Nghiên cứu sử dụng các gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng

luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp I -

Đoàn Thị Minh Thuý

Nghiên cứu sử dụng các gen kháng

bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng

Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp

Chuyên ngành: Chọn giống cây trồng

Mã số : 60 62 05

Người hướng dẫn khoa học: TS Phan hữu Tôn

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và ch−a từng đ−ợc ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác

Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận văn

đều đã đ−ợc ghi rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Đoàn Thị Minh Thuý

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phan Hữu Tôn, Trưởng Bộ môn Công nghệ sinh học và Phương pháp thí nghiệm, Trường Đại học Nông nghiệp I Thầy đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn

Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô phòng

đào tạo Khoa sau đại học, Khoa Nông học, các thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học và Phương pháp thí nghiệm, Bộ môn Di truyền và Chọn giống- Trường Đại học Nông nghiệp I Ban lãnh đạo, Bộ môn Di truyền và Công nghệ lúa lai- Viện Di truyền Nông nghiệp đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS TSKH Trần Duy Quý, TS Phạm Ngọc Lương, CN Bùi Huy Thuỷ và các anh chị em đồng nghiệp trong

và ngoài cơ quan đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn:

KS Tống Văn Hải- Bộ môn Công nghệ sinh học và Phương pháp thí nghiệm

THS Vũ Hồng Quảng- Bộ môn Di truyền và Chọn giống, Trường Đại học Nông nghiệp I

Và sau cùng là gia đình đã luôn động viên, khích lệ tôi trong hai năm qua

Xin chân thành cảm ơn./

Mục lục

Lời cam đoan………i

Lời cám ơn……… ii

Mục lục……… iii

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu……… v

Danh mục các bảng……….vi

Danh mục các hình………vii

Phần I………1

Mở đầu………1

1.1 Đặt vấn đề……… 1

1.2 Mục đích và yêu cầu của đề tài………3

1.2.1 Mục đích………3

1.2.2 Yêu cầu của đề tài……… 3

Phần II Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài……….4

2.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nước……… 4

2.1.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới……….4

2.1.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam……… 6

2.2 Những nghiên cứu về lúa lai……….7

2.3 Tình hình nghiên cứu bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryzae pv oryzae… ………19

2.3.1 Những nghiên cứu ngoài nước về bệnh bạc lá lúa………19

2.3.2 Những nghiên cứu trong nước về bệnh bạc lá lúa………20

2.3.3 Đặc điểm sinh lý của vi khuẩn……….21

2.3.4 Đặc điểm triệu chứng của bệnh bạc lá……….22

2.3.5 Nguyên nhân gây bệnh……….24

2.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển của bệnh……24

2.3.7 Thành phần nòi của vi khuẩn bạc lá lúa……… 26

2.3.8 Vấn đề phòng trừ bệnh bạc lá……… 26

2.3.9 Cơ sở khoa học của chọn giống kháng bệnh bạc lá……… 27

2.3.10 Tình hình chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá ở các

nước………32

Phần III Đối tượng, địa điểm, nội dung và phương pháp nghiên cứu…… 34

3.1 Đối tượng nghiên cứu……….34

3.2 Địa điểm……….35

3.3 Nội dung nghiên cứu……… 35

3.4 Phương pháp nghiên cứu………35

Phần IV Kết quả nghiên cứu và thảo luận……… 40

4.1 Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của các dòng được sử dụng làm vật liệu khởi đầu……… 40

4.2 Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai………… 43

4.3 Đặc điểm sinh trưởng giai đoạn mạ của các tổ hợp lai……… 49

4.4 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các tổ hợp lai………51

4.5 Đặc điểm cấu trúc bộ lá……… 53

4.6 Đặc điểm cấu trúc thân và bông của các tổ hợp lai……… 55

4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất……….59

4.8 Một số chỉ tiêu về hình thái hạt thóc……… 65

4.9 Tình hình sâu bệnh trên đồng ruộng……… 67

4.10 Nghiên cứu ưu thế lai một số tính trạng của các tổ hợp lai………… 69

Phần V Kết luận và đề nghị……….78

5.1 Kết luận……… 78

5.2 Đề nghị……… 79

Tài liệu tham khảo………

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu

- Dòng A: Dòng bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic male sterile line- CMS)

- Dòng B: Dòng duy trì tính bất dục đực (Maintainer line)

- CS: Cộng sự

- Ctv: Cộng tác viên

- Ctv: Cộng tác viên

- Dòng EGMS: Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với môi

trường (Enviromental sensitive genic male sterile line)

- IRRI: Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (International Rice reseach

- Dòng R: Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer line)

- RFLP: Đa hình độ dài đoạn AND bị phân cắt

- TGMS: Dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với nhiệt độ

(Thermo sensitive genic male sterile line)

- UTL: ưu thế lai

- WA: Dòng bất dục đực tế bào chất dạng hoang dại (Wild Abortion)

- WCG: Gen tương hợp rộng (Wide compatibility gene)

Danh mục các bảng

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 4.1 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ……… 41

Bảng 4.2 Phản ứng của các tổ hợp lai đối với 4 isolate vi khuẩn bệnh bạc lá Xanthomonas oryzae pv oryzae……… 44

Bảng 4.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của các tổ hợp lai trong thời kỳ mạ… 50

Bảng 4.4 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các tổ hợp lai………….52

Bảng 4.5 Đặc điểm lá đòng của các tổ hợp lai………54

Bảng 4.6 Đặc điểm thân và bông của các tổ hợp lai………57

Bảng 4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai…… 62

Bảng 4.8 Một số chỉ tiêu về hình dạng hạt thóc……… 66

Bảng 4.9 Tình hình sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các tổ hợp lai………… 68

Bảng 4.10.1 ưu thế lai về chiều cao cây và số nhánh hữu hiệu……… 71

Bảng 4.10.2 ưu thế lai về số hạt/ bông và khối lượng 1000 hạt……… 73

Bảng 4.10.3 ưu thế lai về năng suất cá thể của các tổ hợp lai……….75

Bảng 4.10.4 Một số đặc điểm chính của các tổ hợp lai mới………77

Danh mục các hình

Hình 4.2.1 Phản ứng của các tổ hợp lai với isolate HAU02034- 3……….45 Hình 4.2.2 Phản ứng của các tổ hợp lai với isolate HAU02009 - 2………45 Hình 4.2.3 Phản ứng của các tổ hợp lai với isolate HAU01008 - 1………… 46 Hình 4.2.4 Phản ứng của các tổ hợp lai với isolate HAU01030- 3……….46 Hình 4.2.5 Phản ứng của một số tổ hợp lai đối với các chủng bạc lá khác nhau ……… 47 Hình 4.7.1 Năng suất cá thể của một số tổ hợp lai mới……… 64

số như hiện nay thì vấn đề an ninh lương thực luôn là mối quan tâm của nhiều quốc gia Chính vì vậy, các nhà khoa học của nhiều nước đã nghiên cứu hiện tượng ưu thế lai ở lúa để tăng năng suất và chống đói nghèo

Thành công về chọn giống lúa lai là một thành tựu rất lớn của loài người từ 35 năm nay Lúa lai cho năng suất cao hơn lúa thường từ 20- 30%, nhờ ứng dụng lúa lai trên diện rộng mà Trung Quốc đã thành công trong công cuộc đảm bảo an ninh lương thực cho đất nước có trên 1,2 tỷ dân [19] Sau hơn 10 năm đưa vào Việt nam, lúa lai đã có chỗ đứng khá bền vững với diện tích ra tăng nhanh chóng từ 11.340 ha năm 1992 lên gần nửa triệu ha năm

2001 và đạt 621.303 ha năm 2003 [36] Lúa lai đã đáp ứng được năng suất nhưng lại biểu hiện hàng loạt hạn chế như thời gian sinh trưởng chưa đáp ứng

được yêu cầu, nhiễm bệnh bạc lá nặng làm cho diện tích gieo cấy lúa lai trở nên không ổn định, nhất là trong điều kiện vụ mùa sớm ở khu vực các tỉnh Trung du và đồng bằng Bắc Bộ

Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae gây ra, là

một trong những bệnh gây hại nặng nhất đối với cây lúa trên toàn thế giới và một số khu vực ở Châu á (Mew, 1987) [54] và nó có thể làm giảm năng suất

từ 20- 30% có khi lên tới 50% (Ou, 1972; Huang và ctv, 1997) [45] ở Việt nam từ những năm 70 trở lại đây, những giống mới năng suất cao, đặc biệt là những giống chịu thâm canh được trồng phổ biến thì bệnh bạc lá thực sự gây

các tổ hợp lúa lai nhập nội từ Trung Quốc và chưa có một tổ hợp nào kháng

được bệnh bạc lá Điều đó cho thấy việc sản xuất lúa lai trên diện rộng là hết sức khó khăn và phức tạp Mặt khác cho dến nay vẫn chưa có loại thuốc nào

đặc hiệu để phòng trừ bệnh bạc lá lúa Do đó việc chọn tạo và sử dụng các giống kháng là phương pháp kinh tế và hiệu quả nhất để khống chế bệnh

Để chọn tạo thành công giống lúa lai kháng bệnh bạc lá thì việc có

được nguồn gen kháng phong phú đóng vai trò quan trọng Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học đã xác định được 29 gen kháng vi khuẩn bạc lá khác nhau từ Xa1 đến Xa29 Việc đưa các gen kháng bệnh bạc lá vào cây lúa bằng con đường lai hữu tính đã đạt được từ những năm 70, một trong những ví dụ

điển hình đó là gen kháng Xa4 ( Khush và ctv, 1989) [51] Hầu hết những giống mới của IRRI như IR20, IR22, IR64 đặc biệt là các giống lúa có giá trị kinh tế ở các nước như Trung Quốc, ấn độ, Indonesia đều mang gen Xa4 Nhưng việc sử dụng lâu dài một loại gen kháng đã làm nảy sinh nòi bệnh mới

và những giống lúa đó nay trở nên nhiễm bệnh ( Mew và ctv, 1992) [55], [9] Mặt khác, mỗi một vùng sinh thái trồng lúa trong đó có Việt Nam, thì tồn tại

số lượng và chủng gây bệnh bạc lá khác nhau Nhưng liệu các gen này có chống được các chủng bạc lá ở Việt nam hay không, nếu chống được thì chống mạnh hay chống yếu

Theo kết quả nghiên cứu bước đầu tại trường ĐHNNI trong 3 năm 2001- 2003 (Furuya và ctv, 2002) cho thấy riêng các tỉnh phía Bắc Việt Nam

đã có 10 chủng Xanthomonas đang tồn tại [56] Nghiên cứu tìm hiểu các gen kháng bệnh bạc lá các nhà khoa học kết luận: Các gen Xa7, Xa21, xa 5 và

Xa4 chống được hầu hết các chủng bạc lá ở miền Bắc Việt nam Từ việc tìm

được các gen kháng bệnh hữu hiệu, người ta có thể tổ hợp được nhiều gen kháng vào một giống để tăng khả năng kháng ngang, cho nên sử dụng các gen kháng hữu hiệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống ở Việt Nam là phương pháp đơn giản và cho hiệu quả Những thành công bước đầu về sử dụng các

dòng TGMS để phát triển lúa lai hai dòng là một hướng đi khả quan trong đó

sử dụng các dòng phục hồi có gen kháng bệnh bạc lá khác nhau, cho ưu thế lai cao là biện pháp có hiệu quả để thúc đẩy phát triển lúa lai ở nước ta.Vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài:

"Nghiên cứu sử dụng các gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng"

1.2 Mục đích và yêu cầu

1.2.1 Mục đích

- Phát hiện các gen kháng bệnh bạc lá trong tập đoàn các dòng, giống

lúa sử dụng để nghiên cứu

- Tìm hiểu khả năng kháng bệnh bạc lá lúa của các tổ hợp lai

- Khảo sát, đánh giá ưu thế lai của các tổ hợp lai sử dụng các gen kháng

bệnh bạc lá để tìm ra một số tổ hợp vừa kháng bệnh bạc lá vừa cho ưu thế lai

1.2.2.Yêu cầu

- Thu thập và đánh giá vật liệu chọn giống, các dòng giống chứa gen

bạc lá hữu hiệu khác, theo dõi một số chỉ tiêu nông sinh học, năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất

- Lai hữu tính, đánh giá con lai để tìm ra các tổ hợp lai vừa kháng bệnh

bạc lá vừa cho ưu thế lai cao

- Đánh giá bệnh bạc lá bằng lây nhiễm nhân tạo

Phần II Tổng quan tàI liệu và cơ sở khoa học của đề tài 2.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nước

2.1.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới

Dân số thế giới hiện nay trên 6 tỷ người và sẽ đạt 8 tỷ người vào năm

2030 Trong khi đó, hàng năm diện tích đất đưa vào sử dụng cho những mục

đích khác nhau từ 10 đến 35 triệu ha, một nửa trong số đó là đất nông nghiệp Giải quyết vấn đề áp lực gia tăng dân số cùng với việc giảm diện tích đất nông nghiệp, rõ ràng rằng chỉ có một biện pháp để giải quyết vấn đề thiếu hụt lương thực là tăng năng suất lương thực tính trên đơn vị diện tích đất thông qua khoa học và công nghệ

Lúa là lương thực chính nuôi sống hơn 1/2 dân số thế giới Người ta ước tính rằng thế giới sẽ phải sản xuất thêm hơn 60% sản lượng lúa vào năm 2030

so với sản lượng lúa năm 1995 Vì vậy, việc tăng năng suất lúa đóng vai trò quan trọng đối với an ninh lương thực và chống đói nghèo Về lý thuyết thì lúa vẫn có tiềm năng năng suất rất cao và có rất nhiều biện pháp để tăng năng suất như: Xây dựng hệ thống tưới tiêu- thuỷ lợi, cải tạo điều kiện đất đai; cải tiến

kỹ thuật trồng trọt và chọn tạo giống cho năng suất cao [67]

Hiện tượng ưu thế lai ở lúa được nhà khoa học người Mỹ J.W.Jones lần

đầu tiên phát hiện vào năm 1926 Một số tác giả khác của Trung Quốc: Yang (1950); Zhu (1960), Nhật Bản: Katsuo (1958) cũng đã phát hiện ra hiện tượng

ưu thế lai ở cây lúa [48] Những năm đầu của thập kỷ 60 của thế kỷ XX Viên Long Bình và cộng sự của ông đã phát hiện ra giống lúa dại bất dục đực trong loài Oryza fatua Spontanea tại đảo Hải Nam, Trung Quốc Đây là dòng bất dục đực tế bào chất Cytoplasmic Male Sterility (CMS) nhờ có nó người ta đã lai chuyển vào các giống lúa trồng khác nhau Cũng từ năm 1965, vấn đề ưu thế lai ở lúa được đề cập và sử dụng mạnh mẽ tại một số quốc gia trong đó

Trung Quốc là nước đã được suy tôn là cường quốc về nghiên cứu và phát triển lúa lai

Từ đó đến nay hàng loạt các nước đã nghiên cứu tiến hành nhằm xác

định cơ sở di truyền để khai thác ưu thế lai ở lúa [19]

Lúa lai đã phát triển được 40 năm từ khi Prof Yuan tạo ra nó Nhờ trồng lúa lai mà sản lượng lúa của Trung Quốc đã tăng thêm 300 triệu tấn trong vòng 24 năm (từ 1976- 1990) Năm 1975, diện tích trồng lúa của Trung Quốc là 36,5 triệu ha, tổng sản lượng lúa là 128,726 triệu tấn trong đó diện tích lúa lai chưa đáng kể Đến năm 2000, diện tích trồng lúa lai chiếm 50% tổng diện tích trồng lúa và bắt đầu xuất hiện các giống siêu lúa lai, trên 20 mô hình trình diễn với tổng diện tích 67 ha đạt năng suất trung bình 10,5 tấn/ha Còn năm 2001 các giống siêu lúa này cũng đạt năng suất bình quân 9,2 tấn/ha trên diện tích 1,2 triệu ha Diện tích trồng lúa lai cao sản tăng lên 1,4 triệu ha cho năng suất trung bình là 9,1 tấn/ha vào năm 2002 và đạt 12 tấn/ ha vào năm

và Ngân hàng phát triển Châu á, diện tích đất trồng lúa lai từ không có một ha vào năm 1998 lên tới khoảng 6000 ha vào năm 2001, 135.000 ha năm 2002, 200.000 ha trong năm 2003 và đến năm 2004 là 300.000 ha Chính phủ Philippin dự tính sẽ trồng 3 triệu ha lúa lai vào năm 2007 [57], [46]

ấn Độ bắt đầu nghiên cứu và phát triển lúa lai vào năm 1990 Đến năm

1997 đạt 120.000 ha, đã sản xuất được 1.300 tấn hạt giống lai F1 và gieo cấy khoảng 50.000 ha lúa lai thương phẩm, đến năm 2003 khoảng 200.000 ha Trong năm 2005 ước lượng lên tới 750.000 ha, việc sản xuất hạt lúa lai đã

được triển khai với diện tích khoảng 6000 ha với sản lượng là 12.100 tấn hạt lai Dự tính đến năm 2010, hàng năm vùng trồng lúa lai có thể lên tới 2 triệu

Từ những kết quả nghiên cứu trên có thể khẳng định rằng các nhà khoa học Trung Quốc đứng đầu là Viên Long Bình đã mở ra một cuộc cách mạng xanh mới trong chọn tạo giống lúa Việc sử dụng ưu thế lai của lúa trong sản xuất đã góp phần gia tăng sản lượng lúa một cách đáng kể Hầu hết các công

bố đều khẳng định ưu thế lai ở lúa vượt lúa thường cùng mức đầu tư từ 20- 30% Khai thác thành công ưu thế lai ở lúa tại Trung Quốc đã mở ra một hướng mới trong cải tiến giống lúa là chọn giống ưu thế lai [19]

2.1.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam

Mặc dù lúa lai ra đời và nghiên cứu áp dụng ở Trung Quốc từ năm

1964, và đưa vào sản xuất đại trà năm 1976 nhưng mãi đến năm 1990 Việt Nam mới bắt đầu nhập một số tổ hợp lúa lai vào trồng thử trong vụ xuân ở

đồng bằng Bắc Bộ

Diện tích lúa lai được tăng dần từ 11.340 ha năm 1992 lên 480.000 ha

năm 2001 Năm 2003, năm thứ 12, Việt Nam mở rộng gieo cấy lúa lai ra sản suất đại trà, cũng là năm có diện tích và năng suất cao nhất từ trước tới nay với diện tích là 600.000 ha và năng suất đạt 6,30 tấn/ ha Tổng diện tích lúa lai cả nước đạt 621.303 ha, chiếm 9,04 % diện tích lúa cả nước: trong đó vụ mùa

2003 là 248.674 ha (8,26%), vụ xuân 2004 là 372.629 ha (9,64%) Khoảng 94% diện tích lúa lai cả nước gieo cấy ở miền Bắc, trong đó đồng bằng sông Hồng chiếm 40,7%, duyên hải Trung du Bắc Bộ 27,2%, Trung du miền núi phía Bắc 25,6% ; vùng duyên hải núi Tây Bắc chiếm 4,9 % diện tích, vùng Tây Nguyên 1,6 % Đến năm 2004 đạt 577.000 ha [36], [7]

2.2 Những nghiên cứu về lúa lai

Viên Long Bình và các cộng sự đã phát hiện được cây lúa bất dục đực trong loài lúa dại, sau nhiều thu thập, nghiên cứu, lai tạo ông đã chuyển được tính bất dục đực của lúa dại vào lúa trồng, tạo ra một vật liệu mới, giúp việc khai thác ưu thế lai ở lúa trở lên khả thi hơn Các vật liệu này bao gồm dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility- CMS, dòng A), dòng duy trì tính bất dục đực (Maintainer line, dòng B), và dòng phục hồi (Restorer line, dòng R) Sau 9 năm nghiên cứu, các nhà khoa học Trung Quốc

đã hoàn thiện công nghệ nhân dòng bất dục đực, công nghệ sản xuất hạt lai và

đưa ra nhiều tổ hợp lai có năng suất cao như Nam ưu số 2, San ưu số 2 Năm

1973 đã công bố nhiều dòng CMS, dòng tương ứng và các dòng R đánh dấu sự

ra đời của hệ thống lúa lai ba dòng mở ra bước ngoặt lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa với giống lúa lai và công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai Lúa lai

ba dòng cho năng suất cao hơn lúa thường 20- 30%

Sau những thành công của công nghệ lúa lai ba dòng, các nhà chọn giống Trung Quốc lại nghiên cứu được một loại dòng bất dục mới : Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với điều kiện ngoại cảnh (Enviromental sensitive genic male Sterile- EGMS) Tiếp sau đó người ta tiếp tục tìm ra các

male Sterile- TGMS), các dòng vừa cảm ứng nhiệt độ, vừa cảm ứng chu kỳ quang, các dòng PGMS ngược, TGMS ngược Sự ra đời của các dòng bất dục

đực di truyền nhân này tạo điều kiện cho một công nghệ lúa lai mới ra đời, đó

là công nghệ lúa lai hai dòng Công nghệ lúa lai hai dòng cho năng suất cao hơn so với lúa lai ba dòng

2.2.1 Những thành công và hạn chế của lúa lai ba dòng

Lúa lai ba dòng bao gồm dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (CMS- dòng A), dòng duy trì bất dục đực (dòng B) và dòng phục hồi hữu dục (dòng R)

Dòng bất dục đực CMS (Male Sterility) hay dòng A chỉ một kiểu dòng

đặc biệt trong đó có cơ quan sinh sản đực không bình thường Trong các bao phấn không có hạt phấn, hoặc hạt phấn bị thui Vì thế không có quá trình thụ tinh xảy ra ở dòng này Tuy nhiên nhuỵ của nó vẫn bình thường và có thể tạo hạt nếu được thụ phấn bằng hạt phấn của giống lúa bình thường khác

Dòng duy trì B (Maintainer line) là dòng thụ phấn dùng để thụ phấn cho dòng CMS và sinh con cái vẫn giữ được tính bất dục đực Nếu không có dòng duy trì thì dòng CMS không thể duy trì và nhân lên được từ thế hệ này sang thế hệ khác (ngoại trừ nhân bằng vô tính hoặc công nghệ tế bào)

Dòng phục hồi R (Restorer line) là dòng thụ phấn dùng để thụ phấn cho dòng CMS sinh ra thế hệ con cái F1 hữu thụ đực và có thể tự kết hạt

Khi đã tạo được ba dòng thì có thể bắt đầu sản suất hạt lai F1 trên qui mô lớn Như thế ưu thế lai có thể sử dụng được về mặt thương mại [15]

* Cơ sở di truyền và quan hệ giữa ba dòng

Qua nhiều nghiên cứu các nhà khoa học đã thống nhất rằng di truyền tế bào chất được thực hiện thông qua bộ gen của tế bào chất mà không thông qua quá trình giảm nhiễm nên di truyền tế bào chất không tuân theo quy luật di truyền Mendel Một số tính trạng của dòng mẹ được di truyền ổn định từ thế

hệ này sang thế hệ khác thông qua tế bào sinh sản cái Cơ chế di truyền bất

dục đực tế bào chất, duy trì bất dục đực và phục hồi hữu dục được giải thích như sau:

Bất dục đực tế bào chất là kết quả tương tác giữa gen bất dục đực tế bào chất (S) với gen lặn trong nhân (r), S (Sterile) chỉ tế bào chất có chứa gen bất dục đực Tế bào chất có gen bình thường là N (Normal), R (Restorer) là gen phục hồi trội trong nhân, alen R trội sẽ lấn át alen lặn r và S của tế bào chất Vì vậy, tuỳ thuộc vào sự có mặt của gen S, R, r hoặc N trong tế bào mà có thể xảy ra bất dục hay hữu dục Những dòng bất dục có kiểu gen là: S (rr) Dòng duy trì bất dục có kiểu gen là: N (rr) Những dòng lúa bình thường có cấu trúc gen như sau: N (RR), N (Rr), N (rr) và S (RR) Con lai F1 giữa dòng bất dục

đực tế bào chất và dòng phục hồi sẽ có kiểu gen là: S (Rr), trong đó alen trội

R sẽ lấn át alen lặn r và tương tác với tế bào chất S mà F1 sẽ hữu thụ [29], [64]

* Thành công của lúa lai ba dòng

Nghiên cứu và sản xuất lúa lai ba dòng là nhằm giải quyết, phá vỡ thế

đội trần của lúa thường Trải qua hơn 30 năm phát triển lúa lai, tốc độ phát triển tăng rất nhanh, từ năm 1976 đến năm 1980 tốc độ tăng diện tích hàng năm bình quân đạt 2,67%, từ năm 1981 đến năm 1985 tăng hàng năm là 2,7%,

từ năm 1986 đến năm 1990 tăng hàng năm là 4,42% Giai đoạn từ năm 1990, Việt Nam đã triển khai rộng rãi việc trồng khảo nghiệm các giống lúa lai 3 dòng nhập từ Trung Quốc và diện tích còn tiếp tục tăng hơn nữa trong những

năm tiếp theo [28], [30]

Lúa lai ba dòng là một thành công lớn của loài người khi sử dụng bất dục đực tế bào chất (CMS) Lúa lai ba dòng có tiềm năng năng suất cao, ít chịu sự chi phối của môi trường, nhất là với nhiệt độ và ánh sáng nên tính bất dục ổn định, hạt lai có độ thuần cao, lúa lai ba dòng thích ứng với nhiều vùng sinh thái khác nhau và đặc biệt là có thời gian sinh trưởng ngắn, rất thích hợp cho việc bố trí thời vụ, quay vòng đất Bên cạnh năng suất cao, lúa lai ba dòng

thuộc hệ ba dòng vẫn đang được sử dụng rộng rãi, khoảng 20% diện tích lúa trên thế giới được phủ bằng lúa lai thuộc hệ này Năng suất lúa lai đã tăng hơn

so với lúa thuần từ 20- 30% Nhiều tổ hợp lai đã đạt năng suất siêu cao trong diện tích khảo nghiệm hẹp như: Shan ưu 63 đạt 15,3 t/ha; 10120A/Hoi 73- 28

đạt 15,7 t/ha/vụ…[29], [65] Thêm vào đó là một giống lúa lai cao sản ba dòng II- 32A/ Ming 86 đã cho năng suất 17,1 tấn/ ha vào năm 1999 và 17,95 tấn/ ha vào năm 2001 [67]

Trong lai xa khác loài, 6 nguồn bất dục đực có nguồn tế bào chất từ lúa

hoang dại O rufipogon và O nivara đã được chọn tạo Chúng được chia làm 4

nhóm khác nhau Đây là những nguồn tế bào chất bất dục mới làm đa dạng hoá nguồn bất dục “WA” của Trung Quốc như: OMS1A, OMS2A, OMS3A…[7]

ở Việt Nam, đến nay đã lai tạo CMS mới có tế bào chất bất dục dạng

WA của Trung Quốc được 3 dòng CMS mới đưa vào sử dụng và nhiều dòng

đang ở giai đoạn hoàn thiện như AMS71A, AMS72A, AMS73A [7]

Các dòng CMS có độ bất dục ổn định và các đặc tính nông sinh học tốt, thích ứng với điều kiện sinh thái của Việt Nam được dùng làm mẹ để lai tạo ra những tổ hợp lai mới như HYT83, HYT57, năng suất từ 7- 9 tấn/ha

Chọn giống và sản suất lúa lai ba dòng góp phần tạo công ăn việc làm

và cải thiện đời sống cho bà con nông dân Những thành công của lúa lai hệ ba dòng đã thúc đẩy hướng nghiên cứu về lúa lai trên toàn thế giới Tuy nhiên, còn khá nhiều nhược điểm làm hạn chế việc mở rộng diện tích lúa lai ba dòng [19]

* Hạn chế của lúa lai ba dòng

Con lai F1 thuộc hệ lúa lai ba dòng chủ yếu là lai giữa các giống trong cùng loài phụ nên ưu thế lai thấp, hơn nữa chỉ có 5% số dòng bố lai thử thể hiện khả năng phục hồi tốt đối với dòng CMS có dạng tế bào chất WA, vì vậy phổ phục hồi rất hẹp

Số dòng CMS tìm ra nhiều song số dòng được sử dụng lại rất ít, khoảng 95% lúa lai hiện nay đang được trồng phổ biến có dòng mẹ thuộc cùng một kiểu WA Hiện tượng này có thể dẫn đến nguy cơ đồng tế bào chất, trong một

số trường hợp có thể bị sâu bệnh phá hoại hàng loạt Việc tạo các CMS mới gặp nhiều khó khăn vì chỉ có khoảng 0,1% giống lúa thường có khả năng duy trì tốt đối với dạng WA mà thôi, vì vậy cải tiến dòng CMS rất khó (Yuan L.P, 1994) [65]

Các tổ hợp lai ba dòng trong loài phụ Japonica còn ít, ở loài phụ này chỉ có kiểu bất dục BT, mà kiểu bất dục này lại không ổn định, vì vậy hạt lai không thuần làm giảm ưu thế lai

Quy trình nhân dòng CMS và sản xuất hạt lai F1 của hệ ba dòng rất khắt khe, cồng kềnh và tốn kém, phải trải qua hai lần lai nên môi trường ảnh hưởng rất lớn, sản xuất chủ yếu bằng thủ công dẫn đến giá thành hạt giống cao [5], [6] Về năng suất các tổ hợp lai trước đây, có thể đã kịch trần Để khắc phục những hạn chế của lúa lai ba 3 dòng các nhà khoa học đã tìm ra một hướng nghiên cứu mới, bằng công nghệ sản xuất lúa lai hai dòng

2.2.2 Những nghiên cứu ứng dụng lúa lai hệ hai dòng

2.2.2.1 Sản xuất hạt lai hai dòng nhờ khử đực dòng mẹ bằng hoá chất trên cây lúa

Phương pháp sản xuất hạt lai F1 không dùng dòng CMS được đề xuất lần đầu tiên năm 1970 (Shao Kaoxiang and Hu Dawen, 1986) (dẫn theo [31]) Hai hoá chất được dùng để khử đực dòng mẹ trong sản xuất hạt lai thương phẩm đầu tiên có công thức hoá học là: M1= CH3AsO3Na và M2=

CH3AsO3Zn

Sau đó có một vài hoá chất có khả năng khử đực dòng mẹ cũng được phát hiện: DS84811, CHA, RH531… [14], (dẫn theo [31])

Các hoá chất thấm vào cây làm giảm hoạt tính của men và cường độ hôhấp một cách đột ngột dẫn đến rối loạn trao đổi chất trong tế bào mẹ hạt phấn

và tiểu bào tử, kết quả là hạt phấn bị teo gây bất dục đực

Mặc dù phương pháp này đơn giản dễ thực hiện, có thể áp dụng với bất

cứ tổ hợp nào có ưu thế lai cao nhưng sản xuất hạt lai theo phương pháp này sẽ tạo ra hạt lai có độ thuần không cao (cao nhất chỉ đạt 88,6%) Do đó, giá trị ưu thế lai sẽ giảm hơn so với giá trị thực của tổ hợp

Mặt khác nếu sử dụng nhiều, hoá chất sẽ tồn dư nhiều trong đất, rơm rạ

và có thể gây ô nhiễm môi trường Chính vì vậy, cần phải có một hướng đi mới hơn trong sản xuất lúa lai

Trong khi nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực (Shi- 1981; 1985; Shi

và Deng- 1986) đã thông báo về một dòng bất dục đực khác thường Dòng này khôi phục hữu dục hạt phấn trong điều kiện thời gian chiếu sáng nhất định và

đó là dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với độ dài chiếu sáng (Enviromental sensitive genic male sterile) trong quần thể Nông Ken 58 (Shi Ming Song, 1985) (dẫn theo [31]) Năm 1985, Yuan Long Ping đề xuất ý tưởng sử dụng các dòng EGMS để tạo giống lúa lai hai dòng (Yuan L.P,1990) [64] Năm 1988, Zhou và cộng sự thông báo đã phát hiện các dòng bất dục

đực nhạy cảm với nhiệt độ Sau đó, hàng loạt các dòng EGMS đã được phát hiện (Gao Yong et al, 1997) [44]

Do đặc tính của các dòng EGMS mà chúng được chia thành dòng bất dục đực mẫn cảm với độ dài chiếu sáng và dòng bất dục đực nhạy cảm với nhiệt độ

2.2.2.2 Nghiên cứu sử dụng dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với

điều kiện môi trường

Năm 1973, Shi Ming Song phát hiện ra dòng Nông Ken 58S, một dòng

lúa Japonica chín muộn Dòng này nếu phân hoá đòng vào thời kỳ có độ dài chiếu sáng > 14h thì bất dục; ngược lại nó sẽ hữu dục nếu thời gian chiếu sáng

< 13h45; cho dòng này lai với các giống khác, con lai F1 hữu thụ bình thường,

ở F2 phân ly theo tỷ lệ 3: 1 theo tính trạng hữu dục và bất dục ở cùng điều kiện

ánh sáng ngày dài Từ đó ông kết luận rằng sự chuyển hoá hữu dục, bất dục của dòng Nông Ken 58S do một cặp gen lặn trong nhân điều khiển và bị chi phối bởi độ dài chiếu sáng Những dòng có đặc tính như trên được gọi là dòng bất dục đực nhạy cảm với quang chu kỳ (Photoperiodic Sensitive genic male Sterile- PGMS) (dẫn theo [31])

Việc phát hiện ra các dòng PGMS là bước đột phá quan trọng trên con

đường nghiên cứu lúa lai hai dòng, vì từ đây chúng ta đã có thêm một công cụ

di truyền mới mà nhờ nó ta có thể nhân dòng bất dục hay sản xuất hạt lai dựa vào thời gian chiếu sáng thay đổi giữa các mùa trong năm

Qua nghiên cứu về giai đoạn chuyển hoá bất dục của dòng Nông Ken 58S, Li Ding Ming và cộng sự, năm 1990, cho thấy rằng: Giai đoạn chuyển hoá bất dục, hữu dục từ 17- 7 ngày trước trỗ Năm 1994, Zhang Q và cộng sự, bằng phương pháp RFLP- marker ( đánh dấu tính đa hình độ dài đoạn ADN bị phân cắt), đã tìm được ra hai gen điều khiển tính trạng bất dục đực cảm ứng

ánh sáng ngày ngắn là pms1 và pms2 nằm trên nhiễm sắc thể số 7 và số 3 (Gao và cộng sự, 1991- 1992) (dẫn theo [31]) đã phát hiện ra kiểu bất dục đực mới được gây ra bởi ngày ngắn, nhiệt độ thấp và hữu dục ở nhiệt độ cao và ngày dài Các dòng này được đặt tên là Yi- DIS…

Những nghiên cứu về các dòng bất dục đực phản ứng ánh sáng rất có ý nghĩa trong chọn giống lúa lai hai dòng Tuy nhiên, nhiều vấn đề về các dòng PGMS cần làm sáng tỏ thêm để nâng cao hiệu suất sử dụng ưu thế lai

2.2.2.3 Những nghiên cứu về dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ (TGMS)

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một kiểu bất dục đực mới bên cạnh

các dòng PGMS, đó là các dòng lúa bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với

Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ đầu tiên được Sun, Yang và các cộng sự thông báo năm 1989 (Sun, Z X và CS, 1989) [58]; (Yang, R C và CS, 1989) (dẫn theo [31]) Năm 1990, Yang và các cộng sự phát hiện được hai giống lúa bất dục đực cảm ứng nhiệt độ R59TS và H89-1 [63]

Năm 1991, Maruyama và cộng sự đã thông báo phát hiện dạng đột biến bất dục đực cảm ứng nhiệt độ Norin PC- 12 (Maruyama và CS, 1991) [53]; Virmani và các cộng sự cũng đã tạo được dòng TGMS mới IR32364S từ IR32364 bằng đột biến phóng xạ

Ngoài ra còn nhiều nguồn TGMS khác được tạo ra bằng những phương pháp khác nhau từ nhiều nước trên thế giới như: Giống Annong S thu được từ

đột biến tự nhiên ở các thế hệ con cháu của các tổ hợp lai Chao 40B/ 285/ 6209- 3; dòng TGMS 87N123 thu được bằng phương pháp lai xa, kết hợp với cứu phôi của tổ hợp Long- awned Wild Rice/ Ro183/ Ce64; dòng TGMS- SA-

2 thu được bằng phương pháp gây đột biến hoá chất giống lúa ấn Độ HPU864

Những nghiên cứu về di truyền các dòng TGMS đều khẳng định, chúng

do một cặp gen lặn trong nhân điều khiển, một số giống có nguồn gốc khác nhau thì có kiểu gen khác nhau (Borkakati, R P và CS, 1996) [39]

Hệ thống gen tms kiểm soát tính bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ đã

được nghiên cứu và phát hiện vào những năm 1989 và đã có hàng trăm dòng TGMS được chọn tạo, đang sử dụng trong nghiên cứu và phát triển lúa lai hai dòng Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu hệ thống gen tms ở mức độ phân tử còn rất ít Hiện nay, trên thế giới đã có 6 gen TGMS khác nhau được lập bản đồ: gen tgms1 của dòng TGMS 5460S, Wang và cộng sự của Trung Quốc đã chứng minh được gen tms- 1 nằm trên nhiễm sắc thể số 8 Các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) đã lập bản đồ gen tgms- 3 (t) của dòng lúa IR32364 bất dục đực kiểu TGMS nằm trên nhiễm sắc thể số 6

(Subudhi và cs, 1997) (dẫn theo [31]) Ngoài ra nhiều tác giả Nhật Bản đã phối hợp với Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế để lập bản đồ gen tgms2 của dòng TGMS Norin PL- 12 nằm trên nhiễm sắc thể số 7 (Yamagushi và cs, 1997) [62], gen tgms4 của dòng TGMS- VN- 1 (Nguyễn Văn Đồng et al, 1999) [3], gen tgms5 nằm trên nhiễm sắc thể số 2 và nhiễm sắc thể số 9 ( Luxing- Gui, Tong- Min Mou, N T Hoan and SS Virmani, 2002), và gen bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ mới của Việt Nam tms6 cũng được lập bản đồ phân tử nằm trên nhiễm sắc thể 4 (P.N Luong và cs) [11]

Đây là những phát hiện có ý nghĩa lớn về mặt khoa học và thực tiễn, xác định giúp các nhà chọn giống lúa lai thêm nguồn gen mới để có thể sử dụng làm nguồn vật liệu lai tạo vào các giống lúa khác

Các dòng TGMS khác nhau thì có ngưỡng nhiệt độ chuyển hoá không giống nhau Giai đoạn mẫn cảm với nhiệt độ của các dòng khác nhau cũng khác nhau [39] Deng và cộng sự nghiên cứu giai đoạn mẫn cảm với ánh sáng

và nhiệt độ của dòng P (T)GMS trong các năm từ 1990- 1996 đã kết luận rằng

có 3 kiểu mẫn cảm với nhiệt độ:

- Giai đoạn từ hình thành tế bào mẹ hạt phấn đến phân bào giảm nhiễm

- Giai đoạn từ hình thành nhị đực, nhị cái đến hình thành tế bào mẹ hạt phấn

- Từ cuối phân bào giảm nhiễm đến hạt phấn chín

Đa số các dòng được nghiên cứu có giai đoạn mẫn cảm theo kiểu thứ nhất

Lâm Quang Dụ (2000) [2], nghiên cứu trên một số dòng bất dục đực kết luận rằng: Giai đoạn cảm ứng với nhiệt độ là trước trỗ từ 11- 17 ngày

Nói chung, giai đoạn cảm ứng với nhiệt độ của các dòng TGMS là do nguồn gen và cơ sở di truyền của từng dòng quyết định [39], (Deng Qiyun et

al, 1977) [40]

Sự thay đổi tính hữu thụ của các dòng TGMS chủ yếu là do nhiệt độ Các dòng TGMS hiện có trở nên hoàn toàn bất dục đực trong điều kiện nhiệt

độ cao hơn và hữu dục trở lại dưới nhiệt độ thấp hơn Độ dài của ngày có ít

ảnh hưởng đến sự thay đổi tính hữu thụ [15]

Hiện nay, hàng trăm dòng lúa bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với môi trường đã được tạo ra bằng phương pháp lai, đột biến, lai kết hợp và nuôi cấy bao phấn (Lu Yanpeng et al, 1997) Kết quả này đã góp phần đưa lúa lai hai dòng ngày càng phát triển và sẽ dần thay thế một phần hệ thống sản xuất lúa lai theo phương pháp ba dòng [7]

* Chọn dòng phục hồi cho lúa lai hệ 2 dòng

Các dòng EGMS đang được sử dụng hiện nay chủ yếu là do 1 hoặc 2 cặp gen lặn trong nhân điều khiển, vì vậy, việc chọn dòng phục hồi cho lúa lai

hệ hai dòng không khó khăn Qua nghiên cứu các tác giả còn thấy rằng: 97,6% số giống lai với dòng EGMS trong cùng loài phụ có khả năng cho con lai F1 hữu dục Kết quả trên đây cho thấy chúng ta có thể dễ dàng tìm được các dòng cung cấp phấn trong số các dòng, giống sẵn có [65], (dẫn theo [31])

Đây là một ưu thế của lúa lai hai dòng so với lúa lai ba dòng Tuy nhiên, nếu chỉ lai trong cùng loài phụ thì ưu thế lai không cao Vì vậy, để nâng cao hiệu quả sử dụng ưu thế lai chúng ta phải tiến hành lai xa hay lai khác loài

* Lai xa và khái niệm về gen tương hợp rộng

Trong sản xuất hiện nay có tình trạng là: các tổ hợp lai chỉ tăng năng suất rất ít so với đối chứng (< 5% và không có sự sai khác so với tổ hợp lai chuẩn) Nguyên nhân chính là thiếu tính đa dạng di truyền giữa các dòng bố,

mẹ Để khắc phục các nhà chọn giống phải tiến hành lai xa Các nhà khoa học Nhật Bản và Trung Quốc đề xuất lai xa giữa các loài phụ Indica và Japonica (Kato H et al, 1994) [47] Tuy nhiên khó khăn gặp phải khi lai xa là hiện tượng nửa bất dục của con lai Để khắc phục khó khăn này các nhà khoa học

đã đề xuất phương pháp sử dụng các gen tương hợp rộng (Wide compatibitity-

WC) và dòng mang gen tương hợp rộng Theo các tác giả thì sự bất dục của

các con lai Indica/Japonica là bất dục giao tử được gây ra bởi sự tương tác alen trong một locus trên nhiễm sắc thể số 6 ở vị trí này các giống Indica có

gen S- 5i và các giống Japonica có gen S- 5j Một số dòng Javanica có một

alen trung tính S- 5n Kiểu gen S- 5i/ S- 5j gây ra bất dục giao tử Nhưng kiểu gen S- 5i/ S- 5n hoặc S- 5j / S- 5n lại tạo ra con lai hữu dục Gen S- 5n được gọi

là gen tương hợp rộng Nhiều kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể sử dụng gen tương hợp rộng trong lai xa để tạo ra giống lúa ưu thế lai Bằng phương pháp lai sàng lọc, hàng loạt dòng tương hợp rộng đã được tìm ra [60] Gần đây các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc lai chuyển gen WC vào dòng EGMS và dòng phục hồi R (Guiderdoni và CS, 1992) (dẫn theo [31]) Peiai64S là dòng EGMS đầu tiên có gen WC sau đó là AnxiangS và những giống khác [65]

Đến nay nhiều tổ hợp con lai giữa các loài phụ đã được ra đời và được

đưa vào sản xuất như: Peiai64S/ Teqing; Anxiang/ R318… đây là những tổ hợp lai có năng suất cao hơn hẳn tổ hợp lai 3 dòng tới 44,9% Năng suất đạt tới 13521 kg/ha/vụ (Yuan L.P, 2002) [66]

2.2.2.4 Những ưu điểm và hạn chế của lúa lai hai dòng

Hệ thống lúa lai hai dòng tỏ ra có ưu thế hơn hệ thống lúa lai ba dòng Những nghiên cứu về lúa lai hai dòng không những thành công về mặt lý luận

mà còn thu được những kết quả hết sức to lớn trong sản xuất lúa lai thương phẩm Hệ thống hai dòng sử dụng PGMS ổn định hơn và rất rộng Việc sử dụng thành công ưu thế lai giữa các loài phụ mở ra một triển vọng ứng dụng rộng rãi của nó

Hiện nay đã tạo được những giống lúa lai hai dòng có năng suất siêu cao, hệ thống EGMS đa dạng về mặt di truyền, tìm ra được những qui luật

cũng như công nghệ sử dụng dòng EGMS, nhân dòng EGMS và sản suất hạt lai cho từng vùng sinh thái khác nhau

Bên cạnh những thành công của lúa lai ba dòng vào những năm 1970, lúa lai hai dòng cũng đã đạt được những thành tựu trong việc thương mại hoá vào năm 1995 Việc phát triển mở rộng lúa lai hai dòng đã được thực hiện rất nhanh chóng trong những năm này [67] Diện tích lúa lai hai dòng ở Trung Quốc tăng dần qua các năm từ 27.000 ha năm 1993 lên 270.000 ha năm 1997, 2,5 triệu ha năm 2001 và đạt 2,6 triệu ha chiếm khoảng 18% tổng diện tích trồng lúa lai vào năm 2002 Năng suất bình quân đạt 7 t/ha, cao nhất đạt 17,1 t/ha (Peiai64S/ E32) trên diện tích 0,07 ha [67] ở Việt Nam, lúa lai hai dòng

được trồng phổ biến từ năm 1999, tuy vậy những giống lúa lai chủ yếu vẫn nhập từ Trung Quốc chưa hẳn đã thích nghi với điều kiện Việt Nam, vì vậy mà sau mười năm diện tích lúa lai hai dòng cũng chỉ chiếm khoảng 575 ha vào năm 2004 [11]

Từ nửa đầu những năm 90 của thế kỷ XX đến nay, một số tổ hợp lúa lai hai dòng đã được các nhà khoa học Việt Nam chọn thuần và sản suất thử thành công như: 103S, T196S, P5S, P47S, T29S (Trường ĐH Nông nghiệp I) Trường ĐHNNI đã chọn thuần và nhân dòng mẹ siêu nguyên chủng, nguyên chủng 103S và T1S- 96 của tổ hợp lúa lai hai dòng TH3- 3 vàVL20 diện tích sản suất hạt lai hàng năm đạt 200- 300 ha/ năm Các dòng 7S, 11S, 534S, CL64S…(Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam), TGMS- VN-1, TGMS- VN- 05, TGMS- VN- 03 (Viện Di truyền Nông nghiệp) [6], [7]

Ngoài ra lúa lai hai dòng còn khắc phục được những nhược điểm của lúa lai ba dòng như: Tránh được hiện tượng đồng tế bào chất và thu hẹp phổ di truyền do vậy có thể tránh được nguy cơ nhiễm sâu bệnh hàng loạt trên diện rộng Hơn nữa, do chỉ sử dụng hai dòng nên công nghệ sản suất bớt phức tạp, giảm được chi phí, hạ giá thành hạt giống Tính bất dục được kiểm soát bởi gen lặn nên việc chọn được dòng phục hồi dễ dàng, phổ cập hơn, có thể mở

rộng ra ngoài phạm vi của một loài phụ và khả năng tạo ra các tổ hợp năng suất cao hơn, chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh tốt được tăng lên

đáng kể Và trong tương lai lúa lai hai dòng sẽ dần thay thế 70% diện tích lúa lai

Mặc dù đã đạt được những thành tựu đáng khích lệ nhưng lúa lai hai dòng vẫn còn một số nhược điểm: Sản suất lúa lai hai dòng bị chi phối bởi

điều kiện thời tiết nên độ thuần hạt lai không cao, làm giảm ưu thế lai thực của

tổ hợp Tuy không phải duy trì nhưng vẫn sản suất hạt lai như sản suất lúa lai

hệ ba dòng nên vẫn gặp phải những rủi ro do điều kiện thời tiết bất thuận và

do giá thành hạt lai vẫn cao hơn lúa thuần Gen kiểm tra những tính trạng mang lại lợi ích kinh tế chủ yếu là gen lặn nên biểu hiện ở con lai F1 còn thấp không chỉ ở lúa lai ba dòng mà còn cả ở lúa lai hai dòng (dẫn theo [31])

Để khắc phục được những nhược điểm trên chúng ta cần nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật như: Nhiệt độ, thời gian chiếu sáng, điều kiện khí hậu thời tiết để tránh rủi ro Hơn nữa cần nghiên cứu để sử dụng ưu thế lai giữa các loài phụ nhằm nâng cao năng suất và chất lượng lúa lai

Tuy nhiên, cũng như các giống lúa thuần, sâu bệnh hại luôn là những dịch hại tiềm tàng ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng lúa lai, nhất là vấn

đề phát sinh bệnh bạc lá trên diện rộng ở tất cả các địa phương Trong thực tế, không có loại thuốc hoá học nào có thể phòng chống được bệnh này Do vậy,

sử dụng các giống kháng là biện pháp hữu hiệu để khống chế bệnh Vì thế, yêu cầu nghiên cứu lúa lai trong giai đoạn hiện nay là kết hợp được ưu thế lai

ở lúa với tính kháng được sâu bệnh cao và kiểu cây lý tưởng để tạo ra “siêu lúa lai”, vừa có năng suất siêu cao vừa có tính kháng bệnh cao

2.3 Tình hình nghiên cứu bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryzae pv oryzae

2.3.1 Những nghiên cứu ngoài nước về bệnh bạc lá lúa

Bệnh bạc lá lúa vi khuẩn được phát hiện đầu tiên ở Fukuoku, Nhật Bản

vào năm 1884 Lúc đầu người ta cho đây là một hiện tượng sinh lý, về sau Takaishi (1908) rồi đến Bokura (1911) đã phân lập được vi khuẩn trên lá bệnh

và dùng chúng để lây bệnh có kết quả Bệnh được nghiên cứu ở Nhật Bản từ năm 1940 Tiếp theo Nhật Bản là một loạt nước thông báo về bệnh này, bệnh phổ biến ở tất cả các nước trồng lúa vùng Châu á (trừ Tâyá), Philippin, Indonexia (Reitsma và Schuse, 1950), ấn Độ (Sreenivasan và ctv, 1959; Bhapkar và ctv, 1960; Mizukami, 1964; Srivastava và Rao, 1964; Srivastava, 1967), Trung Quốc, Triều Tiên, Đài Loan, Srilanca, Thái Lan, Malaixia và Việt Nam Châu Âu (1973), Châu Mỹ Latinh (1975) [22], (dẫn theo [17])

Vi khuẩn bạc lá lúa được nhiều nhà nghiên cứu, phân lập nên nó được gọi với nhiều tên khác nhau Năm 1927 theo khái niệm đặt tên của EF Smit vi

khuẩn được gọi là Bacterium Oride (Uyed et ishitama) Nakata Sau đó được

đặt tên là Xanthomonas Oryzae (Uyed et ishitama) Dowson Đến năm 1982 vi khuẩn được đặt tên là X Campestri pv Oryzae (Uyed et ishitama) Dowson

Theo Ishitama (1922) vi khuẩn gây bệnh bạc lá có hình gậy ngắn hai

đầu hơi tròn, kích thước từ 1- 2 x 0.5- 0,9 àm, có một tiêm mao dài 6- 8 àm

Vi khuẩn nhuộm Gram (-), không hình thành bào tử, các tế bào vi khuẩn có màng nhày bao bọc và được nối với nhau thành một khối vững chắc ngay cả ở trong nước Dịch vi khuẩn tiết ra kết thành từng hạt

Yoshimura và Taura (1960) quan sát vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae dưới kính hiển vi cho biết vi khuẩn nuôi cấy trên môi trường nhân tạo

có kích thước là 0,55 x 30 àm [35]

2.3.2 Những nghiên cứu trong nước về bệnh bạc lá lúa

ở Việt Nam, bệnh bạc lá lúa đã thực sự gây tác hại từ lâu trên các giống lúa mùa cũ, nhưng đặc biệt từ những năm 1965- 1966 trở lại đây, bệnh thường xuyên phá hoại nghiêm trọng trên các giống lúa mới nhập nội có năng suất

cao ở vụ xuân nhất là vụ mùa

Mức độ tác hại của bệnh phụ thuộc vào giống, thời kỳ cây bị bệnh sớm hay muộn và mức độ bị bệnh nặng hay nhẹ Năm 1970 trên diện tích lúa mùa

cũ cấy giống nông nghiệp 8 bị bệnh ở mức độ 60 - 100%, giảm năng suất từ

30 - 60% Theo báo cáo của phòng bệnh cây thì tác hại của bệnh càng lớn khi mức độ của bệnh càng nặng [20]

Điều cần chú ý là mức độ tác hại của bệnh phụ thuộc vào thời kỳ bị bệnh, nếu cây lúa bị bệnh ngay từ khi đẻ nhánh thì mức độ của bệnh về sau thường rất nặng, ảnh hưởng rõ rệt hơn tới năng suất, có thể giảm tới 41% năng suất trở lên (theo Lê Lương Tề)

Còn theo Phan Đình Phụng (1978), bệnh bạc lá làm giảm khả năng quang hợp của cây, làm cây mềm yếu kéo dài thời gian trỗ, bông bé làm tăng

tỷ lệ lép lửng cao, gạo nát và làm tăng cường độ hô hấp [13]

Tác hại chủ yếu của bệnh là làm cho lá lúa, đặc biệt là lá đòng chóng tàn, nhanh chóng khô chết, bộ lá xơ xác, ảnh hưởng đến hiệu suất quang hợp,

tỷ lệ hạt lép cao và năng suất giảm sút rõ rệt

2.3.3 Đặc điểm sinh lý của vi khuẩn

Vi khuẩn có tính háo khí, không hoá lỏng Gelatin, không tiêu thụ Nitơrat, không sản sinh NH3, sản sinh H2S nhẹ và không sản sinh khí Indol Men của vi khuẩn không làm đông sữa, làm đỏ sữa quỳ, không sản sinh khí và axit từ đường saccaroza và hơi lên men tinh bột (Igami 1962 và Sristava 1968) Theo Fang (1957) thì saccaroza là nguồn cacbon ưa thích đối với vi khuẩn song ở một chừng mực nào đấy thì vi khuẩn sử dụng cacbon từ các nguồn khác nhau (trừ Fructoza) Theo ông, vi khuẩn bị ức chế bởi đường Glucoza trên môi trường khoai tây vì có thể Glucoza sinh ra độc tố trong khi hấp khử trùng Vi khuẩn có thể sinh trưởng trong phạm vi pH từ 4- 4,8, tối thích là từ 6- 6,5 Còn các tác giả Nhật Bản cho rằng: pH tối thích là 6- 6,3 [35]

Về nhiệt độ Zizukami (1964) cho biết nhiệt độ tối thiểu cho vi khuẩn

2.3.4 Đặc điểm triệu chứng của bệnh bạc lá

Năm 1960, Goto đã chỉ ra rằng: Vi khuẩn bạc lá gây ra ba kiểu triệu chứng điển hình là bạc lá, héo xanh (Kresek) và vàng nhiệt đới

Theo PGS- TS Lê Lương Tề thì ở Việt Nam, bệnh bạc lá lúa có triệu chứng chủ yếu là bạc lá Tác giả còn cho biết triệu chứng bạc lá trên đồng bằng sông Hồng trên các giống lúa mới chia làm hai dạng:

- Dạng bạc lá vàng gợn sóng

- Dạng bạc lá tái xanh [22], [21]

Còn theo tác giả Tạ Minh Sơn thì trong cùng một điều kiện mức độ lây nhiễm như nhau thì các giống địa phương cao cây còn giữ được hình dạng lá bệnh, còn các giống mới nhập nội thấp cây thì lá thường bị táp đi dễ mủn nát

Triệu chứng này được S.H.OU mô tả như sau:

Bệnh thường xuyên xuất hiện từ giai đoạn đẻ nhánh đến trỗ, trường hợp nghiêm trọng bệnh thường xuất hiện cả ở trên mạ

Trên mạ: Triệu chứng bệnh không thể hiện đặc trưng như trên lúa, do

đó dễ nhầm lẫn với các hiện tượng khô đầu lá sinh lý Đầu tiên xuất hiện những đốm nhỏ mọng nước ở rìa mép lá, mút lá với những vệt có độ dài ngắn khác nhau Các đốm này to dần, lá chuyển sang màu vàng khô nhanh rồi chết

Trên lúa: Vết bệnh bắt đầu từ rìa lá, cách ngọn lá khoảng vài cm, vết bệnh phát triển dọc theo phiến lá cả chiều dài và chiều rộng Quanh vết bệnh thường có đường viền gợn sóng phân biệt giữa phần bệnh và phần khoẻ Các vết bệnh có thể bắt đầu từ một hoặc hai bên rìa lá Trên những giống dễ bị nhiễm bệnh, lá bệnh thường bị héo tàn đi như bị đổ nước sôi, lá bạc trắng rồi chết Trên mô bệnh còn tươi vào buổi sáng, quan sát thấy những giọt dịch màu trắng sữa do vi khuẩn tiết ra Giọt dịch này chuyển sang màu vàng rơm đọng lại thành hình cầu nhỏ li ti rồi rơi xuống nước [35]

Trên hạt: Hạt bệnh quan sát thấy những vết bệnh không màu, xung quanh có viền nước, các vết bệnh còn thấy rõ khi hạt thóc còn non và xanh Khi hạt chín vết bệnh chuyển sang màu vàng xám hoặc màu vàng nhạt

Triệu chứng điển hình kiểu Kresok (héo xanh) được Reitsma và Schure mô tả như sau: Triệu chứng đầu tiên xuất hiện là đốm bệnh mọng nước ở ngay đầu mặt cắt của lá, lá chuyển sang màu xanh xám nhanh chóng Toàn bộ lá bắt đầu bị héo và cuộn lại theo gân giữa, thường thì gần giữa biến màu hơi vàng Lá bị cuốn lại thay đổi màu nhanh chóng sang màu xám nhạt, cây non chết dần Trên các cây còn sống sót các dảnh phát triển chậm lại, và biến thành màu vàng nhợt

Kết quả nghiên cứu của Bộ môn Bệnh cây- Đại học Nông nghiệp I cho thấy có hai loại hình triệu chứng của bênh bạc lá lúa: bạc lá gợn vàng và bạc lá tái xanh Loại hình bạc lá gợn vàng là phổ biến trên hầu hết các giống và các mùa vụ, còn loại hình bạc lá héo xanh thường chỉ thấy xuất hiện trên một

số giống lúa, đặc biệt đối với các giống lúa ngắn ngày, chịu phân, phiến lá to, thế lá đứng, ví dụ như giống T1, X1, NN27…[22]

Thông thường ranh giới giữa mô bệnh và mô khoẻ được phân biệt rõ ràng, có giới hạn theo đường gợn sóng màu vàng hoặc không vàng, có khi chỉ

là một đường viền màu nâu đứt quãng hay không đứt quãng Trong điều kiện nhiệt độ, ẩm độ cao, trên bề mặt vết bệnh dễ xuất hiện những giọt dịch vi khuẩn hình tròn nhỏ, có màu vàng đục, khi keo đặc rắn cứng có màu nâu hổ phách

Người ta căn cứ từ những đặc điểm triệu chứng trên để xác định được bệnh Nhưng nhiều khi vết bệnh quá cũ hoặc biến đổi quá nhiều theo giống và

điều kiện ngoại cảnh, nhất là ở mạ có thể nhầm lẫn với những hiện tượng khô

đầu lá do sinh lý Vì vậy, việc chẩn đoán bệnh bạc lá vi khuẩn trong một số trường hợp muốn nhanh, sớm có thể phải chẩn đoán bằng phương pháp giọt

dịch do trường ĐHNNI đã khảơ nghiệm hoặc bằng phương pháp ép lá trên kính lam để phát hiện giọt dịch vi khuẩn [22]

2.3.5 Nguyên nhân gây bệnh

Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryae pv oryzae có tính

chất xâm nhập thụ động Vi khuẩn có thể xâm nhiễm qua thủy khổng, lỗ khí trên mút lá, mép lá và đặc biệt qua vết thương xây xát trên lá Khi tiếp xúc với

bề mặt lá có màng nước vi khuẩn dễ dàng di động xâm nhập vào bên trong qua các lỗ khí, qua vết thương mà sản sinh nhân lên về mặt số lượng, theo các

bó mạch dẫn lan rộng đi Trong điều kiện mưa ẩm thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn trên bề mặt vết bệnh xuất hiện các giọt dịch vi khuẩn hình tròn

có màu hơi vàng đục Thông qua va chạm giữa các lá lúa, nhờ mưa gió truyền bệnh sang các lá khác để tiến hành xâm nhiễm lập lại nhiều lần trong thời kỳ

sinh trưởng của cây lúa [20]

Về nguồn bệnh bạc lá lúa còn có nhiều ý kiến khác nhau:

Theo các tác giả Nhật Bản thì nguồn bệnh tồn tại chủ yếu trên một số

cỏ dại thuộc họ hoà thảo Phương Trung Đạt (Trung Quốc) cho rằng nguồn bệnh chủ yếu của bệnh bạc lá lúa tồn tại trên hạt giống [22]

2.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển của bệnh

ở miền Bắc nước ta, bệnh thường phát sinh phát triển ở tất cả các vụ trồng lúa Vụ chiêm xuân, bệnh thường phát sinh vào tháng 3- 4, phát triển hơn vào tháng 5- 6 khi mà lúa chiêm xuân trỗ và chín, song ở vụ chiêm xuân mức độ bị bệnh thường nhẹ hơn, tác hại ít hơn so với vụ mùa trừ một số giống xuân cấy muộn, nhiễm bệnh ngay từ khi lúa làm đòng thì tác hại của bệnh có thể sẽ lớn Vụ mùa bệnh có thể phát sinh sớm vào tháng 8, khi lúa đẻ đến khi lúa làm đòng, trỗ- chín sữa với các trà lúa sớm [22]

Theo Davadath nhiệt độ tối thích cho bệnh phát triển là từ 270C- 300C, dưới 180C và trên 37,20C bệnh bị hạn chế Nhiệt độ tối thích cho việc lây nhiễm nhân tạo là từ 21,30C- 32,70C Theo ông ngoài nhiệt độ được coi là yếu

tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của bệnh thì ẩm độ là nhân tố cho sự hình thành và phát triển của bệnh Khi ẩm độ thấp đạt 60,3% đến

77,5% sẽ hạn chế sự phát triển của bệnh (dẫn theo [17])

Theo Lê Lương Tề (1986): mức độ tác hại của bệnh phụ thuộc vào thời

kỳ bệnh Nếu cây lúa bị bệnh từ lúc lúa đẻ nhánh thì mức độ gây hại về sau thường rất nặng, ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất và có thể làm giảm 41% năng suất trở lên Nhưng nếu cây ở thời kỳ cuối (chín sữa, chín sáp) mới bị bệnh thì mức độ hại tối đa khoảng 10% năng suất [20]

Đạm là nhân tố phát bệnh quan trọng, ảnh hưởng của phân đạm đến bệnh bạc lá thể hiện khá rõ rệt: Nó phụ thuộc vào số lượng đạm và thời kỳ bón Mizukami và Tagami (1962) thông báo đạm là yếu tố tạo khả năng phát bệnh quan trọng Còn Prasad cho rằng đạm làm tăng tính nhiễm bệnh đối với các giống lúa nhiễm còn với giống kháng thì không ảnh hưởng Bón nhiều

đạm còn làm mất cân đối N: P, cây tích luỹ nhiều axit amin rất thích hợp với

vi khuẩn bạc lá Khi bón phân lân theo tỷ lệ thích hợp với phân đạm sẽ làm tăng tính chống bệnh cho cây Tỷ lệ thích hợp là N: P = 1: 1 hoặc N: P = 1/2 Ngoài ra, kali là nhân tố phòng trừ bệnh rõ rệt Các nhà nghiên cứu về bệnh đã kết luận kali làm tăng tính chống bệnh của cây lúa [41] Khi sử dụng phân kali trên lúa lai, nếu được bón 100 K2O thì đối với bệnh bạc lá chưa thấy sự khác biệt so với bón 50 K2O, nhưng lại có tác dụng hạn chế thiệt hại của bệnh và tăng năng suất 18,5% [37]

Trước kia khi ruộng lúa bị bệnh bạc lá thường được khuyến cáo rút nước và bón phân kali Kết quả nghiên cứu trong thời gian vừa qua đã ghi nhận việc rút nước và bón phân kali như vậy không những không có tác dụng giảm bệnh mà còn tạo điều kiện cho bệnh thêm trầm trọng Biện pháp mới cần

được điều chỉnh là giữ nước trên ruộng và ngừng bón cả phân kali để giảm tác hại của bệnh [37]

ở Nhật Bản, nghiên cứu nòi được tiến hành từ năm 1957, khi phát hiện thấy giống Aisacase chống bệnh trở nên nhiễm bệnh Họ đã xác định được ở Nhật Bản có 5 nhóm nòi vi khuẩn Phillipin đã xác định được 6 nhóm nòi và ở Indonexia có 9 nhóm nòi (dẫn theo [17]) Còn ở Việt Nam mới tiến hành nghiên cứu vấn đề này trong vài năm gần đây

Theo tác giả Nguyễn Đăng Long: ở miền Nam Việt Nam có một số nòi

vi khuẩn có độc tính cao nhất Đông Nam á vì giống thí nghiệm TN73- 2 được IRRI đánh giá là chống bệnh bạc lá thì lại bị nhiễm ở miền Nam [34]

Còn theo GS Lê Lương Tề thì ở đồng bằng sông Hồng có ít nhất 3 chủng bạc lá [21]

Tác giả Tạ Minh Sơn sử dụng tổng hợp bộ giống chỉ thị nòi của Nhật Bản và IRRI đã xác định ở Việt Nam có 10 nhóm nòi vi khuẩn đặt tên từ 1 đến

10, tác giả còn cho biết các nhóm nòi ở Việt Nam có đặc tính khác hẳn ở Nhật Bản và Philippin [18]

Kết quả nghiên cứu bước đầu của trường Đại học Nông nghiệp I trong 3 năm 2002- 2003 (Furuya và ctv, 2002) cho thấy: Chỉ riêng ở các tỉnh phía Bắc

đã có ít nhất 10 chủng Xanthomonas oryae pv oryzae Điều đó chứng tỏ rằng

loài vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa ở miền Bắc Việt Nam rất đa dạng, có nhiều chủng gây bệnh có độ độc tính khác nhau [56]

được coi là những biện pháp có hiệu quả đối với bệnh này [18]

Theo TS Nguyễn Hữu Thuỵ thì phải dùng giống kháng bệnh cho những vùng thường xuyên mắc bệnh hại

Trong nhưng năm gần đây, ở miền Bắc Việt Nam bệnh trở nên nghiêm trọng và phá hoại ở cả hai vụ, do mức đầu tư thâm canh cao, bón quá nhiều

đạm và bón không cân đối, đồng thời trồng nhiều giống mới nhiễm bệnh nhập nội từ Trung Quốc [25] Biện pháp phòng trừ bệnh chủ yếu là kỹ thuật canh tác còn biện pháp hoá học thì chưa có loại thuốc đặc hiệu nào Vì vậy, sử dụng các giống kháng là phương pháp kinh tế và hiệu quả nhất để khống chế bệnh này

2.3.9 Cơ sở khoa học của chọn giống kháng bệnh bạc lá

Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa có hình thức sinh sản vô tính theo phương pháp nhân đôi tế bào mẹ thành hai tế bào mới như nhau nhờ sự hoạt động của cấu trúc mezosom tạo thành màng ngăn ngang ở giữa tế bào, phân tách tế bào

vi khuẩn thành hai tế bào mới Mặc dù có hình thức sinh sản hết sức đơn giản như vậy nhưng chúng luôn luôn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của yếu tố ngoại cảnh, cho nên nếu có một đột biến tự nhiên xảy ra, dù với tần số thấp cũng sẽ tạo nòi mới Kết quả là tạo ra rất nhiều chủng cùng tồn tại trên đồng ruộng, gây khó khăn và phức tạp cho việc chọn giống kháng bệnh Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến việc biến dị di truyền của vi khuẩn là:

- Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật không hợp lý, người nông dân vì thiếu hiểu biết đã sử dụng một loại thuốc với liều lượng lớn và liên tục trên một ruộng sản xuất, làm cho vi khuẩn lúc đầu có thể bị tiêu diệt nhưng sau đó chúng trở nên nhờn thuốc và hình thành nòi vi khuẩn mới kháng lại loại thuốc trên

- Do công tác nhập nội giống cây trồng thực hiện khâu kiểm dịch không chặt chẽ làm cho vi khuẩn tồn tại trên hạt giống di chuyển từ vùng này sang vùng khác, tạo ra sự đa dạng nòi và gây ra những khó khăn khôn lường

- Hình thức canh tác đa dạng trồng nhiều giống lúa khác nhau (bao gồm cả lúa thường và lúa lai) trên một vùng rộng lớn trồng lúa đã tạo ra môi trường

kí chủ phong phú, là điều kiện để hình thành nên nhiều nòi vi khuẩn

Một nguyên nhân nữa gây ra hiện tượng này là do điều kiện thời tiết thay đổi với những diễn biến phức tạp Khí hậu trái đất ngày càng tăng cùng với những trận mưa bão bất thường đó là điều kiện tốt nhất cho vi khuẩn phát sinh gây hại và hình thành nòi mới

Từ những nguyên nhân cơ bản trên làm xuất hiện biến dị di truyền của

vi khuẩn bạc lá, làm đa dạng hoá và gây biến động liên tục trong quần thể ký sinh trên đồng ruộng dẫn đến việc chọn giống kháng bệnh càng khó khăn và phức tạp

Những nghiên cứu có tính chất hệ thống về gen kháng bệnh bạc lá lúa

được thực hiện tại Nhật Bản vào đầu thập kỷ 60 Cho đến những năm 80 của thế kỷ XX, Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế đã xác định bản chất di truyền tính chống bệnh là do gen quy định (Mew 1987) Điều này được khẳng định chắc chắn nhờ vào những nghiên cứu của các nhà khoa học cùng những kỹ thuật hiện đại Những gen kháng chủ lực từ nhiều nguồn tài nguyên di truyền đã

được xác định Cho đến nay, có 29 gen điều khiển tính kháng bệnh bạc lá lúa

được công bố (20 gen trội và 9 gen lặn) đã được tìm ra từ gieo trồng lúa và có mối quan hệ họ hàng hoang dại, hoặc được tạo ra từ sự thay đổi di truyền (Lin,

et al 1996, Nagato and Yoshimura 1998, Zhang et al 1998, Khush and Angeles 1999, Chen et al 2002, Lee et al 2003, Yang et al 2003) [69] Gen

trội bao gồm từ Xa1 đến Xa29, 6 trong số gen lặn là xa5, xa8, xa13, xa24, xa26 và xa28, ba gen khác là Xa15, Xa19, Xa20 được tạo ra bởi sự thay đổi di

truyền Cho đến nay chỉ có 3 gen trội kháng lại BB là Xa1, Xa21, Xa26 (Song

et al 1995, Yoshimura et al 1998, Sun et al 2004) [69]

Các gen kháng bạc lá có thể bị kiểm tra bởi một gen đơn trội (Xa1,

Xa2, Xa3, Xa4), một gen đơn lặn (xa5, xa8, xa13) hoặc do hai gen liên kết với

nhau như Xa1Xa4, Xa4Xa7, Xa1Xa10 [69] Tính kháng bạc lá lúa có thể được

điều khiển bởi một gen đơn trội như Xa4 ở các giống lúa IR20, Peta hoặc gen

lặn như xa5 ở các giống IR339-1545, DV85 Do vậy, mức độ chống bệnh theo

đó cũng khác nhau (dẫn theo [17])

Đối với giống kháng bạc lá, các gen chính được phát hiện nhờ áp dụng RFLP, RAPD để xây dựng bản đồ di truyền Các gen này nằm trên các nhiễm sắc thể khác nhau như gen Xa1 định vị trên nhiễm sắc thể 11, liên kết vói marker XN ph 235 và gen Xa2 cũng nằm trên nhiễm sắc thể 11 Gen Xa3 liên kết với RFLP ở locus XNpb 181 trên nhiễm sắc thể số 11, khoảng cách di truyền 2,3 cM và gen Xa4 liên kết với marker này với khoảng cách 1,7 cM Gen lặn xa5 liên kết với marker RZ 390, RG 556, RG 207 trên nhiễm sắc thể

số 5 Gen Xa10 định vị trên nhiễm sắc thể số 11, liên kết với marker RAPD locus 007 2000, khoảng cách 5,3 cM (Yoshimura, 1995) Gen lặn xa13 liên kết với marker RG 136 trên nhiễm sắc thể số 8 Gen Xa21 liên kết với RG 103 trên nhiễm sắc thể 11 (Ronal và ctv, 1992) Gen Xa22 định vị trên nhiễm sắc thể 11, liên kết với marker R 543 và R 2546 [10] Gen Xa26 trên nhiễm sắc thể 11 (Yang et al, 2003) Gen Xa27 nằm trên nhiễm sắc thể số 6, khoảng cách di truyền là 0,052 cM (K Gu1 và ctv, 2004) [49]

Theo GS Taura và Yoshimura, Đại học Kuyshu, Nhật Bản về phân bố

của 5 gen kháng bệnh trên thế giới (Xa3, Xa4, xa5, Xa10 và Xa14) cho thấy ở

Trung Quốc và Malaixia phần lớn các giống lúa đều chứa gen Xa14, một gen theo kết quả nghiên cứu của chúng tôi lại bị nhiễm bởi hầu hết các chủng ở miền Bắc, điều này có thể giải thích tại sao các giống lúa nhập nội từ Trung

Quốc vào trồng ở miền Bắc Việt Nam đều bị nhiễm rất nặng bệnh bạc lá [25]

Gen xa5 có mặt trong phần lớn các giống lúa trồng ở ấn Độ,

Bănglađét và Nêpan Bốn gen Xa3, Xa4, xa5 và Xa10 đều có mặt trong các

giống lúa địa phương của Việt Nam với tần suất khá ngang nhau, trong đó chỉ

Theo kết quả nghiên cứu đã công bố của TS Phan Hữu Tôn (2000), áp dụng kỹ thuật PCR (Polymerase Chain Reaction) đã kết luận được trong 145

giống địa phương nghiên cứu có 12 giống chứa gen xa5, không có gen nào chứa gen xa13 và Xa21 [25]

Dùng kỹ thuật PCR để điều tra 120 giống lúa địa phương thu từ các tỉnh vùng núi phía Bắc về khả năng chứa gen Xa7 hay không, kết quả phát hiện có

8 giống chứa gen Xa7 [27]

Dùng phương pháp PCR để phát hiện gen kháng bệnh hữu hiệu xa5 và

Xa7 kết quả có 8 giống trong 16 giống có phản ứng kháng hoàn toàn với 6

chủng Khả năng của 8 giống còn lại có thể chứa gen xa5

Khi nghiên cứu các giống lúa có chứa gen kháng bệnh bạc lá người ta nhận thấy có những giống nhiễm chủng sinh lý này nhưng lại chống được chủng sinh lý khác, có những giống vùng này thì chống nhưng sang vùng khác lại bị nhiễm Và lại có những giống kháng được thời gian đầu nhưng sau đó lại nhiễm Điều đó chứng tỏ rằng, điều kiện ngoại cảnh đã hình thành nên những biotypemới có khả năng chống lại (vượt qua) được gen chống của giống, tức là những biotype mới có độc tính cao hơn biotype cũ

Học thuyết gen đối gen của Flor (1942- 1972) cho rằng: cứ có một gen đối kháng thì có một gen độc của vi khuẩn, trước hay sau thì gen độc sẽ lại thắng và cây trồng lại tiếp tục tiến hoá [38]

Qua nghiên cứu của Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và các nhà khoa học

ở mỗi nước đã xác định được 29 gen đơn có khả năng kháng lại các chủng Xoo (Lin

et al 1996, Zhang et al 1998, Khush and Angeles 1999, Chen et al 2002, Yang et al

2003, Gu et al 2003) và rất nhiều trong số này là từ giống lúa Indica với gen Xa4

đang được sử dụng rộng rãi ở ấn Độ (Vikal et al 2004) Hai loại gen Xa21 và Xa23 được xác định từ hai gen họ hàng “A” ở các loài lúa hoang dại (Khush

et al 1990, Zhang et al 1998) Còn Xa27 từ loài có họ hàng gần Ominuta (Gu

et al 2004) [49], [50] Bên cạnh việc xác định được nhiều gen chống bệnh thì

ở mỗi nước cũng phát hiện thấy tồn tại một số chủng bạc lá khác nhau như ở Nhật Bản phát hiện thấy 12 chủng, ở ấn Độ phát hiện thấy 9 chủng, Philippin phát hiện thấy 6 chủng đó là Px 061 (chủng 1), Px 068 (chủng 2), px 079 (chủng 3), px 122 (chủng 5) và Px 099 (chủng 6) Trong số các gen chống

bệnh có gen xa5 chống được 4 chủng của Philippin là 1, 2, 3 và 5 nhưng mẫn

cảm với chủng 4 và chủng 6 Gen Xa4 chống được chủng 1, 4 và 5 nhưng lại mẫn cảm với chủng 2, 3 và 6 Gen Xa2, Xa11 và Xa12 mẫn cảm với tất cả 6 chủng vi khuẩn tìm thấy ở Philippin (dẫn theo [17]) Trong khi đó gen trội Xa21 có phổ kháng rộng đối với nhiều nòi vi khuẩn Xoo, gen này được phát hiện trong quần thể lúa hoang dại ở Châu Phi Oryza longistaminata (Khush và

ctv, 1990) và gen xa13 có khả năng chống được 9 chủng tìm thấy ở ấn Độ và

6 chủng ở Philippin [68]

Theo kết quả nghiên cứu của một số tác giả, trong giai đoạn những năm

90, vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae gồm có 4 nhóm nòi sinh lý phổ

biến [32]

Theo Phan Hữu Tôn, để so sánh một cách tương đối thành phần chủng bệnh bạc lá giữa hai miền Nam Bắc Việt Nam, đã sử dụng các chủng miền Nam thu thập cách đây 30 năm, được bảo quản bởi GS TS S Taura, Nhật Bản Dùng các chủng này cùng lây nhiễm với các chủng miền Bắc, kết quả cho thấy miền Nam chỉ tồn tại có 3 chủng là chủng 2, 10 và chủng 5 [24]

Cũng theo Phan Hữu Tôn và cs, bằng phương pháp nuôi cấy tế bào kết

hợp với kỹ thuật PCR để nhận diện loài vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae, đã phân lập được 154 isolate và xác định chúng thuộc 10 chủng vi

khuẩn gây bệnh khác nhau đánh số từ 1 đến 10 Hai chủng 2 và 3 rất phổ biến

và tồn tại ở hầu hết các vùng trồng lúa miền BắcViệt Nam [ 25]

Qua thanh lọc 27 dòng giống bố mẹ với 11 nòi vi khuẩn chuẩn quốc tế cho thấy nhiều dòng bố mẹ lúa lai kháng cao với các nòi vi khuẩn gây bạc lá

gen kháng bạc lá hầu hết là gen lặn Nghiên cứu cũng cho thấy nòi vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến nhất ở miền Bắc Việt Nam là nòi 2 và nòi 3 [7]

2.3.10 Tình hình chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá ở các nước

Chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và tiến hành Nhật Bản bệnh bạc lá gây hại từ năm 1884 nhưng mãi đến năm 1926 cây lúa chống bệnh đầu tiên mới được xác định Cây lúa chống bệnh này được chọn ra từ giống lúa nhiễm bệnh, nó được đặt tên là Kono 35 Giống này cung cấp gen chống chịu cho nhiều giống lúa ở Nhật Bản Từ đấy nhiều công trình chọn tạo giống chống bệnh đã được tiến hành [17] ở Viện nghiên cứu lúa Quốc tế chương trình chọn giống chống bệnh bạc lá đã đạt được kết quả Người ta đã đưa ra nhiều dòng, giống chống bệnh và chúng được trồng rộng rãi ở Châu á, cung cấp vật liệu chống bệnh cho các nước như các giống IR579- 48, IR36, IR38…

Nhiều giống lúa cao cây chống bệnh bạc lá đã được sử dụng trong chương trình tạo giống (Khush và ctv, 1972) Các giống lai với kiểu cây cải tiến, chống bệnh bạc lá, năng suất cao, phẩm chất tốt đã được tạo ra Khi phân tích di truyền tính chống chịu người ta thấy phần lớn các giống lai được đặt tên chỉ có gen chống chịu Xa4

ở Indonesia, đã sử dụng giống Polita 1/1 do họ tạo ra vào năm 1971 và một số giống lúa khác của Viện nghiên cứu lúa Quốc tế làm vật liệu cho nhiều cặp lai chống bệnh bạc lá Theo Khush thì ấn Độ sử dụng nguồn gen chống bệnh bạc lá từ các giống IR20, IR22, IR26… làm bố mẹ cho nhiều cặp lai Một số giống như IR20 được đưa vào sản suất đại trà ở ấn Độ [17]

ở Philippin và Việt Nam: Giáo sư Khush cho biết ở Philippin và Việt Nam là khu vực sử dụng rộng rãi nhất các giống chống bệnh bạc lá của IRRI (ở Philippin có tới 65% khu vực sản suất, ở Việt Nam trước năm 1975 có khoảng 30% diện tích trồng lúa sử dụng các giống này) Các giống đó là