Nghiên cứu tuyển chọn và sản xuất một số tổ hợp lúa lai hệ hai dòng có năng suất chất lượng cao được chọn tạo trong nước góp phần phát triển lúa lai tại thanh hoá

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN BÁ THÔNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN VÀ SẢN XUẤT MỘT SỐ

TỔ HỢP LÚA LAI HỆ HAI DÒNG CÓ NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG CAO ðƯỢC CHỌN TẠO TRONG NƯỚC GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN LÚA LAI TẠI THANH HOÁ

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 THỊ TRÂM

2 PGS.TS VŨ ðÌNH HOÀ

HÀ NỘI - NĂM 2009

i

LỜI CAM ðOAN

- Tôi xin cam ñoan rằng, ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các s ố liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận

án ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này ñều

ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận án

Nguyễn Bá Thông

Lời cám ơn

Tr ước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn Thị Trâm, PGS TS V ũ đình Hoà, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã tận tình h ướng dẫn, giúp ựỡ và tạo ựiều kiện thuận lợi ựể tôi hoàn thành công trình nghiên c ứu này

Tôi c ũng xin chân thành cám ơn các Thầy, Cô Bộ môn Di truyền Chọn

gi ống cây trồng, Khoa Nông học, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, ựã ựóng góp nhi ều ý kiến quý báu trong qúa trình thực hiện và hoàn hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy, Cô Viện ựào tạo Sau ựại học,

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà Nội, ựã quan tâm giúp ựỡ trong suốt thời gian h ọc tập và nghiên cứu

Nhân d ịp này tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu; Ban Chủ nhi ệm Khoa Nông học và Ban Lãnh ựạo Viện Sinh học Nông nghiệp, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, ựã tạo mọi ựiều kiện thuận lợi ựể tôi hoàn thành nghiên c ứu này

Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp ựỡ của Ban Giám hiệu Trường đại

h ọc Hồng đức; Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Thanh Hoá; Trung tâm NC ƯDKHK giống cây trồng Thọ Xuân; Trại giống cây trồng Triệu Sơn;

Tr ại giống cây trồng định Bình, Yên định; phòng Nông nghiệp các huyện:

Nh ư Thanh, đông Sơn, Quảng Xương, Thọ Xuân, Yên định, Triệu Sơn và Công ty C ổ phần Giống cây trồng tỉnh Thanh Hoá ựã tạo ựiều kiện thuận lợi

ựể tôi thực hiện và hoàn thành luận án

Hoàn thành lu ận án còn có sự ựộng viên, khuyến khắch giúp ựỡ của Ban Giám ựốc và Cán bộ Trung tâm NCƯDKHCN; Phòng Quản lý Khoa học

và H ợp tác Quốc tế; Cán bộ Giảng viên và Sinh viên Bộ môn Khoa học Cây

tr ồng, Khoa Nông- Lâm- Ngư nghiệp, Trường đại học Hồng đức, các bạn ựồng nghiệp và gia ựình

Tôi xin chân thành cám ơn

Hà N ội, ngày 20 tháng 6 năm 2009

Tác giả

Nguyễn Bá Thông

MỤC LỤC

Trang

Lêi cam ®oan i

Lời cám ơn

ii Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu viii

Danh mục các bảng ix

Danh mục các ñồ thị xii

MỞ ðẦU 1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

2 Mục tiêu của ñề tài 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 1.1 Lịch sử nghiên cứu và sử dụng ưu thế lai ở cây lúa 4

1.1.1 Nghiên cứu về hiện tượng ưu thế lai ở cây lúa 4

1.1.2 Sự biểu hiện ưu thế lai ở một số tính trạng của cây lúa 5

1.1.3 Khai thác ưu thế lai ở cây lúa theo phương pháp lai hai dòng 11

1.2 Những nghiên cứu về chọn tạo, làm thuần, vùng sinh thái và thời vụ nhân dòng EGMS và dòng cho phấn 16

1.2.1 Các phương pháp chọn tạo dòng EGMS 16

1.2.2 Các phương pháp ñánh giá dòng EGMS 21

1.2.3 Những nghiên cứu chọn thuần các dòng EGMS 23

1.2.4 Nghiên cứu về vùng sinh thái và thời vụ nhân dòng TGMS 27

1.2.5 Một số kết quả nghiên cứu về dòng cho phấn 28

1.2.6 Một số nghiên cứu về gen tương hợp rộng 29

1.3 Một số nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lúa lai F1 30

iv

1.3.1 Xác ñịnh thời vụ sản xuất hạt lai F1 31

1.3.2 Nghiên cứu tỷ lệ hàng bố mẹ 32

1.3.3 Nghiên cứu mật ñộ và số dảnh cơ bản 32

1.3.4 Nghiên cứu sử dụng GA3 ñể nâng cao năng suất hạt lai F1

33 1.3.5 Nghiên cứu sử dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác khác 34

1.3.6 Nghiên cứu biện pháp thụ phấn bổ sung vào lúc cao ñiểm 34

1.4 Một số kết quả nghiên cứu về kỹ thuật thâm canh cây lúa lai thương phẩm 35

1.5 Những thành công và hạn chế của lúa lai hai dòng 36

1.6 Quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam và Thanh Hoá 38 1.6.1 Quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 38

1.6.2 Quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Thanh Hoá 42

1.7 Nhận xét tổng quan và cơ sở khoa học của ñề tài 44

1.7.1 Nhận xét chung 44

1.7.2 Nhận xét về nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 45

1.7.3 Nhận xét về nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Thanh Hoá 46

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 47

2.2 ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 47

2.2.1 ðịa ñiểm nghiên cứu 47

2.1.2 Thời gian nghiên cứu 47

2.3 Nội dung nghiên cứu 48

2.4 Phương pháp nghiên cứu 48

2.4.1 ðiều tra, phân tích tình hình sản xuất lúa lai; diễn biến của các yếu tố khí hậu thời tiết với việc nhân dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1 ở Thanh Hoá

48 2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 48

v

2.4.3 Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp ựánh giá 53 2.4.4 Phương pháp phân tắch và xử lý số liệu thắ nghiệm 54

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội và tình hình sản xuất lúa lai tại Thanh Hoá 56

3.1.1 Vị trắ ựịa lý, dân số và tình hình sử dụng ựất 56 3.1.2 Các yếu tố khắ hậu thời tiết ở Thanh Hoá với việc nhân dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1 57 3.1.3 Tình hình sản xuất lúa lai ở Thanh Hoá trong những năm qua 61

3.2 Tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng tại Thanh Hóa 65

3.2.1 đặc ựiểm nông sinh học của các tổ hợp lúa lai hai dòng 65 3.2.2 Mức ựộ nhiễm sâu bệnh hại của các tổ hợp lúa lai hai dòng trong ựiều kiện tự nhiên tại trường ựại học Hồng đức 69 3.2.3 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lúa lai hai dòng trường ựại học Hồng đức 71 3.2.4 Biểu hiện ưu thế lai chuẩn của một số tổ hợp lúa lai hai dòng trong vụ Xuân và vụ Mùa tại trường ựại học Hồng đức. 75 3.2.5 Năng suất trung bình và ưu thế lai chuẩn của các tổ hợp lai tại các ựiểm và các năm thắ nghiệm ở Thanh Hoá 79 3.2.6 đánh giá mức ựộ ổn ựịnh năng suất của các tổ hợp lúa lai ở các vụ

và ựiểm thắ nghiệm thông qua phân tắch tương tác kiểu gen môi trường

82

3.2.7 Kết quả tuyển chọn các tổ hợp lúa lai hai dòng vụ Xuân và

vụ Mùa theo chỉ số chỉ số chọn lọc 87 3.2.8 Một số chỉ tiêu chất lượng của các tổ hợp lúa lai hai dòng có triển vọng tại Thanh Hoá 90

tỷ lệ ựậu hạt của dòng T1S-96 96 3.3.1.3 Tình hình nhiễm sâu bệnh hại ở các thời vụ gieo cấy dòng T1S- 96 102 3.3.1.4 Ảnh hưởng của thời vụ gieo cấy ựến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 103 3.3.2 Nghiên cứu liều lượng NPK cho nhân dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2004- 2005 105 3.3.2.1 Ảnh hưởng của liều lượng NPK ựến một số ựặc ựiểm nông sinh học của dòng T1S-96 105 3.3.2.2 Ảnh hưởng của liều lượng NPK ựến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 106 3.3.3 Nghiên cứu mật ựộ cấy trong nhân dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2005- 2006 108 3.3.3.1 Ảnh hưởng của mật ựộ cấy ựến một số ựặc ựiểm nông sinh học của dòng T1S-96 108 3.3.3.2 Ảnh hưởng của mật ựộ cấy ựến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 109 3.3.4 Kết quả hậu kiểm dòng bất dục ựực T1S-96 110

3.4 Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3- 4 tại vùng đồng bằng Thanh Hoá 115

3.4.1 Xác ựịnh thời vụ sản xuất hạt lúa lai F1 tổ hợp TH3-3 và

3.4.1.1 ðặc ñiểm nông sinh học dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 và TH3-4 115 3.4.1.2 Tập tính nở hoa của các dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 và TH3-4 118 3.4.1.3 Mức ñộ bất dục hạt phấn và tỷ lệ nhận phấn ngoài của dòng T1S-96 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 121 3.4.1.4 Tình hình nhiễm sâu bệnh của các dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 và TH3-4 127 3.4.1.5 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai F1

tổ hợp TH3-3 và TH3-4 129 3.4.2 Xác ñịnh tỷ lệ hàng bố mẹ trong sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ mùa năm 2006 131 3.4.2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ HÀNG BỐ MẸ ðẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU NÔNG SINH HỌC DÒNG BỐ MẸ TỔ HỢP TH3-3 VÀ TH3-

3.5 Xây dựng mô hình trình diễn 140 3.5.1 Xây dựng mô hình trình diễn tổ hợp lúa lai TH3-3 và TH3-4 140 3.5.2 Kết quả xây dựng mô hình trình diễn nhân dòng T1S-96 và

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ

Kết luận 143

ðề nghị 144

Cỏc cụng trỡnh ủó cụng bố cú liờn quan ủến luận ỏn 146

Tài liệu tham khảo 147 Phụ lục

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT (Kí HIỆU)

T.T Ch ữ viết tắt

(ký hi ệu) Ngh ĩa của chữ viết tắt (ký hiệu)

Male Sterility)

10 EGMS Dũng bất dục ủực di truyền nhõn mẫn cảm mụi trường

(Environment- sensitive Genic Male Sterility)

14 NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

17 PGMS Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm quang chu

kỳ (Photoperiodic- sensitive Genic Male Sterility)

ix

23 TGMS Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ

(Thermo- sensitive Genic Male Sterility)

DANH MỤC CÁC BẢNG

S ố

3.1 Diễn biến diện tớch, năng suất và sản lượng lỳa và lỳa lai tại tỉnh

Thanh Húa thời kỳ 1991- 2007 63 3.2 ðặc ủiểm nụng sinh học của cỏc tổ hợp lỳa lai hai dũng trong vụ

Xuõn 2006 và 2007 tại trường ủại học Hồng ðức 66 3.3 ðặc ủiểm nụng sinh học của cỏc tổ hợp lỳa lai hai dũng trong vụ

Mựa 2005 và 2006 tại trường ủại học Hồng ðức 68 3.4 Tỡnh hỡnh nhiễm một số loại sõu bệnh hại trờn cỏc tổ hợp lỳa lai

hai dũng trong vụ Xuõn và vụ Mựa tại trường ủại học Hồng ðức 70 3.5 Cỏc yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cỏc tổ hợp lỳa lai hai

dũng trong vụ Xuõn 2006 và 2007 tại trường ủại học Hồng ðức 72 3.6 Cỏc yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cỏc tổ hợp lỳa lai hai

dũng trong vụ Mựa 2005 và 2006 tại trường ủại học Hồng ðức 74 3.7 Giỏ trị ưu thế lai chuẩn (HS) trờn một số tớnh trạng số lượng và

năng suất của cỏc tổ hợp lỳa lai hai dũng trong vụ Xuõn 2006 và

2007 tại trường ủại học Hồng ðức 76 3.8 Giỏ trị ưu thế lai chuẩn (HS) trờn một số tớnh trạng số lượng và năng

suất của cỏc tổ hợp lỳa lai hai dũng vụ Mựa 2005 và 2006 tại trường

x

3.9 Năng suất và ưu thế lai chuẩn các tổ hợp lúa lai hai dòng tại các ựiểm và các năm thắ nghiệm trong vụ Xuân 80 3.10 Năng suất và ưu thế lai chuẩn các tổ hợp lúa lai hai dòng tại các

ựiểm và các năm thắ nghiệm trong vụ Mùa 81 3.11 Nhóm môi trường và nhóm kiểu gen trong thắ nghiệm tuyển chọn

các tổ hợp lúa lai vụ Xuân 84 3.12 Nhóm môi trường và nhóm kiểu gen trong thắ nghiệm tuyển chọn

các tổ hợp lúa lai vụ Mùa 85 3.13 Phương sai của các tổ hợp lúa lai tham gia tuyển chọn trong vụ

Xuân và vụ Mùa 86 3.14 Kết quả chọn lọc các tổ hợp lúa lai hai dòng vụ Xuân tại Thanh

Hoá theo chương trình Selection Index 89 3.15 Kết quả chọn lọc các tổ hợp lúa lai hai dòng vụ Mùa tại Thanh

Hoá theo chương trình Selection Index 89 3.16 Một số chỉ tiêu biểu hiện chất lượng xay xát và chất lượng thương

trường của các tổ hợp lúa lai hai dòng vụ Xuân 2007 tại Thanh Hoá 91 3.17 Một số chỉ tiêu biểu hiện chất lượng dinh dưỡng và chất lượng ăn

uống của các tổ hợp lúa lai hai dòng vụ Xuân 2007 tại Thanh Hoá 92 3.18 Ảnh hưởng của thời vụ gieo cấy ựến ựặc ựiểm nông sinh học của

dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 95 3.19 ảnh hưởng của thời vụ gieo cấy ựến sự chuyển ựổi tắnh dục và tỷ

lệ ựậu hạt của dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 2004- 2005 97 3.20 ảnh hưởng của thời vụ gieo cấy ựến sự chuyển ựổi tắnh dục và tỷ

lệ ựậu hạt của dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 2005-

2006

99

3.21 Tình hình nhiễm sâu bệnh hại ở các thời vụ gieo cấy dòng

T1S-96 trong vụ đông Xuân 102 3.22 ảnh hưởng của thời vụ gieo cấy ựến các yếu tố cấu thành năng

xi

suất và năng suất của dòng T1S-96 trong vụ đông Xuân 104 3.23 ảnh hưởng của liều lượng NPK ựến một số ựặc ựiểm nông học của

dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2004- 2005 106 3.24 Ảnh hưởng của liều lượng NPK ựến các yếu tố cấu thành năng suất và

năng suất của dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2004- 2005 107 3.25 ảnh hưởng của mật ựộ cấy ựến một số ựặc ựiểm nông sinh học của

dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2005- 2006 108 3.26 ảnh hưởng của mật ựộ cấy ựến các yếu tố cấu thành năng suất và

năng suất dòng T1S-96 vụ đông Xuân 2005- 2006 110 3.27 Kết quả hậu kiểm dòng T1S-96 tại Trạm Khảo nghiệm giống cây trồng

2006

112

3.28 Tỷ lệ hạt phấn hữu dục của dòng T1S-96 ở các lô hậu kiểm tại Viện

Sinh học Nông nghiệp vụ Mùa năm 2006 112 3.29 ảnh hưởng của thời vụ ựến một số ựặc ựiểm nông sinh học của

dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 vụ Mùa 2005 116 3.30 Ảnh hưởng của thời vụ ựến một số ựặc ựiểm nông sinh học của

dòng bố mẹ tổ hợp TH3-4 vụ Mùa 2005 117 3.31 ảnh hưởng của thời vụ ựến tập tắnh nở hoa của dòng bố mẹ tổ

hợp TH3-3 vụ Mùa 2005 119 3.32 ảnh hưởng của thời vụ ựến tập tắnh nở hoa của các dòng bố mẹ tổ

hợp TH3- 4 vụ Mùa 2005 120 3.33 Ảnh hưởng của thời vụ ựến mức ựộ bất dục hạt phấn và tỷ lệ nhận

phấn ngoài của dòng T1S-96 tổ hợp TH3-3 vụ Mùa 2005 122 3.34 ảnh hưởng của thời vụ ựến mức ựộ bất dục hạt phấn và tỷ lệ nhận

phấn ngoài của dòng T1S-96 tổ hợp TH3- 4 vụ Mùa 2005 124 3.35 Tình hình nhiễm một số loại sâu bệnh hại ở các thời vụ sản xuất

hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa 2005 128 3.36 Ảnh hưởng của thời vụ ựến các yếu tố cấu thành năng suất và

năng suất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa 2005 130

3.37 ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ ựến một số chỉ tiêu nông sinh học tổ

hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa năm 2006 132 3.38 ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ ựến các yếu tố cấu thành năng suất

và năng suất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa năm 2006 134 3.39 Ảnh hưởng của khoảng cách cấy hàng mẹ ựến một số chỉ tiêu nông sinh

học và năng suất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa 2006 135 3.40 ảnh hưởng của liều lượng GA3 ựến một số chỉ tiêu nông sinh học

dòng mẹ tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa 2005 137 3.41 ảnh hưởng của liều lượng GA3 ựến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất hạt lai F1tổ hợp TH3-3 và TH3-4 vụ Mùa 2005 139 3.42 Diện tắch, thời vụ và năng suất thực thu của các tổ hợp lúa lai TH3-3

và TH3-4 tại một số ựiểm trình diễn ở Thanh Hóa 141

DANH MỤC CÁC đỒ THỊ

S ố ựồ

3.1 Diễn biến nhiệt ựộ trung bình tuần nhiều năm và trong một số

năm thực hiện thắ nghiệm tại Thanh Hóa 59 3.2 Nhóm môi trường của ba ựiểm và hai vụ thắ nghiệm trong

vụ Xuân 83 3.3 Nhóm môi trường của ba ựiểm và hai vụ thắ nghiệm trong

3.4 Tương tác kiểu gen môi trường các tổ hợp lúa lai vụ Xuân

87 3.5 Tương tác kiểu gen môi trường các tổ hợp lúa lai vụ Mùa

87 3.6 ảnh hưởng của thời vụ ựến năng suất dòng T1S-96 vụ đông Xuân

2004- 2005 105 3.7 Ảnh hưởng của thời vụ ựến năng suất dòng T1S-96 vụ đông Xuân

2005- 2006 105

3.8 N¨ng suÊt thùc thu h¹t lai F1 tæ hîp TH3-3 trong c¸c thêi vô-

vô Mïa 2005 131 3.9 Năng suất thực thu hạt lai F1 tổ hợp TH3-4 trong các thời vụ-

vụ Mùa 2005 131

MỞ ðẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI

Lúa lai với ưu thế vượt trội về năng suất, chất lượng, khả năng thích nghi, ñã ñược nhiều nước trên thế giới ñi sâu nghiên cứu Trong những năm gần ñây, các nước ñang phát triển ñã có những thành tựu ñáng kể trong lĩnh vực sản xuất lương thực, việc ñưa lúa lai vào gieo trồng ñã tạo nên bước ñột phá về năng suất và sản lượng

Năng suất bình quân lúa lai cao hơn lúa thuần từ 20- 30% một cách chắc chắn, ñã ñược Trung Quốc, Ấn ðộ, Mỹ và một số nước có nghề trồng lúa khẳng ñịnh [138], [44], [121] Nhờ mở rộng gieo cấy lúa lai, nên mặc dù diện tích trồng lúa của Trung Quốc giảm từ 36,5 triệu ha (năm 1975) xuống còn 30,5 triệu ha (năm 2000) nhưng sản lượng lúa vẫn tăng một cách ñáng kể từ 128,75 triệu tấn năm 1975 lên 190,11 triệu tấn năm 2000, trong những năm ñó ñóng góp của lúa lai ñã làm tăng thêm 300 triệu tấn thóc Nhờ vậy, Trung Quốc

có thể nuôi sống hơn 1 tỷ người và ñảm bảo an ninh lương thực Quốc gia [54]

Năm 2006, Việt Nam ñạt 39,65 triệu tấn lương thực tăng hơn 5,1 triệu tấn so với năm 2000 [43] Lương thực ở nước ta không những ñảm bảo nhu cầu trong nước, dự trữ Quốc gia mà còn ñóng góp cho Quốc tế hơn 4 triệu tấn mỗi năm và xếp vào nhóm các nước dẫn ñầu về xuất khẩu gạo Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam ñang chuyển dần theo hướng giảm diện tích, tăng năng suất

và chất lượng, phù hợp với thị trường trong nước và xuất khẩu Mặc dù diện tích trồng lúa giảm nhưng mục tiêu an ninh lương thực Quốc gia vẫn ñược ñảm bảo [43] Một trong những giải pháp mà chúng ta lựa chọn là phát triển

và mở rộng diện tích gieo trồng lúa lai

Từ năm 1998, Việt Nam ñã nhập nội một số tổ hợp lúa lai hai dòng, các tổ hợp này ñều cho năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh hại Tuy nhiên, diện tích chưa ñược mở rộng là do giá hạt lai khá cao không phù hợp với ñiều

kiện người nông dân; công nghệ nhân dòng bất dục ñực và sản xuất hạt lai F1còn gặp nhiều khó khăn ðể chủ ñộng sản xuất giống tại chỗ với giá thành hạ, các nhà chọn giống Việt Nam ñã nghiên cứu và chọn tạo nhiều tổ hợp lai mới, trong ñó có các tổ hợp lai hai dòng: Việt lai 20, TH3-3, TH3-4, HYT 102 Các

tổ hợp này có năng suất chất lượng khá, thời gian sinh trưởng ngắn nên diện tích ngày càng ñược mở rộng ðể tìm hiểu và xác ñịnh những biện pháp kỹ thuật ñảm bảo thành công của quy trình sản xuất lúa lai hai dòng tại Thanh Hoá,

chúng tôi lựa chọn ñề tài: “Nghiên cứu tuyển chọn và sản xuất một số tổ hợp lúa lai h ệ hai dòng có năng suất, chất lượng cao ñược chọn tạo trong nước góp ph ần phát triển lúa lai tại Thanh Hoá”

2 MỤC TIÊU CỦA ðỀ TÀI

- Tuyển chọn các tổ hợp lúa lai hai dòng ñược chọn tạo trong nước, có năng suất chất lượng cao, thời gian sinh trưởng ngắn phù hợp với vụ Xuân và

vụ Mùa tại Thanh Hoá

- Xác ñịnh các biện pháp kỹ thuật nhân dòng bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ và sản xuất hạt lai F1 một số tổ hợp ñược tuyển chọn phục vụ sản xuất ở tỉnh Thanh Hoá

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

- Là công trình nghiên cứu một cách hệ thống từ khâu tuyển chọn tổ hợp lai ñến nhân dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ và sản xuất hạt lai F1 tại Thanh Hoá

- Kết quả của ñề tài ñóng góp thêm phần cơ sở lý luận hoàn thiện quy trình kỹ thuật nhân dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ và sản xuất hạt lai F1 tại Thanh Hoá và Việt Nam

- Giúp các cơ sở sản xuất tiếp cận và từng bước làm chủ quy trình công nghệ lúa lai, góp phần thực hiện thành công chương trình tự sản xuất hạt lai F1 ở Thanh Hoá

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ựề tài

- Tuyển chọn cho tỉnh Thanh Hoá các tổ hợp lúa lai hai dòng, vụ Xuân: TH3-3; TH3-5 và Việt lai 24; vụ Mùa: TH3-4; TH3-3 và Việt lai 24 Các tổ hợp này có năng suất, chất lượng cao và thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp với ựiều kiện sinh thái trong các mùa vụ tại Thanh Hoá;

- Các tổ hợp TH3-3 và TH3-4 ựược tuyển chọn có dòng mẹ là T1S-96 nhân ựược tại Thanh Hoá với các biện pháp kỹ thuật thắch hợp ựã ựược xác ựịnh;

- đã xác ựịnh một số biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH3-3 và TH3-4 ựạt năng suất cao;

- Các mô hình trình diễn ựược nông dân chấp nhận và chuyển ựổi, nên

ựã góp phần chuyển giao tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp và phát triển lúa lai tại Thanh Hoá

4 đỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- đề tài ựã sử dụng các tổ hợp lúa lai hai dòng ngắn ngày do các tác giả trong nước chọn tạo Dòng lúa bất dục ựực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ựộ T1S-96, các dòng cho phấn R3 và dòng R4 là những dòng lúa bố mẹ của các

tổ hợp lai có triển vọng cho sản xuất tại Thanh Hoá

- đề tài ựược tiến hành tại trường đại học Hồng đức, các huyện: Thọ Xuân, Triệu Sơn, Yên định và tổ chức trình diễn tổ hợp lai mới, sản xuất thử

và nhân dòng bất dục ựực tại huyện Yên định; Thọ Xuân; Triệu Sơn; Quảng Xương; Tĩnh Gia; Như Thanh; Lang Chánh và một số cơ sở sản xuất ựại diện cho vùng thâm canh cây lúa của tỉnh Thanh Hóa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG ƯU THẾ LAI Ở CÂY LÚA 1.1.1 Nghiên cứu về hiện tượng ưu thế lai ở cây lúa

Ưu thế lai là thuật ngữ chỉ tính trội hơn của con lai F1 so với bố mẹ về sức sinh trưởng, sinh sản, khả năng chống chịu, thích nghi, năng suất, chất lượng và các ñặc tính khác Việc sử dụng ưu thế lai ở F1 trong sản xuất ñại trà, nhằm tăng thu nhập và hiệu quả kinh tế ñược gọi là khai thác ưu thế lai (Trần Duy Quý, 2000) [46] Chọn giống lúa lai là con ñường nhanh và hiệu quả, nhằm phối hợp ñược nhiều ñặc ñiểm có giá trị của các dòng bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng có năng suất, chất lượng cao (Nguyễn Hồng Minh, 2006) [40]

Nhà khoa học Mỹ J.W Jones (1926) lần ñầu tiên ñã thông báo về sự xuất hiện ưu thế lai trên các tính trạng số lượng và năng suất của cây lúa Sau J.W Jones có rất nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai

về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất, về tích lũy chất khô; về các ñặc tính sinh lý: Cường ñộ quang hợp, hô hấp, diện tích lá, về sự phát triển của bộ rễ; về các ñặc tính chống chịu: Chịu rét, chịu hạn, chịu sâu bệnh…(Lin S.C and Yuan, 1980) [95] Các công trình nghiên cứu này khẳng ñịnh việc khai thác ưu thế lai ở lúa là hướng phát triển có triển vọng (Nguyễn Văn Hoan, 2000) [18] Tuy nhiên, cây lúa là cây tự thụ phấn ñiển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do ñó việc ứng dụng ưu thế lai gặp khó khăn trong quá trình sản xuất hạt lai F1 (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [20] Nhiều nhà khoa học ñã nghiên cứu khá sớm nhằm tìm biện pháp sản xuất hạt lai F1 song ñều không thành công vì chưa tìm ñược giải pháp hợp lý

Năm 1964, Yuan L.P và C.S phát hiện ñược cây lúa bất dục trong loài lúa dại Oryza fatua spontanea tại ðảo Hải Nam và ñã thành công trong việc chuyển gen bất dục ñực di truyền tế bào chất CMS vào lúa trồng, tạo ra các dòng bất dục và ñã mở ñường cho việc khai thác ưu thế lai trên quy mô

thương mại Sau 9 năm nghiên cứu, Trung Quốc ñã tạo ñược nhiều dòng CMS, dòng duy trì và dòng phục hồi tương ứng, thiết lập quy trình công nghệ nhân dòng bất dục, sản xuất hạt lai F1, ñánh dấu bước ngoặt trong lịch sử thâm canh cây lúa lai (Ngô Thế Dân, 2002 và FAO, 2005) [54], [78] Với sự

nỗ lực của các nhà chọn giống, nhiều tổ hợp lúa lai mới có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chống chịu tốt với sâu bệnh hại và các ñiều kiện ngoại cảnh bất thuận ñã ñưa vào sản xuất như: Wei you 35, Shan you 36 và Wei you 64 Kỹ thuật sản xuất hạt giống cũng có những ñột phá, năng suất hạt lai tăng từ 750 kg/ha lên 2.250 kg/ha và là cơ sở cho việc mở rộng và phát triển nhanh diện tích lúa lai thương phẩm (Yuan L.P, 2004) [141]

ðồng thời với sự phát triển lúa lai ba dòng, một số kết quả nghiên cứu

về lúa lai hai dòng cũng ñược công bố Năm 1973, Shi M S ñã phát hiện dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS) từ giống Nong Ken 58 (Zhou và C.S, 2002) [147] Năm 1991, các nhà khoa học Nhật Bản (Maruyama K., Araki H., Kato H, 1991) [101], ñã áp dụng phương pháp gây ñột biến nhân tạo và tạo ra dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ Norin PL12 Hạt giống lúa lai của Trung Quốc ñã ñược thử nghiệm ở IRRI, Indonesia, Ấn ðộ, Mỹ và một số nước khác ñều cho năng suất cao hơn các giống lúa thuần ñịa phương một cách ñáng tin cậy (Yin H Q, 1999; Zhou

et al, 2002) [131], [147]

1.1.2 Sự biểu hiện ưu thế lai ở một số tính trạng của cây lúa

1.1.2.1 Ưu thế lai về tính trạng chiều cao cây

Tính trạng chiều cao cây của cây lúa là do một số gen trội ký hiệu là Ph1,

Ph2, Ph3, Ph8, Ph9 ñiều khiển (Wu Dianxing, Shen S., Cui H., Xia Y., Shu Q, 2003) [125], trong ñó gen Ph2 và gen Ph3 nằm trên nhiễm sắc thể số 2 và nhiễm sắc thể số 3, ñó là những gen chính, chúng quyết ñịnh 21- 25% tính trạng chiều cao cây Cây cao thường dẫn ñến khả năng chịu thâm canh kém, cây dễ ñổ và

làm giảm năng suất ðể cải tiến các giống lúa, bằng nhiều phương pháp khác nhau người ta ñã chọn ra những giống lúa lùn và nửa lùn do những cặp gen lặn trong nhân chi phối Các nhà khoa học ñã tìm ñược 16 gen lặn ñiều khiển tính trạng lùn và nửa lùn của cây lúa gồm: sd1, sd2, sd3, sd4, sd5, sd6, sd9, sd10 sd11,

sd12, sd18, sd27, sd30, sd31, sd32 vàsd33 Những gen này phân bố trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 4, 5, 6, 11, 12, trong ñó tập trung nhiều nhất ở nhiễm sắc thể số

1, 2, 3, 4 và 12 (Wang Feng et al, 1997) [123] Theo ñánh giá của nhiều nhà khoa học thì chiều cao cây của cây lúa lý tưởng nhất là 90- 100 cm, do ñó con lai F1 cũng nên chọn trong phạm vi biến ñộng này

1.1.2.2 Ưu thế lai ở tính trạng thời gian sinh trưởng

Li Z et al (1995) [93] ñã tìm ra 3 gen trội kiểm soát tính trạng thời gian sinh trưởng của cây lúa là Hd3, Hd8 và Hd9 nằm trên các nhiễm sắc thể số 3, số

8 và số 9 Ở con lai F1 ưu thế lai về thời gian sinh trưởng thường biểu hiện giá trị dương Một số nhà khoa học khác như: Xu J F., Wang L Y (1980) [126], cho rằng thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào dòng bố Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam trong những năm 1992- 1994 cho thấy con lai F1 có thời gian sinh trưởng dài hơn dòng bố, dòng mẹ ở cả vụ Xuân và vụ Mùa

1.1.2.3 Ưu thế lai ở một số tính trạng sinh lý

Nhiều nghiên cứu gần ñây ñã phát hiện lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục tố/ñơn vị diện tích của lá cao, vì vậy hiệu suất quang hợp cao hơn lúa thường Yuan L.P., et al (2003) [139], cho biết khi so sánh giống Nam

ưu 2 với dòng phục hồi, con lai F1 có diện tích lá: Thời kỳ trỗ bông 6.913,5

cm2/cây; thời kỳ chín 4.122,8 cm2/cây, trong khi ñó dòng phục hồi có chỉ số diện tích lá tương ứng 4.225,2 cm2 và 2.285,1 cm2/cây, cường ñộ quang hợp của con lai F1 cao hơn dòng bố 35% Cường ñộ hô hấp thấp hơn lúa thường từ 5,6%- 27,1%, hiệu suất tích luỹ chất khô của lúa lai cao hơn lúa thường, nhờ

vậy mà lượng chất khô trong cây tăng, trong ñó lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh, tích luỹ vào cơ quan thân lá giảm (Trần Duy Quý, 2000; Kasura K., Maeda S., Horie T., Shiraiwa T, 2007) [46], [87]

1.1.2.4 Ưu thế lai biểu hiện ở khả năng chống chịu

Nghiên cứu về tính chịu lạnh của cây lúa, các nhà khoa học cho rằng: tính trạng này do 2 gen lặn ñiều khiển nằm trên NST số 4 và số 7 Con lai F1 có khả năng chống chịu với ñiều kiện lạnh; sức chịu lạnh của lúa lai cao hơn ở thời kỳ

mạ, nhưng lại chịu lạnh kém ở thời kỳ chín sữa (Sirajul Islam M and et al, 2007) [111]

Diện tích lúa bị hạn chiếm khoảng 30% diện tích trồng lúa của thế giới Các giống lúa chịu hạn hiện nay ñược sử dụng chủ yếu là các giống ñịa phương năng suất thấp Tính chịu hạn của cây lúa là do 6 gen ñiều khiển nằm trên các NST số 2, 4, 5, 6 và số 11 Việc chọn các giống lúa lai có khả năng chịu hạn là một hướng nghiên cứu ở nhiều nước trồng lúa trên thế giới (Ray,

L Yu., et al, 1996) [108]

Lúa lai cứng cây, chống ñổ tốt hơn lúa thuần và có khả năng thích ứng cao với vùng nước mặn Ở Ai Cập năng suất lúa lai ñạt ñược rất cao trên chân ñất nhiễm mặn từ 25-35% so với lúa thuần cải tiến (Trần Văn ðạt, 2005) [11]

Nghiên cứu về tính chống chịu bệnh ñạo ôn của cây lúa các nhà khoa học cho rằng: Tính chống bệnh ñạo ôn của cây lúa là do 12 gen trội khác nhau

là Pi-1; Pi-2, Pi-3… ñiều khiển Ở con lai F1 tính trạng kháng ñạo ôn thường biểu hiện ưu thế lai dương Khi chọn giống lúa lai chỉ cần chọn dòng bố mẹ

có gen kháng ñược các nòi nấm gây bệnh ñạo ôn khác nhau thì con lai F1 sẽ kháng ñược nhiều chủng ñạo ôn [69]

Nghiên cứu về gen chống bệnh bạc lá các nhà khoa học cho biết: Gen chống bệnh bạc lá bao gồm cả gen trội và gen lặn (Ronald P.C., et al, 1992) [109], vi khuẩn gây bệnh bạc lá có nhiều nòi ký sinh khác nhau Hiện nay trên thế giới ñã tìm ñược 19 gen kháng bạc lá (Phan Hữu Tôn, 2005) [57] và các gen này: Xa1; Xa2, Xa3, Xa4, xa5, Xa21, Xa13…[69], ñều nằm trên hầu hết các NST của cây lúa Ưu thế lai có ñược ở tính trạng kháng bệnh bạc lá chủ yếu gây ra nhờ hiệu ứng cộng Do ñó, cần phải chọn cả bố và mẹ có nhiều gen kháng bạc lá thì mới tích luỹ và hy vọng tạo ra giống lai kháng bệnh bạc lá Các tác giả Vũ Thị Thu Hiền, Nguyễn Văn Hoan, Hideshi Yasui và Atsushi Yoshimura, 2007 [80], cho rằng 2 gen xa5 và Xa 21 ñược xác ñịnh là gen có khả năng kháng với các chủng bạc lá ở Việt Nam Các tác giả ñã thực hiện lai chuyển các gen này vào dòng bất dục 103S và ñã tạo ñược dòng TGMS mới 103SBB và ñây là cơ sở quan trọng ñể tạo ra các tổ hợp lúa lai kháng bệnh bạc lá trong ñiều kiện nhiệt ñới ẩm ở Việt Nam

Rầy nâu phát sinh, phát triển và gây hại cây lúa có nhiều chủng khác nhau

và ñều do gen trội và gen lặn ñiều khiển [69] Các gen này ñều nằm trên các cặp NST cùng nguồn và có khả năng kháng ñược nhiều biotype Hideshi Yasui và

CS, 2007 [79] tổng kết, hiện nay người ta ñã tìm thấy 19 gen chính kháng rầy nâu trên một số giống lúa thuộc loài phụ indica và lúa dại Một số nước tiên tiến người ta ñã thành công trong việc chuyển gen Bt vào cây lúa [69] Ở Việt Nam ñã ñánh giá và phát hiện ñược một số tổ hợp lúa lai có khả năng kháng rầy nâu ở mức trung bình trong ñó có TH3-3 là giống lúa lai hai dòng ñược chọn tạo

và sản xuất trong nước (Nguyen Van Dinh and Tran Thi Lien, 2005) [76],

1.1.2.5 Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất

Lúa lai có ưu thế về năng suất cao hơn bố mẹ và lúa thuần khi gieo cấy trên diện rộng Bông lúa là phần mà người sản xuất quan tâm vì nó

quyết ñịnh năng suất và thành quả lao ñộng của họ Hầu hết các tác giả ñều cho rằng, ưu thế lai về các ñặc tính của bông lúa di truyền theo hiệu ứng cộng Tính trạng chiều dài bông do hai gen trội là Pl2 và Pl6 ñiều khiển nằm trên NST số 2 và số 6 Nghiên cứu ñặc tính di truyền tính trạng hạt, bông

và năng suất ñã phát hiện hệ số di truyền của chúng khá cao Tính trạng số hạt trên bông do 3 gen lặn ñiều khiển là tns6, tns8, tns11, các gen này nằm trên NST số 6, 8 và 11 (Lu Xing Gui, 1994) [97]

Số hạt chắc trên bông là tính trạng ñược quan tâm trong quá trình chọn tạo giống; tính trạng này ñược xác ñịnh bởi 2 cặp gen lặn ng1, ng2 nằm trên nhiễm sắc thể số 1 và số 2 (Jinhua Xiao, Jiming Li, et al, 1995) [83] Ma Guohui and Yuan L.P, (2002) [100], ñã nghiên cứu ñánh giá nhiều tổ hợp lúa lai và cho biết: Hầu hết các tổ hợp lúa lai ñều cho năng suất cao hơn lúa thuần

từ 20- 30% và họ ñã xác ñịnh ñược mối tương quan thuận giữa năng suất và

số hạt/bông (r=0,78); năng suất và khối lượng 1.000 hạt (r=0,57); năng suất và

số bông/khóm (r=0,34) Hai chỉ tiêu số hạt/bông và khối lượng 1.000 hạt có tương quan chặt với năng suất Do ñó, khi chọn cặp bố mẹ ñể tạo tổ hợp lai F1cần phải chú ý ñặc biệt ñến mối tương quan của chúng

1.1.2.6 Ưu thế lai thể hiện ở tính trạng chất lượng

Chất lượng gạo là một trong những mục tiêu quan trọng trong công tác chọn tạo giống lúa và ñược ñánh giá thông qua các chỉ tiêu: Màu sắc vỏ hạt, kích thức hạt, hình dạng hạt, ñộ ñồng ñều của hạt, tỷ lệ gạo xay, tỷ lệ gạo nguyên, tỷ lệ bạc bụng Có thể chia chất lượng gạo theo các nhóm chỉ tiêu: Chất lượng thương trường, chất lượng cơ lý, chất lượng nấu nướng và chất lượng dinh dưỡng Trong những năm trước ñây, chất lượng gạo lúa lai là một trong những trở ngại chính cho mở rộng kỹ thuật sản xuất (Trần Văn ðạt, 2005) [11] Vào thời ñiểm ban ñầu, do áp lực về năng suất mà nhiều Quốc gia

như: Trung Quốc, Ấn ðộ, Việt Nam, Philippin ñều sử dụng những giống có chất lượng thấp ðiều này ñã gây cho lúa lai một ấn tượng không tốt về chất lượng ðến nay chương trình nghiên cứu lúa lai ở hầu hết các Quốc gia ñều quan tâm tạo ra những tổ hợp lai có chất lượng (Misha B., et al, 2004) [105]

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng gạo, nhưng nổi bật là: Giống, ñiều kiện môi trường, kỹ thuật canh tác và công nghệ sau thu hoạch Trong các yếu tố nêu trên giống là yếu tố quyết ñịnh, ñiều kiện môi trường và công nghệ

sau thu hoạch là các yếu tố ảnh hưởng (Nguyễn Văn Luật, 2002) [36]

Hình dạng hạt thóc thường có 2 loại: Hạt bầu và hạt dài, thực tế người tiêu dùng thích hạt gạo nhỏ, dài ðây cũng là những tính trạng mang tính chất kinh tế ñối với sản xuất Qua nghiên cứu người ta thấy rằng: Tính trạng hạt bầu là do gen trội ñiều khiển

Mùi thơm của gạo làm tăng phần hấp dẫn ñối với thị hiếu người tiêu dùng, vì vậy việc tạo ra con lai F1 có mùi thơm cũng rất cần thiết Tragoonrung

và CS, 1985 [69], ñã xác ñịnh ñược gen lặn kiểm soát tính trạng thơm của giống Jacmine nằm trên nhiễm sắc thể số 8 ðộ mềm của cơm là do hàm lượng amylose trong gạo quyết ñịnh Nếu hàm lượng amylose >25% thì cơm cứng, ngược lại nếu thấp hơn 20% thì cơm dính ướt Tốt nhất là hàm lượng amylose từ 20- 24% Ở con lai F1 ñộ dẻo thường biểu hiện trung gian giữa bố và mẹ, muốn con lai có chất lượng gạo tốt, ñộ mềm vừa phải cần chọn bố mẹ có hàm lượng amyloza trung bình, ñể hạt gạo có hàm lượng amylose từ 22- 24%

ðộ hoá hồ trung bình là tiêu chuẩn mong muốn và cần thiết trong chương trình chọn tạo giống lúa cải tiến Qua quá trình nghiên cứu, các nhà chọn giống cho rằng: Sự khác biệt của 2 giống có ñộ hoá hồ cao và trung bình là do sự tham gia của một số gen cộng và gen phụ bổ sung Năm 1996, Stalsel J.W, Craigmiles J.P [112] ñã lai 2 giống có ñộ hoá hồ cao và trung bình và nhận thấy, con lai

có ñộ hoá hồ giống như bố mẹ và nghiêng về ñộ hoá hồ cao Tính trội của ñộ hoá hồ cao rất phổ biến trong quần thể F2 Tuy nhiên, quan ñiểm về sự di

truyền tính trạng này ñến nay vẫn chưa ñược thống nhất Một số tác giả cho rằng: ðộ hoá hồ ñược ñiều khiển bởi một gen ñơn chính, nhưng lại có một số nghiên cứu khác cho biết: ðộ hoá hồ ñược ñiều khiển bởi ña gen (Chen BT., Peng C.M and Xu Y.Q, 1992) [74]

ðộ bền thể gel ñược ñiều khiển bởi gen ñơn, người ta ñã tìm thấy dãy

alen ở cùng một locus ký hiệu là gec a ñối với gen ñiều khiển ñộ bền thể gel

trung bình và gen gec b ñối với gen ñiều khiển ñộ bền thể gel cứng Dãy alen này có tính lặn so với alen ñiều khiển ñộ bền thể gel cứng Việc chọn các giống

có ñộ bền thể gel mong muốn ñược tiến hành ở những thế hệ ñầu tiên trong quá trình chọn tạo giống lúa (Tang S.X., Khush, G.S and Juliano B.O, 1991) [116]

- Hàm lượng protein là một thông số quan trọng trong giá trị dinh dưỡng của hạt gạo Protein trong hạt gạo có giá trị cao hơn so với các loại hạt cốc khác, bởi vì hàm lượng lysin của nó khá cao (3,5- 4%) Các nhà chọn giống ñã

có nhiều cố gắng ñể nâng cao hàm lượng protein trong các giống lúa mới nhưng ít thành công, bởi vì sự di truyền tính trạng protein trong hạt rất phức tạp

và chịu sự chi phối mạnh mẽ bởi ñiều kiện môi trường (Juliano B.O, 1993) [85]

1.1.3 Khai thác ưu thế lai ở cây lúa theo phương pháp lai hai dòng

Bên cạnh việc phát triển lúa lai ba dòng các nhà khoa học ñã phát hiện

và phát triển lúa lai hai dòng Công cụ di truyền chủ yếu của hệ thống này là các dòng lúa bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm môi trường EGMS (Environment- sensitive Genic Male Sterility) Hệ thống lúa lai hai dòng sử dụng một dòng bất dục và một dòng cho phấn ñể sản xuất hạt lai F1 Khi nhân dòng bất dục ñực không cần dòng duy trì mà chỉ ñiều chỉnh thời vụ gieo cấy sao cho tự thụ phấn và kết hạt trong ñiều kiện nhiệt ñộ và thời gian chiếu sáng phù hợp Lúa lai hai dòng có nhiều ưu ñiểm hơn lúa lai ba dòng trong việc sử dụng ưu thế lai ñể nâng cao năng suất Các tổ hợp lúa lai hai dòng có năng suất

cao hơn 5 ñến 10% do các dòng mẹ có phổ phục hồi rộng nên có thể mở rộng phạm vi lai giữa các loài phụ (Tong- Min Mou, Lu- Xing- Giu, N.T Hoan and Vimani S.S (2003) [117]

1.1.3.1 Phát hi ện và nghiên cứu dòng bất dục ñực mẫn cảm quang chu k ỳ (Photoperiodic- sensitive Genic Male Sterility- PGMS)

Năm 1973, theo dõi quần thể ruộng lúa Nong ken 58, Shi M.S (1985) [110], ñã phát hiện ra một số cá thể bất dục khi trỗ bông trong mùa hè có thời gian chiếu sáng dài trên 14 giờ/ngày Ông thu về trồng trong nhà lưới và nhận thấy, các chồi mọc trỗ bông sau 1/9 khi thời gian chiếu sáng dưới 13 giờ 45 phút ñậu hạt ðem lai cây bất dục với giống khác, thế hệ F1 hữu dục, thế hệ F2phân ly theo tỷ lệ 3/4 số cây hữu dục: 1/4 số cây bất dục trong ñiều kiện ánh sáng ngày dài Qua nghiên cứu Shi M.S ñã kết luận: Tính bất dục của dòng lúa này là do một cặp gen lặn trong nhân ñiều khiển; cặp gen có 2 chức năng là ñiều khiển quá trình hình thành hạt phấn bất dục khi gặp pha sáng dài và ñiều khiển quá trình hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn.

Lu Xing Gui, (1994) [97] ñã xác ñịnh gen gây bất dục ñực của các cá thể chọn từ giống Nong ken 58 là gen lặn pms nằm trên nhiễm sắc thể số 2, dòng này ñược phát hiện ñầu tiên tại tỉnh Hồ Bắc- Trung Quốc nên ñặt tên là HPGMS Tiến hành lai HPGMS với các giống thuộc loài phụ japonica, cho phân ly ở thế hệ F2, chọn ñược một số dòng PGMS và TGMS Từ dòng Nong ken 58S các nhà khoa học tạo ra hàng loạt dòng EGMS mới: N5047S; WD-1S; 311S; Peiai 64S (Maruyama K, Araki H, Kato H, 1991; Bai D.L, Luo X.H, Yuan L.P, 2002) [101], [72] Nghiên cứu kỹ về tính bất dục ñực của dòng HPGMS, Yuan L.P, Yang Z.Y, Yang J.B (1994) [133], cho biết: Dòng này mẫn cảm mạnh với ánh sáng và mẫn cảm yếu với nhiệt ñộ Cũng theo Yuan L.P, Yang Z.Y, Yang J.B (1994) [133], các dòng lúa PGMS mẫn

cảm mạnh với ánh sáng từ giai ñoạn phân hoá gié cấp 2 ñến hình thành tế bào mẹ hạt phấn của ñòng non Thời gian chiếu sáng tới hạn gây hữu dục hạt phấn <13 giờ 45 phút với cường ñộ ánh sáng lớn hơn 50 lux Nhiều nghiên cứu khác cho rằng dòng Nong ken 58S là dòng PTGMS mang cả gen pms và gen tms nhưng các gen này mằm ở 2 vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể (Mei M.H, Xu C.G, Zhang Q, 1999) [102] Gen phục hồi hữu dục ñối với dòng Nong ken 58S (R) (dòng ñược tạo ra nhờ việc gây ñột biến dòng Nong ken 58S) và 1149S (ñược chọn lọc từ việc lai dòng Nong ken 58S với giống lúa japonica Nonghu 26) không cùng alen với gen phục hồi dòng Nong ken 58S (Virmani, SS and et al 2003; Zhang Z et al, 2004) [120], [144] Lu X.G, Tong M.M, Hoan N.T, 2002 [98], cho biết: Các nhà khoa học Trung Quốc,

Ấn ðộ, Nhật Bản và Việt Nam ñã xác ñịnh có 3 gen pms1; pms2 và pms3 nằm trên nhiễm sắc thể số 7, 3 và số 12

Dòng Nong Ken 58S ñặc trưng cho dòng bất dục ñực dạng PGMS, các dòng bất dục này thuộc loài phụ japonica, bất dục trong ñiều kiện ngày dài, nhiệt ñộ cao Các dòng PGMS có thể duy trì bằng cách ñể cho tự thụ trong ñiều kiện ánh sáng ngày ngắn và sử dụng làm dòng mẹ ñể sản xuất hạt lai F1 trong ñiều kiện ánh sáng ngày dài Ở Việt Nam các nhà khoa học cũng ñã chọn ñược một số dòng PGMS, trong ñó có dòng P5S với ngưỡng chuyển ñổi tính dục là

12 giờ 16 phút phù hợp với ñiều kiện sản xuất trong nước (Nguyễn Thị Trâm, Trần Văn Quang, ðỗ Mai Chi, 2003; Trần Văn Quang, 2008), [61], [47]

1.1.3.2 Nh ững nghiên cứu về dòng bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ (Thermo- sensitive Genetic Male Sterility- TGMS)

Năm 1988, Maruyama K và CS ñã phát hiện dòng AnnongS thông qua chọn lọc trong quần thể ñột biến tự nhiên Dòng TGMS này bất dục khi gặp nhiệt ñộ >27OC và hữu dục khi nhiệt ñộ <24OC ở thời kỳ phân chia tế bào

mẹ hạt phấn AnnongS là dòng TGMS ñược phát hiện ñầu tiên thuộc loại

phụ indica, bất dục trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao và hữu dục trong ñiều kiện nhiệt ñộ thấp

Năm 1989, Sun Z.X, Xiong Z.M, Min S.K and Yin [113], ñã chọn ñược dòng bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ 5460S, từ quần thể ñột biến của giống lúa IR54 Năm 1989, Yang R.C., et al (1989) [128], chọn tạo ñược dòng bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ R59TS và H89-1 Maruyama K., Araki H., Kato H, (1991) [101] thông báo chọn tạo ñược dòng bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ Norin PL-12 bằng phương pháp gây ñột biến Các tác giả ñều ñưa ra kết luận tính bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ do cặp gen lặn trong nhân ñiều khiển Kinoshita T (1992) [88] ñặt tên cho gen TGMS của dòng 5460S

và Norin PL-12 là tms-1 và tms-2 Cũng năm 1991,Virmani S.S, Voc P.C [118], ñã chọn ñược dòng TGMS mới IR32364S từ dòng IR32364 bằng phương pháp ñột biến phóng xạ và xác ñịnh ñược tính bất dục ñực là do một gen lặn quy ñịnh Theo Latha R, Thiyagarajan and Senthilvel S (2004) [92], năm 2004 các nhà khoa học ñã chọn ñược dòng TS6 có ngưỡng chuyển ñổi tính dục 25,5OC- 26,7OC và do 1 gen lặn ñiều khiển tính bất dục Ngoài ra còn nhiều dòng TGMS ñược tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau: Dòng TGMS 822 thu ñược từ ñột biến tự nhiên ở giống lúa ñịa phương; dòng TGMS-SA-2 tạo ra bằng phương pháp ñột biến hoá học, dòng Hennong S-1 lai xa giữa indica và lúa dại Dòng TGMS-VN1 của Viện Di truyền Nông nghiêp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến từ giống lúa ñịa phương Chiêm Bầu (Phạm Ngọc Lương, 2000) [35]

Hiện nay các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược 5 gen quy ñịnh tính bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ là tms1, tms2, tms3, tms4 và tms5 nằm trên NST số 8,7,6,9 và NST số 2 (Lu X.G et al, 2002; Dong S.L., et al, 2005; Yuan L.P, 2002) [98], [77], [138], dòng TGMS 0A15-1 ñược chọn tạo bằng phương

pháp gây ñột biến có gen quy ñịnh tính bất dục ñực mẫn cảm nhiệt ñộ nằm trên NST số 6 (Wang C.H et al., 2004) [124] Nguyễn Văn ðồng (1999) [13], bằng phương pháp phân tích BSA kết hợp với kỹ thuật AFLP, RFLP người ta

ñã phát hiện và xác ñịnh gen tms mới thứ 3 của dòng TGMS- VN1 chọn tạo

tại Việt Nam Gen này ñược ký hiệu là tms-4(t) nằm cạnh tâm ñộng trên vai

ngắn của NST số 2 và không cùng alen với gen tms-1 và tms-3(t) Khi nghiên cứu ñặc ñiểm di truyền của gen quy ñịnh tính bất dục ñực, Hà Văn Nhân (2001) [42] cho rằng: 6 dòng TGMS: SE21, T25S, Hương 125S, TGMS4, TGMS5 và TGMS6 ñều do 1 gen lặn nằm trong nhân ñiều khiển

Nghiên cứu thời kỳ mẫn cảm của các dòng TGMS, Bovorkakali R.P, Virmani S.S (1997) [73] cho biết: Giai ñoạn mẫn cảm của dòng Norin PL-12 vào thời ñiểm từ 15 ñến 6 ngày trước trỗ, dòng IR32364S từ 10 ñến 6 ngày trước trỗ Thời kỳ mẫn cảm của dòng TGMS từ 20 ñến 10 ngày trước khi cây lúa trỗ bông (Hoang Tuyet Minh and Nguyen Thi Nhan, 2002) [103]

Theo Nguyễn Thị Trâm, 2000 [59], thời kỳ mẫn cảm nhiệt ñộ của dòng TGMS tương ñối ngắn và muộn, bắt ñầu từ ngày thứ 18 ñến ngày thứ 10 trước trỗ bông và tương ứng với thời kỳ phân hoá ñòng non bước 4 ñến hết bước 5 Nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục và hữu dục của các dòng rất khác nhau

và có thể minh họa sự ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến sự biến ñổi chức năng gây hữu dục và bất dục của dòng TGMS bằng sơ ñồ sau

Sơ ñồ: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến sự biến ñổi chức năng

hoạt ñộng của gen tms

Bất dục Hữu dục do gen Chuyển Bất dục do gen Bất dục sinh lý tms ñiều khiển hoá tms ñiều khiển sinh lý

To thấp To cao

BLT CFP CSP BUT

- BLT: Biological Lower Temperature (nhiệt ñộ giới hạn sinh học dưới)

- BUT: Biological Upper Temperature (nhiệt ñộ giới hạn sinh học trên)

- CFP: Critical Fetility Point (ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây hữu dục)

- CSP: Critical Sterility Point (ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục)

Sơ ñồ trên cho biết: Khi nhiệt ñộ trung bình ngày xuống thấp hơn hoặc bằng nhiệt ñộ giới hạn sinh học dưới, dòng TGMS bất dục sinh lý Nhiệt ñộ trung bình ngày diễn biến trong khoảng nhiệt ñộ giới hạn sinh học dưới ñến ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây hữu dục thì dòng TGMS sẽ hữu dục Nhiệt ñộ trung bình ngày diễn biến trong khoảng từ ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây hữu dục ñến ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục trong thời kỳ mẫn cảm thì dòng TGMS sẽ trở nên bán bất dục và ñây là khoảng nhiệt ñộ giới hạn gây chuyển hoá Nhiệt ñộ trung bình ngày cao hơn ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục thì dòng TGMS sẽ bất dục hoàn toàn, bao phấn không hình thành ñược hạt phấn (Liu Yibai, et al, 1997) [96]

Nghiên cứu ảnh hưởng của 3 ngày nhiệt ñộ thấp ñến giai ñoạn mẫn cảm (bước 4 ñến bước 6) của quá trình phân hoá ñòng 4 dòng Peiai 64S, AnxiangS, Sui35S và GD-2S; Wang Feng, et al (1997) [123], thông báo ảnh hưởng lớn

nhất của nó là vào thời kỳ cây lúa phân hoá ñòng bước 5 Theo Lê Hữu Khang,

1999 [32], trong gian ñoạn phân hoá ñòng bước 4 ñến bước 5 chỉ cần 2 ngày nhiệt ñộ thấp, một số dòng TGMS ñã hình thành hạt phấn hữu dục, nếu 4 ngày liên tục có nhiệt ñộ thấp ≤24OC tất cả các dòng TGMS tham gia nghiên cứu (T29S, Hương 125S, Peiai 64S và T1S-96) ñều có phấn hữu dục, trong ñó có một số dòng ñậu hạt

Trong ñiều kiện gieo trồng tại Philippin, các nhà chọn giống cho rằng thời kỳ mẫn cảm với nhiệt ñộ của dòng TGMS từ 15 - 6 ngày trước trỗ bông, thậm chí trong giai ñoạn mẫn cảm chỉ cần xử lý 1 giờ nhiệt ñộ cao cũng ảnh hưởng ñáng kể ñến ñộ bất dục của hạt phấn (Virmani S.S, 1996) [119]

Dựa vào ñặc ñiểm bất dục hạt phấn, các nhà khoa học ñã chia dòng TGMS thành 2 kiểu: Bất dục ñiển hình, hạt phấn có có hình thoi, hình tam giác,

vỏ nhăn nheo kiểu này gống như dòng CMS và bất dục không hạt phấn, bao phấn rỗng không có hạt phấn, khi cây lúa trỗ bao phấn có màu trắng Dòng TGMS có một số ñặc ñiểm quý của dòng bất dục như: Vòi nhụy dài, ñầu to phân nhiều nhánh và có khả năng nhận phấn ngoài cao (ñến ngày thứ 6 khi nở hoa)

Tỷ lệ vòi nhụy vươn dài ra ngoài vỏ trấu của dòng TGMS thường cao hơn

dòng CMS (Virmani S.S, 1996) [119]

1.2 NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ CHỌN TẠO, LÀM THUẦN, VÙNG SINH THÁI VÀ THỜI VỤ NHÂN DÒNG EGMS VÀ DÒNG CHO PHẤN

1.2.1 Các phương pháp chọn tạo dòng EGMS

ðể chọn tạo các dòng EGMS phù hợp, cần phải nghiên cứu sự diễn biến của các yếu tố khí hậu thời tiết, trong ñó chú trọng ñến nhiệt ñộ, ñộ dài ngày của mỗi vùng sinh thái Các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng: Dòng TGMS thích hợp cho vùng nhiệt ñới còn dòng PGMS có giá trị sử dụng nhiều cho vùng ôn ñới Ở một số tỉnh phía Nam Trung Quốc, phía Bắc Việt Nam có

sự thay ñổi khá lớn về nhiệt ñộ giữa vùng Núi và vùng ðồng bằng; giữa các

mùa trong năm nên thích hợp cho việc sử dụng các dòng TGMS (Hoàng Tuyết Minh, 1996; Sun Z.X, 2000) [37], [119]

Theo Yuan L P and Xi.Q.F, (1995) [134], hiện nay có một số phương pháp chọn tạo các dòng EGMS gồm:

1.2.1.1 Phân l ập các dòng EGMS trong tự nhiên

Quan sát trên ruộng lúa ở giai ñoạn trỗ bông ñến chín có thể tìm thấy các dạng bất dục, sau ñó duy trì chúng bằng chét, ñồng thời theo dõi sự chuyển ñổi hạt phấn của chúng Những cá thể nào phục hồi hữu dục trong ñiều kiện nhiệt ñộ thấp hoặc trong ñiều kiện ngày ngắn và nhiệt ñộ thấp thì ñó

là những dòng EGMS cần chọn

Theo Yin H Q (1992) [130] có thể chọn ngay trong quần thể phân ly F2của các tổ hợp lai hai dòng ñể tìm những cá thể EGMS mới Bằng phương pháp này người ta trồng vật liệu và ñiều khiển ñể chúng phân hoá ñòng vào thời vụ có nhiệt ñộ cao, ngày dài ñể chọn những cá thể bất dục, sau ñó duy trì cây bất dục bằng chét ñể phân hoá ñòng ở ñiều kiện nhiệt ñộ thấp và ngày ngắn, các cây bất dục thu ñược là các dòng EGMS mới ðưa các dòng bất dục ñánh giá trong nhà khí hậu nhân tạo với các chế ñộ nhiệt ñộ và thời gian chiếu sáng khác nhau ñể xác ñịnh ngưỡng nhiệt ñộ, ánh sáng gây chuyển hoá, ñồng thời ñánh giá các ñặc ñiểm nông sinh học ñể chọn ra các dòng EGMS ưu tú Có thể xác ñịnh ñặc ñiểm mẫn cảm của các cá thể bằng phytotron (Yin Hua Qi, (1999) [131]

1.2.1.2 T ạo dòng EGMS mới bằng phương pháp lai chuyển gen

ðể mở rộng khả năng thích ứng của dòng EGMS, người ta áp dụng phương pháp lai chuyển gen EGMS vào các giống lúa có những ñặc trưng, ñặc tính mong muốn, nhằm tập hợp nhiều tính trạng quý vào trong một giống

ñể tăng hiệu quả sử dụng Có thể sử dụng phương pháp lai ñơn rồi chọn theo phương pháp phả hệ từ quần thể phân ly F2, hoặc nhân hỗn hợp rồi chọn ở thế

hệ F5- F6 (Nguyễn Hồng Minh, 1999) [39], hoặc sử dụng phép lai tích luỹ ñể

chuyển gen EGMS vào một giống khác có sẵn những ñặc tính mong muốn nhưng thiếu gen bất dục (Wang C, et al, 1993) [122]

Hầu hết các dòng EGMS có triển vọng ñều tạo ra bằng phương pháp này (Li, Jikai et al, 1997) [94] Năm 1997, từ tổ hợp lai AnnongS-1/Xiangxiang B, các nhà chọn giống ñã tạo ñược dòng 1356S, ñặt tên là AnxiangS Dòng AnxiangS có nguồn gốc indica, ñiểm nhiệt ñộ tới hạn gây bất dục thấp ñảm bảo cho ñộ thuần của hạt lai và có khả năng tiếp nhận hạt phấn bên ngoài cao Dòng TGMS này có chứa gen tương hợp rộng do ñó có khả năng kết hợp với các dòng khác loài phụ và cho ưu thế lai cao Dòng này

có hầu hết các tính trạng mà người chọn giống mong muốn

1.2.1.3 Ch ọn tạo các dòng EGMS bằng phương pháp gây ñột biến

Sử dụng các tác nhân gây ñột biến: Vật lý, hoá học tác ñộng lên hạt giống ñang trong giai ñoạn nảy mầm Kết quả là tạo ra hàng loạt các dạng bất dục khác nhau (dòng CMS, PGMS, TGMS) Tuỳ thuộc vào mục ñính sử dụng

mà người ta chọn ra các dòng bất dục phù hợp (Nguyễn Thị Gấm, 2003) [15] Các nhà chọn giống lúa ở Mỹ ñã xử lý ñột biến giống M201 (Sun Z.X., et al, 1989) [113] và ñã tạo ñược dòng PGMS- M201S Theo Zhou Guangqia, Li

Xunzhen and Zhou Jianlin (2002) [148], năm 2002 Viện Khoa học và ðời sống

Hồ Nam- Trung Quốc ñã xử lý ñột biến dòng TGMS Shuangdis có giá trị CFP thấp bằng tia γ Co60 với liều lượng 300 Gγ, thu ñược 7 thể ñột biến cổ bông dài từ quần thể M2 Qua quá trình gieo trồng và chọn lọc trong buồng khí hậu nhân tạo, các tác giả thu ñược 3 dòng TGMS ổn ñịnh (SHoangdipeies-1; SHoangdipeies-7 và SHoangdipeies-8) Sử dụng các dòng này trong sản xuất hạt lai F1 không cần phun GA3, chúng ổn ñịnh về ngưỡng chuyển hoá hữu dục

Wu Dianxing et al., 2003 [125], gây ñột biến dòng Peiai 64S bằng tia γ

và thu ñược dòng Peiai 64S-a18 có ñặc tính: Trong giai ñoạn từ 1-3 lá có màu

bạch tạng, sau ñó trở lại màu xanh bình thường Sử dụng các các dòng EGMS mang gen chỉ thị hình thái làm dòng mẹ ñể sản xuất hạt giống lúa lai F1 người

ta dễ dàng nhận thấy và loại bỏ cây mẹ tự thụ ngay từ khi cây lúa trên ruộng mạ (Zhu X.D, 2000) [149]

1.2.1.4 Ch ọn tạo dòng EGMS bằng phương pháp nhập nội

Chọn tạo dòng EGMS bằng phương pháp nhập nội không phải là phương pháp tạo dòng mới, nhưng vẫn ñược các nhà chọn giống ở nhiều nước quan tâm Nhập nội các dòng có sẵn từ các Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế hoặc từ các Quốc gia khác nhau Tuy nhiên, các dòng nhập nội có thể chưa thích ứng ngay với ñiều kiện mới nên sau khi nhập nội cần ñược ñánh giá lại và tìm những biện pháp khai thác hợp lý Các dòng EGMS nhập nội ñược gieo trồng phải tìm hiểu ñầy ñủ ñặc ñiểm sinh trưởng, phát triển, khả năng chống chịu sâu bệnh, xác ñịnh ngưỡng nhiệt ñộ (ñộ dài ngày) tới hạn tối ưu và những ñiều kiện khác ñảm bảo cho dòng ñó chuyển ñổi tính dục hạt phấn Trên cơ sở ñó ñánh giá tuyển chọn những dòng ưu tú phù hợp với ñiều kiện sinh thái của từng vùng (Nguyễn Công Tạn và C.S, 2002) [54]

1.2.1.5 Ứng dụng công nghệ sinh học chọn tạo dòng EGMS

Việc ứng dụng CNSH nghiên cứu lúa lai hai dòng ñã ñược phát triển nhanh, dòng EGMS chịu sự chi phối mạnh mẽ bởi yếu tố môi trường mà con người không thể khống chế ñược Với sự giúp ñỡ của các thiết bị hiện ñại, chúng ta có thể tạo ra môi trường nhân tạo thuận lợi ñể nuôi cấy và nhân nhanh các vật liệu chọn giống Các giải pháp ñáng kể nêu trên ñã góp phần quan trọng cho việc làm thuần và nhân nhanh nguồn bất dục EGMS (Nguyễn Công Tạn và C.S, 2002) [54] Vừa qua, hai nhóm nghiên cứu (Viện Nghiên cứu Di truyền Bắc Kinh- Beijing Genomic Institute, viết tắt là BGI) và Công

ty sinh học Syngenta (San Diego- Mỹ) ñã công bố rằng họ ñã gần hoàn tất

công trình tìm hiểu cơ cấu tổ chức của hệ thống di truyền trong cây lúa Lần ñầu tiên các nhà khoa học có thể biết ñược toàn bộ cấu trúc di truyền của cây lúa (theo Nguyễn Văn Tuấn, 2006) [66] và ñây cũng là cơ sở khoa học quan trọng góp phần trong việc nhân các dòng bất dục ñực công cụ di truyền của công nghệ sản xuất lúa lai

Áp dụng phương pháp nuôi cấy bao phấn cây lai F1 làm giảm ñược thời gian tạo dòng EGMS và tăng sự ổn ñịnh về ñộ thuần Bằng phương pháp này các nhà khoa học cùng một lúc chọn ñược nhiều tính trạng khác nhau (chịu chua, chịu lạnh, chịu hạn ) Dòng EGMS lưỡng bội có thể khác về mặt di truyền với giống lúa thường, nên con lai có ưu thế lai cao và ổn ñịnh (Sun Z.X., 2000; Kalaiyarasi R., Vaidyanathan P, 2003) [114], [86]

Năm 2000, Zhu X.D [149], cho biết bằng phương pháp nuôi cấy mô các nhà chọn giống ñã thu ñược 91 thể lưỡng bội từ dòng Peiai 64S Theo dõi sự phân ly ở thế hệ sau ñã xuất hiện 3 dạng khác nhau: Peiai 64HS tỷ lệ bất dục trên 99,8% và ổn ñịnh; Peiai 64HF có tỷ lệ hạt phấn bất dục cao và bất dục không ổn ñịnh; Peiai 64HM bán bất dục và bất dục không ổn ñịnh, khoảng thời gian bất dục ngắn ðến thế hệ thứ 3 vẫn xuất hiện các dạng như thế hệ 2, nhưng dạng Peiai 64HS có tỷ lệ bất dục cao hơn Năm 2002, Yang R.C, Huang R.H.,

Zhang S.B., Zhang Q [129], ñã nghiên cứu và chuyển gen eui (elongated uppermost internode) vào các dòng CMS, EGMS và dòng R, ñã chọn ñược các dòng bố mẹ trỗ thoát cổ bông và làm giảm lượng GA3 khi sản xuất hạt lai F1

Phát triển marker trên cơ sở PCR ñối với gen lặn tms-3(t) (bất dục của cây lúa do nhiệt ñộ) ñã ñược Lang Nguyen Thi et al (1998) [91] nghiên cứu trên cơ sở chuỗi phản ứng polymerase Bản ñồ gen tms-3(t) ñược hình thành trên nhiễm sắc thể số 6 với những RAPD marker có liên kết gen này Chuỗi mã di truyền của 4 RAPD marker OPF18, OPAC3, OPB17 và OPAA7 ñược sử dụng ñể thiết kế ra

những primer tương hợp Những marker STS chuỗi mã ñược ñánh dấu phát sinh

và ứng dụng trong việc tìm kiếm gen tms-3(t) trên quần thể con lai F2, F3

Theo Hoàng Tuyết Minh (2002) [38], sử dụng một số phương pháp khác như: ðột biến bằng các tia phóng xạ, dùng hoá chất ñể xử lý hoặc dùng phương pháp lai hữu tính sau ñó chọn lọc ñể chuyển các gen EGMS sẵn có vào các giống lúa thuần có nền di truyền tốt, có khả năng thích ứng cao ñể tạo ra dạng bất dục mới thông qua chọn lọc phả hệ các ñời F2…Fn Phương pháp này có hiệu quả cao, song thời gian chọn tạo khá dài ðể rút ngắn chu kỳ chọn tạo các dòng EGMS, các nhà chọn giống ñã nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy

mô làm thuần và nhân nhanh các dòng mẹ cho việc chọn tạo các tổ hợp lai

1.2.2 Các phương pháp ñánh giá dòng EGMS

1.2.2.1 Tiêu chu ẩn ñánh giá dòng EGMS

Theo Yuan L P and Xi.Q.F, (1995) [134] có thể dùng các tiêu chí của dòng CMS ñể ñánh giá các dòng EGMS, tuy nhiên cần phải có các tiêu chí ñặc thù

- Có một quần thể ñủ lớn trên 1.000 cá thể ñồng nhất về các tính trạng nông sinh học: Chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, số lá trên thân chính, ñặc ñiểm hình thái, tính chống chịu sâu bệnh

- Tỷ lệ cây bất dục ñạt 100% và ổn ñịnh qua các lần gieo; tỷ lệ hạt phấn bất dục cao hơn 99,5% và tỷ lệ ñậu hạt trong bao cách ly thấp (0,5- 0%)

- Giai ñoạn bất dục trong ñiều kiện tự nhiên cần dài hơn 30 ngày; trong giai ñoạn phục hồi hữu dục, tỷ lệ hạt phấn hữu dục >30% Trong ruộng sản xuất hạt lai

F1, tỷ lệ nhận phấn ngoài không ñược thấp hơn các dòng CMS tốt nhất

- Sự chuyển hoá hữu dục phải ñược kiểm tra cẩn thận ñể xác ñịnh rõ phản ứng của dòng bất dục với nhiệt ñộ hoặc quang chu kỳ

Có thể căn cứ vào tiêu chuẩn ựánh giá của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) [68] ựể ựánh giá các dòng EGMS Dòng mẹ ựược xếp loại tốt khi ựạt ựiểm 1-3 (thang ựiểm 1-9); tỷ lệ hạt phấn bất dục và tỷ lệ không ựậu hạt 99,0% và 99,9%;

ựộ trỗ thoát cổ bông ựạt trên 90%; tỷ lệ nhận phấn ngoài ựạt trên 20%; tỷ lệ thò vòi nhụy ựạt trên 41% và tỷ lệ hạt phấn hữu dục ở cây lai F1 ựạt trên 90%

Theo Nguyễn Công Tạn và CS (2002) [54], trong ựiều kiện Việt Nam tiêu chuẩn của một dòng EGMS ựược bổ sung thêm:

- Dòng TGMS phải có ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây bất dục hoàn toàn

>26OC, ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây hữu dục <24OC, giới hạn chuyển hoá bất dục sang hữu dục ngắn

- đối với dòng PGMS, ngưỡng chuyển ựổi tắnh dục ≤ 12 giờ 30 phút là thắch hợp với ựiều kiện Việt Nam

1.2.2.2 Các ph ương pháp ựánh giá các dòng EGMS

đánh giá mức ựộ ổn ựịnh của các dòng EGMS, ựược thực hiện với các phương pháp (theo Sun Z.X, 2000) [114]

- Ph ương pháp ựánh giá trong ựiều kiện tự nhiên

để ựánh giá mức ựộ ổn ựịnh của các dòng EGMS người ta lợi dụng sự thay ựổi nhiệt ựộ, ựộ dài ngày tại các mùa vụ gieo trồng và các vùng sinh thái khác nhau

+ đánh giá ở các mùa vụ gieo trồng khác nhau: Gieo dòng EGMS thành nhiều thời vụ, các thời vụ cách nhau từ 10-15 ngày, mỗi thời vụ 50 hạt/dòng, cấy 1 dảnh/khóm, 2 hàng/dòng và có 3 ựối chứng kèm theo (1 giống lai tốt nhất, 1 dòng CMS và 1 dòng EGMS) Khi cây lúa trỗ bông tiến hành kiểm tra hạt phấn (3 ngày một lần) ở tất cả các thời vụ Căn cứ vào yếu tố khắ tượng ựể phân tắch mối quan hệ giữa yếu tố khắ tượng và sự chuyển ựổi tắnh dục của dòng EGMS Tiến hành so sánh số liệu với các ựối chứng ựể ựánh giá dòng EGMS mới ựược chọn tạo

+ đánh giá ở các vùng sinh thái khác nhau: để kiểm tra tắnh ổn ựịnh, mức ựộ phản ứng với nhiệt ựộ và quang chu kỳ của các dòng EGMS, xác ựịnh vùng sinh thái thắch hợp ựể sử dụng Quá trình này ựược thực hiện sau khi các dòng EGMS ựã ựược ựánh giá trong nhà sinh trưởng nhân tạo (Sun Z.X, 2000) [114]

Phương pháp ựánh giá này không hạn chế số lượng cá thể và số dòng thực hiện thắ nghiệm, ắt tốn kém; nhưng có một số hạn chế là do sự thay ựổi về nhiệt ựộ

và các yếu tố khắ hậu khác diễn ra không ựều giữa các năm nên việc ựánh giá bị ựộng, ảnh hưởng của ựộ dài ngày và nhiệt ựộ chồng chéo, khó phân biệt ựược tác ựộng riêng biệt của từng yếu tố

- Ph ương pháp ựánh giá trong ựiều kiện nhân tạo

+ Xác ựịnh ựược các thông số P và T ựể ựánh giá: P ựược thiết lập sao cho pha sáng trong ngày dài thì bất dục và pha sáng trong ngày ngắn thì hữu dục T cũng ựược thiết lập như P sao cho nhiệt ựộ trung bình ngày cao thì bất dục và ngược lại nhiệt ựộ trung bình ngày thấp thì hữu dục Nguyên tắc thiết lập thông số ánh sáng (P) và thông số nhiệt ựộ (T) cần phải phù hợp với số liệu khắ tượng trong vùng và ựặc ựiểm sinh trưởng phát triển của mỗi dòng

+ Quản lý thắ nghiệm và lấy mẫu: Gieo hạt, khi cây mạ ựạt 5 lá ựem trồng vào bầu nilon (1 cây/1 bầu), xếp cây vào thùng, chăm sóc bình thường, cũng có thể cấy mạ ở ruộng nhưng cấy thưa Thời gian xử lý kéo dài từ 8- 10 ngày, sau xử lý ựưa cây trồng ra ngoài nhà lưới Khi cây lúa trỗ bông tiến hành lấy mẫu ựể kiểm tra hạt phấn

+ Kết quả ựánh giá: Nếu là dòng TGMS chỉ bất dục trong ựiều kiện nhiệt

ựộ cao và hữu dục ở ựiều kiện nhiệt ựộ thấp Nếu là dòng PGMS thì bất dục trong ựiều kiện ánh sáng ngày dài và hữu dục trong ựiều kiện ánh sáng ngày ngắn

Phương pháp ñánh giá trong ñiều kiện nhân tạo có ưu ñiểm là phân biệt ảnh hưởng của thông số P và T một cách riêng biệt, ñộ chính xác cao Tuy nhiên, phương pháp này chi phí cao, ñiều kiện trong nhà sinh trưởng có thể sai khác với ñiều kiện tự nhiên Do ñó, khi ñánh giá các dòng EGMS cần kết hợp cả 2 phương pháp tự nhiên và nhân tạo Từ ñó có thể chọn ñược các dòng EGMS thích ứng với ñiều kiện khí hậu của vùng dự kiến sản xuất hạt lai F1(Nguyễn Công Tạn và C.S, 2002) [54]

1.2.3 Những nghiên cứu chọn thuần các dòng EGMS

Khi nghiên cứu về các dòng EGMS các nhà khoa học cho rằng: Dòng TGMS có giai ñoạn mẫn cảm từ bước 4 ñến bước 6; dòng PGMS có giai ñoạn mẫn cảm từ bước 3 ñến bước 5 của quá trình phân hoá ñòng non; các bước phân hoá ñòng ñược xác ñịnh theo ðinh Dĩnh- Trung Quốc [36] Do ñó, khi chọn thuần dòng EGMS không những cần chú ý ñến ñặc ñiểm nông sinh học, ñặc ñiểm hình thái, khả năng chống chịu sâu bệnh mà còn phải chú ý ñến ñặc ñiểm bất dục, ngưỡng chuyển ñổi, thời ñiểm chuyển ñổi tính dục, ñặc ñiểm hạt phấn (Sun Z.S, 2000) [114]

Một số kết quả nghiên cứu về di truyền tính ổn ñịnh ngưỡng chuyển ñổi tính dục của các dòng EGMS cho thấy: Có hiện tượng biến ñổi “ngưỡng” chuyển ñổi tính dục do “trôi dạt” di truyền (genetic drift) theo hướng tăng dần sau mỗi thế hệ nhân Theo Zheng Hanlai and Zhang Duanpin (2002) [151], dòng Peiai 64S ñược sàng lọc bằng phytotron ở thế hệ thứ 10 ñã phân ra 4 dòng ñẳng gen P2364S, P2464S, P2664S và P2864S ñều có các ñặc trưng, ñặc tính giống nhau, trừ ngưỡng nhiệt ñộ chuyển ñổi tính dục (23OC, 24OC,

26O và 28OC) Do ñó, khi duy trì các dòng EGMS phải ñặc biệt chú ý ñến ñặc ñiểm về ngưỡng và những ñặc ñiểm hình thái, nông sinh học Có nhiều công trình nghiên cứu nhằm khắc phục hiện tượng trượt ngưỡng của các dòng EGMS bằng phương pháp sàng lọc trong nhà khí hậu nhân tạo khi chọn dòng

siêu nguyên chủng bằng cách xử lý ở ngưỡng thấp hơn ñể chọn ra những cá thể bất dục Các cá thể này ñược duy trì bằng chét ñể lấy hạt tự thụ (Zheng Hanlai và Zhang Duanpin, 2002; Zhou et al, 2002) [146] [147]

+ Sản xuất hạt giống tác giả;

+ Kiểm tra ngưỡng nhiệt ñộ và sản xuất hạt siêu nguyên chủng của dòng TGMS;

+ Sản xuất hạt lai F1

- Ph ương pháp của Zhou et al (2002) [147]

+ Vụ thứ nhất: Chọn cá thể ñiển hình trên ñồng ruộng, trong ñiều kiện dòng TGMS ñang phân hoá ñòng bước 4 ñến bước 6 có nhiệt ñộ 24OC Khi cây lúa trỗ, tiến hành kiểm tra hạt phấn, chọn những cây có tỷ lệ hạt phấn bất dục cao hơn 99,5%, cắt chét và thu hạt tự thụ

+ Vụ thứ 2: Các cá thể thu ñược ở vụ trước ñem xử lý trong ñiều kiện nhân tạo với ngưỡng nhiệt ñộ là 23OC, chọn cây bất dục cao hơn 99,5%, cắt chét và thu hạt tự thụ

+ Vụ thứ 3: Tiếp tục xử lý cá thể thu ñược từ vụ 2 trong ñiều kiện nhân tạo với nhiệt ñộ 22OC và chọn cây bất dục cao hơn 99,5%, cắt chét, thu hạt tự thụ