Luận văn thạc sĩ đánh giá và tuyển chọn một số dòng TGMS mới trong chọn giống lúa lai hai dòng

suất cao, chất lượng tốt thích nghi với điều kiện ở Việt Nam như là giống lúa lai Việt Lai 20; giống TH3-3; Việt Lai 24 và một số tổ hợp rất có triển vọng như: Việt Lai 45, Việt Lai 50..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-& -

NGUYỄN THỊ THU

ĐÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN MỘT SỐ DÒNG TGMS MỚI

TRONG CHỌN GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

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

HÀ NỘI - 2008

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Hoan cán bộ giảng dạy Bộ môn Di truyền và Chọn giống, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài và bản luận văn Thạc sĩ nông nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Viện nghiên cứu lúa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện về thời gian và vật chất để tôi thực hiện và hoàn thành đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn, tập thể các thầy cô khoa sau đại học, Bộ môn

Di truyền và Chọn giống cây trồng trong Khoa Nông học, Khoa Sau Đại học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Để hoàn thành được khoá học này, tôi còn nhận được sự động viên, hỗ trợ rất lớn về vật chất, về tinh thần của gia đình, bạn bè Tôi xin trân trọng biết ơn những tình cảm cao quý đó!

Hà Nội, ngày 15 tháng 9 năm 2008 Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN.……….i

LỜI CẢM ƠN ………ii

MỤC LỤC………iii

DANH MỤC CÁC BẢNG.……… vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ……… viii

1 MỞ ĐẦU - 1 -

1.1 Đặt vấn đề - 1 -

1.2 Mục đích của đề tài - 2 -

1.3 Yêu cầu của đề tài - 2 -

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU - 3 -

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài - 3 -

2.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài - 5 -

2.3 Một số nghiên cứu xác định cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai - 6 - 2.4 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa - 8 -

2.4.1 Đặc tính di truyền và sự biểu hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh dưỡng (ưu thế lai sinh dưỡng) - 8 -

2.4.2 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng - 11 -

2.4.3 Di truyền tính chống chịu - 12 -

2.4.4 Ưu thế lai ở các đặc tính sinh lý - 13 -

2.4.5 Ưu thế lai trên các cơ quan sinh sản - 13 -

2.4.6 Hình thái bông - 14 -

2.5 Nghiên cứu và phát triển các dạng bất dục đực ứng dụng trong sản xuất lúa lai - 15 -

2.5.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai hệ “ 3 dòng” - 15 -

2.5.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai hệ “2 dòng” - 17 -

2.6 Các phương pháp chọn tạo dòng EGMS - 25 -

2.6.1 Nhập nội - 25 -

2.6.2 Lai và chọn lọc phả hệ (pedigree) - 25 -

2.6.3 Lai trở lại (backcross) - 26 -

2.6.4 Tạo dòng EGMS bằng phương pháp gây đột biến - 26 -

2.7 Tiêu chuẩn của dòng EGMS tốt - 27 -

2.8 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ - 27 -

2.9 Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa lai ở Việt Nam 30

-3 VËt liÖu, néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 32

-3.1.Vật liệu nghiên cứu - 33 -

3.2 Nội nung nghiên cứu - 33 -

3.3 Phương pháp nghiên cứu - 33 -

3.4 Phương pháp xử lý số liệu - 37 -

4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - 38 -

4.1 Kết quả đánh giá sơ bộ các dòng TGMS trong vụ mùa 2007 - 38 -

4.1.1 Thời gian từ gieo đến trổ và thời gian sinh trưởng của các dòng TGMS nghiên cứu - 39 -

4.1.2 Một số tính trạng số lượng của các dòng mẹ trong thí nghiệm - 41 -

4.1.3 Đặc điểm về lá đòng của các dòng mẹ trong thí nghiệm - 44 -

4.1.4 Tỷ lệ vòi nhụy vươn ra ngoài vỏ trấu và khả năng nhận phấn của các dòng TGMS - 45 -

4.1.5 Một số đặc điểm hình thái của các dòng mẹ trong vụ mùa 2007 - 47 -

4.1.7 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng mẹ trong thí nghiệm - 52 -

4.2 Đánh giá một số đặc điểm của các dòng bố, mẹ trong vụ xuân 2008 - 55 - 4.2.1 Thời gian từ cấy đến trỗ và thời gian sinh trưởng của các dòng TGMS trong vụ xuân 2008 - 55 -

4.2.2 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng mẹ - 56 -

4.3 Đánh giá các tổ hợp lai F1 trong vụ xuân 2008 - 58 -

4.3.1 Thời gian từ gieo đến trỗ và thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2008 - 58 -

4.3.2 Đặc điểm ba lá cuối cùng của các tổ hợp lai trong thí nghiệm vụ xuân 2008 - 61 -

4.3.3 Một số đặc điểm về thân và bông của các tổ hợp - 63 -

4.3.4 Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai trong thí nghiệm - 67 -

4.3.5 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các tổ hợp lai - 69 -

4.3.6 Phản ứng của các tổ hợp lai với các chủng vi khuẩn bạc lá lây nhiễm - 71 -

4.3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai vụ xuân 2008 - 73 -

4.4 Đánh giá một số thông số di truyền - 76 -

4.4.1 Kết quả phân tích phương sai theo mô hình Kempthorne (1957) - 76 -

4.4.2 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ - 78 -

4.4.3 Giá trị UTL thực và UTL chuẩn trên một số tính trạng - 85 -

4.5 Tuyển chọn các dòng mẹ đạt mục tiêu - 90 -

4.6 Tuyển chọn các tổ hợp có triển vọng vụ xuân 2008 - 91 -

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ - 95 -

5.1 Kết luận - 95 -

5.2 Đề nghị - 96 -

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Thời gian từ gieo đến trỗ và thời gian sinh trưởng của các dòng mẹ trong vụ mùa 2007……… - 39 - Bảng 4.2 Một số tính trạng số lượng của các dòng mẹ trong thí nghiệm… - 41 -Bảng 4.3 Đặc điểm về lá đòng của các dòng mẹ trong thí nghiệm…… - 44 - Bảng 4.4 Tỷ lệ vòi nhụy vươn ra ngoài vỏ trấu và khả năng nhận phấn của các dòng TGMS trong thí nghiệm……… - 46 -Bảng 4.5 Một số đặc điểm hình thái của các dòng mẹ trong vụ mùa 2007.- -

64

Bảng 4.12b Một số đặc điểm về bông của các tổ hợp trong thí nghiệm 66 Bảng 4.13.Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai trong thí nghiệm - 67 -

Bảng 4.14 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các tổ hợp lai 70 Bảng 4.15 Phản ứng của các tổ hợp lai với các chủng vi khuẩn bạc lá lây nhiễm - 72 -

Bảng 4.17 Phân tích phương sai theo mô hình Kempthorne (1957)…… 77

Bảng 4.18 Đánh giá khả năng kết hợp chung trên một số tính trạng…… 81

của các dòng bố mẹ 81 Bảng 4.19 Đánh giá khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ ở… 84

Bảng 4.20a Giá trị UTL thực và UTL chuẩn trên một số tính trạng số lượng 86 -Bảng 4.20b Giá trị UTL thực và UTL chuẩn trên các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 89

Bảng 4.21 Đặc điểm các dòng mẹ được tuyển chọn……… 91

Bảng 4.22 Mục tiêu đề ra và kết quả chọn lọc……… 93

Bảng 4.23 Một số đặc điểm của các tổ hợp lai triển vọng……… 93

EGMS Bất dục đực mẫn cảm với môi trường ký hiệu theo tiếng

Anh (Enviroment – sensitive Genic Male Sterility)

P(T)GMS

Bất dục đực mẫn cảm với quang chu kỳ chiếu sáng và nhiệt độ

ký hiệu tiếng Anh (Photoperiodic and Thermo – sensitive Genic Male Sterility)

TGMS Bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ ký hiệu theo tiếng anh

(Themo-sensitive Genic Male Sterility)

T(P)GMS

Bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ và chu kỳ chiếu sáng ký hiệu theo tiếng Anh ( Thermo and photoperiodic – sensitve Genic Male Sterility)

CS Cộng sự

FAO Tổ chức nông lương quốc tế ký hiệu tiếng anh (Food and

Agricalture Organization of the United Nation) BTST Bồi tạp sơn thanh

1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Cây lúa (Oryza sativa) có tầm quan trọng sống còn đối với hơn một

nửa dân số thế giới, là cây lương thực chủ yếu trong bữa ăn của hàng tỷ người Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ La Tinh, khu vực Trung Đông và trong tương lai

nó sẽ là cây lương thực hàng đầu của họ

Sản xuất lúa gạo từ lâu đã trở thành nghề truyền thống của nông dân Việt Nam, nó đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế nông nghiệp và nông thôn Việt Nam Do đó, đảm bảo nhu cầu lúa gạo cho tiêu dùng có ý nghĩa quyết định tới ổn định xã hội, thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước Trong thời kỳ 20 năm đổi mới, một bước ngoặt quan trọng đẩy năng suất lúa của Việt Nam tăng lên một cách đột biến đưa Việt Nam từ một nước phải nhập khẩu lương thực trở thành một nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới Đạt được thành tựu to lớn này là do có đổi mới cơ chế quản lý và ứng dụng thành công nhiều thành tựu tiến bộ trên thế giới đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ lúa lai vào sản xuất Lúa lai đã khẳng định vị trí nhất định trong cơ cấu giống cây trồng, góp phần làm tăng thu nhập trên đơn vị diện tích canh tác của nhiều vùng trồng lúa Tuy nhiên, các giống lúa lai hiện đang trồng ở Việt Nam chủ yếu là nhập từ Trung Quốc với giá thành cao, thậm trí

có lúc nhập hạt giống không đảm bảo chất lượng như là: chưa đúng chủng loại, độ thuần không đảm bảo dẫn đến giống bị nhiễm sâu bệnh, năng suất thấp, chất lượng gạo chưa phù hợp với thị hiếu của người Việt Nam

Để khắc phục dần những thực trạng trên, một chương trình lúa lai dưới

sự chỉ đạo của Bộ Nông Nghiệp và phát triển nông thôn với sự trợ giúp của FAO đã hình thành một hệ thống nghiên cứu, phát triển lúa lai trong cả nước Bước đầu các cơ sở nghiên cứu trong nước đã tạo ra các giống lúa lai năng

suất cao, chất lượng tốt thích nghi với điều kiện ở Việt Nam như là giống lúa lai Việt Lai 20; giống TH3-3; Việt Lai 24 và một số tổ hợp rất có triển vọng như: Việt Lai 45, Việt Lai 50 v.v Các tổ hợp lúa lai 2 dòng trên được tạo ra

từ các dòng mẹ bất dục đực chức năng di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ (TGMS) Vì vậy có thể nói, thành công trong việc gây tạo các dòng TGMS ở Việt Nam đã mở ra nhiều triển vọng trong việc phát triển lúa lai 2 dòng ở nước ta Do đó, công việc nghiên cứu kỹ một số đặc điểm nông sinh học, khả năng kết hợp và độ ổn định bất dục là rất cần thiết Căn cứ vào cơ sở trên chúng tôi tiến hành đề tài:

“Đánh giá và tuyển chọn một số dòng TGMS mới trong chọn giống lúa lai hai dòng”

1.2 Mục đích của đề tài

- Tuyển chọn các dòng TGMS ưu tú nhất, có khả năng kết hợp cao

- Tuyển chọn được một số tổ hợp lai mới

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Đánh giá tập đoàn các dòng TGMS

- Đánh giá khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng của các dòng TGMS từ đó chọn ra các dòng TGMS ưu tú

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Ưu thế lai là một thuật ngữ để chỉ tính hơn hẳn con lai F1 so với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất và các đặc tính khác [3],[25] Việc sử dụng rộng rãi giống lai vào sản xuất đã góp phần làm tăng năng suất nhiều loại cây trồng, đặc biệt là các cây lương thực, cây thực phẩm làm tăng thu nhập cho người nông dân, tăng hiệu quả của sản xuất nông nghiệp, một ngành vốn có hiệu quả kinh tế thấp

Năm 1926, J.W Jones (nhà thực vật học người Mỹ) lần đầu tiên báo cáo

về sự xuất hiện ưu thế lai trên những tính trạng số lượng và năng suất lúa Tiếp sau đó, có nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai

về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất, (Anonymous, 1977; Li, 1977; Lin và Yuan, 1980); về sự tích luỹ chất khô (Rao, 1965; Jenning, 1967; Kim, 1985); về sự phát triển bộ rễ (Anonymous, 1974); về cường độ quang hợp, diện tích lá (Lin và Yuan, 1980; MC Donal và CS, 1971; Wu và CS, 1980) [35],[37] Tuy nhiên lúa là cây tự thụ phấn điển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do đó khai thác ưu thế lai ở lúa đặc biệt khó khăn ở khâu sản xuất hạt lai F1 Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu khá sớm nhằm tìm cách sản xuất hạt giống lúa lai như các nhà khoa học Ấn Độ Kadam (1937), Amand và Murti (1968), Ricsharia (1962), Swaminathan và CS (1972), các nhà khoa học Nhật Bản như Shinjyo và Omura (1966), các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) như Athwal và Virmani (1972) và nhiều nhà khoa học

ở nhiều nước khác Song họ chưa tìm ra phương pháp thích hợp để sản xuất hạt lai nên họ đã không thành công [3],[25]

Những năm đầu của thập kỷ 60, Yuan Long Ping (Trung Quốc) đã cùng

đồng nghiệp phát hiện được cây lúa dại bất dục trong loài lúa dại: Oryza fatua

spontanea tại đảo Hải Nam Sau khi thu về, nghiên cứu, lai và tạo ra những vật liệu di truyền mới giúp cho việc khai thác ưu thế lai thương phẩm Các vật liệu di truyền này bao gồm các dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility: CMS, dòng A), dòng duy trì tính bất dục đực (Maintainer, dòng B), dòng phục hồi tình hữu dục (Restorer, 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 đầu tiên như Nam Ưu số 2, San Ưu số 2, Uỷ ưu số 6 Năm 1973

đã công bố nhiều dòng CMS, dòng B tương ứng và các dòng R như IR24, IR661 v.v đánh dấu sự ra đời của hệ thống “lai ba dòng” và đã mở ra bước ngoặt trong lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa với giống lúa lai và công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai [3],[47]

Ưu thế lai được khai thác thành công ở lúa nhờ sử dụng vật liệu bất dục đực làm mẹ trong sản xuất hạt lai Thành tựu của lúa lai có thể xem là cuộc cách mạng xanh lần thứ 2 trong nông nghiệp Lúa lai đã làm tăng đáng kể tổng sản lượng lương thực trên toàn thế giới Ở Việt Nam lúa lai đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây Năng suất lúa lai tăng từ 20% đến 30%

so với lúa thường cùng trà ( Nguyễn Công Tạn, 2002) [3]

Theo Yuan Long Ping 1995 lúa lai hai dòng có những tiến bộ hơn hẳn lúa lai hệ ba dòng về cả năng suất, chất lượng và thời gian sinh trưởng Có thể nói lúa lai “hai dòng” là bước tiến mới của loài người trong công cuộc ứng dụng ưu thế lai ở cây lúa Hai công cụ di truyền cơ bản để phát triển lúa lai

“hai dòng” là dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt

độ - TGMS (Thermosensitive genic male sterile) và bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng - PGMS (Photoperiod sensitive genic male sterile) Tính chuyển hoá từ bất dục sang hữu dục và ngược lại

dòng TGMS và PGMS gây ra do điều kiện môi trường - EGMS (Environment sensitive genic male Sterile) [8],[10],[50]

Khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh tương đối rõ rệt, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng các dòng TGMS Nhiều nghiên cứu của các tác giả trong nước đã cho biết có thể lợi dụng sự thay đổi của nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất lúa lai hai dòng [4],[18]

Tuy nhiên hiện nay các vật liệu chọn giống lúa lai hai dòng đang được

sử dụng ở Việt Nam phần lớn có nguồn gốc nhập nội từ IRRI và Trung Quốc Một số dòng mẹ mới đã được chọn tạo song số lượng còn rất hạn chế Vì vậy,

để tạo nhiều tổ hợp lai tốt, khai thác một cách tối đa ưu thế lai ở lúa nhằm nâng cao cao năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu, giải quyết được nhu cầu của thị trường chúng ta cần phải có nhiều dòng mẹ TGMS tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu của nước ta có khả năng kết hợp tốt và cho ưu thế lai cao

2.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất đối với hàng tỷ người dân châu

Á Tuy nhiên khoảng 20 năm nữa, khi dân số các nước tăng lên, đô thị phát triển, nguồn tài nguyên nước sẽ ngày càng cạn kiệt, thì vấn đề lương thực luôn luôn là mối quan tâm của nhiều quốc gia Đặc biệt là gần đây, tốc độ tăng bình quân năng suất lúa ở châu Á đã có xu hướng chậm lại Trong những năm từ 1962 đến 1970, tốc độ tăng là 2,4%, sang giai đoạn 1971-1980 là 1,76%; 1981-1990 là 2,34% nhưng đến năm 1991-1998 chỉ còn 0,98%, bằng khoảng 98% so với những năm 80 của thế kỷ trước[3]

Lúa lai có thể cho năng suất tăng hơn từ 20%-30% so với lúa thường và

đã được Trung Quốc nước đầu tiên trên thế giới sử dụng sử dụng ưu thế lai ở lúa vào sản xuất đại trà Nhờ mở rộng diện tích gieo cấy lúa lai nhanh chóng, nên mặc dù diện tích lúa của Trung Quốc đã giảm đi một cách rõ rệt từ 36,5

triệu ha năm 1975 xuống còn 30,5 triệu ha năm 2000 nhưng sản lượng lúa tăng lên đáng kể theo các năm từ 128,726 triệu tấn (1975) lên 190,111 triệu tấn (2000), trong đó đóng góp của lúa lai (tính đến năm 1990) đã làm tăng thêm 300 triệu tấn thóc, nhờ vậy mà Trung Quốc vẫn có thể nuôi hơn 1 tỷ người (chiếm trên 22% dân số thế giới) và đạt được an ninh lương thực quốc gia trong tình trạng diện tích đất trồng trọt ngày càng giảm (chiếm khoảng 7% diện tích đất trồng thế giới) Chương trình lúa lai đã góp phần đẩy nhanh tốc

độ tăng năng suất từ 3,5 tấn/ha lên 6,2 tấn/ha trong khoảng thời gian 25 năm [3],[47]

2.3 Một số nghiên cứu xác định cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai

Một vài phương pháp sinh học đã được dùng để nghiên cứu cơ sở di truyền của ưu thế lai Chúng bao gồm khả năng kết hợp (Sprague và Tatum, 1942) phân tích 3 và 6 thông số (Jink và Jones, 1958); dùng vật liệu thử (Mather và Jinks, 1972); lai dialen (Hayman, 1954; Griffing, 1956 a,b) và lai

3 (Triple test cross analysis – Kearsey và Jicks, 1968) [32] Tuy nhiên, những nghiên cứu này còn có những hạn chế nhất định như: Những nghiên cứu của gen kiểm soát tính trạng năng suất còn rất ít và chỉ trên quần thể nhỏ với mật

độ cấy thưa hơn so với thực tế sản xuất Mặt khác các đánh giá chỉ hạn chế ở một điểm hoặc trong một năm (Kim và Rutger, 1988)[33]

Nghiên cứu về khả năng kết hợp có liên quan đến ưu thế lai được thực hiện bởi Kim và Rutger (1988), Virmani (1994 a) Tất các nghiên cứu của các tác giả trên đều sử dụng lai diallen theo mô hình của Griffing (1956 a,b) có nhắc lại hoặc không nhắc lại Trừ một vài trường hợp ngoại lệ, còn hầu hết các nghiên cứu đều kết luận GCA và SCA quyết định đến tính trạng năng suất

và do tác động cộng tính hoặc không cộng tính của các gen [17],[33]

Nhiều nhà nghiên cứu cũng tìm hiểu khả năng kết hợp của các yếu tố cấu thành năng suất và các tính trạng nông học khác Các tính trạng này được

biểu hiện dưới tác động cộng tính và không cộng tính của gen Để dự đoán các yếu tố cấu thành năng suất, thường GCA ảnh hưởng lớn hơn SCA

Các nghiên cứu về khả năng kết hợp thực hiện tại IRRI, (Young, 1987; Peng và Virmani, 1990) đã chứng minh: ảnh hưởng khá chặt của GCA giữa các

bố mẹ và ảnh hưởng của SCA đối với năng suất của các con lai Sự biến động của SCA cao hơn GCA về mặt năng suất ở một số điểm nghiên cứu [17]

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 nghiên cứu đã được tiến hành nhằm xác định cơ sở di truyền để khai thác triệt để ưu thế lai ở lúa

Hầu hết các công bố đều khẳng định ưu thế lai ở lúa đã vượt lúa thường cùng mức đầu tư từ 20%-30% Ưu thế lai thể hiện ở hầu hết các tính trạng nông sinh học và kinh tế quan trọng như chiều cao cây, thời gian từ gieo đến

nở hoa, năng suất chất khô, chỉ số thu hoạch, tính trạng của rễ, chỉ số diện tích

lá, khả năng chịu nhiệt và các tác nhân khác Mức ưu thế lai được cải thiện theo thời gian: giai đoạn từ 1970-1980, lúa lai vượt lúa thường về năng suất từ 20-30%; giai đoạn từ 1981-1990 vượt 29%-45% và 1991-1997 vượt 30%-49% (Yuan và cs, 1994-1997) [52]

Kết quả nghiên cứu của các nước ngoài Trung Quốc mức ưu thế lai chuẩn của lúa lai đạt 17% đã được quan sát trên các thí nghiệm đánh giá năng suất tại IRRI và các chương trình nghiên cứu lúa lai của một số quốc gia như: Việt Nam, Philippin, Ấn Độ, Mỹ, Triều Tiên, Ai Cập

Tháng 5 năm 2001, hội nghị về hoạch định chính sách cho phát triển lúa lai quốc tế đã diễn ra tại Hà Nội Yuan Long Ping, đã báo cáo về những kết quả nghiên cứu mới nhất và chiến lược phát triển lúa lai trong thế kỷ 21 tại Trung Quốc Ông và cộng sự đã tạo ra các tổ hợp lai 2 dòng siêu năng suất

như Peiai64S/E32 đạt 15,7 tấn/ha và Peiai64S/9311 năng suất đạt 17,4 tấn/ha Ngoài ra gần đây Trung Quốc đã công bố một vài thành tựu về lập bản đồ gen của lúa lai F1 Nhờ nghiên cứu và phát triển lúa lai, Trung Quốc đã giảm diện tích trồng lúa để trồng các cây có giá trị cao mà vẫn đảm bảo tổng sản lượng lương thực cho đất nước của họ với dân số 1,3 tỷ người Những dẫn liệu trên đây nói lên một điều là nghiên cứu và phát triển lúa lai là bước đi phù hợp với

xu thế chung của thời đại và mang lại hiệu quả kinh tế cao Nhà nước cần quan tâm và đầu tư thích đáng để chúng ta có thể làm chủ và khai thác tối đa tính ưu việt của công nghệ lúa lai[17]

2.4 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa

Có nhiều công trình nghiên cứu xác nhận sự xuất hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, những biểu hiện

ấy có thể được quan sát ở các đặc tính hình thái và đặc tính sinh lý, sinh hoá, năng suất, chất lượng, khả năng thích ứng, chống chịu…Ưu thế lai thể hiện ngay từ khi hạt mới nẩy mầm cho đến khi hoàn thành quá trình sinh trưởng phát triển của cây

2.4.1 Đặc tính di truyền và sự biểu hiện ưu thế lai trên các cơ quan sinh dưỡng (ưu thế lai sinh dưỡng)

a Hệ rễ

Rễ lúa là bộ phận gắn kết vào đất đồng thời hút chất dinh dưỡng và nước nuôi sống cây vì vậy hoạt động của bộ rễ rất quan trọng với sự phát triển của cây lúa và là định hướng lai tạo giống lúa mới Kết quả thực nghiệm ở trường đại học Vũ Hán chứng tỏ rằng hoạt động của rễ ở lúa lai bao giờ cũng cao hơn so với 2 dòng bố mẹ từ giai đoạn đẻ nhánh đến giai đoạn trỗ [25] Các kết quả nghiên cứu xác nhận rằng ở con lai số lượng rễ ra sớm, ra nhiều và nhanh hơn bố mẹ chúng Chất lượng rễ được đánh giá thông qua độ dầy của rễ, khối lượng khô, số lượng rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt động

hút chất dinh dưỡng từ rễ lên cây (Anonymous 1977, Lin và Yuan 1980, Tian

và cộng sự 1980 v.v…)[25],[35] Chính vì những ưu thế phát triển của hệ rễ như trên mà lúa lai có khả năng thích ứng rộng với điều kiện bất thuận như ngập, úng, hạn, phèn, mặn (Deng Y, 1980, Ekanayake IJ và cộng sự, 1986, Senadhira D và Virmani SS, 1987) [29],[30]

Lúa lai có khả năng hấp thu, vận chuyển dinh dưỡng gấp 2-3 lần lúa thường Khác với lúa thường, tuy bộ rễ của lúa lai phát triển mạnh song rất dễ lan, dễ mục sau khi thu hoạch nên dễ làm đất, đất xốp, để lại nhiều chất hữu

cơ cho đất lúa

b Sự đẻ nhánh

Số nhánh lúa và động thái đẻ nhánh là một trong những mục tiêu mà nhà chọn giống đưa ra để chọn tạo giống mới

Theo kết quả nghiên cứu cho rằng đối với lúa thì số nhánh đẻ của một

cá thể có di truyền số lượng với hệ số di truyền thấp đến trung bình Nếu một trong hai bố mẹ có khả năng đẻ nhánh khoẻ thì con lai đẻ khoẻ và ở các thế hệ phân ly sẽ xuất hiện những cá thể đẻ khoẻ với tần số cao [3]

Đẻ nhánh là một đặc tính sinh học của cây lúa, liên quan chặt đến quá trình hình thành số bông và năng suất sau này Trong điều kiện cấy 1-2 dảnh

và cấy thưa cây lúa có thể đẻ được 20-30 nhánh Theo Bùi Huy Đáp, cấy một dảnh ngạnh trê và cấy thưa trong vụ mùa, giống lúa Tám có thể đẻ được 232 nhánh trong đó có 101 nhánh thành bông [5]

Nghiên cứu các tổ hợp lai cho nhận xét rằng kiểu đẻ nhánh chụm và đứng thẳng là do gen lặn quy định còn kiểu đẻ nhánh xoè là trội [25] Con lai F1 đẻ nhánh sớm, sức đẻ nhánh mạnh Thí nghiệm cấy một dảnh của Trường Đại học Nông nghiệp Hồ Nam cho nhận xét: 23 ngày sau cấy giống lúa lai Nam Ưu đẻ được 15,75 dảnh còn giống Quảng Xuân - giống lúa thường tốt nhất trong vùng chỉ đẻ được 10,12 dảnh (Chang và cộng sự 1971, 1973) [25]

Theo đề xuất của Yuan Long Ping, cây lúa lai cần phải đẻ nhánh ở mức trung bình, khi chín đầu bông uốn cong cách mặt ruộng 60cm, lá đòng luôn che khuất bông [3]

Con lai F1 đẻ nhánh sớm, sức đẻ nhánh mạnh Con lai vừa đẻ nhánh khoẻ vừa có tỷ lệ hữu hiệu cao Số lượng hạt trên bông cũng nhiều hơn lúa thường (Chang và cộng sự 1971, 1973) [25]

Theo Guliere P (1975) xác định có 4 gen kiểm tra chiều cao cây Khi nghiên cứu các dạng lùn tự nhiên và đột biến ông nhận thấy có trường hợp tính lùn được kiểm tra bởi 1 cặp gen, có trường hợp bởi 2 cặp gen và đa số

trùng hợp do 8 cặp gen kiểm tra là d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 và d8 [7]

Gen lùn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo ra kiểu cây lý tưởng, ở lúa có 2 kiểu gen lùn chính trong tự nhiên, ngoài ra còn có một số kiểu gen lùn do đột biến tự nhiên hay nhân tạo Các cặp gen lặn sẽ làm cho các lóng bị rút ngắn nhưng không rút ngắn chiều dài bông Gen lùn có hệ số

di truyền cao nhưng không liên kết với gen làm nhỏ hạt vì vậy được sử dụng khá rộng rãi trong các chương trình cải tiến vật liệu bố mẹ lúa lai [3]

Chiều cao của lúa lai cao hay thấp phụ thuộc vào đặc điểm của bố mẹ, tùy từng trường hợp, chiều cao của F1 có lúc biểu hiện ưu thế lai dương (Pillai, 1961; Singh, 1978), có lúc nằm trung gian giữa bố và mẹ có lúc lại xuất hiện ưu thế lai âm Vì chiều cao liên quan đến tính đổ trên đồng ruộng nên khi chọn bố mẹ phải chú ý đúng mức để con lai F1 cao tương đương với giống nửa lùn cải tiến là thích hợp [25]

Cải thiện dạng hình thấp cây nhằm tạo điều kiện cho chúng tiêu thụ 1kg dinh dưỡng khá trong đất để đạt năng suất cao (Corkoa và Hanson, 1980) Cây cao từ 90 - 100cm được coi là lý tưởng về năng suất (Akita, 1989) Theo Jenning (1979) cây có chiều cao thích hợp từ 80-100cm và có thể đến 120cm

Nếu thân không cứng khoẻ, thân không dày, mặc dù tổng hợp chất xanh tăng cũng sẽ dẫn tới đổ ngã, tán che khuất lẫn nhau làm gia tăng một số bệnh dẫn tới năng suất giảm [6]

Kết quả nghiên cứu của Jenning (1981) cho rằng lá đòng dài và di truyền độc lập không liên quan với gen lặn điều khiển độ dài thân, đặc điểm này rất quan trọng bởi vì có thể chuyển gen lùn sang những giống có tính trạng mong muốn mà vẫn giữ được tính lùn [3]

Lá đứng được kiểm tra bởi 1 gen lặn có hệ số di truyền cao, cặp gen này có tác dụng đa hiệu vừa gây nên thân ngắn, vừa làm cho bộ lá đứng thẳng, cứng và ngắn, độ dài lá có quan hệ đa hiệu với gen xác định chiều cao cây, nhưng còn bị chi phối của điều kiện môi trường, độ dày lá có quan hệ chặt với tiềm năng năng suất lúa [7]

2.4.2 Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng

Thời gian sinh trưởng của cây lúa tính từ khi hạt thóc nảy mầm cho đến khi chín, thay đổi từ 90-180 ngày tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh Nắm được quy luật thay đổi thời gian sinh trưởng của cây lúa là cơ sở chủ yếu

để xác định thời vụ gieo cấy, cơ cấu giống, luân canh tăng vụ ở các vùng khác nhau [3]

Lai các dòng bố mẹ có thời gian sinh trưởng khác nhau (trừ các giống chín muộn cảm quang) tất nhiên sẽ chọn được tổ hợp có thời gian sinh trưởng ngắn đến trung bình [3],[8],[25]

Lúa lai có thời gian sinh trưởng ngắn hơn các giống lúa thường vì hầu hết các dòng mẹ đang sử dụng hiện nay có thời gian sinh trưởng cực ngắn đến ngắn khi lai với dòng R sinh trưởng trung bình, con lai có thời gian sinh trưởng trung gian giữa bố và mẹ Thời gian sinh trưởng của cây lúa biến động trong phạm vi rộng, là tính trạng số lượng do nhiều gen cùng kiểm soát Khi lai hai giống lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau, con lai F1 của đa số tổ hợp lai biểu hiện hiệu ứng cộng tính Quần thể F2 phân ly tăng tiến âm hoặc

dương, chín sớm hơn bố mẹ ngắn nhất hoặc muộn hơn bố mẹ dài nhất [3],[7]

Đa số con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố

mẹ sinh trưởng dài nhất (Deng,1980; Lin và Yuan 1980) Xu và Wang (1980) nhận xét rằng thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của dòng bố phục hồi (dòng R) Ponnuthurai (1984) xác định thời gian sinh trưởng của con lai gần giống thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc dòng mẹ chín muộn[7],[20],[25]

2.4.3 Di truyền tính chống chịu

Đặc tính chống sâu bệnh ở lúa lai đa số do gen trội hoặc trội không hoàn toàn kiểm tra Nếu một trong hai bố mẹ mang gen chống chịu sâu bệnh thì sau đó được truyền cho con lai F1 và dễ dàng mất đi ở các thế hệ phân ly

Vì vậy tiềm năng năng suất cao dễ dàng kết hợp với khả năng chống chịu nhiều dòng tạo cho con lai chống chịu sâu bệnh tốt [10],[25]

Nếu bố mẹ có những đặc điểm tốt được lai với nhau có thể giữ lại tính trạng đó ở đời sau làm cho con lai F1 hoàn thiện hơn, ví dụ dòng mẹ Shanưu

6 có đặc điểm nổi bật như chống đạo ôn, thời gian sinh trưởng ngắn, đẻ nhánh yếu, khối lượng 1000 hạt nặng Dòng bố IR26 chống bạc lá, thời gian sinh trưởng dài, đẻ nhánh khoẻ, khối lượng 1000 hạt nhẹ, khi lai hai dòng trên với nhau cho con lai F1 có các tính trạng được bổ sung khá hoàn thiện là: vừa chống đạo ôn, vừa chống bạc lá, có thời gian sinh trưởng trung bình, đẻ nhánh khoẻ, khối lượng 1000 hạt nặng [25]

2.4.4 Ưu thế lai ở các đặc tính sinh lý

Hệ rễ lúa lai hoạt động mạnh ngày từ thời kỳ cây lúa mới bắt đầu đẻ nhánh Tiến hành cắt rễ của cây rồi hứng dịch rễ trong một thời gian nhất định thấy rằng giống Nam ưu 2 có nhiều dịch chảy ra hơn Quảng xuân (lúa thường) tới 50% thời kỳ lúa đẻ rộ và 46% thời kỳ chín sáp (Yuan, 1985)[25] Quang hợp, hô hấp và tích luỹ chất khô: Nhiều nghiên cứu phát hiện thấy lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục trên một đơn vị diện tích lá cao do đó hiệu suất quang hợp cao Trái lại cường hô hấp của lúa lai lại thấp hơn lúa thường

Hiệu suất tích luỹ chất khô của lúa lai có ưu thế hơn hẳn lúa thường nhờ vậy mà tổng lượng chất khô trong 1 cây tăng, trong đó lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh còn lượng tích luỹ ở các cơ quan sinh dưỡng như thân lá giảm mạnh

Kim (1985), Ponnuthurai và cộng sự (1984), Virmani (1981) đã xác định con lai có ưu thế lai thực và ưu thế lai giả định cao hơn đáng tin cậy ở chỉ tiêu tích luỹ chất khô và chỉ số thu hoạch Lin và Yuan (1980), Wang và Yoshida (1984) cho rằng sức sinh trưởng của con lai hơn hẳn bố mẹ ở thời kỳ đầu của quá trình sinh trưởng [25]

2.4.5 Ưu thế lai trên các cơ quan sinh sản

Đánh giá ưu thế lai của nhiều tổ hợp khác nhau người ta đều thấy con lai có năng suất cao hơn bố mẹ từ 20%-70% khi gieo cấy trên diện tích rộng

Trong sản xuất nhiều năm trên nhiều vùng sinh thái khác nhau ở Trung Quốc, lúa lai ưu việt hơn hẳn lúa lùn cải tiến tốt nhất từ 20%-30%

Các kết quả nghiên cứu ở Viện nghiên cứu lúa quốc tế của Virmani (1981, 1982) xác định ưu thế lai giả định về năng suất là 73%, ưu thế lai thực

là 57%, ưu thế lai chuẩn là 34% Ở mùa mưa ưu thế lai chuẩn là 22% thấp hơn mùa khô là 34%

Yuan (1985) đánh giá 29 tổ hợp lai thì có 28 tổ hợp (chiếm 96,5%) có

ưu thế lai thực dương ở tính trạng năng suất hạt, trong đó có 18 tổ hợp có năng suất cao hơn đáng tin cậy Có những tổ hợp đạt năng suất siêu cao - tới 15,3 tấn/ha (con lai Indica với Indica), 15,65 tấn/ha (con lai Japonica với Japonica) (Yuan, 1993) [25]

Các yếu tố cấu thành năng suất biểu hiện ưu thế lai cao hơn rõ rệt, trong

đó nhiều tổ hợp có ưu thế lai cao ở chỉ tiêu số bông trên khóm Trọng lượng trung bình bông cũng thường cho ưu thế lai cao do hạt nặng tỉ lệ hạt chắc cao (Chang và cộng sự (1971, 1973), Carnahan và cộng sự (1972) Karunakaran (1968), Murayama (1973), Virmani (1981, 1982) v.v…)

Khối lượng 1000 hạt có giá trị trung gian giữa hai bố mẹ, đôi khi cũng biểu hiện ưu thế lai dương hoặc âm với giá trị thấp Còn số hạt chắc trên bông thường có ưu thế lai giảm khi bón phân đạm cao từ 120-240 kgN/ha (Virmani, 1981)[25]

2.4.6 Hình thái bông

Kiểu xếp hạt trên bông lúa là chỉ tiêu quan trọng tạo nên kích thước bông Thống kê số gié cấp một/bông của tập đoàn lúa cổ truyền thấy rằng chỉ tiêu này biến động từ 7-13 gié/bông, trung bình là 11 gié Kiểu bông xoè 7-10 gié, trên 1 gié cấp một có thể có 1-3 gié cấp hai Kiểu bông chụm có 9-13 gié cấp một/bông, số gié cấp hai và số hạt/gié cấp một cao hơn kiểu bông xoè

Theo Yuan Long Ping, cho rằng kiểu cây lý tưởng phải có kích thước bông và số lượng bông trung bình Bông trung bình có khoảng 180 hạt chắc, khối lượng 1000 hạt từ 25-30g, hạt/bông xếp sít, có nhiều gié cấp 1 trên trục bông chính [9]

2.5 Nghiên cứu và phát triển các dạng bất dục đực ứng dụng trong sản xuất lúa lai

Lúa là loại cây tự thụ phấn do vậy muốn sản xuất hạt F1 phải sử dụng một hệ thống bất dục đực [7] Hệ thống bất dục đực tế bào chất đã được dùng khá phổ biến ở Trung Quốc và một số quốc gia khác trong mấy thập kỉ qua Theo Ikehashi và Araki (1984), hiện nay hệ thống bất dục đực mẫn cảm với điều kiện môi trường cũng đang được sử dụng để phát triển lúa lai, đặc biệt để nâng cao mức ưu thế lai, các gen tương hợp rộng cũng đã được khai thác để phát triển các tổ hợp lai giữa các loài phụ Indica/Japonica [17]

2.5.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai hệ “ 3 dòng”

Lúa lai hệ “ba dòng” là hệ lúa lai khi sản xuất hạt lai F1 phải sử dụng ba dòng có bản chất di truyền khác nhau làm bố mẹ để lai

2.5.1.1 Đặc điểm các dòng vật liệu bố mẹ “ba dòng”

a Dòng bất dục đực di truyền tế bào chất: (Cytophasmic Male Sterility: CMS)

Dòng bất dục đực di truyền tế bào chất (Yuan LP Ký hiệu là dòng A)

có tính bất dục đực Biểu hiện hình thái bất dục có thể quan sát như sau: bao phấn lép, thon dài đầu nhọn không mở, vở bao phấn vàng ngà hay trắng sữa khi hoa lúa mới nở, sau đó bao phấn chuyển sang màu vàn ướt, rung bông lúa không có hạt phấn rơi ra khi nhuộm màu hạt phấn bằng Iốt (trong dung dịch I-

KI 1%) và quan sát trên kính hiển vi thì hạt phấn không nhuộm màu Hình thái hạt phấn bất thường: Hình tam giác, hình thoi, cầu khuyết v.v…, vỏ hạt phấn nhăn nheo Nếu bao cách ly một bông lúa sao cho các hoa không tiếp

xúc được với hạt phấn của các giống xung quanh thì hạt hoàn toàn lép [25],[26]

Cơ quan sinh sản cái của dòng A hoàn toàn khoẻ mạnh, có những bộ phận tỏ ra có sức sống cao hơn giống bình thường Vòi nhụy của dòng A to, dài, vươn ra ngoài vỏ trấu sau khi hoa khép lại, và có khả năng tiếp nhận hạt phấn để thụ tinh sau khi hoa nở đến 5 ngày [25]

b Dòng duy trì bất dục (Maintiner) – dòng B dùng làm bố để giữ cho dòng A bảo toàn được tính bất dục Dòng B có nhiều đặc điểm nông sinh học tốt, có thời gian sinh trưởng phù hợp với nhu cầu của nhà chọn giống

Trừ tính bất dục còn tất cả các tính trạng khác của dòng A được xác định bởi dòng B tương ứng Dòng B cần được chọn lọc cẩn thận, phải là dòng thuần có nhiều hạt phấn, sức sống của hạt phấn cao giúp cho việc nhân nhanh dòng A

A và B là một cặp sinh đôi, giống nhau về các tính trạng hình thái, khác nhau về cấu tạo hoa, tập tính nở hoa, bao phấn và hạt phấn

c Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer) gọi tắt là dòng phục hồi – dòng R, dùng làm bố để sản xuất hạt lai F1, cây lai F1 hoàn toàn hữu dục, đồng nhất về các tính trạng nông sinh học và có ưu thế cao Dòng R phải là dòng thuần có nhiều đặc tính tốt, năng suất phẩm chất tốt, thời gian sinh trưởng phù hợp [25],[26]

2.5.1.2 Quan hệ di truyền giữa các dòng vật liệu

Kiểu gen của dòng bất dục đực di truyền tế bào chất có nhân tố S (sterile) kiểm tra tính bất dục trong tế bào chất, còn trong nhân chứa các gen phục hồi dạng lặn đồng hợp thể rfrf Dòng B chứa nhân tố bất dục trong tế bào chất N (normal) kiểm tra khả năng hữu dục của cây, trong nhân tế bào chứa các gen phục hồi dưới dạng đồng hợp thể lặn rfrf Dòng R có thể chứa nhân tố S (bất dục) hoặc N (bình thường) trong tế bào chất, nhân chứa gen

phục hồi ở dạng trội đồng hợp thể RfRf Trong điều kiện bình thường không thể phân biệt được dòng B và dòng R Khi lai chúng với một dòng CMS nào

đó mới phân biệt được thông qua việc đánh giá con lai F1 [25]

2.5.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai hệ “2 dòng”

Phương pháp tạo giống lúa lai hệ “hai dòng” dựa trên cơ sở phát hiện những vật liệu di truyền mới của cây lúa Đó là những dòng, mà hiện tượng bất dục đực được kiểm tra bởi gen nhân tế bào, loại gen này mẫn cảm với điều kiện môi trường Các dòng này khi lai với bất kỳ dòng giống nào đều cho con lai F1 hữu dục Quá trình sản xuất hạt lai F1, được đơn giản hoá, không phải tổ chức một lần lai để duy trì dòng bất dục Phổ phục hồi của dòng mẹ rộng, có thể lai xa giữa các loài phụ với nhau nên khả năng tạo ra năng suất rất cao Tính bất dục của các dòng TGMS và PGMS, không liên quan đến tế bào chất,

vì thế ảnh hưởng của kiểu bất dục hoang dại “WA” được khắc phục Về bản chất di truyền, nhiều tác giả cho rằng tính trạng nhạy cảm điều kiện môi trường của cả hai loại PGMS và TGMS đều do một cặp gen lặn nằm trong nhân kiểm soát và được ký hiệu là pms và tms (Wang và CS 1991 a,b;Maruyama và CS, 1991a; Borkakati và Virmani, 1993)

Hiện nay các nhà khoa học thế giới rất chú trọng đến việc nghiên cứu,

sử dụng dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân Nó là công cụ để tạo ra các tổ hợp lai có năng suất cao, chất lượng tốt thích ứng rộng và có khả năng chống chịu với sâu bệnh hại

2.5.2.1 Khái niệm dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân

Dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân nhảy cảm với điều kiện môi trường (Enviroments Sensitive Genic Male Sterile EGMS) Đó là những dòng lúa, biểu hiện bất dục đực khi sinh trưởng, phát triển ở điều kiện môi trường nhất định và hữu dục hạt phấn (có thể tự thụ) ở điều kiện khác [25]

Hiện tượng này, lần đầu tiên được phát hiện bởi Shi.M.S (1985), Shi.M.S và Deng.J.Y (1986) [30] Dạng bất dục này có khả năng phục hồi hạt phấn dưới những điều kiện nhiệt độ và quang chu kỳ nhất định Trong điều kiện môi trường, hai yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bất dục và hữu dục hạt phấn, đó là thời gian chiếu sáng trong ngày và nhiệt độ trong giai đoạn phân hoá đòng Dựa trên phản ứng với hai điều kiện trên, người ta phân thành dòng bất dục đực nhạy cảm với quang chu kỳ và dòng bất dục đực nhảy cảm với nhiệt độ (Yuan.L.P và Xi,Q.F, 1999) Bản chất của hiện tượng này là:

do một cặp gen lặn trong nhân điểu khiển và không có liên quan đến gen trong tế bào chất Do đó, sự phân li ở đời sau của các tổ hợp tuân theo qui luật

di truyền của Menden (Borkakati R.P và Virmani S.S, 1996) [26]

2.5.2.2 Phát hiện và nghiên cứu dòng bất dục đực cảm ứng quang chu kỳ (Photoperiodic – Sensitive Genic Male Sterile)

Năm 1973, theo dõi quần thể lúa Nong ken 58, Shi M.S, đã phát hiện ra một số cá thể bất dục khi trỗ bông trong mùa hè có thời gian chiếu sáng dài trên 14 giờ/ngày Ông thu chúng về trồng trong nhà lưới và nhận thấy, các chồi mọc sau đó trỗ bông vào mùa thu ( sau 5/9) khi thời gian chiếu sáng dưới

13 giờ 45 phút thì chúng đậu hạt Đem lai nó với giống khác, thế hệ F1 hữu dục bình thường, nhưng đến thế hệ F2, chúng phân ly tính trạng 3:1 hữu dục

và bất dục trong điều kiện ánh sáng ngày dài Qua quá trình nghiên cứu các nhà khoa học Trung Quốc đã kết luận rằng tính trạng bất dục của dòng lúa nêu trên là do một cặp gen lặn trong nhân điều khiển Cặp gen này có hai chức năng là điều khiển quá trình hình thành hạt phấn bất dục khi gặp điều kiện pha sáng dài và điều khiển quá trình hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn [47],[53]

Năm 1985, các nhà khoa học đã xác định gen gây bất dục đực của giống Nông Ken 58s là gen lặn pms nằm trên nhiễm sắc thể số 2 Lu X và cộng sự

(Trích theo Phạm Ngọc Lương, 2000) [15], tiến hành lai Nong ken 58s với giống thuộc loài phụ Japonica sau đó để phân ly ở thế hệ F2, họ đã chọn được một số dòng PGMS có gen gây bất dục từ Nong Ken 58s Một số tác giả khác khi lặp lại thí nghiệm này cũng thu được kết quả tương tự Yuan L.P (1994) [46] nghiên cứu về tính bất dục đực của dòng Nong Ken 58s và cho biết dòng này cảm ứng mạnh với ánh sáng và cảm ứng yếu với nhiệt độ Cũng theo Yuan L.P và cộng sự các dòng lúa PGMS mẫn cảm mạnh với ánh sáng từ giai đoạn phân hoá gié cấp 2 đến hình thành tế bào mẹ hạt phấn của đòng non Thời gian chiếu sáng tới hạn gây hữu dục hạt phấn < 13 giờ 45 phút với cường độ ánh sáng lớn hơn 50 lux [15]

Dòng Nong Ken 58S, là đặc trưng cho dòng bất dục đực dạng PGMS, các dòng bất dục đực này thuộc loài phụ Japonica, bất dục trong điều kiện ngày dài, nhiệt độ cao Nó đã được phát hiện đầu tiên tại tỉnh Hồ Bắc – Trung Quốc nên còn gọi là dòng HPGMS Các dòng PGMS có thể nhân duy trì, bằng cách để cho tự thụ trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn và sử dụng làm dòng mẹ để sản xuất hạt lai F1 trong điều kiện ánh sáng ngày dài [26]

2.5.2.3 Những kết quả nghiên cứu về dòng bất dục đực cảm ứng nhiệt độ (Thermo sensitive Genic Male sterile - TGMS)

Năm 1988, Maruyama K [31] và cộng sự đã nghiên cứu và phát hiện ra dòng TGMS có tên là Annongs thông qua quá trình đột biến tự nhiên Dòng TGMS này sẽ bất dục nếu ở thời kỳ phân chia tế bào mẹ hạt phấn khi gặp nhiệt độ > 270C và hữu dục nếu nhiệt độ < 240C Dòng Annongs là dòng TGMS được phát hiện đầu tiên, những dòng bất dục này thuộc loại hình Indica Chúng có khả năng bất dục trong điều kiện nhiệt độ cao, giới hạn để chuyển hoá bất dục - hữu dục dao động từ 23-240C (Yuan L.P,1994) [50] Năm 1989, Sun.Z.X [40],[41] và cộng sự đã tạo được dòng TGMS có tên là 5460s từ quần thể đột biến của giống lúa IR54 Sau đó năm 1991

Maruyama K.L, và cộng sự (1991) [36] cũng đã tìm được dòng TGMS từ quần thể đột biến Norin PL-12 Các tác giả trên đều cho rằng, tính trạng bất dục đực dạng TGMS đều do những gen lặn trong nhân điều khiển [49] Kanoshita T (1992) [34], đặt tên cho gen TGMS của dòng 5460s và Norin PL-12 là tms-1 và tms-2

Các dòng TGMS có thể tạo ra bằng phương pháp đột biến nhân tạo, Virmani S.S và cộng sự (1991) [43], đã thông báo là tạo được dòng TGMS mới bằng đột biến phóng xạ từ giống IR3236 đặt tên là IR3236s Ngoài ra còn rất nhiều nguồn TGMS khác được tạo ra bằng nhiều phương pháp khác nhau

từ nhiều nước trên thế giới Wang và cộng sự đã tiến hành lai giữa dòng 5460s với Hong wan 52, sau đó phân tích tính di truyền ở thế hệ F2, tìm ra chỉ thị phân tử liên kết với gen tms, trên cơ sở đó định vị được gen tms nằm trên nhiễm sắc thể số 8 Subudhi P K và cộng sự (1995) [38], đã lập bản đồ gen của dòng IR3236s, xác định gen tms-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 6 Ngoài ra các tác giả còn tìm được mối liên kết giữa gen tms với các gen của ty thể trong tế bào chất Khi nghiên cứu di truyền của dòng TGMS-VN1, có nguồn gốc đột biến từ chiêm bầu Việt Nam, Viện Di Truyền Nông Nghiệp đã xác định được gen tms-4 nằm trên nhiễm sắc thể số 2, không cùng alen với các gen tms có nguồn gốc từ Trung Quốc [14]

Nguyễn Thị Trâm (2000) [25], cho biết: kiểu bất dục đực chức năng di truyền nhân đặc trưng cho loài phụ Indica và dòng Annongs-1, giới hạn để chuyển hoá từ hữu dục sang bất dục ở nhiệt độ từ 23-260C

Theo Wu X.J, 1977 [44], việc chuyển hoá hữu dục của dòng Annongs

-1 bị chi phối bới nhiệt độ vào giai đoạn từ -1-1 15 ngày trước trỗ bông và chịu

sự điều khiển của gen lặn tms Bằng phường pháp lai tạo, người ta đã chuyển được gen này sang các giống khác, tạo được nhiều dòng TGMS mới, các dòng này đang được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc

Qua thời gian nghiên cứu Borkakati, 1994 (Trích theo Virmani S.S,

1996 [42], có kết luận: Trong điều kiện gieo trồng tại Philippin, thời kỳ mẫn cảm với nhiệt độ của dòng TGMS từ 6-15 ngày trước trỗ, thậm trí trong giai đoạn mẫn cảm chỉ cần sử lý một giờ nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng đến độ bất dực của hạt phấn

Yuan L.P và Xi Q.F, 1995 [51], cho rằng thời kỳ chuyển hoá hữu dục của các dòng TGMS là từ khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn đến lúc phân hoá hữu dục của các dòng TGMS được gây ra bởi yếu tố nhiệt độ là chính, độ dài của ánh sáng có ảnh hưởng nhưng không đáng kể

Theo Nguyễn Thị Trâm, 2000 [25], thời kỳ cảm ứng nhiệt độ của dòng TGMS tương đối ngắn và muộn Nhiệt độ tới hạn gây bất dục và hữu dục của các dòng rất khác nhau Có thể minh hoạ sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự biến đổi chức năng gây hữu dục và bất dục của dòng TGMS như sau:

-BLT: Biological Lower Temperature (Nhiệt độ giới hạn sinh học dưới)

-BUT: Biological Upper Temperature (Nhiệt độ giới hạn sinh học trên)

- CFP: Critical Fetility Point (Điểm nhiệt độ giới hạn gây hữu dục)

- CSP: Critical Sterility Point (Điểm nhiệt độ giới hạn gây bất dục)

Bất dục

sinh lý

Hữu dục

do gen tms điều khiển

Chuyển hoá

Bất dục

do gen tms điều khiển

Bất dục sinh lý

t0 cao

t0 thấp

Sơ đồ trên cho biết: Khi cây lúa sinh trưởng, phát triển trong điều kiện nhiệt độ thấp (dưới giới hạn của nhiệt độ sinh học), dòng TGMS trỗ bông, không đậu hạt được là do chức năng sinh lí bị tổn thương, chứ không phải do

cơ chế di truyền Nếu chúng sinh trưởng trong điều kiện nhiệt độ cao hơn nhiệt độ giới hạn sinh học dưới (BLT) thấp hơn điểm nhiệt độ tới hạn gây hữu dục (CFP) thì sẽ kết hạt bình thường và cho năng suất cao Nếu dòng TGMS phát triển trong điều kiện nhiệt độ trên điểm tới hạn gây bất dục (CSP) và dưới ngưỡng nhiệt độ giới hạn sinh học trên (BUT) thì nó sẽ bất dục di truyền Khoảng nhiệt độ giữa CFP và CSP gọi là giới hạn nhiệt độ chuyển hoá, khi mà thời kỳ mẫn cảm của dòng TGMS chịu ảnh hưởng của nhiệt độ dao động trong khoảng này thì bất dục không hoàn toàn Vì vậy, khi nhân dòng TGMS phải điều chỉnh cho thời kỳ mẫn cảm không rơi vào nhiệt độ chuyển hoá để nâng cao năng suất hạt tự thụ Nếu sản xuất hạt lai, vào thời kỳ mẫn cảm gặp nhiệt độ ở khoảng này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hạt lai F1 Cũng theo Nguyễn Thị Trâm (2000) [25] dòng TGMS bất dục khi gặp nhiệt

độ cao hơn 270C vào thời gian từ 18-12 ngày trước khi lúa trỗ bông, tức là vào thời kỳ phân hoá gié đến phân chia tế bào mẹ hạt phấn trong đòng non Dòng TGMS chuyển hoá từ bất dục sang hữu dục, khi nhiệt độ giảm xuống dưới 240C, chúng ta có thể lợi dụng đặc điểm này để sản xuất hạt lai F1 trong điều kiện nhiệt độ cao và nhân duy trì dòng TGMS ở điều kiện nhiệt độ thấp

Để chủ động điều khiển quá trình chuyển hoá từ hữu dục sang bất dục, các nhà khoa học đã dùng nước có nhiệt độ cao (>280C) tưới cho dòng mẹ 4 ngày liên tục vào thời kỳ bắt đầu cảm ứng trong quá trình sản xuất hạt lai F1 Phương pháp này làm cho dòng mẹ có độ bất dục cao, không ảnh hưởng tới

độ thuần của hạt lai khi gặp nhiệt độ không khí thấp hơn nhiệt độ gây bất dục (Xiao.G.Y, và cộng sự, 1997) [45] Trung tâm nghiên cứu lúa lai Hồ Nam, Trung Quốc cho biết: trong quá trình dòng TGMS, dùng nước mát có nhiệt độ

từ 19-210C tưới liên tục vào thời kỳ mẫn cảm, có thể thu được năng suất hạt

tự thụ cao (19,1 tạ/ha), ngay cả khi nhiệt độ không khí cao tới 34-350C [45] Tại Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam, các chuyên gia đã áp dụng việc dùng nước mát lấy từ giếng khoan tưới liên tục cho dòng TGMS ở thời kỳ mẫn cảm và thu được tỉ lệ kết hạt khá cao Từ phương pháp này có thể nhân được dòng TGMS trong các mùa vụ thích hợp, kể cả khi có nhiệt độ không khí cao

Dựa trên cơ sở bản chất di truyền của dòng TGMS, và các tài liệu khí tượng thống kê được trong nhiều năm qua, ở miền Bắc nước ta có hai giai đoạn mà nhiệt độ môi trường có thể phù hợp để nhân dòng TGMS, đó là giai đoạn 10-30/3 và 15-25/10 Dòng TGMS phân hoá vào 2 giai đoạn trên và sẽ trỗ bông vào giai đoạn tương đối phù hợp, trong đó giai đoạn 10-30/3 là thuận lợi và chắc chắn hơn (Theo Nguyễn Văn Hoan, 2000) [10] Như vậy, chúng ta

có thể bố trí nhân duy trì dòng TGMS trong vụ chiêm xuân và bố trí sao cho lúa trỗ trước ngày 15/4

Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Giới hạn để gây chuyển hoá hữu dục an toàn ở nước ta là 240C, điều này có nghĩa là trong điều kiện nhiệt độ từ 19-240C, dòng TGMS sẽ hữu dục, nếu nhiệt độ trên 260C dòng TGMS sẽ bất dục hoàn toàn Những dòng TGMS của trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội: T25s, T27s, T29s, T1s và dòng VN01 của Viện Di truyền Nông nghiệp được tạo ra trong thời gian qua thuộc nhóm này (Nguyễn Văn Hoan, 1999)[18] Dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân (TGMS), Pei ải 64s có nhiệt

độ chuyển hoá từ 23,30C đến 25,50C (Doãn Hoa Kỳ, 1996) [23]

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 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 Khi nghiên cứu về sản xuất hạt lúa lai F1 hệ 2 dòng tổ hợp bồi tạp sơn thanh (Nguyễn Thạch Cương, 2000) [2] cho biết: Quá trình sản xuất hạt lúa lai F1, phải chủ động về nguồn giống bố mẹ, thực hiện trong vụ mùa và điều khiển để chúng trỗ vào khoảng 25/8-5/9 là tốt nhất

* Phân loại dòng bất dục các dòng TGMS

Các dòng TGMS có 2 kiểu bất dục hạt phấn sau đây:

- Kiểu thứ nhất: Bất dục điển hình: hạt phấn của kiểu bất dục điển hình

có hình dạng giống như dòng CMS có hình dạng không bình thường: hình thoi, hình tam giác, vỏ hạt nhăn nheo, hoàn toàn không tích luỹ tinh bột vì vậy khi nhuộm màu trong dung dịch I-KI 1% không chuyển màu xanh đen Khi lúa trỗ nhìn vỏ bao phấn có màu xanh vàng nhạt

- Kiểu thứ 2: Bất dục không hạt phấn: các dòng bất dục không hạt phấn

có quá trình diễn biến từ từ khi nhiệt độ tăng cao khoảng 2-3 ngày đầu trong bao phấn còn có hạt phấn bất dục Sau đó trong bao phấn rỗng hoàn toàn không còn hạt phấn Khi lúa trỗ nhìn mắt thường thấy bao phấn trắng vì vậy nếu dùng kiểu này để sản xuất hạt lai rất dễ chọn loại bỏ những cá thể hữu dục lẫn vào

- Dòng TGMS có một số đặc điểm quí khác như: vòi nhụy dài, đầu nhụy to phân ra rất nhiều nhánh Vì vậy sau khi nở hoa, vở trấu khép lại, đầu nhụy vẫn nằm ngoài vỏ trấu nên những ngày sau vẫn có thể nhận phấn để thụ

tinh Thời gian nhận phấn của núm nhụy các dòng TGMS tốt nhất vào ngày thứ nhất, thứ 2 sau nở hoa, sau đó tỷ lệ đậu hạt giảm đi nhưng đến ngày thứ 6 vẫn còn khoảng 3-5% núm nhụy có khả năng nhận phấn

Tỷ lệ núm nhụy thò của các dòng TGMS thường cao hơn các dòng CMS đây là một tính trạng giúp ích cho việc sản xuất hạt lai

Các dòng TGMS có thể sử dụng tốt trong điều kiện Việt Nam để phát triển lúa lai hai dòng Hiện nay các dòng này đang được nghiên cứu gây tạo ở nhiều trung tâm chọn giống lúa lai Trong điều kiện Việt Nam cần tìm các dòng vừa cảm quang vừa cảm ôn với điều kiện là yêu cầu độ dài pha sáng tới hạn gây bất dục không quá dài (khoảng >12h30 phút) và giới hạn độ dài ngày chuyển hoá không lớn

2.6 Các phương pháp chọn tạo dòng EGMS

2.6.1 Nhập nội

Nhập các dòng EGMS sẵn có từ các trung tâm nghiên cứu quốc tế, hoặc từ các quốc gia các vùng lân cận để hình thành một tập đoàn vật liệu khởi đầu

Các dòng nhập nội được gieo trồng cẩn thận trong nhà lưới, theo dõi đặc điểm sinh trưởng phát triển, khả năng chống chịu sâu bệnh và khả năng thích ứng Bố trí các thí nghiệm thời vụ để xác định thời kỳ bất dục, thời kỳ hữu dục, ngưỡng nhiệt độ chuyển hoá, ngưỡng cảm ứng quang chu kỳ v.v… Khi tìm được các dòng có triển vọng tiến hành lai thử với các giống lúa thường trong tập đoàn công tác để tạo ra các tổ hợp lai 2 dòng mới

thế mới xuất hiện các cá thể hoàn toàn bất dục Thu các cây bất dục có kiểu hình đẹp, trồng gốc rạ để mọc các chồi chét

Các chồi chét được trồng cẩn thận trong chậu và xử lý ở điều kiện độ dài ngày và nhiệt độ khác nhau để thu hạt tự thụ trên cây F2 bất dục được chọn lọc đó

Gieo lại hạt tự thụ riêng từng cá thể trong điều kiện quang chu kỳ dài hoặc nhiệt độ cao để chọn cây bất dục ở F3 Cây được chọn lại tiếp tục làm như đối với F2 Tiếp tục thực hiện như vậy trong 4-5 vụ nữa sẽ thu được dòng thuần về kiều hình và ổn định về đặc tính phản ứng với điều kiện môi trường

2.6.3 Lai trở lại (backcross)

Lai trở lại để tạo dòng EGMS mới được sử dụng khi cần dùng một tính trạng bất dục của dòng EGMS còn các tính trạng khác đã sẵn có ở dòng bố rồi Trong quá trình lai lại vì tính cảm ứng của dòng EGMS do gen lặn kiểm tra nên cây F1 không có bất kỳ biểu hiện nào giúp ta đánh giá được rằng tính trạng cần thiết đã được chuyển vào con lai hay chưa Do đó không dùng cây

bố lai lại với cây F1 mà phải cho F1 tự thụ, thu hạt gieo sang F2 Chọn cá thể bất dục ở F2 để lai với cây bố và tiếp tục làm như vậy đến khi mọi tính trạng nông sinh học mong muốn của dòng bố, riêng tính trạng bất dục là của dòng EGMS khởi đầu

Thời gian tạo được dòng EGMS theo phương pháp này kéo dài gấp 2 lần so với tạo giống bình thường

2.6.4 Tạo dòng EGMS bằng phương pháp gây đột biến

Đột biến là phương pháp rất có hiệu quả gây nên những biến động di truyền Đột biến vừa có thể cải tiến một số tình trạng chưa hoàn hảo của các dòng EGMS sẵn có vừa có thể tạo ra các dòng EGMS mới Rất nhiều dòng EGMS được xác nhận của Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Ấn Độ và Việt Nam được tạo ra nhờ đột biến tự nhiên hay nhân tạo

Xử lý đột biến có thể ngắn thời gian tạo dòng EGMS ví dụ dòng Norin PL12 của Nhật Bản được xác nhận ở thế hệ M7, hoặc dòng H89-1s được xác nhận ở thế hệ M5

2.7 Tiêu chuẩn của dòng EGMS tốt

Một dòng EGMS tốt đòi hỏi phải có một số tính trạng và đặc tính sau đây (Theo Yuan LP 1995) [25]

- Phải có một số lượng cá thể đủ lớn ít nhất là 1000 cây đồng nhất, ổn định về các tính trạng nông sinh học

- Số cây bất dục trong quần thể phải đạt 100% khi kiểm tra hạt phấn của từng cá thể bằng phương pháp hiển vi quang học hoặc bằng phương pháp bao bông thì các cá thể này cũng hoàn toàn bất dục hoặc tỷ lệ phấn bất dục phải đạt 99,5%

- Trong điều kiện tự nhiên sự biến đổi hữu dục phải rõ ràng, phải có thời kỳ bất dục kéo dài ít nhất 30 ngày liên tục Trong điều kiện hữu dục thì dòng EGMS phải có tỷ lệ hạt mẩy ít nhất là 30%

- Ở ruộng sản xuất hạt lai, tỷ lệ nhận phấn ngoài của dòng EGMS phải không thấp hơn các dòng CMS đang sử dụng trong sản xuất

- Sự chuyển hoá hữu dục của dòng EGMS phải được kiểm tra chặt chẽ bằng xử lý nhiệt độ hoặc quang chu kỳ nhân tạo để sàng lọc những cá thể có phản ứng không đặc trưng khỏi dòng đang chọn lọc

2.8 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ

Khả năng kết hợp là một đặc tính di truyền, được di truyền qua các thế

hệ tự phối và lai, được biểu hiện bằng giá trị trung bình của ưu thế lai ở tất cả các cặp lai và độ chênh lệch so với giá trị trung bình đó của một cặp lai cụ thể nào đó Giá trị trung bình biểu thị khả năng kết hợp chung (General combining ability - GCA), thể hiện khả năng di truyền của 1 tính trạng của một giống trong các tổ hợp lai, đó là hợp phần di truyền cố định mà giống đó

có khả năng truyền lại cho thế hệ sau; còn độ chênh lệch giữa giá trị tính trạng của từng cặp lai cụ thể so với khả năng kết hợp chung của hai bố mẹ biểu thị khả năng kết hợp riêng (Specific combining ability - SCA), xác định được khả năng thể hiện tính trạng của từng cặp lai cụ thể [24]

Khả năng tổ hợp chung của bố mẹ có tác động lớn hơn tới năng suất của lúa lai Cần chọn được bố mẹ có trị số cao về khả năng tổ hợp như khả năng đẻ nhánh, số bông trên một cây, số hạt chắc trên mỗi bông, trọng lượng

1000 hạt và trọng lượng hạt ở từng cây, và cần chọn bố mẹ có trị số thấp về

độ cao cây và tỷ lệ hạt lép

Một số bố mẹ có khả năng tổ hợp riêng về một số tính trạng kinh tế Ví

dụ, khối lượng 1000 hạt của các con lai F1 nói chung là nằm ở khoảng giữa của bố mẹ chúng Khi dòng MS Er Jiu Nan 1 được lai với IR 24 hoặc IR661, con lai của chúng tỏ ra ưu việt hơn hẳn so với bố mẹ về khối lượng 1000 hạt

Do vậy, cần phải chú ý tới khả năng tổ hợp riêng của chúng khi chọn bố mẹ

để lai Như khi gây tạo các dòng MS mới và các dòng phục hồi, việc đánh giá khả năng tổ hợp của chúng là rất cần thiết để tránh sự sai sót trong khi chọn

bố mẹ để lai [16]

Các nhà khoa học cho rằng đánh giá khả năng kết hợp thực chất là xác định tác động của gen và chia tác động của gen liên quan đến khả năng kết hợp thành hai loại: Khả năng kết hợp chung được kiểm soát bởi yếu tố di truyền cộng của các gen trội, đặc trưng cho hiệu quả cộng tính, còn khả năng kết hợp riêng được xác định bởi yếu tố ức chế, tính trội, siêu trội của các gen

và điều kiện môi trường [21]

Để đánh giá khả năng kết hợp của các vật liệu tạo giống cần phải tiến hành lai thử và so sánh các con lai Đưa ra các sơ đồ lai và các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp khác nhau

Lai đỉnh (Topcross) là một trong những phương pháp lai thử chủ yếu để xác định khả năng kết hợp chung (GCA), các dòng, giống cần xác định khả năng kết hợp được lai với cùng một dạng chung gọi là cây thử (Tester) Phương pháp này thường được sử dụng ở giai đoạn đầu của quá trình chọn lọc, khi khối lượng dòng quá lớn [24]

Phương pháp lai trắc nghiệm (Line x Tester) được phát triển từ phương pháp lai đỉnh trên cơ sở sử dụng một số cây thử khác nhau để làm tăng độ chính xác của thí nghiệm Từ những kết quả của lai đỉnh và lai trắc nghiệm có thể xác định được các dòng có khả năng kết hợp tốt, cho con lai có ưu thế lai cao [22]

* Phương pháp “Line x Tester” theo mô hình Kempthorne (1957)

- Phân tích phương sai Line x Tester: trên cơ sở kết quả thu được từ thí nghiệm bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên hay khối ngẫu nhiên của các cặp lai, dòng

và cây thử, tiến hành phân tích phương sai thí nghiệm một nhân tố là các kiểu gen tham gia trong thí nghiệm [39] Nếu sự sai khác là có ý nghĩa theo phép nghiệm F thì tiếp tục bước 2 là phân tích phương sai do các hợp phần Line, Tester và Line x Tester được tạo nên trong thí nghiệm để đánh giá vai trò của các thành phần di truyền trong các tổ hợp lai [39]

- Phân tích sự kết hợp các thành phần di truyền

Dựa vào kết quả phân tích về di truyền số lượng, người ta có thể ước đoán khả năng di truyền, hiểu được mức độ di truyền do gen điều khiển thông qua biến động kiểu hình và mức độ có thể cải thiện các đặc tính nào đó bằng việc chọn lọc trực tiếp do hoạt động của gen cộng tính, ước lượng được giá trị các kiểu gen có thể lai tạo được, dự đoán được kết quả của một chương trình lai tạo giống Mô hình Kempthorne (1957) đánh giá các thông số di truyền tính trạng dựa trên cơ sở phân tích phương sai khả năng kết hợp chung và phương sai khả năng kết hợp riêng của các dòng vật liệu lai tạo và các tổ hợp

lai, qua đó để phân tích phương sai cộng tính (δ2A) và phương sai tính trội (δ2D) để dự đoán vai trò chủ đạo của các hợp phần gen trong việc điều khiển tính trạng

Phương sai được chia thành phương sai do dòng (Line) và phương sai

do các vật liệu thử (Tester) để đánh giá vai trò của gen cộng tính trong việc điều khiển tính trạng Phương sai do con lai (Line x Tester) để đánh giá hiệu quả của gen không cộng tính trong việc điều khiển tính trạng

Trong thí nghiệm, nếu thu được kết quả phân tích thống kê trên các tính trạng nghiên cứu có (δ2D) lớn hơn (δ2A) thì tính trạng đó dễ sử dụng cho công tác nghiên cứu ưu thế lai

* Phân tích khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng

Nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa khả năng kết hợp, ưu thế lai

về năng suất cho thấy trừ một số trường hợp ngoại lệ, còn hầu hết các nghiên cứu đều kết luận khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) quyết định đến tính trạng năng suất và do tác động cộng tính và không cộng tính của gen Ngoài ra các nghiên cứu cũng tập trung vào nghiên cứu khả năng kết hợp của các yếu tố cấu thành năng suất và các tính trạng nông sinh học khác Các tính trạng này được biểu hiện tác động cộng tính và không cộng tính của gen Để dự đoán các yếu tố cấu thành năng suất, thường khả năng kết hợp chung (GCA) ảnh hưởng lớn hơn khả năng kết hợp riêng (SCA) [15]

2.9 Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa lai ở Việt Nam

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1985, nhưng thực sự được xúc tiến mạnh từ những năm 1990 Một số dòng bất dục đực tế bào chất, dòng phục hồi và tổ hợp lúa lai 3 dòng được nhập nội từ Trung Quốc và IRRI đã được đánh giá Những kết quả bước đầu đã xác định được một số dòng bố mẹ và giống lúa lai thích ứng với điều kiện sinh thái và sản xuất của Việt Nam, đem lại

năng suất và hiệu quả kinh tế cao [1]

Công tác nghiên cứu và chọn tạo các giống lúa lai ở Việt Nam cũng được thúc đẩy mạnh mẽ Các đơn vị nghiên cứu đã tập trung vào việc thu thập, đánh giá các dòng bất dục đực nhập nội, sử dụng các phương pháp chọn giống truyền thống như lai hữu tính, đột biến để tạo ra các dòng bất dục đực và dòng phục hồi mới phục vụ cho công tác chọn giống lúa lai Các kết quả nghiên cứu đã xác định được các vật liệu bố mẹ tốt, thích ứng với điều kiện sinh thái Miền Bắc và

có khả năng cho ưu thế lai cao như các dòng mẹ: Bo A-B, IR58025A-B, VN-01, 11S, TGMS7, TGMS11, TGMSVN1, T1s-96, 103s, TGMS3, TGMS6; các dòng bố: R3, R20, R24, RTQ5… [13],[15],[27],[29]

Từ năm 1997 đến năm 2005 có 53 giống lúa lai trong nước được khảo nghiệm, trong đó có giống được công nhận chính thức: Việt Lai 20, HYT83, TH3-3 một số giống được công nhận tạm thời (HYT57, HYT83, TM4, HYT100, HYT92, TH3-4, HC1) và một số giống triển vọng khác Bên cạnh việc chọn tạo các giống lúa lai trong nước, Việt Nam tích cực nhập nội các giống lúa lai nước ngoài, chọn lọc các tổ hợp lai cho năng suất cao, chất lượng tốt, thích ứng với điều kiện của Việt Nam để phục vụ sản xuất đại trà Cho đền nay chúng ta đã có một bộ giống lúa lai khá đa dạng và phong phú cho vụ mùa như: Bồi Tạp Sơn Thanh, Bồi Tạp 77, Bắc Ưu 64, Bắc Ưu 253, Bắc Ưu 903, Dưu 527 Các giống cho vụ xuân: Nhị ưu 63, Nhị ưu 838, Khải phong số 1, Vân quang 14 [9],[12],[28] Công tác nghiên cứu, chọn tạo lúa lai 2 dòng ở Việt Nam hiện nay tập trung vào một số lĩnh vực như: chọn tạo, đánh giá các đặc tính của các dòng TGMS Tiến hành lai thử để tìm tổ hợp lai cho ưu thế lai cao, ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô trong chọn giống lúa lai hai dòng, xây dựng quy trình nhân dòng bất dục và sản xuất hạt lai F1 Một số tác giả đã có các nghiên cứu ban đầu về bản chất di truyền và khả năng phối hợp của một số vật liệu hiện có, tuy nhiên phạm vi nghiên cứu còn hạn chế