Tài liệu Nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai hai dòng ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------------- HOÀNG ðĂNG DŨNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HẠT GIỐNG LÚA LAI HỆ HAI DÒNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Mà SỐ: 62.62.05.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS VŨ VĂN LIẾT 2. PGS.TS NGUYỄN TRÍ HOÀN HÀ NỘI - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận án ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Hoàng ðăng Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ Văn Liết, PGS.TS Nguyễn Trí Hoàn, ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Di truyền chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã ñóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện ðào tạo Sau ñại học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã quan tâm giúp ñỡ trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu; Ban chủ nhiệm Khoa Nông học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp ñỡ của Trung tâm Nghiên cứu lúa lai, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam; Viện Nghiên cứu lúa, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội; Sở Nông nghiệp Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp ñỡ của Ban Giám ñốc, Cán bộ kỹ thuật, Trung tâm Thực nghiệm và ðào tạo nghề - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi thực hiện và hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn sự ñộng viên, khuyến khích, giúp ñỡ của các bạn ñồng nghiệp và gia ñình. Tôi xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2010 Tác giả Hoàng ðăng Dũng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... iii MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt vi Danh mục các bảng viii Danh mục các ñồ thị xii Danh mục các hình xii MỞ ðẦU 1 1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 2 Mục ñích và yêu cầu nghiên cứu 3 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 4 4 Giới hạn của ñề tài 4 5 ðiểm mới của luận án 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 6 1.1 Cơ sở khoa học của ñề tài 6 1.2 Thực trạng sản xuất lúa ở Việt Nam 7 1.2.1 Các vùng trồng lúa ở Việt Nam 7 1.2.2 Diện tích và năng suất lúa ở Việt Nam 8 1.2.3 Diện tích và năng suất lúa lai ở Việt Nam 9 1.3 Các thành tựu nghiên cứu về phát triển hệ thống lúa lai trên thế giới và Việt Nam 10 1.3.1 Lúa lai hệ “3 dòng” 10 1.3.2 Lúa lai hai dòng 11 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... iv 1.3.3 1.4 Siêu lúa lai (super hybrid rice) Nghiên cứu về công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai 16 20 1.4.1 Nghiên cứu công nghệ nhân dòng bất dục 20 1.4.2 Công nghệ sản xuất hạt lai F1 27 1.5 Những ñịnh hướng nghiên cứu rút ra từ việc nghiên cứu tài liệu liên quan tới ñề tài 38 CHƯƠNG 2. ðỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39 2.1 ðối tượng 39 2.2 Nội dung 39 2.3. ðịa ñiểm - thời gian nghiên cứu 40 2.3.1 ðịa ñiểm nghiên cứu 40 2.3.2 Thời gian 40 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 40 ðiều tra, phân tích diễn biến của các yếu tố khí hậu, thời tiết với việc nhân dòng và sản xuất hạt lai ở các vùng sinh thái của Việt Nam 40 2.4.2 Bố trí thí nghiệm 41 2.4.3 Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp ñánh giá 51 2.4.4 Phương pháp ñánh giá các chỉ tiêu 54 2.4.5 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu thí nghiệm 54 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 58 Xác ñịnh thời vụ sản xuất hạt lúa lai F1 hệ hai dòng và nhân dòng TGMS dựa trên yếu tố thời tiết. 3.1.1 58 Kết quả xác ñịnh thời vụ tại một số ñiểm của các vùng khí hậu 1, 2 và 3 58 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... v 3.1.2 Kết quả xác ñịnh thời vụ tại một số ñiểm của các vùng khí hậu 4, 5, 6 và 7 59 3.1.3 Xác ñịnh thời vụ cho vùng Hà Nội và phụ cận 61 3.1.4 Xác ñịnh thời vụ nhân dòng TGMS tại Bắc Hà, Lào Cai. 66 3.1.5 Xác ñịnh thời vụ sản xuất hạt lai F1 tại Sóc Trăng. 67 3.2 Nghiên cứu thử nghiệm thời vụ nhân dòng và sản xuất hạt lai F1 tại một số vùng sinh thái 3.2.1 Nghiên cứu thử nghiệm về thời vụ nhân dòng tại một số vùng sinh thái 3.2.2 68 Nghiên cứu thời vụ sản xuất hạt lai F1 tại một số vùng sinh thái khác nhau 3.3 68 76 Các nghiên cứu hoàn thiện một số công nghệ sản xuất hạt lai hệ hai dòng 87 3.3.1 Nhân dòng TGMS 87 3.3.2 Nghiên cứu một số công nghệ sản xuất hạt lai F1 96 3.4 Kết quả xây dựng mô hình ứng dụng một số giải pháp công nghệ trong sản xuất hạt lai 124 3.4.1 Mô hình nhân dòng TGMS 124 3.4.2 Mô hình sản xuất hạt lai F1 125 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 128 4.1 Kết luận 128 4.2 ðề nghị 128 Các công trình ñã công bố có liên quan ñến luận án 131 Tài liệu tham khảo 132 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT T.T Chữ viết tắt Nghĩa của chữ viết tắt 1 2 3 4 A Bd Bắc. T.Bộ CMS 5 6 7 8 9 10 11 12 13 CS CT ðC ðBSH ðBSCL ðHNN ðông N.Bộ ðVT EGMS 14 GA3 Dòng mẹ (dòng bất dục ñực) Bất dục Bắc Trung Bộ Dòng bất dục ñực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility) Cộng sự Công thức ðối chứng ðồng Bằng sông Hồng ðồng Bằng sông Cửu Long ðại học Nông nghiệp Hà Nội ðông Nam Bộ ðơn vị tính Dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm môi trường (Environment- sensitive Genic Male Sterility) Gibberellic acid 15 IRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế 16 L Lượng giống gieo 17 Mð Mật ñộ cấy 18 P1000 Khối lượng 1000 hạt 19 Nam. T.B Nam Trung Bộ 20 21 22 23 24 25 NPK NSLT NSTT NXB P PGMS ðạm-lân-kali Năng suất lý thuyết Năng suất thực thu Nhà xuất bản Phân bón Dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (Photoperiodic- sensitive Genic Male Sterility) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... vii T.T Chữ viết tắt Nghĩa của chữ viết tắt 26 PTGMS Dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ và nhiệt ñộ 27 28 29 30 31 32 33 34 R R20 – 1 R20 – 2 R24 -1 R24 – 2 TB TCTK TGMS 35 36 37 38 39 40 TV ƯTL VL20 VL24 WA WCG Dòng phục hồi (dòng cho phấn) Dòng phục hồi (dòng cho phấn) R20 gieo lần 1 Dòng phục hồi (dòng cho phấn) R20 gieo lần 2 Dòng phục hồi (dòng cho phấn) R24 gieo lần 1 Dòng phục hồi (dòng cho phấn) R24 gieo lần 2 Trung bình Tổng Cục thống kê Dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ (Thermo- sensitive Genic Male Sterility) Thời vụ Ưu thế lai Việt Lai 20 Việt Lai 24 Bất dục kiểu hoang dại (Wild Abortive) Gen tương hợp rộng (Wide Compatibility Gene) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... viii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Diễn biến diện tích trồng lúa ở Việt Nam qua các năm 8 1.2 Năng suất lúa cả nước giai ñoạn 2000-2007 8 1.3 Bảng ñịnh hướng sản xuất lúa lai tại các vùng ñến 2020 9 1.4 Kết quả nghiên cứu sử dụng nước mát làm tăng tỷ lệ ñậu hạt của dòng TGMS 3.1 Thời gian thích hợp cho giai ñoạn mẫn cảm nhiệt ñộ trong sản xuất hạt lai và nhân dòng TGMS tại một số ñiểm của các vùng 1, 2 và 3 3.2 25 59 Thời gian thích hợp cho giai ñoạn mẫn cảm nhiệt ñộ trong sản xuất hạt lai, nhân dòng TGMS tại một số ñiểm của các vùng khí hậu 4, 5, 6 và 7 3.3 Ảnh hưởng của thời vụ gieo ñến ñặc ñiểm nông sinh học của dòng 103S vụ Xuân tại Gia Lâm, Hà Nội 3.4 75 Ảnh hưởng của thời vụ tới ñặc ñiểm nông sinh học của dòng 103S, R20 và R24 vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.9 74 Ảnh hưởng của thời vụ gieo ñến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng 103S vụ Mùa tại Bắc Hà, Lào Cai 3.8 72 Ảnh hưởng của thời vụ gieo ñến ñặc ñiểm nông sinh học của dòng 103S vụ Mùa 2005 và 2006 tại Bắc Hà, Lào Cai 3.7 70 ðánh giá ñộ ổn ñịnh năng suất của các thời vụ khác nhau trong vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.6 68 Ảnh hưởng của thời vụ gieo ñến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất nhân dòng 103S vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.5 60 77 Ảnh hưởng của thời vụ gieo ñến tỷ lệ hạt phấn bất dục dòng 103S vụ Mùa 2005, 2006 và 2007 tại Gia Lâm, Hà Nội 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... ix 3.10 Ảnh hưởng của thời vụ tới các yếu tố cấu thành năng suất sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.11 Ảnh hưởng của thời vụ tới các yếu tố cấu thành năng suất của sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL24 vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.12 88 Ảnh hưởng của lượng hạt giống gieo và thời vụ ñến các yếu tố cấu thành năng suất của dòng 103S vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.18 86 Ảnh hưởng của phương pháp gieo thẳng dòng 103S ñến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.17 84 Ảnh hưởng của thời vụ tới các yếu tố cấu thành năng suất của tổ hợp VL20 và VL24 vụ Thu ðông 2007 tại Sóc Trăng 3.16 82 Ảnh hưởng của thời vụ tới ñặc ñiểm nông sinh học của dòng 103S, R20 và R24 vụ Thu ðông 2007 tại Sóc Trăng 3.15 82 ðánh giá ñộ ổn ñịnh năng suất của các thời vụ sản xuất hạt lai F1 khác nhau của tổ hợp VL24 trong vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.14 81 ðánh giá ñộ ổn ñịnh năng suất của các thời vụ sản xuất hạt lai F1 khác nhau của tổ hợp VL20 trong vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.13 80 90 Ảnh hưởng của mật ñộ và thời vụ ñến tình hình phát sinh phát triển sâu bệnh trên ruộng nhân dòng 103S vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.19 Ảnh hưởng của mật ñộ và nền phân bón khác nhau ñến ñặc ñiểm nông sinh học của dòng 103S vụ Xuân, tại Gia Lâm, Hà Nội. 3.20 95 Khả năng nhận phấn của dòng mẹ 103S khi xử lý GA3 với liều lượng khác nhau trong vụ Mùa 2005 (% hoa ñậu hạt ) 3.22 94 Ảnh hưởng của mật ñộ và nền phân bón khác nhau ñến các yếu tố cấu thành năng suất của dòng 103S vụ Xuân tại Gia Lâm, Hà Nội 3.21 92 97 Ảnh hưởng của phương pháp làm mạ dòng R tới sinh trưởng, phát triển của dòng R20 và R24 vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... x 3.23 Ảnh hưởng của phương pháp làm mạ dòng R tới ñặc ñiểm trỗ bông của dòng R20 và R24 vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.24 Ảnh hưởng của số dảnh và khoảng cách cấy tới sinh trưởng, phát triển của dòng R20 và R24 vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.25 101 Ảnh hưởng của số dảnh và mật ñộ cấy dòng R tới ñặc ñiểm trỗ bông của dòng R20 và R24 vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.26 100 102 Ảnh hưởng của số dảnh và khoảng cách cấy dòng R20 và R24 ñến năng suất thực thu sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 và VL24 vụ Mùa 2004 và 2005 tại Gia Lâm, Hà Nội 3.27 103 Ảnh hưởng của mật ñộ và khoảng cách cấy dòng 103S tới các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 và VL24 vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.28 104 Ảnh hưởng của phương pháp gieo thẳng dòng 103S tới các yếu tố cấu thành năng suất sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 và VL24 vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 3.29 Ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ tới số hoa và tỷ lệ hoa dòng R20, R24 và dòng 103S, vụ Mùa 2004 và 2005 3.30 109 Ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ tới các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 và VL24 3.31 107 110 Ảnh hưởng của nền phân bón tới các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp VL20 và VL24 vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.32 Ảnh hưởng của thời ñiểm và lượng GA3 phun ñến chiều dài các lóng R24 và R20 trong vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.33 111 113 Ảnh hưởng của thời ñiểm và lượng GA3 phun ñến chiều dài các lóng và tỷ lệ trỗ thoát cổ bông của dòng 103S trong ñiều kiện vụ Mùa tại Gia Lâm, Hà Nội 115 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... xi 3.34 Ảnh hưởng của liều lượng và thời ñiểm GA3 phun ñến tỷ lệ thò vòi nhụy của dòng 103S trong vụ Mùa, tại Gia Lâm, Hà Nội 3.35 Ảnh hưởng của liều lượng và thời ñiểm phun GA3 ñến năng suất sản xuất F1 của tổ hợp VL20 và VL24 trong vụ Mùa 2004 và 2005 3.36 124 Một số chỉ tiêu của mô hình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp VL24 trong vụ Mùa 2007, bằng phương pháp gieo thẳng 3.42 123 Kết quả xây dựng mô hình nhân dòng TGMS tại Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội vụ Xuân 2006 3.41 121 Ảnh hưởng của một số hoá chất ñến thời gian từ phân hoá bước 6 ñến trỗ bông của dòng 103S, R24 và R20 3.40 120 Ảnh hưởng của một số hoá chất ñến thời gian từ phân hoá bước 5 ñến trỗ bông của dòng 103S, R24 và R20 3.39 119 Ảnh hưởng của một số hoá chất ñến thời gian từ phân hoá bước 4 ñến trỗ bông của dòng 103S, R24 và R20 3.38 117 Ảnh hưởng của một số hoá chất ñến thời gian từ bước 3 ñến trỗ bông của dòng 103S, R24 và R20 3.37 116 125 Một số chỉ tiêu của mô hình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp VL24 trong vụ Mùa 2009, tại Hà Nam 127 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... xii DANH MỤC CÁC ðỒ THỊ STT Tên ñồ thị 1 ðộ hữu dục của hạt phấn gieo trồng các thời vụ khác nhau 2 Xu hướng ñộ hữu dục của hạt phấn và năng suất dòng 103S qua mười thời vụ gieo trồng Trang 69 71 DANH MỤC CÁC HÌNH STT 3.1 Tên hình Thời gian thích hợp cho dòng TGMS chuyển hoá bất dục phục vụ sản xuất hạt lai F1 vụ Xuân tại Hà Nội 3.2 66 Thời gian thích hợp cho dòng TGMS bất dục phục vụ sản xuất hạt lai F1, tại Sóc Trăng 3.6 65 Thời gian thích hợp cho dòng TGMS chuyển hoá bất dục phục vụ nhân dòng TGMS, tại Bắc Hà, Lào Cai 3.5 64 Thời gian thích hợp cho dòng TGMS chuyển hoá hữu dục phục vụ nhân dòng TGMS, vụ Xuân tại Hà Nội 3.4 62 Thời gian thích hợp cho dòng TGMS chuyển hoá bất dục phục vụ sản xuất hạt lai F1 vụ Mùa tại Hà Nội 3.3 Trang 67 Nghiên cứu thời vụ và lượng hạt giống trong công nghệ gieo thẳng dòng 103S, tại Gia Lâm, Hà Nội 89 3.7 Nghiên cứu mật ñộ cấy dòng 103S, tại Gia Lâm, Hà Nội. 96 3.8 Mô hình gieo thẳng dòng mẹ 103S và cấy R24 (làm mạ phôi trên 3.9 cát trong sản xuất hạt lai F1 tổ hợp VL24, tại Gia Lâm, Hà Nội. 126 Mô hình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp VL24, tại Duy Tiên, Hà Nam 126 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 1 MỞ ðẦU 1 Tính cấp thiết của ñề tài Dân số hiện nay của thế giới ñã là hơn 6 tỷ người và sẽ ñạt tới 8 tỷ vào năm 2030. Trong khi dân số tăng thì diện tích ñất canh tác bị thu hẹp dần do ñất ñược chuyển sang các mục ñích sử dụng khác. Áp lực của tăng dân số cùng với áp lực từ thu hẹp diện tích ñất trồng trọt lên sản xuất lương thực của thế giới ngày càng tăng. Cách duy nhất ñể con người giải quyết vấn ñề này là ứng dụng khoa học kỹ thuật tìm cách nâng cao năng suất các loại cây trồng (Yuan, 2004) [103]. Lúa là một loại cây lương thực chính và cung cấp lương thực cho hơn một nửa dân số thế giới. Theo ước tính ñến năm 2030 sản lượng lúa của thế giới phải tăng thêm 60% so với sản lượng năm 1995 mới ñảm bảo an ninh lương thực. Về mặt lý thuyết, lúa có khả năng cho sản lượng cao hơn nếu ñiều kiện canh tác như hệ thống tưới tiêu, chất lượng ñất, biện pháp thâm canh và giống ñược cải thiện. Trong tất cả các yếu tố ñó, cải tiến giống ñóng vai trò rất quan trọng. Thành công và ñóng góp của nghiên cứu lúa lai từ Trung Quốc mở ra một triển vọng mới giúp thế giới có một cái nhìn lạc quan hơn về an ninh lương thực trong tương lai (Yuan, 2004) [103]. Sự thành công của sản xuất lúa lai phụ thuộc vào thành công của sản xuất hạt lai F1. Kỹ thuật sản xuất hạt F1 phải ñảm bảo chất lượng và năng suất ñể có giá bán phù hợp. Sản xuất hạt lai có những yêu cầu công nghệ ñặc biệt và kỹ thuật cao, do vậy người sản xuất phải có kiến thức và kỹ năng phù hợp (Sindhua and Kuma, 2002) [80]. Công nghệ nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt giống lúa lai F1 có vai trò quan trọng ñể phát triển lúa lai ở bất kỳ quốc gia nào. Những thách thức ñối với cải thiện năng suất và chất lượng hạt lúa lai F1 là: (1) Thiết lập hệ thống nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1 có thể kiểm soát chất lượng và ñộ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 2 thuần; (2) Tìm ñược ñịa ñiểm và mùa vụ sản xuất hạt lai F1 trên diện tích lớn; (3) ðào tạo người sản xuất nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm cho họ; (4) Xây dựng công nghệ sản xuất phù hợp ở mỗi ñịa phương; (5) Cải tiến kỹ thuật canh tác và phòng trừ dịch hại; (6) Phát triển dòng mẹ có khả năng nhận phấn ngoài cao và chống chịu với những sâu bệnh hại chính; (7) Làm thuần các dòng bố mẹ hiện có; (8) Thiết lập tiêu chuẩn và ñộ thuần của quốc gia ñối với sản xuất hạt lai F1 (Mao and Virmani, 2002) [73]. Sản xuất hạt lai F1 của Trung Quốc qua 12 năm từ 669kg/ha năm 1981 tăng lên 2214kg/ha năm 1993 và năng suất không ổn ñịnh qua các năm cho thấy công nghệ sản xuất hạt lai F1 cần có những nghiên cứu tập trung ñể cải thiện năng suất hạt lai F1 (Yuan,1998) [101] . Nhu cầu về hạt giống lúa lai của Việt Nam bình quân 15,000-16,000 tấn hạt giống lúa lai hàng năm, 85% trong số ñó phải nhập khẩu từ Trung Quốc. Sự phụ thuộc quá lớn và nhập nội ñôi khi gặp phải khó khăn như: chất lượng hạt giống thấp, giá thành cao sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới kế hoạch sản xuất. Chương trình khuyến nông hỗ trợ việc sản xuất hạt giống ñã phần nào ñạt ñược hiệu quả cao (Trần Văn Lầm và Tống Khiêm, 2007) [64]. Vấn ñề nghiên cứu và phát triển lúa lai theo tổng kết của Cục Nông nghiệp- Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2005), quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam trong những năm qua vẫn còn một số tồn tại: (1) Thiếu giống bố mẹ có ñộ thuần cao ñể chủ ñộng trong sản xuất hạt lai F1. Kỹ thuật làm thuần và nhân dòng bất dục chỉ mới tập trung ở một số dòng nhất ñịnh, chưa tìm ñược giải pháp có hiệu quả ñể nâng cao tỷ lệ kết hạt và ñộ thuần của một số dòng có tiềm năng như: Nhị 32A và Peiải 64S; (2) Chưa có nhiều nguồn vật liệu khởi ñầu ñể chọn tạo các tổ hợp có năng suất siêu cao, chống chịu tốt với sâu bệnh và phù hợp với ñiều kiện sinh thái vùng nhiệt ñới ẩm của nước ta; (3) Chưa xác ñịnh vùng nhân dòng bố mẹ, vùng sản xuất hạt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 3 lai F1 tối ưu và vùng sản xuất lúa lai thương phẩm có hiệu quả. Năng suất, chất lượng hạt giống sản xuất trong nước còn thấp; (4) Nguồn vốn ñầu tư cho nghiên cứu và phát triển lúa lai thấp, không tập trung, hoạt ñộng nghiên cứu phân tán, chính sách ñầu tư, hỗ trợ cho lúa lai chưa hợp lý. ðội ngũ cán bộ kỹ thuật thiếu. Hệ thống sản xuất hạt giống chưa ñược tổ chức chặt chẽ và chưa gắn liền với thị trường, nhà nước chưa có chính sách khuyến khích các doanh nghiệp ñầu tư phát triển lúa lai một cách hợp lý (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2005) [4]. ðể góp phần giải quyết những khó khăn trở ngại nói trên, phục vụ phát triển sản xuất lúa lai hệ hai dòng ở Việt Nam chúng tôi thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai hai dòng ở Việt Nam” 2 Mục ñích và yêu cầu nghiên cứu 2.1 Mục ñích của ñề tài Xác ñịnh vùng sinh thái phù hợp cho sản xuất hạt lai F1 và nhân dòng TGMS. Phát triển một số giải pháp công nghệ, khai thác nguồn tài nguyên khí hậu nâng cao năng suất nhân dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng. 2.2 Yêu cầu của ñề tài - ðánh giá tài nguyên khí hậu, xác ñịnh vùng sản xuất hạt lai F1 và nhân dòng TGMS. - Phát triển một số giải pháp kỹ thuật nhân dòng TGMS nhằm nâng cao năng suất. - Nghiên cứu một số giải pháp kỹ thuật dựa trên kết quả ñánh giá khí hậu ñể nâng cao năng suất hạt lai F1. - Bước ñầu thử nghiệm mô hình ứng dụng các giải pháp kỹ thuật ñề xuất hoàn thiện quy trình. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 4 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ cung cấp dẫn liệu khoa học về ñiều kiện khí hậu của mỗi vùng phù hợp cho nhân dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1, một số giải pháp công nghệ bổ sung góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai hai dòng. 3.2 Ý nghĩa thực tiễn ðề tài ñã góp phần ñịnh hướng, xác ñịnh vùng sản xuất hạt lai F1 cho các ñơn vị tham gia vào công tác sản xuất hạt giống lúa lai; Các kết quả nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ trong sản xuất lúa lai góp phần nâng cao năng suất sản xuất hạt giống lúa lai F1 và thúc ñẩy sự phát triển của sản xuất lúa lai hệ hai dòng ở Việt Nam. 4 Phạm vi nghiên cứu của ñề tài - Nghiên cứu tiến hành với dòng bất dục 103S dạng bất dục TGMS ñã tham gia làm dòng mẹ cho hai giống lúa lai hai dòng là VL20 và VL24; - Hai dòng phục hồi sử dụng trong nghiên cứu là R20 và R24; - Hai tổ hợp lai là VL24 và VL20; - ðánh giá tài nguyên khí hậu trên một số trạm quan trắc chính trong hệ thống quan trắc khí tượng của Trung tâm Khí tượng thuỷ văn Quốc Gia. ðại diện cho 7 vùng sinh thái của Việt Nam. - Nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhân dòng TGMS ñược bố trí ở Hà Nội, Lào Cai - Nghiên cứu các giải pháp công nghệ sản xuất hạt lai F1 ñược bố trí tại Hà Nội, Sóc Trăng, Hà Nam 5 ðiểm mới của luận án - Sử dụng phương pháp phân tích số liệu khí tượng ñể xác ñịnh thời vụ sản xuất hạt lai F1 và nhân dòng thích hợp cho vùng khí hậu cụ thể; Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 5 - Xây dựng quy trình gieo thẳng trong nhân dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1; - Xây dựng quy trình sử dụng GA3 trong sản xuất hạt lai F1 với dòng R dạng ít mẫn cảm GA3 và mẫn cảm GA3; - Xây dựng quy trình công nghệ sử dụng một số hoá chất trong ñiều chỉnh trùng khớp giữa các dòng bố mẹ trong sản xuất hạt lai F1. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học của ñề tài Ưu thế lai (ƯTL) là hiện tượng phổ biến trong trồng trọt và chăn nuôi. Vào khoảng năm 584 trước công nguyên người cổ xưa ñã lai ngựa với lừa ñể thu ñược con la (con lai F1). Năm 1763 Kolreuter (người Nga gốc ðức) ñã phát hiện ra hiện tượng ưu thế lai ở cây thuốc lá khi trồng thuốc lá Nga cạnh ruộng thuốc lá Pêru. Những năm 1866-1867 Darwin sau khi nghiên cứu những biến dị của thực vật tự thụ phấn và giao phấn ñã chỉ ra rằng ở ngô có ƯTL. ðầu thế kỷ 20 ƯTL của ngô ñược nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Sau ñó, còn người ñã khai thác ƯTL ở cây bắp cải, hành, cà chua, bông, lúa (Nguyễn Công Tạn và cs, 2002) [36]. Năm 1926, J.W.Jones (nhà thực vật học người Mỹ) lần ñầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ƯTL trên những tính trạng số lượng và năng suất lúa. Tuy nhiên, lúa là cây tự thụ phấn ñiển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do ñó khai thác ƯTL ở cây lúa ñặc biệt khó khăn ở khâu sản xuất hạt lai F1 (Kim và Rutger 1988) [63]. Những năm ñầu thập kỷ 60 của thế kỷ 20, Yuan Long Ping (Trung Quốc) ñã cùng ñồng nghiệp phát hiện ñược cây lúa dại bất dục trong loài lúa dại Oryza fatua spontanea tại ñảo Hải Nam. Tiếp theo ñó họ ñã chuyển ñược tính bất dục dạng hoang dại này vào lúa trồng và tạo ra những vật liệu di truyền mới giúp cho việc khai thác ƯTL thương phẩm. Năm 1973 các nhà khoa học Trung Quốc ñã công bố nhiều dòng bất dục ñực tế bào chất (CMS), dòng duy trì bất dục (B) tương ứng với các dòng phục hồi (R) như IR24, IR26, IR661...ñánh dấu sự ra ñời của hệ thống lai “ba dòng” và ñã mở ra bước ngoặt trong lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa với giống lúa lai và công nghệ sản Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn tiến sĩ nông nghiệp ........... 7 xuất hạt giống lúa lai (Nguyễn Công Tạn và cs, 2002)[36]. ðồng thời với việc phát triển lúa lai hệ 3 dòng, một số kết quả nghiên cứu lúa lai hệ thống lúa lai 2 dòng ñã ñược nghiên cứu và công bố: Trên cơ sở phát hiện gen bất dục ñực nhân cảm ứng quang chu kỳ ở lúa qua xử lý ñột biến dòng Nongken 58S (Shi 1981) các nhà khoa học về lúa của Trung Quốc ñã bắt ñầu nghiên cứu hệ thống lúa lai hai dòng từ những năm ñầu của thập kỳ 80 của thế kỷ 20. Sau ñó một số dòng TGMS ñược chọn tạo như Annong S-1, 5460S ñã ñược phát triển trong năm 1988 qua chương trình chọn tạo nguồn vật liệu. Hệ thống nghiên cứu lúa lai hệ hai dòng ñã ñược thiết lập ở Trung Quốc bằng việc sử dụng các dòng PGMS và TGMS. Hệ thống lúa lai hai dòng cho thấy có hiệu quả hơn trong việc tăng năng suất so với hệ thống lúa lai 3 dòng. Tại các nước nhiệt ñới, TGMS có hiệu quả hơn các dòng PGMS bởi sự biến ñổi của nhiệt ñộ trong các vụ khác nhau (Mou và cs, 2004) [78]. Công nghệ sản xuất lúa lai của Trung Quốc ñã ñược ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. ðã có 17 nước ngoài Trung Quốc nghiên cứu và sản xuất lúa lai (Virmani,1995) [84]. ðiều kiện khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh rõ rệt, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng lúa lai hệ hai dòng. Nhiều kết quả nghiên cứu trong nước ñã khẳng ñịnh việc lợi dụng sự thay ñổi nhiệt ñộ trong năm ñể duy trì dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1(Nguyễn Thị Gấm, 2003)[6], (Hà Văn Nhân, 2002)[26]. Tuy nhiên, cây lúa là cây tự thụ phấn ñiển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do ñó việc ứng dụng ưu thế lai gặp khó khăn trong quá trình sản xuất hạt lai F1 (Nguyễn Văn Hoan, 2006)[12]. 1.2 Thực trạng sản xuất lúa ở Việt Nam 1.2.1 Các vùng trồng lúa ở Việt Nam Việt Nam có bờ biển dài trên 3000 km, sông núi nhiều, ñịa hình phức