Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 2: Chọn tạo giống lúa

Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 2: Chọn tạo giống lúa cung cấp đến học viên các kiến thức về vai trò của lúa gạo, tài nguyên di truyền cây lúa, đặc điểm sinh học của cây lúa, đặc điểm thực vật học của cây lúa, thu thập nguồn gen lúa ở Việt Nam, chọn tạo giống lúa thuần,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

CHƯƠNG 2 CHỌN TẠO GIỐNG LÚA

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/

1 Vai trò của lúa gạo

 Cây lúa ( Oryza sp sativa) là một trong những cây lương thực chính, cung cấp lương thực cho hơn 65% dân số trên thế giới

 Hiện nay hơn 100 nước trên thế giới sản xuất lúa

 Châu Á là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu chiếm 90% về sản lượng cũng như về diện tích

 Cây lúa có khả năng thích ứng rộng với vùng trồng từ 530

vĩ Bắc đến 400 vĩ Nam

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/

 Việt Nam từ bao đời nay cây lúa đã gắn liền với đời sống dân tộc, với lịch sử dựng nước và giữ nước

 Nông dân ta rất giàu kinh nghiệm và giỏi nghề trồng lúa

 Việt Nam cũng là một trong những trung tâm phát sinh cây lúa và nghề trồng lúa của loài người

 Cây lúa luôn là cây lương thực chiếm tuyệt đối trong sản xuất nông nghiệp và là nhân tố quan trọng ổn định tình hình kinh tế, chính trị, văn hoá, xã hội của đất nước

Bảng 2.4 : Phân bố diện tích, năng suất và sản lượng lúa toàn cầu năm 2011

Vùng Diện tích

(tr.ha)

Năng suất (t/ha)

Sản lượng (tr.t)

Bảng tổng hợp sản lƣợng lúa Thế giới và Châu lục giai đoạn 2001- 2005

(Số liệu thống kê của FAO, 2006 - Đơn vị tính: Triệu tấn)

Bảng 2.1 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa của Việt Nam trong 10 năm

Năm Diện tích

(1000ha)

Sản lượng (1000 tấn)

Năng suất (tấn/ha)

Việt Nam đang đứng trước những thách thức to lớn đối với sản xuất lúa và 5 thách thức lớn nhất là:

1 Những vùng nghèo, điều kiện và nguồn tài nguyên hạn chế như miền núi sản xuất chưa đáp ứng đu nhu cầu lương thực cho người dân trong vùng

2 Diện tích đất lúa thu hẹp do xây dựng cơ sở hạ tầng và chuyển đổi mục đích sử dụng, từ năm 2000 đến 2010 giảm 640 nghìn ha

3 Sản xuất lúa hiệu quả thấp do chi phí sản xuất cao và giống lúa chất lượng thấp dẫn đến giá bán thấp hơn so với các nước khác năm

2013 giá chỉ đạt mức 340 đến 370 đô la/tấn, trong khi Thái Lan đều trên 400 đô la/tấn

4 Dịch bệnh xảy ra ngày càng nghiêm trọng hơn, đặc biệt một số loại sâu bệnh như rầy nâu, bệnh bạc lá, bệnh khô vằn, bệnh virus vàng lùn, lùn soăn lá, lùn sọc đen trên lúa gây hại thành dịch trên diện rộng

5 Biến đổi khí hậu tác động mạnh, thiên tai hạn hán, bão lụt, nhiệt

độ thấp, xâm nhập mặn dẫn đến sản xuất bấp bênh

2 Tài nguyên di truyền cây lúa

 Lúa là một trong những cây trồng cổ xưa nhất loài người

 Căn cứ vào các tài liệu khảo cổ học ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam cây lúa đã có mặt từ 3000-2000 năm trước công nguyên

 Nhiều kết quả nghiên cứu gần đây thống nhất cho rằng lúa trồng

ở Châu Á xuất hiện cách đây 8000 năm (Lu.B.R và cộng sự, 1996)

 Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng châu Á là Oryza sativa vẫn còn chưa được kết luận chắc chắn

 Một số tác giả: Sampath và Rao (1951), Sampath và Govidaswami (1958), Oka (1974) cho rằng O sativa có nguồn gốc từ lúa dại lâu năm O rufipogon

 Còn các tác giả khác như Chatterjee (1951), Chang (1976) lại cho rằng O sativa được tiến hóa từ lúa dại hàng năm O nivara

Hình 2.1: Mô tả tóm tắt tiến hóa của lúa dại thành lúa trồng

O rufipogon

O sativa

Kiểu trung gian

Lúa trồng và các kiểu cỏ dại

O Nivara

Mô hình sự tiến hóa của O sativa

 Lúa trồng châu Á O.sativa có nguồn gốc từ Trung quốc (Ting, 1993) và Ấn Độ (Sampath và Rao, 1951)

 Chang (1976) cho rằng O.sativa xuất hiện ở lưu vực sông Ganges dưới chân núi Hymalaya qua Myanma, bắc Thái Lan, Lào đến bắc Việt Nam và nam Trung Quốc

 Chang cho rằng lúa Indica phát sinh từ vùng Nepal, Assam, Myanma, Vân Nam đến lưu vực sông Hoàng Hà và

từ Việt Nam phát tán theo bờ biển lên hạ lưu sông Dương

Tử, tại đó biến động thích ứng thành Japonica, Sinica

 Từ Trung Quốc Japonica hoặc Sinica được hình thành rồi chuyển sang Triều Tiên, Nhật Bản

 Lúa Indica phát tán xuống phía Nam tới Malaysia và lên phía Bắc tới miền Trung Trung Quốc

 Loại hình hạt dài, rộng và dầy thuộc kiểu Javanica được hình thành ở Indonesia là quá trình chọn lọc từ Indica Kiểu Javanica chuyển qua Philipine, Đài Loan và Nhật Bản

 Theo Chang (1985) loại hình Indica châu Á di chuyển theo một con đường khác từ Ấn Đô, bắc Phi rồi đến châu Âu vào khoảng 1000 năm trước công nguyên

 Con đường khác lúa châu Á chuyển từ Ấn Độ qua bán đảo Madagasca đến lục địa đông Phi

 Nhiều giống lúa trong loài phụ Javanica từ Indonesia tới Madagasca

 Tây Phi nhận các giống lúa từ châu Âu hoặc từ Nam Á

 Châu Âu cung cấp giống lúa cho Nam Mỹ

Phân loại lúa

Họ hòa thảo: Poaceae (Gramineae)

Họ phụ: Pooideae

Tộc: Oryzae

Loài: Oryza sativa

a Phân loại lúa dại

 Theo Sharma (1973) bao gồm 28 loài và loài phụ, phân bố chủ yếu ở vùng xích đạo

 Chúng gồm 2 loại hình lâu năm và hàng năm có chiều cao

Các loài lúa dại tìm thấy ở Việt Nam:

- O granulate (MM): Tây Bắc và biên giới Việt Lào

- O nivara (AA) tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

- O officinalis (CC) tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

- O rufipogon (AA) tại Tây Nguyên, Trung Bộ và Nam Bộ

- O ridleyi (HH) mới tìm thấy ở biên giới Việt Nam – Campuchia

Đánh giá tài nguyên di truyền lúa dại

Sitch và cộng sự (1989) tổng kết tài nguyên di truyền lúa dại như sau:

 O rufipogon (AA): gen kháng phèn; gen vươn lóng theo mực nước; gen điều khiển tính bất dục đực di truyền tế bào chất (CMS), gen chống bệnh tungro

 O nivara (AA): gen kháng bệnh virus lúa lùn, bệnh vàng lá lúa

 O barthii (AA): gen kháng bạc lá

 O longistaminata (AA): gen kiểm tra tính vòi nhụy dài; kháng bạc lá ( Xa21 )

 O eichingeri : gen kháng rầy nâu, rầy xanh và rầy lưng trắng

 O officinalis (CC): kháng rầy nâu, rầy xanh, rầy lưng trắng

 O minuta (BBCC): kháng rầy nâu, rầy xanh; rầy lưng trắng, cháy lá và bạc lá

 O australiensis (EE): kháng rầy nâu, chống hạn

 O branchyantha (FF): kháng sâu đục thân, ruồi đục nõn

 O ridleyi (MMRR): kháng ruồi đục lá, cháy lá, bạc lá

 O longiglumis (MMRR): kháng ruồi đục lá, cháy lá, bạc lá

 O glaberrima (AA): kháng rầy xanh

 O rufipogon (AA): nâng cao năng suất lúa (18%)

 O granulata (MM+): chống bạc lá, rầy nâu

b Phân loại lúa trồng

 Hai loài lúa trồng:

 Lúa trồng châu Á - O Sativa và

 Lúa trồng châu Phi - O Glaberrima

 Quan điểm sinh thái học (Morinaga, 1954) chia 5 kiểu hình sinh thái:

Asian Rice

Oriza sativa

Wild Rice

Phân loại O sativa theo IRRI

Lá Rộng đến hẹp, xanh nhạt Hẹp, xanh tối Rộng cứng, xanh nhạt

Thân Thân rạ thon mảnh Thân rạ thon

cứng Thân cứng, ống rạ to Sức đẻ nhánh Đẻ khỏe > 16 nhánh Đẻ trung bình

11-15 nhánh Đẻ ít < 10 nhánh Chiều cao Cao đến TB Thấp đến TB Cây cao

Hạt Dài đến ngắn, thon, đôi

khi hạt dẹt Ngắn, hạt tròn Hạt dài, rộng dày Râu hạt Hầu hết không râu Từ không râu

đến râu dài Râu dài hoặc không có râu Lông trên vỏ trấu Lông nhỏ, ngắn ở vỏ trấu

lưng và bụng, đôi khi không có lông

Có long dày trên

vỏ trấu lưng và bụng

Lông dài ở vỏ trấu lưng

và bụng, vỏ trơn láng ở nhiều giống lúa cạn

Quan điểm canh tác học: 9 loại

1 Lúa cạn

2 Lúa canh tác nhờ nước trời đất cao

3 Lúa canh tác nhờ nước trời đất thấp

4 Lúa canh tác có tưới

5 Lúa chịu nước sâu

6 Lúa chịu ngập

7 Lúa chịu mặn

8 Lúa chịu phèn

9 Lúa nổi

Phân loại theo nguồn gốc xuất xứ:

1 Giống bản địa

2 Giống địa phương

3 Giống cải tiến

4 Giống nhập nội

5 Giống ưu thế lai

Glaszmann(1987) phân tích đa chiều biến động các allele trên 15 locus isozyme và phân thành 6 nhóm dựa trên hình thái đã phân thành các nhóm đa dạng khác nhau:

1 Nhóm I: gồm các giống thuộc Indica và nhóm VI tương ứng với

Japonica

2 Nhóm VI: cũng bao gồm bulu và gundil,

3 Nhóm II, III, IV và V không điển hình cũng phân loại Indica như phân loại truyền thống

4 Nhóm II: tương ứng với lúa cạn chín rất sớm và chịu hạn gọi là Aus trồng ở Bangladesh và Ấn Độ

5 Giống lúa chịu ngập ở Bangladesh và Ấn Độ gọi là Ashinas và Rayadas thuộc nhóm III và nhóm IV

6 Nhóm V gồm lúa thơm của Ấn Độ, Basmati

Các giống lúa thơm thuộc nhóm I, V và VI, chỉ một số ít thuộc nhóm

I ( indica ) và nhóm VI ( japonica )

Bảng 2.2 : Xắp xếp nhóm trong chi Oryza , các loài và vùng phân bố

Sect Oryza

Ser Sativae

O barthii 24 AA Châu Phi sa mạcSaharan

O glaberrima 24 AA Tây Phi

O glumaepatula 24 AA Trung và Nam Mỹ

O longistaminata 24 AA Châu Phi sa mạc Saharan

O meridionalis 24 AA Úc nhiệt đới

O nivara 24 AA Châu á nhiệt đới và á nhiệt đới

O rufipogon 24 AA Châu á nhiệt đới và á nhiệt đới, Châu

Úc nhiệt đới

O sativa 24 AA Khắp thế giới

Ser Latifoliae

O alta 48 CCDD Trung, Nam Mỹ

O eichingeri 24 CC Nam Á, Đông Phi

O grandiglumis 48 CCDD Trung, Nam Mỹ

O latifolia 48 CCDD Trung, Nam Mỹ

O minuta 48 BBCC Philippines, Papua New Guinea

Bảng 2.2 (tiếp)

O officinalis 24, 48 CC, BBCC Châu á nhiệt đới và á nhiệt đới

O punctata 24, 48 BB, BBCC Sa mạc Saharan Châu Phi

O rhizomatis 24 CC Sri Lanka

O granulata 24 GG Nam và Đông Nam Châu Á

O meyeriana 24 GG Đông Nam Á

O neocaledonica 24 ??? New Caledonia

Bảng 2.3 : Chi, số loài, phân bố, số NST và cấu trúc hạt của họ

phụ Oryzeae (Chang và Vaughan, 1991)

2.3 Đặc điểm sinh học của cây lúa

2.3.1 Đặc điểm nông sinh học chung

Hình 2.3 : Hình thái cây lúa lý tưởng

Hình 2.4 Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây lúa

(IRRI, 2007)

2.3.2 Đặc điểm sinh sản

Hình 2.5 : Cấu tạo hoa lúa

5 Đặc điểm thực vật học của cây lúa

a Rễ lúa

b Lá lúa

 Số lá trên cây phụ thuộc chủ yếu vào giống, thời vụ cấy, biện pháp bón phân và quá trình chăm sóc

 Thường số lá của các giống :

- Giống lúa ngắn ngày: 12 - 15 lá

- Giống lúa trung ngày: 16 - 18 lá

- Giống lúa dài ngày : 18 - 20 lá

 Lá ở thời kỳ nào thường quyết định đến sinh trưởng của cây trong thời kỳ đó Ba lá cuối cùng thường liên quan và ảnh hưởng trực tiếp đến thời kỳ làm đòng và hình thành hạt

c Hoa lúa

 Cấu tạo hoa lúa thường gồm: 1 vỏ trấu lưng, 1 vỏ trấu bụng, 6 chỉ nhị mang 6 bao phấn, 1 nhụy gồm hai vòi nhụy và vảy cá

 Do có nhiều hoa trên một bông lúa, quá trình trỗ lại không đồng thời nên hoa lúa nở theo quy luật từ trên xuống dưới, từ ngoài vào trong

 Thời gian nở hoa phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết: nếu thuận lợi, nhiệt độ thích hợp, đủ nắng, trời quang mây, gió nhẹ hoa nở rộ vào 8 - 9 giờ sáng; nếu trời nắng nóng hoa lúa sẽ nở sớm vào lúc 7 - 8 giờ sáng; nếu trời âm u, thiếu ánh sáng hoặc gặp rét hoa lúa sẽ trỗ muộn từ 12 - 14 giờ trưa

 Thời gian phơi màu, thụ tinh của hoa lúa từ khi nở vỏ trấu đến lúc khép lại khoảng 50 - 60 phút

d Hạt lúa

 Mỗi một hạt lúa được hình thành từ một hoa lúa

 Các hạt lúa xếp xít và gối lên nhau tạo thành bông lúa

 Tuỳ vào các giống lúa khác nhau mà độ dài bông, số lượng hạt cũng như mật độ xếp hạt của bông lúa khác nhau

e Thân lúa

 Là loại thân thảo

 Thời kỳ mạ và lúa non: thân lúa do các bẹ lá tạo thành

 Sau khi làm đốt, thân lúa do các lóng và đốt tạo thành, bên ngoài có bẹ lá bao bọc

 Số lóng trên mỗi thân phụ thuộc vào giống: giống dài ngày 7 - 8 lóng, giống trung ngày 6 - 7 lóng và giống ngắn ngày có 4 - 5 lóng

f Thời gian sinh trưởng phát triển của cây lúa

 Thời gian sinh trưởng của cây lúa được tính từ khi hạt lúa nảy mầm đến khi chín hoàn toàn, thay đổi tuỳ theo giống

và điều kiện ngoại cảnh

 Đối với lúa cấy: Bao gồm thời gian ở ruộng mạ và thời gian

ở ruộng lúa cấy

 Đối với lúa gieo thẳng: Được tính từ thời gian gieo hạt đến lúc thu hoạch

 Ở miền Bắc:

- Giống lúa cực ngắn ngày có TGST 90 - 110 ngày

- Giống lúa ngắn ngày có TGST 111 – 120 ngày

- Giống lúa trung ngày có TGST 121 - 136 ngày

- Giống lúa dài ngày có TGST trên 140 ngày

- Các giống lúa chiêm cũ, do thời vụ gieo cấy có điều kiện nhiệt độ thấp nên TGST kéo dài 180 - 200 ngày

 Ở đồng bằng sông Cửu Long các giống lúa địa phương có thời gian sinh trưởng 200 - 240 ngày ở vụ mùa, cá biệt những giống lúa nổi có thời gian sinh trưởng đến 270 ngày

2.5 Một số đặc điểm di truyền học

 Di truyền chiều cao cây:

 Guliaep (1975) xác định có 4 gen kiểm tra chiều cao cây

 Khi nghiên cứu các dạng lùn tự nhiên và đột biến có trường hợp do 1 cặp gen lặn, có trường hợp 2 cặp gen và

đa số do 8 gen lặn kiểm tra là d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 và

d8

 Gen lùn trong lúa TQ Dee-geo-Woo-gen, Taichung Native

1 mang gen tạo thân ngắn nhưng không ảnh hưởng đến chiều dài bông có ý nghĩa lớn trong chọn giống Còn đa số gen khác làm ngắn cả bông nên khó chọn lọc và sử dụng

 Di truyền khả năng vượt nước sâu: 2-3 gen kiểm tra (Jenning và cs., 1979)

 Khả năng sinh trưởng mạnh sớm: do nhiều gen kiểm tra

 Khả năng đẻ nhánh: di truyền số lượng, hệ số di truyền thấp đến trung bình Kiểu đẻ nhánh chụm và đứng thẳng do gen lặn chi phối

 Bộ lá lúa: Lá đứng thẳng do 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

 Tính trạng lá đòng dài, đứng di truyền độc lập với gen lùn kiểm tra độ dài thân

 Thời gian sinh trưởng: do nhiều gen điều khiển và di truyền số lượng

 Tính có râu: 3 gen trội An1, An2, An3

 Tính trạng rụng và ngủ nghỉ của hạt: tính dễ rụng do gen trội di truyền độc lập với tính trạng khác

 Tính ngủ nghỉ: di truyền đa gen

 Chiều dài hạt gạo: 1 gen (Ramiah, 1931), 2 gen (Ramiah, 1933), 3 gen (Mitro, 1962 ), di truyền trung gian (Virmani, 1994)

(Nagai, 1958), đa gen (Nakata, 1973)

trội bổ sung (Nagaraju, 1975), 1 cặp gen lặn (Sood, 1978)

 Điều khiển mẫn cảm quang chu kỳ do một gen trội chính

là (Se1)

Bảng 2.6 Một số QTL điều khiển kích thước, dạng hạt và khối

lượng hạt đã được nhận biết

Tính trạng QTL NST số Marker Điểm LOD Tham khảo

qGL-3a 3 RM251-RM554 6.32 Rabiei et al 2004

Bảng 2.7 Các gien lên kết với dạng và khối lượng hạt lúa

 Di truyền chống bệnh đạo ôn: phát hiện hơn 25 cặp gen qui định

 Di truyền chống bệnh đốm nâu

- Chống dọc: 1-2 cặp gen

- Chống ngang: nhiều gen và đa số gen trội

 Di truyền tính kháng bệnh bạc lá: phát hiện hơn 27 gen

 Di truyền tính kháng rầy nâu: hơn 20 gen

 Di truyền gen bất dục đực mẫn cảm với điều kiện môi trường: hơn 6 gen

Hình 2.7 Bản đồ nhiễm sắc thể số 1 mang locus saltol chịu mặn ở lúa

Hình 2.8 : gen Sub-1(t) trên nhiễm sắc thể số 9

Bảng 2.8 Gen kháng bệnh bạc lá ở lúa

TT Gen -R Nguồn gem NST TT Gen -R Nguồn gem NST

1 Xa1 Kogyoku 4 14 Xa16 Tetep -

2 Xa2 Tetep 4 15 Xa17 Asomonori -

3 Xa3 Wase Aikoku 11 16 Xa18 IR24,

7 xa8 PI231129 7 20 Xa22 Zhachanglong -

8 Xa10 CAS209 11 21 Xa23 O rufipogon

-9 Xa11 IR8 - 22 xa24 DV6 -

10 Xa12 Kogyoku 4 23 xa25 Nep Bha bong

to -

11 xa13 BJ1 8 24 Xa26 Arai Raj -

12 Xa14 TN1 - 25 xa27 Lota Sail -

13 xa15 XM41 - 26 Xa? O munuta