BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
**********************
VŨ HOÀNG PHÚ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN LÚA LAI
HAI DÒNG TẠI MỘT SỐ TỈNH TÂY NGUYÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
BUÔN MA THUỘT – 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
**********************
VŨ HOÀNG PHÚ
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN LÚA LAI
HAI DÒNG TẠI MỘT SỐ TỈNH TÂY NGUYÊN
Chuyên ngành: Trồng trọt
Mã số: 60. 62. 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VĂN THUỶ
BUÔN MA THUỘT - 2010
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố
trong bất kỳ một công trình nào khác.
Người cam ñoan
Vũ Hoàng Phú
ii
LỜI CẢM ƠN
Kính thưa: Quý Thầy Cô trường Đại Học Tây Nguyên.
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này tôi xin chân thành tri ân và bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc ñến:
- Ban Giám hiệu trường Đại học Tây Nguyên.
- Ban lãnh ñạo khoa Nông - Lâm nghiệp
- Phòng sau Đại học, cùng toàn thể quý thầy, cô giáo.
Kính thưa Quý Thầy Cô. Sau 3 năm học tập chúng tôi ñược quý Thầy Cô
hướng dẫn, tận tình giảng dạy và truyền ñạt những kiến thức quý báu. Quý
thầy cô ñã hy sinh vất vả ñã quan tâm giúp ñỡ, ñóng góp nhiều ý kiến quý báu
ñể giúp chúng tôi nâng cao kiến thức cũng như chuyên môn nghiệp vụ.
- Tôi muốn tỏ lòng biết ơn một cách ñặc biệt ñến thầy giáo-TS. Trần
Văn Thủy ñã tận tình hướng dẫn và tạo ñiều kiện thuận lợi trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu ñể tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
- Xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp ñỡ của nhiều ñồng nghiệp,
anh em, cùng với sự ñộng viên khuyến khích của gia ñình trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu.
- Cuối cùng xin thân ái gửi tới tất cả các bạn ñã nhiệt tình giúp ñỡ, ñộng
viên tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như làm luận văn tốt
nghiệp tâm tình biết ơn chân thành nhất.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn.
Tác giả
Vũ Hoàng Phú
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của ñề tài................................................................................. 1
2. Mục ñích của ñề tài ....................................................................................... 2
3. Ý nghĩa của ñề tài .......................................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3
1.1. Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới ....................................... 3
1.2. Khí hậu, mùa vụ và thời vụ trồng lúa ở Việt Nam ...................................... 5
1.3. Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa ....................................................................... 7
1.4. Hệ thống lúa lai hai dòng ............................................................................ 8
1.4.1. Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (Photoperiodicsensitive Genic Male Sterility - PGMS) ............................................................ 9
1.4.2. Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ (Thermo-sensitive Genic
Male Sterility - TGMS) ................................................................................... 10
1.4.3. Phương pháp chọn tạo các dòng EGMS (Enviroment sensitive Genic
Male Sterile).................................................................................................... 11
1.4.4. Phương pháp ñánh giá các dòng EGMS................................................. 16
1.4.5. Phương pháp chọn thuần và nhân các dòng EGMS............................... 19
1.4.6. Dòng phục hồi và gen tương hợp rộng ................................................... 20
1.4.7. Kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng ............................................... 22
1.4.8. Ưu nhược ñiểm của hệ thống lúa lai hai dòng ........................................ 23
1.5. Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam ............................................. 24
1.5.1. Những thành tựu về nghiên cứu ............................................................. 24
1.5.2. Phát triển lúa lai thương phẩm ............................................................... 26
1.5.3. Sản xuất hạt giống lúa lai F1.................................................................. 27
1.5.4. Những tồn tại trong nghiên cứu và phát triển lúa lai .............................. 28
1.5.5. Định hướng phát triển lúa lai trong thời gian tới .................................... 28
1.6. Phát triển lúa lai ở Tây Nguyên ................................................................ 30
Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 32
2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 32
iv
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 33
2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 33
2.3.1. Thí nghiệm 1 ......................................................................................... 33
2.3.2. Thí nghiệm 2 ......................................................................................... 35
2.3.3. Thí nghiệm 3 ......................................................................................... 35
2.3.4. Phương pháp ñánh giá các chỉ tiêu và sử lý số liệu ............................... 35
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 37
3.1. Kết quả ñánh giá các dòng bố, mẹ qua các thời vụ trong vụ Đông Xuân
năm 2008 tại Cư Jút - Đắk Nông ..................................................................... 37
3.1.1. Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố mẹ........................................ 37
3.1.2. Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ trong thí nghiệm .................. 39
3.1.3. Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố, mẹ trong vụ Đông
Xuân năm 2008 .............................................................................................. 41
3.1.4. Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố, mẹ trong thí nghiệm ......... 43
3.1.5. Đánh giá mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng bố, mẹ ........... 45
3.1.6. Tỷ lệ vòi nhụy vươn ra ngoài vỏ trấu của các dòng mẹ trong thí nghiệm
vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút - Đắk Nông ............................................. 46
3.1.7. Nhiệt ñộ trung bình ngày tháng 3 một số năm gần ñây tại Cư Jút - Đắk
Nông ............................................................................................................... 47
3.1.8. Khoảng cách bố mẹ của một số tổ hợp rút ra từ thí nghiệm trong vụ
Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút - Đắk Nông .................................................. 49
3.2 Kết quả ñánh giá các dòng bố, mẹ trong vụ Đông Xuân 2009 ................... 50
3.2.1. Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ trong vụ
Đông Xuân năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông .................................................. 50
3.2.2. Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ trong vụ
Đông Xuân năm 2009 tại Ayun Pa - Gia Lai ................................................... 53
3.2.3. Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ trong vụ
Đông Xuân năm 2009 tại Ea Kar - Đắk Lắk .................................................... 54
3.2.4. Độ ổn ñịnh về thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các
ñiểm thí nghiệm vụ Đông Xuân năm 2009 ...................................................... 56
v
3.2.5. Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ trong thí nghiệm tại 3 ñiểm .. 59
3.2.6. Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố, mẹ tại các ñiểm thí
nghiệm vụ Đông Xuân năm 2009 .................................................................... 60
3.2.7. Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố, mẹ trong vụ Đông Xuân
năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm ................................................................... 63
3.2.8. Đánh giá mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng bố, mẹ trong
vụ Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm ........................................... 65
3.2.9. Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS ở ñiều kiện tự nhiên
trong vụ Đông Xuân năm 2010 ....................................................................... 67
3.2.10. Khoảng cách bố mẹ của một số tổ hợp rút ra từ thí nghiệm vụ Đông
Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm.......................................................... 70
3.3. Kết quả sản xuất thử tổ hợp TH3-3 tại 3 ñiểm vụ Đông Xuân năm 2009 .. 71
3.3.1. Đặc ñiểm dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại
các ñiểm thí nghiệm ........................................................................................ 71
3.3.2. Đánh giá mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của dòng bố mẹ tổ hợp TH33 tại các ñiểm thí nghiệm................................................................................. 72
3.3.3. Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai của giống TH3-3
tại các ñiểm thí nghiệm ................................................................................... 73
3.4. Kết quả ñánh giá một số giống lúa trong thí nghiệm vụ Hè Thu năm
2009 tại Cư Jút - Đắk Nông ............................................................................. 74
3.4.1. Đặc ñiểm nông học của các giống lúa trong thí nghiệm vụ Hè Thu năm
2009 tại Cư Jút - Đắk Nông ............................................................................. 74
3.4.2. Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các giống lúa trong thí nghiệm vụ
Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông ........................................................ 76
3.4.3. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa trong thí
nghiệm vụ Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông ....................................... 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 79
1 Kết luận ........................................................................................................ 79
2. Kiến nghị..................................................................................................... 80
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
A
: Dòng bất dục ñực tế bào chất
B
: Dòng duy trì tính bất dục ñực tế bào chất.
CMS
: Dòng bất dực ñực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility)
EGMS : Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường
(Environment- sensitive Genic Male Sterility)
GA3
: Gibberellic acid
HSHQ
: Hệ số hồi quy
NSTT
: Năng suất thực thu
PGMS
: Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng
(Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility)
Phytotron : Buồng khí hậu nhân tạo
R
: Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer)
TB
: Trung bình
TGMS
: Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ
(Thermo-sensitive Genic Male Sterility)
UTL
: Ưu thế lai
WA
: Bất dục ñực hoang dại (Wild Abortive)
WC
: Gen tương hợp rộng (Wide Compatibility Gene)
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5
Bảng 3.6
Bảng 3.7
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút – Đắk Nông.
Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố, mẹ trong
vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố, mẹ trong vụ
Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng bố, mẹ trong
vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Số lượng vòi nhụy vươn ra ngoài vỏ trấu của các dòng mẹ
trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Nhiệt ñộ trung bình ngày tháng 3 từ năm 2005 ñến 2010 tại
Cư Jút - Đắk Nông
Khoảng cách bố, mẹ của một số tổ hợp rút ra từ thí nghiệm vụ
Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Bảng 3.9a
trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại Cư Jút-Đắk Nông
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Bảng 3.9b
trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại Ayun Pa - Gia Lai
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Bảng 3.9c
trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại Ea Kar - Đắk Lắk
Đánh giá ñộ ổn ñịnh về thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng
Bảng 3.10a
mẹ qua các ñiểm thí nghiệm
Bảng 3.8
Bảng 3.10b
Bảng 3.11
Bảng 3.12a
Bảng 3.12b
Bảng 3.13a
Đánh giá ñộ ổn ñịnh về thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng
bố qua các ñiểm thí nghiệm
Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ trong vụ Đông
Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng mẹ tại các ñịa
ñiểm khác nhau
Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố tại các ñịa
ñiểm khác nhau
Một số ñặc ñiểm nông sinh học của các dòng mẹ trong vụ
Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
37
39
42
44
46
47
48
50
51
52
55
57
58
60
61
62
63
viii
Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố trong vụ Đông
Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng mẹ trong vụ
Bảng 3.14a
Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng bố trong vụ
Bảng 3.14b
Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
Bảng 3.13b
64
66
67
Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS ở ñiều
Bảng 3.15a
kiện tự nhiên trong vụ Đông Xuân năm 2010 tại Đắk Nông
68
Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS ở ñiều
Bảng 3.15b
kiện tự nhiên trong vụ Đông Xuân năm 2010 tại Đắk Lắk
Khoảng cách bố mẹ của một số tổ hợp rút ra từ thí nghiệm vụ
ñông xuân năm 2009 tại 3 ñiểm thí nghiệm
Đặc ñiểm dòng bố mẹ tổ hợp TH3-3 tại các ñiểm thí
Bảng 3.17
nghiệm
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của dòng bố mẹ tổ hợp
Bảng 3.18
TH3-3 tại các ñiểm thí nghiệm
Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai của
Bảng 3.19
giống TH3-3 tại các ñiểm thí nghiệm
Đặc ñiểm nông học của các giống lúa trong thí nghiệm vụ Hè
Bảng 3.20
Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông
Bảng 3.16
69
70
72
73
74
75
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các giống lúa trong thí
Bảng 3.21
nghiệm Vụ Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông
76
Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa
Bảng 3.22
thí nghiệm trong vụ Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông
77
ix
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Đồ thị 1
trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
38
Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Đồ thị 2
trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông
40
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Đồ thị 3
trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại Cư Jút-Đắk Nông
52
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Đồ thị 4
trong vụ Đông Xuân năm 2009 tại Ayun Pa-Gia Lai
54
Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ
Đồ thị 5
trong vụ Đông Xuân 2009 tại Ea Kar-Đắk Lắk
56
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Cây lúa (Oryza sativa L) là cây trồng có từ lâu ñời, gắn liền với quá trình
phát triển của loài người, cây lúa ñã trở thành cây lương thực chính của Châu Á
nói chung, người Việt Nam ta nói riêng và có vai trò quan trọng trong nét văn
hoá ẩm thực của dân tộc ta.
Trung Quốc là nước ñầu tiên trên thế giới thành công trong việc nghiên
cứu và phát triển lúa lai từ những năm 1976. Sau ñó ñược mở rộng ra các nước
trồng lúa khác như: Ấn Độ, Việt Nam, Philippin, Indonesia, Malaisia, Thái Lan,
Mỹ, Nga, Hàn Quốc, Nhật Bản, Ai Cập, Cộng hoà Dân chủ Nhân dân Triều
tiên..., Sau Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam ñược ñánh giá là nước ñạt ñược nhiều
thành tựu to lớn trong quá trình nghiên cứu và phát triển lúa lai, ñồng thời là một
trong những nước sản xuất lúa gạo lớn nhất thế giới. Việc sản xuất lúa gạo ñã ñạt
những kết quả tốt về năng suất, sản lượng và chất lượng, ñồng thời việc xuất
khẩu lúa gạo trong những năm gần ñây ñã góp phần nâng cao vị thế của Việt
Nam trên trường quốc tế.
Ở Việt Nam, nghiên cứu và phát triển lúa lai bắt ñầu từ những năm 90 của
thế kỷ 20. Tuy nhiên cho ñến nay, diện tích trồng lúa lai ñạt gần 600.000 ha và
trồng chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc, Trung bộ và một số tỉnh ở Tây Nguyên. Đặc
biệt là lúa lai hai dòng, diện tích trồng chỉ chiếm khoảng 100.000 ha và tập trung
chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc. Hiện nay và trong tương lai nghiên cứu chọn tạo
các giống lúa lai ñặc biệt là lúa lai 2 dòng là một ñòi hỏi tất yếu do hệ thống sản
xuất ñơn giản, phổ phục hồi của hệ thống lúa lai 2 dòng rộng hơn hệ thống 3
dòng ñồng thời chất lượng lúa gạo của hệ thống lúa lai 2 dòng dễ cải tiến hơn lúa
lai 3 dòng. Nước ta trải dài trên 15 vĩ ñộ (8030’ Bắc ñến 23022’ Bắc), ñiều kiện
khí hậu phân hoá rất khác nhau giữa các vùng phía Nam và phía Bắc ngăn cách
bởi ñèo Hải Vân: các tỉnh phía Nam ñèo Hải Vân có nhiệt ñộ phân bố khá ñồng
ñều giữa các tháng. Ở phía Bắc sự phân hoá nhiệt ñộ khá rõ giữa mùa nóng và
mùa lạnh nên rất thuận lợi cho phát triển lúa lai 2 dòng.
2
Trong những năm gần ñây nước ta ñã chọn tạo thành công một số giống
lúa lai ñược sản xuất chấp nhận. Một số giống lúa lai hai dòng mới chọn tạo
trong nước ñược nông dân sử dụng trong vụ Xuân muộn, Mùa sớm và Hè Thu.
Vì vậy nhu cầu hạt giống ngày càng cao, nếu chỉ sản xuất hạt lai trong vụ mùa ở
miền Bắc thì không thể ñáp ứng nhu cầu hạt giống cho cả ba vụ lúa nói trên, do
ñó cần tìm thêm những vùng sản xuất thuận lợi hơn.
Để góp phần giải quyết những vấn ñề trên chúng tôi tiến hành thực hiện
ñề tài“Nghiên cứu khả năng phát triển lúa lai hai dòng tại một số tỉnh Tây
Nguyên”.
2. Mục ñích của ñề tài
- Đánh giá ñặc ñiểm sinh trưởng phát triển, ñặc ñiểm tính dục, tình hình
nhiễm sâu bệnh tự nhiên của một số dòng bố mẹ lúa lai 2 dòng của một số tổ hợp
lai ñã và ñang mở rộng ra sản xuất.
- Xác ñịnh thời vụ thích hợp ñể sản xuất hạt lai F1 tại các tỉnh Tây Nguyên
(Đắk Nông, Gia Lai, Đắk Lắk).
- Chọn ra giống lúa lai hai dòng có năng suất cao, chất lượng tốt nhằm phục
vụ cho sản xuất và làm vật liệu nghiên cứu tiếp theo.
3. Ý nghĩa của ñề tài
- Xác ñịnh thời vụ thích hợp của một số dòng lúa bố mẹ lúa lai 2 dòng phục
vụ sản xuất hạt lai F1 tại Tây Nguyên.
- Xác ñịnh một số thông số kỹ thuật ñể thiết lập quy trình công nghệ sản
xuất hạt lai F1 của các tổ hợp lai TH3-3, TH3-4, TH3-5, TH5-1, TH7-2, TH8-3
phù hợp ñiều kiện sinh thái của các tỉnh Tây Nguyên.
- Từ kết quả nghiên cứu của ñề tài chọn ra một số tổ hợp lúa lai hai dòng có
năng xuất cao, chất lượng tốt, thời gian sinh trưởng ngắn phù hợp với ñiều kiện
tự nhiên ở Tây Nguyên.
3
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới
Ưu thế lai (UTL) là một thuật ngữ ñể chỉ tính hơn hẳn của con lai F1 so
với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sinh sản,
khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất, chất lượng hạt và các ñặc tính
khác. Việc sử dụng rộng rãi các giống lai F1 vào sản xuất ñã làm tăng thu nhập
và hiệu quả kinh tế của sản xuất nông nghiệp (Yuan L.P., 1995) [82]. Tạo giống
UTL là con ñường nhanh và hiệu quả nhằm phối hợp ñược nhiều ñặc ñiểm 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, 1999) [25].
Hiện tượng UTL ñược các nhà khoa học phát hiện khá sớm trên các giống
cây trồng và vật nuôi. Người ta ñã khai thác hiệu ứng ưu thế lai, tạo ra các giống
cây trồng cao sản như ngô, bắp cải, hành tây, cà chua... các giống vật nuôi lớn
nhanh như lợn lai kinh tế, vịt lai, gà công nghiệp (Nguyễn Công Tạn và cộng sự,
2002) [28].
J.W. Jone (1926) lần ñầu tiên báo cáo về sự xuất hiện UTL ở lúa trên
những tính trạng số lượng và năng suất. Tiếp sau ñó, có nhiều công trình nghiên
cứu xác nhận sự xuất hiện UTL về năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất
(Lin và Yuan, 1980); về tích luỹ chất khô; về sự phát triển của bộ rễ; về cường
ñộ quang hợp, cường ñộ hô hấp, diện tích lá (Lin và Yuan, 1980; Deng, 1980,
MC Donal và cộng sự, 1971; Wu và cộng sự, 1980) [11], [55]. Tuy nhiên, lúa là
cây tự thụ phấn ñiển hình khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, do ñó khai thác ưu
thế lai ở lúa ñặc biệt khó khăn ở khâu sản xuất hạt lai F1. Đã có nhiều nghiên
cứu tìm phương pháp sản xuất hạt lai F1 ñược thực hiện khá sớm, từ năm 1937,
Kadam ñã bắt ñầu ñến Richharia (1962), Stansel và Craigmiles (1966), Shinjyo
và Omura (1966), Amand và Murty (1968), Sawaminathan và cộng sự (1972),
Carnahan và cộng sự (1972); Athwal và Virmani (1972), song tất cả họ không
thành công [51], [69].
4
Năm 1964, Yuan Long Ping cùng các ñồng nghiệp ñã phát hiện ñược cây
lúa bất dục ñực trong loài lúa dại Oryza fatua spontanea tại ñảo Hải Nam. Sau
ñó họ ñã thành công trong việc chuyển gen bất dục ñực tế bào chất vào lúa trồng,
tạo ra các dòng lúa bất dục ñực CMS (Cytoplasmic Male Sterility). Sau 9 năm
nghiên cứu các nhà khoa học Trung Quốc ñã chọn tạo thành công nhiều dòng
CMS, dòng B, dòng R, hoàn thiện công nghệ nhân dòng bất dục ñực, sản xuất
hạt giống lúa lai F1 và ñưa ra sản xuất nhiều tổ hợp lai có năng suất cao ñánh
dấu sự ra ñời của hệ thống lúa lai “Ba dòng” (Yuan L.P.,1992) [80].
Năm 1976, Trung Quốc ñã gieo cấy 140.000 ha lúa lai, diện tích trồng
liên tục tăng năm sau so với năm trước và năng suất lúa cũng tăng theo. Năm
1990, Trung Quốc ñã trồng ñược 15 triệu ha lúa lai chiếm 49% tổng diện tích
lúa, năng suất vượt 20% so với lúa thường tốt nhất. Qui trình nhân dòng bố mẹ
và sản xuất hạt lai F1 ngày càng hoàn thiện và ñạt năng suất cao. Với những
thành công này của Trung Quốc ñã mở ra triển vọng to lớn về phát triển lúa lai
trên thế giới (Nguyễn Thị Trâm, 2002; Yuan L.P., 1993) [31], [81].
Đồng thời với việc phát triển lúa lai ba dòng, một số kết quả trong nghiên
cứu lúa lai hai dòng ñã ñược công bố. Năm 1973, Shiming Song ñã phát hiện
ñược dòng bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ (PGMS) từ
quần thể Nông Ken 58S. Năm 1991, Maruyama và cộng sự ñã tạo ra ñược dòng
bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ(TGMS), Norin PL12 bằng
phương pháp gây ñột biến nhân tạo (Yin Hua Qi, 1993) [75].
Giống lúa lai hai dòng ñược ñưa ra trồng ñại trà ñầu tiên của Trung Quốc
là Pei ai 64S/Teqing. Năm 1992, diện tích gieo trồng lúa lai hai dòng ở Trung
Quốc là 15.000 ha với năng suất 9-10 tấn/ha, năng suất cao nhất ñạt 17 tấn/ha.
Đến năm 1997 ñã có 640.000 ha năng suất trung bình cao hơn lúa lai ba dòng từ
5-15 %. Hầu hết các tổ hợp lai hai dòng ñều cho năng suất cao và phẩm chất tốt
hơn so với các tổ hợp lai ba dòng (Yuan L.P, 1997) [83].
Hạt giống lúa lai của Trung Quốc ñã ñược ñưa sang trồng thử tại IRRI
năm 1979, Indonesia, ấn Độ năm 1980, Mỹ năm 1983 ñều cho năng suất cao hơn
5
các giống ñịa phương một cách tin cậy (Quách Ngọc Ân, 1998) [1].
Tại Hội nghị lúa lai Quốc tế lần thứ tư tổ chức tại Việt Nam ñã tổng kết,
từ năm 1996 ñến năm 2002, diện tích trồng lúa lai ở các nước ngoài Trung Quốc
như Việt Nam, Ấn Độ, Philippines, Bangladesh, Myanmar…ñã tăng từ 200.000
ha lên 700.000 ha [46]. Đến hội nghị lúa lai Quốc tế lần thứ năm tổ chức tại
Trung Quốc thì diện tích lúa lai ở Trung Quốc năm 2007 là 19 triệu ha, các nước
ngoài Trung Quốc 2,521 triệu ha [44]. Diện tích lúa lai của Việt Nam năm 2007
là 610.000 ha năng suất bình quân 6,72 tấn/ha [61].
Hướng nghiên cứu lúa lai “một dòng” là mục tiêu cuối cùng rất quan
trọng trong công tác chọn giống lúa lai, với ý tưởng sử dụng thể vô phối ñể cố
ñịnh UTL và sản xuất lúa lai thuần. Lúa lai “một dòng” ñược Trung Quốc và một
số nước như Mỹ, Nhật Bản… nghiên cứu theo hướng chuyển các gen Apomixis
từ cỏ dại sang cây lúa, tạo ra giống ña phôi kết hợp với chọn giống truyền thống
là giải pháp hiệu quả ñể tạo ra giống lúa lai “một dòng” (Nguyễn Công Tạn và
cộng sự, 2002) [28].
Vấn ñề này chưa có kết quả ứng dụng cụ thể, tuy nhiên có nhiều ñề tài
nghiên cứu quan trọng ñang ñược tiến hành như: gây tạo các dòng bất dục ñực
ña phôi với tỷ lệ phôi vô phối cao ñể sản xuất hạt vô phối, xác ñịnh các gen kiểm
soát tính trạng vô phối, phương pháp phân lập vô phối… ñây là chiến lược phát
triển bền vững có cơ sở khoa học và giá trị thực tiễn cao.
1.2. Khí hậu, mùa vụ và thời vụ trồng lúa ở Việt Nam
Dựa theo ñiều kiện tự nhiên, khí hậu Việt Nam ñược chia thành 7 vùng
khác nhau: Vùng khí hậu Đông Bắc, khí hậu Đồng bằng và Trung du Bắc bộ,
Vùng khí hậu Tây Bắc, Vùng khí hậu Bắc Trung Bộ, Vùng khí hậu Nam Trung
Bộ, Vùng khí hậu Tây Nguyên và Vùng khí hậu Nam Bộ. Mỗi vùng lại ñược
chia ra các tiểu vùng tuỳ theo ñiều kiện ñịa hình (Đoàn Văn Điếm, 2005) [7].
Căn cứ vào yếu tố khí hậu, sự phân hoá theo không gian lãnh thổ và sự
dao ñộng theo thời gian trong năm cũng như qua nhiều năm khí hậu Việt Nam
ñược chia thành 2 miền: Miền khí hậu phía Bắc và miền khí hậu phía Nam. Mỗi
6
miền lại phân hoá thành các vùng khác nhau (Nguyễn Văn Luật, 2002) [24].
Căn cứ vào ñiều kiện tự nhiên, tập quán canh tác, sự hình thành mùa vụ và
phương thức gieo trồng, nghề trồng lúa ñược hình thành và phân chia thành 3
vùng trồng lúa lớn: Đồng bằng sông Hồng, ñồng bằng ven biển miền Trung và
ñồng bằng Nam Bộ [36].
Vùng ñồng bằng sông Hồng do hệ thống sông Hồng và hệ thống sông
Thái Bình tạo thành. Thời tiết khí hậu chia làm 4 mùa (Xuân, Hạ, Thu, Đông),
mùa Đông lạnh, mùa Xuân ấm, mùa Thu mát mẻ, mùa Hạ nóng, ñịa hình ít bằng
phẳng. Vùng này có 2 vụ lúa cổ truyền là lúa mùa và lúa chiêm, từ năm 1963 ñã
ñưa vào cơ cấu các giống lúa xuân nên hình thành 2 vụ chính là vụ lúa chiêm
xuân và vụ lúa mùa (Nguyễn Văn Luật, 2002) [24], [36].
Vùng ñồng bằng ven biển miền Trung kéo dài từ Thanh Hóa tới Bình
Thuận, cực Nam Trung bộ, ñược chia thành 2 vùng chính: Vùng ñồng bằng ven
biển Bắc Trung bộ với ñiều kiện thời tiết khí hậu và canh tác cơ bản giống vùng
ñồng bằng sông Hồng. Vùng ñồng bằng ven biển Trung bộ và Nam Trung bộ với
ñồng bằng nhỏ hẹp do bị kẹp bởi dãy núi Trường Sơn phía Tây và biển phía
Đông. Vì vậy, các sông thường ngắn, ñộ dốc lớn, chế ñộ thuỷ văn phức tạp. Mùa
khô dễ bị hạn, mùa mưa dễ bị lũ lớn. Đất có thành phần cơ giới cát nhẹ, hàm
lượng dinh dưỡng thấp, vùng ñất cát ven biển chịu ảnh hưởng của mặn. Điều
kiện thời tiết khí hậu càng vào phía trong càng ấm dần. Từ ñèo Hải Vân (Huế)
trở ra còn có gió mùa Đông Bắc, từ Đà Nẵng trở vào chỉ có mùa khô và mùa
mưa. Vùng ñồng bằng ven biển Trung bộ có 3 vụ lúa trong năm: vụ Đông Xuân,
Hè Thu và vụ mùa (còn gọi là vụ ba, vụ tám và vụ mười).
Vùng ñồng bằng sông Cửu Long (ñồng bằng Nam bộ), là vùng mới ñược
khai thác khoảng 500-600 năm trở lại ñây. Nhiệt ñộ bình quân hàng năm cao và
ít biến ñộng, không có mùa ñông giá lạnh và ñầy ánh sáng. Mùa khô thường khô
hơn vì không có mưa phùn ẩm ướt vào tháng 2-3 như ở phía Bắc. Mùa mưa từ
tháng 5-7, lượng mưa hàng năm 1500-2000 mm. Độ ẩm không khí bình quân
82%. Vùng này có ñiều kiện tự nhiên, ñất ñai và khí hậu rất thuận lợi cho sản
7
xuất nông nghiệp, ñặc biệt cho sản xuất lúa gạo. Các vụ lúa chính ở ñồng bằng
sông Cửu Long: Vụ mùa bắt ñầu vào mùa mưa (tháng 5-6) và kết thúc vào cuối
mùa mưa (tháng 11), gồm các giống lúa ñịa phương dài ngày và thích nghi với
nước sâu. Vụ Đông Xuân là vụ lúa mới, ngắn ngày, bắt ñầu vào cuối mùa mưa
tháng 11-12 và thu hoạch ñầu tháng 4. Vụ Hè Thu bắt ñầu từ tháng 4 và thu
hoạch vào trung tuần tháng 8. Trồng lúa ở vùng ñồng bằng sông Cửu Long theo
2 phương thức lúa cấy và lúa sạ, phần lớn diện tích ở ñồng bằng sông Cửu Long
chủ yếu là gieo sạ, cuối vụ vẫn còn một số diện tích lúa nổi [24], [36].
1.3. 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, sự biểu hiện ấy có thể ñược
quan sát ở các ñặc tính hình thái, ñặc tính sinh lý, hóa sinh, năng suất, chất lượng,
khả năng thích ứng, chống chịu,… Ưu thế lai biểu hiện ngay từ khi hạt lúa bắt ñầu
nảy mầm ñến khi hoàn thành quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
- Ưu thế lai ở hệ rễ: Kết quả nghiên cứu của Lin và Yuan (1980) cho thấy
con lai F1 có số lượng rễ ra sớm, ra nhiều và nhanh hơn bố mẹ chúng. Chất
lượng rễ ñược ñánh giá bằng ñộ dày, trọng lượng khô, số lượng rễ phụ, số lượng
lông hút và hoạt ñộng hút chất dinh dưỡng của bộ rễ từ rễ lên cây, hệ rễ của lúa
lai hoạt ñộng mạnh nhất khi lúa bắt ñầu ñẻ nhánh. Chính vì thế mà lúa lai có tính
thích ứng rộng với những ñiều kiện bất thuận như ngập úng, hạn, phèn mặn.
- Ưu thế lai về khả năng ñẻ nhánh: Con lai F1 ñẻ nhánh sớm, sức ñẻ
nhánh khoẻ, tập trung và có tỷ lệ nhánh hữu hiệu cao (Lin S.C, 1980) [55].
- Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng: Lin và Yuan (1980) cho rằng ña số
con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố mẹ sinh trưởng
dài nhất. Xu và Wang (1980) ñã xác nhận thời gian sinh trưởng của con lai phụ
thuộc vào thời gian sinh trưởng của dòng bố. Theo Nguyễn Thị Trâm và cộng sự
(1994) thì thời gian sinh trưởng của con lai F1 hệ ba dòng dài hơn cả dòng mẹ và
dòng phục hồi ở cả 2 vụ trong năm.
8
- Ưu thế lai về một số ñặc tính sinh lý: Nhiều nghiên cứu phát hiện thấy
lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục trên một ñơn vị diện tích lá cao do
ñó hiệu suất quang hợp cao. Trái lại cường ñộ hô hấp của lúa lai thấp hơn lúa
thường. Con lai F1 có cường ñộ quang hợp cao hơn dòng bố khoảng 35%, cường
ñộ hô hấp thấp hơn lúa thường từ 5-27%. Hiệu suất tích luỹ chất khô của lúa lai
hơn hẳn lúa thường nhờ vậy mà tổng lượng chất khô trong cây tăng, trong ñó
lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh còn tích luỹ vào các cơ quan như
thân lá lại giảm mạnh (Kasura K.,2007) [50].
- Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất: Kết quả
nghiên cứu của một số nhà khoa học cho thấy con lai có năng suất cao hơn bố
mẹ từ 21%-70% khi gieo cấy trên diện rộng và hơn hẳn các giống lúa lùn cải tiến
tốt nhất từ 20%-30%. Đa số các tổ hợp lai có ưu thế lai cao về số bông/khóm,
khối lượng trung bình bông, tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt. Ở Việt Nam,
Bộ nông nghiệp và PTNT ñã tổng kết cho thấy năng suất bình quân của lúa lai ở
các tỉnh miền Bắc phổ biến ở mức 7-8 tấn/ha/vụ, năng suất cao nhất ñạt 12-14
tấn/ha/vụ ở Điện Biên, Lai Châu nên cần ñưa nhanh lúa lai vào sản suất và tiếp
tục khẳng ñịnh các vùng sinh thái phù hợp nhất (Nguyễn Công Tạn, 2002) [28].
1.4. Hệ thống lúa lai hai dòng
Khai thác ưu thế lai ở lúa nhờ vào dòng bất dục ñực tế bào chất (CMS dòng A), dòng duy trì (B) và dòng phục hồi (R) của hệ thống “Ba dòng”; dòng
bất dục ñực nhân mẫn cảm môi trường (Enviroment sensitive Genic Male
Sterile-EGMS) và dòng phục hồi (R) của hệ thống “Hai dòng”; sử dụng thể vô
phối (Apomixis) của lúa lai “Một dòng” ñã ñem lại lợi ích to lớn cho nhân loại,
xóa ñói giảm nghèo, nâng cao hiệu quả cho người trồng lúa và an ninh lương
thực. Tuy nhiên mỗi phương pháp khai thác, bên cạnh những ưu ñiểm vẫn tồn tại
một số hạn chế. Lúa lai “Ba dòng” có ưu ñiểm có năng suất cao, chống chịu sâu
bệnh tốt... nhưng lại có hạn chế dòng CMS có phổ phục hồi hẹp, qui trình nhân
dòng mẹ phức tạp... Đối với lúa lai “Hai dòng” dòng mẹ có phổ phục hồi rộng,
nhân dòng mẹ ñơn giản hơn nhưng hạn chế bởi chi phối của ñiều kiện thời tiết
9
nên ñộ thuần hạt lai không cao, làm giảm ưu thế lai của tổ hợp. Lúa lai “Một
dòng” về nguyên lý là duy trì ưu thế lai nhờ thể vô phối nhưng ñến nay những
nghiên cứu và sử dụng thể vô phối chưa thành công.
1.4.1. Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (Photoperiodicsensitive Genic Male Sterility - PGMS)
Tính bất dục của dòng PGMS ñược kiểm soát bởi cặp gen lặn nằm trong
nhân tế bào (pms). Gen này ñược ñược hoạt ñộng với hai chức năng: gây bất dục
khi pha sáng trong ngày dài và có khả năng hình thành hạt phấn hữu dục khi pha
sáng ngắn. Giai ñoạn mẫn cảm quang chu kỳ chỉ xảy ra khi dòng bất dục ñang
phân chia giảm nhiễm tế bào mẹ hạt phấn tương ứng với bước 4 ñến bước 6 của
phân hóa ñòng, còn các giai ñoạn khác thì sự thay ñổi quang chu kỳ không gây
ảnh hưởng ñến gen kiểm soát tính bất dục ñực (Nguyễn Thị Trâm, 2000) [31].
Thời gian pha sáng dài hay ngắn là yếu tố chính gây nên sự bất dục hay
hữu dục của hạt phấn và pha sáng chỉ ñược tính khi cường ñộ ánh sáng ñạt ít
nhất 50lux, giới hạn nhiệt ñộ cảm quang của các dòng PGMS khác nhau. Nhiệt
ñộ ñóng vai trò rất quan trọng trong thời kỳ mẫn cảm của dòng PGMS trong một
giới hạn nhiệt ñộ nhất ñịnh thì ñộ dài ngày có thể không hiệu quả ñối với quá
trình chuyển hóa tính dục của dòng PGMS. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy
gen mẫn cảm quang chu kì có bản chất di truyền giống như gen mẫn cảm nhiệt
ñộ (Nguyễn Công Tạn và cộng sự, 2002) [28].
Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Việt Nam và Ấn Độ ñã xác
ñịnh có 3 gen pms1, pms2 và pms3 nằm trên nhiễm sắc thể số 7, 3 và số 12 [59].
Các nhà khoa học cho rằng gen qui ñịnh tính bất dục ñực ở các dòng PGMS có ở
6 trong số 12 nhiễm thể của lúa ñó là nhiễm sắc thể số 3, 5, 6, 7, 11 và 12 (Mei
et al, 1999) [63].
Các nhà nghiên cứu cho rằng có khoảng 25% số dòng PGMS của Trung
Quốc ñược tạo ra bằng nuôi cây bao phấn. Hai dòng PGMS 93920S và 93926S
cũng ñược tạo ra nhờ phương pháp này, chúng có tính bất dục ñực ổn ñịnh hơn
và ñộ thuần cao hơn ( Niu J., 1997) [62].
- Xem thêm -