Nghiên cứu chọn tạo và khai thác một số vật liệu bố mẹ trong chọn giống lúa lai hai dòng

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

NGUYỄN NHƯ HẢI

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO VÀ KHAI THÁC MỘT SỐ VẬT LIỆU BỐ MẸ TRONG CHỌN GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS.TS Nguyễn Văn Hoan

2 TS Phạm ðồng Quảng

Hà Nội - 2008

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu kết quả nghiên cứu ñược nêu trong luận án là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một công trình nào khác, các thông tin trích dẫn

sử dụng trong luận án ñều ñược ghi rõ nguồn gốc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………ii

LỜI CÁM ƠN

***

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Hoan,

TS Phạm ðồng Quảng ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện ñể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS.TS Phạm Ngọc Thụy, TS Nguyễn Văn Ảnh, PGS.TS Nguyễn Văn ðĩnh, TS Nguyễn Tuấn Sơn và các thày cô khoa Sau ñại học, Bộ môn Di truyền giống-Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình giúp ñỡ và tạo ñiều kiện ñể tôi hoàn thành luận án Tôi xin cảm ơn TS Hà Văn Nhân, cùng tập thể Bộ môn Kỹ thuật hạt giống, Viện Cây lương thực và cây thực phẩm

Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Trâm, PGS.TS Nguyễn Trí Hoàn, GS.TS Hoàng Tuyết Minh, GS.TS.Trần Duy Quý ñã nhiệt tình chỉ bảo

và giúp ñỡ tôi hoàn thiện thêm luận án

Tôi xin cảm ơn TS Trịnh Khắc Quang, ThS Phạm Thiên Lương ñã tạo nhiều ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành công trình này

Luận án này ñược hoàn thành còn có sự giúp ñỡ tận tình của nhiều ñồng nghiệp trong và ngoài cơ quan, cùng với sự ñộng viên khuyến khích của gia ñình trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 15 tháng 9 năm 2008

Tác giả

Nguyễn Như Hải

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………iii

MỤC LỤC Lời cam ñoan .i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Các chữ viết tắt ñược sử dụng trong luận án vi

Danh mục các bảng viii

Danh mục các sơ ñồ… x

Danh mục các hình ảnh x

MỞ ðẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU CỦA ðỀ TÀI 3

3 ðỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 5

1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 5

1.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KHAI THÁC ƯU THẾ LAI Ở CÂY LÚA 7

1.2.1 HIỆN TƯỢNG BẤT DỤC ðỰC Ở LÚA 25

1.2.2 ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA CÁC DÒNG EGMS 26 1.2.3 ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG BẤT DỤC ðỰC TRONG CHỌN GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG 29

1.2.4 PHƯƠNG PHÁP CHỌN BỐ MẸ ðỂ TẠO CÁC TỔ HỢP LAI CÓ ƯU THẾ LAI CAO 32

1.2.5 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THỤ PHẤN NGOÀI CỦA CÁC DÒNG TGMS 34

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………iv

1.2.6 CHỌN LỌC DÒNG PHỤC HỒI HỮU DỤC CHO DÒNG EGMS 35

1.3 CHIẾN LƯỢC CHỌN TẠO VÀ NÂNG CAO ƯU THẾ LAI Ở LÚA 37

1.3.1 SỬ DỤNG KIỂU CÂY MỚI Ở IRRI VÀ CẢI TIẾN HÌNH THÁI 38

1.3.2 CHỌN TẠO LÚA LAI 2 DÒNG SỬ DỤNG CÁC CÁC DÒNG CÓ KIỂU CÂY MỚI (NTP) 38

1.3.3 SỬ DỤNG ƯU THẾ LAI GIỮA CÁC LOÀI PHỤ 39

1.3.4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN GIỐNG LÚA LAI 42

1.3.5 SỬ DỤNG NHÓM ƯU THẾ LAI ðỂ PHÁT TRIỂN CÁC TỔ HỢP LÚA LAI MỚI 43

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT LÚA LAI CỦA VIỆT NAM 43

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 48

2.2 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU (PHỤ LỤC 1, 2) 49

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

2.4 THỜI GIAN VÀ ðỊA ðIỂM NGHIÊN CỨU 57

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59

3.1 KẾT QUẢ CHỌN TẠO MỘT SỐ DÒNG TGMS MỚI 59

3.1.1 CHỌN TẠO DÒNG TGMS MỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAI HAI DÒNG TGMS 59

3.1.2 KẾT QUẢ PHÂN LẬP CÁC DÒNG TGMS TỪ NGUỒN GIỐNG NHẬP NỘI 62

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………v

3.1.3 KẾT QUẢ ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC ðIỂM NÔNG HỌC CỦA

CÁC DÒNG TGMS MỚI 643.1.4 KẾT QUẢ ðÁNH GIÁ ðỘ ỔN ðỊNH CỦA CÁC DÒNG TGMS

MỚI TRONG ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC ðỒNG BẰNG BẮC BỘ 78

3.2 ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA CÁC DÒNG BỐ MẸ TRONG TẬP ðOÀN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 82

3.2.1 ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CỦA MỘT SỐ DÒNG ðỘT BIẾN TRIỂN VỌNG 843.2.2 PHÂN TÍCH SỰ ðA DẠNG DI TRUYỀN CỦA NGUỒN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 883.2.3 PHÂN TÍCH MỘT SỐ THÔNG SỐ DI TRUYỀN VÀ KHẢ

NĂNG KẾT HỢP CỦA CÁC DÒNG BỐ MẸ ðƯỢC LỰA CHỌN 97

3.3 KẾT QUẢ ðÁNH GIÁ MỘT SỐ TỔ HỢP LAI TRIỂN VỌNG.116

3.3.1 KẾT QUẢ ðÁNH GIÁ MỘT SỐ TỔ HỢP LAI ðƯỢC LỰA CHỌN 1163.3.2 KẾT QUẢ ðÁNH GIÁ MỘT SỐ TỔ HỢP LAI TRIỂN VỌNG 1193.3.3 KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM QUỐC GIA TỔ HỢP LAI 103S/ðB5 (VL1) 123

3.4 KẾT QUẢ BƯỚC ðẦU NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY

TRÌNH SẢN XUẤT HẠT LAI F1 VÀ NHÂN DÒNG MẸ CỦA HAI

TỔ HỢP LAI VL1 VÀ TG1/ðB6 125

3.4.1 KẾT QUẢ BƯỚC ðẦU NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT SẢN XUẤT HẠT LAI F1 CỦA 2 TỔ HỢP LAI VL1 VÀ TG1/ðB6 1253.4.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NHÂN DÒNG MẸ TG1 128

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………vi

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 132 NHỮNG CÔNG TRÌNH ðà CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ðẾN LUẬN ÁN 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 PHẦN PHỤ LỤC

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………vii

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT ðƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

BSA: Bulkd Segregant Analysis Phương pháp phân tích thể phân ly

theo nhóm CMS: Cytoplasmic Male Sterile Bất dục ñực tế bào chất, ký hiệu là

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

dòng A Dòng R: Restorer line Dòng phục hồi hữu dục cho dòng A EGMS: Environmental-sensitive Genic

Male Sterility

Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với ñiều kiện môi trường

GCA: General Combining Ability Khả năng kết hợp chung

Hs: Standard heterosis Ưu thế lai chuẩn

IRRI: International Rice Research

Institute

Viện Nghiên cứu lúa quốc tế

TGMS: Thermo- sensitive Genic Male

Sterile

Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ

PGMS: Photoperiod-sensitive Genic

Male Sterile

Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ

P(T)GMS: Photoperiod and thermo-

sensitive Genic Male Sterile

Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ và nhiệt ñộ

T(P)GMS: Thermo and Photoperiod -

sensitive Genic Male Sterile

Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ và quang chu kỳ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………viii

PDGMR: Pingxiang Dominant Genic

Male Sterile Rice

Lúa bất dục ñực mang gen trội

QTL: Quantitative trait loci Locus tính trạng số lượng

RAPD: Rapid analysis polymorphysm

ða hình ñộ dài ñoạn giới hạn

RCBD: Randomized complete block

design

Kiểu khối ngẫu nhiên hoàn toàn

SCA: Special Combining Ability Khả năng kết hợp riêng

Var.gca: Variance of general

combining ability

Phương sai khả năng kết hợp chung

Var.sca: Variance special combining

ability

Phương sai khả năng kết hợp riêng

WA: Wild Abortion Dòng bất dục ñực tế bào chất dạng

hoang dại WCG: Wide compatibility gene Gen tương hợp rộng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………ix

3.4 Tỷ lệ hạt phấn hữu dục và tỷ lệ kết hạt của các dòng TGMS qua

3.5 Thời kỳ cảm ứng nhiệt ñộ và tỷ lệ hạt phấn hữu dục của các

3.11 TËp tÝnh në hoa vµ tû lÖ kÕt h¹t sau ngµy në hoa cña c¸c dßng

vô thø 3 sau ph©n lËp dßng thuÇn

75

Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nụng nghiệp ………x

3.16 Một số đặc điểm nông học của các dòng TGMS mới chọn lọc 76 3.17 Một số đặc điểm chính của các dòng đột biến triển vọng 81 3.18 Năng suất của các tổ hợp lai và giá trị khả năng kết hợp chung

3.27 Kết quả đánh giá một số tổ hợp lai được lựa chọn 111 3.28 Đặc điểm nông sinh học của một số tổ hợp lai triển vọng 113 3.29 Năng suất các tổ hợp lai triển vọng tại một số điểm khảo nghiệm 114 3.30.a Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các tổ hợp lai triển vọng 114 3.30.b Chất lượng cơm của một số tổ hợp lai triển vọng 115 3.31 Một số đặc điểm nông sinh học và các yếu tố cấu thành năng suất

của các dòng bố mẹ và con lai F1 tổ hợp lai VL1

3.35 ảnh hưởng của thời vụ gieo đến sự chuyển đổi tính dục và các

đặc điểm nông học, năng suất hạt tự thụ của dòng TG1

122

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………xi

1 Giống lúa ðB6 tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ xuân 2005

2 Giống lúa ðB5 tại Trường ðại học Nông nghiệp I, vụ xuân 2005

3 Dòng TG1 tại Trường ðại học Nông nghiệp I, vụ xuân 2006

4 Dòng TG2 tại Trường ðại học Nông nghiệp I, vụ xuân 2006

5 Dòng TG1 giai ñoạn hữu dục tại Trường ðại học Nông nghiệp I, vụ xuân 2006

6 Tổ hợp lai 103S/MH1 tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ xuân 2007

7 Tổ hợp lai TG1/ðB5 tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ xuân 2007

8 Tổ hợp lai TG1/ðB6 tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ xuân 2007

9 Tổ hợp lai VL1 tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ mùa 2004

10 Tổ hợp lai VL2 (103S/ðB6) tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm, vụ mùa

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………1

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Nghiên cứu sử dụng ưu thế lai ở lúa là một biện pháp ñể tăng năng suất lúa So với các phương pháp chọn tạo giống lúa khác thì ñây là phương pháp hữu hiệu nhất ñể nâng cao năng suất lúa hơn nữa trong thời gian tới

Thành công trong việc sử dụng hiệu ứng ưu thế lai ở cây lúa, chọn tạo ñược các tổ hợp lai có ưu thế lai cao, gieo cấy trên diện tích lớn; tạo ra các ñột phá về năng suất và sản lượng lúa là thành tựu nổi bật của Trung Quốc và loài người trong ba thập niên cuối thế kỷ 20 (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [13]

Ở Trung Quốc, năm 1997 diện tích trồng lúa lai ñã lên ñến 17,5 triệu

ha, chiếm 50% diện tích lúa cả nước Hiện nay lúa lai ñược phát triển trên 20 nước khác trên thế giới, ñặc biệt ở Việt Nam, Ấn ðộ, Philippin, Bangladesh, Indonesia, Myanma và Mỹ (Ronald P Cantrll, 2003) [78]

Ở Việt Nam, theo ñịnh hướng chuyển dịch cơ cấu kinh tế nông nghiệp, diện tích trồng lúa sẽ giảm, vì vậy ñể ñảm bảo an ninh lương thực và giữ mức xuất khẩu gạo cao trong ñiều kiện dân số tăng thì việc ñưa lúa lai vào sản xuất

sẽ là một giải pháp cần thiết, ñặc biệt là vùng ðồng bằng sông Hồng ñất chật người ñông và vùng Trung du miền núi phía Bắc, nơi cần xóa ñói giảm nghèo cho ñồng bào các dân tộc

Trong những năm gần ñây, lúa lai ñã ñược phát triển mạnh ở Việt Nam

và ñã thể hiện ñược nhiều ưu thế vượt trội so với lúa thuần: Năng suất tăng 15-20%, thời gian sinh trưởng ngắn, ñáp ứng ñược yêu cầu sản xuất nông nghiệp trong giai ñoạn hiện nay Lúa lai ñã ñóng góp lớn vào an ninh lương thực quốc gia, tăng lợi nhuận cho người lao ñộng, tạo thêm công ăn việc làm

ở nông thôn và dành ñất ñai cho các hoạt ñộng sản xuất có lợi ích cao hơn (Bùi Bá Bổng, 2002) [2], (Trần Văn ðạt, 2002) [10]

Theo kết quả ñiều tra của Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………2

phẩm cây trồng và phân bón Quốc gia, vụ mùa 2003 và xuân 2004, diện tích lúa lai cả nước ñạt 621.303 ha, chiếm 9,04% diện tích lúa cả nước (Phạm ðồng Quảng, 2005) [31] Tuy nhiên các giống lúa lai ñang sử dụng ở nước ta hiện nay chủ yếu thuộc hệ ba dòng, còn một số nhược ñiểm như dễ bị nhiễm sâu bệnh, công nghệ sản xuất hạt lai phức tạp nên giá thành hạt giống còn cao

Hệ thống lúa lai hai dòng khắc phục những hạn chế của hệ thống lúa lai ba dòng do những tiến bộ sau ñây: Các tổ hợp lai hai dòng có năng suất cao hơn 5-10% do có thể tiến hành lai xa huyết thống hoặc lai xa ñịa lý; không bị hiện tượng ñồng tế bào chất cản trở; không cần phải có dòng duy trì bất dục (dòng B) nên giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm

Hơn nữa, ñiều kiện thời tiết khí hậu ở Việt Nam tương ñối thuận lợi cho phát triển lúa lai hai dòng Vì vậy, việc nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai hai dòng là một xu hướng tất yếu ñể phát triển lúa lai ở nước ta

Hiện nay ở Việt Nam, công tác nghiên cứu lúa lai 2 dòng ñang ñược triển khai mạnh mẽ và ñã thu ñược một số kết quả khả quan Một số vật liệu dòng bố mẹ và các tổ hợp lúa lai hai dòng mới ñã ñược chọn tạo và phát triển vào sản xuất, tuy nhiên số lượng còn rất hạn chế Chỉ có một số dòng TGMS (103S, T1S-96) và một số tổ hợp lúa lai hai dòng mới (Việt lai 20, TH3-3, TH3-4, Việt lai 24) ñược sử dụng và phát triển rộng trong sản xuất Một số tác giả ñã có các nghiên cứu về bản chất di truyền và khả năng sử dụng của nguồn vật liệu bố mẹ hiện có, nhưng phạm vi còn hạn chế, chưa ñáp ứng ñược yêu cầu của công tác chọn tạo và phát triển hệ thống lúa lai hai dòng ở nước

ta

Vì vậy ñể công tác chọn tạo lúa lai hai dòng ñạt kết quả tốt, ñáp ứng ñược yêu cầu của sản xuất, cần phải có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú, phù hợp với ñiều kiện trong nước; có ñặc ñiểm nông học tốt, khả năng kết hợp cao, ñặc tính bất dục ổn ñịnh và dễ sản xuất hạt lai ðồng thời chúng ta cũng

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ3

cần phải có các nghiên cứu cơ bản ựể nắm vững các ựặc ựiểm nông sinh học

và các ựặc ựiểm di truyền các tắnh trạng của chúng ựể có ựịnh hướng sử dụng phù hợp trong công tác lai tạo Trên cơ sở ựó tạo ra các tổ hợp lai mới ưu việt,

có năng suất cao, chất lượng tốt, giá thành hạ và thắch ứng với ựiều kiện sinh thái ở nước ta Nhằm góp phần vào công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai hai dòng, ựa dạng hoá nguồn vật liệu nghiên cứu, chúng tôi ựã tiến hành ựề

tài: ỘNghiên cứu chọn tạo và khai thác một số vật liệu bố mẹ trong chọn

giống lúa lai hai dòngỢ

2 Mục tiêu của ựề tài

- Chọn tạo và phân lập một số dòng bố mẹ ưu việt, thắch ứng với ựiều kiện sinh thái miền Bắc và sử dụng ựể tạo giống lúa lai hai dòng

- Chọn tạo một số tổ hợp lúa lai hai dòng mới có triển vọng, phục vụ sản xuất ở các tỉnh phắa Bắc

3 đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- đối tượng nghiên cứu: Gồm 11 dòng TGMS (dòng bất dục ựực nhân mẫn cảm với nhiệt ựộ), 9 dòng phục hồi, 60 dòng giống lúa thuần và 110 tổ hợp lúa lai hai dòng ựược tạo ra từ các vật liệu nói trên (phụ lục 1,2)

- Phạm vi nghiên cứu:

đề tài ựược bắt ựầu nghiên cứu từ năm 2003 ựến năm 2007 trên cơ sở

kế thừa những kết quả nghiên cứu thu ựược từ năm 2001

Nội dung chắnh của luận án là chọn tạo, phân lập và ựánh giá các ựặc ựiểm nông sinh học của các dòng TGMS; phân tắch sự ựa dạng di truyền các dòng giống bố mẹ trong tập ựoàn nghiên cứu, chọn các dòng ưu tú thắch ứng với ựiều kiện sinh thái phắa Bắc đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố

mẹ chọn lọc trên một số tắnh trạng nghiên cứu, qua ựó có ựịnh hướng sử dụng cho phù hợp Trên cơ sở các tổ hợp lai ựược lựa chọn, tiến hành nghiên cứu ựặc ựiểm nông sinh học, năng suất và bước ựầu nghiên cứu một số biện pháp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………4

kỹ thuật nhân dòng mẹ và sản xuất hạt lai F1 của một số tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng ở một số tỉnh phía Bắc

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nơng nghiệp ………5

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Ưu thế lai là hiện tượng mà con lai F1 thu được bằng cách lai hai bố mẹ khác nhau về mặt di truyền, biểu hiện vượt trội về sức sinh trưởng, sức sống, khả năng sinh sản, khả năng chống chịu với sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận, năng suất hạt, khả năng thích ứng

Tạo giống ưu thế lai là con đường nhanh và hiệu quả nhằm phối hợp được nhiều đặc điểm giá trị của các giống bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng cĩ năng suất cao, chất lượng tốt (Nguyễn Hồng Minh, 2006) [24]

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

ra phương pháp thích hợp sản xuất hạt lai, nên khơng thành cơng [49], [62], [77], [81] Sau đĩ nhờ những phát minh ra hiện tượng bất dục đực ở lúa, khai thác và sử dụng những vật liệu này, vấn đề ứng dụng ưu thế lai ở lúa đã đạt được nhiều thành tựu lớn, tạo ra một cuộc cách mạng đột phá năng suất và sản lượng Thành tựu lúa lai cĩ thể coi như cuộc cách mạng xanh lần thứ hai trong nơng nghiệp, gĩp phần đảm bảo an ninh lương thực thế giới và tăng thu nhập của người nơng dân (Leocadio S., Sebastian Flordeliza H., Bordey, 2005) [69]

Trung Quốc là nước đầu tiên ứng dụng thành cơng ưu thế lai ở lúa, đã đưa lúa lai vào sản xuất thành cơng trên hàng chục triệu ha trong hai thập kỷ qua Sau Trung Quốc, chương trình nghiên cứu và phát triển lúa lai đã được tiến hành tại hơn hai mươi nước khác nhau trên thế giới Dự đốn trong những năm tới, diện tích lúa lai ngồi Trung Quốc sẽ tăng tới 2-3 triệu ha, gấp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………6

2-3 lần diện tích hiện nay (Ngô Thế Dân, 2002) [7]

Trong việc khai thác ưu thế lai ở lúa, lúa lai hai dòng ñã tỏ ra có nhiều

ưu ñiểm hơn lúa lai ba dòng: Khi nghiên cứu và sản xuất chỉ sử dụng hai dòng

bố mẹ, không cần dòng duy trì bất dục, cơ hội tìm dòng cho phấn dễ dàng hơn, ưu thế lai cao hơn từ 5-10%, chất lượng gạo dễ cải thiện Ngoài ra còn tạo ra nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai của các tổ hợp Indica/Japonica (Nguyễn Việt Long, 2006) [22]

Các dòng mẹ là các dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường, biểu hiện của tính trạng bất dục ñực phụ thuộc chặt chẽ vào ñiều kiện nhiệt ñộ và ánh sáng của từng vùng sinh thái Trong ñó bao gồm kiểu bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với ñộ dài ngày (PGMS) và bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ñộ (TGMS) Sự sai khác về bản chất di truyền giữa chúng chủ yếu là ñiều kiện gây bất dục và chuyển hóa hữu dục

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

Hiện nay các vật liệu chọn giống lúa lai hai dòng ñang ñược sử dụng ở Việt Nam phần lớn có nguồn gốc nhập nội từ IRRI hoặc Trung Quốc Một số

dòng mẹ mới ñược chọn tạo trong nước bằng phương pháp chuyển các gen tms

từ vật liệu nhập nội vào các dòng giống trong nước, tuy nhiên số lượng dòng ñược sử dụng còn rất hạn chế Các dòng bố ñược sử dụng cũng chưa thực sự phong phú và ña dạng Vì vậy số lượng các tổ hợp lai phát triển trong nước còn

ít, ưu thế lai chưa thực sự cao, chưa ñáp ứng ñược yêu cầu sản xuất hiện nay

ðể ñáp ứng ñược yêu cầu mới trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng, chúng ta cần có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú với sự ña dạng di truyền lớn,

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………7

có ñặc tính nông sinh học tốt, thích ứng với ñiều kiện khí hậu Việt Nam Có như vậy mới tạo ra ñược các tổ hợp lai tốt, có ưu thế lai cao, chống chịu ñược sâu bệnh, từng bước thay thế các tổ hợp lúa lai của Trung Quốc

1.2 Một số kết quả nghiên cứu và khai thác ưu thế lai của cây lúa

1.2.1 Hiện tượng bất dục ñực ở lúa

Cũng như nhiều loại cây trồng, bất dục ñực ở lúa là hiện tượng xảy ra trong ñó cơ quan sinh sản ñực hoặc không ñược hình thành hoặc bị thoái hoá, trong khi ñó cơ quan sinh dục cái vẫn phát triển bình thường và vẫn có khả năng thụ phấn, thụ tinh nếu có phấn của dòng bố khác Hiện tượng này là cơ

sở cho các nghiên cứu và ứng dụng ưu thế lai ở lúa vì khi sản xuất hạt lai không cần phải khử ñực dòng mẹ Dựa vào ñặc tính di truyền của các dạng bất dục ñực ở thực vật người ta phân thành các kiểu sau:

1.2.1.1 Bất dục ñực tế bào chất

Di truyền tế bào chất là sự truyền ñạt tính trạng của bố mẹ thông qua bộ gen trong tế bào chất không qua quá trình phân chia giảm nhiễm Vì vậy những tính trạng ñược kiểm tra bởi các gen trong tế bào chất không phân ly theo quy luật di truyền của Menden mà di truyền qua tế bào sinh sản cái ðồng thời một số tính trạng là kết quả tác ñộng qua lại giữa nhân và tế bào chất như: Năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất, chiều cao cây, sự trỗ thoát (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [26] Hiện tượng bất dục ñực tế bào chất ở lúa là hiện tượng di truyền ñược ứng dụng hiệu quả nhất trong chọn tạo giống lúa ưu thế lai hệ ba dòng Các nhà khoa học ñã tìm ra hệ thống lúa lai 3 dòng bao gồm dòng bất dục ñực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility-ký hiệu CMS) còn gọi là dòng A, dòng duy trì (Maintainer) còn gọi là dòng B, dòng phục hồi (Restorer) còn gọi là dòng R

Những dòng bất dục ñực có kiểu gen là S(rr) Kiểu gen dòng duy trì bất dục và dòng phục hồi lần lượt là N(rr) và N(RR) hay S(RR) Con lai F1 giữa

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………8

dòng bất dục ñực tế bào chất và dòng phục hồi sẽ có kiểu gen là: S(Rr), trong

ñó alen trội R lấn át alen lặn r và tương tác với gen bất dục ñực (S) của tế bào

và cộng sự, (2003) [42], (Nguyen Tri Hoan và cộng sự, 2003) [53]

Trong những năm gần ñây, các nhà chọn giống lúa lai ñã tập trung vào phát triển các dòng CMS và dòng phục hồi mới, ña dạng về di truyền, chất lượng hạt ñược cải tiến và ñặc biệt nâng cao tính chống chịu với các loại sâu

bệnh hại chính (Alam M.F et al, 1999) [43]

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

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

về ña dạng di truyền, dẫn ñến nguy cơ bị nhiễm dịch hại trên diện rộng Mặc

dù nhiều nguồn tế bào chất bất dục ñã ñược phát hiện, song người ta cũng chỉ

sử dụng ñược một số ít Vì ngoài những ñặc ñiểm nông học không tốt, một số

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ9

nguồn bất dục có tắnh bất dục không ổn ựịnh và ựộ thuần còn thấp (Siddiq E.A et al, 1994; Yuan L.P., 1994) [80], [109] Khả năng tìm dòng phục hồi cũng bị hạn chế do phổ phục hồi của các dòng CMS kiểu " WA" rất hẹp, nên

ưu thế lai của các tổ hợp còn thấp (Yuan L.P., 1990) [106]

Các tổ hợp lai ba dòng trong loài phụ Japonica còn ắt Do sự ựa dạng di truyền về gen phục hồi trong lúa Japonica rất nghèo nàn nên ưu thế lai thuộc loại này luôn thấp hơn loài phụ Indica Năng suất của các tổ hợp lai này trên diện rộng chỉ tăng 5-10% so với các giống Japonica thường (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [37]

để khắc phục những hạn chế của lúa lai ba dòng các nhà khoa học ựã tìm ra một hướng ựi mới đó là hệ thống lúa lai hai dòng mà cơ sở là hiện tượng bất dục ựực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường

Hệ thống lúa lai hai dòng có nhiều ưu ựiểm hơn hệ thống ba dòng trong việc sử dụng ưu thế lai ựể nâng cao năng suất lúa (Tong-Min Mou, Lu Xing-Gui, N.T Hoan, and SS Virmani, 2003) [88]: Các tổ hợp lai hai dòng

có năng suất cao hơn 5-10% do các dòng mẹ có phổ phục hồi rộng nên có thể

mở rộng phạm vi lai ra các loài phụ tạo nên một nền di truyền rộng trong tổ hợp lai Trong hệ thống sản xuất chỉ cần hai dòng bố và mẹ mà không cần dòng duy trì dòng bất dục nên chi phắ sản xuất hạt lai F1 sẽ thấp hơn Tắnh trạng bất dục ựực do gen lặn trong nhân kiểm soát nên có thể dùng phương pháp lai ựể chuyển gen này sang nhiều dòng giống khác mà không bị hiện tượng ựồng tế bào chất cản trở

1.2.1.2 Hiện tượng bất dục ựực di truyền nhân

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

Công cụ di truyền chủ yếu của hệ thống lúa lai hai dòng là các dòng bất dục ựực chức năng di truyền nhân còn gọi là bất dục ựực chịu ảnh hưởng của môi trường (Environment sensitive Genic Male Sterile-EGMS) Nguồn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………10

EGMS có giá trị thực tế trong chọn tạo lúa lai hai dòng bao gồm kiểu bất dục ñực cảm ứng với ñộ dài ngày (Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility-PGMS) và bất dục ñực cảm ứng nhiệt ñộ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility-TGMS) Bản chất di truyền và sự khác biệt giữa chúng chủ yếu là ñiều kiện gây bất dục ñực và chuyển hóa hữu dục ñực

Shi (1981, 1985); Shi và Deng (1986) ñã phát hiện ra dòng bất dục ñực cảm ứng với ñộ dài ngày (PGMS), dòng này chuyển hóa bất dục sang hữu dục trong những ñiều kiện chiếu sáng nhất ñịnh Năm 1989, Yang và cộng sự ñã tạo ra dòng PGMS 5460PS từ giống lúa IR54

Zhou và cộng sự (1988, 1991); Virmani và Voc (1991); Wu và cộng sự (1991) ñã phát hiện ra các dòng bất dục ñực cảm ứng nhiệt ñộ (TGMS), sự chuyển hóa bất dục-hữu dục do ñiều kiện nhiệt ñộ quyết ñịnh Sau ñó hàng loạt các dòng EGMS ñã ñược phát hiện

Trên cơ sở này, Yuan Long Ping (1987) ñã ñề ra chương trình tạo giống lúa lai hai dòng Trong hệ thống này chỉ cần sử dụng một dòng bất dục và một dòng cho phấn ñể sản xuất hạt lai F1 Dòng bất dục ñược nhân trong ñiều kiện nhiệt ñộ và ánh sáng phù hợp ở giai ñoạn cảm ứng ñể tạo hạt tự thụ

Theo một số kết quả nghiên cứu, tính trạng bất dục ñực của các dòng EGMS ñược kiểm soát bởi một hoặc hai cặp gen lặn trong nhân và không chịu sự kiểm soát của gen trong tế bào chất Hu và cộng sự (1990) ñã chỉ ra rằng, sự bất dục ñực ñược ñiều khiển bởi 2 gen lặn Cả hai cặp gen này ở 6 dòng bất dục ñược tạo ra từ Nong ken 58S ñều cùng alen với nhau (Hu Xueping, 1990) [57], (Wu Xiao Jin et al, 1990) [97]

Khi nghiên cứu 2 dòng Annong S-1 và W6154S, các nhà khoa học ñã kết luận sự bất dục của các dòng trên ñược ñiều khiển bởi 1 cặp gen lặn trong nhân (Wu Xiao Jin, 1997) [98] Tuy nhiên công bố gần ñây của Li Rongbai và Yang Xinqing, Viện Hàn lâm khoa học Nông nghiệp Quảng Tây (2002) thì có hai

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………11

gen lặn và một gen trội trong nhân kiểm soát tính trạng bất dục ñực nhạy cảm với nhiệt ñộ của dòng 9-403S (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [25]

Một số dòng lúa mang gen trội quy ñịnh tính trạng bất dục ñực phản ứng với nhiệt ñộ cũng ñược tìm ra (He Haohua et al, 1997) [54] Theo các tác giả này, dòng PDGMR (Pingxiang Dominant Genic Male Sterile Rice) bất dục khi nhiệt

ñộ thấp và hữu dục khi nhiệt ñộ cao

b Phân loại các dòng EGMS

Cheng Shihua.C (2000) [50] cho biết các nhà nghiên cứu lúa lai Trung Quốc ñã phân loại các dòng EGMS dựa theo các căn cứ sau:

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

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

- Theo số lượng gen ñiều khiển tính bất dục: ðược chia thành loại dòng EGMS do một gen ñiều khiển và loại dòng EGMS do 2 gen ñiều khiển tính trạng bất dục

- Phân loại theo phản ứng với yếu tố môi trường làm chuyển hóa ñặc tính bất dục-hữu dục của dòng EGMS: Người ta chia chúng thành kiểu dòng phản ứng với nhiệt ñộ (TGMS) và phản ứng với chu kỳ chiếu sáng (PGMS)

+ Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ

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

Sự chuyển hóa hữu dục và bất dục của PGMS phụ thuộc cả vào ñộ dài ngày và nhiệt ñộ trong giai ñoạn phân hóa ñòng ðộ dài ngày tới hạn cho sự biến ñổi bất dục và mức ñộ tương tác giữa thời gian chiếu sáng và nhiệt ñộ là những yếu tố chính quyết ñịnh sự thích ứng của một dòng PGMS

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………12

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

bị chi phối bởi ñộ dài chiếu sáng trong ngày

Năm 1982 Lu và Wang ñã gieo dòng này ở nhiều thời vụ khác nhau ñể tìm hiểu thời kỳ chuyển hóa hữu dục, kết quả cho thấy: Sự chuyển ñổi bất dục-hữu dục của Nongken58S xảy ra từ 1-5/9 hàng năm Nếu lúa trỗ trước 1/9

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

tỷ lệ kết hạt gần như bình thường (Lu Xinggui, 1994) [70]

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

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của ñộ dài chiếu sáng và nhiệt ñộ ñến sự chuyển ñổi hữu dục và bất dục của dòng Nongken58S, người ta thấy: Trong khoảng nhiệt ñộ thuận lợi cho sự phát triển của bông lúa thì sự thay ñổi ñộ dài chiếu sáng ảnh hưởng mạnh ñến sự bất dục hơn là ảnh hưởng của nhiệt ñộ

Nhiều tác giả ñã nghiên cứu hiệu ứng nhiệt ñộ ñối với dòng PGMS cho thấy các dòng PGMS không chỉ có ñộ dài ngày tới hạn mà còn có nhiệt ñộ tới hạn cho sự biến ñổi bất dục-hữu dục

Nhiệt ñộ tới hạn ñối với dòng PGMS quan trọng hơn so với ñộ dài ngày tới hạn Sự biến ñổi nhiệt ñộ có thể làm thay ñổi sự bất dục của dòng PGMS ñược trồng dưới ñiều kiện ngày dài Dưới ñiều kiện ngày ngắn, sự hữu dục của dòng PGMS phản ứng mạnh với sự thay ñổi của nhiệt ñộ và có sự tác ñộng qua lại giữa dòng và nhiệt ñộ (Xue Quangxing, 1990) [99], [100], [101]

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………13

Mou T.M và một số tác giả khác cũng công bố rằng PGMS bất dục hoàn toàn trong ñiều kiện tổ hợp của ngày dài cùng với nhiệt ñộ cao và hữu dục ở ñiều kiện tổ hợp của ngày ngắn cùng với nhiệt ñộ thấp Tuy nhiên khi nhiệt ñộ <24oC, ñộ dài ngày >14 giờ hoặc khi nhiệt ñộ >26oC, ñộ dài ngày

<14 giờ, chúng hữu dục hoặc hữu dục từng phần Khi nhiệt ñộ >30oC biểu hiện của tính cảm quang biến mất, chúng bất dục trong cả ñiều kiện ngày dài hoặc ngày ngắn

Chu kỳ chiếu sáng bao gồm chất lượng ánh sáng là nhân tố môi trường chính liên quan ñến sự hữu dục hạt phấn Sự biến ñổi hữu dục ñược gây ra bởi chất lượng khác nhau của chu kỳ chiếu sáng có ý nghĩa hơn so với sự biến ñổi này gây ra bởi nhiệt ñộ (Xue Quangxing et al, 1990) [100]

Thời kỳ cảm ứng với ñộ dài ngày của các dòng PGMS xảy ra vào bước phát triển thứ 3 ñến thứ 5 của ñòng tức là khoảng 23-15 ngày trước khi lúa trỗ (Cheng S.H., 2000); (Yuan L.P., 1993) [50], [108] Pha cảm ứng của dòng Nongken58S cho biến ñổi hữu dục xảy ra từ giai ñoạn bắt ñầu hình thành bông tới giai ñoạn hạt phấn ñơn nhân (khoảng 25-7 ngày trước khi trỗ), giai ñoạn nhạy cảm nhiệt ñộ nhất là giai ñoạn hình thành nhị và nhụy tới giai ñoạn phân bào giảm nhiễm (Mou T.M., 2000) [75]

Khi gen bất dục ñực của dòng Nongken58S ñược chuyển vào nền di truyền khác nhau của các dòng giống lúa có kiểu hình sinh thái khác nhau, các dòng PGMS mới có ñộ dài ngày tới hạn khác nhau Hầu hết những dòng PGMS Japonica có ñộ dài tới hạn từ 13 giờ 45 phút ñến 14 giờ cũng giống như Nongken58S, các dòng PGMS Indica có ñộ dài ngày tới hạn tương ñối ngắn từ 13 giờ ñến 13 giờ 25 phút

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

và Japonica cho thấy có sự khác nhau rất lớn về sự biểu hiện gen bất dục ñực

giữa các giống Indica và Japonica [56] Như vậy có thể phát triển các dòng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………14

PGMS có ñộ dài ngày tới hạn khác nhau nhằm ñáp ứng ñược nhu cầu trong các vùng sinh thái khác nhau

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

Ấn ðộ ñã xác ñịnh ñược 3 gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực cảm ứng với

thời gian chiếu sáng trong ngày-PGMS (pms1 , pms 2 , pms 3), các gen này nằm trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 7, 3 và 12 Trong ñó hiệu quả của gen

pms 1 ñược xác ñịnh là lớn gấp 2-3 lần gen pms2 (Zhang Q, Shen BZ, Dai XK,

Mei MH, Saghai-Maroof MA, Li ZB, 1994) [114]

Các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược các chỉ thị phân tử liên kết với các

gen bất dục ñực nhạy cảm với môi trường Locut pms1 ở giữa chỉ thị phân tử

RG477 và R6511, ở vị trí 3,5 ñơn vị tái tổ hợp từ R6477 và 15 ñơn vị tái tổ

hợp từ R6511 Locut pms2ở giữa chỉ thị RG191 và RG348 Mei và cộng sự

(1999) ñã xác ñịnh gen pms3 ñược lên kết với chỉ thị C751 và R2708

Ngược lại với kiểu bất dục trên, các nhà khoa học ñã phát hiện ra kiểu bất dục mới ñược gây bởi ngày ngắn, nhiệt ñộ thấp và hữu dục ở nhiệt ñộ cao, ngày dài Dòng này ñược ñặt tên là là Yi-D1S, ñược tạo ra bằng lai giữa B-3 (Indica) và Honggen (Japonica) (Gao và cộng sự, 1991) [51] Dòng này ñược trồng ở Quảng Châu (23o08') hữu dục từ 16/9 và chuyển hóa bất dục từ 29-30/9

+ Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ñộ

Ngoài các dòng PGMS, các nhà khoa học còn phát hiện một kiểu bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ñộ (TGMS) Gen nhân của dòng TGMS phản ứng chặt với nhiệt ñộ Sự chuyển hóa tính dục của dòng TGMS chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt ñộ Trong giai ñoạn làm ñòng, nếu nhiệt ñộ cao (to >25oC) thì gây bất dục, nhiệt ñộ thấp (to <24oC) gây hữu thụ hoặc hữu thụ từng phần Ánh sáng không ảnh hưởng ñến sự thay ñổi tính dục của chúng Các dòng AnnongS, HengnongS, 5460S ñược chọn tạo ở Trung Quốc thuộc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………15

loại này Nhưng vài dòng bắt nguồn từ Nongken58S như là W6154S, GD1S mặc dù tính hữu thụ chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt ñộ, nhưng vẫn có ảnh hưởng yếu lẫn nhau giữa nhiệt ñộ và ánh sáng Kiểu này của EGMS ñược xem như

là dòng TGMS từ cách nhìn nhận thực tế (Mou T.M., 2000) [75]

Các dòng TGMS khác nhau thì có ngưỡng nhiệt ñộ chuyển hóa không giống nhau Nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc và một số nước khác trên thế giới ñã cho thấy nhiệt ñộ chuyển hóa của các dòng TGMS rất khác nhau tùy thuộc vào bản chất gen của mỗi dòng Dựa vào ngưỡng phản ứng với nhiệt ñộ, các dòng TGMS có thể ñược xếp vào 3 nhóm sau:

• Nhóm dòng có ngưỡng chuyển hóa nhiệt ñộ thấp: ðại diện cho nhóm

này là các dòng Peiai64S, 735S, HN5-2S, 8906S, K14S (Lu X.G., Zhang Z.G, Maruyama K., Virmani S.S., 1994) [71] Ngưỡng nhiệt ñộ chuyển hóa tính dục của nhóm này khoảng 23,5oC Vì vậy nhóm này có ñặc tính bất dục tốt,

ổn ñịnh và an toàn trong sản xuất hạt lai Tuy nhiên khả năng nhân dòng TGMS là khó khăn và thường ñạt năng suất thấp

• Nhóm dòng TGMS có ngưỡng nhiệt ñộ chuyển hóa tính dục cao

(26oC): Các dòng bất dục nhóm này dễ duy trì và thường ñạt năng suất cao trong nhân dòng ðại diện nhóm này là các dòng: 8902S; 5047S; ShuangS

• Nhóm dòng có ngưỡng nhiệt ñộ cao gây hữu dục và nhiệt ñộ thấp gây

bất dục Sự chuyển hóa hữu dục của nhóm này ñược gây ra bởi ñộ dài chiếu sáng trong một khoảng nhiệt ñộ ở thời kỳ phản ứng ánh sáng, trong ñiều kiện

tự nhiên chúng hầu như bất dục hoàn toàn ðại diện cho nhóm này gồm các dòng: W6154S, W7415S, 8801S (Pan Xigan et al, 1990) [76] Trong nhóm này cũng có các dòng chỉ mẫn cảm với nhiệt ñộ (Dianxin1A, IVA, DiannongS-1) Khi nhiệt ñộ thấp hơn 24oC thì chúng bất dục và nhiệt ñộ cao hơn 26oC chúng hữu dục (Jiang Yiming, 1997) [60] Nhóm dòng này có thể

có ý nghĩa ở vùng nhiệt ñới

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………16

Nghiên cứu về bản chất di truyền của sự thay ñổi nhiệt ñộ tới hạn cho bất dục phấn, Wu và cộng sự cho biết nhiệt ñộ chuyển hóa thấp là tính trạng trội, ñược kiểm soát bởi 2 gen trội L1, L2 Hai gen này có khả năng làm giảm ngưỡng nhiệt ñộ chuyển hóa bất dục của dòng TGMS Vì vậy tùy thuộc vào kiểu gen của dòng TGMS khác nhau mà chúng duy trì nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục khác nhau (23-29oC)

Giai ñoạn cảm ứng với nhiệt ñộ của các dòng TGMS khác nhau cũng khác nhau do nguồn gen và cơ sở di truyền của từng dòng quyết ñịnh (Borkakati R.P., 1997) [46] Nhiều nghiên cứu cho thấy giai ñoạn cảm ứng của dòng TGMS từ giai ñoạn 16 ngày ñến 3 ngày trước trỗ Giai ñoạn phân chia tế bào mẹ hạt phấn (khoảng 11-8 ngày trước khi trỗ) là giai ñoạn mẫn cảm nhất với nhiệt ñộ

So sánh giai ñoạn cảm ứng nhiệt ñộ của các dòng PGMS và TGMS các nhà khoa học kết luận rằng, giai ñoạn cảm ứng của dòng PGMS bắt ñầu sớm hơn so với dòng TGMS và giai ñoạn cảm ứng nhiệt ñộ của dòng PGMS dài hơn so với dòng TGMS (Mou T.M., 2000) [75]

Các nhà khoa học cũng xác ñịnh có 5 gen ký hiệu là tms1 , tms 2 , tms 3 , tms 4 (t), tms 5 kiểm soát tính trạng bất dục ñực cảm ứng với nhiệt ñộ Gen tms1

phát sinh nhờ ñột biến tự nhiên, do Sun và cộng sự (1989), Yang và cộng sự

(1992) phát hiện ở giống lúa IR54, nằm trên nhiễm sắc thể thứ 8 Gen tms2 do

Maruyama và cộng sự (1991) tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến bằng tia

Gamma ở giống lúa Reimei, nằm trên nhiễm sắc thể số 7 Gen tms3 do

Virmani (1993) và Subudhi và cộng sự (1995) tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến bằng tia gamma ở giống lúa IR32364, nằm trên nhiễm sắc thể số 6 (Lê Duy Thành, 2001) [35] Gần ñây Nguyễn Văn ðồng và cộng sự ñã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử (phương pháp phân tích BSA kết hợp với kỹ

thuật AFLP, RFLP và kỹ thuật vi vệ tinh) ñể ñịnh vị gen tms4 (t) từ dòng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………17

TGMSVN1, gen này nằm cạnh tâm ñộng trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 4

Gen tms5ñược ñịnh vị trên nhiễm sắc thể số 2 (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [26]

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

với gen tms1[96]

Yamaguchi và cộng sự ñã phát hiện ra sự liên kết của chỉ thị phân tử

với gen tms2 Các tác giả nghiên cứu locut tms2 bằng phương pháp sử dụng

chỉ thị phân tử (RFLP) ở một quần thể F2 của tổ hợp lai Norin PL12 và giống

Dular Kết quả cho thấy gen tms2 ở vị trí giữa chỉ thị R643 và R1440 trên nhiễm sắc thể thứ 7 Sử dụng kỹ thuật SSR (Simple sequence repeat) ñã xác ñịnh chỉ thị phân tử RM11 liên kết chặt với gen tms2ñịnh vị trên nhiễm sắc thể số 7 [103]

Ngoài 2 kiểu bất dục chính TGMS và PGMS, còn tồn tại các kiểu (T)PGMS và P(TGMS) cảm ứng với cả nhiệt ñộ và thời gian chiếu sáng ðối với dòng (T)PGMS mẫn cảm với nhiệt ñộ nhiều hơn, ngược lại dòng (P)TGMS mẫn cảm với ñộ dài ngày mạnh hơn Khi lai tạo các dòng bất dục ñực chức năng thường ñược các dòng (P)TGMS hoặc (T)PGMS mới (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [37]

Những phát hiện trên cho thấy hiện tượng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với môi trường là hiện tượng tương ñối phổ biến, rất ña dạng và phong phú, có thể dễ dàng tìm kiếm và ứng dụng vào chọn giống ñể nâng cao năng suất lúa

c Phương pháp tạo dòng EGMS

Trong hệ thống lúa lai hai dòng, việc chọn tạo các dòng EGMS có ý nghĩa quyết ñịnh trong việc tạo ra các tổ hợp lúa lai mới, vì nguồn vật liệu dòng cho phấn là các dòng giống lúa thuần tốt ñã ổn ñịnh, tương ñối phong phú và dễ tìm kiếm ðể chọn tạo một dòng EGMS mới có thể sử dụng các

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nơng nghiệp ………18

phương pháp sau:

Phương pháp phát hiện và phân lập dịng EGMS trong tự nhiên

Trong tập đồn vật liệu chọn giống cĩ thể tồn tại các dịng bất dục đực

do đột biến tự nhiên gây nên Gieo trồng và quan sát trên ruộng lúa ở giai đoạn chín cĩ thể tìm thấy dạng bất dục đực tuyệt đối Sau đĩ duy trì chúng bằng lúa chét để theo dõi sự chuyển hĩa tính dục hạt phấn của chúng Những cây phục hồi hữu dục trong điều kiện nhiệt độ thấp hoặc trong điều kiện ngày ngắn và nhiệt độ thấp thì đĩ là dịng EGMS (Mou T.M., 2000; Nguyễn Thị Trâm, 2002) [75], [38] Sau đĩ tiếp tục đánh giá đặc điểm nơng học, tập tính

nở hoa, xác định ngưỡng nhiệt độ và ánh sáng gây chuyển hĩa tính dục hạt phấn để chọn các dịng ưu tú (Yin Hua Qi, 1993) [104]

Phương pháp gây đột biến nhân tạo

Là phương pháp tạo ra các đột biến gen kiểm sốt tính trạng bất dục đực ở lúa Tùy mục đích chọn giống khác nhau mà sử dụng các dạng bất dục đực khác nhau Với các dịng bất dục đực cảm ứng với mơi trường, dựa vào phản ứng đặc trưng của chúng với điều kiện nhiệt độ hoặc chu kỳ ánh sáng cĩ thể phát hiện được các dạng TGMS hoặc PGMS

Phương pháp tiến hành: Chọn các dịng giống lúa cĩ nhiều đặc điểm tốt làm vật liệu để gây đột biến bất dục đực nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng ðối với lúa, người ta thường dùng phương pháp gây đột biến phĩng xạ bằng tia gamma (nguồn Co60) với liều lượng 20-25 Krad trên hạt khơ, hạt ướt hay hạt nảy mầm sẽ thu được tần số bất dục cao

Ở thế hệ M1 thu riêng từng cá thể rồi gieo 20 hạt của mỗi cá thể thành từng dịng để cĩ quần thể M2, đảm bảo giai đoạn nhạy cảm gặp điều kiện thời gian chiếu sáng và nhiệt độ phù hợp ðể chọn dịng TGMS thì yếu tố gây bất dục là nhiệt độ > 25oC; với dịng PGMS yếu tố mơi trường là độ dài ngày > 13giờ 45 gây bất dục Các thủ tục tiếp theo như cách chọn trong quần thể lai

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ19

đánh giá các thể ựột biến: Sau khi thu ựược các thể ựột biến bất dục ựực có khả năng di truyền cho ựời sau, chọn các dòng EGMS có ựặc ựiểm nông sinh học tốt, ựặc tắnh bất dục ổn ựịnh, khả năng kết hợp chung cao, nhân các dòng ựột biến này ựể phục vụ công tác chọn giống lúa lai hai dòng

Phương pháp lai hữu tắnh

Bằng con ựường lai hữu tắnh và chọn lọc phả hệ có thể chuyển các gen bất dục sẵn có vào các giống mong muốn ựể tạo ra các dòng EGMS mới ựồng allen ms với các dòng cho gen nhưng trên nền di truyền mới có các tắnh trạng nông sinh học và kinh tế ựáp ứng mục tiêu chọn giống ựã ựề ra đây là phương pháp phổ biến và mang lại hiệu quả cao nhất trong việc làm phong phú thêm nguồn vật liệu EGMS Các phương pháp lai chuyển gen là:

+ Lai ựơn và chọn theo phả hệ: Lai ựơn giữa các dòng EGMS là dòng cho gen với dòng bố có ựặc ựiểm cần bổ sung

+ Phương pháp backcross: Thường ựược lai tắch lũy các ựặc ựiểm mong muốn vào dòng EGMS mới Vì tắnh bất dục của các dòng PGMS và TGMS là do các gen lặn quy ựịnh, nên ngay từ thế hệ F1 cần phải có sự xen

kẽ tự phối và lai trở lại ựể duy trì các gen ms ở các thế hệ của lai trở lại liên tiếp Phương pháp này có thể chuyển ựược gen ms giữa các giống không cùng

loài phụ hoặc các bố mẹ không tương hợp di truyền

Nguyễn Thị Trâm (2002) [38] ựã mô tả quy trình chọn tạo EGMS trong ựiều kiện miền Bắc nước ta như sau:

1 Chọn các dòng EGMS có nguồn gen tms (hoặc pms) ựã ổn ựịnh làm

mẹ lai với các dòng giống lúa thường, thu hạt lai và ựánh giá con lai F1

2 Gieo hạt F1 tự thụ ựể có quần thể F2, ựảm bảo cho quần thể này phân hóa ựòng từ bước 3-6 ựúng vào thời kỳ có nhiệt ựộ trung bình ngày cao

>27 oC hoặc ựộ dài ngày dài hơn giới hạn gây bất dục ựể chọn cây bất dục có ựặc ựiểm mong muốn Sau ựó các cá thể bất dục chọn ựược sẽ duy trì bằng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………20

chét ở ñiều kiện nhiệt ñộ <240C (ánh sáng ngắn) trong 10-12 ngày liên tiếp sau ñó chuyển ra nhà lưới ở ñiều kiện bình thường Khi lúa trỗ, tiến hành kiểm tra hạt phấn, nếu hạt phấn hữu dục chứng tỏ rằng dòng ñó là dòng TGMS hoặc PGMS

Trường hợp không có thiết bị ñể xử lý nhân tạo có thể chuyển gốc rạ tươi của các cá thể bất dục ñực lên vùng núi có ñộ cao > 900 m so với mặt biển, trồng trong mùa hè và tưới nước lạnh trên núi, chọn các dòng khi trỗ có hạt phấn hữu thụ và ñậu hạt tự thụ chính là dòng TGMS

3 Tiến hành gieo hạt tự thụ riêng từng cá thể trong ñiều kiện quang chu

kỳ dài hoặc nhiệt ñộ cao ñể chọn cây bất dục ñực ở thế hệ F3 Cây ñược chọn lại ñược làm tiếp tục như F2 Thực hiện như vậy trong 4-5 vụ nữa sẽ thu ñược dòng thuần ñồng nhất về các tính trạng hình thái, nông học và ổn ñịnh về ñặc tính bất dục ñực

Phương pháp tạo dòng EGMS bằng con ñường công nghệ sinh học

Thời gian gần ñây việc áp dụng các kỹ thuật của công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa lai có nhiều tiến bộ và ñã thu ñược nhiều kết quả tốt, ñặc biệt là kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào và chỉ thị phân tử

ðối với hệ thống lúa lai hai dòng, vấn ñề không ổn ñịnh về ngưỡng nhiệt ñộ gây bất dục hạt phấn, làm giảm ñộ thuần của dòng mẹ là một trong những trở ngại lớn hạn chế khả năng sản xuất hạt lai F1 ðể giải quyết vấn ñề này, người ta sử dụng phương pháp nuôi cấy bao phấn ñể tăng nhanh quá trình chọn tạo dòng mẹ và làm tăng sự ổn ñịnh ñộ thuần của dòng EGMS (Yuan L.P.,1997) [110], (Sun Z.X., 2000) [84] Hiện nay ñã có một số dòng TGMS ñược chọn tạo bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn: HS1, HS2, 1103S, H1286S, 1647S, PMS1 và ZND13S (Zhu X.D, 2000) [117]

Các phương pháp như: Nuôi cấy ñỉnh sinh trưởng, nuôi cấy lớp tế bào mỏng, nuôi cấy hoa non ñã trở thành các phương pháp quan trọng trong việc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ………21

làm thuần và nhân nhanh các dòng bất dục, góp phần ñẩy nhanh tốc ñộ chọn giống và sản xuất lúa lai (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [25]

Khả năng chống chịu sâu bệnh của các tổ hợp lúa lai sẽ ñược cải tiến bằng việc chọn lọc các dòng bố mẹ ổn ñịnh, có chứa những gen trội chống chịu sâu bệnh mong muốn Những gen như vậy sẵn có ñối với tính chống chịu bệnh bạc lá, rầy nâu Những dòng quý mang gen này sẽ ñược sử dụng ñể phát triển các giống lúa lai có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt Việc sử dụng kỹ thuật chuyển gen có thể ñưa ñược các gen kháng sâu bệnh vào các tổ hợp lúa lai IRRI phát triển các dòng bố mẹ có chuyển gen Xa21 và Bt nhằm tạo các

tổ hợp lai chống chịu với bệnh bạc lá và sâu ñục thân (S.S Virmani, 2003) [94]

Việc sử dụng chỉ thị phân tử DNA trong chọn tạo giống lúa lai nhằm mục ñích xác ñịnh các tính trạng cụ thể, phân biệt và bảo vệ nguồn tài nguyên

di truyền các dòng bố mẹ, lập bản ñồ gen của một số dòng TGMS, PGMS và chọn lọc giống nhờ chỉ thị phân tử (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [25]

Dựa vào các kỹ thuật của công nghệ sinh học, có thể tập hợp các gen quý hiếm vào một dòng vật liệu, tăng khoảng cách di truyền giữa các dòng bố

mẹ, làm tính mẫn cảm môi trường của các dòng bất dục ổn ñịnh hơn, trên cơ

sở ñó tạo ra các tổ hợp lai siêu cao sản (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [38]

Công nghệ sinh học cũng ñã bước ñầu thành công trong việc tạo dòng EGMS có chỉ thị hình thái ñể sử dụng vào việc chống lẫn hạt dòng mẹ tự thụ trong sản xuất lúa lai thương phẩm Người ta dễ dàng nhận thấy và nhổ bỏ cây

mẹ tự thụ có mang gen chỉ thị hình thái (màu ñặc trưng) ngay từ khi ở ruộng

mạ (Zhu X.D., 2000) [117]

Phương pháp nhập nội

ðây là phương pháp nhanh và có hiệu quả cao nhằm ñón ñầu những thành tựu khoa học nông nghiệp tiên tiến trên thế giới Các dòng TGMS,

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ22

PGMS ựược nhập nội từ nước ngoài về gieo trồng tại Việt Nam và ựược ựánh giá khả năng thắch ứng, các ựặc ựiểm nông sinh học, ựặc biệt là xác ựịnh ựược ngưỡng chuyển hóa và thời ựiểm chuyển hóa tắnh dục Trên cơ sở các kết quả thu ựược, tuyển chọn các dòng ưu tú nhất thắch ứng với ựiều kiện Việt Nam, ựồng thời có các ựịnh hướng sử dụng các dòng này cho thắch hợp Ngoài ra,

có thể chọn ra một số biến dị phù hợp từ các nguồn vật liệu này phục vụ chương trình chọn tạo lúa lai hai dòng trong nước (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [38]

Ngoài ra, một số nghiên cứu ựược tiến hành nhằm phát triển các dòng TGMS ổn ựịnh mới trong các thế hệ con cháu tự thụ của dòng TGMS bằng kỹ thuật làm trong bao phấn Kết quả nghiên cứu cho thấy, cả hai hệ thống gen trước giảm phân (pre-meiotic) và sau giảm phân (post-meiotic) ựều hoạt ựộng trong thời kỳ phát triển bao phấn gây nên sự bất dục cho dòng TGMS Ở một

số dòng thời kỳ cảm ứng xảy ra ở bước 4 của ựòng non, nên bao phấn không

có hạt phấn Kỹ thuật làm trong bao phấn cho thấy các kiểu phát triển khác nhau của quá trình hình thành hạt phấn qua tỷ lệ hạt phấn hữu dục Có 3 mức

tỷ lệ hạt phấn hữu dục ựược quan sát thấy ở thế hệ con cháu tự thụ < 20%, 70% và > 90% Tỷ lệ hạt phấn hữu dục <20% ựược quan sát thấy ở một số tổ hợp lai như TS15/TS16 và TS15/Co47, TS18/TS16 và TS18/Co47, ựây là các vật liệu tốt ựể phát triển các dòng TGMS mới có kiểu cây mới (R.Kalaiyarasi

50-và P.Vaidyanathan, 2003) [63]

d đánh giá ựặc tắnh bất dục và ựộ ổn ựịnh của các dòng EGMS

đánh giá ựặc tắnh bất dục của các dòng EGMS

để sử dụng tốt các dòng EGMS trong hệ thống lúa lai hai dòng, vấn ựề quan trọng là phải ựánh giá phản ứng hữu dục, bất dục ựối với ựiều kiện ánh sáng và nhiệt ựộ trong thời kỳ cảm ứng, xác ựịnh tắnh ổn ựịnh bất dục, thời gian bất dục liên tục và khả năng ựậu hạt giai ựoạn hữu dục của các dòng

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ23

EGMS đặc tắnh bất dục của dòng EGMS ựược ựánh giá trong ựiều kiện tự nhiên và ựiều kiện nhân tạo

+ đánh giá trong ựiều kiện tự nhiên: Lợi dụng sự thay ựổi nhiệt ựộ và

ựộ dài ngày ở các vùng khác nhau và các mùa vụ gieo trồng khác nhau trong năm ựể ựánh giá diễn biến chuyển hóa bất dục-hữu dục của hạt phấn, phản ứng với ựiều kiện môi trường, ựộ ổn ựịnh về ựặc tắnh bất dục và xác ựịnh vùng sinh thái thắch ứng của của dòng EGMS

+ đánh giá trong ựiều kiện nhân tạo: Phương pháp ựánh giá trong ựiều kiện tự nhiên rẻ hơn, không giới hạn số dòng hay số cây trong dòng Tuy nhiên kết quả khó giống nhau trong các năm hay các vùng khác nhau do sự biến ựộng không ựều của nhiệt ựộ và ánh sáng

Ngoài ra rất khó tách riêng ảnh hưởng của từng yếu tố nhiệt ựộ, ánh sáng ựến tắnh hữu thụ của dòng PGMS và dòng TGMS trong những năm bình thường, do trong ựiều kiện tự nhiên có ảnh hưởng chồng chéo giữa ngày dài

và nhiệt ựộ cao trong mùa hè và ngày ngắn với nhiệt ựộ thấp ựối với sự biến ựổi hữu dục Vì vậy sự ựánh giá các dòng EGMS trong ựiều kiện tự nhiên chưa ựảm bảo ựược ựộ chắnh xác trong việc xác ựịnh các chỉ tiêu về tắnh trạng bất dục ựực, giai ựoạn cảm ứng, ngưỡng chuyển ựổi bất dục-hữu dục và không phân tắch ựược ảnh hưởng của từng yếu tố nhiệt ựộ và ánh sáng tới phản ứng hữu dục của dòng EGMS

để khắc phục những tồn tại trên, các nhà nghiên cứu lúa lai sử dụng phương pháp ựánh giá bằng ựiều kiện nhân tạo với các mức T (nhiệt ựộ) và P (ánh sáng) ựịnh sẵn Theo Mou.T.M và Sun Z.X (2000) [75] [84], ựánh giá ựặc tắnh mẫn cảm nhiệt ựộ và ánh sáng của dòng EGMS theo quy trình sau:

(+) Xây dựng thông số P và T cho việc ựánh giá trong phytotron phải ựại diện cho vùng sinh thái ở ựó các dòng EGMS ựược gieo trồng

(+) Quyết ựịnh chu kỳ ánh sáng trong xử lý: Tối thiểu có hai kiểu xử lý

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nơng nghiệp ………24

quang chu kỳ, một thơng số xử lý cho hữu dục và một thơng số xử lý cho bất dục Chu kỳ P bao gồm cả thời gian hồng hơn và bình minh (thời gian cĩ cường độ chiếu sáng lớn hơn 50 lux)

(+) Thiết lập chế độ nhiệt:

Ě Nhiệt độ trung bình: Phải cĩ ít nhất hai chế độ xử lý cho nhiệt độ Nhiệt độ cao cho bất dục được quyết định bởi tiền xử lý và nguyên tắc là hầu hết các dịng P(T)GMS bất dục và giai đoạn bất dục ít nhất là hơn 30 ngày liên tục Nhiệt độ thấp cho hữu dục được quyết định bởi nhiệt độ trỗ an tồn

220C (cho Indica) và nhiệt độ thấp cho đánh giá là 230C đảm bảo an tồn cho hữu dục hạt phấn

Ě Xác định nhiệt độ tối cao và tối thấp: Sự quyết định dựa trên số liệu của trạm khí tượng địa phương Thơng thường biến động nhiệt độ là 8-100C trong thời kỳ sinh trưởng của cây lúa Ví dụ: Nhiệt độ tối cao và nhiệt độ tối thấp trong mùa hè là 330C và 250C và tương ứng trong mùa thu là 280C và

200C Nhiệt độ tối thiểu được thiết lập là 190C

Ě Thiết kế chu kỳ nhiệt độ: ðể thay đổi chu kỳ nhiệt độ giữa nhiệt độ tối thiểu và nhiệt độ cực đại trong một ngày, xử lý giai đoạn nhiệt độ, ánh sáng được thiết lập ở bảng 1.1

(+) Số dịng và cây được được kiểm tra cho mỗi dịng: Phụ thuộc vào kích thước phytotron và chương trình chọn tạo Mỗi dịng từ 10-20 cây, một giống thương phẩm và một dịng EGMS đã được phĩng thích được sử dụng như những giống đối chứng

(+) Quản lý thí nghiệm và lấy mẫu: Hạt được gieo trong vườn tập đồn

Mạ được chuyển vào bầu plastic lúc 5 lá, một cây một hốc và 2 cây trong một bầu Tất cả các bầu được sắp xếp trong một hộp plastic lớn Với các dịng EGMS Japonica, trước khi xử lý thí nghiệm thì cần thiết xử lý 10 ngày bằng ánh sáng ngày ngắn để tăng tốc độ phát triển Khi cây bắt đầu trỗ nhưng chưa

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ25

nở hoa, lấy 5 hạt ựầu bông trên một cây ựể kiểm tra hạt phấn và bao cách ly bông ựã lấy mẫu (2 bông/cây) ựể theo dõi tỷ lệ hạt tự thụ Sau khi lấy mẫu 5-7 ngày thì chuyển toàn bộ cây ra ngoài tự nhiên đếm hạt tự thụ sau 25 ngày

đánh giá dòng EGMS: Dòng PGMS tốt bất dục trong ựiều kiện chu kỳ chiếu sáng dài nhưng hữu dục trong ựiều kiện chu kỳ chiếu sáng ngắn đặc biệt trong ựiều kiện nhiệt ựộ trung bình và ánh sáng ngắn

Những dòng TGMS biểu hiện bất dục ở ựiều kiện nhiệt ựộ cao và hữu dục ở ựiều kiện nhiệt ựộ thấp

Bảng 1.1 điều kiện nhiệt ựộ và ánh sáng trong phytorton

14,0 giờ (5h30-19h30)

15,0 giờ (5h-20h)

1.2.1.3 Các tiêu chuẩn của một dòng bất dục ựực ở lúa

để sử dụng các dòng bất dục ựực vào phát triển lúa lai thương phẩm một cách hiệu quả nhất, các nhà chọn giống Trung Quốc ựã ựưa ra tiêu chuẩn một dòng bất dục tốt như sau (trắch theo Hoàng Tuyết Minh, 2002) [25]

- Quần thể phải gồm trên 1000 cá thể, có ựặc ựiểm nông học ựồng nhất

và ổn ựịnh

- Phải có ựặc tắnh bất dục ổn ựịnh và bất dục hoàn toàn trong mọi ựiều

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ26

kiện (nếu là dòng CMS) Với dòng EGMS phải bất dục hoàn toàn, có ựiều kiện chuyển ựổi hữu dục rõ ràng (ngưỡng nhiệt ựộ chuyển hóa khoảng < 23oC cho dòng PGMS và 23,5 oC cho dòng TGMS) Tỷ lệ cây bất dục của dòng bất dục phải là 100% và ổn ựịnh qua các lần gieo, tỷ lệ hạt phấn bất dục cao hơn 99,5% và tỷ lệ hạt ựậu trong bao cách ly phải < 0,5%

- Giai ựoạn bất dục của dòng EGMS ắt nhất phải 30 ngày liên tục và tỷ

lệ kết hạt (tự thụ) trong thời kỳ hữu dục trên 40%

- Dòng CMS phải tương ựối dễ phục hồi (khả năng phục hồi hạt phấn

ở con lai F1 trên 90%) và phải có phổ phục hồi rộng

- Phải có tỷ lệ thụ phấn ngoài cao (> 20%) khi lai với dòng bố để ựạt ựược tiêu chuẩn này, các dòng bất dục ựực cần có cấu trúc hoa và tập tắnh nở hoa tốt, tỷ lệ thò vòi nhụy ra ngoài vỏ trấu cao (> 41%), vòi nhụy dài và sức sống vòi nhụy cao Góc mở vỏ trấu rộng, thời gian mở vỏ trấu dài, ựóng cổ bông ắt (< 10%)

- Ngoài ra các dòng bất dục phải có khả năng kết hợp cao, chống chịu tốt với sâu bệnh và có khả năng thắch ứng rộng thì mới có ý nghĩa trong sản xuất

Một số nhà chọn giống lúa lai Việt Nam ựã ựề nghị bổ sung thêm một

số tiêu chuẩn của dòng TGMS cho phù hợp với ựiều kiện Việt Nam: Một dòng TGMS sử dụng thuận lợi ở Việt Nam phải có ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây bất dục hoàn toàn >25oC, ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây hữu dục <24oC, giới hạn chuyển hóa bất dục-hữu dục càng ngắn càng tốt ựể ựảm bảo thời gian bất dục dài, có ựiều kiện ựể tổ chức sản xuất hạt lai tốt (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [38]

1.2.2 đánh giá khả năng kết hợp của các dòng EGMS

Vấn ựề cơ bản của chọn giống ưu thế lai là xác ựịnh ựược khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ ựể tìm ra các tổ hợp lai tốt nhất, nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chọn tạo giống mới Vì vậy việc nghiên cứu khả năng kết

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ẦẦẦ27

hợp của nguồn vật liệu ban ựầu là mục tiêu hết sức quan trọng trong quá trình tạo giống lúa lai

Khả năng kết hợp là một ựặc tắnh di truyền, ựược truyền tải qua các thế

hệ, biểu hiện bằng giá trị trung bình của ưu thế lai ở tất cả các cặp lai và ựộ chênh lệch so với giá trị trung bình ựó của một cặp lai cụ thể nào ựó Giá trị trung bình biểu thị khả năng kết hợp chung (General Combining Ability-GCA), thể hiện khả năng di truyền của một tắnh trạng của một giống trong các

tổ hợp lai, ựó là hợp phần di truyền cố ựịnh mà giống ựó có khả năng truyền lại cho thế hệ sau; còn ựộ chênh lệch giữa giá trị tắnh trạng của từng cặp lai cụ thể so với khả năng kết hợp chung của 2 bố mẹ biểu thị khả năng kết hợp riêng (Specific Combining Ability-SCA), xác ựịnh ựược khả năng thể hiện tắnh trạng của từng cặp lai cụ thể (Ngô Hữu Tình, Nguyễn đình Hiền, 1996) [36]

Các nhà khoa học cho rằng, ựánh giá khả năng kết hợp thực chất là xác ựịnh tác ựộng của gen và chia tác ựộng gen liên quan ựến khả năng kết hợp thành 2 loại: Khả năng kết hợp chung ựược kiểm soát bởi yếu tố di truyền cộng của các gen trội, ựặc trưng cho hiệu quả cộng tắnh, còn khả năng kết hợp riêng ựược xác ựịnh bởi yếu tố ức chế, tắnh trội, siêu trội của các gen và ựiều kiện môi trường (Lê Duy Thành, 2001) [35]

để ựánh giá khả năng kết hợp của các vật liệu tạo giống cần thiết phải lai thử và so sánh các thế hệ con lai Do khối lượng công việc rất lớn và phức tạp, các nhà khoa học ựã ựưa ra những sơ ựồ lai và các phương pháp ựánh giá khả năng kết hợp khác nhau

Phương pháp lai ựỉnh (top cross) thường ựược sử dụng ở giai ựoạn ựầu của quá trình chọn lọc, khi khối lượng dòng còn quá lớn; các dòng giống cần xác ựịnh khả năng kết hợp chung (GCA) ựược lai với cùng một dạng chung gọi

là cây thử (Tester) (Ngô Hữu Tình và Nguyễn đình Hiền, 1996) [36]

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nơng nghiệp ………28

Phương pháp lai trắc nghiệm (Line x Tester) được phát triển từ phương pháp lai đỉnh trên cơ sở sử dụng một số cây thử khác nhau để làm tăng độ chính xác của thí nghiệm (Sing R K., Chaudhary B.D, 1985) [83] Phương pháp này đã giúp cho việc ước đốn khả năng kết hợp chung, khả năng kết hợp riêng và khả năng di truyền một số tính trạng của các vật liệu nghiên cứu

Bằng phương pháp phân tích Line x Testers theo mơ hình Kempthorne (1957), Nguyễn Thị Gấm (2003) đã xác định được một số vật liệu cĩ khả năng kết hợp cao trên các tính trạng năng suất như: 7S, Peiai 64S-

CL và một số tổ hợp cĩ các dịng bố mẹ cĩ khả năng phối hợp riêng cao, cĩ triển vọng trong sản xuất như: 7S/R130, 7S/R8 [11]

1.2.2.1 Phương pháp phân tích Line x Tester theo mơ hình Kempthorne

(1957)

- Phân tích phương sai Line x Tester: Trên cơ sở kết quả thu được từ thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên hoặc khối ngẫu nhiên của các cặp lai, dịng và cây thử, tiến hành phân tích phương sai thí nghiệm một nhân tố là các kiểu gen tham gia trong thí nghiệm Nếu sự khác nhau cĩ ý nghĩa theo phép nghiệm F thì tiếp tục bước 2 là phân tích phương sai do các hợp phần Lines (dịng), Testers (cây thử) và Line x Tester (con lai giữa dịng và cây thử) được tạo nên trong thí nghiệm để đánh giá vai trị của các thành phần di truyền trong các tổ hợp lai (Singh R.K và Chaudhary B.D., 1985) [83]