Đánh giá nguồn vật liệu bố mẹ và chọn tạo giống lúa lai thơm hệ hai dòng

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Lúa gạo là lƣơng thực cho hơn một nửa dân số thế giới và là cây lƣơng thực lấy hạt lớn thứ hai sau ngô. Lúa đƣợc trồng ở 113 nƣớc và đóng góp 40,5% tổng lƣợng hạt lƣơng thực trên thế giới. Từ năm 1950 đến 1960, năng suất lúa tăng 20% so với việc các giống truyền thống đã tạo ra cuộc cách mạng xanh. Thành tựu đạt đƣợc cơ bản do cải tiến di truyền và tăng hệ số thu hoạch thông qua sử dụng các gen qui định thấp cây, chống chịu yếu tố sinh học và phi sinh học, chất lƣợng cao. Những năm 1970, một đột phá mới về năng suất là khai thác ƣu thế lai trong chọn tạo giống lúa ở Trung Quốc (Weibo Xie et al., 2015). Chọn tạo giống lúa lai là một trong những hƣớng nghiên cứu để nâng năng suất và sản lƣợng lúa ở trên thế giới. Giống siêu lúa lai đầu tiên Y Liangyou 900, đƣợc trồng thử nghiệm trong vụ mùa tại tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc đạt năng suất 14,8 tấn/ha (Yuan L.P., 2014). Để giống lúa lai đạt đƣợc năng suất cao cần lai giữa các loài phụ, đặc biệt là lai giữa hai loài phụ indica và japonica (Singh S.K. et al., 2015). Lúa lai có tiềm năng tăng năng suất và sản lƣợng, do vậy nhiều quốc gia đang cố gắng khai thác lợi ích của kỹ thuật này. Đến năm 2014, có hơn 40 nƣớc trồng lúa lai, ngoài Trung Quốc có Ấn Độ, Bangladesh, Indonesia, Việt Nam, Philippines và Mỹ có diện tích gieo trồng lúa lai lớn (Yuan L.P., 2014). Tuy nhiên, diện tích lúa lai tăng không đáng kể là do dòng bố mẹ có nền di truyền hẹp, khả năng duy trì, phục hồi của các dòng ƣu tú thấp, thiếu khả năng chống chịu bất thuận sinh học và phi sinh học, chất lƣợng thấp. Do vậy, cải tiến các dòng bố mẹ, khắc phục đƣợc những hạn chế trên trong chiến lƣợc phát triển lúa lai là một trong hƣớng nghiên cứu có hiệu quả nhất (Khan M.H. et al., 2015). Từ năm 1998, Việt Nam đã nhập nội một số tổ hợp lúa lai hai dòng, các tổ hợp này đều cho năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh hại. Tuy nhiên, diện tích chƣa đƣợc mở rộng là do giá hạt lai khá cao không phù hợp với điều kiện ngƣời nông dân; công nghệ nhân dòng bất dục đực và sản xuất hạt lai F 1 còn gặp nhiều khó khăn (Cục Trồng trọt, 2014). Trong giai đoạn 2001 - 2014, công tác chọn tạo lúa lai của Việt Nam đã đƣợc thúc đẩy mạnh mẽ và thu đƣợc nhiều thành tựu đáng kể; tỷ trọng lúa lai thƣơng hiệu Việt Nam đã tăng lên rõ rệt, số giống đƣợc công nhận chính thức chiếm 28% trong tổng số các giống đƣợc công nhận. Các cơ quan nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nƣớc đã tập trung vào việc chọn tạo các dòng bất dục và các tổ hợp lúa lai thích hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, kết quả nhƣ: Các dòng mẹ: T29S, T47S, 103S, T1S-96, T7S, 135S (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); AMS 35S-1, AMS 35S-2, AMS 36S-7, AMS 34S-10, AMS 35S-11, AMS 37S-76, D51S, D52S, D59S, D60S, D116S, 827S, TG1 (Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai, Viện Cây lƣơng thực và CTP); TGMS VN01 (Viện Di truyền Nông nghiệp)....Các dòng bố: R1, R2, R3, R20, R15, R16… (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); RTQ5, Q99, PM3, R242, GR10, R108 (Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai, Viện Cây lƣơng thực và CTP),… (Cục Trồng trọt, 2014). Tuy nhiên, số lƣợng dòng bố mẹ còn hạn chế, đặc biệt là các dòng có đặc điểm nông sinh học tốt phục vụ cho chọn giống lúa lai hai dòng chất lƣợng cao. Chính vì vậy, việc đánh giá, chọn tạo các dòng bố mẹ để phát triển giống lúa lai có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt, có mùi thơm là đòi hỏi cấp thiết của sản xuất lúa lai ở Việt Nam.

  ……

TRẦN MẠNH CƯỜNG

ĐÁNH GIÁ NGUỒN VẬT LIỆU BỐ MẸ VÀ CHỌN TẠO

GIỐNG LÖA LAI THƠM HỆ HAI DÕNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số : 62 62 01 11

Người hướng dẫn khoa học: 1: GS.TSKH Trần Duy Quý

2: PGS.TS Trần Văn Quang

HÀ NỘI - 2017

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nước 61.1.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới 61.1.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nước 141.2 Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng 181.2.1 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) trên lúa 181.2.2 Bất dục di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (PGMS) ở lúa 201.3 Phương pháp chọn tạo các dòng bố mẹ lúa lai hai dòng 221.3.1 Phương pháp tạo dòng mẹ lúa lai hai dòng 22

1.3.2 Phương pháp tạo dòng bố lúa lai 261.4 Di truyền của một số tính trạng liên quan đến chất lượng ở lúa 291.4.1 Di truyền và các yếu tố ảnh hưởng đến tính thơm 29

1.7.4 Nghiên cứu sử dụng GA3 để nâng cao năng suất hạt lai F1 46CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48

2.3.1 Đánh giá và chọn lọc dòng bố mẹ phục vụ cho chọn tạo tổ hợp

2.3.2 Đánh giá khả năng kết hợp và tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai

2.3.3 So sánh các tổ hợp lai trong vụ Mùa 2012 572.3.4 Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật để thiết lập quy trình

2.3.5 Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng HQ19 61

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 633.1 Đánh giá và chọn lọc dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn tạo tổ hợp

3.2 Đánh giá khả năng kết hợp và tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 133

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ADN Acid Deoxyribo Nucleic Axít Deoxyribonucleic

AFLP Amplified Fragment Length

Polymorphism

Đa hình chiều dài đoạn phân cắt được nhân bội

ARN Acid Ribonucleic Axít ribonucleic

cM Centimorgan Đơn vị khoảng cách bản đồ di truyền CMS: Cytoplasmic Male Sterile Bất dục đực tế bào chất, ký hiệu là

dòng A EGMS: Environment sensitive

Genic Male Sterility

Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường

FAO: Food and Agriculture

Oganization

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc

GCA: General Combining Ability Khả năng kết hợp chung

IAARD: Indonesian Agency for

Agricaltural Research and

Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế

MAS: Marker Assisted Selection Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử

PGMS: Photoperiod sensitive

Genic Male Sterility

Dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ

QTL: Quantitative Trait Loci Locus tính trạng số lượng

RIL Recombinant inbred lines Dòng thuần tái hợp

SCA: Special Combining Ability Khả năng kết hợp riêng

SNP- Single nucleotide Đa hình nucleotit đơn

WCG: Wide Compatibility Gene Gen tương hợp rộng

DANH MỤC BẢNG

1.1 Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nước trồng

2.1 Điểm đánh giá các chỉ tiêu chất lượng nấu nướng theo tiêu chuẩn

3.1 Một số tính trạng nông học của các dòng TGMS thơm mới phân

3.2 Một số đặc điểm hình thái của các dòng TGMS mới phân lập

trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

66

3.3 Tỷ lệ thò vòi nhụy và khả năng nhận phấn của các dòng TGMS

mới phân lập trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

67

3.4 Kết quả kiểm tra mùi thơm qua lá của các dòng TGMS mới phân

3.5 Kết quả xác định ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục của các

dòng TGMS trong vụ Mùa 2011 (trong Phytotron)

70

3.6 Tỷ lệ hữu dục của các dòng TGMS mới phân lập trong vụ Mùa

2011 tại Gia Lâm, Hà Nội (ở điều kiện tự nhiên)

72

3.7 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng TGMS mới trong

3.8 Mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng của các dòng

TGMS mới trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

77

3.9 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng TGMS

mới trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

78

3.10 Đánh giá chất lượng và mùi thơm gạo của các dòng TGMS mới

trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

80

3.11 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng R trong

3.12 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng R trong điều kiện

vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

84

3.13 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng R

trong điều kiện vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

85

3.14 Một số tính trạng liên quan đến chất lượng thương trường của

các dòng R trong điều kiện vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội 87

3.15 Một số tính trạng liên quan đến chất lượng dinh dưỡng của các

dòng R trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

88

3.16 Một số tính trạng liên quan đến chất lượng nấu nướng của các

dòng R trong điều kiện vụ mùa 2011

89

3.17 So sánh kết quả đánh giá cảm quan và phát hiện gen thơm bằng

PCR

91

3.18 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Xuân

3.19 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lúa

lai trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

94

3.20 Một số chỉ tiêu chất thương trường của các tổ hợp lai trong vụ

Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

96

3.21 Một số tính trạng liên quan đến chất lượng dinh dưỡng của các tổ

hợp lai trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

99

3.22 Tổng hợp phiếu đánh giá cảm quan cơm bằng phương pháp cho

điểm

101

3.23 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ về các yếu tố

cấu thành năng suất và năng suất ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm,

Hà Nội

103

3.24 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ trên một số

tính trạng chất lượng ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 104

3.25 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng số bông trên khóm

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 105

3.26 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng số hạt chắc trên bông

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

106

3.27 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng khối lượng

1.000 hạt của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà

Nội

106

3.28 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng năng suất lý thuyết

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 107

3.29 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng năng suất thực thu

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

107

3.30 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng tỷ lệ gạo xay của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

108

3.31 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng tỷ lệ gạo xát của các

dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 108

3.32 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng tỷ lệ gạo nguyên của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

109

3.33 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng chiều dài hạt gạo của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

109

3.34 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lượng amylose

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

110

3.35 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lượng protein

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

110

3.36 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Mùa

2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

111

3.37 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lúa

lai trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

112

3.38 Một số chỉ tiêu chất thương trường của các tổ hợp lai trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

113

3.39 Mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng của các tổ hợp

lai trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

114

3.40 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ tổ hợp lai

HQ19 trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

116

3.41 Ảnh hưởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc điểm

nông học của 2 dòng TGMS trong vụ Mùa 2013 tại Gia Lâm, Hà

Nội

117

3.42 Ảnh hưởng của liều lượng GA3 đến một số đặc điểm nông sinh

học của các dòng bố mẹ tổ hợp lúa lai HQ19 trong vụ Mùa 2012

tại Gia Lâm, Hà Nội

119

3.43 Ảnh hưởng của liều lượng GA3 đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 tổ hợp HQ19 trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

120

3.44 Ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 tổ hợp HQ19 trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

122

3.45 Ảnh hưởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc điểm

nông sinh học của dòng E15S-2 trong vụ Xuân 2013, tại Gia

Lâm, Hà Nội

123

3.46 Ảnh hưởng của mật độ cấy và lượng phân bón đến năng suất

thực thu ruộng nhân dòng E15S-2 ở vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm,

Hà Nội

124

3.47 Một số đặc điểm nông học của các giống khảo nghiệm 125 3.48 Mức độ nhiễm sâu bệnh của các giống tham gia khảo nghiệm 126 3.49 Năng suất thực thu của giống lúa lai 2 dòng HQ19 tại các điểm

khảo nghiệm

127

3.50 Một số đặc điểm về nông sinh học và năng suất của tổ hợp HQ19

3.51 Một số đặc điểm nông sinh học và năng suất của tổ hợp HQ19

trong vụ Mùa 2014 tại Tiên Du, Bắc Ninh

129

1 Tính cấp thiết của đề tài luận án

Lúa gạo là lương thực cho hơn một nửa dân số thế giới và là cây lương thực lấy hạt lớn thứ hai sau ngô Lúa được trồng ở 113 nước và đóng góp 40,5% tổng lượng hạt lương thực trên thế giới Từ năm 1950 đến

1960, năng suất lúa tăng 20% so với việc các giống truyền thống đã tạo ra cuộc cách mạng xanh Thành tựu đạt được cơ bản do cải tiến di truyền và tăng hệ số thu hoạch thông qua sử dụng các gen qui định thấp cây, chống chịu yếu tố sinh học và phi sinh học, chất lượng cao Những năm 1970, một đột phá mới về năng suất là khai thác ưu thế lai trong chọn tạo giống lúa ở

Trung Quốc (Weibo Xie et al., 2015) Chọn tạo giống lúa lai là một trong

những hướng nghiên cứu để nâng năng suất và sản lượng lúa ở trên thế giới Giống siêu lúa lai đầu tiên Y Liangyou 900, được trồng thử nghiệm trong vụ mùa tại tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc đạt năng suất 14,8 tấn/ha (Yuan L.P., 2014) Để giống lúa lai đạt được năng suất cao cần lai giữa các

loài phụ, đặc biệt là lai giữa hai loài phụ indica và japonica (Singh S.K et

Do vậy, cải tiến các dòng bố mẹ, khắc phục được những hạn chế trên trong

chiến lược phát triển lúa lai là một trong hướng nghiên cứu có hiệu quả

nhất (Khan M.H et al., 2015)

Từ năm 1998, Việt Nam đã nhập nội một số tổ hợp lúa lai hai dòng, các tổ hợp này đều cho năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh hại Tuy nhiên, diện tích chưa được mở rộng là do giá hạt lai khá cao không phù hợp với điều kiện người nông dân; công nghệ nhân dòng bất dục đực

và sản xuất hạt lai F1 còn gặp nhiều khó khăn (Cục Trồng trọt, 2014)

Trong giai đoạn 2001 - 2014, công tác chọn tạo lúa lai của Việt Nam

đã được thúc đẩy mạnh mẽ và thu được nhiều thành tựu đáng kể; tỷ trọng lúa lai thương hiệu Việt Nam đã tăng lên rõ rệt, số giống được công nhận chính thức chiếm 28% trong tổng số các giống được công nhận Các cơ quan nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nước đã tập trung vào việc chọn tạo các dòng bất dục và các tổ hợp lúa lai thích hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, kết quả như: Các dòng mẹ: T29S, T47S, 103S, T1S-96, T7S, 135S (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); AMS 35S-1, AMS 35S-2, AMS 36S-7, AMS 34S-10, AMS 35S-11, AMS 37S-76, D51S, D52S, D59S, D60S, D116S, 827S, TG1 (Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai, Viện Cây lương thực và CTP); TGMS VN01 (Viện Di truyền Nông nghiệp) Các dòng bố: R1, R2, R3, R20, R15, R16… (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); RTQ5, Q99, PM3, R242, GR10, R108 (Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai, Viện Cây lương thực và CTP),… (Cục Trồng trọt, 2014) Tuy nhiên, số lượng dòng bố mẹ còn hạn chế, đặc biệt là các dòng có đặc điểm nông sinh học tốt phục vụ cho chọn giống lúa lai hai dòng chất lượng cao Chính vì vậy, việc đánh giá, chọn tạo các dòng bố mẹ để phát triển giống lúa lai có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt, có mùi thơm là đòi hỏi cấp thiết của sản xuất lúa lai ở Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án

- Đánh giá chọn lọc nguồn vật liệu bố mẹ có năng suất cao, chất lượng tốt và có mùi thơm để phát triển giống lúa lai hai dòng cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam

- Bước đầu hoàn thiện qui trình nhân dòng bố mẹ, qui trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp lúa lai hai dòng mới có năng suất cao, chất lượng tốt và

có mùi thơm khuyến cáo cho sản xuất

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ bổ sung thêm cơ sở lý luận và phương pháp chọn tạo các dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt

độ và giống lúa lai hai dòng chất lượng cao và có mùi thơm ở điều kiện Việt Nam

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đánh giá, chọn lọc thành công dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ thơm E15S-2, làm phong phú nguồn vật liệu cho chọn tạo giống lúa lai hai dòng chất lượng cao, có mùi thơm ở Việt Nam

- Chọn tạo thành công giống lúa lai hai dòng mới HQ19 có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, nhiễm nhẹ sâu bệnh, chất lượng gạo cao, cơm có mùi thơm, mềm và ngon, làm đa dạng bộ giống lúa lai trong cơ cấu giống lúa ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam

- Bước đầu hoàn thiện qui trình nhân dòng TGMS thơm E15S-2, qui trình sản xuất hạt lai F1 giống lúa lai hai dòng HQ19 góp phần gia tăng tỷ lệ giống lúa lai được chọn tạo trong nước, chủ động nguồn giống bố mẹ và hạt lai F1

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Sử dụng các dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) mới và các dòng cho phấn (R) thơm để lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp và chọn tổ hợp lai hai dòng có năng suất cao, chất lượng tốt và gạo

có mùi thơm

- Nghiên cứu góp phần hoàn thiện qui trình kỹ thuật nhân dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ mới và sản xuất hạt lai F1 tổ hợp lúa lai hai dòng mới

- Toàn bộ quá trình lai tạo, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS mới, tuyển chọn tổ hợp lai, hoàn thiện qui trình sản xuất được thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng - Học Viện Nông nghiệp Việt Nam

- Khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng (VCU) theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN01-55:2011/BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp & PTNT do Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng Quốc gia thực hiện trong vụ Xuân 2013, Mùa 2013 và Xuân 2014 tại các điểm khảo nghiệm: Hòa Bình, Yên Bái, Hưng Yên, Hải Dương, Thanh Hóa, Nghệ An

- Khảo nghiệm sản xuất giống lúa lai hai dòng mới thực hiện ở hai tỉnh vùng Đồng bằng sông Hồng là Nam Định và Bắc Ninh

- Thời gian nghiên cứu của đề tài từ năm 2011 đến năm 2014

5 Những đóng góp mới của đề tài luận án

- Lai tạo và chọn lọc thành công dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ E15S-2, có nhiều đặc điểm nông sinh học tốt, khả năng kết hợp cao, phù hợp cho chọn tạo giống lúa lai hai dòng chất lượng cao, có mùi thơm

- Xác định được hai dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ E15S-2, E15S-3; ba dòng cho phấn R2, TBR45, R20 sử dụng cho chương trình chọn giống lúa lai hai dòng năng suất, chất lượng cao và gạo

có mùi thơm

- Chọn tạo được giống lúa lai hai dòng mới HQ19 có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, nhiễm nhẹ sâu bệnh, chất lượng cao và có mùi thơm để phục vụ sản xuất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nước

1.1.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới

Trong nhiều công bố, các nhà khoa học cho rằng ưu thế lai và sức sống ưu thế lai ở lúa là hiện tượng con cái vượt hơn bố mẹ của chúng về năng suất, kích thước bông, số hạt trên bông, số nhánh hữu hiệu và khả năng chống chịu Hiện tượng này là sứa mạnh thúc đẩy tiến hóa ở thực vật cũng như khai thác ở cây trồng Thực sự khai thác ưu thế lai là thành tựu vĩ đại nhất của các nhà khoa học di truyền và chọn giống cây trồng Ưu thế lai trên lúa được Jones báo cáo đầu tiên năm 1926 khi quan sát con lai F1 thấy năng suất cao hơn bố mẹ của chúng Giữa những năm 1962 và 1967 một số gợi ý khai thác ưu thế lai thương mại ở lúa đã trở thành mục tiêu chính của các chương trình chọn giống ở nhiều quốc gia Các nhà khoa học Trung Quốc thành công đầu tiên trong việc sử dụng bất dục đực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterile-CMS) phát triển giống lúa lai hệ ba dòng

(Ali Sattari et al., 2015)

a) Nghiên cứu chọn tạo lúa lai ba dòng

Yuan L.P (1987) cho rằng cuối thế kỷ XX có hai đột phá lớn trong chọn tạo giống lúa, thứ nhất chọn tạo thành công giống lúa thấp cây, năng suất, chịu thâm canh cao ở những năm 1960 đã tăng năng suất lúa lên 20% trên đơn vị diện tích Thứ hai là chọn tạo thành công lúa lai ba dòng nhờ sử dụng dòng CMS vào những năm 1970 đã tăng năng suất lúa trung bình lên 20% so với lúa cải tiến (Xiaojin Wu, 2009)

Năm 1964, Yuan Long Ping và cộng sự đánh dấu sự bắt đầu nghiên cứu lúa lai ở Trung Quốc Tại đảo Hải Nam họ đã phát hiện được cây lúa

dại bất dục trong loài lúa dại Oryzae fatuaspontanea, sau đó họ đã chuyển

được tính bất dục đực hoang dại này vào lúa trồng và tạo ra những vật liệu

di truyền hoàn toàn mới giúp cho việc khai thác ưu thế lai thương phẩm Năm 1973, quy trình sản xuất lúa lai ba dòng được bắt đầu thử nghiệm và

lô hạt giống F1 đầu tiên được sản xuất ra với sự tham gia của 3 dòng là: dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterile-CMS), dòng duy trì bất dục (Maintainer-B), dòng phục hồi hữu dục (Restorer-R) (Hoàng Tuyết Minh, 2002) Bức màn ngăn cản con người khai thác ưu thế lai ở lúa trong suốt 50 năm đã được gỡ bỏ Từ đây khởi đầu cho sự phát triển như vũ bão công nghệ lúa lai của Trung Quốc cũng như thế giới Năm

1974, Trung Quốc đưa ra một số tổ hợp lai cho ưu thế cao đồng thời quy trình sản xuất hạt lai "ba dòng" cũng được hoàn thiện vào năm 1975 Năm

1976, Trung Quốc đã có khoảng 140.000 ha gieo cấy lúa lai thương phẩm (Nguyễn Công Tạn và cs., 2002)

Lúa lai hệ ba dòng sử dụng bất dục đực CMS có 3 dạng chính là CMS-BT (Borotype), CMS-WA (Wild abortive), và CMS-HL (Honglian) Giống lúa lai ba dòng đầu tiên Nam ưu số 2 do các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra được thương mại thông qua sử dụng nguồn bất dục CMS-WA, dạng bất dục này do Yuan Long Ping khám phá năm 1970 Dạng bất dục

đực kiểu giao tử thể CMS-BT được phát hiện ở giống lúa indica Chinsurash BoroII (Wang, Z.H et al., 2006)

Khi nghiên cứu về gen phục hồi hữu dục cho các dòng CMS, các nhà

khoa học cho thấy hai locus Rf là Rf5 và Rf6 (t) phục hồi cho dòng bất dục đực CMS-HL nằm trên NST số 10 (Liu, X.Q., et al, 2004) Hai gen phục

hồi cho dòng CMS-DT là gen Rf-d1 (t) và cho dòng CMS-DA là gen Rf-d

(t) cũng được tìm thấy trên NST số 10 (Tan, X.L et al., 2004) Hai gen

phục hồi cho CMS-WA là Rf3 (t) và Rf4 (t) xác định nằm trên NST số 1 và NST số 10 (Yang, H.Y et al., 2002)

Khai thác bất dục đực tế bào chất (CMS) đã tạo thành công ở lúa lai

hệ ba dòng Các giống lúa lai hệ ba dòng được phát triển nhanh, chiếm khoảng 18 triệu ha trồng lúa lai trên toàn thế giới, trong đó 95% số giống

có dòng mẹ là CMS-WA (Khan, M.H et al., 2015)

b) Chọn tạo lúa lai hệ hai dòng

Phương pháp tạo giống lúa lai hai dòng liên quan đến lai và sản xuất hạt lai F1, một dòng mẹ là dòng bất dục đực di truyền nhân được điều khiển bởi một gen lặn Biểu hiện kiểu hình bất dục chịu ảnh hưởng của môi trường (nhiệt độ, ánh sáng hoặc cả hai), dòng bố là giống thuần mang gen trội ở locus đó Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫm cảm nhiệt độ (TGMS- Thermo-sensitive Genic Male Sterile), dòng bất dục đực mẫn cảm

độ dài chiếu sáng (PGMS-Photoperiod-sensitive Genic Male Sterile) đã

được sử dụng để chọn tạo lúa lai hệ hai dòng (Virmani SS et al., 2003)

Sự khám phá ra bất dục di truyền nhân mẫm cảm môi trường ở lúa hướng đến phát triển lúa lai hệ hai dòng đơn giản và hiệu quả hơn so với hệ

thống ba dòng sử dụng bất dục đực tế bào chất CMS (Khan, M.H et

al.,2015) Bên cạnh đó Trung Quốc cũng bắt đầu nghiên cứu sử dụng gen

tương hợp rộng (WCG) đồng thời phát hiện gen p(t)ms tạo nên điểm đột phá

dẫn đến một cuộc cách mạng mới trong công nghệ sản xuất lúa lai (Nguyễn

Công Tạn và cs., 2002; Dung Nguyen Tien et al., 2013)

Năm 1973, Shi Mingsong phát hiện một số cây bất dục trong quần thể của giống Nongken 58, ở độ dài ngày trên 14h chúng thể hiện tính bất

dục, ở độ dài ngày dưới 13h45' chúng lại biểu hiện hữu dục Qua nghiên cứu ông thấy tính trạng này do một cặp gen lặn trong nhân điều khiển Dòng Nongken 58 đặc trưng cho dạng bất dục PGMS cảm ứng mạnh với ánh sáng và cảm ứng yếu với nhiệt độ, giới hạn chuyển hoá là 13h45' (điều kiện 23-460C), thời kỳ mẫn cảm là phân hoá gié cấp 1 đến hình thành tế bào mẹ hạt phấn (10-12 ngày trước trỗ) (dẫn theo Nguyễn Công Tạn và cs., 2002)

Năm 1988, Murayama và cộng sự phát hiện dòng TGMS trên giống Annongs từ dạng đột biến tự nhiên, quan sát thấy trong điều kiện nhiệt độ trên 270C dòng này thể hiện bất dục, điều kiện dưới 240C chúng thể hiện tính hữu dục Tính trạng này do gen lặn trong nhân quy định Theo Yuan L.P., ông cho rằng Annongs là dòng đặc trưng cho bất dục dạng TGMS

thuộc loài phụ indica bất dục trong điều kiện nhiệt độ cao, nhiệt độ chuyển

hoá 23-240C Giai đoạn mẫn cảm là giai đoạn hình thành hạt phấn hoặc phân bào giảm nhiễm (dẫn theo Nguyễn Công Tạn và cs., 2002)

Dùng phương pháp lai chuyển gen các nhà khoa học đã tạo ra nhiều dòng EGMS mới mang gen tương hợp rộng (WCG), làm cơ sở tạo các tổ hợp có ưu thế lai cao Chính thành công này đã mở rộng khả năng khai

thác ưu thế lai trên phổ di truyền rộng ở lúa (Qu Z et al., 2012) Khắc phục

những hạn chế của hệ thống lúa lai "3 dòng": tìm kiếm dòng bất dục mới gặp khó khăn, hiện tượng đồng tế bào chất kiểu WA sẽ gây ra hiểm họa lớn nếu xuất hiện một loại bệnh hại đặc thù nào đó, phổ phục hồi của những dòng CMS kiểu WA hẹp, công nghệ sản xuất hạt lai cồng kềnh phức tạp (Nguyễn Trí Hoàn, 2003)

Dựa trên những thành tựu đã đạt được và tiềm năng năng suất của lúa, Trung Quốc đã xây dựng kế hoạch giai đoạn 4 cho chọn giống lúa lai

siêu cao sản với năng suất 15,0 tấn/ha/vụ ở qui mô lớn vào năm 2020 Theo

Bộ Nông nghiệp Trung Quốc chương trình này được khởi động từ tháng 4 năm 2013 và giống lúa lai đầu tiên được thử nghiệm là Y Liangyou 900, trồng trong vụ mùa đạt năng suất 14,8 tấn/ha tại huyện Long Hải tỉnh Hồ Nam Với kết quả ban đầu như vậy, Trung Quốc có thể đưa năng suất siêu lúa lên 15,0 tấn/ha/vụ vào năm 2015 (Yuan L.P., 2014)

Theo lý thuyết, cây lúa có thể chuyển đổi 5% bức xạ mặt trời thành chất hữu cơ nên chỉ cần sử dụng hiệu quả 2,5% thì năng suất lúa có thể đạt 22,5 tấn/ha Thực nghiệm cho thấy các giống lúa có chiều cao 1,3m có thể đạt được năng suất 15-16 tấn/ha, với kiểu cây cao khoảng 1,5m có thể đạt năng suất 17-18 tấn/ha Do vậy để đạt được năng suất 18-20 tấn/ha thì chiều cao cây của các giống siêu lúa lai phải có chiều cao từ 1,8-2,0m Theo Yuan L.P (2014) để đạt được điều đó thì những giống siêu lúa lai phải có kiểu hình đẹp, đẻ nhánh gọn, khỏe, tập trung Chính vì thế, cần giải quyết vấn đề đổ ngã của siêu lúa lai bằng việc lai khác loài để có bộ rễ mạnh khỏe và lai với các nguồn gen có cổ bông to, thân đặc, đốt ngắn, các đốt ở dưới to

Theo Jing Fu et al., (2013), từ năm 1996, Trung Quốc đã tạo ra

giống lúa lai siêu cao sản bằng việc lai khác loài phụ với kiểu cây lý tưởng Đến năm 2012 đã có hơn 80 giống lúa lai siêu cao sản được trồng ngoài sản xuất, trong số đó có những giống năng suất đạt 12-21 tấn/ha Lý

do chính để các giống lúa lai này đạt năng suất cao là: số hạt/bông và kích thước bông tăng; chỉ số diện tích lá tăng, thời gian lá xanh dài, khả năng quang hợp cao hơn, chống đổ tốt hơn, tích lũy chất khô ở giai đoạn trước trỗ cao hơn, vận chuyển carbohydrat từ thân lá vào hạt mạnh hơn, bộ rễ lớn hơn và hoạt động hút dinh dưỡng của rễ khỏe hơn Tuy nhiên, có hai

vấn đề chính đối với lúa lai siêu cao sản là các hoa nở sau không vào chắc được và tỷ lệ đậu hạt thấp và không ổn định

Theo Yuan L.P., (2006), ưu thế lai ở lúa có xu hướng từ cao đến thấp

thông qua lai là: indica/japonica> indica/javanica> japonica/javanica>

indica/indica> japonica/japonica Con lai indica/japonica có sức chứa và

nguồn lớn, năng suất có thể vượt so với con lai giữa loài phụ indica với

nhau Như vậy, để chọn tạo được giống lúa lai siêu năng suất bắt buộc phải

lai giữa indica và japonica Tuy nhiên, con lai indica/japonica thường có tỷ

lệ đậu hạt thấp và để giải quyết vấn đề này cần chuyển gen tương hợp rộng

(WC) Sn5 vào dòng bố hoặc dòng mẹ Yuan L.P., (2006) cho rằng siêu lúa

lai thường có cây cao hơn do lai khác loài phụ do vậy để giải quyết vấn đề này thì dòng bố hoặc mẹ phải có gen lùn hoặc thân của siêu lúa phải có đường kính thân lớn (>1,1cm), thân đặc và nhiều đốt Tuy nhiên, muốn cải thiện chất lượng gạo của các tổ hợp siêu lúa lai do lai khác loài phụ trên

nên chọn bố mẹ dạng trung gian giữa javanica-japonica

c/ Nghiên cứu lúa lai ở một số nước châu Á

Năm 1993, Viện nghiên cứu lúa Bangladesh bắt đầu nghiên cứu lúa lai dưới sự trợ giúp của IRRI Đến năm 2001, các tổ hợp lúa lai mới được

mở rộng sản xuất Từ năm 2008-2011 có 3 giống lúa lai được chọn tạo và

mở rộng sản xuất Đến năm 2014, có 115 giống lúa lai được thử nghiệm tại Bangladesh, trong đó có 89 giống từ Trung Quốc, 15 giống từ Ấn Độ, 01

giống từ Phillipines và 04 giống chọn tạo trong nước (Azim Uddin Md et

al., 2014), khi đó diện tích lúa lai của Bangladesh đã đạt 670 nghìn ha,

năng suất trung bình đạt 6,8 tấn/ha Bangladesh đưa ra chiến lược phát triển lúa lai giai đoạn 2020-2030 là: 1) phát triển các dòng CMS và R có khả năng kết hợp cao và ổn định, nhận phấn ngoài tốt; 2) phát triển các giống

lúa lai có hàm lượng amylose >25%, chất lượng cao, hạt thon dài; 3) chọn tạo các giống lúa lai chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất thuận; 4) mở rộng diện tích lúa lai đặc biệt ở các vùng nhờ nước trời

Bảng 1.1 Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nước

ở châu Á trong năm 2012

Nước

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tấn/ha)

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tấn/ha)

Nguồn: Subash Dasgupta and Indrajit Roy (2014)

Theo Hiệp hội hạt giống châu Á - Thái Bình Dương (APSA, 2014), lúa lai chiếm khoảng 12% diện tích trồng lúa trên thế giới, có năng suất cao hơn lúa thuần từ 15-35%, sinh trưởng phát triển tốt đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay APSA (2014) cũng dự tính, diện tích lúa lai tăng lên 14% vào năm 2020 và 30% vào năm 2030

Theo AS Hari Prasad et al., (2014), đến năm 2014, Ấn Độ đã đánh

giá 3.500 tổ hợp lai và đã chọn được 70 tổ hợp lai để phát triển sản xuất, trong đó có 31 tổ hợp lai do các đơn vị nhà nước chọn tạo và 39 tổ hợp lai

do các công ty tư nhân chọn tạo Ấn Độ đưa ra chiến lược nghiên cứu là: 1) phát triển các dòng bố mẹ có ưu thế lai cao; 2) chuyển gen ưu thế lai từ ngô

sang lúa; 3) đa dạng nguồn CMS; 4) xác định vùng sản xuất hạt lai tối ưu; 5) phát triển nguồn nhân lực cho chọn tạo và phát triển lúa lai

Nghiên cứu lúa lai ở Indonesia được bắt đầu vào năm 1983 Cho đến những năm 1990, nghiên cứu vẫn chưa được thành công như mong đợi, khó khăn trong việc tạo dòng CMS ổn định với tỷ lệ lai xa cao (≥ 25%) và thích nghi với môi trường Indonesia Từ năm 2001, nghiên cứu

đã được tăng cường sự hợp tác giữa IAARD với IRRI, FAO và những nơi khác ICRR đã đưa ra một số tổ hợp lai, dòng CMS, duy trì và dòng phục hồi mới Từ năm 2004 đến năm 2011, ICRR đã công nhận rất nhiều giống cho năng suất cao, có khả năng kháng sâu bệnh và một trong số đó là thơm như: Hipa3, Hipa4, Hipa5 Ceva, Hipa6 Jete, Hipa7, Hipa8, Hipa9, Hipa10, Hipa11, Hipa12 SBU, Hipa13, Hipa14 SBU, Hipa Jatim1, Hipa Jatim2, Hipa Jatim3 (Satoto and Made J Mejaya, 2014) Indonesia đưa ra chiến lược phát triển lúa lai giai đoạn 2020-2030 là: 1- xã hội hóa phát triển lúa lai, ưu tiên các công ty tư nhân tham gia chọn tạo và phát triển lúa lai; 2-chọn tạo các giống lúa lai kháng rầy nâu, bạc lá; 3-phát triển các dòng bố mẹ mới thông qua hợp tác với IRRI và các nước khác; 4-chính phủ khuyến khích không chỉ chọn tạo trong nước còn có thể nhập công nghệ lúa lai của nước ngoài

Đến năm 2013, Phillipine có 53 giống lúa lai được công nhận và mở rộng sản xuất, trong đó nổi bật là các giống như: Magat, Panay, Mestizo 1 and Mestiso 2 to Mestiso 51, có năng suất trung bình từ 6,5-7,3 tấn/ha

(Dindo A Tabanao et al., 2014)

Năm 2011 Thái Lan đã chọn tạo thành công giống lúa lai RDH1 và đến năm 2013 chọn tạo được giống lúa lai RDH3 có năng suất 8,84 tấn/ha Thái Lan tập trung vào nghiên cứu lúa lai hai dòng, khởi đầu là nhập dòng TGMS từ IRRI về lai thử với các giống lúa của Thái Lan và đã tuyển chọn

được 8 tổ hợp lai có năng suất trên 6,5 tấn/ha Thái Lan đưa ra chiến lược chọn giống lúa lai giai đoạn 2020-2030 là: 1) phát triển các dòng bố mẹ phù hợp với điều kiện Thái Lan; 2) sản xuất hạt lai với giá thành hạ; 3) sử dụng công nghệ sinh học để hỗ trợ cho chọn tạo giống lúa lai (Suniyum

Taprab et al., 2014)

1.1.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nước

Việc nghiên cứu lúa lai ở Việt Nam được bắt đầu vào năm 1986 tại Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long và Viện Di truyền Nông nghiệp với nguồn vật liệu chủ yếu được nhập từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế Tuy nhiên, những nghiên cứu này mới ở giai đoạn tìm hiểu Năm 1989, hạt giống lúa lai F1 được nhập khẩu qua biên giới Việt Trung và được gieo trồng ở một số tỉnh vùng núi phía Bắc như Lạng Sơn, Cao Bằng, Hà Giang, Lào Cai…, kết quả cho năng suất khá cao Năm 1990, Bộ Nông nghiệp và Công nghiệp thực phẩm (nay là Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) đã cho phép nhập một số tổ hợp lúa lai của Trung Quốc gieo trồng thử trong vụ xuân ở đồng bằng Bắc Bộ, kết quả cho thấy, các tổ hợp lúa lai đều cho năng suất cao hơn hẳn so với lúa thuần (Nguyễn Trí Hoàn, 2003)

Sau đó, chương trình nghiên cứu lúa lai được sự quan tâm và tham gia của nhiều cơ quan nghiên cứu khác như: Viện Cây lương thực thực phẩm, Trường Đại học Nông nghiệp I, Viện Bảo vệ thực vật, Viện Nông hóa thổ nhưỡng và Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống cây trồng quốc gia Kết quả là nhiều tổ hợp lúa lai ba dòng có triển vọng đã được chọn tạo và đưa vào sản xuất thử như: HR1, H1, H2, UTL1, UTL2, HYT51, HYT53, HYT54, HYT55, HYT56, HYT57, HYT8… (Nguyễn Trí Hoàn, 2003) Bên cạnh đó, các cơ quan nghiên cứu cũng đạt được một số kết quả bước đầu về nghiên cứu lúa lai hai dòng Một số tổ hợp lúa lai hai dòng có

triển vọng đã được khu vực hoá như: Việt Lai 20, TM4, VN01/D212, giống khảo nghiệm ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt TH3-3, TH3-

4, TH3-5, TH7-5, TH8-3…(Nguyễn Thị Trâm và cs., 2011, 2012) Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng thành công trong việc xây dựng công nghệ chọn dòng thuần, nhân dòng và sản xuất hạt lai F1 (Cục Trồng trọt, 2012)

Trong giai đoạn 2001-2012, công tác chọn tạo lúa lai của Việt Nam

đã được thúc đẩy mạnh mẽ và thu được nhiều thành tựu đáng kể; tỷ trọng lúa lai thương hiệu Việt Nam đã tăng lên rõ rệt, số giống được công nhận chính thức chiếm 28% trong tổng số các giống được công nhận Các cơ quan nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nước đã tập trung vào việc chọn tạo các dòng bất dục và các tổ hợp lúa lai thích hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam Đây là một hướng quan trọng nhằm ổn định khả năng phát triển lúa lai của Việt Nam Kết quả nghiên cứu chọn tạo giống bố mẹ và tổ hợp lai mới trong thời gian qua cụ thể như sau:

+ Đã chọn tạo và tuyển chọn được 26 dòng bất dục (CMS, TGMS),

10 dòng duy trì, nhiều dòng phục hồi, đặc biệt các nhà chọn tạo giống lúa lai trong nước đã chọn tạo được một số dòng TGMS (dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiêt độ) thích hợp với điều kiện Việt Nam, có tính bất dục ổn định, nhận phấn ngoài rất tốt; một số dòng bố có khả năng kháng bệnh bạc lá tốt, khả năng kết hợp và cho ưu thế lai cao

+ Đã công nhận chính thức 71 giống lúa lai trong đó nhập nội là 52 giống và chọn tạo trong nước là 19 giống Trong số các giống đã công nhận

có 60 giống là giống lúa lai ba dòng và 11 giống là giống lúa lai hai dòng Trong số giống lúa lai hai dòng được công nhận thì hầu hết là chọn tạo trong nước như: VL20, TH3-3, TH3-4, TH3-5, VL24, LC270, LC212, TH7-2, HC1, TH7-2,…

Nhiều giống lúa lai có thời gian sinh trưởng ngắn, tiềm năng năng suất cao, chất lượng khá, chống chịu tốt với sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận phù hợp cho cơ cấu 2 lúa 1 màu được phát triển mạnh vào sản xuất như HYT100, Việt lai 20, Việt lai 24, TH3-3, TH3-4, TH3-5, TH7-2, CT16, LC25, LC212 (Cục Trồng trọt, 2014)

Một số đơn vị nghiên cứu lúa lai đã tiến hành chọn tạo các tổ hợp lai

có khả năng chống chịu với sâu bệnh đặc biệt với bệnh bạc lá, một bệnh nguy hiểm đối với lúa lai trong vụ mùa ở Việt Nam Một số tổ hợp lúa lai

kháng bạc lá có chứa các gen Xa21, Xa7, kháng mạnh và ổn định với nhiều

chủng nòi vi khuẩn bạc lá của miền Bắc đang được phát triển mạnh vào sản xuất như Bắc ưu 903 KBL, Việt lai 24 (Nguyễn Thị Trâm và cs., 2010)

Lúa lai có ưu thế về sinh trưởng, phát triển, cứng cây, chống đổ, chống rét tốt, nhiễm bệnh đạo ôn và khô vằn nhẹ, cho năng suất cao nên rất được nông dân ưa chuộng Chính vì vậy, diện tích trồng lúa lai ở Việt Nam tăng rất nhanh Sau khi cấy thử lúa lai trong vụ mùa năm 1991 trên diện tích 100 ha, đến vụ Đông Xuân 1991-1992, lúa lai đã đưa vào sử dụng đại trà và từng bước được mở rộng ra 36 tỉnh đại diện cho các vùng sinh thái khác nhau, bao gồm cả miền núi, đồng bằng, trung du Bắc bộ, duyên hải miền Trung, Tây nguyên và đồng bằng sông Cửu Long Đến nay, diện tích trồng lúa lai ở Việt Nam được phát triển với tốc độ khá nhanh, từ 11.094 ha (1992) tăng lên 435.508 ha năm 2000 và 613.117 ha năm 2012 Tổng kết nhiều năm cho thấy năng suất lúa lai cao hơn lúa thuần từ 10-20% trong cùng điều kiện canh tác Năng suất trung bình đạt 6,5 tấn/ha (lúa thuần là 5,27 tấn/ha) Nhiều diện tích lúa lai đạt 9-10 tấn/ha, nơi cao nhất đã đạt 11-

14 tấn/ha Các tỉnh có diện tích lúa lai cao đều là những tỉnh có năng suất lúa tăng nhanh Đặc biệt là 2 tỉnh Nghệ An và Thanh Hoá nhờ đưa mạnh lúa lai, năng suất lúa năm 2004 so với năm 1992 đã tăng gần 2 lần, góp

phần đưa bình quân lương thực/đầu người của Thanh Hoá đạt 420 kg/người

và Nghệ An 360 kg/người, đảm bảo an ninh lương thực của tỉnh Nam Định mặc dù có 4 huyện điều kiện sản xuất khó khăn, năng suất luôn luôn thấp nhưng nhờ đẩy mạnh gieo cấy lúa lai nên năng suất đã tăng trên 2 tấn/ha đuổi gần kịp với năng suất của Thái Bình, tỉnh có trình độ thâm canh cao nhất cả nước (Cục Trồng trọt, 2012)

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, TGMS 7, TGMS 11, TGMSVN 1, T1S-96, 103S, TGMS 6; các dòng

bố R3, R20, R24, RTQ5…(Cục Trồng trọt, 2012)

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 (Cục Trồng trọt, 2014)

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 đinh 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 (Cục Trồng trọt, 2014)

1.2 Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng

Bất dục đực là hiện tượng cây không có khả năng sản sinh ra hạt phấn, hoặc sản sinh ra hạt phấn nhưng lại không có khả năng giải phóng hạt phấn, hoặc sản sinh ra các hạt phấn bất dục, các hạt phấn bất dục thường dị dạng và quan trọng nhất là chúng không có khả năng nảy mầm trên đầu nhụy, vì vậy không thể thực hiện được quá trình thụ tinh Tính bất dục của các dòng mẹ của lúa lai hai dòng được kiểm soát bởi các gen

trong nhân mẫn cảm với môi trường (Virmani S.S., et al., 1997)

Bất dục đực di truyền nhân cảm ứng môi trường (EGMS) phổ biến sử dụng là dạng bất dục di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility - TGMS) và bất dục đực di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (photoperiod-sensitive genic male sterility - PGMS) Phát hiện bất dục đực di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ (TGMS) trên ớt (Martin J và Crawford

J H., 1951), ngô (Duvick DN., 1966) Nguồn bất dục di truyền nhân cảm ứng môi trường phát hiện và sử dụng thành công trên lúa tại Trung Quốc những năm 1980 đã mở ra hướng phát triển và sử dụng dạng bất dục này

trong chọn tạo giống lúa ưu thế lai hệ hai dòng Virmani S.S et al., (2003)

phân thành 5 dạng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ và ánh sáng như sau: 1-Bất dục đực di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ (TGMS); 2- Bất dục đực TGMS ngược (rTGMS); 3- Bất dục di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (PGMS); 4- Bất dục đực PGMS ngược (rPGMS); 5- Bất dục đực di truyền nhân cảm ứng ánh sáng và nhiệt độ (PTGMS) Các dạng bất dục trên, hai dạng được sử dụng rộng rãi để chọn tạo giống lúa lai hệ hai dòng

là TGMS và PGMS.

1.2.1 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) trên lúa

Dạng bất dục TGMS do yếu tố nhiệt độ tác động ở nhiệt độ cao bất

dục, nhưng ở nhiệt độ thấp hữu dục bình thường (Hai Zhou et al., 2012)

Di truyền TGMS do cặp gen lặn tms trong nhân kiểm soát (Hui Zhang et

al., 2013, Dung Nguyen Tien et al., 2013)

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

tms3, tms4(t), tms5, tms6, tmsX kiểm soát tính trạng bất dục đực cảm ứng

với nhiệt độ Gen tms1 phát sinh nhờ đột biến tự nhiên, do Sun và Yang và

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

tms2 do Maruyama (Lu X.G et al., 1994) tạo ra bằng phương pháp gây đột

biến bằng tia Gamma ở giống lúa Reimei, nằm trên nhiễm sắc thể số 7 Gen

tms3 do Subudhi P.K et al (1997) tạo ra bằng phương pháp gây đột biến

bằng tia gamma ở giống lúa IR32364 nằm trên nhiễm sắc thể số 6 Ở Việt Nam, Nguyễn Văn Đồng đã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử (phương pháp phân tích BSA kết hợp với kỹ thuật AFLP và RFLP) để định vị gen

tms4(t) từ dòng TGMSVN1, gen này nằm cạnh tâm động trên vai ngắn của

nhiễm sắc thể số 4 Wang (1995) sử dụng phương pháp phân ly theo nhóm

ở thế hệ F2 của tổ hợp 5460S/Hồng vân 52 để xác định chỉ thị RAPD liên

kết với gen tms1 Sử dụng kỹ thuật SSR đã xác định chỉ thị phân tử RM11 liên kết chặt với gen tms2 định vị trên nhiễm sắc thể số 7 Gen tms2 được

IRRI sử dụng tạo nhiều dòng TGMS mới phục vụ phát triển lúa lai cho vùng nhiệt đới (Yubin Xu, 2010)

Dòng Zhu1 là dòng TGMS có ngưỡng chuyển đổi tính dục thấp, khả năng kết hợp cao, xác định gen qui định tính mẫn cảm với nhiệt độ là một

gen lặn với tên gọi là tms9 nằm trên NST số 2 Lập bản đồ gen tms9 cho

thấy nó nằm ở đoạn chèn vào-mất đi (Indel) của 2 chỉ thị Indel 37 và Indel

57, khoảng cách di truyền từ gen tms9 đến 2 chỉ thị là 0.12 và 0.31cM

Khoảng cách vật lý giữa 2 chỉ thị khoảng 107.2 kb (Sheng Zhonghua et

al., 2013)

Nghiên cứu này ứng dụng chỉ thị phân tử DNA để xác định và sàng

lọc gen tms trong các dòng TGMS và trong quần thể phân ly F2, kết quả thu

đƣợc dòng 103S, Pei ai 64S và 25S chứa gen tms2 (Nguyễn Văn Giang và cs., 2011)

Theo Phạm Văn Thuyết và cs (2015) tất cả 16 dòng TGMS hiện đang

sử dụng ở Việt Nam đều mang gen tms5, duy nhất có dòng 827S đồng thời mang 2 gen là tms4 và tms5

Ngày nay, hiện tƣợng bất dục đực TGMS đã đƣợc ứng dụng rộng rãi

và có hiệu quả trong công tác tạo giống và sản xuất lúa lai hệ hai dòng ở Trung Quốc cũng nhƣ Việt Nam Nhiều tổ hợp lai có giá trị đã đƣợc tạo ra nhờ ứng dụng hiện tƣợng bất dục TGMS nhƣ Bồi tạp sơn thanh, Bồi tạp 49, Việt lai 20, TH3-3, Việt lai 24 (Nguyễn Thị Trâm và cs., 2010, 2011; Vũ Văn Liết và cs., 2013)

1.2.2 Bất dục di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (PGMS) ở lúa

Hiện tƣợng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với ánh sáng (PGMS) đƣợc Shi Ming Song phát hiện đầu tiên trên quần thể lúa Nongken 58S ở Hồ Bắc, Trung Quốc, nơi có vĩ độ là 30o27’N Khi giống lúa Nongken 58S trồng trong điều kiện có thời gian chiếu sáng trong ngày ngắn hơn 14h thì hạt phấn của chúng hữu dục, tuy nhiên khi trồng trong điều kiện có thời gian chiếu sáng trong ngày dài hơn 14h (14-16h) hạt phấn của giống lúa này bất dục

(Wang Wei et al., 2011; Robin R et al., 2010)

Bằng chỉ thị phân tử đã chứng minh gen chính bất dục di truyền nhân cảm ứng ánh sáng ở Nongken 58S (Cặp lai Nongken 59S với dòng PTGMS

indica 3200S phát hiện hai locus gen pms1 và pms2 đƣợc nằm trên NST số

7 và 3 Hai locus khác ở cặp lai Nongken 58S với bố mẹ PTGMS có pms1

dòng có nguồn gốc khác nhau (Weerachai M et al., 2011), tính dục do

nhiều nhân tố tác động nhưng chủ yếu là do nhiệt độ và độ dài chiếu sáng

(Reflinur et al., 2012; Jihua Ding et al., 2012)

Theo Hai Zhou et al., (2012), dòng P/TGMS được ứng dụng nhiều

trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai hai dòng Tuy nhiên cơ chế phân tử

về bất dục của các dòng P/TGMS chưa được giải thích trọn vẹn Trong

nghiên cứu của mình, tác giả đã lập bản đồ locus p/tms12-1 trên NST số 12 của dòng PGMS japonica 58S (NK58S) và dòng TGMS indica Peiai 64S

(PA64S được phân lập từ NK58S) Một đoạn 2,4-kb DNA chứa allele dạng dại P/TMS12-1 có thể phục hồi hạt phấn hữu dục của dòng NK58S và PA64S P/TMS12-1 thuộc đoạn RNA không mã hóa protein (noncoding

RNA) có 21-nucleotide nhỏ được đặt tên là osa-smR5864w Có sự thay thế

từ C bằng G trong p/tms12-1, cho sự đa hình đối với P/TMS12-1, đoạn có

sự đột biến đặt tên là osa-smR5864m Hơn nữa, trình tự với 375-bp của P/TMS12-1 của những cây NK58S và PA64S chuyển gen cũng có osa-

smR5864w và phục hồi hạt phấn hữu dục RNA có kích thước nhỏ và

không mã hóa protein biểu hiện rõ ở các bông non nhưng không ảnh hưởng

rõ bởi nhiệt độ và quang chu kỳ Nghiên cứu chỉ ra rằng có sự đột biến mất chức năng của osa-smR5864m là nguyên nhân chính để các dòng PGMS và TGMS có tính bất dục đực mẫm cảm với môi trường

Tính bất dục do hiện tượng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với ánh sáng có tính ổn định khá cao do sự ổn định về thời gian chiếu sáng trong ngày ở các mùa vụ cụ thể hay các địa phương cụ thể Tuy nhiên, độ dài chiếu sáng trong ngày của Việt Nam rất khó sử dụng được những dòng bất dục đã có, dòng bất dục PGMS sử dụng trong điều kiện Việt Nam độ dài ngày chuyển hóa tính bất dục trong phạm vi 12 giờ 16 phút đến 12 giờ

30 phút là phù hợp (Vũ Văn Liết và cs., 2013)

1.3 Phương pháp chọn tạo các dòng bố mẹ lúa lai hai dòng

1.3.1 Phương pháp tạo dòng mẹ lúa lai hai dòng

Theo Virmani S.S., et al., (2003) có 6 phương pháp tạo dòng

EGMS: Đánh giá tập đoàn các dòng giống hiện có; gây đột biến; lai và chọn lọc phả hệ; nuôi cấy bao phấn; lai trở lại chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) Trong đó nhập nội là phương pháp nhanh nhất phù hợp với những nơi chọn tạo giống lúa lai còn gặp nhiều khó khăn về kinh tế và điều kiện nghiên cứu

Nhập nội các dòng EGMS sẵn có từ các đơn vị nghiên cứu như Viện lúa Quốc tế IRRI, các Viện nghiên cứu lúa lai và các Trường Đại học nghiên cứu nông nghiệp Trung Quốc là đón đầu những thành tựu khoa học mới của thế giới Tuy nhiên mỗi dòng có khả năng thích nghi với điều kiện sinh thái từng vùng nên sau khi nhập cần phải đánh giá chọn lọc lại Trên

cơ sở đó tuyển chọn những dòng ưu tú phù hợp với điều kiện sinh thái và tìm biện pháp khai thác thích hợp Thí nghiệm đánh giá bố trí như sau: gieo mỗi mẫu giống khoảng 100-200 hạt (hoăc gieo 1/2 số lượng hạt nhập về giữ lại 1/2 để nghiên cứu tiếp), sau khi mọc, tiến hành quan sát, ghi chép các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển ở từng giai đoạn, tình hình nhiễm sâu bệnh, số lá trên thân chính, thời gian từ gieo đến bắt đầu trỗ bông, đặc điểm

đẻ nhánh và mô tả đặc điểm hình thái (Nguyễn Thị Trâm, 2000)

Khi đã chọn được những dòng TGMS thì ở vào thời kỳ phân hoá đòng cuối bước 3 đưa một số cây vào buồng khí hậu nhân tạo (nếu có) và điều khiển nhiệt độ tăng lên cao trên 270C để kiểm tra phấn bất dục, đồng thời đưa một số cây khác vào điều kiện nhiệt độ thấp < 240C để kiểm tra

hạt phấn hữu dục Dựa trên kết quả kiểm tra sẽ xác định được ngưỡng chuyển hoá và thời điểm chuyển hoá tính dục của các dòng Từ kết quả

đánh giá này có thể tìm biện pháp sử dụng thích hợp nhất cho từng dòng nhập nội Các vật liệu nhập nội thường phân ly do nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện ngoại cảnh thay đổi phát sinh biến dị; bản thân các dòng khi nhập chưa thuần Từ quần thể đa dạng này có thể chọn ra nhiều biến dị thích ứng tốt với điều kiện mới để sử dụng vào chương trình phát triển lúa lai hai dòng Nếu nguồn nhập là các dòng PGMS thì tiến hành xử

lý ánh sáng trong Phytotron để phát hiện dòng cần tìm (cách làm tương tự

như xử lí nhiệt độ) (Nguyễn Công Tạn và cs., 2002)

b) Sàng lọc vật liệu EGMS trong tự nhiên

Trong tập đoàn vật liệu chọn giống lúa có thể tồn tại các dòng bất dục đực do đột biến tự nhiên gây nên Muốn chọn được cần gieo trồng cẩn thận, quan sát vào thời kỳ lúa trỗ bông để phát hiện cây bất dục Khi chọn được cá thể bất dục, nhổ cả gốc đem trồng trong chậu hoặc trong ô xây để cho cây mọc chồi chét Chờ đến khi gặp điều kiện ngoại cảnh thuận lợi lúa chét có thể sẽ phục hồi hữu dục Lúc đó xác định xem tính hữu dục chịu ảnh hưởng bởi yếu tố nào: nhiệt độ hay quang chu kỳ hoặc không phải là dòng bất dục EGMS mà chỉ đơn giản là bất dục đực OGMS Trường hợp

cơ sở nghiên cứu có buồng khí hậu nhân tạo, có thể tiến hành xác định nhanh tính cảm ứng với điều kiện ngoại cảnh của các cá thể bất dục được chọn Cách làm như sau: trồng cây bất dục vào chậu hoặc túi nilon, cắt bỏ các bông bất dục đã trỗ, sau 7-10 ngày các chồi mới mọc lên thành cây,

chuyển chậu (hoặc túi) vào buồng xử lí nhiệt độ (hoặc quang chu kì) từ

10-12 ngày, sau đó chuyển ra nhà lưới, khi lúa trỗ tiến hành kiểm tra hạt phấn, trên cơ sở số liệu thu được xác định dòng đó là EGMS loại nào và tiến hành nhân dòng để nghiên cứu tiếp (Nguyễn Công Tạn và cs., 2002)

c) Tạo dòng EGMS mới bằng phương pháp lai

Nếu trong vườn vật liệu đã có sẵn nguồn gen tms (hoặc pms), nhà

chọn giống có thể sử dụng ngay nguồn gen này làm dòng mẹ để lai với các dòng, giống lúa thường khác nhau, thu hạt lai, gieo và đánh giá con lai

F1 Hạt F1 tự thụ tiếp tục gieo để có quần thể F2 (chú ý khi gieo F2 phải tính toán sao cho quần thể này phân hoá đòng từ cuối bước 3-6 đúng vào thời kỳ có nhiệt độ trung bình ngày cao > 270C hoặc pha sáng dài trên giới hạn gây bất dục) Khi lúa bắt đầu trỗ bông tiến hành quan sát phát hiện các cá thể bất dục (căn cứ vào đặc điểm trỗ nghẹn đòng, bao phấn lép, không mở, hạt phấn khi nhuộm I-KI 1% không chuyển màu xanh đen) Chọn cá thể bất dục có kiểu hình đẹp, bứng cả gốc về trồng trong nhà lưới, cắt bỏ các bông bất dục, chăm sóc cẩn thận cho các chồi mới mọc ra

từ các mắt ngủ Sau khi cắt thân chính từ 7-10 ngày các chồi mọc khá nhiều, khi chồi ra 1-3 lá, chuyển cây vào xử lí ở nhiệt độ thấp <240

C (ánh sáng ngắn) trong 10-12 ngày liên tiếp sau đó chuyển ra nhà lưới ở điều kiện bình thường Khi lúa trỗ, tiến hành kiểm tra hạt phấn bằng phương pháp hiển vi quang học Nếu hạt phấn hữu dục chứng tỏ rằng dòng đó đã phục hồi trong điều kiện nhiệt độ thấp (ánh sáng ngắn), đó chính là dòng TGMS hoặc PGMS Trường hợp không có thiết bị để xử lí nhân tạo, đối với dòng TGMS có thể chuyển gốc rạ tươi của các cá thể bất dục đực lên vùng núi có độ cao >900 m so với mặt biển, trồng trong mùa hè, tưới nước lạnh trên núi, các chồi mọc lên và trỗ bông, dòng nào khi trỗ có hạt phấn hữu dục và đậu hạt tự thụ chính là dòng TGMS Nếu không có điều

kiện thực hiện cả hai cách nêu trên, có thể nhân các chồi mọc từ gốc rạ theo hệ vô tính liên tục chờ đến mùa đông, khi nhiệt độ tự nhiên giảm thấp xuống dưới 240C, hệ vô tính đó sẽ phục hồi hữu dục, thu được hạt tự thụ, đó chính là dòng TGMS (Yuan L.P and Xi Q.F., 1995)

Theo Fu Chen-jian et al., (2010), dòng TGMS Xiangling 628S được

chọn lọc từ tổ hợp lai giữa dòng SV14S (chọn lọc từ dạng đột biến tế bào soma dòng Zhu1S) với giống lúa thuần kháng đạo ôn ZR02 Xiangling 628S có ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục dưới 230

C, bất dục ổn định, khả năng kết hợp cao, chất lượng cao, chống đổ tốt, chịu thâm canh

Chuyển gen tms sang các giống lúa của Thái Lan bằng phương pháp

lai trở lại với dòng TGMS là thể cho và các giống lúa Thái Lan như ChaiNat 1, PathumThani 1, và SuphanBuri 1 là các dòng bố mẹ thể nhận Thế hệ BC2F2 sử dụng chỉ thị phân tử SSR để chọn lọc các cá thể mang gen

tms và kết quả chọn được các dòng TGMS mới phục vụ cho phát triển lúa

lai hai dòng ở Thái Lan (Sreewongchai Tanee et al., 2014)

Những dòng bất dục đực phải bất dục hoàn toàn khi sản xuất hạt lai

F1 để đảm bảo độ thuần cao của hạt lai F1 Như vậy, khi nhiệt độ thay đổi đột ngột trong thời gian phân hóa đòng có thể gây ra hiện tượng hữu dục một phần của hạt phấn và kết quả là làm giảm độ thuần của hạt lai F1 Những dòng bất dục đực mẫm cảm với thuốc trừ cỏ sẽ giải quyết được vấn

đề trên khi sử dụng thuốc trừ cỏ phun ở giai đoạn mạ để loại bỏ các hạt do dòng mẹ tự thụ Có 2 dòng bất dục đực (1 dòng CMS và 1 dòng P/TGMS) mẫm cảm với thuốc trừ cỏ được chọn tạo nhờ xử lý đột biến bằng tia gamma Gen liên quan đến đột biến có tên là CYP81A6 bị cắt 1bp, 2bp và

11bp bởi enzyme CYP81A6 (Theo Wang Qi-Zhao et al., 2012)

Theo Deng L.H et al., (2014), các dòng PGMS được chuyển gen

kháng thuốc trừ cỏ sẽ giúp cho việc cơ giới hóa trong sản xuất hạt lai F1 và

điều khiển cỏ dại Để chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ vào các dòng PGMS, nhóm tác giả đã sử dụng gen Epsps chuyển vào dòng 7001S (dòng PGMS

japonica) bằng vi khuẩn Agrobacterium

1.3.2 Phương pháp tạo dòng bố lúa lai

Theo Zhang Hong-jun et al., (2013), sử dụng 3 quần thể được lai

giữa dòng phục hồi MH86 với ba giống năng suất cao (thể cho) là ZDZ057, Phúc khôi 838, và Tai chung đã chọn được 123 cá thể ưu tú ở thế hệ BC2F2:4 Thông qua đánh giá đã chọn được 12 dòng có năng suất cao hơn MH86 Trong nghiên cứu đã xác định 55 QTLs có liên quan đến năng suất trong đó có 50 QTLs được xác định bằng phương pháp lai hồi qui từng bước

Zhan Xiao-deng et al., (2012), đã tiến hành phép lai diallele giữa 5

mẫu giống kháng đạo ôn với 5 mẫu giống kháng bạc lá Một trong cặp bố

mẹ đó là DH146 x TM487, đều có sự đa hình đối với các chỉ thị để xác

định gen kháng đạo ôn Pi25 và 3 gen kháng bạc lá Xa21, xa13 và xa5 Các

cá thể F2 của tổ hợp DH146×TM487 được kiểm tra bởi chỉ thị RM3330 cho gen Pi25 Các cá thể F2 có gen kháng đạo ôn Pi25 được lai qui tụ với cá thể

có gen Xa21, xa13 và xa5, sử dụng các chỉ thị pTA248, RM264 và RM153

để kiểm tra ở các thế hệ tiếp theo Cuối cùng, sau khi lựa chọn các tính trạng nông sinh học, khả năng phục hồi, trong số 12 dòng qui tụ đã chọn

được dòng phục hồi R8012 có cả 4 gen (Pi25+Xa21+xa13+xa5)

Theo Zhou Yong-Li et al., (2011), gen kháng bệnh bạc lá Xa23 có nguồn gốc từ lúa dại (Oryza rufipogon) được chuyển sang 3 dòng phục hồi

Minghui63, YR293 and Y1671 và nhờ sử dụng chỉ thị phân tử chọn lọc ở các thế hệ lai lại đã chọn được 3 dòng phục hồi mới có mang gen kháng

bạc lá Xa23 là Minghui63-Xa23, YR293-Xa23 và Y1671-Xa23) và tổ hợp lai của chúng với Zhenshan97A (Shanyou63-Xa23), NongfengA

(Fengyou293-Xa23) và Zhong9A (Zhongyou1671-Xa23) đƣợc thử nghiệm

có tính kháng bạc lá tốt

Khi phân tích ở quần thể F2 của tổ hợp IR80151A/CH1 và IR80151A/CH4 cho thấy tỷ lệ cá thể có hạt phấn hữu dục và bất dục là 15:1 Nhƣ vậy, có thể khẳng định gen qui định tính phục hồi hữu dục do 2

cặp gen nhân điều khiển (Jakkrit Seesang et al., 2014)

Theo Chen Tao et al., (2014) để cải thiện hiệu quả chọn lọc đối với

dòng phục hồi hữu dục cho kiểu bất dục BT của dòng CMS trong lúa

japonica bằng việc sử dụng chỉ thị InDel-Rf-1a dựa trên sự khác nhau về

trình tự nucleotide của locus Rf-1a giữa dòng CMS kiểu BT và dòng phục hồi Các giống lúa indica cổ truyền, dòng phục hồi và dòng duy trì bị mất 574bp ở locus Rf-1a sẽ có khả năng phục hồi cho dòng CMS kiểu BT Ngƣợc lại phần lớn các giống cổ truyền japonica với kiểu gen rf-1arf-1a

nếu mấy 574bp sẽ duy trì bất dục cho các dòng CMS kiểu BT

Theo Patil K et al., (2013), cách tốt nhất để kháng bệnh đạo ôn là

chọn tạo giống hoặc dòng bố mẹ (đối với lúa lai) kháng bệnh đạo ôn Giống lúa lai Pusa RH10 là giống lúa lai thơm, hạt đẹp đƣợc trồng nhiều ở Ấn Độ Giống lai này có dòng mẹ là Pusa 6A và dòng bố là PRR78, nhƣng đều nhiễm bệnh đạo ôn Sử dụng dòng CO39 đồng hợp tử về 2 gen kháng đạo

ôn là Pi-1 và Piz-5 nhƣ một thể cho để lai trở lại với dòng PRR78 Sử dụng

02 chỉ thị RM5926 và AP5659-5 để kiểm tra sự có mặt của gen Pi-1 và

Piz-5 Các dòng đƣợc đánh giá cả về đặc điểm nông sinh học, khả năng phục

hồi, khả năng kháng bệnh đạo ôn và chất lƣợng ngoại trừ nhiệt độ hóa hồ Kết quả đã chọn đƣợc dòng PRR78 kháng bệnh đạo ôn để phát triển giống lúa lai Pusa RH10 kháng bệnh đạo ôn

Các giống lúa cổ truyền và các dòng basmati là những nguồn gen quí

đƣợc sử dụng trong nghiên cứu lúa lai Pawan Khera et al., (2012) đã sử