60,4-65,5 tạ/ha cao hơn năng suất lúa cả nước 10-13 tạ/ha (năng suất lúa trung bình năm 2008 là 52,3 tạ/ha) Diện tích, năng suất lúa lai vụ xuân cao và ổn định hơn vụ mùa (bảng 2.1)

2.6.2 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai

Nghiên cứu và sử dụng ưu thế lai trong sản xuất lúa tại Việt Nam là một mốc quan trọng, đánh dấu cuộc cách mạng mới trong nghề trồng lúa Chương trình phát triển lúa lai đã mang lại kết quả và triển vọng to lớn, góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong một hệ sinh thái bền vững

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 3 dòng được nhập nội từ Trung Quốc và IRRI đã được đánh giá Những kết quả bước đầu đã 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)

Công tác nghiên cứu và chọn tạo các giống lúa lai ở Việt Nam cũng được thúc đẩy mạnh mẽ Các đơn vị nghiên cứu đã 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 ra các dòng bất dục đực và dòng phục hồi mới phục vụ cho công tác chọn giống lúa lai Các kết quả nghiên cứu

đã 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: Bo A-B, IR58025A-B, VN-01, 11S, TGMS7, TGMS11, TGMSVN1, T1S-96, 103S, TG1, TGMS6; các dòng bố R3, R20, R24, RTQ5… (Nguyễn Tuyết Minh, 2002)

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 của các dòng TGMS Tiến hành lai thử để tìm tổ hợp lai cho ưu thế lai cao, ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô trong chọn

giống lúa lai hai dòng, xây dựng quy trình nhân dòng bất dục và sản xuất hạt lai F1 Một số tác giả đã có các nghiên cứu ban đầu về bản chất di truyền và khả năng phối hợp của một số vật liệu hiện có, tuy nhiên phạm vi nghiên cứu còn hạn chế

Theo tổng kết của Hoàng Tuyết Minh (2002), Việt Nam đã chọn được

20 dòng TGMS, trong đó một số dòng như 103S, T1S-96 đang được sử dụng rộng rãi trong việc chọn tạo các tổ hợp lúa lai 2 dòng mới 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

Trong giai đoạn 2001 - 2005, Viện KHKTNN Việt Nam đã lai tạo được

3 dòng TGMS mới: AMS31S, AMS32S, AMS33S từ các tổ hợp lai: CL64S/VN292, CL64S/BM9820, phục vụ cho công tác chọn tạo giống Phân lập từ vật liệu phân ly nhập nội chọn tạo ra các dòng TGMS: CL64S, P47S, 7S, AMS27S, 11S, 534S (AMS29S), 827S (AMS30S) đưa vào lai tạo giống lúa lai 2 dòng (Nguyễn Trí Hoàn, Nguyễn Thị Trâm, Hà Văn Nhân, Phạm Ngọc Lương và các ctv, 2006

Việc tạo các dòng TGMS mới thông qua nuôi cấy túi phấn, ở Viện khoa học Nông nghiệp đã tạo đựơc 9 dòng TGMS mới bằng nuôi cấy túi phấn, qua nghiên cứu chọn tạo được 2 dòng tốt nhất CNSH1 và CNSH2 đưa vào sử dụng Viện cây lương thực và cây thực phẩm tạo được dòng TGMS H20 và TGMS H7 Qua nuôi cấy hạt phấn con lai TGMS x lúa thuần, Viện di truyền Nông Nghiệp đã thành công trong việc tạo TGMS mới như TGMS CN1 và TGMS CN2 Cả hai dòng này đều cho TGST ngắn, số lá thân chính 13- 13,7 lá, độ bất dục hạt phấn tốt (100%), đặc biệt tỷ lệ thò vòi nhụy cao

>80% Đây là những dòng dễ sản xuất hạt lai đạt năng suất cao (Bùi Chí Bửu, 2007) (Trần Duy Quí, 2002)

Lần đầu tiên ở Việt Nam đã chọn tạo thành công dòng bất dục đực cảm ứng quang chu kỳ ngắn PGMS mở ra hướng mới trong chọn tạo giống lúa lai

hai dòng Đồng thời với việc chọn tạo các dòng TGMS, các cơ quan nghiên cứu cũng chọn được hơn 200 dòng R mới trong đó có 22 dòng kháng được rầy nâu, bệnh bạc lá và đạo ôn Đã có những nghiên cứu ở mức phân tử đối với các dòng TGMS đó là xác định được gen tms4(t) nằm trên nhiễm sắc thể

số 2 hoặc gen tms6 nằm trên nhiễm sắc thể số 4 của lúa nhằm định hướng cho việc khai thác các gen này trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng Hàng nghìn

tổ hợp lai được lai tạo và đánh giá, một số tổ hợp lai có triển vọng đang được khảo nghiệm, trình diễn và mở rộng sản xuất như: Việt lai 20, TH3-3, TH3-4, TH3-5, Việt lai 24, HC1, HYT100, HYT102, Bác ưu 903KBL… (công nhận giống quốc gia); TM4, VN01/D212, TH5-1, TH7-2, HYT92, HYT103, LC212… (công nhận cho sản xuất thử) và hàng loạt các giống có triển vọng như Việt lai 45, Việt lai 50, VL1, LHD4 ( Nguyễn Thị Trâm, 2009; Nguyễn Như Hải, 2006, 2007; Phạm Ngọc Lương, 2005) (Nguyễn Văn Hiển và cộng

sự, 2000) (Nguyễn Ngọc Lương, 2000); (Vũ Hồng Quảng, 2003)

Bằng con đường nhập nội hiện nay có một loạt tổ hợp đã được đưa vào sản xuất rộng rãi như: Nhị ưu 838, D.ưu 527, Sán ưu 63, Bác ưu 903… Một

số tổ hợp lai gửi khảo nghiệm và sản xuất thử như: CNR02, Du ưu 600, LS1…(Vũ Hồng Quảng, 2003)

Để công tác chọn tạo giống lúa lai hai dòng đạt hiệu quả tốt, cần phải

có được các vật liệu bố mẹ mới phù hợp với điều kiện trong nước, có đặc tính nông sinh học tốt, khả năng kết hợp cao, ổn định và dễ sản xuất hạt lai Trên

cơ sở đó chọn tạo và đưa vào sử dụng các tổ hợp lai mới có thương hiệu riêng, cho năng suất cao và ổn định, chất lượng gạo tốt, thích ứng với điều kiện sinh thái nước ta

2.7 Tổng quan về bệnh bạc lá lúa (Xanthomonas oryzae pv.oryzae)

2.7.1 Nguồn gốc và phân bố của bệnh bạc lá lúa

Bệnh bạc lá lúa (Bacterial leaf blight of rice) được phát hiện đầu tiên năm

1884 ở Fukuoka - Nhật Bản Lúc đầu các nhà khoa học cho rằng đây là một

bệnh sinh lý, sau đó Takaishi (1908), Bokura (1911) đã phân lập được vi khuẩn ký sinh trên lá bệnh và kết luận đây là bệnh vi khuẩn, không phải bệnh sinh lý (Phan Hữu Tôn và cộng sự, 2003)

Bệnh phổ biến ở hầu khắp các nước trồng lúa trên thế giới, đặc biệt

là ở Nhật Bản, Trung Quốc, Philippin, Ấn độ… Ở Việt Nam, bệnh bạc lá lúa đã được phát hiện từ lâu trên các giống lúa mùa cũ, đặc biệt từ năm 1965 – 1966 trở lại đây bệnh thường xuyên phá hoại nghiêm trọng ở các vùng trồng lúa, trên các giống nhập nội có năng suất cao cấy trong vụ mùa (Phan Hữu Tôn và cộng sự, 2003)

2.7.2 Triệu chứng bệnh bạc lá lúa

Bệnh bạc lá phát sinh và gây hại suốt từ thời kỳ mạ đến khi lúa chín, nhưng triệu chứng điển hình xuất hiện từ thời kỳ đẻ nhánh đến trỗ và chín sữa Vết bệnh từ mép lá, mút lá lan dần vào trong phiến lá hoặc kéo dài theo gân chính, nhưng cũng có khi vết bệnh từ ngay giữa phiến lá lan rộng ra Vết bệnh lan rộng hình gợn sóng màu vàng, mô bệnh tái xanh, vàng lục, lá nâu bạc, khô xác (Phan Hữu Tôn và cộng sự, 2003)

Năm 1960, Goto đã chỉ ra rằng: vi khuẩn bạc lá gây ra ba triệu chứng điển hình là bạc lá, héo xanh (Kresek) và vàng nhợt Những nghiên cứu trong nhà lưới chứng tỏ hiện tượng héo và bạc lá khác nhau một cách rõ ràng và độc lập Triệu chứng héo và bạc lá do ảnh hưởng ban đầu của sự xâm nhiễm, triệu chứng vàng nhợt là ảnh hưởng sau

Ở Việt Nam, kết quả nghiên cứu của Bộ môn Bệnh cây, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, cho thấy bệnh bạc lá lúa có hai triệu chứng điển hình là: bạc lá gợn vàng và bạc lá tái xanh Bạc lá gợn vàng là phổ biến trên hầu hết các giống và các mùa vụ Bạc lá tái xanh thường chỉ thấy xuất hiện trên một số giống lúa, đặc biệt là các giống lúa ngắn ngày, chịu phân, phiến lá to, thế lá đứng, ví dụ như giống: T1, X1, NN27… Thông thường ranh giới giữa mô bệnh và mô khỏe được phân biệt rõ ràng, có giới hạn

theo đường gợn sóng màu vàng hoặc không vàng, có khi chỉ là một đường viền màu nâu liên tục hoặc đứt quãng

Trong điều kiện nhiệt độ và ẩm độ cao, trên bề mặt vết bệnh dễ xuất hiện những giọt dịch vi khuẩn hình tròn nhỏ có màu vàng đục, khi keo đặc rắn cứng có màu nâu hổ phách Tuy nhiên, nhiều khi vết bệnh quá cũ hoặc biến đổi theo giống và điều kiện ngoại cảnh, nhất là ở giai đoạn mạ… do vậy dễ nhầm lẫn với bệnh vàng lá, khô đầu lá do sinh lý Khi đó, muốn chẩn đoán nhanh, chính xác bệnh bạc lá cần phải áp dụng phưong pháp giọt dịch

2.7.3 Nguyên nhân gây bệnh bạc lá lúa

Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa được gọi tên là Xanthomonas Oryzae pv Oryzae Ngoài ra trước đây vi khuẩn này còn được gọi bằng rất nhiều tên khác như: Bacillus Oryzae Hori et Boruka (Boruka, 1911), Pseudomonas Oryzae Uyedaet Ishiyama (Ishiyama, 1922), Xanthomonas Oryzae Dowson (Dowson, 1948)…

Vi khuẩn xâm nhập có tính chất thụ động, có thể xâm nhiễm qua thủy khổng, lỗ khí ở trên mút lá, mép lá, đặc biệt qua vết thương sây sát trên lá Khi tiếp xúc với bề mặt lá có màng nước vi khuẩn dễ dàng di động xâm nhập vào bên trong qua các lỗ khí, qua vết thương mà sản sinh nhân lên

về mặt số lượng, theo các bó mạch dẫn lan rộng đi Trong điều kiện mưa ẩm thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn, trên bề mặt vết bệnh xuất hiện các giọt vi khuẩn hình tròn có màu hơi vàng đục Thông qua va chạm giữa các lá lúa, nhờ mưa gió truyền bệnh sang các lá khác để tiến hành xâm nhiễm lặp lại nhiều lần trong thời kỳ sinh trưởng của cây lúa (Phan Hữu Tôn và cộng sự, 2003)

Ở một số nước nhiệt đới do mạ thường xén đầu lá trước khi cấy nên tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn xâm nhập vào bên trong và gây hại Ngoài con đường xâm nhập qua lá, vi khuẩn còn có thể xâm nhập vào hệ thống mạch nhựa ở rễ qua phần rễ bị đứt trong quá trình nhổ mạ cấy Khi vi khuẩn

xâm nhập qua rễ cây lúa thường biểu hiện triệu chứng Kresek làm toàn bộ cây lúa héo rũ

2.7.4 Quy luật phát sinh phát triển của bệnh bạc lá lúa

Ở miền bắc nước ta, bệnh bạc lá có thể phát sinh và phát triển trong tất

cả các vụ trồng lúa Vụ chiêm xuân, bệnh thường phát sinh trong tháng 3, tháng 4 và phát triển mạnh vào tháng 5, tháng 6 khi mà lúa chiêm xuân trỗ và chín Song ở vụ chiêm xuân mức độ bị bệnh thường nhẹ hơn và tác hại ít hơn so với vụ mùa Ở vụ mùa, bệnh có thể phát sinh vào tháng 8, đặc biệt là khi lúa bước vào giai đoạn làm đòng đến trỗ và chín sữa Các trà lúa cấy muộn, lúa trỗ vào tháng 10 thường bị bệnh nhẹ hơn, tác hại của bệnh cũng ít hơn (Phan Hữu Tôn và cộng sự, 2003)

2.7.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh phát triển của bệnh bạc lá lúa

* Nguồn bệnh ban đầu

Về nguồn bệnh bạc lá lúa còn có nhiều ý kiến khác nhau Các tác giả Nhật Bản cho rằng nguồn bệnh tồn tại chủ yếu trên một số cỏ dại họ hòa thảo Phương Trung đạt (Trung Quốc) cho rằng nguồn bệnh chủ yếu của bệnh bạc lá lúa tồn tại trên hạt giống

Ở Việt Nam, kết quả nghiên cứu của Bộ môn Bệnh cây, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội đã cho kết luận: nguồn bệnh bạc lá tồn tại ở hạt giống và tàn dư cây bệnh là chủ yếu đồng thời nó còn tồn tại ở dạng keo vi khuẩn, ở cỏ dại (Vũ Triệu Mân, 2001)

* Đều kiện ngoại cảnh

Hầu hết các kết quả nghiên cứu đều cho rằng bệnh phát triển thuận lợi trong điều kiện nhiệt độ từ 26-300C, ẩm độ cao (>90%) Nếu nhiệt độ bảo đảm cho bệnh phát triển thì ẩm độ và lượng mưa lớn có ý nghĩa quyết định đến mức độ bị bệnh Bệnh cũng phát triển mạnh hơn ở những vùng đất ẩm thấp, khó thoát nước và hay bị ngập đối với lúa cấy ở vùng đất màu mỡ thì thường bị hại nặng hơn ở vùng đất xấu (Nguyễn Bá Thông, 2001)

Thời gian chiếu sáng cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của bệnh bạc lá Trong điều kiện đủ ánh sáng thì bệnh phát triển mạnh hơn trong điều kiện thiếu ánh sáng Do ánh sáng có tác dụng kích thích sự phân chia

và nhân lên của vi khuẩn (Nguyễn Bá Thông, 2001)

* Kỹ thuật canh tác

Trước tiên phải kể tới sự ảnh hưởng của phân bón đối với sự phát triển của bệnh bạc lá lúa, đặc biệt là phân đạm Mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào lượng bón và thời kỳ bón Nếu bón quá nhiều phân đạm, cây lúa xanh tốt, thân lá mềm yếu, hàm lượng đạm tự do trong cây tích lũy cao thì cây dễ bị nhiễm nặng Nếu bón phân sâu, tập trung, bón nặng đầu nhẹ cuối, bón thúc sớm làm cho cây lúa đẻ nhánh tập trung, đẻ nhanh thì bệnh bạc lá sẽ nhẹ hơn so với bón phân rải rác và bón muộn Nếu bón đạm cân đối với kali

và lân sẽ hạn chế được bệnh bạc lá (Vũ Triệu Mân, 2001)

Mặt khác, khi sử dụng phân kali trên lúa lai, nếu bón 100 Kg K2O/ha thì đối với bệnh bạc lá chưa thấy sự khác biệt so với bón 50 Kg K2O/ha nhưng lại

có tác dụng hạn chế thiệt hại của bệnh và làm tăng năng suất 18,5%

Ở những nơi đất chua, úng ngập nước hoặc mực nước sâu, đặc biệt ở những vùng đất nhiều mùn, hàng lúa bị bóng cây che phủ thì bệnh bạc lá có thể phát triển mạnh (Vũ Triệu Mân, 2001)

2.7.6 Thành phần nòi của vi khuẩn bạc lá lúa

Vi khuẩn Xanthomonas Oryzae pv Oryzae có nhiều nhóm nòi (race) Ở Philippin đã xác định được 6 race: 1, 2, 3, 4, 5, 6 Nhật Bản có 5 race: I, II, III, IV, V Theo quy định của Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), căn cứ để xác định các nhóm nòi vi khuẩn bạc lá lúa là phản ứng của các dòng lúa chỉ thị đẳng gen đối với các isolate đại diện điển hình cho các nhóm nòi Các nhóm nòi vi khuẩn không khác nhau về hình thái, sinh lý, sinh hoá nhưng khác nhau về tính độc gâybệnh trên 11 dòng lúa chỉ thị đẳng gen

và các giống lúa khác 11 dòng lúa chỉ thị đẳng gen của Viện nghiên cứu

lúa quốc tế bao gồm: IR24, IRBB1, IRBB2, IRBB3, IRBB4, IRBB5, IRBB7, IRBB10, IRBB11, IRBB14, IRBB21 (Hoàng Tuyết Minh, 2002) Kết quả điều tra ở 4 vùng sinh thái của Việt Nam trong giai đoạn 2001-

2005 đã xác định được sự phân bố của 12 nhóm nòi vi khuẩn Xanthomonas Oryzae pv Oryzae như sau:

Yên Bái, Phú Thọ, Tuyên Quang 6 race: 1, 2, 3, 5, 10, 11 Đồng bằng

sông Hồng Sông Hồng

Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên

7 race: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9

Quần thể vi khuẩn X oryzae gây bệnh bạc lá lúa ở các tỉnh phía bắc việt Nam có tính đa dạng rất cao Trong phạm vi 8 tỉnh điều tra, trên 13 giống lúa giai đoạn 2001-2005 đã xác định được 12 nhóm nòi (race), chia làm

2.8 Một số kết quả và thành tựu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá

2.8.1 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên thế giới

Năm 1961, Nishimura nghiên cứu về gen kháng bệnh, trong nghiên cứu

Nishimura đã tìm ra tính kháng bạc lá do một gen trội kiểm soát Năm 1965, Kuhara và cộng sự đã nhận xét gen kháng bệnh bạc lá được kiểm soát bởi một gen trội không hoàn toàn Ezuka và Horino 1974 đã cho rằng gen kháng bạc

lá được kiểm soát bởi một gen lặn và đối với giống DZ192 gen kháng bệnh được kiểm soát bởi 2 gen lặn

Những năm 80 của thế kỷ XX, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế đã xác định bản chất di truyền tính chống bệnh là do gen quy định Điều này được khẳng định chắc chắn nhờ vào những nghiên cứu của các nhà khoa học cùng những

kỹ thuật hiện đại Tính kháng của cây trồng là khả năng của cây làm giảm sự sinh trưởng và phát triển của ký sinh sau khi có sự tiếp xúc của ký sinh với ký chủ được khởi phát Trong tính kháng của cây trồng có tính kháng dọc (kháng chuyên nòi) do đơn gen kiểm soát và tính kháng ngang (kháng nhiều nòi) do một hoặc đa gen quyết định

Cho đến nay, các nhà khoa học đã tìm ra được 30 gen kháng bệnh bạc lá

ở cây lúa trồng và lúa hoang Tính kháng có thể quy định bởi một gen đơn trội

như: có 5 gen đơn trội là Xa21, Xa1, Xa26, Xa27, Xa3; một gen đơn lặn như:

xa5 và xa13; hoặc do hai gen kết hợp với nhau như Xa1/Xa4, Xa4/Xa7 Các gen kháng nằm trên các nhiễm sắc thể (NST) khác nhau: gen Xa1, Xa2, Xa12 nằm trên NST số 4, gen lặn xa5 nằm trên NST số 5, gen Xa7 nằm trên NST số

6, gen Xa15 nằm trên NST số 8, gen Xa9 nằm trên NST số 10 và các gen

Xa10 , Xa21, Xa23, Xa3, Xa4 nằm trên NST số 11

Hiện nay trong nghiên cứu đã sử dụng tới 10 dòng đẳng gen (dòng chỉ thị)

là: IRBB1, IRBB2, IRBB3, IRBB4, IRBB5, IRBB7, IRBB10, IRBB11, IRBB14, IRBB21 chứa lần lượt các gen đơn chống bệnh Xa1, Xa2, Xa3, Xa4,

xa5, Xa7, Xa1, Xa11, Xa14, Xa21 Tại Viện nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI phát

hiện gen kháng bệnh bạc lá Xa21 ở loài lúa dại Oryzae longistaminata Khác với

sự nhận diện của một gen khác, gen trội Xa21 kháng toàn bộ các chủng bạc lá tại

Ấn Độ và Philippin khi thử kiểm tra tính kháng bệnh

Ngày nay, chỉ thị phân tử được sử dụng rộng rãi như một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu di truyền và cho phép đánh giá một số lượng lớn locus trải khắp bộ gen của nhiều loài cây trồng cũng như nhận dạng các giống lúa kháng bệnh bạc lá như RFLP, AFLP, RAPD, SSR Trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá, Zeng và cs., 1996 đã sử dụng chỉ thị RFLP và

RAPD để lập bản đồ phân tử gen xa13 kháng bạc lá trên cây lúa Còn đối với

chỉ thị SSR, hiện nay, hơn 15.000 chỉ thị SSR đã được thiết lập, phủ kín trên bản đồ liên kết di truyền của lúa Trong những năm gần đây, nhiều công trình

sử dụng chỉ thị SSR nghiên cứu đa dạng di truyền và ADN fingerprinting để nhận dạng giống ở lúa đã được công bố (Hoàng Tuyết Minh, 2002) Sử dụng chỉ thị phân tử để xác định gen kháng bạc lá, Yanchang và cs., 2004 đã tiến

hành kiểm tra gen Xa21 trên 200 cá thể F2 bằng chỉ thị pTA248 Kết quả cho

thấy có 47 cá thể mang gen kháng đồng hợp tử, 98 cá thể mang gen kháng dị hợp tử Tất cả các cá thể này có mức độ kháng trung bình với chủng X-03

Siriporn Korinsak, 2009 sử dụng chỉ thị SSR-RM5509 để phát hiện gen Xa7 trên quần thể F2 Cả 2 gen Xa7 và Xa21 đều là gen trội có phổ kháng rộng

liên kết chặt chẽ với mục tiêu và ở trạng thái đồng hợp tử có khả năng kháng tốt hơn trạng thái dị hợp tử (Hoàng Tuyết Minh, 2002)

Bên cạnh các ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống bạc lá, ngày nay một công nghệ hiện đại cũng được ứng dụng mạnh mẽ trong việc chọn tạo giống lúa kháng bạc lá đó là công nghệ gen Trong gần một thập kỉ trở lại đây, nhiều giống lúa kháng bệnh bạc lá đã được chọn tạo bằng các phương pháp hiện đại khác nhau như dùng súng bắn gen (bombardment), chuyển gen thông

qua vi khuẩn Agrobacterium Hai tác giả Rashid (1996) và Zhang (1999) đã công bố việc chuyển gen Xa21 vào phôi ở dạng huyền phù nhờ súng bắn gen giúp tạo ra tính kháng cho lúa đối với vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá Zhang và cộng sự 2006 đã thành công trong việc chuyển gen Xa21 vào giống lúa IR64, IR72 thuộc nhóm Indica bằng phương pháp sử dụng súng bắn