Luận văn chọn dòng thuần bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng cao

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

HOÀNG THỊ HẢI

CHỌN THUẦN DÒNG BỐ MẸ CỦA MỘT SỐ TỔ HỢP

LÚA LAI BA DÒNG CHẤT LƯỢNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 60.62.05 Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS NGUYỄN VĂN HOAN

HÀ NỘI - 2008

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Hải

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Nguyễn văn Hoan

và PGS TS Nguyễn Trí Hoàn, các thầy ñã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình

và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện ñề tài và hoàn thành luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Di truyền-Giống, các thầy cô trong Khoa Nông học, Khoa Sau ðại học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi, giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện ñề tài này

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

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp ñỡ rất nhiệt tình của cán

bộ lớp và các bạn trong lớp cao học Giống Cây trồng khoá 15 ñã giành cho tôi trong suốt thời gian học tập

ðể hoàn thành ñược khóa học, tôi còn nhận ñược sự ñộng viên, hỗ trợ rất lớn về vật chất, về tinh thần của chồng và các con trai tôi cũng như hai bên gia ñình Tôi xin trân trọng biết ơn tất cả những tình cảm cao quý ñó

Hà Nội ngày tháng năm 2008

Tác giả

Hoàng Thị Hải

1.3 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 21.4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài 2

2.2 Sơ lược quá trình nghiên cứu và sử dụng ưu thế lai ở lúa 32.3 Sơ lược quá trình nghiên cứu hệ thống bất dục ñực trong chọn

2.4 Các phương pháp xác ñịnh bất dục ñực ở lúa 312.5 Sự thoái hoá các dòng bố mẹ lúa lai hệ ba dòng 322.6 Những nguyên nhân gây thoái hoá các các dòng bố mẹ 332.7 Một số nghiên cứu về kỹ thuật nhân dòng bất dục ñực và sản xuất

4 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 46

4.1 Kết quả thắ nghiệm 1: Chọn lọc dòng bố mẹ (IR58025A,

IR58025B, RTQ5, PM3, R838) (vụ Xuân 2007) 464.2 Thắ nghiệm 2: Lai cặp ba A-B-R (vụ Xuân 2007) 484.3 Thắ nghiệm 3: đánh giá ựời sau các dòng IR58025A, IR58025B,

R (RTQ5, PM3, R838), F1 (HYT83, HYT92, HYT100) (vụ Mùa

4.4 Thắ nghiệm 4 Một số biện pháp kỹ thuật trong nhân hạt lai

4.4.2 Số hoa cây B/m2, số hoa cây A/m2, tỷ lệ hoa cây A/B 824.4.3 Tỷ lệ ựậu hạt của dòng IR58025A (Tỷ lệ thụ phấn chéo) 854.4.4 Năng suất thực thu của dòng IR58025A 864.4.5 độ bất dục ựực và ựộ thuần quần thể 88

4.14 Năng suất thực thu của dòng IR58025A (kg/ha) 864.15 Độ bất dục đực và độ thuần quần thể của IR58025A, IR58025B

DANH MỤC BIỂU ðỒ

4.4a ðộ bất dục hạt phấn và ñồng ñều quần thể ở các cặp là mẹ của HYT83 574.4b ðộ bất dục hạt phấn và ñồng ñều quần thể ở các cặp là mẹ của HYT92 574.4c ðộ bất dục hạt phấn và ñồng ñều quần thể ở các cặp là mẹ của HYT100 584.5a Thời gian từ gieo-trỗ 50% của một số F1 tổ hợp HYT83 có ñược chọn 654.5b Thời gian từ gieo-trỗ 50% của một số F1 tổ hợp HYT83 không ñược chọn 664.6a Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT83 ñược chọn 674.6b Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT83 không ñược chọn 684.7a Ngày trỗ 50% của một số tổ hợp HYT92 có ñược chọn 714.7b Ngày trỗ 50% của một số tổ hợp HYT92 không ñược chọn 724.8a Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT92 ñược chọn 734.8b Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT92 không ñược chọn 744.9a Ngày trỗ 50% của một số tổ hợp HYT100 có ñược chọn 774.9b Ngày trỗ 50% của một số tổ hợp HYT100 không ñược chọn 784.10a Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT100 có ñược chọn 794.10b Chiều cao cây của một số F1 tổ hợp HYT100 không ñược chọn 80

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất ñối với hàng tỷ người châu Á và

là nguồn sống của hơn một nửa dân số thế giới

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

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

Ở Việt Nam, lúa lai bắt ñầu ñược nghiên cứu từ những năm 1980 tại một số ñơn vị nghiên cứu Nguồn vật liệu chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc, Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) và Ấn ðộ Với phương châm ñi tắt, ñón ñầu, áp dụng những thành tựu khoa học về lúa lai trên thế giới, Việt Nam bước ñầu ñã thu ñược nhiều kết quả rất ñáng khích lệ

Tuy nhiên, thực tế hiện nay là ña số các giống lúa lai ñang ñược trồng ở Việt Nam là những giống lúa ñược nhập khẩu từ Trung Quốc, chúng ta vẫn phải nhập trên 80% giống lúa F1 từ Trung Quốc về sản xuất ở Việt Nam Việc phụ thuộc vào các giống lúa lai Trung Quốc khiến chúng ta không thể chủ ñộng ñược kế hoạch sản xuất cũng như ổn ñịnh về chất lượng giống Vì vậy, giải quyết ñược nguồn hạt giống bố mẹ cung cấp cho sản xuất lúa gạo trong nước là cần thiết

Nhằm phục vụ mục tiêu trước mắt là làm chủ công nghệ chọn và nhân thuần các dòng bố mẹ tốt phục vụ cho quá trình sản xuất hạt lai F1 chúng tôi

ñã tiến hành triển khai ñề tài: “Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp

lúa lai ba dòng chất lượng cao”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài

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

- Chọn thuần các dòng bố RTQ5, R838, PM3 cho các tổ hợp lai nội ñịa chất lượng tốt như: HYT83, HYT92 và HYT 100

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

ðề tài “Chọn thuần dòng bố mẹ của một số tổ hợp lúa lai ba dòng

chất lượng cao” có ý nghĩa quan trọng trong việc hoàn thiện phương pháp

chọn lọc dòng bố mẹ lúa lai

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài

- Kết quả của ñề tài có thể chọn ra các dòng bố mẹ tốt, cho con lai có

ưu thế lai cao, năng suất ổn ñịnh phục vụ sản xuất hạt lai F1 nhằm mở rộng diện tích trồng các giống lúa lai nội ñịa có chất lượng cao ở Việt Nam

- Kết quả của ñề tài giúp phần nào chủ ñộng về giống bố mẹ phục vụ cho sản xuất hạt lai F1 trong nước, tiếp giảm giá thành hạt giống lúa lai F1

1.4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài

Nội dung nghiên cứu chọn thuần nguồn bất dục ñực IR58025A là rất lớn Do ñiều kiện thời gian và thực tế yêu cầu ngoài sản xuất mà chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu chọn thuần các dòng IR58025A, IR58025B, RTQ5, R838, PM3 phục vụ cho quá trình sản xuất các tổ hợp lai HYT83, HYT92 và HYT100 ðây là những tổ hợp lúa lai ba dòng chất lượng tốt ñã ñược công nhận và ñược ưa

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

CỦA ðỀ TÀI

2.1 Cơ sở khoa học của ñề tài

Quá trình sản xuất hạt giống lúa lai ba dòng ñược tiến hành theo hai bước cơ bản ñó là: (1) Nhân dòng CMS (A x B) và

(2) Sản xuất hạt lai F1 (A x R)

ðặc ñiểm của dòng A là dòng bất dục ñực tế bào chất, hạt phấn không có sức sống, vì vậy tự bản thân nó không thể tự thụ phấn ñể kết hạt ñược Vì vậy, muốn duy trì ñược hạt A phải cấy xen với dòng B tương ứng của nó Một ñặc ñiểm khác của dòng A là bất dục ñực tế bào chất nên rất mẫn cảm với sự thay ñổi của các ñiều kiện môi trường như nhiệt

ñộ, ánh sáng, vùng sinh thái…

Xuất phát từ những cơ sở trên, muốn có những dòng bố mẹ và con lai

F1 tốt, ổn ñịnh lâu dài qua các vụ sản xuất thì về công tác chọn giống cần phải giải quyết các vấn ñề lớn sau:

Chọn lọc ra các dòng bố mẹ có các ñặc tính ưu việt, ổn ñịnh cung cấp cho quá trình sản xuất hạt lai F1

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

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

Ưu thế lai (Heterosis) là một thuật ngữ ñể chỉ tính hơn hẳn của con lai

F1 so với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất, chất lượng hạt và các ñặc tính khác

Hiện tượng ưu thế lai ñã ñược biết ñến từ lâu Năm 1763, nhà thực vật học người Nga gốc ðức là Kolreuter ñã phát hiện ñược hiện tượng ưu thế lai

ở cây thuốc lá khi trồng thuốc lá Nga cạnh thuốc lá Peru [43]

Trên cây lúa, ưu thế lai lần ñầu tiên ñược công bố bởi nhà thực vật học người Mỹ là J.W Jones trên những tính trạng số lượng và năng suất lúa Tiếp sau ñó, nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất

Những tài liệu về ưu thế lai của lúa sau này ñã ñược Chang và CS (1973); David & Rutger (1976) [33]; Virmani et al (1997); Kim & Rutger (1985) [41]… tổng kết Tất cả những công bố này một lần nữa khẳng ñịnh sự tồn tại của ưu thế lai Từ ñây có thể ñề xuất việc khai thác và sử dụng lúa ưu thế lai ở ñời F1

Việc ñánh giá mức ñộ ưu thế lai của con lai F1 dựa trên cơ sở di truyền của bố, mẹ người ta thấy mức ñộ ưu thế lai biến ñổi theo qui luật sau: Indica/Japonica > Indica/Javanica > Javanica/Japonica >Indica/Indica > Javanica/Javanica > Japonica/Japonica

Bố, mẹ càng khác xa nhau về mặt di truyền thì ưu thế lai thể hiện càng cao nhưng dễ dẫn ñến hiện tượng bất thụ và bán bất thụ do tương tác giữa gen nhân và tế bào chất, cũng như xảy ra tái tổ hợp rất mạnh giữa các gen khác nhau (Li Z, 1988) [44]

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

Trung Quốc bắt ñầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1964, chỉ 12 năm sau

mở rộng diện tích gieo cấy lúa lai nhanh chóng nên mặc dù diện tích lúa của Trung Quốc ñã giảm ñi một cách rõ rệt từ 36,5 triệu ha năm 1975 xuống còn 30,5 triệu ha năm 2000 nhưng sản lượng lúa tăng lên ñáng kể theo các năm từ 128,726 triệu tấn (1975) lên 190,111 triệu tấn (2000) trong ñó ñóng góp của lúa lai ñã làm tăng thêm 300 triệu tấn thóc

Chất lượng gạo của lúa lai cũng ñược chú ý ñảm bảo trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và ñưa vào sản xuất Trung Quốc tập trung phát triển các giống siêu thế hệ thứ hai với mục tiêu ñạt năng suất 12 tấn/ha khi ñưa vào sản xuất ñại trà Các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng lúa siêu có một tương lai phát triển sáng sủa khi ñã phủ diện tích tới 13 triệu ha hàng năm và làm tăng năng suất thêm 2,25 tấn/ha

Thành công này giúp nền nông nghiệp Trung quốc tin rằng sản lượng lương thực ñạt ñược 30 triệu tấn/năm ñồng nghĩa với việc ñảm bảo lương thực cho thêm 75 triệu người

Sau những thành công rực rỡ về lúa lai của Trung Quốc, nhiều nước trên thế giới ñã bắt ñầu tập trung nghiên cứu và phát triển lúa lai trong ñó có Việt Nam, Ấn ðộ, Băngladesh, Bắc Triều Tiên, Philippines… song, mạnh nhất chỉ có Việt Nam và Ấn ðộ

Năm 1983, lúa lai ñã ñược nhập nội và nghiên cứu tại Viện Khoa học

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

Kết quả ñược Nguyễn Văn Luật và cộng sự công bố năm 1990, từ 28 dòng CMS của Trung Quốc và IRRI ñánh giá về tính bất dục ñực, các ñặc ñiểm nông sinh học, khả năng thích ứng…thấy ba dòng cải tiến của IRRI có nhiều ưu ñiểm hơn cả, có thể sử dụng chúng làm nguồn vật liệu chính ñể sản xuất con lai F1 ñó là dòng V20A, IR58025A, IR62829A [14]

Một số dòng phục hồi có triển vọng cho ba dòng CMS trên cũng ñã

ựược ựánh giá qua lai thử Song việc ứng dụng kỹ thuật lúa lai trong giai ựoạn này còn có nhiều hạn chế ựặc biệt là tỷ lệ ựậu hạt của dòng mẹ còn thấp vì vậy năng suất hạt thu ựược chỉ từ 450 ựến 1.200kg/ ha

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

- đánh giá các dòng CMS nhập nội và xác ựịnh các dòng duy trì (dòng B), dòng phục hồi (dòng R) triển vọng

- Xây dựng qui trình sản xuất F1 phù hợp ở Việt Nam

- đánh giá ưu thế lai về năng suất của con lai F1 và xác ựịnh những tổ hợp lúa lai triển vọng

Ngoài ra, nhờ việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật phù hợp như bố trắ

bố mẹ trỗ trùng khớp, phun GA3, cắt lá ựòng và thụ phấn bổ sung mà năng suất hạt lai F1 ựạt tới 2 tấn/ ha

Trong giai ựoạn 1989- 1991, một số tổ hợp lúa lai ựã ựược ựánh giá có năng suất cao hơn các giống lúa thuần làm ựối chứng từ 15- 40% như tổ hợp IR54725A/IR64 năng suất ựạt 7,2 tấn/ha, tổ hợp IR54757A/IR64 ựạt 7,5 tấn/ha, tổ hợp IR58025A/IR29723 ựạt 7,56 tấn/ha, tổ hợp IR62829A/ Pusa ựạt 9,05 tấn/ha

Ngoài ra một số giống lúa lai nhập từ Trung Quốc như Shanyou 63, Boyou 64Ầvà một số tổ hợp lai tạo trong nước như IR58025A/OM80, IR62829A/IR29723Ầ ựã ựược ựưa vào sản xuất ở ựồng bằng sông Hồng cũng như ở đồng bằng sông Cửu Long

Từ 1992, việc nghiên cứu lúa lai ở Việt Nam cũng ựược quan tâm nhiều hơn Trong giai ựoạn này ựã tiến hành công tác nhập nội, thu thập và ựánh giá vật liệu Chương trình chọn giống lúa lai quốc gia ựã ựánh giá ựặc tắnh bất

dục ñực, các ñặc ñiểm nông sinh học và khả năng thích ứng của 77 dòng CMS nhập nội từ Trung Quốc, IRRI, Ấn ðộ… Nguyễn Trí Hoàn, 1996) [10]

Viện nghiên cứu lúa ðồng bằng sông Cửu Long ñã chọn lọc ñược 8 dòng CMS có khả năng thích ứng cao là IR58025A, IR66707A,IR62829A, IR64608A, IR68888A, IR67684A, IR64607A, PMS10A

Còn ñối với các tỉnh phía Bắc, qua 4 năm nghiên cứu và ñánh giá, ñã chọn lọc ra ñược 14 dòng CMS có khả năng thích ứng cao, bao gồm các dòng Zenshan97A, BoA, Kim23A, OMS1A, IR58025A, IR62829A, PMS1A, PMS10A…(Nguyễn Trí Hoàn, 1995) [11], trong ñó có một số dòng ñã ñược

sử dụng rộng rãi cho quá trình sản xuất hạt lai F1 của các tổ hợp Shanyou 63, Shanyou Quế99, Boyou 64, Kim you Quế99, HYT57, HYT83, HYT100…

Ngoài ra có hàng trăm dòng R và một số loài lúa dại cũng ñã ñược thu thập và ñánh giá phục vụ cho mục ñích tạo giống lúa lai

ðể tạo ñược các dòng CMS thích ứng với ñiều kiện nhiệt ñới, 132 tổ hợp lai xa khác loài giữa lúa dại và lúa trồng ñã ñược thực hiện và phát triển thông qua kỹ thuật cứu phôi và lai lại Cũng thông qua chương trình này, 8

dòng CMS từ năm nguồn lúa dại Oryza rufipogon, Oryza nivara … ñã ñược

tạo ra 4 trong số 8 dòng ñó có nguồn tế bào chất bất dục từ lúa dại ðồng Tháp kết hợp với nhân của giống IR66, IR70, PMS2B, V20B 5 trong số 8 dòng CMS mới tạo ra trong nước là OMS1, OMS2, OMS3, OMS4, RpMS2

có kiểu di truyền “giao tử thể” rất khác với nguồn WA của Trung Quốc (Nguyễn Trí Hoàn, 1996) [10]

Từ năm 1983, ở nước ta ñã có nhiều nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai

3 dòng phục vụ cho sản xuất, các kết quả nghiên cứu ñã ñược tổng hợp ñể giới thiệu các phương pháp cũng như thủ thuật chọn tạo vật liệu khởi ñầu làm

bố mẹ nhằm tạo ra các tổ hợp lai cao sản, có phẩm chất tốt, chống chịu sâu

bệnh và thích ứng rộng (Nguyễn Thị Trâm, 1995) [25]

Hàng năm nhiều tổ hợp lúa lai cũng ñược nhập nội và ñánh giá, một số

tổ hợp lúa lai có triển vọng như UTL1, UTL2, hai giống này có ñặc ñiểm nông sinh học phù hợp, cho năng suất cao, phẩm chất gạo tốt (Viện lúa ðồng bằng sông Cửu Long, 1995) [28]

ðối với các tỉnh phía Bắc, thông qua việc ñánh giá các tổ hợp lúa lai 3 dòng nhập nội từ IRRI ở vụ Mùa 1994 ñã xác ñịnh ñược 6 tổ hợp và HYT31, HYT49, HYT50, HYT53, HYT55, HYT56 cho năng suất cao hơn CR203 từ 20% ñến 30%, trong ñó tổ hợp HYT50 năng suất ñạt 53,6 tạ/ ha (so với CR203 41 tạ/ha), phẩm chất gạo tốt ðây là một hướng ñi quan trọng nhằm tìm ra các giống lúa lai ưu việt phù hợp với ñiều kiện vụ Mùa ở miền Bắc nước ta (Nguyễn Trí Hoàn và cộng sự, 1996) [10]

Trung tâm Nghiên cứu Lúa lai-Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam ñã tiến hành lai thử gần 2.000 tổ hợp [26] Qua ñánh giá sơ bộ, 138

F1 cho năng suất cao hơn ñối chứng CR203 là 20%, trong ñó có 13 F1 năng suất vượt CR203 trên 50% các cặp lai thử này chủ yếu dùng mẹ là ZhenShan97A, TeA, Kim23A, BoA, IR58025A, IR62829A… (Quách Ngọc

Ân, 1994) [1]

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

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

là Kim23A và CT95-2 (L) có mẹ là BoA ñã ñược Viện Bảo vệ Thực vật lai tạo ra (Lê Văn Thuyết và cộng sự, 1995) [23]

Viện Di truyền Nông nghiệp ñã tạo ra nhiều tổ hợp cho năng suất cao,

nghiệp, 1995) [27]

Ngoài ra, qua nghiên cứu trên dòng BoA và BoB cho thấy khi duy trì dòng A bằng dòng B thì liên tục xảy ra sự thoái hoá về tính bất dục ñực tế bào chất qua các thế hệ Sau mỗi thế hệ có tới 10% số cá thể và gần 90% số dòng BoA có sự thoái hoá tính bất dục ñực tế bào chất ðây là ñiểm quan trọng cần chý ý trong chọn giống lúa lai 3 dòng ở Việt Nam (Bùi Thị Oanh và Lê Văn Nhạ, 1998) [17]

Cùng với sự hỗ trợ và khuyến khích của nhà nước và các ñịa phương, lúa lai ñã ñược nông dân các tỉnh tiếp thu một cách nhanh chóng Tính ñến nay Việt Nam là nước ñứng thứ 2 trên thế giới về diện tích trồng lúa lai thương phẩm

Hiện nay diện tích trồng lúa lai thương phẩm của chúng ta ngày càng ñược mở rộng, ñặc biệt là các tỉnh phía Bắc Nhiều giống lúa lai Trung Quốc

ñã ñược ñưa vào gieo trồng và năng suất tăng so với lúa thuần từ 1,5- 2 tấn/

2.3 Sơ lược quá trình nghiên cứu hệ thống bất dục ñực trong chọn

giống lúa lai

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

sự sai khác về bản chất di truyền

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

o Bất dục ñực nhân (Nuclear Male Sterility)

Lúa là cây trồng tự thụ phấn nghiệm ngặt, vì vậy muốn sản xuất hạt giống lúa lai F1 cần phải có một hệ thống dòng bất dục ñực hiệu quả

2.3.1 Dòng bất dục ñực tế bào chất

Theo Virmani (1997) [51]; Yuan et al (1989) [54]; Ahmed (1996) [30] thì hệ thống bất dục ñực do gen trong nhân và tế bào chất ở lúa (cytoplasmic genetic male sterile- CMS) ñược ñiều khiển bởi sự tương tác giữa gen trong nhân và gen tế bào chất

Sự có mặt của cặp gen lặn trong nhân do sự phục hồi tính hữu dục, cùng với các yếu tố gây bất dục trong tế bào chất làm cho cây bất dục ñực (S.S.Virmani, 1988) [50] Theo Kim C H (1985) [41] thì những tác nhân di truyền tồn tại trong tế bào chất là một phần DNA của ty thể Trong hệ thống bất dục ñực này, tính hữu thụ ñược kiểm tra bởi hai nhân tố ñó là tế bào chất

và nhân

Khi thiếu sự tồn tại của yếu tố di truyền gây bất dục trong tế bào chất cây trở nên hữu thụ, cũng một tế bào chất như vậy nếu gen phục hồi trong nhân là ñồng hợp tử lặn thì cây có khả năng duy trì tính bất dục ñực (maintainer) (Yuan et al, 1989) [54]

Shinjyo và CS (1969) [46]; C.Shịnyo & T.Omura (1975) [48] lần ñầu tiên thông báo là ñã tạo ñược dòng bất dục ñực tế bào chất ở lúa trồng bằng phương pháp lai ngược trở lại (Backross) giữa các loài phụ Boro-II/Taichung65 Kết quả ñã thu ñược dòng bất dục ñực với tế bào chất của Boro-II và nhân của Taichung 65 Vào năm 1969 ông ñã tìm ra gen phục hồi

Rf của dòng bất dục ñực tế bào chất của Boro-II ở một số giống Indica khác nhau, nhưng vì ông không thông báo nên việc ứng dụng chúng trong sản xuất

ñã không ñược thực hiện

Khi nghiên cứu cơ chế gây bất dục ở cây trồng Erickson (1969) [34] ñã ñưa ra thông báo về hai dạng tương tác khác nhau giữa gen nhân và tế bào chất ở lúa ñó chính là dòng CMS Japonica tạo ra từ tế bào chất của lúa Indica Birco (PI297120) Tiếp sau ñó là Carnahan cũng tìm ra dòng bất dục ñực tế bào chất của lúa bằng phương pháp lai xa, tạo ra dòng CMS từ việc sử dụng tế bào chất của glaberrima và nhân giống Colusa của Mỹ

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

Năm 1964, Yuan Long Ping ñã tìm ñược cây lúa bất dục ñực ở giống ðồng tình vạn tiên (Indica) và ông bắt ñầu nghiên cứu nó (L.P.Yuan, 1989) [54] ðến năm 1970 Libihu ñã tìm ra giống lúa dại bất dục ñực tế bào chất ở dạng WA (Wild Abortive) ñầu tiên, ñây cũng là tiền thân của sự ra ñời các dòng bất dục ñực tế bào chất hiện nay ñang ñược sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới Dạng bất dục ñực WA có ñặc ñiểm là rất ổn ñịnh

Bằng phương pháp lai tích lũy (backcross), người ta ñã chuyển ñược tế bào chất bất dục ñực dạng này vào nhiều giống khác nhau và tạo ra ñược nhiều dòng CMS khác nhau ñể tăng hiệu quả sử dụng của nó

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

ðể tránh hiện tượng ñồng nhất về tế bào chất trong sản xuất cũng như

các dịch bệnh lớn xảy ra, người ta ñã nghiên cứu tạo ra nhiều nguồn CMS có

tế bào chất khác nhau, nhằm mục ñích ña dạng hoá nguồn CMS và tạo ra các dòng thích nghi với từng vùng sinh thái cụ thể

Hiện nay trên thế giới có khoảng 20 nhóm giống có nguồn tế bào chất bất dục khác nhau (Young J., 1993) [53] Tuy nhiên, có nhiều dòng không ñược sử dụng mặc dù khả năng thích ứng rộng, con lai có năng suất cao, chất

lượng tốt nhưng không ổn ñịnh, ñộ thuần kém

Trong nghiên cứu phát triển dạng bất dục ñực tế bào chất ở lúa, năm

1985 Zhang ñã ñưa ra một số kết luận về khả năng tạo dòng CMS và dòng duy trì tương ñồng như sau:

- Sự tồn tại của bất dục ñực tế bào chất phụ thuộc vào sự tương ñồng giữa tế bào chất và nhân Khoảng cách giữa tế bào chất và nhân của dòng mới ñược nạp tính trạng bất dục ñực tế bào chất càng lớn thì tần số xuất hiện bất dục ñực tế bào chất và dòng duy trì của nó càng lớn

- Sự sai khác về mức ñộ bất dục phấn phụ thuộc vào sự kết hợp giữa tế bào chất và nhân Bất dục hạt phấn có thể quan sát từ giai ñoạn ñơn nhân sớm (từ trước khi phân bào nguyên nhiễm lần 1 ñể hình thành hạt phấn ñến giai ñoạn 2 nhân-trước khi tung phấn) Nếu sự thui chột càng xảy ra ở giai ñoạn sớm thì tỷ lệ bất dục không hạt phấn càng lớn

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

* Phân loại bất dục ñực tế bào chất theo ñặc ñiểm di truyền

ðối với lúa, hệ thống bất dục ñực tế bào chất có gen N nằm ở tế bào chất kiểm soát tính hữu dục ñực, gen S nằm ở tế bào chất kiểm soát tính bất dục ñực, gen R nằm ở nhân tế bào kiểm soát tính hữu dục ñực, gen r nằm ở

nhân tế bào chất kiểm soát tính bất dục ñực Dựa vào ñặc ñiểm di truyền về tính bất dục ñực (CMS) thành hai nhóm:

Bất dục ñực bào tử thể (Sporophytic): Hạt phấn bất dục ñực do kiểu gen của thể bào tử qui ñịnh, khi kiểu gen của thể bào tử là S(rr) thì bao phấn

có màu trắng, hạt phấn bị thui chột, nhăn nheo, không nhuộm màu dung dịch I- KI 1% Bất dục ñực dạng này có tính ổn ñịnh, khi trỗ không thoát cổ bông, phổ phục hồi hẹp Loại bất dục này bao gồm các dòng CMS có tế bào chất thuộc nhóm WA và G

Sơ ñồ di truyền của dòng bất dục ñực bào tử thể

DÒNG MẸ S(RR) X DÒNG BỐ N(RR)

F1 S(RR) HỮU THỤ

Sơ ñồ di truyền bất dục ñực giao tử thể

Dòng mẹ S(rr) x Dòng bố N(RR)

F1 S(RR) HỮU THỤ

TỰ THỤ

GIAO TỬ ðỰC

S(R) HỮU DỤC S(RR) HỮU DỤC KHÔNG THỤ TINH

S(R) HỮU DỤC S(RR) HỮU DỤC KHÔNG THỤ TINH

* PHÂN LOẠI BẤT DỤC ðỰC TẾ BÀO CHẤT DỰA TRÊN ðẶC ðIỂM HÌNH THÁI CỦA HẠT PHẤN VÀ PHẢN ỨNG CỦA HẠT PHẤN VỚI I-KI 1%

DỰA THEO ðẶC ðIỂM HÌNH THÁI HẠT PHẤN CỦA CÁC DÒNG CMS LI & ZHU (1988) [44] VÀ MỘT SỐ TÁC GIẢ KHÁC (L.P.YUAN ET

AL, 1989) [54] ðà CHIA CÁC DÒNG CMS LÀM 3 NHÓM:

NHÓM BẤT DỤC ðIỂN HÌNH: HẠT PHẤN CÓ HÌNH TAM

GIÁC, HÌNH THOI, HÌNH CẦU KHUYẾT VỎ NHĂN NHEO HẠT PHẤN

THOÁI HOÁ VÀO THỜI KỲ SỚM, ðƠN NHÂN, KHÔNG NHUỘM MÀU DUNG DỊCH I-KI1%

* PHÂN LOẠI DÒNG BẤT DỤC ðỰC HẠT PHẤN DỰA TRÊN QUAN ðIỂM GIỮA DÒNG DUY TRÌ VÀ DÒNG PHỤC HỒI

THEO QUAN ðIỂM NÀY THÌ HỆ THỐNG CMS CÓ THỂ TÁCH LÀM BA NHÓM SAU:

NÀY CÁC DÒNG ðƯỢC TẠO RA LÀ DO LAI GIỮA LÚA DẠI VỚI GIỐNG INDICA CHÍN SỚM NHƯ V20, ZHENSHAN 97, ER-JIU-NAM, V41… CÁC DÒNG BẤT DỤC ðỰC DẠNG NÀY DỄ CHỌN DÒNG DUY TRÌ TỪ NGUỒN INDICA CỦA TRUNG QUỐC VÀ DÒNG PHỤC HỒI

TỪ CÁC GIỐNG CỦA IRRI (Z.LI & Y.ZHU, 1988 [44]; L.P.YUAN ET AL,

1989 [54]; Z.LI & YUAN, 1980 [45]) NHƯ TAIYIN1, IR24, IR26, INDICA CHÍN MUỘN NHƯ XUE GUZAO, ZHU AI NGOÀI CÁC GIỐNG CÓ TẾ BÀO CHẤT BẤT DỤC ðỰC KIỂU WA CÒN CÓ CÁC DÒNG CMS CÓ

TẾ BÀO CHẤT THUỘC NHÓM G

NHÓM BẤT DỤC DẠNG HỒNG LIÊN (L.P.YUAN, 1989 [54]; Z.LI & YUAN, 1980 [45]): DẠNG NÀY ðƯỢC TẠO RA KHI LAI LÚA

DẠI RÂU ðỎ VỚI CÁC GIỐNG BỐ NHƯ LIAN-TANG-ZAO CHÍN SỚM THUỘC NHÓM INDICA DẠNG NÀY KHI LAI VỚI ZHENSHAN 97, V20, V41…THÌ LẠI PHỤC HỒI, CÒN KHI LAI VỚI TAI YIN 1 LÀ GIỐNG PHỤC HỒI CHO DẠNG WA THÌ LẠI DUY TRÌ CHO CHÚNG CÁC GIỐNG IR24, IR26 KHI LAI VỚI NHÓM NÀY THÌ KHẢ NĂNG PHỤC HỒI RẤT KÉM

NHÓM BẤT DỤC ðỰC DẠNG BT: ðÂY LÀ KIỂU BẤT DỤC

ðỰC ðẶC TRƯNG CHO LOÀI PHỤ JAPONICA NHƯ TIÊN 1, TIÊN 3 (SINICA) ðẶC ðIỂM CỦA NHÓM NÀY LÀ HẦU HẾT CÁC GIỐNG SINICA ðỀU CÓ KHẢ NĂNG DUY TRÌ, CÒN CÁC GIỐNG INDICA LẠI

CÓ KHẢ NĂNG PHỤC HỒI (Z.LI & YUAN, 1980 [45]; C.SHINJYO, 1975 [47])

SAU NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ NGUYÊN NHÂN GÂY BẤT DỤC ðỰC TẾ BÀO CHẤT, BẢN CHẤT DI TRUYỀN CỦA BẤT DỤC ðỰC TẾ BÀO CHẤT CÁC NHÀ KHOA HỌC ðà ðƯA RA MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỌN DÒNG BẤT DỤC ðỰC TẾ BÀO CHẤT NHƯ SAU:

* NHẬP NỘI: LÀ PHƯƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG MẤT ÍT THỜI

GIAN VÀ CÓ HIỆU QUẢ CAO CÁC DÒNG VẬT LIỆU ðƯỢC NHẬP NỘI VÀO VIỆT NAM CẦN TIẾN HÀNH CHỌN LỌC, PHÂN LẬP, ðÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA CHÚNG ðỂ ðƯA VÀO SỬ DỤNG CÓ HIỆU QUẢ

* GÂY ðỘT BIẾN: CÓ THỂ CHỌN TẠO RA DÒNG BẤT DỤC

ðỰC TẾ BÀO CHẤT MỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ðỘT BIẾN NHÂN TẠO HOẶC CHỌN LỌC TỪ ðỘT BIẾN TỰ NHIÊN

THEO MỘT SỐ TÁC GIẢ (NGUYỄN THỊ TRÂM, 1995 [25]; S.S.VIRMANI ET AL, 1986 [52]; S.S.VIRMANI & B.H.WAN, 1988 [50])

THÌ VIỆC SỬ DỤNG NGUỒN TẾ BÀO CHẤT BẤT DỤC ðỰC SẴN CÓ

ðỂ LAI TÍCH LUỸ NHẰM TẠO RA NHỮNG DÒNG BẤT DỤC ðỰC TẾ BÀO CHẤT CÓ KIỂU GEN DI TRUYỀN MONG MUỐN CÁC DÒNG CMS HIỆN NAY ðANG SỬ DỤNG TRONG SẢN XUẤT CHỦ YẾU ðƯỢC TẠO RA TỪ PHƯƠNG PHÁP NÀY

* SỬ DỤNG KỸ THUẬT CẤY CHUYỂN NHÂN: LẤY NHÂN TẾ

BÀO CỦA MỘT SỐ GIỐNG CHUYỂN VÀO TẾ BÀO CHẤT CỦA GIỐNG KHÁC ðỂ TẠO DÒNG CMS MONG MUỐN BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO HOẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAI TRỞ LẠI LIÊN TỤC

VÀ CHỌN LỌC CÁ THỂ CÓ NHỮNG TÍNH TRẠNG MONG MUỐN

* LAI XA KHÁC LOÀI ðỂ TẠO RA CON LAI CÓ GEN NHÂN VÀ

TẾ BÀO CHẤT KHÁC NHAU, NHƯ LAI LÚA DẠI VÀ LÚA NỬA DẠI VỚI LÚA TRỒNG HOẶC GIỮA CÁC GIỐNG LÚA TRỒNG CÓ ðẶC ðIỂM DI TRUYỀN KHÁC XA NHAU, INDICA NGUYÊN THUỶ CHÍN MUỘN VỚI JAPONICA CHÍN SỚM

BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÀY NGƯỜI TA ðà TẠO RA ðƯỢC NHIỀU DÒNG CMS CÓ TẾ BÀO CHẤT KHÁC NHAU, GIÚP ðA DẠNG HOÁ NGUỒN DI TRUYỀN TẾ BÀO CHẤT CỦA CÁC DÒNG CMS ðỂ ðƯA VÀO SỬ DỤNG

SƠ ðỒ CHỌN TẠO CMS BẰNG LAI XA KHÁC LOÀI (S.S.VIRMANI ET

AL, 1997) [51]

LÚA DẠI X LÚA TRỒNG (A)

F1 X A (BÁN BẤT DỤC HOẶC

BẤT DỤC)

BC1 X A (BÁN BẤT DỤC HOẶC BẤT DỤC

HOÀN TOÀN)

BC2 (HOÀN TOÀN BẤT DỤC ðỰC)

Lai trở lại liên tục 5- 6 ñời

(Hoàn toàn bất dục ñực)

(BC- Backcross: Lai trở lại)

- Lai xa giữa các loài phụ lúa trồng Indica/ Japonica; Indica/ Javanica; Japonica/ Javanica có khả năng chon ñược con lai bất dục ở thể hệ phân ly, kiểu bất dục “BT” của Nhật, Tiên 3 của Trung Quốc ñược chọn từ các cặp lai loại này

- Lai giữa các giống cùng loài phụ ít có cơ hội chọn ra các dạng bất dục Tuy nhiên, nếu chọn bố mẹ là các giống ñịa phương cổ truyền chưa ñược cải tiến vẫn có thể tạo ra các dạng bất dục mới Kiểu bất dục “G” và

“ZhenDin 28A” thu ñược từ tổ hợp lai loại này (Nguyễn Thị Trâm, 1995)

[25]

* Sử dụng kỹ thuật MAS

Có thể sử dụng kỹ thuật MAS ñể chọn tạo các dòng A, B, R phục vụ cho nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai Với sự trợ giúp của các kỹ thuật hiện ñại, ngày nay con người ñã phân lập và chuyển nạp các gen chống bệnh, chống sâu, gen ñiều khiển hoạt ñộng quang hợp theo chu trình C4 từ cây ngô sang các dòng bất dục ñực

2.3.2 Dòng duy trì bất dục ñực tế bào chất ở lúa

Theo Yuan et al (1989) [45] ñể duy trì dòng bất dục ñực tế bào chất ở lúa, cần phải có cây duy trì Cây này có gen duy trì tính bất dục ñực nằm trong nhân tế bào là gen lặn (rr), do ñó cây duy trì có phấn bình thường, nhưng khi ñem lai cây này với các dòng CMS thì F1 lại biểu hiện tính bất dục ñực

↓ Hoặc ↓

A A (S(rr))

Con lai giữa A và B ñược gọi là A

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

Dòng duy trì là một công cụ di truyền ñặc biệt, ñể giữ dòng A Nếu không có dòng B thì không thể nhân ñược dòng A bằng hạt, mà phải nhân vô tính Khi lai A x B sẽ thu ñược hạt lai do có thụ phấn chéo giữa dòng A và

để phân biệt với quá trình sản xuất hạt lai F1

Muốn tìm được dịng duy trì trong một tập đồn rất nhiều giống lúa cần phải cĩ dịng A bất dục đực để lai thử Mỗi tổ hợp lai thử cần 40-50 hạt lai Gieo các tổ hợp để đánh giá Tốt nhất là đánh giá lúc lúa bắt đầu trỗ, tiến hành kiểm tra hạt phấn của tất cả các cá thể Nếu tỷ lệ phấn bất dục đạt 90%-100% thì dịng cho phấn chính là dịng B

Thơng thường mỗi dịng B chỉ duy trì tốt cho một dịng A nhất định hoặc cĩ thể duy trì cho một số dịng A cùng kiểu ðể giữ được độ thuần về kiểu hình và độ thuần về tính bất dục cho dịng A, bao giờ cũng phải duy trì cùng cặp A x B

Chỉ khi nào muốn tạo dịng A mới đồng tế bào chất mới sử dụng dịng duy trì khác Trong trường hợp đĩ nhất thiết phải lai trở lại liên tục dịng bố mới với con lai (ít nhất là 6-7 lần) sao cho các tính trạng nơng sinh học trong nhân tế bào của dịng bố chuyển hết sang dịng A Sau quá trình này sẽ thu được cặp A x B mới về kiểu hình, thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái, đặc tính nơng sinh học, chỉ riêng đặc điểm bất dục là của dịng A khởi đầu

Khi cần cải tiến một số tính trạng nào đĩ của dịng A, trước hết phải cải tiến tính trạng tương ứng của dịng B Cĩ thể sử dụng phương pháp lai bổ sung tính trạng cho dịng B trước, sau đĩ chọn các cá thể phân ly trong quần thể F2 cĩ những đặc điểm mong muốn, lai cá thể chọn được với dịng A, cây lai lại nếu cho hạt phấn bất dục chứng tỏ rằng cặp gen lặn rr của cây B khởi đầu đã được chuyển sang con cháu Khi đĩ vừa tiến hành chọn cá thể ở dịng

bố, vừa tiến hành lai trở lại để chuyển tồn bộ các đặc điểm mong muốn sang cây A, như vậy sẽ thu được dịng B cải tiến và căp A x B cải tiến

Cĩ thể sử dụng phương pháp xử lý đột biến vật lý hay hố học để cải tiến tính trạng của dịng B Sau khi xử lý tiến hành gieo và chọn lọc cá thể cĩ

những ñặc ñiểm mong ñợi Lấy phấn của những cá thể ñược chọn thụ cho dòng A tương tự như quá trình lai ở trên Khi xử lý ñột biến cặp gen lặn rr có thể bị mất ñi hoặc bị biến ñổi Vì vậy, cần phải chọn lọc nhiều cá thể mới mong tìm ñược dòng B có những ñặc ñiểm mong muốn

2.3.3 Dòng phục hồi bất dục ñực tế bào chất ở lúa

Phục hồi hữu dục là khả năng của một dòng khi lai với một dòng bất dục ñực nào ñó cho con lai hữu dục bình thường Dòng phục hồi hữu dục ñóng vai trò vô cùng quan trọng trong chương trình chọn giống nhằm khai thác tính bất dục ñực ñặc thù của một công cụ di truyền mới là dòng CMS

Theo FAO thì dòng phục hồi bất dục ñực tế bào chất ở lúa là dòng, giống lúa cung cấp phấn cho dòng bất dục ñực Hay nói cách khác dòng phục hồi tính hữu dục là dòng cho phấn dòng A ñể sản xuất hạt lai F1 Con lai F1khi thu ñược có hạt phấn hữu dục, khi gieo sẽ cho các cây F1 ñồng nhất về kiểu hình và mọi tính trạng nông sinh học, ñồng thời cho uư thế lai cao về năng suất, chất lượng hạt và khả năng chống chịu

ðặc ñiểm phục hồi tính hữu dục ñược kiểm soát bởi 1 hoặc 2 cặp gen trội nằm trong nhân tế bào Gen trội này tác ñộng lên tế bào chất của chính nó làm lấn át hoàn toàn tính bất dục do tế bào chất gây nên Vì vậy, khi chuyển cặp gen trội RR vào bất kỳ giống nào dù trong tế bào chất có nhân tốt gây bất dục hay không thì dòng ñó vẫn trở nên hữu dục

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

Nghiên cứu nguồn gốc phát sinh của các dòng phục hồi, các nhà khoa học Trung Quốc cho rằng trong các giống lúa thuộc loài phụ Indica nguyên

giống lúa có nguồn gốc phát sinh vùng nhiệt ựới ẩm, nơi có vĩ ựộ thấp

Nhiều giống lúa trồng châu Á có nguồn gốc phát sinh ở các tỉnh phắa Nam Trung Quốc, Nam Á, đông Nam Á mang gen phục hồi Trong tập ựoàn giống lúa có nguồn gốc phát sinh từ châu Âu, châu Mỹ chưa tìm ựược gen phục hồi Theo Shinjyo (1975) [47] ở các vùng trồng lúa nhiệt ựới có thể tìm ựược các gen phục hồi tắnh hữu dục, trái lại, ở các vùng trồng lúa ôn ựới rất khó tìm các gen này

Một dòng phục hồi phấn tốt cần có một số ựặc ựiểm như

(i) Chiều cao trung bình 95-110cm, thân cứng, ựẻ nhánh khoẻ và kéo dài (ii) Thời gian sinh trưởng nên bằng hoặc dài hơn dòng CMS một ắt (iii) Có nhiều tắnh trạng quắ có thể di truyền cho con lai F1 ựồng thời lấn át các tắnh trạng xấu của dòng A nên cần có sức sinh trưởng mạnh, chống chịu sâu bệnh tốt, chống ựổ, chống úng, hạn, chịu chua phèn, chịu thiếu sinh sưỡng trong ựất, chịu rét ở thời kỳ mạẦ

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

(v) Có khả năng phục hồi mạnh, cho con lai F1 ựậu hạt cao > 80% (vi) Có khả năng tương hợp di truyền rộng (wide combility) ựể có thể phục hồi tắnh hữu dục cho nhiều dòng bất dục ựực khác nhau tạo ra những tổ hợp lai xa ựịa lý sinh thái hoặc xa huyết thống nhằm khai thác tiềm năng cho

ưu thế lai cao

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

(!) Phục hồi kiểu bào tử thể:

Là những dòng phục hồi tính hữu dục cho kiểu “WA’’, kiểu “G” có hai cặp gen trội ñộc lập, chúng có thể tác ñộng riêng rẽ nhau hoặc kết hợp với nhau Vì vậy, có thể sử dụng trong việc cải tạo và nâng cao khả năng phục hồi cho các dòng có nhiều tính trạng tốt nhưng khả năng phục hồi chưa cao Các giống chứa hai cặp gen phục hồi trội (R1R1R2R2) có khả năng phục hồi mạnh, nếu chỉ có 1 cặp gen phục hồi (R1R1) hoặc (R2R2) thì khả năng phục hồi yếu hơn hoặc phục hồi không hoàn toàn

(!!) Phục hồi kiểu giao tử thể

Gồm những dòng phục hồi hữu dục cho kiểu “Hồng liên”, “BT”, “Tian 1” (kiểu bất dục ñực giao tử thể) Khi lai kiểu bất dục ñực giao tử thể với dòng phục hồi thu ñược con lai F1 có gen S(Rr) Tiến hành kiểm tra hạt phấn

ở F1 chỉ có 50% số lượng hạt phấn hữu dục, 50% hạt phấn bất dục Tuy nhiên,

tỷ lệ ñậu hạt ở cây F1 vẫn cao khoảng 90% như bình thường Kiểm tra hạt phấn ở thế hệ phân ly F2 sẽ thu ñược cây có phấn hữu dục 100% và cây có phấn hữu dục 50% ñạt tỷ lệ 1:1 Hai loại này vẫn cho tỷ lệ hạt mẩy tương ñương nhau và không xuất hiện cá thể bất dục như trong quần thể F2 của tổ hợp lai giữa dòng A bất dục ñực bào tử thể với dòng R phục hồi hữu dục kiểu bào tử thể Lai thuận nghịch dòng R kiểu giao tử thể với dòng B cho kết quả như sau:

- Lai S(RR) x N(rr) → S (Rr) con lai F1 giống như con lai của dòng A với R Gieo hạt thu trên cây F1 ñược quần thể F2 phân ly giống như trường hợp nêu trên

- Lai N(rr) x S (RR) hoặc N (RR) → N (Rr), cây F1 hoàn toàn hữu dục,

F2 không phân ly về hạt phấn và tỷ lệ hạt mẩy trên bông

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

Người ta cĩ thể chọn tạo dịng R bằng các phương pháp:

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

Các nhà chọn giống sẽ chọn các dịng A thuộc các kiểu bất dục đực khác nhau làm mẹ để lai thử với các dịng, giống trong tập đồn định chọn Lai lần lượt dịng mẹ với tất cả các giống, số lượng hạt lai của mỗi tổ hợp phải thu từ 50-100 hạt Gieo các tổ hợp lai thử thành hàng, cấy kèm với bố tương ứng của chúng Khi lúa trỗ quan sát con lai để đánh giá:

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

o Khả năng phục hồi: con lai cĩ tỷ lệ đậu hạt trên 80%, độ mẩy cao, khối lượng hạt nặng

Những con lai nào được chọn sẽ được lai thử lại một lần nữa ở vụ sau Mỗi tổ hợp lai thử này cần 300-500 hạt, sau đĩ gieo và đánh giá các chỉ tiêu

về bao phấn, tỷ lệ hạt phấn hữu dục, tỷ lệ đậu hạt tự thụ Những tổ hợp nào tốt chứng tổ dịng bố cĩ khả năng phục hồi tốt, cĩ thể sử dụng làm dịng R

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

Các dịng CMS hiện dùng cĩ phổ phục hồi tương đối hẹp, vì vậy mà việc tìm ra dịng R tốt là rất khĩ khăn Phân lập dịng R trong tập đồn lúa khơng thể tạo ra được nhiều dịng R tốt

ðể cải tiến các tính trạng nơng sinh học, các tính trạng tạo thành năng

suất, nâng cao sức chống chịu, khả năng phục hồi cần phải tạo các dòng phục hồi mới bằng phương pháp lai tạo chọn lọc cá thể ở các thế hệ phân ly Một số phương thức lai sau ñây có thể sử dụng:

+ Lai các dòng phục hồi với nhau: Chọn hai R có các ñặc tính nông sinh học tương phản có thể bổ sung cho nhau ñể lai và chọn cá thể ở thế hệ phân ly F2 Chọn những cá thể mang các tính trạng mong muốn rồi lai thử sớm với dòng CMS ñể ñánh giá khả năng phục hồi Chọn dòng thuần và lai thử tiến hành song song liên tục một số thế hệ ñến khi dòng bố ổn ñịnh cả về khả năng phục hồi, cả về tính trạng nông sinh học thì thu ñược dòng R mới Quá trình lai các R với nhau ñể cải tạo tính trạng có thể thực hiện giữa R mạnh x R mạnh; R mạnh x R yếu; R yếu x R yếu

+ Lai dòng phục hồi với dòng duy trì bất dục hoặc

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

có những ñặc ñiểm nông sinh học tốt có thể bổ sung cho dòng phục hồi sẵn có như tiềm năng năng suất cao, chống chịu sâu bệnh tốt, thích ứng rộng…

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

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

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

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

Theo Virmani (1997) [49], gen trội (R) trong nhân có thể phục hồi tính hữu thụ ở cây bất dục ñưc tế bào chất, do ñó cây F1 trở thành hữu thụ

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

N là tế bào chất bình thường

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

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

2.3.4 Bất dục ựực do gen mẫn cảm với nhiệt ựộ (Thermosensitive genic

male sterile- TGMS) ở lúa

Năm 1991, hiện tượng bất dục ựực dạng TGMS ựầu tiên ựã ựược nhà khoa học Nhật Bản Maruyama ựưa ra đó là một thể ựột biến ựược gây tạo sau khi chiếu tia gama (γ) ở liều 20 Krad ựối với giống Reimei Thể ựột biến

ựó có tên là H89-1 hay Norin PL12

đặc tắnh của dạng TGMS là khi nhiệt ựộ cao thì chúng sẽ bất dục và ngay trở lại hữu thụ khi nhiệt ựộ thấp

Kết quả nghiên cứu cho thấy tắnh trạng bất dục ựực này là do một gen lặn nằm trong nhân kiểm soát và ựược ký hiêụ chung là tms

Theo Kim C H (1985) [41] thì gen tms-1 có ựược là nhờ ựột biến tự nhiên ở giống lúa IR54 Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 8 Gen tms-2 ựược gây tạo nhờ phương pháp gây ựột biến bằng tia gama ở giống lúa Reimei bởi Maruyama vào năm 1991, tuy nhiên gen này vẫn chưa ựược ựịnh

S Rr

Con lai F1

N/S RR

Dưng R S

rr

Dưng A N

rr

Dưng B

vị Gen tms-3 ñược tạo ra nhờ phương pháp gây ñột biến bằng tia gama ở giống lúa IR32364 Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 6

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

Các dòng TGMS có ñộ hữu thụ phụ thuộc vào nhiệt ñộ môi trường nhất

là trong giai ñoạn từ lúc hình thành tế bào mẹ hạt phấn cho ñến lúc xảy ra quá trình giảm phân (khoảng trước khi lúa trỗ từ ngày 18 ñến ngày 12) Hầu hết các dòng TGMS có hạt phấn hữu dục ở nhiệt ñộ thấp (từ 22- 240C hoặc <

26oC) (Nguyễn văn Hoan và CS, 2004) [8]

Tuy nhiên ngược lại cũng có dòng lại bất dục ở nhiệt ñộ thấp và hữu thụ ở nhiệt ñộ cao (Lê Duy Thành, 2000) [21] ðối với các dòng này thì việc nhân dòng mẹ thì dễ nhưng việc sản xuất hạt lai F1 lại rất phức tạp vì vậy nó không ñược sử dụng

Theo Nguyễn văn Hoan và CS (2006) [9] các dòng TGMS sử dụng hiện nay chưa thật ña dạng và phong phú, một số dòng còn có nhược ñiểm về khả năng phối hợp, cho ưu thế lai chưa cao, khả năng nhận phấn ngoài còn kém nên năng suất hạt lai thấp, ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình phát triển các

tổ hợp lúa lai 2 dòng mới

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

genic male sterile- PGMS)

Shi Ming Song ñã tìm thấy cây trồng bất dục ñực ở lúa Japonica ñó là giống Nongken 58 ở tỉnh Hubei Trung Quốc vào năm 1973 Hiện tượng bất dục ñực xảy ra khi nó trỗ vào thời ñiểm thời gian chiếu sáng ngày dài trên 14 giờ và sau ñó ở thời kỳ ánh sáng ngày ngắn hơn 13 giờ 45 phút thì cây lại trở lại hữu thụ bình thường

Một số nghiên cứu cho thấy tính bất dục của dòng PGMS không những

phụ thuộc vào ñộ dài ngày (quang chu kỳ) mà còn phụ thuộc cả vào nhiệt ñộ Tùy theo mức ñộ phản ứng với quang chu kỳ và nhiệt ñộ của từng giống mà người ta chia ra thành các dòng tương ứng như PTGMS hoặc dòng TPGMS

Trung Quốc ñã chuyển ñược gen mẫn cảm PGMS vào nhiều giống lúa Indica cũng như Japonica bằng lai hồi qui Các con lai ñược sản xuất từ hệ thống hai dòng này ñã ñược trồng và ñánh giá ở nhiều vùng của Trung Quốc

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

2.4 Các phương pháp xác ñịnh bất dục ñực ở lúa

2.4.1 Kiểm tra bằng mắt

Theo Nguyễn Thị Trâm (1995) [25], L.P.Yuan et al (1989) [54], kiểm tra

ñộ bất dục ñực của cây lúa bằng mắt là phương pháp ñơn giản song cũng rất hiệu quả bằng cách: Khi hoa nở, quan sát màu sắc cũng như ñộ mẩy bao phấn của cây lúa Nếu thấy bao phấn lép, ñầu nhọn, bao phấn có màu trắng sữa, dùng tay búng nhẹ mà không thấy hạt phấn tung ra thì khả năng cây ñó là bất dục ñực

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

2.4.2 Quan sát dưới kính hiển vi

Dùng panh lấy mẫu bao phấn trong những hoa lúa từ các vị trí khác nhau trên bông lúa khi trỗ, sau ñó ñem nghiền nát chúng trên lam kính, nhỏ lên ñó 1 giọt dung dịch I-KI nồng ñộ 1% và ñưa vào kiểm tra dưới kính hiển

vi quang học hay kính hiển vi ñiện tử Hạt phấn nhuộm màu dung dịch I-KI 1% có màu xanh tối là hạt phấn hữu thụ, hạt phấn tròn hoặc nhăn nheo nhưng không nhuộm màu I-KI 1% là hạt phấn bất dục

Nếu hơn 1% hạt phấn của dòng CMS dạng bào tử thể hữu thụ thì ñộ bất dục không ñáng tin cậy (L.P.Yuan et al, 1989 [54])

Theo hệ thống ñánh giá INGER (1996) [39] thì chỉ có những cây có 100% hạt phấn của nó bất dục mới ñược coi là cây bất dục ñực hoàn toàn

2.4.3 Phương pháp bao cách ly bông

Theo Yuan et al, (1989) [54], vào thời ñiểm cây bắt ñầu trỗ bông nhưng hoa chưa nở, dùng bao giấy can hoặc giấy bóng mờ bao kín bông lúa lại, thường chỉ cần bao hai bông trên cây Sau ñó khoảng 15 ngày thì mở bao cách ly ra ñể kiểm tra tỷ lệ ñậu hạt trên các bông ñã bao, nếu không thấy hạt

nào ñậu chứng tỏ là cây bất dục hoàn toàn

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

Giống cây trồng ngoài sản xuất trên ñồng ruộng thường xuyên tiếp xúc với những biến ñổi của ñiều kiện ngoại cảnh nên chúng phát sinh biến dị Những biến dị này bao gồm cả có lợi và bất lợi cho mục tiêu của con người Những biến dị bất lợi gọi là sự thoái hoá giống Các dòng bố mẹ lúa lai cũng

tuân theo qui luật này

2.5.1 Biểu hiện thoái hoá của dòng mẹ

Các nhà chọn giống thường nhận biết ñược biểu hiện của thoái hoá của dòng mẹ thông qua những biến ñổi về hình thái như:

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

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

- Giảm sút về khả năng kết hợp dẫn ñến năng suất F1 thấp

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

A kéo dài

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

- Mức ñộ nghẹn ñòng tăng

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

Tương tự như dòng A, các dòng B và R cũng có hiện tượng thoái hoá Tuy nhiên, mức ñộ và phạm vi khác nhau, chủ yếu là:

- Không ñồng ñều về thời gian sinh trưởng, hình thái thân, lá, bông, hạt, ñặc ñiểm nông sinh học và ñặc tính sinh lý trong quần thể

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

- Khả năng duy trì của dòng B giảm ảnh hưởng ñến ñộ bất dục của dòng A

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

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

- Sức sinh trưởng giảm làm tốc ñộ sinh trưởng chậm lại

2.5.3 Thoái hoá trên ruộng lúa lai F 1

Do các dòng bố mẹ thoái hoá gây ảnh hưởng trực tiếp tới con lai F1 nên trên ruộng cấy lúa lai thương phẩm có thể dễ dàng quan sát thấy những biểu hiện:

- ðộ ñồng ñều quần thể kém, có hiện tượng phân ly trong ruộng lúa

- ðộ ñậu hạt của cây lai kém, nhiều hạt lép, lửng

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

- Năng suất ruộng lúa lai giảm dần Theo tính toán thì nếu ñộ thuần giảm ñi 1% thì năng suất sẽ giảm tương ứng là 100kg/ha

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

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

ða số các dòng CMS của hệ lúa lai 3 dòng hiện ñang sử dụng thuộc kiểu bất dục ñực hoang dại “WA” Kiểu bất dục này ñã có nhiều công trình nghiên cứu khẳng ñịnh nó thuộc loại bất dục thể bào tử và có thể ñược tạo ra

do lai xa giữa lúa dại và lúa trồng, bằng ñột biến tự nhiên hay nhân tạo…

Về mặt tế bào, gen nhân là một ñồng hợp tử lặn ký hiệu và rfrf, gen trong tế bào chất cũng kiểm soát tính bất dục ñực (S-Sterile) Do nguồn gốc hình thành nên nguồn bất dục tế bào chất ñã ñược tạo ra rất nhiều nhưng ñến