Tài liệu Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố mẹ lúa lai

  • Số trang: 117 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 55 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------------------ NGUYỄN CHÍ THÀNH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CỦA CÁC DÒNG BỐ MẸ LÚA LAI LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 60.62.05 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. PHAN HỮU TÔN HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và thông tin trích dẫn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Chí Thành Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Phan Hữu Tôn, người ñã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới KS. Tống Văn Hải và nhóm nghiên cứu lúa ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực tập. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ sinh học ứng dụng và các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền chọn giống cây trồng, khoa Nông học, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin ñược gửi lời cảm ơn ñến gia ñình và bạn bè ñã luôn ủng hộ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập. Hà nội, ngày 17 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Chí Thành Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... i MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn i Mục lục ii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu iv Danh mục bảng v Danh mục hình vii 1 MỞ ðẦU 1 1.1 ðặt vấn ñề 1 1.2 Mục ñích và yêu cầu 3 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 2.1 Hiện tượng ƯTL 4 2.2 Hệ thống lúa lai 6 2.3 Chỉ thị phân tử và ứng dụng trong chọn tạo giống lúa lai 24 2.4 Tình hình nghiên cứu và kết quả chọn tạo lúa lai trong và ngoài nước 31 2.5 Chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá 35 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 3.1 Nội dung nghiên cứu 44 3.2 Vật liệu nghiên cứu 44 3.3 Các ñiều kiện phục vụ nghiên cứu 47 3.4 Phương pháp nghiên cứu 48 4 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 55 4.1 Khảo sát một số tính trạng nông sinh học 55 4.1.1 Thời gian sinh trưởng (TGST) 55 4.1.2 Chiều cao cây 55 4.1.3 Chiều dài và chiều rộng lá ñòng 58 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... ii 4.1.4 Số nhánh tối ña và số nhánh hữu hiệu 59 4.1.5 Thời gian từ cấy ñến trỗ 60 4.1.6 Thời gian nở hoa 61 4.2 Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá lúa của các dòng bố mẹ với các chủng vi khuẩn ñang gây bệnh phổ biến ở miền bắc Việt Nam 61 4.2.1 Phản ứng của các dòng ñẳng gen với các chủng vi khuẩn lây nhiễm 62 4.2.2 Phản ứng của các dòng bố mẹ với các chủng vi khuẩn lây nhiễm 62 4.3 Kết quả tiến hành phản ứng PCR xác ñịnh gen TMS 65 4.3.1 Xác ñịnh gen TMS trên các dòng TGMS 66 4.3.2 Chọn lọc cá thể chứa gen tms2 trên quần thể phân ly F2 70 4.4 Kết quả tiến hành phản ứng PCR xác ñịnh gen Xa4 VÀ Xa7 76 4.4.1 Kết quả chạy PCR xác ñịnh gen Xa4 77 4.4.2 Kết quả chạy PCR xác ñịnh gen Xa7 78 4.5 Khảo sát ƯTL thực một số tính trạng chủ yếu của con lai F1 so với bố tương ứng 4.5.1 79 Khảo sát ƯTL thực về chiều cao cây cuối cùng của con lai F1 so với bố tương ứng 80 4.5.2 Thời gian sinh trưởng 81 4.5.3 Khảo sát ƯTL thực về các yếu tố cấu thành năng suất 82 4.6 Một số cá thể F2 chứa gen tms2 kháng bệnh bạc lá và tổ hợp lai F1 triển vọng 89 5 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 91 5.1 Kết luận 91 5.2 ðề nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 99 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism ALP Amplicon Length Polymorphism BLT Biological Lower Temperature BUT Biological Upper Temperature CCC Chiều cao cây CNSH Công nghệ sinh học ðHNN HN ðai học Nông Nghiệp Hà Nội EGMS Enviroment Sensitive Genic Male Sterile F.T Fertile Temperature IRRI International research rice instute MAS Marker Assisted Selection NST Nhiễm sắc thể NSTN Năng suất tiềm năng PCR Polymerase chain reaction PGMS Photoperoid sensitive Genic Male Sterile RAPD Random Amplified Polymorpism DNA RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism S.T Sterile Temperature SSR Single Sequence Repeat, Microsatellite TGMS Thermosensitive Genic Male Sterile TGST Thời gian sinh trưởng ƯTL Ưu thế lai Viện DTNN Viện di truyền Nông Nghiệp Viện KHKTNNVN Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... iv DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Một số dạng tế bào chất bất dục ñực ở lúa 20 2.2 Một số gen phục hồi hữu dục hạt phấn cho các dạng bất dục 23 2.3 Các dòng TGMS ñược chọn tạo tại Việt Nam theo Hoàng Thuyết Minh, 2002 35 3.1 Các dòng bố mẹ 44 3.2 Danh sách các chủng vi khuẩn ñược sử dụng ñể lây nhiễm nhân tạo 51 4.1 Các ñặc ñiểm nông sinh học của dòng mẹ CMS 56 4.2 Các ñặc ñiểm nông sinh học của dòng duy trì tương ứng với các dòng mẹ. 56 4.3 Các ñặc ñiểm nông sinh học của dòng mẹ TGMS 57 4.4 Phản ứng của các dòng ñẳng gen với các chủng vi khuẩn 62 4.5 Phản ứng của các dòng bố mẹ với các chủng vi khuẩn 63 4.6 Khảo sát ƯTL thực về chiều cao cây của các tổ hợp lai F1 so với bố tương ứng 4.7 Khảo sát ƯTL thực về tổng TGST của các con lai F1 so với bố tương ứng 4.8 85 Khảo sát ƯL thực của các dòng F1 so với bố tương ứng về khối lượng 1000 hạt (P1000 hạt) 4.12 84 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tương ứng về số nhánh hữu hiệu/khóm 4.11 83 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tương ứng về chiều rộng lá ñòng 4.10 82 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tương ứng về chiều dài lá ñòng 4.9 80 86 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tưong ứng về số hạt chắc/bông Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... v 87 4.13 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tưong ứng về năng suất tiềm năng ( NSTN) 88 4.14 Các cá thể F2 chứa gen tms2 và kháng bệnh bạc lá 89 4.15 Các tổ hợp lai F1 có triển vọng 90 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 4.1 Kết quả lây nhiễm nhân nhân tạo trên ñối chứng IR24 65 4.2 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB4 65 4.3 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB5 65 4.4 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB7 65 4.5 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms2 sử dụng mồi RM11 66 4.6 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms2 ở các dòng TGMS với mồi RM2 67 4.7 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms4 ở các dòng TGMS với mồi RM257 68 4.8 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms5 ở các dòng TGMS với mồi G227-1 69 4.9 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms5 ở các dòng TGMS với mồi G227-1 và C365-1 4.10 ðiện di sản phẩm PCR với mồi RM11 trên quần thể phân ly 93F2 (103S x N46) 4.11 73 ðiện di sản phẩm PCR với mồi RM11 trên quần thể phân ly 98F2 (103S x T23) 4.14 72 ðiện di sản phẩm PCR với mồi RM11trên quần thể phân ly 95F2 (103S x N91) 4.13 70 ðiện di sản phẩm PCR với mồi RM11 trên quần thể phân ly 94F2 (103S x IRBB7) 4.12 69 75 ðiện di sản phẩm PCR với mồi RM11 trên quần thể phân ly 103F2 (103S x IRBB5) 76 4.15 ðiện di sản phẩm PCR phát hiện gen Xa4 với mồi MP2 78 4.16 ðiện di sản phẩm PCR phát hiện gen Xa7 với cặp mồi P3 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... vii 1. MỞ ðẦU 1.1 ðặt vấn ñề Ngày nay, biến ñổi khí hậu cùng với sự gia tăng mạnh mẽ về dân số và quá trình ñô thị hoá ngày càng cao ñã làm cho diện tích ñất nông nghiệp ngày càng giảm. Trước thực trạng ñó, vấn ñề an ninh lương thực ñược ñặt ra hàng ñầu. Nhưng ñể ñảm bảo an ninh lương thực cho hiện tại và tương lai thì phải tăng năng suất lúa gạo. Một trong những hướng ñể tăng năng suất lúa gạo là sử dụng ưu thế lai. Hiện nay chúng ta ñang sử dụng hai hệ thống lúa lai: hệ thống lúa lai 2 dòng sử dụng hiện tượng bất dục ñực di truyền nhân và lúa lai 3 dòng sử dụng hiện tượng bất dục ñực tế bào chất và nhân. Muốn chọn tạo lúa lai thành công thì phải có nhiều dòng bố mẹ ñể từ ñó tạo ra ñược tổ hợp cho ưu thế lai cao. Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới ñã xác ñịnh ñược nhiều dạng bất dục ñực tế bào chất, trong ñó bất dục ñực dạng dại “WA” (Wild Abortion) ñược sử dụng rộng rãi và thành công nhất trong các chương trình sản xuất lúa lai ở Trung Quốc (theo Nguyễn Thị Trâm). Tuy nhiên, do việc sử dụng rộng rãi bất dục ñực tế bào chất dạng dại WA nên dẫn tới hiệu ứng ñồng tế bào chất, dễ bị sâu hại. Mặt khác phải sử dụng tới ba dòng trong sản xuất hạt lai F1 nên giá thành hạt lai cao. Trước thực trạng ñó, các nhà khoa học ñã phát hiện ra hiện tượng bất dục ñực di truyền nhân ở lúa và ứng dụng trong sản xuất. ðó là hệ thống lúa lai hai dòng. ðể chọn tạo lúa lai hai dòng thành công, trước hết cần phải có nhiều dòng TGMS, từ ñó mới tạo ra ñược tổ hợp cho ưu thế lai cao. ðồng thời phải xác ñịnh ñược các dòng TGMS này mang gen tms gì. Hiện nay, các nhà khoa học ñã tìm ñược 6 gen TGMS (tms1, tms2, tms3, tms4, tms5 và tms6) mỗi gen có ngưỡng nhiệt ñộ chuyển hoá hữu dục và bất dục khác nhau trong ñó gen Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 1 tms2 có ngưỡng chuyển hóa hữu dục ổn ñịnh ( theo Chen R Z et al. Chinese Science Bulletin, July 2009, Vol 54, no 14)). Nhiều nhà chọn giống ñã sử dụng các gen TGMS này lai chuyển vào các dòng, giống lúa có triển vọng ñể tạo ra các dòng TGMS mới, có khả năng phối hợp cao, tạo ra nhiều tổ hợp lai mới cho ưu thế lai cao. Tuy nhiên, chỉ nâng cao năng suất là chưa ñủ, nhu cầu về giống lúa lai hiện nay phải là những giống không những cho năng suất cao, chất lượng tốt mà còn kháng ñược nhiều loài sâu bệnh cao. Mặt khác, nước ta có khí hậu nhiệt ñới là ñiều kiện thuận lợi cho nhiều loại sâu bệnh hại phát triển. Trong ñó, bệnh bạc lá nguyên nhân do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây nên, là một bệnh ñặc biệt nguy hiểm ñối với cây lúa, ñặc biệt là ñối với lúa lai. Do vậy, công tác chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá ñã trở thành mối quan tâm của nhiều nhà khoa học hiện nay. ðể tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá thì việc ñầu tiên cần phân biệt ñược dòng bố mẹ lúa lai nào có khả năng kháng ñược bao nhiêu chủng và xác ñịnh khả năng chứa các gen kháng bệnh. ðể xác ñịnh ñược gen kháng bệnh có thể sử dụng phương pháp lây nhiễm nhân tạo sử dụng những chủng vi khuẩn ñặc trưng hoặc bằng kỹ thuật chỉ thị phân tử ADN. Hiện nay các nhà khoa học ñã tìm ra ñược 29 gen ñơn kháng các chủng (Races) vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá khác nhau, kí hiệu từ Xa1 ñến Xa29. ðồng thời ñã xác ñịnh ñược các gen kháng Xa7, Xa21 (trội) và xa5 (lặn) ñều có tính kháng cao ñối với hầu hết các nhóm chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá. Do ñó cần chuyển các gen kháng này vào các dòng bố mẹ nhằm tạo ra các tổ hợp lai kháng bệnh bạc lá bền vững. Mặt khác, nhờ sự phát triển của Công nghệ sinh học người ta ñã ñịnh vị lập bản ñồ các gen trên từng nhiễm sắc thể và xác ñịnh các chỉ thị phân tử liên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 2 quan ñến gen. Các chỉ thị liên kết chặt với các tính trạng kiểu hình nên có thể xác ñịnh ñược các tính trạng dựa trên sự có mặt của các gen mong muốn với ñộ chính xác cao. Tác giả M.T.Lopez và Cs (2003) ñã sử dụng chỉ thị PCR xác ñịnh ñược marker RM11 liên kết chặt với gen tms2 là 5 cM…..Nhờ ñó ñã rút ngắn ñược thời gian cũng như công sức ñể chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá. Từ thực tiến trên, chúng tôi tiến hành ñể tài: “Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố mẹ lúa lai.” 1.2 Mục ñích và yêu cầu 1.2.1 Mục ñích - Xác ñịnh khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố mẹ lúa lai phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá. - Chọn tạo ñược dòng TGMS mới kháng bệnh bạc lá . 1.2.2 Yêu cầu - Khảo sát một số ñặc ñiểm nông sinh học của các dòng TGMS, CMS và các dòng bố. - Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá lúa của các dòng bố mẹ lúa lai với từng chủng vi khuẩn gây bệnh ñang phổ biến ở miền bắc Việt Nam. - Ứng dụng kỹ thuật PCR ñể xác ñịnh gen tms ở các dòng TGMS. - Sàng lọc gen tms2 ở các quần thể phân ly F2 bằng PCR. - Sàng lọc gen kháng bệnh bạc lá Xa4 và Xa7 ở các cá thể F2 mang gen tms2. - Khảo sát ƯTL thực của con lai F1 so với dòng bố tương ứng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 3 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Hiện tượng ƯTL 2.1.1 Khái niệm về ƯTL ƯTL (heterosis) là một thuật ngữ dùng 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 sống, 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 giống lai F1 vào sản xuất ñã góp phần làm tăng năng suất nhiều loại cây trồng, ñặc biệt là các cây lương thực, thực phẩm làm tăng thu nhập cho người nông dân, tăng hiệu quả sản xuất nông nghiệp( trích theo Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]. 2.1.2 Cơ sở di truyền của ƯTL Cơ sở di truyền của hiện tượng ƯTL vẫn ñang là vấn ñề gây tranh cãi trong suốt quá trình phát triển lịch sử của di truyền học. Một số giả thuyết ñã ñược nêu ra trong thế kỷ XX ñể giải thích hiện tượng ƯTL và ñã ñược nhiều người thừa nhận như: Giả thuyết tính trội: Theo giả thuyết này thì tính trội ñược hình thành trong quá trình tiến hoá của sinh vật. Các gen trội có lợi lấn át gen lặn có hại gây hậu quả xấu. Có nghĩa là gen trội át chế tác ñộng của gen lặn tương ứng cùng locus trên NST tương ñồng. Ví dụ: Khi lai AABBCC với aabbcc con lai F1 có kiểu gen AaBbCc nên có ƯTL rõ rệt. Giả thuyết siêu trội: Giả thuyết này cho rằng nhiều tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng do gen trội kiểm soát còn gen lặn tương ứng có tác dụng ngược lại. Tính dị hợp tử của một allen ở một vị trí nhất ñịnh sẽ sản sinh ra các vật chất có ảnh hưởng ñến sức sống vượt xa của các loài mang allen ñồng hợp tử và do tác ñộng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 4 tương hỗ của các allen khác nhau trên cùng một vị trí locus. Theo giả thuyết này thì cá thể có kiểu gen Aa sẽ có sức sống cao hơn hẳn cơ thể mang kiểu gen AA và aa. Mô hình toán học tổng quát của giả thuyết này là AA < Aa > aa. Giả thuyết cân bằng di truyền: Theo giả thuyết này thì mỗi cơ thể sinh vật ở trạng thái cân bằng di truyền nhất ñịnh, ñảm bảo cho sự hình thành một kiểu hình thái ứng với ñiều kiện sống. Khi lai các cá thể có kiểu cân bằng di truyền khác nhau, sẽ hình thành cơ thể mới có trạng thái cân bằng di truyền mới khác cân bằng di truyền cũ do vậy con lai xuất hiện những tính trạng mới tốt hơn ở bố mẹ (trích theo Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]. 2.1.3 Duy trì ƯTL Các giống ƯTL (F1) khi nhân ñời sau qua sinh sản hữu tính sẽ thu ñược quần thể phân ly F2. Khi ñó, giá trị trung bình quần thể của tính trạng thu ñược sẽ là ñại lượng giảm hơn so với ñại lượng này ở F1 và tiếp tục giảm ở thế hệ tiếp theo. Do ñó, cần phải có các hệ thống sản xuất ra khối lượng lớn hạt lai F1 tuỳ loại cây trồng. Ví dụ: Ở lúa là hệ thống lúa lai hai dòng, ba dòng và một dòng. Các giống nhân giống bằng vô tính thì ƯTL cơ bản ñược duy trì qua các thế hệ. Tuy nhiên, hay xảy ra hiện tượng lan truyền virus, thoái hoá do ñó cần phải làm sạch và chọn lọc. Cũng có thể duy trì ƯTL thông qua vô phối. Phương pháp này tỏ ra có ưu thế hơn cả ( trích theo Nguyễn Hồng Minh, 2004) [10]. 2.1.4 ðánh giá ƯTL ƯTL là hiện tượng phổ biến trong trồng trọt và chăn nuôi. Ở cây lúa, người ñi tiên phong trong lĩnh vực ƯTL là J. W.Jones (1926) (Nhà di truyền học người Mỹ) lần ñầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ƯTL trên những tính trạng số lượng và năng suất (Anomymous, 1997; Li, 1977) về tích luỹ chất khô (Rao, 1965; Jenning,1967,…) ; về sự phát triển của bộ rễ (Anomymous, 1974); về Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 5 cường ñộ quang hợp, diện tích lá (Lin và Yuan, 1980; MC Donal và CS, 1971; Wu và CS, 1980) (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]. Chúng ta ñánh giá ƯTL qua các công thức sau: ƯTL trung bình: HMP% = F1- MP MP x 100 Trong ñó: MP (mid parents) là giá trị trung bình của hai bố mẹ. ƯTL trung bình là biểu hiện sự hơn hẳn của một tính trạng nào ñó ở con lai F1 so với giá trị trung bình của tính trạng ñó của hai bố mẹ. ƯTL thực: F1- BP x 100 BP Trong ñó BP (best parents) là bố hoặc mẹ tốt nhất. HBP% = ƯTL thực là biểu hiện sự hơn hẳn ở một tính trạng nào ñó của con lai F1 so với giá trị ñó của bố hoặc mẹ tốt nhất (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]. Nói chung, sức sống của con lai F1 có thể biểu hiện tăng hơn so với bố mẹ ở một tính trạng nhất ñịnh gọi là ƯTL dương, và nếu có hiện tượng giảm ñi thì ñược gọi là ƯTL âm (Trần Duy Quý, 2000) [12]. 2.2 Hệ thống lúa lai 2.2.1 Hệ thống lúa lai hai dòng 2.2.1.1 Khái niệm về hệ thống lúa lai hai dòng Lúa lai hai dòng là hệ thống lúa lai khi sản xuất hạt lai F1 phải sử dụng hai loại dòng có bản chất di truyền khác nhau: một dòng là TGMS hoặc PGMS, hai là dòng cho phấn (dòng bố trong sản xuất hạt lai). Thực chất là không cần ñến gen duy trì bất dục cũng như dòng B. Trong khi chọn dòng cho phấn cũng không cần quan tâm ñến gen phục hồi hữu dục (như ở hệ thống lúa lai 3 dòng). Muốn sản xuất hạt của dòng mẹ chỉ cần ñiều chỉnh thời vụ gieo cấy ñể chúng trải qua Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 6 giai ñoạn phân bào giảm nhiễm vào lúc có thời gian chiếu sáng ngày ngắn (với dòng PGMS) và nhiệt ñộ dưới 24oC (với dòng TGMS) là có thể thu hạt tự thụ (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]. 2.2.1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai dòng Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện Lúa quốc tế (IRRI) và Ấn ðộ,… ñã xác ñịnh ñược 6 kiểu gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ - TGMS lần lượt là: - Gen tms1 thu ñược từ ñột biến tự nhiên từ giống IR54. Theo các tác giả Sun và Cs, 1996; Yang và Cs, 1992; Wang và Cs, 1995, 1996 thì gen tms1 nằm trên NST số 8 ( Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]. - Gen tms2 do Maruyama và Cs (1991) phát hiện thông qua ñột biến bằng tia gamma, nằm trên NST số 7 [36]. - Gen tms3 do Virmani, 1993; Sabudi, 1995 tạo ra bằng ñột biến ñược xác ñịnh nằm trên NST số 6 (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]. - Gen tms4 do Nguyễn Văn ðồng (1999) và Cs xác ñịnh ñược từ dòng TGMS - VN1 nằm trên NST số 2 (Nguyễn Văn ðồng, 1995) [2]. - Gen tms5 do Luxing Gui và Cs xác ñịnh ñược nằm trên NST số 9 (Luxing Gui, et al, 2002) [34]. - Gen tms6 do Hak Soo Suh và Cs phát hiện nằm trên NST số 5 (Hak Soo Suh, et al, 2005) [30]. Ngoài việc xác ñịnh vị trí các gen trên NST, các chỉ thị phân tử liên kết với các gen bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ (TGMS) nói trên cũng ñã ñược xác ñịnh. Theo kết quả nghiên cứu của M.T. Lopez et al cho thấy các chỉ thị RM11 và RM2 (nằm trên NST số 7) liên kết chặt với gen tms2 lần lượt với khoảng cách là 5cM và 16cM, từ ñó ta có thể sử dụng hai chỉ thị này vào trong công tác chọn giống nhằm phát hiện gen tms2 (M.T.Lopez, et al, 2003) [35]. Tại Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI, chương trình nghiên cứu tập trung vào phát triển lúa lai cho vùng nhiệt ñới, các gen tms2 từ giống Norin Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 7 PL.12 và tms3 từ dòng ñột biến IR32364S ñã ñược sử dụng ñể tạo ra các dòng TGMS mới. Như dòng ID24 ñược ñưa vào Ấn ðộ ñã ñược sử dụng ñể chọn tạo và sản xuất lúa lai hai dòng. Các dòng TGMS IR73827 - 23S và IR73824S ñược chọn tạo từ ID24 ñã ổn ñịnh về tính trạng bất dục ñực. Tuy nhiên các dòng này cần phải thử nghiệm trên ñồng ruộng trong vụ Mùa khi có nhiệt ñộ thấp hơn vụ Xuân tại IRRI từ 1 - 2oC. Việc nhân hạt tự thụ của các dòng này ñược thực hiện tại các vùng có vĩ ñộ cao. Tại Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (2002), B.C Viraktamath và S.S Virmani ñã ñánh giá 16 dòng TGMS trong những ñiều kiện nhiệt ñộ khác nhau ñể xác ñịnh ngưỡng chuyển hóa bất dục (Critical sterile point - CSP) và ngưỡng chuyển hóa hữu dục (Critical ferile point - CFP). Kết quả nghiên cứu ñã chỉ ra rằng hầu hết các dòng TGMS nghiên cứu có ngưỡng nhiệt ñộ hữu dục là 27/21oC. Các dòng Norin PL.12, IR68939-2-4-40 và IR68301-11-6-44-3 có ngưỡng chuyển hóa bất dục và hữu dục như sau: dòng có giá trị CFP thấp giá trị CSP cũng thấp và ngược lại dòng có CFP cao thì CSP cũng cao. Năm dòng TGMS ñược gieo và ñánh giá trong ñiều kiện tự nhiên tại Los Banos chỉ có hai dòng có thể sử dụng ñể sản xuất hạt lai F1 trong mùa khô, còn ba dòng NorinPL12, ID24 và IR68949-11-5-31 có thể sản xuất cả hai vụ khô và ướt. Nhưng việc sản xuất hạt tự thụ của dòng ID24 có khó khăn vì giá trị CFP thấp. Từ kết quả ñánh giá các dòng trong ñiều kiện tự nhiên cũng tương tự như trong phytotron các tác giả ñã cho rằng việc sàng lọc các dòng TGMS có thể thực hiện tốt ở Los Banos, ngay cả những nơi không có thiết bị phytotron. ðiều này ñã mở ra triển vọng cho việc sử dụng các dòng TGMS trong nghiên cứu và phát triển lúa lai hai dòng tại Philippin. Theo công bố của M. Ilyas Ahmed và các cộng sự Viện nghiên cứu Lúa Hyderabad Ấn ðộ (2002), các tác giả ñã tiến hành ñánh giá ngưỡng chuyển hóa bất dục, hữu dục, tỷ lệ thò vòi nhụy, tỷ lệ thụ phấn chéo và các Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 8 tính trạng nông sinh học khác của 31 dòng TGMS ñược chọn tạo tại IRRI và trên 50 dòng TGMS khác của Ấn ðộ. Kết quả thu ñược các dòng TGMS có triển vọng biểu hiện bất dục hoàn toàn ở 25oC (tháng 7), hữu dục và kết hạt khi nở hoa vào tháng 9 ñến tháng 3 tại Hyderabad là IR68945-11S, IR68948-12S, IR68949-11S, TS.29 (ID24), IR68294-7-1S và IR68297-1S. Dòng IR32364120 kết hạt ở nhiệt ñộ thấp. Các tác giả ñã rút ra kết luận ñiều kiện khí hậu của vùng Hyderabad hoàn toàn phù hợp cho việc nhân các dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1 lúa lai hệ hai dòng. [9] 2.2.1.3 Cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất lúa lai hai dòng Lúa là loại cây tự phấn ñiển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, hoa nhiều, nhỏ do vậy muốn sản xuất hạt lai F1 thì phải sử dụng hệ thống bất dục ñực. Hệ thống bất dục ñực tế bào chất ñã ñược dùng rộng rãi tại Trung Quốc và một số quốc gia khác trong mấy thập kỷ qua. Hiện nay hệ thống bất dục ñực mẫn cảm với ñiều kiện môi trường cũng ñang ñược sử dụng ñể phát triển lúa lai, nâng cao ưu thế lai, các gen tương hợp rộng cũng ñã ñược khai thác ñể phát triển các tổ hợp lai giữa các loài phụ Indica và Japonica. Ở cây lúa người ta ñã phát hiện ñuợc ñầy ñủ các dạng bất dục ñực như một số cây trồng khác như ngô, cao lương. Hiện tại có hai hệ thống lúa lai ñang ñược phát triển, ñó là lúa lai hệ ba dòng và lúa lai hệ hai dòng. Lúa lai hệ hai dòng là bước tiến mới của loài người trong việc sử dụng ƯTL ở cây lúa. Hai công cụ cơ bản ñể phát triển lúa lai hai dòng là dòng bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ TGMS (Thermosensitive Genic Male Sterile) và bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ chiếu sáng PGMS (Photoperiod sensitive Genic Male Sterile). Tính chuyển hoá từ bất dục sang hữu dục và ngược lại ở TGMS và PGMS gây ra do ñiều kiện môi trường khác nhau. Vì thế bất dục ñực kiểu này gọi là bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với ñiều Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 9 kiện môi truờng EGMS (Enviroment Sensitive Genic Male Sterile) [33]. Quá trình sản xuất hạt lúa lai F1 ở hệ thống lúa lai hai dòng ñược ñơn giản hoá, không cần lai ñể duy trì dòng bất dục. Dòng TGMS trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao, từ 23 – 300C tuỳ dòng sẽ bất dục tuyệt ñối, ñược dùng làm mẹ ñể sản xuất hạt lai F1, từ 19 – 240C tuỳ dòng sẽ hữu dục. Dòng PGMS trong ñiều kiện ngày dài cần thiết sẽ bất dục ñể dùng làm mẹ và ngày ngắn cần thiết sẽ hữu dục ñể duy trì dòng mẹ, tuy nhiên sự hữu dục hay bất dục của dòng PGMS cũng còn tương tác với nhiệt ñộ môi trường. ðể phát triển lúa lai hai dòng quan trọng nhất là phát triển ñược nhiều dòng TGMS và PGMS gọi chung là các dòng EGMS [14]. 2.2.1.4 Ưu ñiểm của hệ thống lúa lai hai dòng Lúa lai hai dòng ñã khắc phục ñược rất nhiều nhược ñiểm của lúa lai hệ ba dòng, triển vọng của ứng dụng kỹ thuật này trong thế kỷ XXI là rất lớn. ðặc biệt khi con người không chỉ khai thác ƯTL của các giống trong cùng một loài mà còn thực hiện các phép lai xa khác loài và khác loài phụ. Năng suất của lúa lai không dừng lại ở mức 10 -15 tấn và có thể ñạt trên 15 tấn. Tuy nhiên công nghệ sản xuất hạt lai F1 vẫn phức tạp và phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố thời tiết. Việc ứng dụng các dòng EGMS ñể phát triển lúa lai so với ứng dụng dòng CMS kinh ñiển có các ưu ñiểm hơn hẳn sau: Quá trình sản xuất hạt lai ñược ñơn giản hoá, không phải tổ chức một lần lai ñể duy trì dòng bất dục như ở hệ “Lúa lai 3 dòng” vì không cần dòng B. Dòng TGMS trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao cần thiết và dòng PGMS trong ñiều kiện ngày dài cần thiết ñể bất dục tuyệt ñối, ở thời kỳ này chúng ñược sử dụng làm mẹ ñể sản xuất hạt lai F1. Trong ñiều kiện nhiệt ñộ ôn hoà hoặc ngày ngắn cần thiết ñể các dòng TGMS và PGMS sẽ hữu dục bình thường, chúng ñược nhân giống ñể duy trì hạt dòng mẹ bằng tự thụ phấn. Do tính bất dục ñược kiểm soát bởi các gen lặn nên hầu hết các giống Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 10 lúa thường phục hồi phấn ñược cho các dòng TGMS và PGMS. Như vậy việc chọn ñược dòng phục hồi sẽ dễ dàng hơn, phổ cập hơn, có thể mở rộng ra ngoài phạm vi của một loài phụ và khả năng tạo ra các tổ hợp năng suất cao hơn ñược tăng lên ñáng kể. Kiểu gen của TGMS và PGMS dễ dàng ñược chuyển sang giống khác, ñể tạo ra các dòng bất dục mới với nguồn di truyền khác nhau, tránh ñược nguy cơ ñồng tế bào chất và thu hẹp phổ di truyền. Tính bất dục của các dòng TGMS và PGMS không liên quan ñến tế bào chất vì thế các ảnh hưởng của kiểu bất dục dạng dại “WA” ñã ñược khắc phục, khả năng kết hợp giữa năng suất cao và chất lượng tốt ñược mở rộng và hiện thực hơn. Chất lượng gạo của lúa lai hệ hai dòng dễ ñược cải thiện hơn lúa lai hệ ba dòng, vì cơ hội chọn tạo dòng bố rất lớn. Tóm lại, hệ thống lúa lai hai dòng ñơn giản hơn nhiều so với lúa lai ba dòng trong sản xuất hạt lai và nhân dòng bất dục. Do vậy, giá thành sản xuất hạt lai thấp hơn và hiệu quả của lúa lai thương mại cũng cao hơn (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]. 2.2.1.5 Phát hiện bất dục ñực chức năng di truyền nhân *Phát hiện bất dục ñực chức năng di truyền nhân Năm 1973, theo dõi giống Nongken 58 (Japonica chín muộn có nguồn gốc là bất dục ñực di truyền TBC), Shi Mong Shong ở Trung tâm nghiên cứu lúa lai tỉnh Hồ Bắc (Trung Quốc) phát hiện thấy một số cá thể bất dục phấn khi trỗ bông vào thời gian có ñộ dài ngày ngắn dưới 13h45phút, giai ñoạn mẫn cảm xảy ra khi phân hoá gié ñến khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn. Có thể coi ñây là công cụ ñầu tiên ñể khai thác chọn tạo giống lúa lai hai dòng (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]. Sau công trình này người ta tiếp tục tìm ra các dòng vật liệu bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ñộ (TGMS), các dòng vừa cảm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .................... 11
- Xem thêm -