Nghiên cứu các đặc tính nông sinh học của một số tổ hợp lúa lai hai dòng tại dak lack

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I

-

ðÀO VĂN ðIỀN

NGHIÊN CỨU CÁC ðẶC TÍNH NÔNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ TỔ HỢP LÚA LAI HAI DÒNG TẠI ðẮK LẮK

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: TRỒNG TRỌT

Mã số: 60.62.01

Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VĂN THỦY

HÀ NỘI - 2007

LỜI CAM đOAN

- Tác giả xin cam ựoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trình bầy trong luận văn này là trung thực và chưa ựược sử dụng ựể bảo vệ một học vị nào

- Tác giả xin cam ựoan, mọi sự giúp ựỡ cho việc thực hiện luận văn này

ựã ựược cám ơn và các thông tin trắch dẫn trong luận văn ựều ựã ựược chỉ rõ nguồn gốc

Hà N ội, Ngày Ầ.tháng 12 năm 2007

Tác giả

đào Văn điền

Tôi cũng xin cảm ơn các bạn ựồng nghiệp ựã tạo ựiều kiện thuận lợi ựể luận văn sớm ựược hoàn thành

Luận văn này khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận ựược những ý kiến ựóng góp của các thầy cô, ựồng nghiệp và bạn ựọc Xin trân trọng cảm ơn

Hà N ội, Ngày Ầ.tháng 12 năm 2007

Tác giả

đào Văn điền

1.3 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 11 1.4 Ý nghĩa khoa học của ñề tài 11

2.1 Tình hình sản xuất lúa lai trong và ngoài nước 13 2.2 Sự biểu hiện ưu thế lai về các ñặc tính nông học ở lúa

3.1 ðối tượng, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 37

3.3 Phương pháp nghiên cứu 38

4 KẾT QỦA NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42 4.1 Thời gian sinh trưởng và ƯTL về thời gian sinh trưởng

của con lai F1 so với bố mẹ 42

4.1.1 Thời gian sinh trưởng của con lai F1 và bố mẹ 42 4.1.2 ƯTL về thời gian sinh trưởng của con lai F1 so với bố

4.3.1 Số nhánh của con lai F1 và bố mẹ 50 4.3.2 ƯTL về số nhánh của con lai F1 so với bố mẹ 52 4.4 Chỉ số diện tích lá (LAI) và ƯTL về chỉ số diện tích lá

của con lai F1 so với bố mẹ 54 4.4.1 Chỉ số diện tích lá (LAI) của con lai F1 và bố mẹ 54 4.4.2 ƯTL về chỉ số diện tích lá (LAI) của con lai F1 so với

4.5 Chất khô tích luỹ (DM) và ƯTL về chất khô tích luỹ của

con lai F1 so với bố mẹ 58 4.5.1 Chất khô tích luỹ (DM) của con lai F1 và bố mẹ 58 4.5.2 ƯTL về chất khô tích luỹ (DM) của con lai F1 so với bố

4.6 Tốc ñộ tích luỹ chất khô (PGR) và ƯTL về tốc ñộ tích

luỹ chất khô của con lai F1 so với bố mẹ 62 4.6.1 Tốc ñộ tích luỹ chất khô (PGR) của con lai F1 và bố

4.6.2 ƯTL về tốc ñộ tích luỹ chất khô (PGR) của con lai F1 so

4.7 Hiệu suất quang hợp thuần (NAR) và ƯTL về hiệu suất

quang hợp thuần của con lai F1 so với bố mẹ 65 4.7.1 Hiệu suất quang hợp thuần (NAR) của con lai F1 và bố

4.7.2 ƯTL về hiệu suất quang hợp thuần của con lai F1 so với

4.8 Hàm lượng Chlorophyll và ƯTL về hàm lượng

Chlorophyll của con lai F1 so với bố mẹ 69 4.8.1 Hàm lượng Chlorophyll của con lai F1 và bố mẹ 69 4.8.2 ƯTL về hàm lượng Chlorophyll của con lai F1 so với

4.9 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất và ƯTL về

các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của con lai

4.9.1 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của con lai F1

4.9.2 ƯTL về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của

4.10 Năng suất sinh vật học, hệ số kinh tế và ƯTL về năng

suất sinh vật học, hệ số kinh tế của con lai F1 so với bố 77 4.10.1 Năng suất sinh vật học, hệ số kinh tế của con lai F1 và

4.11.2 Tương quan giữa năng suất thực thu và chất khô tích luỹ

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

NSLT : Năng suất lý thuyết NSTT : Năng suất thực thu CCCC : Chiều cao cây cuối cùng TGST : Thời gian sinh trưởng TSC : Tuần sau cấy

NHH : Nhánh hữu hiệu ðVT : ðơn vị tính

KL : Khối lượng NSCT : Năng suất cá thể MAS : Chọn giống nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử RFLP : ða hình chiều dài ñoạn phân cắt giới hạn RAPD : ADN khác biệt ñược nhân bội ngẫu nhiên

WA : Bất dục ñực hoang dại BSA : Phân tích thể phân ly theo nhóm

DANH MỤC BẢNG

3.1 Nguồn gốc ñối tượng nghiên cứu 37 4.1 Thời gian sinh trưởng của con lai F1 và dòng bố mẹ 43 4.2 ƯTL về thời gian sinh trưởng của con lai F1 và dòng bố mẹ 45 4.3 Chiều cao cây của con lai F1 và dòng bố mẹ 46 4.4 ƯTL về chiều cao cây của con lai F1 và dòng bố mẹ 48 4.5 Số nhánh của con lai F1 và dòng bố mẹ 50 4.6 ƯTL về số nhánh của con lai F1 và dòng bố mẹ 52 4.7 Chỉ số diện tích lá (LAI) của con lai F1 và dòng bố mẹ 55 4.8 ƯTL về chỉ số diện tích lá (LAI) của con lai F1 và dòng bố mẹ 57 4.9 Chất khô tích luỹ (DM) của con lai F1 và dòng bố mẹ 58 4.10 ƯTL về chất khô tích luỹ (DM) của con lai F1 và dòng bố mẹ 61 4.11 Tốc ñộ tích luỹ chất khô (PGR) của con lai F1 và dòng bố mẹ 63 4.12 ƯTL về tốc ñộ tích luỹ chất khô (PGR) của con lai F1 và dòng

DANH MỤC ðỒ THỊ STT Tên hình Trang

4.1 Tương quan giữa năng suất thực thu và chỉ số diện tích lá (LAI)

ở Krông Pắk (ñen) và Krông Ana (trắng) 81 4.2 Tương quan giữa năng suất thực thu và chất khô tích luỹ (DM) ở

Krông Pắk (ñen) và Krông Ana (trắng) 82 4.3 Tương quan giữa năng suất thực thu và hàm lượng Chlorophyll ở

Krông Pắk (ñen) và Krông Ana ( trắng) 83 4.4 Tuơng quan giữa năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ở

Krông Pắk (ñen) và Krông Ana (trắng) 84

1 MỞ ðẦU 1.1 ðặt vấn ñề

ðắk Lắk có diện tích tự nhiên 13.600 km2, ở ñộ cao 500 – 600 m so với mặt biển, có dân số 1,7 triệu người, là một tỉnh trọng ñiểm của khu vực Tây Nguyên, khí hậu nhiệt ñới gió mùa có hai mùa mưa nắng rõ rệt, ñất ñai màu

mỡ thuận lợi cho việc phát triển các loại cây trồng Là một tỉnh có ña dạng cây trồng, ngoài các cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao như cà phê, cao su,

hồ tiêu ñóng vai trò then chốt trong việc phát triển kinh tế xã hội của ñịa phương thì cây lúa nước cũng ñóng vai trò khá quan trọng trong sản xuất nông nghiệp Với cơ cấu chiếm khoảng 20% diện tích ñất sản xuất, cây lúa ñã cung cấp lương thực cho hàng triệu dân trong khu vực này

Cây lúa lai ñược ñưa vào trồng ở ðắk Lắk khá sớm ngay từ những năm

90 và ñến nay diện tích không ngừng ñược tăng lên Theo thống kê diện tích lúa lai của toàn tỉnh năm 2003 là 2.000 ha ñến 2006 là 56.841 ha, chiếm 80% tổng diện tích lúa, sản lượng ñạt: 345.593,28 tấn, chiếm 92,78% trong tổng sản lượng lúa toàn tỉnh (Niên giám thống kê tỉnh ðắk Lắk 2006)

Những giống lúa lai ñã ñược sử dụng như Bắc ưu 64, Bắc ưu 903, Bồi tạp sơn thanh, Nhị ưu 63, Nhị ưu 838…ñều là những giống ñược nhập từ Trung Quốc, giá thành hạt giống từ 30.000 ñồng ñến 40.000 ñồng/kg Những giống này ñã ñược trồng liên tục trong nhiều năm nay là nguy cơ dẫn ñến việc tích luỹ sâu bệnh hại, làm cho năng suất lúa bị giảm

Do ñó, ñể ñảm bảo an ninh lương thực của vùng, giảm giá thành hạt giống, góp phần ña dạng hóa bộ giống lúa lai bằng cách bổ sung một số giống lúa lai tự tạo trong nước và nhằm sản xuất lúa lai một cách vững chắc, ñáp ứng một phần nhu cầu thực tế sản xuất của tỉnh, chúng tôi tiến hành thực hiện

ñề tài: “Nghiên cứu các ñặc tính nông sinh học của một số tổ hợp lúa lai

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác ựịnh sự vượt trội của lúa lai F1về các ựặc tắnh nông học qua các giai ựoạn sinh trưởng Từ ựó, xác ựịnh ựặc tắnh nào là quan trọng nhất trong việc chọn tạo lúa lai có năng suất cao

- Tìm hiểu mối quan hệ giữa năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

- Chọn ra ựược một vài tổ hợp lai mới của Việt Nam có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu sâu bệnh khá, thắch ứng với ựiều kiện khắ hậu vùng đăk Lăk nói riêng và Tây Nguyên nói chung, ựể ựưa vào cơ cấu giống lúa góp phần chuyển dịch cơ cấu cây trồng có hiệu quả

1.3 Ý nghĩa thực tiễn của ựề tài

- Bổ sung thêm một vài giống lúa lai hai dòng mới có năng suất, chất lượng cao vào cơ cấu mùa vụ của vùng

- Bước ựầu xác ựịnh khả năng sinh trưởng, phát triển và khả năng thắch ứng của một số dòng bố, mẹ làm cơ sở cho việc sản xuất hạt lai F1 phục vụ cho việc phát triển kinh tế xã hội của vùng

1.4 Ý nghĩa khoa học của ựề tài

- Các tổ hợp lúa lai mới có bố mẹ ựược gây tạo trong nước nếu sử dụng ựược tại đắk Lắk sẽ mở ra một khả năng tự tổ chức sản xuất hạt lai F1 và nhân các dòng bố mẹ tại ựịa phương, tạo thêm công ăn việc làm cho nông dân, góp phần giảm giá thành hạt lai F1 và nhanh chóng mở rộng diện tắch lúa lai

- Kết quả nghiên cứu ựã khẳng ựịnh ựược tổ hợp lai hai dòng VL45 và VL50 cho năng suất cao ở vụ đông Xuân nhưng chưa chắc ựã cho năng suất cao

ở vụ Hè Thu, trên cơ sở ựó cho nhận xét rằng muốn ựưa một giống mới vào sản xuất cần ựánh giá thận trọng ựể không gây ảnh hưởng cho sản xuất

- Trên cơ sở biểu hiện ƯTL, khả năng thắch ứng của các con lai ựể nghiên cứu nhu cầu về dinh dưỡng, ảnh hưởng của các biện pháp kỹ thuật tác ựộng lên

nó, làm ựược ựiều này thì công tác phát triển diện tắch lúa lai của vùng sẽ ổn

ựịnh và bền vững

1.5 Giới hạn của ựề tài

đề tài mang tắnh mới mẻ với tỉnh đắk Lắk nói riêng và các tỉnh Tây Nguyên nói chung, thời gian thực hiện ựề tài có hạn mới thực hiện ựược ở vụ đông Xuân do ựó chỉ tiến hành nghiên cứu ựược một số chỉ tiêu chắnh như:

đặc tắnh nông học và sinh lý

Các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tình hình sản xuất lúa lai trong và ngoài nước

Lúa lai là một tiến bộ kỹ thuật về di truyền học của thế kỷ XX ựã và ựang ứng dụng trên thế giới Ưu thế lai (ƯTL - Heterosis) là thuật ngữ ựể chỉ

sự vượt trội của con lai F1 so với bố mẹ của chúng về các ựặc tắnh hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thắch nghi; năng suất, chất lượng hạt và các ựặc tắnh năng suất khác

đã có nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất, về sự tắch luỹ chất khô (Phạm Văn Cường và cs, 2003 và 2004) [43], [44]

Ở Trung Quốc, năm 1964 Yuan Long Ping cùng với một số thành viên nghiên cứu của ông bắt ựầu sự nghiệp nghiên cứu lúa lai ở ựảo Hải Nam Năm 1973, lô hạt giống lúa lai F1 ựược sản xuất ra ựầu tiên với sự tham gia của ba dòng bố mẹ là: Dòng bất dục ựực di truyền tế bào chất (Cytoplastmic Male Sterile - CMS), dòng duy trì bất dục (Maintainer) và dòng phục hồi (Restorer) vào năm 1974 và ựược giới thiệu cho sản xuất tổ hợp lúa lai cho ƯTL cao, ựồng thời quy trình sản xuất hạt lai ba dòng cũng ựược ựưa vào năm 1975 (Yuan và Virmani, 1988) [66]

Năm 2002 diện tắch gieo cấy lúa lai ở Trung Quốc ựã ựạt trên 18,5 triệu ha

và năng suất bình quân ựạt 71 tạ/ha (Yuan Long Ping và Xi Quin Fu, 1995) [65] đồng thời với việc phát triển lúa lai 3 dòng với các tổ hợp có năng suất cao Năm 1980, các nhà nghiên cứu của Trung Quốc tiếp tục nghiên cứu lúa lai 2 dòng với việc phát hiện ra các gen ựiều khiển tắnh bất dục chức năng di truyền nhân mẫn cảm với ựiều kiện môi trường Tổ hợp lúa lai 2 dòng ựưa ra sản xuất ựầu tiên của Trung Quốc trên cơ sở dòng mẹ là Peiải 64 S và dòng

bố Teqinc ựã cho năng suất rất cao (170 tạ/ha), ựến năm 1997 gieo cấy với

diện tích là 0,13 triệu ha [65], một số tổ hợp lúa lai 2 dòng cũng ñạt ñược năng suất 90- 100 tạ/ha với diện tích gieo trồng khá rộng Lúa lai hai dòng ñang mở ra một triển vọng lớn trong tương lai gần vì ñã ñơn giản bớt các khâu trong công nghệ sản xuất, hạ giá thành hạt giống lai Công cụ di truyền chủ yếu là các dòng bất ñực chức năng di truyền nhân phản ứng với ánh sáng (PGMS) và phản ứng với nhiệt ñộ (TGMS) Theo Yuan, hệ thống dòng bất dục ñực phản ứng với nhiệt ñộ là có hiệu quả cao hơn so với dòng bất dục tế bào chất [42] Do việc bất dục ñực ở dòng TGMS ñược ñiều chỉnh bằng nhiệt ñộ (Borkakati và Virmani, 1996 [52] Những hạt của dòng TGMS là bất dục hay hữu dục ñược quyết ñịnh bởi nhiệt ñộ tác ñộng vào khoảng thời gian từ 15- 11 ngày trước khi trỗ [42] Hạt lai F1 từ dòng TGMS ñã cho năng suất cao hơn từ 5 - 10 % so với dòng CMS [42]

Malaysia, năm 1984 ñã bắt ñầu nghiên cứu lúa lai và ñã thu ñược năng suất cao hơn giống truyền thống như IR5852025A/IR54791-19-2-3R ñạt năng suất 4,86 tạ/ha so với giống lúa MR84 là cao hơn 58,6% ; IR62829A/IR46R có năng suất cao hơn MR84 26,1%, ñã chọn tạo ñược một

số dòng CMS ñịa phương như MH805A, MH1813A, MH1821A ðến năm

1999, Malaysia ñã xác ñịnh ñược 131 dòng phục hồi ñể sản xuất hạt lai Những khó khăn chính trong việc nghiên cứu lúa lai ở Malaysia là ñộ bất dục hạt phấn không ổn ñịnh, thiếu nguồn CMS, khả năng lai xa thấp và yêu cầu lượng hạt giống còn cao ñể ñáp ứng cho kỹ thuật gieo thẳng [3]

Indonesia, theo Suprihetno B và cs (1994) [56] nghiên cứu và phát triển lúa lai ñược bắt ñầu từ năm 1983 và ñánh giá sử dụng nhiều dòng CMS vào chương trình chọn tạo lúa lai Cũng theo Suprihetno B và cs (1997) ở vụ Xuân năm 1994, ba tổ hợp lai 3 dòng là IR5988025A/BR827, IR58025A/IR53942 và IR5802A/IR54852 ñã ñược thử nghiệm ở Kunigon ñã cho năng suất trên 7 tấn/ha, cao hơn IR64 từ 20- 40%

Năm 1979, IRRI ñã tiến hành nghiên cứu lúa lai một cách hệ thống, từ

năm 1980- 1985 ựã có 17 quốc gia nghiên cứu và sản xuất lúa lai Diện tắch gieo trồng lúa lai ựạt tới 10% tổng diện tắch lúa toàn thế giới chiếm khoảng 20% tổng sản lượng [27]

Ấn độ, năm 1970- 1980 ựã nghiên cứu về lúa lai và ựược tiến hành ở các trường ựại học, các viện nghiên cứu đến năm 1989, chương trình nghiên cứu lúa lai mới ựược phát triển Năm 1990 - 1997, Ấn độ ựã công nhận 16 giống lúa quốc gia và ựưa vào sản xuất ựại trà như các giống APHR1, MGR-

1 và KRH-1 Trong các thắ nghiệm ựồng ruộng các tổ hợp lai này cho năng suất cao hơn các giống lúa thuần từ 16- 40% (Võ Thị Nhung, 2002) [24], Kĩ thuật sản xuất hạt giống lúa lai F1 ở Ấn độ ựã ựược hoàn thiện, trong những năm gần ựây, năng suất hạt lai F1 ựã ựạt từ 1,5- 2 tấn/ha trên diện tắch lớn (Sidiqq và Govinza, 1996) [55]

Trong các nước sản xuất lúa gạo đông Nam Á thì Trung Quốc là nước

có sản lượng lúa gạo lớn nhất thế giới Năm 2000, sản lượng thóc của Trung Quốc ựạt 160 triệu tấn, Ấn độ là nước có sản lượng lúa ựứng thứ 2 trên thế giới, năm 2000 ựạt tới 135 triệu tấn thóc Các nước còn lại có sản lượng lúa khá cao là Inựônêsia, Băngladesh, Việt Nam và Thái LanẦ

Vào năm 1983, Việt Nam bắt ựầu nghiên cứu lúa lai tại Hậu Giang và

Hà Nội (Nguyễn Bá Thông, 2001) [37], nguồn vật liệu sử dụng trong việc nghiên cứu ựược nhập chủ yếu từ Viện lúa quốc tế (IRRI), xong ựây chỉ là những nghiên cứu mới ở giai ựoạn ựầu tìm hiểu về lúa lai đến năm 1990,

Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn ựã cho phép một số tổ hợp lai ựược trồng thử vào vụ Xuân ở đồng bằng Bắc Bộ và kết quả cho thấy các tổ hợp lúa lai cho năng suất cao hơn hẳn lúa thuần Nếu so với lúa thuần như giống CR203 thì cao hơn từ 200- 1500kg/ha/vụ (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [40] Với năng suất lúa trên, chương trình nghiên cứu lúa lai ựược sự quan tâm nghiên cứu như Viện Bảo vệ Thực vật, Viện Cây lương thực - Thực

phẩm, Trường ðại học Nông nghiệp I- Hà Nội, Viện Nông hoá - Thổ nhưỡng và Trung tâm Khảo nghiệm giống Quốc gia Kết quả nghiên cứu ñã ñưa ra nhiều tổ hợp lúa lai 3 dòng có triển vọng và ñã ñược ñưa vào sản xuất thử như là HR1, H1, H2, UTL2, HYT51, HYT53, HYT54 và HYT55 (Nguyễn Trí Hoàn, 2002) [26] Một số tổ hợp lúa lai có triển vọng ñã ñược khu vực hoá như giống Việt lai 20, TM4, VN01/ D212 và giống khảo nghiệm ngắn ngày cho năng suất cao chất lượng tốt như TH3-3 (Nguyễn Thị Trâm và cs, 2003) [41] Việc xây dựng công nghệ chọn dòng thuần, nhân dòng và sản xuất hạt lai F1 ñã thành công [4] Qua kết quả nghiên cứu lúa lai, diện tích trồng lúa lai tăng lên rất nhanh Vụ Mùa năm 1991, cả nước trồng khoảng 100 ha thí ñiểm và cho kết quả rất khả quan, ñến năm 1992 ñã tăng lên tới 11.000 ha và ñã ñạt ñược năng suất trung bình là 66,6 tạ/ha Năm

2002, diện tích lúa lai tăng lên gần 500.000 ha và năng suất bình quân ñạt 63 tạ/ha, Trong 10 năm qua, năng suất lúa lai ñạt 55- 65 tạ/ha và tương ñối ổn ñịnh Ở các ñịa phương, năng suất lúa lai ñều cao hơn lúa thuần phổ biến từ 20- 30% và nhiều nơi cao hơn 50- 60% (Trần Ngọc Trang, 2001) [38]

Ở Việt Nam lúa lai 2 dòng chiếm 100.000 ha, lúa lai 3 dòng chiếm 380.000 ha, một số tổ hợp lúa lai mới có triển vọng như Việt lai 20, Việt lai

24(Nguyễn Văn Hoan và Vũ Hồng Quảng, 2005) [15]

Trong những năm gần ñây, ở một số tỉnh phía bắc diện tích lúa lai tăng lên rất nhanh ở các tỉnh như: Nam ðịnh, Thanh Hoá, Nghệ An, Ninh Bình,

Hà Nam và Phú Thọ Ngoài ra, diện tích gieo trồng lúa lai còn ñược mở rộng

ra các tỉnh ở miền Trung và Tây Nguyên như: Quảng Nam, ðắk Lắk Ở một

số vùng có trình ñộ thâm canh cao, năng suất lúa lai ñã ñạt ñược 13- 14 tấn/ha/vụ[38]

Hướng tới ngành sản xuất lúa gạo của Việt Nam sẽ phát triển thành ngành sản xuất hàng hoá lớn, năng suất cao, chất lượng tốt, hiệu quả kinh tế cao và có tiềm năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế ðịnh hướng trong

thời gian tới là tiếp tục phát triển lúa lai, mở rộng diện tích hàng năm trên

500 nghìn ha và ñến năm 2010 diện tích lúa lai ñạt 1 triệu ha, với năng suất bình quân là 65- 70 tạ/ha (Quách Ngọc Ân) [15]

2.2 Sự biểu hiện ưu thế lai về các ñặc tính nông học ở lúa lai F 1

Theo Nguyễn Công Tạn [34], hạt giống lúa lai ñược thu trên cây mẹ nên có kiểu hình hạt giống như cây mẹ Sản xuất hạt lai sử dụng phương pháp giao phấn, nghĩa là tất cả các hạt lai thu ñược là nhờ quá trình thụ phấn ngoài Do ñó, hạt lúa lai có một số ñặc trưng có thể phân biệt so với lúa thuần như 2 mảnh vỏ trấu ñóng không kín, có vết ñầu nhụy ở mép ngoài hai

vỏ Như vậy, khối lượng riêng của lúa lai nhẹ hơn lúa thuần ñáng kể khi ñổ hạt giống vào nước ña số các hạt bị nổi hoặc nửa nổi nửa chìm, cho nên hạt lúa lai rất dễ chứa ñựng một lượng bào tử nấm gây bệnh Khi gặp mưa kéo dài 1- 2 ngày vào thời kì lúa bắt ñầu chín vàng thì có thể nảy mầm trên bông lúa Do vỏ trấu ñóng không kín nên khi ngâm, hạt lúa lai hút nước rất nhanh ðối với vụ Mùa thì thời gian ngâm giống là từ 10- 18 giờ, vụ Xuân từ 20- 30 giờ là hạt lúa ñã no nước

2.2.1 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng

Thời gian sinh trưởng của lúa lai từ ngắn ngày ñến trung bình tuỳ theo từng tổ hợp lai, thường có lá từ 12- 17 lá trên thân chính tương ứng thời gian sinh trưởng 100- 135 ngày Lúa lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài hơn lúa mẹ (Deng, 1980; Lin và Yuan, 1980), Xu và Wang (1980) ñã xác nhận thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của dòng bố Có một số kết quả nghiên cứu khác xác ñịnh thời gian sinh trưởng của con lai gần giống như thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc mẹ có thời gian sinh trưởng dài nhất (Ponnuthurai, 1984) Theo Nguyễn Thị Trâm và cs (1994) con lai F1 hệ 3 dòng có thời gian sinh trưởng dài hơn cả bố mẹ ở cả 2

vụ trong năm Giai ñoạn sinh trưởng sinh dưỡng và giai ñoạn sinh trưởng

sinh thực của ña số tổ hợp lai xấp xỉ nhau, sự cân ñối về thời gian của các giai ñoạn sinh trưởng tạo ra sự cân ñối trong cấu trúc quần thể, là một trong những yếu tố tạo nên năng suất cao [12], [39], [48], [54]

2.2.2 Ưu thế lai về bộ rễ

Trong kết quả nghiên cứu của Lin và Yuan (1980), ñã xác nhận hạt lai

F1 ra rễ sớm, số lượng nhiều và tốc ñộ ra rễ nhanh hơn so với bố mẹ của chúng Kết quả quan sát cho thấy, khi bắt ñầu nảy mầm, rễ mầm và thân mầm cùng xuất hiện Khi lá thứ nhất xuất hiện thì có 3 rễ mới hình thành, sau ñó thì số lượng rễ tăng lên rất nhanh Sự phát triển mạnh mẽ của bộ rễ không chỉ thể hiện qua số lượng rễ trên cây lúa mà còn to hơn so với lúa thường rễ to khoảng 2 mm (Crovinda và Sidiqq, 1998) Chất lượng rễ ñược ñánh giá thông qua ñộ dày của rễ, rễ lúa lai có thể ra từ 4- 5 lần Rễ nhánh tạo ra một lớp rễ ñan xen dày ñặc trong tầng ñất, càng gần sát mặt ñất khối lượng chất khô, số lượng rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt ñộng hút chất dinh dưỡng từ rễ lên cây Số lượng rễ lúa lai ở các thời kì sinh trưởng ñều nhiều hơn lúa thuần Lông hút của rễ lúa lai nhiều và dài hơn lúa thuần (0,1- 0,25mm ở lúa lai và ở lúa thuần là 0,01- 0,13mm) Rễ lúa lai ăn dài và ăn sâu tới 22- 23 cm Vì số lượng rễ nhiều nên diện tích tiếp xúc lớn làm cho khả năng hấp thu dinh dưỡng cao gấp 2- 3 lần so với lúa thuần (Virmani, 1981) Nhờ bộ rễ khoẻ, phát triển trên ñất giàu dinh dưỡng thì lúa lai có thể ñáp ứng ñược 50- 55% nhu cầu về ñạm, 47- 78% nhu cầu về kali từ ñất và phần chuồng còn trên ñất nghèo dinh dưỡng như ñất bạc màu thì khả năng huy ñộng thấp hơn và chỉ tương ứng khoảng 30- 35% và 40- 42% Hệ rễ của lúa lai hoạt ñộng mạnh nhất vào thời kỳ ñẻ nhánh [44] Chính vì thế mà lúa lai

có tính thích ứng rộng với những ñiều kiện bất thuận như ngập úng, hạn, ñất phèn mặn Bộ rễ lúa lai tuy phát triển mạnh nhưng sau khi thu hoạch lại giảm nhanh [1], [34], [40]

2.2.3 Ưu thế lai chiều cao cây

Lúa lai có chiều cao hay thấp hoàn toàn phụ thuộc vào ñặc ñiểm của bố

mẹ Tuỳ từng tổ hợp lai, chiều cao cây của F1 có lúc biểu hiện ưu thế lai dương, có lúc nằm trung gian giữa bố mẹ, có lúc thì xuất hiện ưu thế lai âm [34], [40]

Chiều cao cây có liên quan chặt chẽ ñến tính chống ñổ trên ñồng ruộng cho nên khi chọn bố mẹ thì phải chú ý chọn các dạng bán lùn ñể con lai có dạng bán lùn ðường kính lóng của lúa lai to và dày hơn lúa thuần Số bó mạch của lóng cũng nhiều hơn nên khả năng vận chuyển nước và dinh dưỡng tốt hơn lúa thuần [24], [34], [40]

ðối với con lai F1 ñẻ nhánh sớm, sức ñẻ nhánh mạnh hơn lúa thuần,

ñẻ tập trung và tỷ lệ hữu hiệu cao hơn so với lúa thuần [43] Quá trình ñẻ nhánh của lúa lai cũng tuân theo qui luật ñẻ nhánh chung của cây lúa, khi lá thứ 4 xuất hiện thì nhánh ñầu tiên vươn ra từ bẹ lá thứ nhất, sau ñó là lần lượt các nhánh tiếp theo xuất hiện, tức là khi lá thứ 5 xuất hiện thì nhánh con thứ 2 cùng xuất hiện từ bẹ lá thứ 2 Nhánh ñẻ sớm thường to mập, có số

lá nhiều hơn các nhánh ñẻ sau nên bông lúa to ñều nhau, xấp xỉ như bông chính Sức ñẻ nhánh lúa lai trung bình là từ 12- 14 nhánh hoặc có thể ñạt 20 nhánh/khóm [34]

Lúa lai có tỉ lệ nhánh thành bông cao hơn lúa thường Kết quả nghiên cứu các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho thấy tỷ lệ thành bông của lúa lai ñạt khoảng 60- 70% ở cùng ñiều kiện thí nghiệm Nhờ ñặc ñiểm này mà hệ số sử dụng phân bón của lúa lai rất cao [12], [34], [56]

2.2.5 Ưu thế lai về một số ñặc tính sinh lý

Lá lúa lai so với lúa thuần dài và rộng hơn, lá ñòng dài 35- 45 cm, rộng 1,5- 2,0 cm, một số tổ hợp có lá lòng mo và rộng hơn Một số kết quả nghiên cứu cho rằng phiến lá lòng mo có thể hướng ánh sáng cả 2 mặt, như vậy năng lượng mặt trời ñược hấp thu nhiều hơn, hiệu suất quang hợp cao hơn

Thịt phiến lá lúa lai F1 có 10- 11 lớp tế bào, số lượng bó mạch nhiều hơn bố

mẹ, có 13- 14 bó mạch Chỉ số diện tích lá lớn hơn lúa thuần 1,2- 1,5 trong suốt quá trình sinh trưởng Ba lá trên cùng ñứng bản lá có chứa nhiều diệp lục nên có màu xanh ñậm hơn, cường ñộ quang hợp diễn ra mạnh hơn [43], [44] Ngược lại, cường ñộ hô hấp của lúa lai thấp hơn lúa thuần Do vậy, hiệu suất quang hợp thuần càng cao, khả năng tích luỹ chất khô cao hơn ñáng kể Cường ñộ quang hợp của lúa lai F1 cao hơn dòng bố 35%, cường ñộ

hô hấp thấp hơn lúa thuần từ 5- 27% ở các giai ñoạn sinh trưởng, phát triển Những ruộng tốt, năng suất cao từ 12- 14 tấn/ha, chỉ số diện tích lá thường ñạt 9- 10, [17], ưu thế lai về cường ñộ quang hợp do hàm lượng ñạm cao hơn

ở lúa lai F1, Phạm Văn Cường (2004) [43]

Hiệu suất tích luỹ chất khô lúa lai hơn hẳn so với lúa thường, như vậy

mà tổng lượng chất khô có trong một cây tăng, trong ñó lượng vật chất tích luỹ vào bông, hạt tăng mạnh, còn tích luỹ vào các cơ quan dinh dưỡng như thân, lá giảm mạnh [4], [34], [48], [49], [63]

Lúa lai có khả năng thích ứng ñiều kiện nhiệt ñộ, ñất ñai rộng, khí hậu khác nhau, trồng ñược ở mọi chân ñất lúa Thời kỳ mạ non lúa lai chịu lạnh tốt hơn lúa thuần Lúa lai chịu ngập úng, chịu lạnh hơn lúa thuần là do bộ rễ lúa lai phát triển mạnh nên khi gặp hạn sẽ phát triển theo chiều sâu ñể hút nước và dinh dưỡng Trong ñiều kiện nhiệt ñộ 240C, lúa lai vẫn kết hạt tốt, trong khi các giống lúa thuần có tỷ lệ hạt lép, lửng nhiều, hạt vào chắc kém, Lúa lai có khả năng tái sinh chồi, chịu nước sâu cao, chống chịu sâu bệnh như rầy nâu, bạc lá, ñạo ôn Ở Việt Nam, một số kết quả nghiên cứu công bố các tổ hợp lúa lai có ưu thế lai về khả năng chống ñổ, chịu rét, kháng ñạo ôn, bạc lá và khả năng thích ứng rộng [32], [34], [37], [51], [63]

c ủa cây lúa

Quá trình hấp thu ñạm của lúa lai F1 là rất sớm ngay từ thời kỳ mạ có 1,5- 3 lá Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc cho thấy, vào thời kỳ ñẻ nhánh tối ña ñến thời kỳ bắt ñầu phân hoá dòng lúa lai hấp thu 3520g N/ha/ngày, chiếm 34,68% tổng lượng ñạm hấp thu trong suốt quá trình sinh trưởng Từ giai ñoạn bắt ñầu ñẻ nhánh ñến giai ñoạn ñẻ nhánh tối ña, lúa lai F1 hấp thu ñạm là 2337g/ha/ngày, chiếm 26,82% Như vậy trong quá trình hấp thu ñạm của lúa lai F1 rất tập trung nên bón vào giai ñoạn ñầu khoảng 50- 60% tổng lượng ñạm cần cung cấp và bón thúc sớm hơn lúa thuần Và giai ñoạn cuối của quá trình sinh trưởng, sự hấp thu ñạm của lúa lai cũng rất cần thiết cần bón thêm nhiều ñạm [34], [36]

2.2.8 Ưu thế lai về năng suất hạt

Theo các nhà nghiên cứu ñánh giá về ưu thế lai của nhiều tổ hợp lai khác nhau người ta thấy con lai F1 năng suất cao hơn bố mẹ từ 20- 70% khi gieo cấy trên diện rộng và hơn hẳn giống lúa lùn cải tiến từ 20- 30% Năng suất lúa lai trên diện rộng tăng so với lúa thuần khoảng 10- 15 tạ/ha [35] ða

số các tổ hợp lai có ưu thế lai về số bông/khóm, khối lượng trung bình của bông, tỷ lệ hạt chắc, khối lượng 1000 hạt Do lúa lai ñẻ nhánh sớm, các bông/khóm to ñều, hạt nhiều và nặng, trên mỗi bông có nhiều gié cấp 1 (13- 15 gié), trên gié cấp 1 có 3- 7 gié cấp 2, mỗi gié cấp 2 có từ 3- 7 hạt, Do vậy, khối lượng bông cao hơn lúa thuần từ 1,5- 2,5 lần ðặc biệt, ở ñốt giáp

cổ bông có 3- 4 gié cấp 1 cho nên nhìn bông lúa lai như 1 chùm hạt, tổng số hạt trung bình trên bông cao từ 150- 250 hạt, tỷ lệ hạt chắc hơn 90% Ưu thế lai về số hạt / bông, ñã ñược xác ñịnh [9]

Theo kết quả tổng kết của Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn về năng suất lúa lai bình quân ở các tỉnh phía Bắc ñạt mức 7- 8 tấn/ha, tăng hơn lúa thuần cùng thời gian sinh trưởng từ 2- 3 tấn/ha/vụ [5], [6], [28], [50]

2.3 Các phương pháp khai thác UTL ở lúa

2.3.1 Ph ương pháp “ ba dòng”

Lúa lai “ba dòng” là phương pháp sử dụng ba dòng vật liệu có bản chất

di truyền khác nhau làm bố mẹ ñể tạo hạt lai F1 Các vật liệu ñó là: dòng bất dục ñực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility-CMS) gọi là dòng

A, ñược dùng ñể làm mẹ; dòng duy trì bất dục (Maintainer) gọi là dòng B; dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer) gọi là dòng R

a/ Dòng CMS

Có nhụy cái phát triển bình thường nhưng bao phấn không bình thường hạt phấn bất dục, nên dòng CMS không tự kết hạt phấn ñược Dòng CMS có khả năng nhận phấn của các dòng giống lúa khác ñể thụ phấn thụ tinh và cho hạt mẩy bình thường, khi trỗ, cổ bông bị bẹ lá ñòng bao bọc một ñoạn dài từ 5- 15 cm (trỗ nghẹn ñòng) Cơ quan sinh sản cái của dòng A hoàn toàn khoẻ mạnh, vòi nhuỵ to, dài, sống lâu, dòng A có cơ quan sinh dưỡng như rễ, thân,

lá bình thường, có thời gian sinh trưởng ngắn, ñẻ nhánh sớm [22], [67], [64]

* ðặc ñiểm di truyền

Di truyền tế bào chất là sự truyền ñạt tính trạng của thực vật thông qua các bộ gen trong tế bào chất Vật liệu di truyền tế bào chất không trải qua quá trình phân chia giảm nhiễm Vì vậy, những tính trạng ñược kiểm soát bởi các gen trong tế bào chất không phân ly theo quy luật di truyền Menden mà

di truyền qua tế bào sinh sản cái, các tính trạng của dòng mẹ ñược di truyền

ổn ñịnh từ thế hệ này sang thế hệ khác Hiện tượng bất dục ñực di truyền tế bào chất ñược phát hiện trên nhiều loại cây trồng Dòng bất dục tế bào chất ñược coi là công cụ di truyền quan trọng ñể khai thác ưu thế lai ở lúa

* Các phương pháp chọn tạo dòng CMS mới

Theo tác giả Nguyễn Thị Trâm (2002), có thể sử dụng tất cả các phương pháp chọn tạo giống lúa thường ñể chọn tạo dòng A: nhập nội, lai hữu tính gây ñột biến chuyển gen vv…[40]

(1) Nhập nội

Là phương pháp rẻ tiền và tốn ít thời gian khi nhập ñược một dòng A hoặc một cặp A/B mới cần ñưa vào vườn ñánh giá sơ bộ ñể tìm hiểu ñặc ñiểm nông sinh học, ñặc ñiểm bất dục, khả năng nhận phấn ngoài… Sau ñó tiến hành lai thử ñể tìm dòng R mới và xác ñịnh tổ hợp lai

(2) Tạo dòng CMS mới ñồng tế bào chất

Người ta lai các dòng CMS với nhiều dòng hoặc giống lúa thường có những tính trạng tốt, chọn những tổ hợp bất dục hoàn toàn, lai trở lại (Backcross) với chính dòng bố của tổ hợp ñó tiếp tục chọn tổ hợp bất dục lai trở lại với bố tương ứng, làm như vậy 5-6 vụ liền sẽ thu ñược dòng CMS mới

Lai xa giữa các loài phụ lúa trồng: Indica/Japonica; Indica/Javanica,

[33], [40]

* Gây ñột biến

Dùng các tác nhân vật lý, hóa học có thể tạo ra các dạng ñột biến bất dục khác nhau trong quần thể Muốn tìm dòng CMS phải lai thử các cá thể bất dục với dòng vật liệu khởi ñầu, hoặc các giống lúa thường khác có những tính trạng mong muốn, chọn các tổ hợp lai bất dục ñực, ñem lai lại với dòng

bố, tiếp tục như vậy 5-6 lần, cặp nào có ñộ ổn ñịnh bất dục cao chính là cặp A/B mới có nguồn tế bào chất, và nguồn nhân hoàn toàn khác biệt với các dòng bất dục có sẵn [33]

* Sử dụng kỹ thuật cấy chuyển nhân

Lấy nhân tế bào của một giống chuyển vào tế bào chất của giống khác để tạo dịng CMS mong muốn

* ðặc điểm di truyền

Gen duy trì bất dục nằm trong nhân tế bào là dạng lặn, ký hiệu là (rr), tế bào chất khơng chứa gen bất dục, nên cây duy trì cĩ phấn bình thường, Chỉ khi lai với dịng A thì con lai mới biểu hiện bất dục [40]

A x B S (rr) x N (rr)

hoặc

A S(rr)

* Phương pháp chọn tạo dịng duy trì

Theo tác giả Nguyễn Thị Trâm thì muốn tạo được dịng duy trì nhất thiết phải cĩ dịng bất dục để lai, trình tự tiến hành như sau:

Gieo dịng A, khi dịng này trỗ chọn nhiều giống tốt trong tập đồn, lấy

phấn ñể lai, sau ñó thu hạt lai ñể ñánh giá, khi lúa (F1) trỗ kiểm tra hạt phấn,

tổ hợp nào có số hạt phấn bất dục cao trên 90% chọn ñể lai lại với cây bố, vụ sau tiếp tục gieo hạt lai, kiểm tra hạt phấn của cây lai, chọn cây có tỷ lệ bất dục cao ñể tiến hành lai lại ñến khi thu ñược dòng bất dục có tỷ lệ bất dục 100% và quần thể có kiểu hình ñồng nhất thì ngừng, dòng bố ñó chính là dòng duy trì bất dục (dòng B) [33], [40]

c/- Dòng phục hồi hữu dục (dòng R)

Là dòng ñể thụ phấn cho dòng A và tạo ra hạt lai trên cây mẹ Cây lai F1 ñồng nhất về các tính trạng nông sinh học và có ưu thế lai cao Dòng R phải là dòng thuần có nhiều ñặc tính tốt, thời gian sinh trưởng phù hợp [29], [40]

- ðặc ñiểm di truyền

Gen phục hồi tính hữu dục ñược kiểm soát bởi 1 hoặc 2 cặp gen trội nằm trong nhân tế bào Gen trội phục hồi 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 tố gây bất dục hay không thì giống ñó vẫn trở nên hữu dục Một giống lúa nào ñó chứa nhân

tố bất dục ñực trong tế bào chất mà nhân có gen trội phục hồi thì ñặc ñiểm sinh dục của nó giống như mọi cây lúa bình thường Tính bất dục tế bào chất chỉ thể hiện trong trường hợp giống nào ñó mang gen hồi phục trong nhân dưới dạng ñồng hợp tử lặn mà thôi

* Phương pháp chọn tạo dòng phục hồi hữu dục

Theo tác giả Wang S.L và Liao F.M (1993) ðể tạo dòng phục hồi mới có các phương pháp sau:

(1)Phân lập dòng phục hồi trong quần thể tự nhiên bằng lai thử và chọn lọc (2)Tạo dòng phục hồi mới bằng phương pháp lai hữu tính với các kiểu là

Rmạnh x Ryếu; Rx Các giống lúa thường, R x B và ngược lại, sau ñó chọn lọc

cá thể tốt và lai thử với dòng A ñể ñánh giá khả năng phục hồi [58]

(3) Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp xử lý ñột biến

Các tác nhân gây ñột biến vật lý (các tia α,β …) và các hóa chất gây ñột biến có tác dụng tạo ra các dòng phục hồi tính hữu dục mới, hoặc làm tăng khả năng phục hồi của các dòng sẵn có [40]

ðể có ñược hạt lai F1 cần phải thực hiện 2 lần lai với sự tham gia của 3 dòng A, B, R theo sơ ñồ:

A x B R

(nhân dòng bất dục) A x R

F1 (sản xuất hạt lai) Theo sơ ñồ này thì ñể có ñược hạt lai F1 cung cấp cho nông dân cần thực hiện 2 lần lai với tỷ lệ diện tích như sau: A/B:A/R:F1=1:50:5000

Tỷ lệ này phụ thuộc vào năng suất của ruộng nhân dòng, năng suất của ruộng sản xuất hạt lai và lượng giống F1 yêu cầu cho gieo trồng 1 ha thương phẩm Tại Trung Quốc do năng suất hạt lai tăng, tỷ lệ về diện tích tăng lên nhanh chóng từ 1:30:1000 (năm 1970) ñã tăng tới 1:50:3000 trong những năm cuối của thập kỷ 80 và gần ñây là 1:50:5000 hoặc cao hơn [12], [13]

* Thành công của phương pháp “ba dòng”

Thành công cơ bản của lúa lai ba dòng là ñã khai thác và sử dụng có hiệu quả tính bất dục ñực di truyền tế bào chất của lúa hoang dại Lần ñầu tiên các nhà khoa học Trung Quốc ñã chuyển ñược gen bất dục của lúa dại vào lúa trồng, tạo ra một “công cụ di truyền” mới là các dòng bất dục ñực tế bào chất dùng làm mẹ ñể sản xuất hạt lai và các dòng B, R Với công cụ này con người

ñã tạo ra các giống lúa lai ngắn ngày, năng suất cao chống chịu tốt, thích ứng

rộng vv …[12], [40]

* Hạn chế phương pháp ba dòng

Những tính trạng kinh tế do các gen lặn ñiều khiển cho nên ở con lai F1 không thể khai thác ñược tiềm năng này Số lượng dòng CMS hiện còn rất ít, phạm vi lai của các tổ hợp lai “ba dòng” còn hẹp, ưu thế lai mới chỉ khai thác trong phạm vi cùng loài phụ nên chưa mở rộng ñược ña dạng di truyền của các dòng bố mẹ trong một tổ hợp lai

- Các tổ hợp lai ba dòng thuộc loài phụ Japonica có năng suất cao hơn lúa thuần Japonica 5-10 % nên không hấp dẫn người sản xuất [33]

- Số lượng dòng CMS ñược tìm ra khoảng 600 dòng nhưng số dòng ñược

sử dụng còn ít, có tới 95% số dòng CMS ñang dùng thuộc kiểu bất dục

“WA” Hiện tượng ñồng tế bào chất như vậy dễ dẫn tới nguy cơ bị hại nghiêm trọng nếu như xuất hiện một loại bệnh có liên kết với gen bất dục ñực [14]

- Các dòng CMS tạo ra bằng phương pháp ñột biến, lai xa hay công nghệ sinh học (khác với kiểu “WA”) thường không ổn ñịnh nên khó sử dụng trong sản xuất hạt lai Khả năng tìm dòng phục hồi tốt bị hạn chế vì phổ phục hồi của những dòng CMS thường rất hẹp

- Quy trình duy trì dòng CMS và sản xuất hạt lai F1 rất khắt khe, cồng kềnh và tốn kém, phải trải qua 2 lần lai mới có ñược hạt lai F1 mà mỗi lần lai ñều có thể gặp ñiều kiện thời tiết bất thuận gây tốn kém lao ñộng, vật tư mà năng suất lại thấp, làm cho giá thành hạt giống cao và kế hoạch sản xuất luôn

bị thay ñổi [12], [65]

(Environmental sensitive Genic Male Sterile-EGMS)

Bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với ñiều kiện môi trường là một loại

“công cụ di truyền” mới dùng làm dòng mẹ ñể sản xuất hạt lai “hai dòng” có hai loại dòng EGMS ñang ñược phổ biến ñó là:

- Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ sensitive Genic Male Sterile: PGMS)

(Photoperiod Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ñộ (Thermo(Photoperiod sensitive Genic Male Sterile: TGMS)

Ngoài ra còn có các loại dòng bất dục ñực di truyền nhân vừa cảm ứng quang chu kỳ vừa cảm ứng nhiệt ñộ; PTGMS hoặc TPGMS hoặc các dòng TGMS ngược hoặc PGMS ngược

a/ Bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ñộ

Wu và cộng sự (1992) cho rằng: các dòng khác nhau có phản ứng khác nhau với sự thay ñổi của nhiệt ñộ ở giai ñoạn cảm ứng, nếu nhiệt ñộ trung bình là 23OC kéo dài liên tục 3 ngày thì các dòng TGMS 90336S và 90338S

sẽ chuyển từ bất dục sang hữu dục [59], nhiều tác giả khác cho rằng tính nhạy cảm với môi trường của cả hai dòng PGMS và TGMS ñều do một cặp gen lặn nằm trong nhân kiểm soát, ñược ký hiệu là pms và tms tương ứng (Wang và cộng sự 1993) [58] Năm 1995, Wang và cộng sự dùng phương pháp BSA kết hợp với kỹ thuật RFLP, RAPD ñã thành công trong việc lập bản ñồ gen tms-1 của dòng TGMS-5460S và xác ñịnh vị trí tms-1 nằm trên nhiễm sắc thể số 8 Năm 1997 các nhà khoa học viện lúa quốc tế xác ñịnh gen tms-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 6 (Nguyễn Công Tạn và cộng sự, 2002) [33] Năm 2000, Nguyễn Văn ðồng và cộng sự ñã xác ñịnh gen tms-4 nằm trên nhiễm sắc thể

số 2 [9]

Nhiệt ñộ gây chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS rất khác nhau tùy thuộc vào bản chất của mỗi dòng (Lu và cộng sự, 1994) [47] Wu và cộng

sự ñã sử dụng hai dòng TGMS là 90336S và 90338S có cùng nguồn gốc ñể nghiên cứu bản chất di truyền của sự thay ñổi nhiệt ñộ tới hạn cho bất dục phấn, với 3 ngưỡng nhiệt ñộ dưới 23oC và lớn hơn 23oC liên tục 3 ngày, nhỏ hơn 25oC và lớn hơn 25oC liên tục 3 ngày, nhỏ hơn 27oC và lớn hơn 27oC liên tục 3 ngày Sau khi nghiên cứu tác giả kết luận: Nhiệt ñộ chuyển ñổi bất dục

của 90336S thấp hơn 90338S, nghiên cứu tỷ lệ phân ly bất dục: hữu dục trong quần thể F2 ñã kết luận rằng ngưỡng chuyển ñổi bất dục thấp ñược kiểm soát bởi hai gen trội L1 và L2 Dòng 90336S có kiểu gen là L1L1L2L2 và dòng 90332S có kiểu gen là l1l1l2l2, hai gen L1 và L2 có khả năng làm giảm ngưỡng nhiệt ñộ chuyển ñổi bất dục của dòng TGMS Annông-1 [33], [60], [11]

Gen tms biểu hiện chức năng gây bất dục ñực khi gặp nhiệt ñộ trung bình ngày càng cao trên 27oC trong thời kỳ cảm ứng (bước 4 - bước 6 phân hóa ñòng) Nếu ở thời kỳ này mà nhiệt ñộ trung bình ngày càng thấp < 24oC thì gen tms biểu hiện chức năng gây hữu dục

Theo tổng kết của Nguyễn Thị Trâm (2000), thời kỳ cảm ứng của các dòng TGMS bắt ñầu từ ngày thứ 18 ñến ngày thứ 12 trước khi trổ bông tương ứng với thời kỳ phân hóa ñòng ñầu bước 4 ñến hết bước 5 [40] Theo Hoàng Tuyết Minh và Nghiêm Thị Nhạn (2002), thì giai ñoạn cảm ứng từ 20 ngày ñến 10 ngày trước khi lúa trỗ [46], trong giai ñoạn này chỉ cần 4 ngày nhiệt ñộ thấp thì ña số dòng TGMS sẽ hình thành hạt phấn hữu dục [20]

Dựa vào ñặc ñiểm bất dục của hạt phấn, người ta ñã chia dòng TGMS thành 2 kiểu bất dục-kiểu thứ nhất: bất dục ñiển hình, hạt phấn có hình thoi, tam giác, vỏ nhăn nheo…giống như dòng CMS; kiểu thứ hai: bất dục không hạt phấn: bao phấn rỗng không có hạt phấn, khi lúa trỗ thấy bao phấn có màu trắng Dòng TGMS có một số ñặc ñiểm quý như: vòi nhụy dài, ñầu nhụy to phân ra rất nhiều nhánh và còn khả năng nhận phấn ñến ngày thứ 6 sau khi nở hoa, tỷ lệ vòi nhụy thò của dòng TGMS thường cao hơn các dòng CMS [45] Sun, Yang và cộng sự (1989)phát hiện ra dòng bất dục ñực cảm ứng nhiệt ñộ ñầu tiên mang tên 5460S, thu ñược từ quần thể ñột biến của giống lúa IR54 Năm 1990, Yang và cộng sự chọn tạo ñược dòng bất dục ñực cảm ứng với nhiệt ñộ R59TS và H89-1, sau ñó Maruyama và các cộng sự (1991) thông báo

về việc chọn tạo dòng bất dục ñực cảm ứng nhiệt ñộ Norin PL-12 bằng phương pháp ñột biến [53] Những tác giả trên ñều ñưa ra kết luận rằng tính

bất dục ñực cảm ứng với nhiệt ñộ do 1 cặp gen lặn trong nhân ñiều khiển, Kinoshita (1992), ñặt tên cho gen TGMS của 5460S và Norin PL-12 là tms-1

và tms-2 [47] Năm 1991, Virmani và cộng sự ñã chọn ñược dòng TGMS mới IR32364S từ IR32364 bằng ñột biến phóng xạ [57], ngoài ra còn nhiều dòng TGMS tạo ra bằng các phương pháp khác nhau của các tác giả ở các nước khác như: dòng TGMS 822 thu ñược từ ñột biến tự nhiên giống lúa ñịa phương hay dòng TGMS – SA – 2 tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến hóa

chất của Ấn ðộ Dòng Annông S-1 do lai giữa Indica và Indica, dòng Hennong S-1 do lai xa giữa Indica và lúa dại Dòng TGMS-VN-01 của Viện

Di truyền Nông nghiệp tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến giống ñịa phương Chiêm Bầu…[33], [45] Các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược 4 gen kiểm soát tính bất dục ñực cảm ứng với nhiệt ñộ ñó là tms1, tms2, 1ms3, tms4 nằm trên nhiễm sắc thể số 8, 7, 6 và 2 [33]

b/ Bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ

Dòng PGMS cảm ứng với ñộ dài thời gian chiếu sáng trong ngày, các dòng HPGMS chọn từ quần thể giống Nongken 58S (thuộc loài phụ

Japonica) bất dục vào mùa hè khi ngày dài 14-16 giờ, hữu dục khi ñộ dài ngày ngắn < 13,75 giờ, cường ñộ ánh sáng tới hạn gây bất dục là 50 lux, ñộ dài ngày tới hạn gây chuyển ñổi tính dục là 13 giờ 45 phút ðể phát hiện bản chất di truyền của gen cảm ứng quang chu kỳ người ta tiến hành lai dòng

PGMS với các giống lúa thường thuộc loài phụ Japonica, kết quả thí nghiệm

cho thấy con lai F1 hữu dục bình thường, F2 phân ly theo tỷ lệ 3 hữu dục: 1 bất dục ñúng như ñịnh luật Menden và kết luận rằng tính cảm cảm quang chu

kỳ do một cặp gen lặn (pms) ñiều khiển gen cảm ứng quang chu kỳ có bản chất di truyền giống như gen cảm ứng nhiệt ñộ (có thể ñồng alen với gen tms), gen pms hoạt ñộng 2 chức năng: gây bất dục khi pha sang trong ngày dài và có khả năng hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn xảy ra vào thời kỳ cảm ứng (12-18 ngày trước khi trỗ bông) Tuy nhiên tính cảm ứng quang chu kỳ phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt ñộ, giới hạn nhiệt ñộ cao ảnh hưởng tới ñộ an toàn của quá trình duy trì dòng bất dục trong ñiều kiện ngày ngắn, còn giới hạn nhiệt ñộ thấp lại ảnh hưởng trực tiếp ñến quá trình sản xuất hạt lai trong ñiều kiện ngày dài ðể một dòng PGMS dễ dàng sử dụng thì giới hạn nhiệt ñộ dưới gây bất dục ñực trong ñiều kiện ngày dài cần phải thấp và khoảng nhiệt ñộ gây mẫn cảm ánh sáng cần phải rộng [12], [40]

c/ Các loại dòng bất dục ñực di truyền nhân mới phát hiện

- Dòng kháng PGMS và TGMS

Gần ñây các nhà khoa học ñã phát hiện ra hai loại dòng EGMS ở lúa có phản ứng khá ñặc thù với ñiều kiện ngoại cảnh gọi là các dòng kháng PGMS hoặc kháng TGMS Dòng kháng PGMS sẽ hữu dục bình thường trong ñiều kiện dài ngày, và trở nên bất dục trong ñiều kiện ngày ngắn Dòng kháng TGMS có phấn hữu dục trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao và bất dục khi nhiệt ñộ

thấp [29], [33], [40] Dòng kháng TGMS Diannong-1 ñược tạo ra bằng phương pháp lai xa giữa tổ hợp Zimi/Dianyn-1 với Liming hữu dục bình thường ở ñiều kiện nhiệt ñộ trên 24oC và ngược lại dưới 24oC cây bất dục (Phạm Ngọc Lương) [23]

- Dòng 2 gen: (TPGMS và PTGTMS)

Một số dòng EGMS mới có thể sử dụng làm dòng mẹ ñể phát triển lúa lai hai dòng ñó là các dòng T(P)GMS và P(T)GMS, Yuan L.P (1997) giới thiệu 4 kiểu dòng EGMS có hai cặp gen kiểm soát hoạt ñộng hai chức năng gây bất dục hoặc hữu dục, ngoài ra còn có một số gen bổ trợ hoặc liên kết [31], [33], [40] như bảng:

Bảng các dòng T(P)GMS mới và ñiều kiện biểu hiện tính dục

Ghi chú:

- Dòng PGMS cảm ứng quang chu kỳ ngắn

Các nhà nghiên cứu cho rằng dòng PGMS có ý nghĩa sử dụng nhiều hơn cho vùng Ôn ñới, tuy nhiên trong ñiều kiện Việt Nam, một dòng PGMS

có thể sử dụng ựược nếu bất dục ựực hoàn toàn khi thời gian chiếu sáng trong ngày dài hơn 12 giờ 30 phút và nhiệt ựộ cao, có phấn hữu dục và ựậu hạt khi

ựộ dài chiếu sáng trong ngày giảm xuống dưới ngưỡng ựó Như vậy có thể nhân dòng PGMS và sản xuất hạt lai F1 ở cả miền bắc và miền nam, Năm

2003, viện SHNN trường đHNN1- Hà Nội ựã nghiên cứu phân lập các dòng lúa bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng môi trường (EGMS) phù hợp với ựiều kiện Việt Nam [33], [37] và ựã thu ựược một số kết quả ban ựầu là:

- Trong quần thể F4 từ dòng số 69 của tổ hợp lai T1S/Pei Ải 64S ựã phân lập ựược 7 cá thể bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ ngắn (PGMS)

- đã phân lập ựược một dòng thuần P5S, bất dục di truyền nhân có ngưỡng chuyển ựổi tắnh dục khi ựộ dài ngày là 12 giờ 16 phút, dòng P5S ựang ựược làm thuần, lai thử ựể tìm tổ hợp lai có ƯTL cao [30]

* Ưu ựiểm

- Hệ thống lai hai dòng sử dụng các dòng EGMS mang gen lặn ựiều khiển tắnh cảm ứng với ựiều kiện môi trường, do ựó có thể duy trì dòng mẹ bằng tự thụ phấn mà không cần dòng duy trì như lúa lai ba dòng

- Có 95% dòng giống lúa thường có thể phục hồi tắnh bất dục của dòng EGMS nên việc chọn dòng phục hồi cho lúa lai hai dòng thuận lợi hơn

- Gen tms và pms ựều là gen lặn nên có thể chuyển sang các giống lúa khác bằng cách lai ựể tạo ra các dòng bất dục mới với nguồn di truyền khác nhau tránh nguy cơ ựồng tế bào chất và thu hẹp phổ di truyền [33]

- Chọn dòng EGMS và dòng cho phấn có gen tương hợp rộng ựã tạo ra lúa lai siêu cao sản thế hệ mới có năng suất cao hơn 35% so với thế hệ cũ [67]

- Công nghệ sản xuất lúa lai F1 sẽ giảm một lần lai vì vậy có thể hạ giá thành hạt lai F1 [41], [40], [13]

- Sản xuất hạt lai vẫn phải tiến hành hàng vụ và phải ñảm bảo cách ly nghiêm ngặt, nên tốn nhiều lao ñộng thủ công nặng nhọc và thường xuyên chịu rủi ro vì ñiều kiện thời tiết thay ñổi ngoài dự ñịnh

- Hiện nay giá giống lúa lai hai dòng nhập nội luôn cao hơn lúa lai ba dòng làm cho việc mở rộng diện tích bị hạn chế

Lúa lai “một dòng” thực chất là sau khi tìm ra tổ hợp lai tốt, nhà chọn giống cần cố ñịnh ưu thế lai của nó ở các thế hệ sau mà không cần sản xuất hạt lai F1 hàng vụ Yuan L.P (1993) ñã nêu ra chiến lược phát triển lúa lai, theo 3 bước:

- Bước 1: lúa lai “ba dòng” với công cụ di truyền là các dòng A, B, R phát triển mạnh mẽ cuối thế kỷ 20

- Bước 2: lúa lai “ hai dòng” với công cụ di truyền là các dòng EGMS

và dòng cho phấn sẽ thay thế hệ thống lai “ba dòng” vào ñầu thế kỷ 21

- Bước 3: lúa lai “một dòng” là bước tiến quan trọng của loài người trong việc sử dụng hiện tượng sinh sản vô phối (Apomixis) ở thực vật ñể cố ñịnh ƯTL bằng sản xuất hạt lai thuần(True-breed-hybrid Rice) [64] Ý tưởng của Yuan L.P ñã ñược nhiều phòng thí nghiêm công nghệ cao ở các nước Nhật Bản, Mỹ, Úc, Trung Quốc thực hiện ðến nay vẫn còn ñang nghiên cứu theo chiến lược ñã ñề xuất tại hội nghị “lúa vô phối” tổ chức tại Trung Quốc năm 1992

2.4 Kỹ thuật gieo cấy lúa lai thương phẩm F1

ðối với lúa lai vấn ñề mạ là quan trọng hơn nhiều bởi vì lúa lai sinh trưởng nhanh, từng giai ñoạn sinh trưởng ñều có ý nghĩa rất lớn ñối với toàn

bộ quá trình sống Mạ tốt phải ñạt tiêu chuẩn: to gan, ñanh dảnh, sạch sâu bệnh và ñược cấy ñúng tuổi

Gieo mạ ở Tây Nguyên nói chung và tỉnh ðắk Lắk nói riêng không bị ảnh hưởng nhiều bởi ñiều kiện thời tiết, có thể gieo mạ nền, mạ ném hoặc mạ dược Do hạt lai F1 có giá thành cao cho nên cần phải chọn phương án thích hợp nhất

a Mạ nền

Phương pháp làm mạ nền có nhiều ưu ñiểm hơn hẳn so với phương pháp làm mạ dược: diện tích ít hơn, thời gian trên ruộng mạ ít, mạ nhổ không

bị ñứt rễ, lúa cấy nhanh hồi xanh Tuy nhiên việc áp dụng từng ñịa phương có

sự khác nhau, nhiều ñịa phương lấy bùn ao làm nền dẫn ñến tỷ lệ mọc mầm của mạ bị ảnh hưởng nhiều, mạ dễ bị nấm gây hại làm chết chòm

b Mạ ném (ứng dụng công nghệ của Trung Quốc)

Mạ ném tiết kiệm ñược công cấy, lúa tốt nhanh, ñẻ nhánh sớm và cho năng suất cao Theo công nghệ của Trung Quốc có 4 phương thức làm mạ ném:

+ Gieo mạ khay trên ñất bùn, chăm sóc ẩm

+ Gieo mạ khay trên ñất khô, chăm sóc ẩm

+ Gieo mạ khay trên ñất khô, chăm sóc ướt

+ Gieo mạ khay trên ñất bùn, chăm sóc ướt

Mạ ném mọc khá nhanh, nếu làm vòm cẩn thận, ñảm bảo ẩm thì sau 3-

4 ngày mạ mọc ñều, dù trên nền khô hay ướt mạ mọc ñều tốt Trên nền ñất khô, khi chuẩn bị nền ñã tưới ẩm, hơi nước bốc lên ngưng lại trên nilon rồi lại rơi xuống tưới ẩm cho mạ vì vậy chỉ khi nào ñất quá khô mới cần mở ra ñể

tưới bổ sung, Khi mạ có 3 lá thật thì ñưa ra ruộng cấy

c.Thâm canh mạ dược

Làm mạ dược thâm canh với mạ thường là phải ñẻ sớm, ñẻ ñều và ñẻ nhiều, vì vậy từ khâu làm ñất phải hết sức chú ý: bón lót, phân chuồng 1- 2 kg + 30g supe lân + 10g Urê + 10g cloruakali/ m2, bón phân phải ñều trên mặt luống, sau ñó cào ñều, trang phẳng sao cho không còn nước ñọng trên mặt luống

Mật ñộ gieo mạ từ 18 - 25g hạt khô/m2 tương ñương 20 - 30g mầm/m2 Chống rét cho mạ: khi gieo mạ nếu nhiệt ñộ nếu nhiệt ñộ thấp thì phải chống rét bằng phương pháp làm vòm che phủ nilon trong Mạ thâm canh to khoẻ khi cấy sức chống chịu rét tốt hơn rất nhiều so với mạ non, mạ ñã ñẻ nhánh nên khi cấy cần ít dảnh cơ bản hơn nhưng tổng số dảnh thậm chí nhiều hơn Do nhánh ñược ñẻ ngay trên ruộng mạ nên bông to tương ñương so với bông chính

ðể ñạt ñược một vụ lúa lai năng suất cao, người sản xuất phải nắm ñược toàn bộ quá trình sinh trưởng phát triển của cây Các biện pháp kỹ thuật như thời vụ tuổi mạ, mật ñộ, khoảng cách, số dảnh cấy, kỹ thuật làm ñất, bón phân, tưới nước, phòng trừ sâu bệnh, luân canh cây trồng… phải tập trung giải quyết các mục tiêu chính là:

+ ðiều khiển cho ruộng lúa lai trỗ bông, nở hoa vào thơì kỳ thích hợp nhất + Tạo ra một quần thể tối ưu ñể ñặt năng suất cao

+ ðiều khiển quần thể sao cho ít sâu bệnh, cứng cây màu sắc phù hợp với từng giai ñoạn sinh lý của cây

3 ðỐI TƯỢNG, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 ðối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu

Bảng 3.1 Nguồn gốc đối tượng nghiên cứu

Việt Lai 50 ðHNN I TH5-1 Viện sinh học NN I Việt Lai 24 Viện nghiên cứu lúa Việt Lai 45 ðHNN I Việt Lai 20(đ/c) ðHNN I R50 Chọn tao trong nước R24 Chọn từ tập đồn nhập nội R1 Chọn từ tập đồn nhập nội R45 Chọn tạo trong nước R20 Chọn từ tập đồn nhập nội

- Việt Lai 24 (VL24): là tổ hợp được lai giữa dịng mẹ 103s bất dục đực

di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ (TGMS) và dịng bố R24

- Việt Lai 45 (VL45): là tổ hợp được lai giữa dịng mẹ 103s bất dục đực

di truyền nhân cảm ứng nhiệt độ (TGMS) và dịng bố R45

- Việt Lai 50 (VL50): là tổ hợp ñược lai giữa dòng mẹ 135s bất dục ñực

di truyền nhân cảm ứng nhiệt ñộ (TGMS) và dòng bố R50

- TH5-1: là tổ hợp ñược lai giữa dòng mẹ P5s bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ và dòng bố R1

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Các ch ỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, năng suất và các yếu tố cấu

3.2.3 T ương quan giữa các ñặc tính nông học và các yếu tố cấu thành

n ăng suất và năng suất

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm ñược bố trí theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCB) 3 lần nhắc lại, gồm 13 nghiệm thức Tổng số ô cơ sở là 39 ô, khoảng cách giữa các ô là 50cm, khoảng cách giữa các lần nhắc lại là 50cm, hàng rào bảo vệ 100cm, diện tích mỗi ô 10m2 Tổng diện tích các ô thí nghiệm: 390m2

Sơ ñồ bố trí ô thí nghiệm

- Thời gian gieo mạ và cấy: vào vụ đông - Xuân: gieo mạ 03/01/2007, cấy 23/01/2007 (khi mạ 3 - 4 lá)

- Kỹ thuật cấy: cấy 1 dảnh/khóm với mật ựộ cấy 40 khóm/m2

Bón thúc ựẻ nhánh

%(kg)

Bón ựón ựòng

%(kg) Urê 30(90) 50(150) 20(60)

- Phòng trừ sâu bệnh và chăm sóc ô thắ nghiệm

- Chế ựộ nước tưới sau cấy 3 - 4cm, thời kỳ thúc ựẻ nhánh 3 - 5cm, cuối