Tài liệu Xác định khả năng duy trì của một số dòng lúa phục vụ công tác chọn tạo lúa lai ba dòng

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ HUYỀN XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG DUY TRÌ CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO LÚA LAI BA DÒNG Chuyên ngành: Di truyền giống cây trồng Mã số: 60 62 01 11 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Tuấn NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2018 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 công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 15 tháng 07 năm 2017 Tác giả luận văn Phạm Thị Huyền i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thanh Tuấn đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn tới anh Đàm Văn Hưng – Trưởng phòng nghiên cứu công ty TNHH Mahyco Việt Nam, người đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của tập thể cán bộ, nhân viên tại công ty TNHH Mahyco Việt Nam đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Di truyền và chọn giống cây trồng – Khoa Nông học – Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã quan tâm giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Luận văn này hoàn thành còn có sự giúp đỡ của nhiều đồng nghiệp, bạn bè, cùng với sự động viên khuyến khích của gia đình trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 07 năm 2017 Tác giả luận văn Phạm Thị Huyền ii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục .......................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................... vi Danh mục bảng ............................................................................................................... vii Trích yếu luận văn ......................................................................................................... viii Thesis abstract................................................................................................................... x Phần 1. Mở đầu .............................................................................................................. 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.3. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 3 1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .............................................. 3 1.4.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 3 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................ 3 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................ 4 2.1. Tình hình nghiên cứu lúa lai trên thế giới và trong nước .................................. 4 2.1.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới ..................................... 4 2.1.2. Quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở việt nam ........................................ 8 2.2. Hiện tượng ưu thế lai ở cây lúa .................................................................. 14 2.2.1. Khái niệm ưu thế lai ..................................................................................... 14 2.2.2. Đánh giá ưu thế lai ........................................................................................... 15 2.2.3. Sự biểu hiện ưu thế lai ..................................................................................... 16 2.3. Hệ thống lúa lai 3 dòng .................................................................................... 20 2.3.1. Các hệ thống bất dục đực ở lúa và khái niệm lúa lai 2 dòng, 3 dòng .............. 20 2.3.2. Đặc điểm của các dòng vật liệu bố mẹ hệ 3 dòng........................................... 21 2.4. Phương pháp chọn tạo các dòng bố mệ hệ 3 dòng........................................... 24 2.4.1. Chọn dòng a ..................................................................................................... 24 2.4.2. Chọn tạo dòng b ............................................................................................... 25 2.4.3. Chọn tạo dòng r................................................................................................ 25 Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 27 iii 3.1. Địa điểm nghiên cứu ........................................................................................ 27 3.2. Thời gian nghiên cứu ....................................................................................... 27 3.3. Vật liệu nghiên cứu .......................................................................................... 27 3.4. Nội dung nghiên cứu........................................................................................ 28 3.5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 28 3.5.1. Thiết kế thí nghiệm .......................................................................................... 28 3.5.2. Quy trình canh tác ............................................................................................ 28 3.5.3. Các chỉ tiêu theo dõi ........................................................................................ 29 3.5.4. Phân tích số liệu ............................................................................................... 31 Phần 4. Kết quả và thảo luận ...................................................................................... 33 4.1. Kết quả đánh giá 48 dòng vật liệu trong vụ mùa 2016 .................................... 33 4.1.1. Kết quả đánh giá và phân loại thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng vật liệu trong vụ mùa 2016. .................................................................... 33 4.1.2. Kết quả đánh giá một số đặc điểm nông sinh học của các dòng vật liệu trong vụ mùa 2016..................................................................................................... 34 4.1.3. Kết quả đánh giá một số đặc điểm hình thái của 48 dòng vật liệu trong vụ mùa 2016 ................................................................................................................. 37 4.1.4. Đánh giá và phân nhóm một số chỉ tiêu cấu thành năng suất của 48 dòng vật liệu trong vụ mùa 2016 .................................................................................... 40 4.1.5. Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính trên đồng ruộng của 48 dòng vật liệu trong vụ mùa 2016 .................................................................................... 42 4.1.6. Kết quả lai của 48 dòng vật liệu với hai dòng mẹ (ii32a và boa) trong vụ mùa 2016 ................................................................................................................. 44 4.2. Kết quả đánh giá các dòng vật liệu và con lai tương ứng trong vụ xuân 2017 47 4.2.1. Kết quả đánh giá thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng vật liệu trong vụ xuân 2017 .......................................................................................... 47 4.2.2. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chính của các dòng vật liệu trong vụ xuân 2017 ................................................................................................................. 49 4.2.3. Kết quả đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của các cặp lai trong vụ xuân 2017......................................................................................................... 51 4.2.4. Kết quả đánh giá thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các cặp lai trong vụ xuân 2017.................................................................................................... 53 iv 4.2.5. Đánh giá một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai trong vụ xuân 2017 ............... 55 4.2.6. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính trên đồng ruộng của các tổ hợp lai trong vụ xuân 2017......................................................................................................... 57 4.2.7. Kết quả đánh giá và phân loại độ bất dục của các con lai trong vụ xuân 2017 59 4.2.8. Một số chỉ tiêu chính của các cặp con lai- dòng duy trì thu được đánh giá trong vụ xuân 2017.................................................................................................... 61 Phần 5. Kết luận và đề nghị ........................................................................................ 64 5.1. Kết luận ............................................................................................................ 64 5.2. Đề nghị ............................................................................................................. 65 Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 66 Phụ lục ......................................................................................................................... 72 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt A Dòng bất dục đực di truyền tế bào chất B Dòng duy trì bất dục BC Backcross - Lai trở lại CMS Cytoplasmic Male Sterile - Bất dục đực di truyền tế bào chất CMS Cytoplasmic Male Sterility (Bất dục đực tế bào chất). CV% Hệ số biến động EGMS FAO IRRI PGMS Enviromental sensitive Genic Male Sterility (Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường). Food and Agriculture Organization of the United Nations(Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc). International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu lúa quốc tế). Photoperiod sensitive Genic Male Sterility (Bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với quang chu kỳ). R Dòng phục hồi tính bất dục STT Số thứ tự. TGMS ƯTL Thermosensitive Genic Male Sterility (Bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt độ). Ưu thế lai vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nước trồng lúa ở Châu Á trong năm 2012 ............................................................................... 7 Bảng 2.2. Diện tích sản xuất lúa lai qua các năm (từ 2001 – 2012)........................... 14 Bảng 3.1. Danh sách các dòng vật liệu và nguồn gốc ................................................ 27 Bảng 4.1. Kết quả đánh giá thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của 48 dòng nghiên cứu trong vụ Mùa 2016 .................................................................. 33 Bảng 4.2. Kết quả đánh giá một số đặc điểm nông sinh học của các dòng vật liệu trong vụ Mùa 2016..................................................................................... 35 Bảng 4.3. Một số đặc điểm hình thái của các dòng vật liệu trong vụ Mùa 2016 ............. 38 Bảng 4.4. Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất của 48 dòng vật liệu trong vụ Mùa 2016..................................................................................... 40 Bảng 4.5. Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính trên đồng ruộng của 48 dòng vật liệu trong vụ Mùa 2016 ............................................................... 42 Bảng 4.6. Kết quả lai và tỷ lệ đậu hạt của hai dòng A (II32A và BoA) với 48 dòng vật liệu trong vụ Mùa 2016 ................................................... 46 Bảng 4.7. Đánh giá thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng vật liệu trong vụ Xuân 2017 ............................................................................ 48 Bảng 4.8. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu nông sinh học chính của các dòng vật liệu trong vụ Xuân 2017 ............................................................................ 49 Bảng 4.9. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của các cặp lai trong vụ Xuân 2017 .......... 51 Bảng 4.10. Kết quả đánh giá thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các cặp lai trong vụ Xuân 2017 (ngày) ................................................................... 54 Bảng 4.11. Đánh giá một số đặc điểm hình thái, nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2017 ............................................................. 56 Bảng 4.12. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính trên đồng ruộng của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2017 ................................................................................... 58 Bảng 4.13. Kết quả đánh giá tỷ lệ cây bất dục và phân loại chênh lệch thời gian trỗ của các con lai trong vụ Xuân 2017 ..................................................... 59 Bảng 4.14. Kết quả đánh giá hạt phấn và phân loại độ bất dục của 30 con lai vụ Xuân 2017 .................................................................................................. 60 Bảng 4.15. Một số chỉ tiêu chính của các cặp con lai- dòng duy trì thu được đánh giá trong vụ Xuân 2017 ............................................................................. 62 Bảng 4.16. Kết quả lai lại và tỷ lệ đậu hạt của các dòng BC1F1 trong vụ Xuân 2017 ........................................................................................................... 63 vii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Phạm Thị Huyền Tên luận văn: “Xác định khả năng duy trì của một số dòng lúa phục vụ công tác chọn tạo lúa lai ba dòng”. Ngành: Di truyền giống cây trồng Mã số: 60 62 01 11 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Xác định được dòng duy trì tốt trong các dòng vật liệu nghiên cứu bằng việc đánh giá tỷ lệ bất dục hạt phấn của con lai F1 với hai dòng mẹ II32A và BoA. Tiếp tục đánh giá và lai lại nhằm chọn ra những cặp AB mới phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai hệ ba dòng. Phương pháp nghiên cứu Đề tài thực hiện đánh giá 48 dòng vật liệu có nguồn gốc khác nhau để xác định dòng có khả năng duy trì tính bất dục. Trong vụ Mùa 2016, tiến hành đánh giá khảo sát 48 dòng vật liệu và bắt cặp lai với hai dòng mẹ II32A và BoA. Đến vụ Xuân 2017 đánh giá các dòng con lai thu được, tiến hành đánh giá độ bất dục hạt phấn để xác định dòng duy trì. Những con lai bất dục hoàn toàn tiến hành bắt cặp lai lại với dòng duy trì tương ứng để thu được thế hệ BC1F1 tiếp tục đánh giá ở vụ sau. Vật liệu nghiên cứu gồm 48 dòng lúa có nguồn gốc khác nhau từ Trung Quốc, Việt Nam, Ấn Độ, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI); kí hiệu từ D1 đến D48 và 2 dòng mẹ II32A và BoA. Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài: - Các thí nghiệm khảo sát đánh giá dòng vật liệu, con lai được bố trí theo phương pháp khảo sát tập đoàn, tuần tự không nhắc lại. Mật độ cấy 33 khóm/m2, diện tích ô 2m2, cấy 1 dảnh/ khóm. - Các chỉ tiêu về thời gian sinh trưởng, đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính được đánh giá theo thang điểm tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen cây lúa (Standard Evaluation for rice) của Viện nghiên cứu lúa Quốc tế, IRRI, 2013. - Phương pháp đánh giá độ bất dục hạt phấn: khi cây lúa bắt đầu trỗ, bông lúa thò 50% ra khỏi bẹ lá đòng thì lấy 15-20 hoa lúa chưa nở ở những bông đã trỗ của 10 cá thể trên mỗi dòng và cố định bằng cồn 70 rồi mang về phòng thí nghiệm để kiểm tra độ bất dục hạt phấn bằng cách nhỏ 1 giọt dung dịch IKI1% lên lam kính, gắp 6 bao phấn ngẫu viii nhiên, nghiền nát, loại bỏ túi phấn rồi quan sát hạt phấn dưới kính hiển vi điện tử. Đánh giá hạt phấn ở 3 vi trường ngẫu nhiên theo các tiêu chí: hình dạng hạt phấn, kích cỡ hạt phấn và khả năng bắt màu với thuốc nhuộm của hạt phấn. Những hạt phấn không bắt màu, hình dạng không cố định là bất dục, những hạt phấn bắt màu với thuốc nhuộm có màu đen sẫm, tròn căng như quả bóng là hữu dục. Từ đó phân loại độ bất dục theo tỷ lệ hạt phấn bất dục: 100% (bất dục hoàn toàn), 91 - 99% (bất dục), 71 – 90% (bất dục từng phần), 31 – 70% (hữu dục từng phần), 21 – 30% (hữu dục) và 0 – 20% (hữu dục hoàn toàn). Kết quả chính và kết luận Qua khảo sát và đánh giá 48 dòng vật liệu cho thấy các dòng có sự đa dạng về kiểu hình, thời gian sinh trưởng, chống chịu sâu bệnh hại tương đối tốt trong cả hai vụ. Tiến hành đánh giá thời gian trỗ trùng khớp của 48 dòng vật liệu và 2 dòng mẹ lai được 63 con lai F1, trong đó có 30 con lai có tỷ lệ cây bất dục 100%. Soi hạt phấn thu được 9 dòng F1 có tỷ lệ bất dục 100%. Kết quả xác định được 8 dòng: D4, D13, D30, D31, D38, D43 và D44 là các dòng phục hồi. Xét thời gian trỗ hoa của 9 dòng F1 bất dục hoàn toàn với các dòng duy trì tương ứng và đặc điểm hình thái của những cặp này chọn lọc được 5 cặp cho lai lại ở thế hệ BC1F1 tiếp tục đánh giá và BC trong các vụ tiếp theo nhằm tạo ra những cặp AB mới phục vụ cho nghiên cứu lúa lai 3 dòng. ix THESIS ABSTRACT Master candidate: Pham Thi Huyen Thesis title: “ Determination the maintainable ability of some rice varieties for using in three line hybrid rice breeding”. Major: Genetics and plant breeding Code: 60 62 01 11 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives Determining the good maintainers in the study materials by evaluating the sterile rate of F1 crosses with the two parent lines II32A and BoA. Continue to evaluate and backcross to select new AB pairs for using in three-line hybrid rice breeding. Materials and Methods The content of the thesis is evaluating 48 material rice lines from different origins to identify sterile maintainer lines. In Autumn 2016 season, a survey of 48 material lines was conducted and hybridized with II32A and BoA. By the Spring of 2017, evaluating the acquired crosses, conducted evaluate the sterile rate to determine the maintainer. Completely sterile hybrids are backcrossed to the corresponding maintainer line to obtain the BC1F1 generation that continues to be evaluated in the following season. The research material includes 48 rice lines of various origins from China, Vietnam, India, International Rice Research Institute (IRRI); symbols from D1 to D48 and two CMS lines II32A and BoA. Research methods used in the thesis: - Observation experiment of material lines, hybrids are arranged by the method of survey group, not repeated. Density of 33 hills/ m2, area of 2m2, 1 seedling /hill. - Indicators on duration, agro-biological characteristics, yield components and level of pest infestation were assessed according to Standard Evaluation for Rice by the International Rice Research Institute, IRRI, 2013. - Assessment method of the pollen sterility: when the rice starts to flower, the panicle reaches 50% out of the flag leaf sheath, then take 15-20 non-hatched florets in the panicle of 10 individuals per line. Fixed with alcohol 70 and brought back to the laboratory to check pollen sterility by dropping 1 drop of IKI1% solution on a glass slide, picking up 6 random anthers, crushing, removing pollen bags and observing the pollen grains under the x electron microscope. Assess pollen grains at three randomized sites according to pollen shape, pollen size, and coloration with pollen grains. The pollen seed does not color, the shape that not fixed is sterile, the colored pollen grains with dark black, circular as the ball is fertile. From then on, classification of pollen sterility by sterile ratio: 100% (complete sterile, 91-99% (sterile), 71-90% (partial sterile), 31-70% partial fertile), 21-30% (fertile) and 0 - 20% (complete fertile). Main findings and conclusions Surveying and evaluating 48 material lines showed that the materials had diversity in phonotype, growth time, and resistance to pest and disease were relatively good in both seasons. Evaluation the flowering time of 48 material lines and 2 female lines get 63 hybrids F1, including 30 hybrids with 100% rate of sterile plants. Check the pollen grains get 9 F1 lines are 100% sterile. The results identified 8 lines: D4, D13, D30, D31, D38, D43 and D44 are maintainer lines. Considering the flowering time of 9 F1 lines are completely sterile with the corresponding maitainer lines and the morphological characteristics of these pairs, we selected 5 pairs to be backcrossed in the BC1F1 generation, continue to evaluate and backcross in the next sesons for creating new AB pairs for 3-line hybrid rice research. xi PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong ba cây lương thực chủ yếu của con người trên thế giới (bao gồm lúa mì, ngô và lúa). Ở Việt Nam, cây lúa được coi là cây lương thực quan trọng nhất trong nền sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, khi mà dân số thế giới tăng nhanh, dự báo đến những năm 50 của thế kỉ này dân số thế giới khoảng 9 tỷ người và còn tiếp tục tăng. Mặt khác diện tích đất nông nghiệp ngày càng bị thu hẹp để nhường chỗ cho việc phát triển giao thông, công nghiệp, nhà ở, du lịch…làm cho diện tích trồng lúa ngày càng bị thu hẹp dần hàng năm. Vì vậy, việc phát triển cây lúa được coi là một chiến lược quan trọng trong nền sản xuất nông nghiệp. Trước nhu cầu cấp bách về lương thực, việc khai thác và sử dụng ưu thế lai ở cây lúa được coi là một thành tựu khoa học nông nghiệp lớn nhất thế kỷ 20. Trung Quốc là nước đã nghiên cứu và sử dụng ưu thế lai vào sản xuất sớm nhất, góp phần quan trọng trong chiến lược đảm bảo an ninh lương thực cho nhân loại.Từ đó làm cho vấn đề an ninh lương thực trở nên cấp bách trên phạm vi toàn thế giới. Làm sao có thể vừa đảm bảo an ninh lương thực nhưng vẫn đảm bảo phát triển các dịch vụ khác. Từ đó thúc đẩy các nhà khoa học trong công tác chọn tạo giống tích cực nâng cao năng suất lúa, đó là con đường đi chủ yếu hiện nay của các nước trên thế giới. Việc phát hiện và ứng dụng Ưu thế lai ở cây lúa đã tạo nên bước đột phá mới về năng suất. Các giống lúa lai có năng xuất cao hơn các giống lúa thường cùng điều kiện canh tác từ 20-30%. Thành công đầu tiên ở lúa lai được ghi nhận ở Trung Quốc vào năm 1964 với việc phát hiện ra cây lúa dại bất dục đực và sau đó hoàn thiện công nghệ sản xuất hạt lai F1 thế hệ 3 dòng. Lúa lai được gieo trồng ở Việt Nam từ năm 1991. Việc áp dụng thành tựu về lúa lai đã có kết quả to lớn. Năng suất lúa lai so với lúa thường tăng từ 20% trở lên, thời gian sinh trưởng ngắn, đáp ứng được yêu cầu sản xuất nông nghiệp trong giai đoạn hiện nay, do đó diện tích lúa lai ngày càng tăng. Từ năm 1992, Việt Nam đã nhập nội nhiều giống lúa tốt từ Trung Quốc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã tiếp thu những thành tựu nghiên cứu và thực hiện phương châm “đi tắt đón đầu” tiến bộ kỹ thuật về lúa lai thông qua hệ thống khuyến nông để mở rộng ra sản xuất. Lúa lai đã góp phần tăng 1 năng suất lúa, tăng thu nhập cho nông dân thông qua xuất khẩu gạo trong hơn 20 năm qua. Trong tương lai sản xuất lúa gạo Việt nam vẫn là ngành sản xuất lớn trong nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa, phát triển bền vững về năng suất, chất lượng và có sực cạnh tranh cao trên thị trường quốc tế. Từ năm 1998, Việt Nam đã nhập nội một số tổ hợp lúa lai hai và ba dòng, các tổ hợp này đều cho năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh hại. Tuy nhiên, diện tích chưa được mở rộng là do giá hạt lai khá cao không phù hợp với điều kiện người nông dân; công nghệ nhân dòng bất dục đực và sản xuất hạt lai F1 còn gặp nhiều khó khăn. Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu đang là một vấn đề bức bách toàn cầu. Nhiệt độ trái đất đang tăng lên, hiệu ứng nhà kính và hiện tượng băng tan làm nông nghiệp trên toàn thế giới phải đối mặt với nhiều điều kiện khắc nghiệt hơn. Đặc biệt, đối với cây lúa nếu không cải tiến và chọn tạo những giống chống chịu thì năng suất sẽ không thể đảm bảo nhu cầu lương thực của gần 9 tỉ dân trên toàn thế giới. Hiện nay, lúa lai đang là một hướng đi đúng đắn trong nền nông nghiệp lúa nước ở Việt Nam cũng như ở trên thế giới. Công tác chọn giống lúa lai ở Việt Nam đã có những thành tựu nhất định. Nhiều dòng bố, mẹ và tổ hợp lai đã được chọn tạo thành công và ứng dụng trong thực tiễn sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế nhất định cho người trồng lúa. Tuy nhiên, các tổ hợp lúa lai được chọn tạo trong nước chủ yếu là lúa lai 2 dòng. Thành tựu chọn giống lúa lai 3 dòng còn khiêm tốn do việc chọn giống dòng duy trì còn hạn chế. Trong lúa lai 3 dòng, việc tạo ra sự đa dạng nguồn bất dục đực tế bào chất CMS phù hợp với vùng sinh thái, tăng ưu thế lai là những mục tiêu quan trọng. Việc nghiên cứu khả năng duy trì của một số dòng lúa mới nhập nội để phục vụ công tác chọn giống lúa lai 3 dòng là có ý nghĩa và cấp thiết.. Vì những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Xác định khả năng duy trì của một số dòng lúa phục vụ công tác chọn tạo lúa lai ba dòng”. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định được dòng duy trì tốt bằng việc đánh giá độ bất dục hạt phấn của con lai giữa các dòng vật liệu và 2 dòng CMS (II32A, BoA); đồng thời đánh giá các đặc điểm nông sinh học, sinh trưởng phát triển và khả năng chống chịu sâu bệnh hại của các dòng vật liệu nghiên cứu. Bước đầu thu được các cặp AB mới ở thế hệ BC1F1. 2 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài đánh giá, xác định khả năng duy trì của 48 dòng vật liệu thu thập từ Ấn Độ, Việt Nam, Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRI), Trung Quốc bằng việc lai thử với hai dòng mẹ đang sử dụng phổ biến trong hệ lúa lai ba dòng (II32A, BoA) để đánh giá con lai F1. Đề tài được thực hiện trong hai vụ liên tiếp từ vụ Mùa 2016 đến vụ Xuân 2017 tại trại Nghiên cứu công ty TNHH Mahyco Việt Nam- Khoái Châu- Hưng Yên. 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.4.1. Ý nghĩa khoa học Những dòng duy trì tốt được chọn ra là nguồn vật liệu quan trọng để các nhà khoa học lai tạo thành công các giống lúa lai ba dòng có năng suất, chất lượng cao và khả năng chống chịu tốt. 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm phong phú thêm nguồn vật liệu bố mẹ phục vụ cho sản xuất lúa lai ba dòng trong nước. Chủ động được nguồn giống bố mẹ để sản xuất các tổ hợp lai ba dòng có năng suất cao, chất lượng tốt, giảm dần sự lệ thuộc từ các nguồn giống nhập nội. 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LÚA LAI TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 2.1.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới Năm 1926, J.W. Jones (nhà thực vật học người Mỹ) lần đầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ƯTL trên những tính trạng số lượng và năng suất lúa. Tiếp sau đó, có nhiều công trình nghiên cứu xác nhận ƯTL về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất (Anonynous, 1977; Li, 1977; Lin and Yuan, 1980); về sự tích luỹ chất khô (Rao, 1965; Jenning, 1967; Kim, 1985), về sự phát triển bộ rễ (Anonymous, 1974), cường độ quang hợp, diện tích lá (Lin and Yuan, 1980; Deng, 1980; MC Donal et al., 1971; Wu et al., 1980)… (Nguyễn Công Tạn và cs., 2002). Tạo giống ưu thế lai là con đường nhanh và hiệu quả vì phối hợp được nhiều đặc điểm có giá trị của các giống bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt (Nguyễn Hồng Minh, 2006). Tuy nhiên, lúa là cây tự thụ phấn điển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do đó khai thác ƯTL ở lúa đặc biệt khó khăn ở khâu sản xuất hạt lai F1 (Nguyễn Thị Trâm, 2002). Năm 1964, Yuan Long Ping đã cùng đồng nghiệp phát hiện được cây lúa dại bất dục đực di truyền tế bào chất (CMS) trong loài lúa dại Oryza fatua spontanea tại đảo Hải Nam. Sau 9 năm nghiên cứu, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc chuyển gen bất dục đực dạng dại vào lúa trồng, tạo ra các dòng lúa bất dục đực di truyền tế bào chất tương đối ổn định mở đầu cho công tác khai thác ưu thế lai thương phẩm. Trung Quốc đã chọn tạo thành công nhiều dòng CMS có tính bất dục ổn định như D62A, Kim 23A, Zenshan 97A, Nhị 32A, đã hoàn thiện công nghệ nhân dòng bất dục đực, sản xuất hạt giống F1 và đưa vào sản xuất nhiều tổ hợp lai có năng suất cao, đánh dấu sự ra đời của hệ thống lúa lai “ba dòng”, mở ra bước ngoặt trong lịch sử sản xuất và thâm canh cây lúa (Yuan L.P, 1992). Năm 1973, Trung Quốc trở thành nước đầu tiên trên thế giới thành công trong việc sản xuất hạt lai F1 của 3 dòng bố mẹ. Những dòng phục hồi đầu tiên đã được sử dụng như Taiyin1, IR24, IR661 đã được sử dụng. Năm 1974, những 4 tổ hợp lai “ba dòng” cho ưu thế lai cao như Nayou2 (Erjiunan 1A/IR24), Nanyou3 (Erjiunan 1A/IR661) đã được đưa vào sản xuất (Liao Fuming, 2007). Dựa trên những thành tựu đã đạt được và tiềm năng năng suất của lúa, Trung Quốc đã xây dựng kế hoạch giai đoạn 4 cho chọn giống lúa lai siêu cao sản với năng suất 15,0 tấn/ha/vụ ở qui mô lớn vào năm 2020. Theo Bộ Nông nghiệp Trung Quốc chương trình này được khởi động từ tháng 4 năm 2013 và giống lúa lai đầu tiên được thử nghiệm là Y Liangyou 900, trồng trong vụ mùa đạt năng suất 14,8 tấn/ha tại huyện Long Hải tỉnh Hồ Nam. Với kết quả ban đầu như vậy, Trung Quốc có thể đưa năng suất siêu lúa lên 15,0 tấn/ha/vụ vào năm 2015 (Yuan L.P., 2014). Theo lý thuyết, cây lúa có thể chuyển đổi 5% bức xạ mặt trời thành chất hữu cơ nên chỉ cần sử dụng hiệu quả 2,5% thì năng suất lúa có thể đạt 22,5 tấn/ha. Thực nghiệm cho thấy các giống lúa có chiều cao 1,3m có thể đạt được năng suất 15-16 tấn/ha, với kiểu cây cao khoảng 1,5m có thể đạt năng suất 17-18 tấn/ha. Do vậy để đạt được năng suất 18-20 tấn/ha thì chiều cao cây của các giống siêu lúa lai phải có chiều cao từ 1,8-2,0m. Theo Yuan L.P. (2014) để đạt được điều đó thì những giống siêu lúa lai có kiểu hình đẹp, đẻ nhánh gọn, khỏe, tập trung. Chính vì thế, cần giải quyết vấn đề đổ ngã của siêu lúa lai bằng việc lai khác loài để có bộ rễ mạnh khỏe và lai với các nguồn gen có cổ bông to, thân đặc, đốt ngắn, các đốt ở dưới to. Theo FU Jing et al. (2012), từ năm 1996, Trung Quốc đã tạo ra giống lá lai siêu cao sản bằng việc lai khác loài phụ với kiểu cây lý tưởng. Đến nay đã có hơn 80 giống lúa lai siêu cao sản được trồng ngoài sản xuất, trong số đó có những giống năng suất đạt 12-21 tấn/ha. Lý do chính để các giống lúa lai này đạt năng suất cao là: số hạt/bông và kích thước bông tăng; chỉ số diện tích lá tăng, thời gian lá xanh dài, khả năng quang hợp cao hơn, chống đỗ tốt hơn, tích lũy chất khô ở giai đoạn trước trỗ cao hơn, vận chuyển carbohydrat từ thân lá vào hạt mạnh hơn, bộ rễ lớn hơn và hoạt động hút dinh dưỡng của rễ khỏe hơn. Tuy nhiên, có hai vấn đề chính đối với lúa lai siêu cao sản là các hoa nở sau không vào chắc được và tỷ lệ đậu hạt thấp và không ổn định. Theo Yuan L.P (2009), ưu thế lai ở lúa theo xu hướng từ cao đến thấp thông qua lai là indica/japonica > indica/javanica > japonica/javanica > indica/indica > japoca/japonica. Con lai Indica/japonica có sức chứa và nguồn lớn, năng suất cóthể vượt so với con lai giữa loài phụ Indica với nhau. Như 5 vậy, để chọn tạo được giống lúa lai siêu năng suất bắt buộc phải lai giữa Indica và Japonica. Tuy nhiên, con lai indica/japonica thường có tỷ lệ đậu hạt thấp và để giải quyết vấn đề này cần chuyển gen tương hợp rộng (WC) Sn5 vào dòng bố hoặc dòng mẹ. Yuan L.P. (2009) cho rằng siêu lúa lai thường có cây cao hơn do lai khác loài phụ do vậy để giải quyết vấn đề này thì dòng bố hoặc mẹ phải có gen lùn hoặc thân của siêu lúa phải có đường kính thân lớn (>1,1cm), thân đặc và nhiều đốt. Tuy nhiên, muốn cải thiện chất lượng gạo của các tổ hợp siêu lúa lai do lai khác loài phụ trên nên chọn bố mẹ dạng trung gian giữa javanica-japonica. Năm 1993, Viện nghiên cứu lúa Bangladesh bắt đầu nghiên cứu lúa lai dưới sự trợ giúp của IRRI. Đến năm 2001, các tổ hợp lúa lai mới được mở rộng sản xuất. Từ năm 2008-2011 có 3 giống lúa lai được chọn tạo và mở rộng sản xuất. Đến năm 2014, có 115 giống lúa lai được thử nghiệm tại Bangladesh, trong đó có 89 giống từ Trung Quốc, 15 giống từ Ấn Độ, 01 giống từ Phillipne và 04 giống chọn tạo trong nước (Md. Azim Uddin et al, 2014). Đến năm 2014, diện tích lúa lai của Bangladesh đạt 670 nghìn ha, năng suất trung bình đạt 6,8 tấn/ha. Bangladesh đưa ra chiến lược phát triển lúa lai giai đoạn 2020-2030 là:1- phát triển các dòng CMS và R có khả năng kết hợp cao và ổn định, nhận phấn ngoài tốt; 2- phát triển các giống lúa lai có hàm lượng amylose >25%, chất lượng cao, hạt thon dài; 3- chọn tạo các giống lúa lai chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất thuận; 4- mở rộng diện tích lúa lai đặc biệt ở các vùng nhờ nước trời. Theo Hiệp hội hạt giống châu Á-Thái Bình Dương (APSA, 2014), lúa lai chiếm khoảng 12% diện tích trồng lúa trên thế giới, có năng suất cao hơn lúa thuần từ 15-35%, sinh trưởng phát triển tốt đặc biệt trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay. APSA (2014) cũng dự tính, diện tích lúa lai tăng lên 14% vào năm 2020 và 30% vào năm 2030. Theo AS Hari Prasad et al. (2014), đến năm 2014, Ấn Độ đã đánh giá 3500 tổ hợp lai và đã chọn được 70 tổ hợp lai để phát triển sản xuất, trong đó có 31 tổ hợp lai do các đơn vị nhà nước chọn tạo và 39 tổ hợp lai do các công ty tư nhân chọn tạo. Ấn Độ đưa ra chiến lược nghiên cứu là: 1-phát triển các dòng bố mẹ có ưu thế lai cao; 2-chuyển gen ưu thế lai từ ngô sang lúa; 3- đa dạng nguồn CMS; 4-xác định vùng sản xuất hạt lai tối ưu; 5- phát triển nguồn nhân lực cho chọn tạo và phát triển lúa lai. 6 Bảng 2.1. Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nước trồng lúa ở Châu Á trong năm 2012 Lúa thuần Nước Lúa lai Diện tích (triệu ha) Năng suất (tấn/ha) Diện tích (triệu ha) Năng suất (tấn/ha) Trung Quốc 13,55 6,74 17,00 7,50 Ấn Độ 40,00 3,59 2,50 4,79 Việt Nam 7,14 5,63 0,61 6,40 Bangladesh 11,18 4,23 0,67 6,78 Philippines 4,54 3,84 0,16 6,45 Myanmar 7,19 4,05 0,06 6,78 Indonesia 13,44 5,14 1,0 5,5 – 11,0 Nguồn: Subash Dasgupta and Indrajit Roy (2014) Nghiên cứu lúa lai ở Indonesia được bắt đầu vào năm 1983. Cho đến những năm 1990, nghiên cứu vẫn chưa được thành công như mong đợi, khó khăn trong việc tạo dòng CMS ổn định với tỷ lệ lai xa cao (≥ 25%) và thích nghi với môi trường Indonesia. Từ năm 2001, nghiên cứu đã được tăng cường sự hợp tác giữa IAARD với IRRI, FAO, và những nơi khác. ICRR đã đưa ra một số tổ hợp lai, dòng CMS, duy trì và dòng phục hồi mới. Từ năm 2004 đến năm 2011, ICRR đã công nhận rất nhiều giống cho năng suất cao, có khả năng kháng sâu bệnh , và một trong số đó là thơm như: Hipa3, Hipa4, Hipa5 Ceva, Hipa6 Jete, Hipa7, Hipa8, Hipa9, Hipa10, Hipa11, Hipa12 SBU, Hipa13, Hipa14 SBU, Hipa Jatim1, Hipa Jatim2, Hipa Jatim3(Satoto and Made J Mejaya, 2011). Indonesia đưa ra chiến lược phát triển lúa lai giai đoạn 2020-2030 là: 1- xã hội hóa phát triển lúa lai, ưu tiên các công ty tư nhân tham gia chọn tạo và phát triển lúa lai; 2-chọn tạo các giống lúa lai kháng rầy nâu, bạc lá; 3-phát triển các dòng bố mẹ mới thông qua hợp tác với IRRI và các nước khác; 4-chính phủ khuyến khích không chỉ chọn tạo trong nước còn có thể nhập công nghệ lúa lai của nước ngoài. Theo Dindo A. Tabanao et al. (2014), đến năm 2013, Phillipine có 53 giống lúa lai được công nhận và mở rộng sản xuất, trong đó nổi bật là các giống như: Magat, Panay, Mestizo 1 and Mestiso 2 to Mestiso 51, có năng suất trung bình từ 6,5-7,3 tấn/ha. Theo Suniyum Taprab et al. (2014), năm 2011 Thái Lan đã chọn tạo thành công giống lúa lai RDH1 và đến năm 2013 chọn tạo được giống lúa lai RDH3 có 7 năng suất 8,84 tấn/ha. Thái Lan tập trung vào nghiên cứu lúa lai hai dòng, khởi đầu là nhập dòng TGMS từ IRRI về lai thử với các giống lúa của Thái Lan và đã tuyển chọn được 8 tổ hợp lai có năng suất trên 6,5 tấn/ha. Thái Lan đưa ra chiến lược chọn giống lúa lai giai đoạn 2020-2030 là: 1- phát triển các dòng bố mẹ phù hợp với điều kiện Thái Lan; 2-sản xuất hạt lai với giá thành hạ; 3-sử dụng công nghệ sinh học để hỗ trợ cho chọn tạo giống lúa lai. Chương trình chọn tạo giống lúa lai của IRRI trong những năm gần đây tập trung vào phát triển các dòng CMS cải tiến, đa dạng về di truyền tế bào chất, chất lượng hạt được cải tiến, hàm lượng amylose từ trung bình đến cao, không dính, có đặc tính thơm khác nhau, khả năng thụ phấn ngoài cao, khả năng thích ứng rộng. Một số dòng CMS của IRRI (IR58025A, IR69625A, IR70368A, IR28298A) được sử dụng nghiên cứu và phát triển các tổ hợp lúa lai 3 dòng ở một số nước như Bangladesh, Ai Cập, Ấn Độ, Indonesia,Hàn Quốc Myanmar, Srilanca, Việt Nam, Iran, Philiphin……(Phạm Ngọc Lương và cs., 2005). 2.1.2. Quá trình nghiên cứu và phát triển 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 ba 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 (Nguyễn Công Tạn và cs., 2002). Sau khi thử nghiệm thành công 100 ha trong vụ mùa năm 1991, vụ Đông Xuân 1991-1992 lúa lai đã đưa vào sản xuất đại trà tại một số tỉnh đồng bằng sông Hồng và Trung du miền núi phía Bắc với diện tích 1.200 ha, năng suất bình quân đạt 7,2 tấn/ha. Diện tích gieo cấy lúa lai ở Việt Nam được phát triển với tốc độ khá nhanh, từ 100 ha (1991) tăng lên 187.700 ha năm 1997 và 572.104 ha năm 2004, tăng trung bình hàng năm là 38,9 % đạt trên 700 nghìn ha vào năm 2009 (Nguyễn Trí Hoàn, 2002). Năm 1994, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quyết định thành lập Trung tâm Nghiên cứu lúa lai thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, từ đó công tác nghiên cứu lúa lai được định hướng rõ ràng. Các dòng bất dục đực tế bào chất, dòng duy trì và dòng phục hồi nhập nội từ Trung Quốc và IRRI đã được đánh giá đầy đủ và nhiều thực nghiệm sản xuất hạt lai F1 được triển khai ở các địa phương. Theo số liệu thống kê, diện tích lúa lai 8