luận văn thạc sỹ nông nghiệp Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng cao

luận văn thạc sỹ nông nghiệp Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CHỌN THUẦN DÒNG Bố MẸ CỦA MỘT số Tổ HỢP LÚA LAI BA DÒNG CHẤT LƯỢNG CAO

LUẬN VĂN THẠC sĩ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 60.62.05

Nguời huớng dẫn khoa học: 1 PGS.TS NGUYÊN VÃN HOAN

NGUYỄN TRÍ HOÀN

HÀ NỘI - 2008

LỜI CAM ĐOAN LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thục và chua hề đuợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan mọi sụ giúp đỡ cho việc thục hiện luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

LỜI CẢM ƠN

LỜI CẢM ƠN

Hoàng Thị HảiTôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tối PGỔ Tổ Nguyễn vỗn Hoan

và PGỔ Tổ Nguyễn Trí Hoàn, cốc thầy đã huống dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhu thực hiện để tồi và hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn cốc thầy, cô giáo trong Bộ môn Di truyển- Giống, cốc thầy cô trong Khoa Nông học, Khoa ổau Dại học, Truông Dại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điểu kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thòi gian học tập và thực hiện để tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn cốc cán bộ, công nhân thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Lúa, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cửu

Tôi cũng xin gửi lòi cảm ơn tối sự giúp đỡ rết nhiệt tình của cán bộ lốp và cốc bạn trong lốp cao học Giống Cây trổng khoố 15 đã giành cho tôi trong suốt thòi gian học tập

Đổ hoàn thành đuợc khóa học, tôi còn nhận đuợc sự động viên, hỗ trợ rết lốn

vể vật chết, vể tinh thẩn của chổng và cốc con trai tôi cũng nhu hai bên gia đình Tôi xin trên trọng biết ơn tết cả những tình cảm cao quý đó

Hà Nội ngày thống năm 2008

Tốc giả

Hoàng Thị HảiMỤC LỤC

mKết quả nghiên cứu và thảo luận

1.1 Kết quả thí nghiệm 1 : Chọn lọc dòng bố mẹ (IR58025A,1.2

4.5 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

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

và là nguồn sống của hơn một nửa dân số thế giới

4.7 Với lượng dân số ngày một tăng nhanh, diện tích đất canh tác có xu hướng giảm dần dẫn đến nguy cơ an ninh lương thực khó đảm bảo cho trên một tỷ người vào những năm đầu của thế kỷ 21 này Người ta ước tính đến năm 2030, sản lượng lúa của thế giới phải tăng thêm 60% so với sản lượng năm 1995 để có thể cung cấp đủ cho nhu cầu của con người Vì vậy, toàn thế giới đang tập trung khai thác và sử dụng ưu thế lai cây lương thực trong đó có cây lúa nước

4.8 Thực tế cho thấy, lúa lai có thể cho năng suất cao hơn 20% so với lúa thuần Vì vậy, trong những năm qua, lúa lai đã trở thành một trong những cây lương thực cho năng suất và hiệu quả khá cao

4.9 ở Việt Nam, lúa lai bắt đầu được nghiên cứu từ những năm 1980 tại một số đơn vị nghiên cứu Nguồn vật liệu chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc,

Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) và Ấn Độ Với phương châm đi tắt, đón đầu,

áp dụng những thành tựu khoa học về lúa lai trên thế giới, Việt Nam bước đầu đã thu được nhiều kết quả rất đáng khích lệ

4.10 Tuy nhiên, thực tế hiện nay là đa số các giống lúa lai đang được trồng ở Việt Nam là những giống lúa được nhập khẩu từ Trung Quốc, chúng ta vẫn phải nhập trên 80% giống lúa F, từ Trung Quốc về sản xuất ở Việt Nam Việc phụ thuộc vào các giống lúa lai Trung Quốc khiến chúng ta không thể chủ động được kế hoạch sản xuất cũng như ổn định về chất lượng giống Vì vậy, giải quyết được nguồn hạt giống bố mẹ cung cấp cho sản xuất lúa gạo trong nước là cần thiết

4.11 Nhằm phục vụ mục tiêu trước mắt là làm chủ công nghệ chọn và nhân thuần các dòng bố mẹ tốt phục vụ cho quá trình sản xuất hạt lai Fj chúng tôi đã

tiến hành triển khai đề tài: “Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng cao”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Chọn thuần dòng mẹ IR58025A, dòng duy trì bất dục IR5025B

- Chọn thuần các dòng bố RTQ5, R838, PM3 cho các tổ hợp lai nội địa chất luợng tốt nhu: HYT83, HYT92 và HYT 100

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

4.12 Đề tài “Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng cao” có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện phuơng pháp chọn lọc

dòng bố mẹ lúa lai

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Kết quả của đề tài có thể chọn ra các dòng bố mẹ tốt, cho con lai có ưu thế lai cao, năng suất ổn định phục vụ sản xuất hạt lai F, nhằm mở rộng diện tích trồng các giống lúa lai nội địa có chất lượng cao ở Việt Nam

- Kết quả của đề tài giúp phần nào chủ động về giống bố mẹ phục vụ cho sản xuất hạt lai F, trong nước, tiếp giảm giá thành hạt giống lúa lai F,

1.4 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu của đề tài

4.13 Nội dung nghiên cứu chọn thuần nguồn bất dục đực IR58025A là rất lớn Do điều kiện thời gian và thực tế yêu cầu ngoài sản xuất mà chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu chọn thuần các dòng IR58025A, IR58025B, RTQ5, R838, PM3 phục vụ cho quá trình sản xuất các tổ hợp lai HYT83, HYT92 và HYT100 Đây là những tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng tốt đã được công nhận và được ưa chuộng trong sản xuất cũng như thị trường tiêu thụ gạo miền Bắc nước ta

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ cơ sở KHOA HỌC

4.14 CỦA ĐỂ TÀI

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài.

4.15 Quá trinh sản xuất hạt giống lúa lai ba dòng đuợc tiến hành theo hai buớc cơ bản đó là: (1) Nhân dòng CMS (A X B) và

4.16 (2) Sản xuất hạt lai F, (A X R)

4.17 Đặc điểm của dòng A là dòng bất dục đục tế bào chất, hạt phấn không có sức sống, vì vậy tụ bản thân nó không thể tụ thụ phấn để kết hạt đuợc Vì vậy, muốn duy tri đuợc hạt A phải cấy xen với dòng B tuơng ứng của nó Một đặc điểm khác của dòng A là bất dục đục tế bào chất nên rất mẫn cảm với sụ thay đổi của các điều kiện môi trường nhu nhiệt độ, ánh sáng, vùng sinh thái

4.18 Xuất phát từ những cơ sở trên, muốn có những dòng bố mẹ và con lai F, tốt, ổn định lâu dài qua các vụ sản xuất thì về công tác chọn giống cần phải giải quyết các vấn đề lớn sau:

> Chọn lọc ra các dòng bố mẹ có các đặc tính ưu việt, ổn định cung cấp cho quá trình sản xuất hạt lai F,

> Chọn thời vụ nhân thích hợp sao cho thu được năng suất chất lượng hạt giống tốt nhất

2.2 Sơ lược quá trình nghiên cứu và sử dụng ưu thế lai ở lúa.

4.19 Ưu thế lai (Heterosis) là một thuật ngữ để chỉ tính hơn hẳn của con lai F, so với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất, chất lượng hạt và các đặc tính khác

4.20 Hiện tượng ưu thế lai đã được biết đến từ lâu Năm 1763, nhà thực vật học người Nga gốc Đức là Kolreuter đã phát hiện được hiện tượng ưu thế lai ở cây thuốc lá khi trồng thuốc lá Nga cạnh thuốc lá Peru [43]

4.21 Trên cây lúa, ưu thế lai lần đầu tiên được công bố bởi nhà thực vật

học người Mỹ là J.w Jones trên những tính trạng số lượng và năng suất lúa Tiếp

sau đó, nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất

4.22 Những tài liệu về ưu thế lai của lúa sau này đã được Chang và cs

(1973); David & Rutger (1976) [33]; Vữmani et al (1997); Kim & Rutger (1985) [41] tổng kết Tất cả những công bố này một lần nữa khẳng định sự tồn tại của ưu thế lai Từ đây có thể đề xuất việc khai thác và sử dụng lúa ưu thế lai ở đời Fj

4.23 Việc đánh giá mức độ ưu thế lai của con lai F, dựa trên cơ sở di truyền của bố, mẹ người ta thấy mức độ ưu thế lai biến đổi theo qui luật sau: Indica/Japonica > Indica/Javanica > Javanica/Japonica >Indica/Indica > Javanica/Javanica > Japonica/Japonica

4.24 Bố, mẹ càng khác xa nhau về mặt di truyền thì ưu thế lai thể hiện càng cao nhưng dễ dẫn đến hiện tượng bất thụ và bán bất thụ do tương tác giữa gen nhân và tế bào chất, cũng như xảy ra tái tổ hợp rất mạnh giữa các gen khác nhau (Li

z, 1988) [44],

4.25 Trên thực tế, các nhà chọn tạo giống thường quan tâm đến ưu thế lai của các tính trạng liên quan đến hiệu quả kinh tế như năng suất cao, chất lượng tốt, thích ứng rộng và chống chịu được sâu bệnh Ưu thế lai có thể có giá tri dương hoặc giá tri âm tùy theo mục đích của các nhà chọn giống

4.26 Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1964, chỉ 12 năm sau Trung Quốc đã là nước đầu tiên trên thế giới trồng lúa lai thương mại Nhờ mở rộng diện tích gieo cấy lúa lai nhanh chóng nên mặc dù diện tích lúa của

4.27 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 đã làm tăng thêm 300 triệu tấn thóc

4.28 Chất luợng gạo của lúa lai cũng đuợc chú ý đảm bảo trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và đua vào sản xuất Trung Quốc tập trung phát triển các giống siêu thế hệ thứ hai với mục tiêu đạt năng suất 12 tấn/ha khi đua vào sản xuất đại trà Các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng lúa siêu có một tuơng lai phát triển sáng sủa khi đã phủ diện tích tới 13 triệu ha hàng năm và làm tăng năng suất thêm 2,25 tấn/ha.

4.29 Thành công này giúp nền nông nghiệp Trung quốc tin rằng sản luợng luơng thục đạt đuợc 30 triệu tấn/năm đồng nghĩa với việc đảm bảo luơng thục cho thêm 75 triệu nguời

4.30 Sau những thành công rục rỡ về lúa lai của Trung Quốc, nhiều nuớc trên thế giới đã bắt đầu tập trung nghiên cứu và phát triển lúa lai trong đó có Việt Nam, Ẩn Độ, Bangladesh, Bắc Triều Tiên, Philippines song, mạnh nhất chỉ có Việt Nam và Ấn Độ

4.31 Năm 1983, lúa lai đã đuợc nhập nội và nghiên cứu tại Viện Khoa học

Kỹ Thuật Nông nghiệp Việt Nam và Viện lúa Đồng bằng Sông Cửu Long

4.32 Kết quả đuợc Nguyễn Văn Luật và cộng sụ công bố năm 1990, từ 28 dòng CMS của Trung Quốc và IRRI đánh giá về tính bất dục đục, các đặc điểm nông sinh học, khả năng thích ứng thấy ba dòng cải tiến của IRRI có nhiều uu điểm hơn cả, có thể sử dụng chúng làm nguồn vật liệu chính để sản xuất con lai Fj

đó là dòng V20A, IR58025A, IR62829A [14]

4.33 Một số dòng phục hồi có triển vọng cho ba dòng CMS trên cũng đã đuợc đánh giá qua lai thử Song việc ứng dụng kỹ thuật lúa lai trong giai đoạn này còn có nhiêu hạn chế đặc biệt là tỷ lệ đậu hạt của dòng mẹ còn thấp vì vậy năng suất hạt thu được chỉ từ 450 đến 1.200kg/ ha

4.34 Cũng theo Nguyễn Văn Luật và cộng sụ thì ở thời kỳ này chuơng trình nghiên cứu lúa lai tập trung vào các nội dung chủ yếu sau:

- Đánh giá các dòng CMS nhập nội và xác định các dòng duy tri (dòng B), dòng phục hồi (dòng R) triển vọng.

- Xây dựng qui trình sản xuất F, phù họp ở Việt Nam

- Đánh giá ưu thế lai vẽ năng suất của con lai F, và xác đinh những tổ họp lúa lai triển vọng

4.35 Ngoài ra, nhờ việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật phù hợp như bố trí bố mẹ trỗ trùng khớp, phun GA3, cắt lá đòng và thụ phấn bổ sung mà năng suất

hạt lai F, đạt tới 2 tấn] ha.

4.36 Trong giai đoạn 1989- 1991, một số tổ hợp lúa lai đã được đánh giá

có năng suất cao hơn các giống lúa thuần làm đối chứng từ 15- 40% như tổ hợp IR54725A/IR64 năng suất đạt 7,2 tấn/ha, tổ hợp IR54757A/IR64 đạt 7,5 tấn/ha, tổ họp IR58025A/IR29723 đạt 7,56 tấn/ha, tổ họp IR62829A/ Pusa đạt 9,05 tấn/ha

4.37 Ngoài ra một số giống lúa lai nhập từ Trung Quốc như Shanyou 63, Boy ou 64 và một số tổ họp lai tạo trong nước như IR58025A/OM80, IR62829A/IR29723 đã được đưa vào sản xuất ở đồng bằng sông Hồng cũng như ở Đồng bằng sông Cửu Long

4.38 Từ 1992, việc nghiên cứu lúa lai ở Việt Nam cũng được quan tâm nhiều hơn Trong giai đoạn này đã tiến hành công tác nhập nội, thu thập và đánh giá vật liệu Chương trình chọn giống lúa lai quốc gia đã đánh giá đặc tính bất dục đực, các đặc điểm nông sinh học và khả năng thích ứng của 77 dòng CMS nhập nội từ Trung Quốc, IRRI, Ấn Độ Nguyễn Trí Hoàn, 1996) [10]

4.39 Viện nghiên cứu lúa Đồng bằng sông Cửu Long đã chọn lọc được 8 dòng CMS có khả năng thích ứng cao là IR58025A, IR66707AJR62829A, IR64608A, IR68888A, IR67684A, IR64607A, PMS10A

4.40 Còn đối với các tỉnh phía Bắc, qua 4 năm nghiên cứu và đánh giá, đã chọn lọc ra đuợc 14 dòng CMS có khả năng thích ứng cao, bao gồm các dòng Zenshan97A, BoA, Kim23A, OMS1A, IR58025A, IR62829A, PMS1A, PMS1

OA (Nguyễn Trí Hoàn, 1995) [11], trong đó có một số dòng đã đuợc sử dụng rộng rãi cho quá trinh sản xuất hạt lai F, của các tổ họp Shanyou 63, Shanyou Quế99, Boyou 64, Kim you Quế99, HYT57, HYT83, HYT100

4.41 Ngoài ra có hàng trăm dòng R và một số loài lúa dại cũng đã đuợc thu thập và đánh giá phục vụ cho mục đích tạo giống lúa lai

4.42 Để tạo đuợc các dòng CMS thích ứng với điều kiện nhiệt đới, 132 tổ họp lai xa khác loài giữa lúa dại và lúa trồng đã đuợc thục hiện và phát triển thông qua kỹ thuật cứu phôi và lai lại Cũng thông qua chuơng trình này, 8 dòng CMS từ

năm nguồn lúa dại Oryza rufipogon, Oryza nỉvara đã đuợc tạo ra 4 trong số 8

dòng đó có nguồn tế bào chất bất dục từ lúa dại Đồng Tháp kết hợp với nhân của giống IR66, IR70, PMS2B, V20B 5 trong số 8 dòng CMS mới tạo ra trong nuớc là OMS1, OMS2, OMS3, OMS4, RpMS2 có kiểu di truyền “giao tử thể” rất khác với nguồn WA của Trung Quốc (Nguyễn Trí Hoàn, 1996) [10],

4.43 Từ năm 1983, ở nuớc ta đã có nhiều nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai 3 dòng phục vụ cho sản xuất, các kết quả nghiên cứu đã đuợc tổng hợp để giới thiệu các phuơng pháp cũng nhu thủ thuật chọn tạo vật liệu khởi đầu làm bố mẹ nhằm tạo ra các tổ hợp lai cao sản, có phẩm chất tốt, chống chịu sâu bệnh và thích ứng rộng (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [25]

4.44 Hàng năm nhiều tổ họp lúa lai cũng đuợc nhập nội và đánh giá, một

số tổ hợp lúa lai có triển vọng nhu UTL1, UTL2, hai giống này có đặc điểm nông sinh học phù họp, cho năng suất cao, phẩm chất gạo tốt (Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long, 1995) [28]

4.45 Đối với các tỉnh phía Bắc, thông qua việc đánh giá các tổ họp lúa lai

3 dòng nhập nội từ IRRI ở vụ Mùa 1994 đã xác định đuợc 6 tổ họp và HYT31, HYT49, HYT50, HYT53, HYT55, HYT56 cho năng suất cao hơn CR203 từ 20% đến 30%, trong đó tổ họp HYT50 năng suất đạt 53,6 tạ/ ha (so với CR203 41 tạ/ha), phẩm chất gạo tốt Đây là một huớng đi quan trọng nhằm tìm ra các giống lúa lai ưu

việt phù hợp với điều kiện vụ Mùa ở miền Bắc nước ta (Nguyễn Trí Hoàn và cộng

sự, 1996) [10]

4.46 Trung tâm Nghiên cứu Lúa lai-Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã tiến hành lai thử gần 2.000 tổ hợp [26] Qua đánh giá sơ bộ, 138 F, cho năng suất cao hơn đối chứng CR203 là 20%, trong đó có 13 F, năng suất vượt CR203 trên 50% các cặp lai thử này chủ yếu dùng mẹ là ZhenShan97A, TeA, Kim23A, BoA, IR58025A, IR62829A (Quách Ngọc Ân, 1994) [1],

4.47 Nhiều tổ họp lúa lai chất lượng cao đã được chọn lọc và lai tạo trong nước như HYT57, HYT82, HYT83 đặc biệt tổ hợp HYT57 đã được công nhận khu vực hoá cho vụ Mùa trung (Hoan N.T, 2001) [36]

4.48 Hai tổ hợp mang gen kháng Rầy nâu biotype2, đó là CT95-1 (L) có

mẹ là Kim23A và CT95-2 (L) có mẹ là Bo A đã được Viện Bảo vệ Thực vật lai tạo

ra (Lê Văn Thuyết và cộng sự, 1995) [23]

4.49 Viện Di truyền Nông nghiệp đã tạo ra nhiều tổ họp cho năng suất cao, thích ứng rộng, trong đó tiêu biểu là tổ họp B0A/DTI2 (Viện Di truyền Nông nghiệp, 1995) [27],

4.50 Ngoài ra, qua nghiên cứu trên dòng BoA và BoB cho thấy khi duy tñ dòng A bằng dòng B thì liên tục xảy ra sự thoái hoá vẽ tính bất dục đực tế bào chất qua các thế hệ Sau mỗi thế hệ có tới 10% số cá thể và gần 90% số dòng

4.51 BoA có sự thoái hoá tính bất dục đực tế bào chất Đây là điểm quan trọng cần chý ý trong chọn giống lúa lai 3 dòng ở Việt Nam (Bùi Thị Oanh

và Lê Văn Nhạ, 1998) [17]

4.52 Cùng với sự hỗ trợ và khuyến khích của nhà nuớc và các địa phuơng, lúa lai đã đuợc nông dân các tỉnh tiếp thu một cách nhanh chóng Tính đến nay Việt Nam là nuớc đứng thứ 2 trên thế giới về diện tích trồng lúa lai thuơng phẩm

4.53 Hiện nay diện tích trồng lúa lai thuơng phẩm của chúng ta ngày càng đuợc mở rộng, đặc biệt là các tỉnh phía Bắc Nhiều giống lúa lai Trung Quốc đã

đuợc đua vào gieo trồng và năng suất tăng so với lúa thuần từ 1,5- 2 tấn/ ha.

4.54 Thành công trong sản xuất lúa lai góp phần giúp Việt Nam trở thành nuớc đứng thứ hai trong xuất khẩu gạo tại châu Á Việc sử dụng giống lúa lai F, đã trở thành nhu cầu không thể thiếu đuợc của nông dân ở nhiều tỉnh miền Bắc và một

số tỉnh miền Trung Việt Nam hiện nay

2.3 Sơ lược quá trình nghiên cứu hệ thống bất dục đực trong chọn 4.55 giống lúa lai.

4.56 Bất dục đực ở thực vật nói chung và ở lúa nói riêng là hiện tượng hạt phấn bị thui chột nên không có sức sống và mất khả năng thụ tinh, nhưng bộ phận sinh sản cái của hoa (noãn) vẫn có khả năng thụ phấn và thụ tinh bình thường Hiện tượng bất dục đực được tạo ra là kết quả của đột biến tự nhiên, đột biến nhân tạo hoặc lai xa Bất dục đực được chia làm 2 nhóm trên cơ sở sự sai khác về bản chất di truyền

4.57 o Bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility-CMS)

4.58 o Bất dục đực nhân (Nuclear Male Sterility)

2.3.1 Dòng bất dục đực tế bào chất.

4.59 Lúa là cây trồng tự thụ phấn nghiệm ngặt, vì vậy muốn sản xuất hạt giống lúa lai F, cần phải có một hệ thống dòng bất dục đực hiệu quả.Theo Virmani (1997) [51]; Yuan et al (1989) [54]; Ahmed (1996) [30] thì hệ thống bất dục đực do gen trong nhân và tế bào chất ở lúa (cytoplasmic genetic male sterile- CMS) được điều khiển bởi sự tương tác giữa gen trong nhân và gen tế bào chất

4.60 Sự có mặt của cặp gen lặn trong nhân do sự phục hồi tính hữu dục, cùng với các yếu tố gây bất dục trong tế bào chất làm cho cây bất dục đực

(S.S.Virmani, 1988) [50] Theo Kim c H (1985) [41] thì những tác nhân di truyền

tồn tại trong tế bào chất là một phần DNA của ty thể Trong hệ thống bất dục đực này, tính hữu thụ được kiểm tra bởi hai nhân tố đó là tế bào chất và nhân

4.61 Khi thiếu sự tồn tại của yếu tố di truyền gây bất dục trong tế bào chất cây trở nên hữu thụ, cũng một tế bào chất như vậy nếu gen phục hồi trong nhân là đồng hợp tử lặn thì cây có khả năng duy trì tính bất dục đực (maintainer) (Yuan et

al, 1989) [54],

4.62 Shinjyo và cs (1969) [46]; C.Shịnyo & T.Omura (1975) [48] lần đầu

tiên thông báo là đã tạo được dòng bất dục đực tế bào chất ở lúa trồng bằng phương pháp lai ngược trở lại (Backross) giữa các loài phụ Boro- Il/Taichung65 Kết quả đã thu được dòng bất dục đực với tế bào chất của Boro-II và nhân của Taichung 65 Vào năm 1969 ông đã tìm ra gen phục hồi Rf của dòng bất dục đực tế bào chất của Boro-II ở một số giống Indica khác nhau, nhưng vì ông không thông báo nên việc ứng dụng chúng trong sản xuất đã không được thực hiện

4.63 Khi nghiên cứu cơ chế gây bất dục ở cây trồng Erickson (1969) [34]

đã đưa ra thông báo về hai dạng tương tác khác nhau giữa gen nhân và tế bào chất ở lúa đó chính là dòng CMS Japónica tạo ra từ tế bào chất của lúa Indica Birco (PI297120) Tiếp sau đó là Carnahan cũng tìm ra dòng bất dục đực tếbào chất của lúa bằng phương pháp lai xa, tạo ra dòng CMS từ việc sử dụng tế bào chất của glaberrima và nhân giống Colusa của Mỹ

4.64 Cũng vào năm 1972 Athwal và Virmani tạo dòng CMS bằng việc thay nhân của giống Pankhari 203 vào tế bào chất của giống lúa nửa lùn Taichung Nativa 1 Nhưng dòng này không ổn định, dạng hình kém và mẫn cảm với ánh sáng

4.65 Năm 1964, Yuan Long Ping đã tìm được cây lúa bất dục đực ở giống Đồng tình vạn tiên (Indica) và ông bắt đầu nghiên cứu nó (L.P.Yuan, 1989) [54], Đến năm 1970 Libihu đã tìm ra giống lúa dại bất dục đực tế bào chất ở dạng WA (Wild Abortive) đầu tiên, đây cũng là tiền thân của sự ra đời các dòng bất dục đực tế bào chất hiện nay đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Dạng bất dục đực WA có đặc điểm là rất ổn định

4.66 Bằng phương pháp lai tích lũy (backcross), người ta đã chuyển được

tế bào chất bất dục đực dạng này vào nhiều giống khác nhau và tạo ra được nhiều dòng CMS khác nhau để tăng hiệu quả sử dụng của nó

4.67 Các giống lúa lai hiện đang được sử dụng ngoài sản xuất tới 85% là giống được tạo ra trên cơ sở của các dòng bất dục đực dạng WA (L.P.Yuan, 1989) [54],

4.68 Để tránh hiện tượng đồng nhất về tế bào chất trong sản xuất cũng như các dịch bệnh lớn xảy ra, người ta đã nghiên cứu tạo ra nhiều nguồn CMS có tế bào chất khác nhau, nhằm mục đích đa dạng hoá nguồn CMS và tạo ra các dòng thích nghi với từng vùng sinh thái cụ thể

4.69 Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nhóm giống có nguồn tế bào chất bất dục khác nhau (Young J., 1993) [53] Tuy nhiên, có nhiều dòng không được sử dụng mặc dù khả năng thích ứng rộng, con lai có năng suất cao, chất lượng tốt nhưng không ổn định, độ thuần kém.Trong nghiên cứu phát triển dạng bất dục đực tế bào chất ở lúa, năm 1985 Zhang đã đưa ra một

số kết luận vẽ khả năng tạo dòng CMS và dòng duy trì tuơng đồng nhu sau:

- Sụ tồn tại của bất dục đục tế bào chất phụ thuộc vào sụ tuơng đồng giữa tế bào chất và nhân Khoảng cách giữa tế bào chất và nhân của dòng mới đuợc nạp tính trạng bất dục đục tế bào chất càng lớn thì tần số xuất hiện bất dục đục tế bào chất và dòng duy tri của nó càng lớn

- Sụ sai khác vẽ mức độ bất dục phấn phụ thuộc vào sụ kết họp giữa tế bào chất và nhân Bất dục hạt phấn có thể quan sát từ giai đoạn đơn nhân sớm (từ truớc khi phân bào nguyên nhiễm lần 1 để hình thành hạt phấn đến giai đoạn 2 nhân-truớc khi tung phấn) Nếu sụ thui chột càng xảy ra ở giai đoạn sớm thì tỷ lệ bất dục không hạt phấn càng lớn

4.70 Để thuận lợi cho quá trình nghiên cứu và sử dụng, có thể phân loại các dòng CMS nhu sau (L.P.Yuan et al, 1989) [54]:

4.71 * Phân loại bất dục đực tế bào chất theo đặc điểm di truyền.

4.72 Đối với lúa, hệ thống bất dục đục tế bào chất có gen N nằm ở tế bào

chất kiểm soát tính hữu dục đục, gen s nằm ở tế bào chất kiểm soát tính bất dục đục,

gen R nằm ở nhân tế bào kiểm soát tính hữu dục đục, gen r nằm ở nhân tế bào chất kiểm soát tính bất dục đục Dựa vào đặc điểm di truyền vẽ tính bất dục đục (CMS) thành hai nhóm:

19

Sơ đồ di truyền bất dục đực giao tử thể

Sơ đồ di truyền của dòng bất dục đực bào tử thể

4.73 > Bất dục đục bào tử thể (Sporophytic): Hạt phấn bất dục đục do kiểu gen của thể bào tử qui định, khi kiểu gen của thể bào tử là S(rr) thì bao phấn có màu trắng, hạt phấn bị thui chột, nhăn nheo, không nhuộm màu dung dịch I- KI 1% Bất dục đực dạng này có tính ổn định, khi trỗ không thoát cổ bông, phổ phục hồi hẹp Loại bất dục này bao gồm các dòng CMS

có tế bào chất thuộc nhóm WA và G.Dòng mẹ S(rr) X Dòng bố N(RR)

4.74 F, S(Rr) hữu thụ

4 75.

4.76 > Bất dục đực giao tử thể (Gametophytic): ở dạng bất dục này, hạt phấn bị thui chột, không có sức sống là do chính kiểu gen của hạt phấn thể giao tử điều khiển, không có liên quan đến hệ gen của thể bào tử Dạng bất dục này, hạt phấn có hình tròn, bất dục không ổn định, dễ phục hồi, trỗ thoát cổ bông Loại bất dục này bao gồm các dòng CMS có tế bào chất thuộc nhóm BT, Tian, Hồng liên

4.1

Sơ đồ di truyền bất dục đực giao tử thể

Sơ đồ di truyền của dòng bất dục đực bào tử thể

4 2.

4.92 > Nhóm bất dục điển hình : Hạt phấn có hình tam giác, hình thoi,

hình cầu khuyết vỏ nhăn nheo Hạt phấn thoái hoá vào thời kỳ sớm, đơn

nhân, không nhuộm màu dung dịch I-KI1 %.Nhóm bất dục hạt phấn có

màu trong dung dịch I-KI 1%, hạt phấn thoái hoá ở thời kỳ hai nhân

> Nhóm bất dục hạt phấn nhuộm màu: Hạt phấn hình cầu nhuộm màu từng

phần hoặc nhuộm màu rất nhạt trong dung dịch I-KI 1% Hạt phấn thoái hoá ở thời

kỳ ba nhân

4.93 * Phân loại dòng bất dục đực hạt phấn dựa trên quan điểm giữa dòng duy trì và dòng phục hồi.

4.94 Theo quan điểm này thì hệ thống CMS có thể tách làm ba nhóm sau:

4.95 ít Nhóm WA: Là nhóm bất dục đục hoang dại, ở nhóm này các dòng

đuợc tạo ra là do lai giữa lúa dại với giống Indica chín sớm nhu V20, Zhenshan 97, Er-jiu-nam, V41 các dòng bất dục đục dạng này dễ chọn dòng duy trì từ nguồn Indica của Trung Quốc và dòng phục hồi từ các giống của IRRI (Z.Li & Y.Zhu,

1988 [44]; L.P.Yuan et al, 1989 [54]; Z.Li & Yuan, 1980 [45]) nhu Taiyinl, IR24, IR26, Indica chín muộn nhu Xue Guzao, Zhu Ai Ngoài các giống có tế bào chất bất dục đục kiểu WA còn có các dòng CMS có tế bào chất thuộc nhóm G

4.96 Nhóm bất dục dạng Hồng liên (L.P.Yuan, 1989 [54]; Z.Li & Yuan, 1980 [45]): Dạng này đuợc tạo ra khi lai lúa dại râu đỏ với các giống bố nhu Lian-Tang-Zao chúi sớm thuộc nhóm Indica Dạng này khi lai với ZhenShan 97, V20, V41 Ü1Í lại phục hồi, còn khi lai với Tai Yin 1 là giống phục hồi cho dạng

WA thì lại duy tñ cho chúng Các giống IR24, IR26 khi lai với nhóm này thì khả năng phục hồi rất kém

4.97 ít Nhóm bất dục đực dạng BT: đây là kiểu bất dục đục đặc trung cho

loài phụ Japónica nhu Tiên 1, Tiên 3 (Sínica) đặc điểm của nhóm này là hầu hết các giống Sínica đều có khả năng duy tri, còn các giống Indica lại có khả năng phục hồi (Z.Li & Yuan, 1980 [45]; C.Shinjyo, 1975 [47])

4.98 Sau những nghiên cứu về nguyên nhân gây bất dục đực tế bào chất, bản chất di truyền của bất dục đực tế bào chất Các nhà khoa học đã đưa ra một số

phuơng pháp chọn dòng bất dục đục tế bào chất nhu sau:

4.99 * Nháp nôi : là phuơng pháp chọn giống mất ít thời gian và có hiệu

quả cao Các dòng vật liệu đuợc nhập nội vào Việt Nam cần tiến hành chọn lọc, phân lập, đánh giá khả năng thích ứng của chúng để đua vào sử dụng có hiệu quả

4.100 * Gá V dỏt biến: Có thể chọn tạo ra dòng bất dục đục tế bào chất mới bằng phuơng pháp gây đột biến nhân tạo hoặc chọn lọc từ đột biến tụ nhiên

4.101 Theo một số tác giả (Nguyễn Thị Trâm, 1995 [25]; S.S.Virmani et al,

1986 [52]; S.S.Vữmani & B.H.Wan, 1988 [50]) thì việc sử dụng nguồn tế bào chất bất dục đục sẵn có để lai tích luỹ nhằm tạo ra những dòng bất dục đục tế bào chất có kiểu gen di truyền mong muốn Các dòng CMS hiện nay đang sử dụng trong sản xuất chủ yếu đuợc tạo ra từ phuơng pháp này

4.102 *■ Sứ duns kỹ thuât cấy chuyên nhân: Lấy nhân tế bào của một số

4.103 giống chuyển vào tế bào chất của giống khác để tạo dòng CMS mong muốn bằng công nghệ tế bào hoặc bằng phuơng pháp lai trở lại liên tục và chọn lọc cá thể có những tính trạng mong muốn

4.104 *■ Lai xa khác loài để tạo ra con lai có gen nhân và tế bào chất khác

nhau, nhu lai lúa dại và lúa nửa dại với lúa trồng hoặc giữa các giống lúa trồng có đặc điểm di truyền khác xa nhau, Indica nguyên thuỷ chúi muộn với Japónica chín sớm

4.105 Bằng phuơng pháp này nguời ta đã tạo ra đuợc nhiều dòng CMS có

tế bào chất khác nhau, giúp đa dạng hoá nguồn di truyền tế bào chất của các dòng CMS để đua vào sử dụng

4.106 Sơ đồ chọn tạo CMS bằng lai xa khác loài (S.S.Vữmani et al, 1997)

[51]

4.107 Lúa dại X Lúa trồng (A)

4.115. (BC- Backcross: Lai trở lại).

4.116 - Lai xa giữa các loài phụ lúa trồng Indica/ Japónica; Indica/ Javanica; Japónica/ Javanica có khả năng chon được con lai bất dục ở thể hệ phân

ly, kiểu bất dục “BT” của Nhật, Tiên 3 của Trung Quốc được chọn từ các cặp lai loại này

4.117 - Lai giữa các giống cùng loài phụ ít có cơ hội chọn ra các dạng bất dục Tuy nhiên, nếu chọn bố mẹ là các giống địa phương cổ truyền chưa được cải tiến vẫn có thể tạo ra các dạng bất dục mới Kiểu bất dục “G” và “ZhenDin 28 A” thu đuợc từ tổ hợp lai loại này (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [25]

4.118 * Sửduns kỹ thuât MAS

4.119 Có thể sử dụng kỹ thuật MAS để chọn tạo các dòng A, B, R phục vụ cho nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai Với sụ trợ giúp của các kỹ thuật hiện đại, ngày nay con nguời đã phân lập và chuyển nạp các gen chống bệnh, chống sâu, gen điều khiển hoạt động quang hợp theo chu trình C4 từ cây ngô sang các dòng bất dục đục

2.3.2 Dòng duy trì bất dục đực tế bào chất ở lúa.

4.120 Theo Yuan et al (1989) [45] để duy trì dòng bất dục đục tế bào chất ở lúa, cần phải có cây duy tri Cây này có gen duy trì tính bất dục đục nằm trong nhân

tế bào là gen lặn (rr), do đó cây duy trì có phấn bình thuờng, nhung khi đem lai cây này với các dòng CMS thì F, lại biểu hiện tính bất dục đục

4.121

AxB

(rr) X 4.124

4.131 Con lai giữa A và B đuợc gọi là A

4.132 Một dòng duy trì (dòng B) có thể duy trì đuợc một hay một số dòng bất dục đục Dòng duy trì đuợc cho là tốt thì nhất thiết phải có độ thuần quần thể cao, dạng hình phù hợp, ổn định và phải cung cấp nhiều phấn cho dòng bất dục đục (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [25]

4.133 Dòng duy tri là một công cụ di truyền đặc biệt, để giữ dòng A Nếu không có dòng B thì không thể nhân đuợc dòng A bằng hạt, mà phải nhân vô tính Khi lai A X B sẽ thu được hạt lai do có thụ phấn chéo giữa dòng A và dòng B Hạt lai này khi gieo sẽ mọc thành cây bất dục nên gọi là nhân dòng A để phân biệt với quá trình sản xuất hạt lai Fj

4.134 Muốn tìm đuợc dòng duy trì trong một tập đoàn rất nhiều giống lúa cần phải có dòng A bất dục đục để lai thử Mỗi tổ họp lai thử cần 40-50 hạt lai Gieo

4 3.

các tổ hợp để đánh giá Tốt nhất là đánh giá lúc lúa bắt đầu trỗ, tiến hành kiểm tra hạt phấn của tất cả các cá thể Nếu tỷ lệ phấn bất dục đạt 90%-100% thì dòng cho phấn chính là dòng B.

4.135 Thông thuờng mỗi dòng B chỉ duy trì tốt cho một dòng A nhất định hoặc có thể duy trì cho một số dòng A cùng kiểu Để giữ đuợc độ thuần vẽ kiểu hình

và độ thuần vẽ tính bất dục cho dòng A, bao giờ cũng phải duy tñ cùng cặp A X B

4.136 Chỉ khi nào muốn tạo dòng A mới đồng tế bào chất mới sử dụng dòng duy tri khác Trong truờng họp đó nhất thiết phải lai trở lại liên tục dòng bố mới với con lai (ít nhất là 6-7 lần) sao cho các tính trạng nông sinh học trong nhân

tế bào của dòng bố chuyển hết sang dòng A Sau quá trình này sẽ thu đuợc cặp A X

B mới vẽ kiểu hình, thời gian sinh truởng, đặc điểm hình thái, đặc tính nông sinh học, chỉ riêng đặc điểm bất dục là của dòng A khởi đầu

4.137 Khi cần cải tiến một số tính trạng nào đó của dòng A, truớc hết phải cải tiến tính trạng tuơng ứng của dòng B Có thể sử dụng phuơng pháp lai bổ sung tính trạng cho dòng B truớc, sau đó chọn các cá thể phân ly trong quần thể F2 có những đặc điểm mong muốn, lai cá thể chọn đuợc với dòng A, cây lai lại nếu cho hạt phấn bất dục chứng tỏ rằng cặp gen lặn rr của cây B khởi đầu đã đuợc chuyển sang con cháu Khi đó vừa tiến hành chọn cá thể ở dòng bố, vừa tiến hành lai trở lại

để chuyển toàn bộ các đặc điểm mong muốn sang cây A, nhu vậy sẽ thu đuợc dòng

B cải tiến và căp A X B cải tiến

4.138 Có thể sử dụng phuơng pháp xử lý đột biến vật lý hay hoá học để cải tiến tính trạng của dòng B Sau khi xử lý tiến hành gieo và chọn lọc cá thể có những đặc điểm mong đợi Lấy phấn của những cá thể được chọn thụ cho dòng A tương tự như quá trình lai ở trên Khi xử lý đột biến cặp gen lặn rr có thể bị mất đi hoặc bị biến đổi Vì vậy, cần phải chọn lọc nhiều cá thể mới mong tìm được dòng B có những đặc điểm mong muốn

2.3.3 Dòng phục hồi bất dục đực tế bào chất ở lúa.

4.139 Phục hồi hữu dục là khả năng của một dòng khi lai với một dòng bất dục đực nào đó cho con lai hữu dục bình thường Dòng phục hồi hữu dục đóng vai

trò vô cùng quan trọng trong chương trình chọn giống nhằm khai thác tính bất dục đực đặc thù của một công cụ di truyền mới là dòng CMS.

4.140 Theo FAO thì dòng phục hồi bất dục đực tế bào chất ở lúa là dòng, giống lúa cung cấp phấn cho dòng bất dục đực Hay nói cách khác dòng phục hồi tính hữu dục là dòng cho phấn dòng A để sản xuất hạt lai F, Con lai F, khi thu được

có hạt phấn hữu dục, khi gieo sẽ cho các cây F, đồng nhất vẽ kiểu hình và mọi tính trạng nông sinh học, đồng thời cho uư thế lai cao vẽ năng suất, chất lượng hạt và khả năng chống chịu

4.141 Đặc điểm phục hồi tính hữu dục được kiểm soát bởi 1 hoặc 2 cặp gen trội nằm trong nhân tế bào Gen trội này tác động lên tế bào chất của chính nó làm lấn át hoàn toàn tính bất dục do tế bào chất gây nên Vì vậy, khi chuyển cặp gen trội

RR vào bất kỳ giống nào dù trong tế bào chất có nhân tốt gây bất dục hay không thì dòng đó vẫn trở nên hữu dục

4.142 Người ta chia các dòng phục hồi thanh ba nhóm dựa theo khả năng phục hồi là: nhóm phục hồi mạnh (Rs), nhóm phục hồi yếu (Rw) và không có khả năng phục hồi (mang gen lặn rr)

4.143 Nghiên cứu nguồn gốc phát sinh của các dòng phục hồi, các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng trong các giống lúa thuộc loài phụ Indica nguyên thuỷ có thể dễ dàng tìm được gen trội phục hồi tính hữu dục Đặc biệt là các

4.144 giống lúa có nguồn gốc phát sinh vùng nhiệt đới ẩm, nơi có vĩ độ thấp

4.145 Nhiều giống lúa trồng châu Á có nguồn gốc phát sinh ở các tỉnh phía Nam Trung Quốc, Nam Á, Đông Nam Á mang gen phục hồi Trong tập đoàn giống lúa có nguồn gốc phát sinh từ châu Âu, châu Mỹ chua tìm đuợc gen phục hồi Theo Shinjyo (1975) [47] ở các vùng trồng lúa nhiệt đới có thể tìm đuợc các gen phục hồi tính hữu dục, trái lại, ở các vùng trồng lúa ôn đới rất khó tìm các gen này

4.146 Một dòng phục hồi phấn tốt cần có một số đặc điểm nhu

(i) Chiều cao trung bình 95-110cm, thân cứng, đẻ nhánh khoẻ và kéo dài(ii) Thời gian sinh trưởng nên bằng hoặc dài hơn dòng CMS một ít

(iii) Có nhiều tính trạng quí có thể di truyền cho con lai F, đồng thời lấn át các tính trạng xấu của dòng A nên cần có sức sinh trưởng mạnh, chống chịu sâu bệnh tốt, chống đổ, chống úng, hạn, chịu chua phèn, chịu thiếu sinh suông trong đất, chịu rét ở thời kỳ mạ

(iv) Bao phấn phát triển tốt, to, mẩy, chứa nhiều hạt phấn, khi nở hoa bao phấn cũng mở, tung phấn mạnh, tập trung, khả năng bám dính của hạt phấn tốt, hạt phấn nảy mầm nhanh và thụ tinh mạnh Một dòng R tốt có tới khoảng 3.000 hạt phấn trong khi dòng B và lúa thuờng chỉ có khoảng 600- 1.000 hạt phấn/bao phấn (L.p Yuan, 1989) [54],

(v) Có khả năng phục hồi mạnh, cho con lai F, đậu hạt cao > 80%

(vi) Có khả năng tuơng hợp di truyền rộng (wide combility) để có thể phục hồi tính hữu dục cho nhiều dòng bất dục đục khác nhau tạo ra những tổ hợp lai xa địa lý sinh thái hoặc xa huyết thống nhằm khai thác tiềm năng cho ưu thế lai cao

4.147 Người ta chia các dòng phục hồi thành hai loại như sau:

4.148 (ỉ) Phục hồi kiểu bào tử thể:

4.149 Là những dòng phục hồi tính hữu dục cho kiểu “WA”, kiểu “G” có hai cặp gen trội độc lập, chúng có thể tác động riêng rẽ nhau hoặc kết hợp với nhau

Vì vậy, có thể sử dụng trong việc cải tạo và nâng cao khả năng phục hồi cho các dòng có nhiều tính trạng tốt nhưng khả năng phục hồi chưa cao Các giống chứa hai cặp gen phục hồi trội (R1R1R2R2) có khả năng phục hồi mạnh, nếu chỉ có 1 cặp gen phục hồi (R1R1) hoặc (R2R2) thì khả năng phục hồi yếu hơn hoặc phục hồi không hoàn toàn

4.150 ( ỉ ỉ ) Phục hồi kiểu giao tử thể

4.151 Gồm những dòng phục hồi hữu dục cho kiểu “Hồng liên”, “BT”,

“Tian 1” (kiểu bất dục đực giao tử thể) Khi lai kiểu bất dục đực giao tử thể với dòng phục hồi thu được con lai F, có gen S(Rr) Tiến hành kiểm tra hạt phấn ở F, chỉ

có 50% số lượng hạt phấn hữu dục, 50% hạt phấn bất dục Tuy nhiên, tỷ lệ đậu hạt ở cây F, vẫn cao khoảng 90% như bình thường Kiểm tra hạt phấn ở thế hệ phân ly F2

sẽ thu được cây có phấn hữu dục 100% và cây có phấn hữu dục 50% đạt tỷ lệ 1:1 Hai loại này vẫn cho tỷ lệ hạt mẩy tương đương nhau và không xuất hiện cá thể bất dục như trong quần thể F2 của tổ hợp lai giữa dòng A bất dục đực bào tử thể với dòng R phục hồi hữu dục kiểu bào tử thể Lai thuận nghịch dòng R kiểu giao tử thể với dòng B cho kết quả như sau:

- Lai S(RR) X N(rr) —» s (Rr) con lai F, giống như con lai của dòng A với

R Gieo hạt thu trên cây F, được quần thể F2 phân ly giống như trường hợp nêu trên

- Lai N(rr) X s (RR) hoặc N (RR) —» N (Rr), cây F, hoàn toàn hữu dục, F2 không phân ly vẽ hạt phấn và tỷ lệ hạt mẩy trên bông

4.152 Từ những kết quả thu được trên đây có thể kết luận rằng dòng phục hồi hữu dục kiểu giao tử thể, phục hồi cho kiểu BT, Hồng Liên, Tiên 1 có một cặp gen trội kiểm soát tính trạng chỉ có hiệu quả riêng đối với kiểu bất dục đực giao tử thể mà thôi Gen phục hồi này nằm trên nhiễm sắc thể số 7

4.153 Nguời ta có thể chọn tạo dòng R bằng các phuơng pháp:

4.154 * Phân lập dòng phục hồi trong quần thể tự nhiên bằng lai thử:

4.155 Các nhà chọn giống sẽ chọn các dòng A thuộc các kiểu bất dục đục khác nhau làm mẹ để lai thử với các dòng, giống trong tập đoàn định chọn Lai lần luợt dòng mẹ với tất cả các giống, số luợng hạt lai của mỗi tổ hợp phải thu từ 50-

100 hạt Gieo các tổ hợp lai thử thành hàng, cấy kèm với bố tuơng ứng của chúng Khi lúa trỗ quan sát con lai để đánh giá:

4.156 o Đặc điểm hình thái: con lai có hạt phấn hữu dục bình thuờng trên 90% (đối với tổ hợp có mẹ là bào tử thể) hoặc xấp xỉ 50% (mẹ là giao tử thể)

4.157 o Khả năng phục hồi: con lai có tỷ lệ đậu hạt trên 80%, độ mẩy cao,

khối luợng hạt nặng.

4.158 Những con lai nào đuợc chọn sẽ đuợc lai thử lại một lần nữa ở vụ sau Mỗi tổ hợp lai thử này cần 300-500 hạt, sau đó gieo và đánh giá các chỉ tiêu vẽ bao phấn, tỷ lệ hạt phấn hữu dục, tỷ lệ đậu hạt tụ thụ Những tổ họp nào tốt chứng tổ dòng bố có khả năng phục hồi tốt, có thể sử dụng làm dòng R

4.159 * Tạo dòng phục hồi mới bằng lai hữu tính và chọn lọc cá thể (Pedigree).

4.160 Các dòng CMS hiện dùng có phổ phục hồi tuơng đối hẹp, vì vậy mà việc tìm ra dòng R tốt là rất khó khăn Phân lập dòng R trong tập đoàn lúa không thể tạo ra đuợc nhiều dòng R tốt

4.161 Để cải tiến các tính trạng nông sinh học, các tính trạng tạo thành năng suất, nâng cao sức chống chịu, khả năng phục hồi cần phải tạo các dòng phục hồi mới bằng phuơng pháp lai tạo chọn lọc cá thể ở các thế hệ phân ly Một số phuơng thức lai sau đây có thể sử dụng:

4.162 + Lai các dòng phục hồi với nhau: Chọn hai R có các đặc tính nông

sinh học tương phản có thể bổ sung cho nhau để lai và chọn cá thể ở thế hệ phân ly F2 Chọn những cá thể mang các tính trạng mong muốn rồi lai thử sớm với dòng CMS để đánh giá khả năng phục hồi Chọn dòng thuần và lai thử tiến hành song song liên tục một số thế hệ đến khi dòng bố ổn định cả vẽ khả năng phục hồi, cả vẽ tính trạng nông sinh học thì thu được dòng R mới Quá trình lai các R với nhau để cải tạo tính trạng có thể thực hiện giữa R mạnh X R mạnh; R mạnh X R yếu; R yếu

X R yếu

4.164 + Lai dòng phục hồi với các giống không có khả năng phục hồi

nhưng có những đặc điểm nông sinh học tốt có thể bổ sung cho dòng phục hồi sẵn

có như tiềm năng năng suất cao, chống chịu sâu bệnh tốt, thích ứng rộng

4.165 Sau khi lai được các tổ hợp mới tiến hành chọn lọc phả hệ (Pedigree)

ở F2 và các thế hệ phân ly Chọn cá thể có những đặc trưng mong muốn và tiến hành lai thử sớm với dòng A để quan sát khả năng phục hồi Dòng có khả năng phục hồi tốt sẽ tiếp tục chọn thuần

4.166 * Tạo dòng phục hồi mới bằng phương pháp xử lý đột biến: Dùng

các tác nhân vật lý và hoá chất gây đột biến có tác dụng tạo ra các dòng phục hồi mới hoặc làm tăng khả năng phục hồi của các dòng sẵn có

4.167 Theo Virmani (1997) [49], gen trội (R) trong nhân có thể phục hồi tính hữu thụ ở cây bất dục đưc tế bào chất, do đó cây F, trở thành hữu thụ

4.168 Nếu gọi s là tế bào chất có chứa gen gây bất dục

4.169 N là tế bào chất bình thường

4.170 R là gen trội trong nhân có khả năng phục hồi tính hữu thụ

4.171 r là gen lặn trong nhân không có khả năng phục hồi hữu thụ thì cấu trúc di truyền tế bào chất và nhân của các dòng CMS như sau:

4.177 Để biểu thị mối quan hệ giữa các dòng hay chính là quá trinh duy trì

và phục hồi trong hệ lúa lai ba dòng các nhà khoa học đã đua ra sơ đồ sau (S.S.Vữmani et al, 1997 [49]; Yuan et al, 1989 [54]; Nguyễn Thị Trâm, 1995 [25])4.178 Dòng A X B Dòng A X R Dòng B xB (tụ thụ) Dòng R X R (tụ thụ)

4.179 A (nhân dòng A)4.180 F, (sản xuất hạt lai F,) B (nhân dòng B)4.181 R (nhân dòng R)

Dòng R

sau:

4.4

4.187 Đặc tính của dạng TGMS là khi nhiệt độ cao thì chúng sẽ bất dục và ngay trở lại hữu thụ khi nhiệt độ thấp.

4.188 Kết quả nghiên cứu cho thấy tính trạng bất dục đực này là do một gen lặn nằm trong nhân kiểm soát và được ký hiêụ chung là tms

4.189 Theo Kim c H (1985) [41] thì gen tms-1 có được là nhờ đột biến tự

nhiên ở giống lúa IR54 Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 8 Gen tms-2 được gây tạo nhờ phương pháp gây đột biến bằng tia gama ở giống lúa Reimei bởi Maruyama vào năm 1991, tuy nhiên gen này vẫn chưa được đinh vị Gen tms- 3 được tạo ra nhờ phương pháp gây đột biến bằng tia gama ở giống lúa IR32364 Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 6

4.190 Nguyễn Văn Đồng và cộng sự (1995) [6] cũng bằng phương pháp gây đột biến đã tạo ra một dòng TGMS từ giống D84-1, TGMS-8

4.191 Các dòng TGMS có độ hữu thụ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nhất là trong giai đoạn từ lúc hình thành tế bào mẹ hạt phấn cho đến lúc xảy ra quá trinh giảm phân (khoảng trước khi lúa trỗ từ ngày 18 đến ngày 12) Hầu hết các

dòng TGMS có hạt phấn hữu dục ở nhiệt độ thấp (từ 22- 24°c hoặc < 26°C) (Nguyễn văn Hoan và cs, 2004) [8],

4.192 Tuy nhiên ngược lại cũng có dòng lại bất dục ở nhiệt độ thấp và hữu thụ ở nhiệt độ cao (Lê Duy Thành, 2000) [21] Đối với các dòng này thì việc nhân dòng mẹ thì dễ nhưng việc sản xuất hạt lai F, lại rất phức tạp vì vậy nó không được

sử dụng.

4.193 Theo Nguyễn văn Hoan và cs (2006) [9] các dòng TGMS sử dụng

hiện nay chưa thật đa dạng và phong phú, một số dòng còn có nhược điểm về khả năng phối hợp, cho ưu thế lai chưa cao, khả năng nhận phấn ngoài còn kém nên năng suất hạt lai thấp, ảnh hưởng rất lớn đến quá trinh phát triển các tổ hợp lúa lai 2 dòng mới

2.3.5 Bất dục đực do gen mẫn cảm với ánh sáng (Photoperiod-sensitive genic

male sterile- PGMS)

4.194 Shi Ming Song đã tìm thấy cây trồng bất dục đực ở lúa Japónica đó

là giống Nongken 58 ở tỉnh Hubei Trung Quốc vào năm 1973 Hiện tượng bất dục đực xảy ra khi nó trỗ vào thời điểm thời gian chiếu sáng ngày dài trên 14 giờ và sau

đó ở thời kỳ ánh sáng ngày ngắn hơn 13 giờ 45 phút thì cây lại trở lại hữu thụ bình thường

4.195 Một số nghiên cứu cho thấy tính bất dục của dòng PGMS không những phụ thuộc vào độ dài ngày (quang chu kỳ) mà còn phụ thuộc cả vào nhiệt độ Tùy theo mức độ phản ứng với quang chu kỳ và nhiệt độ của từng giống mà người

ta chia ra thành các dòng tương ứng như PTGMS hoặc dòng TPGMS

4.196 Trung Quốc đã chuyển được gen mẫn cảm PGMS vào nhiều giống lúa Indica cũng như Japónica bằng lai hồi qui Các con lai được sản xuất từ hệ thống hai dòng này đã được trồng và đánh giá ở nhiều vùng của Trung Quốc

4.197 Tuy nhiên do đặc điểm khí hậu của nước ta không phù hợp nên không thể sử dụng được dạng bất dục đực PGMS trong sản xuất lúa lai hai dòng vì ngày 22/6 hàng năm được coi là ngày có thời gian chiếu sáng dài nhất cũng chưa đạt tới 14 giờ/ngày

4.198 2.4 Các phương pháp xác định bất dục đực ở lúa

2.4.1 Kiểm tra bằng mắt

4.199 Theo Nguyễn Thị Trâm (1995) [25], L.P.Yuan et al (1989) [54], kiểm tra độ bất dục đực của cây lúa bằng mắt là phương pháp đơn giản song cũng rất hiệu quả bằng cách: Khi hoa nở, quan sát màu sắc cũng như độ mẩy bao phấn của cây lúa Nếu thấy bao phấn lép, đầu nhọn, bao phấn có màu trắng sữa, dùng tay búng nhẹ mà không thấy hạt phấn tung ra thì khả năng cây đó là bất dục đực

4.200 Nếu quan sát kỹ thấy có vết nứt ở cuối bao phấn điều này cho thấy cây quan sát là cây bất dục không hoàn toàn

2.4.2 Quan sát dưới kính hiển vỉ

4.201 Dùng panh lấy mẫu bao phấn trong những hoa lúa từ các vị trí khác nhau trên bông lúa khi trỗ, sau đó đem nghiền nát chúng trên lam kính, nhỏ lên đó 1 giọt dung dịch I-KI nồng độ 1% và đưa vào kiểm tra dưới kính hiển vi quang học hay kính hiển vi điện tử Hạt phấn nhuộm màu dung dịch I-KI 1% có màu xanh tối

là hạt phấn hữu thụ, hạt phấn tròn hoặc nhăn nheo nhưng không nhuộm màu I-KI1%

2.4.3 Phương pháp bao cách ly bông

4.204 Theo Yuan et al, (1989) [54], vào thời điểm cây bắt đầu trỗ bông nhưng hoa chưa nở, dùng bao giấy can hoặc giấy bóng mờ bao kín bông lúa lại, thường chỉ cần bao hai bông trên cây Sau đó khoảng 15 ngày thì mở bao cách ly ra

để kiểm tra tỷ lệ đậu hạt trên các bông đã bao, nếu không thấy hạt nào đậu chứng tỏ

là cây bất dục hoàn toàn

2.5 Sự thoái hoá các dòng bố mẹ lúa lai hệ ba dòng

4.205 Giống cây trồng ngoài sản xuất trên đồng ruộng thường xuyên tiếp xúc với những biến đổi của điều kiện ngoại cảnh nên chúng phát sinh biến dị Những biến dị này bao gồm cả có lợi và bất lợi cho mục tiêu của con nguời Những biến dị bất lợi gọi là sụ thoái hoá giống Các dòng bố mẹ lúa lai cũng tuân theo qui luật này

2.5.1 Biểu hiện thoái hoá của dòng mẹ

4.206 Các nhà chọn giống thuờng nhận biết đuợc biểu hiện của thoái hoá của dòng mẹ thông qua những biến đổi về hình thái nhu:

- Các cá thể trong quần thể không đồng nhất về kiểu hình, về thời gian sinh truởng, số lá trên thân chính, các tính trạng kinh tế, tính trạng nông sinh học bị suy giảm

- Hoàn toàn giảm sút về mức độ bất dục của cây mẹ và tỷ lệ cây mẹ, xuất hiện một tỷ lệ hạt phấn hữu dục trong bao phấn của cây bất dục (cây bán bất dục)

- Giảm sút về khả năng kết hợp dẫn đến năng suất F, thấp

- Tập tính nở hoa của một số cây A không tốt, thời gian nở hoa của cây A kéo dài

- Tỷ lệ hoa không mở tăng, tỷ lệ thò vòi nhuỵ ra ngoài vỏ trấu giảm

- Mức độ nghẹn đòng tăng

2.5.2 Biểu hiện thoái hoá ở dòng duy trì (B), dòng phục hồi (R)

4.207 Tuơng tụ nhu dòng A, các dòng B và R cũng có hiện tuợng thoái hoá

Tuy nhiên, mức độ và phạm vi khác nhau, chủ yếu là:

- Không đồng đều về thời gian sinh truởng, hình thái thân, lá, bông, hạt, đặc điểm nông sinh học và đặc tính sinh lý trong quần thể

- Khả năng phục hồi hữu dục và khả năng tổ hợp kém dần ở dòng R

- Khả năng duy trì của dòng B giảm ảnh hưởng đến độ bất dục của dòng A.

- Khả năng cung cấp phấn giảm, tung phấn không mạnh, sức nảy mầm của hạt phấn kém

- Khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh giảm

- Sức sinh truởng giảm làm tốc độ sinh truởng chậm lại

2.5.3 Thoái hoá trên ruộng lúa lai Fj

4.208 Do các dòng bố mẹ thoái hoá gây ảnh huởng trực tiếp tới con lai F, nên trên ruộng cấy lúa lai thuơng phẩm có thể dễ dàng quan sát thấy những biểu hiện:

- Độ đồng đều quần thể kém, có hiện tuợng phân ly trong ruộng lúa

- Độ đậu hạt của cây lai kém, nhiều hạt lép, lửng

- Khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận và sâu bệnh kém dần

- Năng suất ruộng lúa lai giảm dần Theo tính toán thì nếu độ thuần giảm đi 1% thì năng suất sẽ giảm tuơng ứng là lOOkg/ha

2.6 Những nguyên nhân gây thoái hoá các các dòng bố mẹ

2.6.1 Nguyên nhân gây thoái hoá dòng mẹ (dòng A-dòng CMS)

4.209 Đa số các dòng CMS của hệ lúa lai 3 dòng hiện đang sử dụng thuộc kiểu bất dục đục hoang dại “WA” Kiểu bất dục này đã có nhiều công trình nghiên cứu khẳng định nó thuộc loại bất dục thể bào tử và có thể đuợc tạo ra do lai xa giữa lúa dại và lúa trồng, bằng đột biến tụ nhiên hay nhân tạo

4.210 Về mặt tế bào, gen nhân là một đồng hợp tử lặn ký hiệu và rfrf, gen trong tế bào chất cũng kiểm soát tính bất dục đục (S-Sterile) Do nguồn gốc hình thành nên nguồn bất dục tế bào chất đã đuợc tạo ra rất nhiều nhung đến nay chỉ có khoảng 25 % số dòng CMS đuợc tạo ra là ổn định với tính bất dục trong các điều kiện môi truờng Do vậy, điều căn bản nhất để phục tráng và duy trì dòng bất dục là

phải nghiên cứu xác định các dòng bất dục đã ổn định trong từng điều kiện sinh thái nhất định để tiến hành phục tráng và sử dụng cho phát triển lúa lai.

4.211 Đối với điều kiện khí hậu và thời tiết của nuớc ta, đặc tính bất dục của các dòng CMS hiện có cũng cần phải xác định để khẳng định giá tn sử dụng và

có kế hoạch khai thác hiệu quả từng dòng Các biểu hiện thoái hoá của một dòng CMS có thể do một trong những nguyên nhân duới đây:

- Lẫn tạp sinh học: Trong quá trình sản xuất dòng CMS, do điều kiện cách

ly không đảm bảo nên đã xảy ra hiện tuợng thụ phấn chéo giữa dòng CMS với các dòng, giống lúa khác hoặc bản thân trong dòng CMS cũng có những cây khác dạng (hữu dục một phần hoặc hoàn toàn) cũng thụ phấn chéo cho các cây khác trong quần thể Lẫn tạp sinh học còn có thể do côn trùng mang phấn từ giống này sang giống khác Hậu quả của lẫn tạp sinh học là tạo ra quần thể không đồng nhất về nhiều tính trạng Một trong số biểu hiện của sự phân ly là xuất hiện những cây trỗ muộn trong ruộng lúa lai hay trong quần thể dòng CMS hoặc tạo ra những cá thể bất dục không hoàn toàn

- Lẫn tạp cơ giới: Do sụ thiếu thận trọng của nguời làm giống trong quá

trinh từ gieo hạt đến thu hoạch, chế biến hạt giống, bảo quản và vận chuyển nên đã gây ra lẫn tạp cơ giới

- Lẫn tạp do đột biến tự nhiên: Trên nguyên lý di truyền học, cơ thể và môi

truờng là một khối thống nhất Một cơ thể sinh vật tồn tại trong một môi truờng cụ thể luôn có diễn ra tuơng tác giữa nó với môi truờng Kiểu hình của cơ thể sinh vật

là kết quả tuơng tác giữa kiểu gen và môi truờng phản ánh qua công thức sau:

4.212 p = G + E + EG4.213 Trong môi truờng sống, ngoài các yếu tố nhu ánh sáng, nhiệt độ, ẩm

độ, các tác động của gió, mưa, lũ lụt còn có hàng loạt các tác nhân như bức xạ nhiệt, bức xạ ion, các tia phóng xạ, các chất vô cơ và các hợp chất hữu cơ tồn động do sự loại thải của các chu trình sống và hoạt động sống của con người và động thực vật Các yếu tố kể trên có thể gây ra một số biến dị di truyền trong cơ thể sống, trong đó

có các dòng giống lúa.

4.214 Đối với các dòng được nhập từ các vùng khác nhau về điều kiện sinh thái thì tỷ lệ biến đổi tự nhiên tương đối cao dẫn tới sự phân ly các tính trạng Các dòng CMS của Việt Nam được nhập từ Trung Quốc và IRRI cũng không là ngoại lệ đối với vấn đề này

4.215 So sánh điều kiện khí hậu của Việt Nam với Trung Quốc thấy nước ta

có khí hậu nhiệt đới nóng hơn, điều kiện về đất đai như chua, mặn cũng khác, áp lực sâu bệnh cao hơn so với điều kiện nhiệt độ ôn hoà của Trung Quốc Chính điều kiện ngoại cảnh khác biệt này mà những dòng CMS của Trung Quốc được nhân thuần ở Việt Nam nhanh chóng có những biến đổi về kiểu hình và đặc điểm sinh trưởng như: kéo dài thời gian sinh trưởng của dòng A, rút ngắn thời gian sinh trưởng của dòng R, hạt nhỏ hơn, khối lượng 1.000 hạt nhỏ hơn từ 1-3 gam, vỏ trấu mở nhiều nhưng độ thò vòi nhuỵ kém

4.216 Trong số các biến đổi kể trên có thể có những biến dị di truyền do đột biến gen gây ra Tuy nhiên, tỷ lệ này là rất thấp

2.6.2 Nguyên nhân gây thoái hoá dòng B, R, Fj

4.217 - Lẫn tạp sinh học: Trong quá trình sản xuất dòng B, R do điều kiện

cách ly không đảm bảo nên đã xảy ra hiện tượng thụ phấn chéo giữa dòng B, R với các dòng, giống lúa khác theo một tỷ lệ nhất định hoặc bản thân trong dòng B, R cũng có những cây khác dạng (bất dục một phần) cũng thụ phấn chéo cho các cây khác trong quần thể Lẫn tạp sinh học còn có thể do côn trùng mang phấn từ giống này sang giống khác Hậu quả của lẫn tạp sinh học là tạo ra quần thể không đồng nhất về nhiều tính trạng Một trong số biểu hiện của sự phân ly là xuất hiện những cây trỗ muộn trong ruộng lúa lai hoặc tạo ra những cá thể hữu dục không hoàn toàn

- Lẫn tạp cơ giới: Do sụ thiếu thận trọng của nguời làm giống trong quá

trinh từ gieo hạt đến thu hoạch, chế biến hạt giống, bảo quản và vận chuyển nên đã gây ra lẫn tạp cơ giới Hậu quả của lẫn tạp cơ giới phổ biến nhất là lẫn cây B trong

quần thể ruộng A và cây B trong ruộng lúa lai F, Chính sụ lẫn tạp cây B trong quần thể dòng mẹ dẫn tới sụ xuất hiện cây A và cây B trong ruộng lúa lai Fj.

- Lẫn tạp do đột biến tự nhiên: Cũng tuơng tụ nhu dòng A, dòng B, dòng R,

F, cũng có thể bị đột biến tụ nhiên Đối với các dòng đuợc nhập từ các vùng khác về điều kiện sinh thái thì tỷ lệ biến đổi tụ nhiên tuơng đối cao dẫn tới sự phân ly các tính trạng Các dòng B, R, F, của Việt Nam đuợc nhập từ Trung Quốc và IRRI cũng không là ngoại lệ đối với vấn đề này

4.218 Những đột biến này có thể làm rút ngắn thời gian sinh truởng của dòng R, hạt nhỏ hơn, khối luợng 1.000 hạt nhỏ hơn

2.7 Một số nghiên cứu về kỹ thuật nhân dòng bất dục đực và sản xuất

4.219 hạt giống lúa lai

4.220 Sản xuất hạt lúa lai hệ 3 dòng bao gồm dòng mẹ CMS (A), dòng duy tri (B) và dòng phục hồi (R) Ba buớc liên quan đến sản xuất hạt lai F, là

(i) Nhân dòng CMS (A X B)

(ii) Nhân dòng B và R

(iii) Sản xuất hạt lai F, (A X R)

4.221 Nhân dòng A cũng nhu sản xuất lúa lai F, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Tuy nhiên, theo Nguyễn Công Tạn và cs (2002) [20] muốn quá trinh sản xuất hạt giống thành công cần dựa vào các yếu tố chủ yếu sau:

1 Tạo quần thể bố, mẹ năng suất cao

2 Nâng cao tỷ lệ đậu hạt của dòng mẹ

3 Đảm bảo sự trỗ bông và nở hoa trùng khớp

4 Chất luợng hạt giống đảm bảo