Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo một số dòng TGMS ngắn ngày để tạo giống lúa lai cực ngắn ở các tỉnh phía Bắc

Chia sẻ: Chuheodethuong 09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:193

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tạo và chọn lọc được các dòng TGMS ngắn ngày có các đặc tính nông sinh học tốt, độ bất dục ổn định, có khả năng kết hợp cao để tạo được các tổ hợp lúa lai hai dòng cực ngắn ngày (≤100 ngày trong vụ Mùa) năng suất cao, chất lượng khá phục vụ cho sản xuất lúa ở các tỉnh phía Bắc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo một số dòng TGMS ngắn ngày để tạo giống lúa lai cực ngắn ở các tỉnh phía Bắc

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN PHỤ THANH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO MỘT SỐ DÒNG TGMS NGẮN NGÀY ĐỂ TẠO GIỐNG LÚA LAI CỰC NGẮN Ở CÁC TỈNH PHÍA BẮC Chuyên ngành : Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 9620111 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Trí Hoàn 2. TS. Hà Văn Nhân Hà Nội - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu kết quả nghiên cứu được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác, các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án đều ghi rõ nguồn gốc. Hà nội, ngày 27 tháng 5 năm 2019 TÁC GIẢ ii
LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ban lãnh đạo Viện Cây lương Thực và Cây thực phẩm, Viện khoa học Nông nghiệp Việt nam đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Trí Hoàn, TS. Hà Văn Nhân đã nhiệt tình hướng dẫn khoa học, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành công trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Thị Trâm, Cán bộ Viện nghiên cứu cây trồng và Cán bộ Học viện nông nghiệp Việt Nam đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban đào tạo Viện khoa học nông nghiệp Việt nam đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án. Luận án được hoàn thành còn có sự giúp đỡ tận tình của nhiều Thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp lớp cây trồng 41- Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, cùng sự hỗ trợ, động viên, khuyến khích vô cùng lớn lao của Cha Mẹ và sự trợ giúp, ủng hộ nhiệt tình của Vợ, Con. Tôi xin chân thành cảm ơn. Hà nội, ngày 27/5/2019 TÁC GIẢ Nguyễn Phụ Thanh iii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ ii LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii MỤC LỤC ....................................................................................................... iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ ix DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ x MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: CỞ SỞ KHOA HỌC VÀTỔNG QUAN TÀI LIỆU CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................................................... 5 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài: .................................................................... 5 1.1.1. Ưu thế lai và khai thác sử dụng ưu thế lai ở lúa ................................ 5 1.1.2.Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai ........................................... 5 1.1.3. Cơ sở phân tử của hiện tượng ưu thế lai ............................................ 7 1.1.4. Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa. .............................................................. 7 1.1.5. Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng ............... 8 1.1.5.1. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ(TGMS) ................... 9 1.2. Cơ sở thực tiễn của đề tài .................................................................... 11 1.2.1. Điều kiện khí hậu thời tiết của các tỉnh phía Bắc Việt Nam. ............ 11 1.2.2. Cơ sở thực tế về sinh trưởng phát triển và gen của giống lúa cực ngắn. ................................................................................................. 12 1.2.3. Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng bố với các dòng TGMS13 1.2.4. Tình hình nghiên cứu các dòng TGMS trên Thế giới và ở Việt nam. ......... 17 1.2.4.1. Tình hình nghiên cứu các dòng TGMS trên Thế giới .................... 17 1.2.4.2. Tình hình nghiên cứu tạo dòng TGMS của Việt nam .................... 25 1.2.5. Tình hình nghiên cứu chọn tạo tổ hợp lúa lai 2 dòng trên Thế giới và Việt Nam. ..................................................................................................... 28 1.2.5.1. Tình hình nghiên cứu, chọn tạo tổ hợp lúa lai 2 dòng trên Thế giới....... 28 1.2.5.2. Kết quả chọn tạo các tổ hợp lúa lai 2 dòng ở Việt nam. .............. 30 1.2.6. Tình hình phát triển lúa lai trên Thế giới ......................................... 34 1.2.7. Tình hình phát triển lúa lai của Việt Nam. ....................................... 39 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 44 iv
2.1. Vật liệu nghiên cứu (nguồn gốc phụ lục1) ........................................... 44 2.1.1. Vật liệu sử dụng cho chọn tạo TGMS mới, thu thập cho đánh giá và sử dụng ........................................................................................................ 44 2.1.1.1. Vật liệu sử dụng cho chọn tạo TGMS mới ..................................... 44 2.1.1.2. Vật liệu TGMS thu thập cho đánh giá và sử dụng: T37S,T14S, T256S, 4TGMS, T6S, 15TGMS, 12TGMS, 25S, Kim76S, TG1. .................. 44 2.1.2. Vật liệu TGMS cho đánh giá ngưỡng nhiệt độ, các đặc tính nông sinh học, thử khả năng kết hợp: T37S, T14S, T256S, 4TGMS, TH17S-16, TH3-3. ......................................................................................................... 44 2.1.3. Vật liệu làm bố cho lai tạo và tìm tổ hợp lai cực ngắn ngày mới: ... 44 2.1.4. Vật liệu cho nhân dòng mẹ, thử sức sống của vòi nhụy, đánh giá các tổ hợp lai triển vọng: T256S, TH17S-16, RT201, RT205, RT203, LT3 ...... 44 2.2. Nội dung nghiên cứu. ........................................................................... 44 2.2.1. Nghiên cứu lai tạo, thu thập, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS ngắn ngày. ................................................................................................... 44 2.2.1.1. Lai tạo và chọn lọc các dòng TGMS ngắn ngày ............................ 44 2.2.1.2. Thu thập và chọn thuần các dòng TGMS ngắn ngày..................... 44 2.2.2. Đánh giá tính bất dục, các đặc tính nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng TGMS thuần ngắn ngày (được lựa chọn). ..................... 45 2.2.2.1. Đánh giá tính bất dục của các dòng TGMS thuần được lựa chọn 45 2.2.2.2. Đánh giá đặc tính hình thái và đặc tính nông sinh học của các dòng TGMS thuần được lựa chọn ............................................................... 45 2.2.2.3. Đánh giá KNKH của các dòng mẹ TGMS mới và các dòng bố .... 45 2.2.3. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn; đánh giá so sánh một số tổ hợp lai được lựa chọn............... 45 2.2.3.1. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn ................................................................................................. 45 2.2.3.2. Đánh giá một số tổ hợp lai cực ngắn ngày triển vọng được lựa chọn... 45 2.2.4. Nhân dòng mẹ và nghiên cứu sức sống vòi nhụy của dòng mẹ T256S, TH17S-16, bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản xuất tổ hợp lai triển vọng. ............................................................................................................ 45 2.2.4.1. Nhân dòng mẹ TGMS: T256S, TH17S-16. ..................................... 45 2.2.4.2. Nghiên cứu sức sống vòi nhụy của dòng mẹ T256S, TH17S-16 .... 45 v
2.2.4.3. Bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản xuất các tổ hợp lai triển vọng. ............................................................................................................ 45 2.3. Phương pháp nghiên cứu: .................................................................... 45 2.3.1. Lai tạo, chọn lọc các dòng TGMS ................................................... 45 2.3.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học và đặc tính bất dục của các dòng TGMS. ................................................................................... 48 2.3.3. Phương pháp đánh giá KNKHcác dòng bố mẹ trong TN Line xTester. ..................................................................................................................... 51 2.3.4. Phương pháp đánh giá so sánh tổ hợp lai triển vọng, nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất hạt lai F1 và nhân dòng TGMS. .......................... 54 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 55 3.1. Nghiên cứu chọn tạo, thu thập, làm thuần và đánh giá các dòng TGMS. ......................................................................................................... 55 3.1.1. Lai tạo, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS mới. ........................ 55 3.1.1.1. Lai tạo và chọn lọc các dòng TGMS mới ...................................... 55 3.1.1.2 Đánh giá một số đặc điểm sinh trưởng, hình thái của các dòng TGMS mới chọn tạo .................................................................................... 66 3.1.2. Thu thập và chọn lọc các dòng TGMS ngắn ngày hiện có trong nước 72 3.2. Kết quả đánh giá độ bất dục hạt phấn và các đặc tính nông sinh học, khả năng kết hợp của các dòng TGMS ngắn ngày tốt được lựa chọn ........ 74 3.2.1. Nghiên cứu đặc tính mẫn cảm nhiệt độ, độ bất dục của hạt phấn của một dòng TGMS tốt được lựa chọn ............................................................. 74 3.2.2. Kết quả đánh giá các đặc tính hình thái và tính trạng nông sinh học của các dòng TGMS được lựa chọn............................................................ 79 3.2.3. Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng TGMS ngắn ngày triển vọng được lựa chọn. .................................................................................... 86 3.2.3.1. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất của các dòng bố mẹ trong nghiên cứu KNKH ............................................ 86 3.2.3.2. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất của các tổ hợp lai F1 giữa các dòng bố mẹ trong NC KNKH .................... 88 3.2.3.3. Kết quả đánh giá KNKH chung (GCA) của các dòng bố mẹ ........ 91 3.2.3.4. Kết quả đánh giá KNKH riêng (SCA) của các dòng bố mẹ........... 95 vi
3.3. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của các dòng bố để tạo ra các tổ hợp lai cực ngắn ngày , so sánh các tổ hợp lai được lựa chọn ....................... 105 3.3.1. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của các dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn ........................................................................................ 105 3.3.2. Đánh giá một số tổ hợp lai cực ngắn ngày được lựa chọn............. 110 3.3.2.1. Kết quả đánh giá một số tổ hợp lai được lựa chọn...................... 110 3.3.2.2. Đánh giá chất lượng gạo củamột số tổ hợp lai triển vọng .......... 118 3.4. Nhân dòng mẹ, nghiên cứu sức sống của vòi nhụy dòng mẹ có KNKH chung cao, bước đầu đưa ra quy trình sản xuất hạt lai F1 các tổ hợp triển vọng. .......................................................................................................... 120 3.4.1. Bước đầu nhân thử dòng mẹ TGMS: T256S,TH17S-16. ................ 120 3.4.2. . Nghiên cứu sức sống vòi nhụy của 2 dòng mẹ : T256S, TH17S-16 và bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản suất hạt lai các tổ hợp triển vọng. ................................................................................................................... 123 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................... 129 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................. 131 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.................................................................... 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 132 vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TGMS: Thermo-sensitive Genic male Sterility- Bất dục đực di truyền nhân mẵn cảm với nhiệt độ, ký hiệu là dòng S PGMS: Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility- Bất dục đực di truyền nhân mẵn cảm với quang chu kỳ. P(T)GMS: Photo-Thermo Sensitive Genic Male Sterile- Bất dục đực di truyền nhân mẵn cảm với quang chu kỳ và nhiệt độ. Dòng B: Maintainer line – Dòng duy trì bất dục đực cho dòng A Dòng R: Restorer line – Dòng phục hồi hữu dục cho dòng A. GCA: General Combining Ability- Khả năng kết hợp chung SCA Special Combining Ability- Khả năng kết hợp riêng F: Fertile: Hữu dục S: Sterile – Bất dục T: Temperature- Nhiệt độ RCBD: Randommized complete block design- Kiều khối ngẫu nhiên đầy đủ. KNKH: Khả năng kết hợp. Var gca: Variance of general combining ability- Phương sai khả năng kết hợp chung. KNKHC: Khả năng kết hợp chung KNKHR: Khả năng kết hợp riêng TBNN: Trung bình nhiều năm TTDBKTTVTƯ: Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn Trung ương BCĐPCLBTƯ: Ban chỉ đạo phòng chống lụt bão Trung ương viii
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang hình Hình 2.1: Sơ đồ chọn lọc các dòng TGMS theo phương pháp phả hệ ........... 46 Hình 3.1: Hình ảnh hoa nở của dòng mẹ T256S ........................................... 101 Hình 3. 2: Hình ảnh hoa nở của dòng mẹ TH17S-16 .................................. 101 Hình 3.3: Hình ảnh dòng mẹ T256S trên ruộng TN ..................................... 102 Hình 3.4: Hình ảnh dòng mẹ TH17S-16 trên ruộng TN ............................... 102 Hình 3.5: Ảnh dòng mẹ TGMS T256S trồng trong xô ................................. 103 Hình 3. 6: Ảnh dòng mẹTH17S-16 trồng trong xô ....................................... 104 Hình 3.7: Ảnh ruộng đánh giá, so sánh một số tổ hợp lai 2 dòng cực ngắn ngày .............................................................................................................. 116 Hình 3.8: Tổ hợp lai F1 T256S/RT205 ........................................................ 117 Hình 3.9: Tổ hợp lai F1 T256S/RT201 ........................................................ 117 Hình 3.10: Ảnh tổ hợp TH17S-16/ RT203 vụ .............................................. 118 Hình 3.11: Hình ảnh dòng mẹ T256S khi nhân hạt, .................................... 122 Hình 3.12: Hình ảnh dòng mẹ TH 17S-16 khi nhân hạt, ............................. 122 ix
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Danh sách các dòng bất dục nhiệt độ của một số nước từ năm 1986-2003........................................................................................................ 19 Bảng 1.2. Nguồn gốc và đánh giá các dòng TGMS ( Latha và CS, 2004) ..... 23 Bảng 1.3. Các dòng TGMS phát triển và sử dụng ở Việt Nam ...................... 26 từ 2001-2005 ................................................................................................... 26 Bảng 1.4. Các tổ hợp lúa lai được công nhận 2003 ........................................ 29 Bảng 1.5. Lúa lai 2 dòng của Việt Nam được công nhận 2007 ...................... 32 Bảng 1.6. Diện tích và năng suất trong sản xuất lúa lai đại trà của ................ 41 Việt Nam từ 2008-2018 .................................................................................. 41 Bảng 1.7. Diện tich và năng suất sản xuất hạt giống lúa lai F1 ở Việt Nam .. 42 giai đoạn 2008-2018. ....................................................................................... 42 Bảng 1.8. Công thức xử lý ngưỡng chuyển đổi tính dục các dòng ................. 50 Bảng 1.9. Công thức xử lý ngưỡng chuyển đổi tính dục các dòng TGMS .... 51 Bảng 3.1. Thời gian từ gieo đến trỗ của một số dòng R và dòng TGMS cho lai tạo dòng TGMS mới, ...................................................................................... 56 Bảng 3.2. Mức độ cây bất dục đời F2 của một số tổ hợp được phân lập, ...... 59 Bảng 3.3. Độ bất dục hạt phấn và thời gian sinh trưởng của một số dòng bất dục, .................................................................................................................. 60 Bảng 3.4. Đặc điểm của một số dòng bất dục từ F2 được tiếp tục chọn lọc ở các thế hệ tiếp theo .......................................................................................... 61 Bảng 3.5. Kết quả phân lập cây F3 bất dục từ cây F2 hữu thụ ....................... 63 Bảng 3.6. Độ bất dục hạt phấn và thời gian từ gieo đến trỗ của một số cá thểbất dục thế hệ F3 ........................................................................................ 64 Bảng 3.7. Sự thay đổi về thời gian sinh trưởng của các dòng TGMS qua quá trình chọn lọc, qua các đời tự thụ. ................................................................... 65 Bảng 3.8. Một số đặc điểm sinh trưởng, hình thái của các dòng TGMS ........ 66 Bảng 3.9. Đặc điểm về lá đòng, màu sắc lá đòng ........................................... 68 Bảng 3.10. Đặc điểm về hạt phấn, vòi nhụy, màu sắc hoa, hạt, ..................... 69 Bảng 3.11. Đặc điểm về bông và hoa của các dòng TGMS .......................... 70 Bảng 3.12. Khả năng chống chịu một số loại sâu bệnh chính ........................ 71 x
Bảng 3.13. Kết quả đánh giá độ thuần của các dòng TGMS ngắn ngày, ....... 72 Bảng 3.14. Các dòng TGMS được thu thập và đánh giá sơ bộ ...................... 73 Bảng 3.15. Thời gian sinh trưởng, độ thuần, độ bất dục hạt phấn của các dòng TGMS mới được lựa chọn .............................................................................. 74 Bảng 3.16. Tỷ lệ hạt phấn hữu dục và tỷ lệ kết hạt của các dòng TGMS qua các tháng trong điều kiện tự nhiên .................................................................. 76 Bảng 3.17. Thời kỳ cảm ứng nhiệt độ và tỷ lệ hạt phấn hữu dục (%) của các dòng TGMS ở các chế độ nhiệt khác nhau ..................................................... 78 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của các mức nhiệt độ xử lý đến sự chuyển hóa hữudục hạt phấn của các dòng TGMS có triển vọng ...................................... 79 Bảng 3.19. Một số đặc tính hình thái của một số dòng TGMS thuần triển vọng ................................................................................................................. 80 Bảng 3.20. Một số tính trạng các dòng TGMS triển vọng.............................. 81 Bảng 3.21. Đặc điểm số hoa trên bông, chiều dài cổ bông, tỷ lệ hoa ấp bẹ của các dòng TGMS triển vọng ............................................................................. 82 Bảng 3.22. Đặc tính nở hoa và ngưỡng nhiệt độ bất dục của các dòng TGMS triển vọng......................................................................................................... 84 Bảng 3.23. Đặc điểm về khả năng nhận phấn của các dòng TGMS triển vọng ......................................................................................................................... 85 Bảng 3.24. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng TGMS triển vọng trong điều kiện đồng ruộng (điểm) ........................................................................... 86 Bảng 3.25. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất củacác dòng bố mẹ................................................................................... 87 Bảng 3.26. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai F1 giữa các dòng mẹ mới và các dòng bố .................. 90 Bảng 3.2. Giá trị khả năng kết hợp chung (GCA) ở một số tính trạng của các dòng bố mẹ ...................................................................................................... 94 Bảng 3.28. Giá trị SCA của các dòng bố mẹ ở tính trạng năng suất thực thu 96 Bảng 3.29. Giá trị SCA ở tính trạng thời gian từ gieo đến trỗ ........................ 97 Bảng 3.30. Giá trị SCA ở tính trạng chiều cao cây ......................................... 99 Bảng 3.31. Đánh giá thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai so với bố mẹ.106 Bảng 3.32. Thời gian sinh trưởng của một số tổ hợp F1 so với bố mẹ ........ 109 xi
Bảng 3.33. Đánh giá so sánh một số tổ hợp lai triển vọng .......................... 111 Bảng 3.34. Đánh giá sâu bệnh các dòng trong điều kiện tự nhiên................ 112 Bảng 3.35. Đánh giá so sánh một số tổ hợp lai –.......................................... 113 Bảng 3.36. Tình hình sâu bệnh hại chính của một số tổ hợp lai triển vọng trong điều kiện tự nhiên ................................................................................ 115 Bảng 3.37. Phân tích mẫu gạo thương phẩm ............................................... 119 Bảng 3.38. Kết quả nhân dòng mẹ T256S, TH17S-16 từ 11/2017-5/2018 .. 121 Bảng 3.39. Tỷ lệ kết hạt sau ngày nở hoa của dòng T256S và TH17S-16. .. 123 Bảng 3.40. Kết quả sản xuất thử một số tổ hợp lai vọng .............................. 128 xii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các tỉnh phía Bắc hàng năm thường có rét đậm, rét hại vào tháng cuối năm trước đến tháng đầu năm sau (tháng 12, tháng 1), đặc biệt là các tỉnh miền núi, có những năm rét sâu, nhiệt độ xuống dưới 00C. Các tỉnh miền núi như Lào Cai, Lai Châu, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Cạn,Yên Bái, Hà Giang, Lạng Sơn, Điện Biên đợt rét ngày 12 tháng 1 năm 2015 nhiệt độ trung bình chỉ từ 10 - 150C, đợt rét ngày 25 tháng 1 năm 2016 các tỉnh đều có mưa tuyết băng giá, nhiều nơi có sương muối (TTKTTVTƯ, 2015, 2016). Rét đậm rét hại gây thiệt hại rất lớn cho sản xuất nông nghiệp, đặc biệt với cây lúa. Rét đậm, rét hại thường dẫn đến lúa chết sau khi cấy, hoặc gieo cấy chậm lại làm ảnh hưởng đến năng suất và làm chậm gieo cấy các vụ tiếp theo. Ngoài rét đậm rét hại thì các tỉnh miền núi phía Bắc, các tỉnh Bắc Trung bộ còn hay xảy ra ngập lũ, lũ thường bắt đầu từ tháng 6 đến tháng 8 hàng năm, đây cũng là yếu tố gây thiệt hại rất lớn cho đời sống và cho sản xuất lúa. Như vậy để tránh rét đậm, rét hại vào đầu vụ Xuân của các tỉnh đồng bằng và các tỉnh miền núi phía Bắc và né tránh ngập lũ cho vụ hè thu cho các tỉnh Bắc Trung bộ và các tỉnh Miền Trung thì cần có các giống lúa cực ngắn ngày (TGST< 100 ngày trong vụ Mùa), năng suất cao, đảm bảo gieo cấy vào tháng 2, tháng 3 thu hoạch tháng 5, tháng 6 trong vụ Xuân muộn, hoặc gieo cấy cuối tháng 4, tháng 5 thu hoạch tháng 8 trong vụ Hè thu, Mùa cực sớm. Lúa mùa cực sớm còn đóng vai trò quan trọng trong chuyển đổi cơ cấu cây trồng, thuận lợi cho sản xuất cây rau mầu vụ Đông có giá tri kinh tế cao ở các tỉnh phía Bắc Hiện tại Việt Nam đã có các giống lúa thuần cực ngắn ngày nhưng năng suất ở các tỉnh phía Bắc còn hạn chế, năng suất mới chỉ đạt 4,5-5,5 tấn/ha như giống P6ĐB, giống N25 năng suất 5,5-6,5 tấn/ha. Trong khi đó lúa lai năng suất cao hơn lúa lùn cải tiến có thời gian sinh trưởng tương đương từ 20-30%. Do vậy việc nghiên cứu chọn tạo các giống lúa lai 2 dòng cực ngắn ngày có năng suất cao là cần thiết cho các tỉnh phía Bắc. 1
Trước hạn chế là các dòng mẹ TGMS hiện có trong nước hầu hết có thời gian sinh trưởng trung và dài ngày, nên không phù hợp cho lai tạo lúa lai cực sớm. Để khắc phục những hạn chế trên của các dòng TGMS cho lai tạo giống lúa lai cực sớm ở Việt Nam và đáp ứng được nhu cầu cấp thiết của sản xuất chúng tôi thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu chọn tạo một số dòng TGMS ngắn ngày để tạo giống lúa lai cực ngắn ở các tỉnh phía Bắc” 2.Mục tiêu của đề tài - Tạo và chọn lọc được các dòng TGMS ngắn ngày có các đặc tính nông sinh học tốt, độ bất dục ổn định, có khả năng kết hợp cao để tạo được các tổ hợp lúa lai hai dòng cực ngắn ngày (≤100 ngày trong vụ Mùa) năng suất cao, chất lượng khá phục vụ cho sản xuất lúa ở các tỉnh phía Bắc. 3.Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Gồm các dòng mẹ TGMS (dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ), các dòng lúa thuần và một số tổ hợp lai hai dòng được tạo ra từ các vật liệu nói trên. - Phạm vi nghiên cứu + Đề tài được tiến hành tại một số tỉnh: Hà Nội, Hải Dương, Lào Cai. + Đề tài được tiến hành từ 10/2012 - 5/2019. + Đề tài tập trung nghiên cứu chọn tạo các dòng TGMS ngắn ngày, đánh giá các đặc tính nông sinh học, độ bất dục, khả năng chống chịu sâu bệnh trong điều kiện tự nhiên, khả năng kết hợp của các dòngTGMS thuần và sức sống vòi nhụy của các dòng TGMS có KNKH chung cao. Chọn tạo các tổ hợp lai hai dòng cực ngắn ngày ≤100 ngày (trong vụ Mùa) có năng suất cao, chất lượng tốt. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1.Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp thêm luận cứ khoa học cho lai tạo và chọn lọc các dòng mẹ bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ 2
có thời gian sinh trưởng ngắn ngày và các tổ hợp lúa lai cực ngắn ngày năng suất cao. - Luận án là tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu chọn tạo giống, cho công tác giảng dạy tại các trường Đại học chuyên ngành sinh học và nông nghiệp. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn. - Đã chọn tạo được 2 dòng TGMS: T256S, TH17S-16 và 2 dòng bố RT205, RT201 có khả năng kết hợp chung cao về năng suất. Dòng T256S còn có khả năng kết hợp thấp về TGST và chiều cao cây cuối cùng, đặc tính này rất phù hợp cho dòng mẹ của tổ hợp lúa lai cực sớm, chống đổ tốt. - Chọn tạo được 3 tổ hợp lai triển vọng: T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203 có TGST cực sớm, năng suất cao, chất lượng khá là nguồn giống tốt cho ứng phó với rét đậm, rét hại ở phía Bắc, né lũ và tiết kiệm nước ở Miền Trung. Ngoài ra giống trồng trong vụ mùa cực sớm còn tạo điều kiện cho sản xuất rau mầu, cây vụ Đông sớm có giá trị kinh tế cao trên đất lúa của các tỉnh phía Bắc. 5. Những đóng góp mới của luận án 5.1.Những đóng góp mới về lý luận cho sự phát triển của khoa học chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng. - Để tạo dòng mẹ TGMS ngắn ngày mới: Dùng các dòng bố ngắn ngày lai với các dòng mẹ TGMS và chọn lọc các tổ hợp lai F1 có thời gian sinh trưởng ngắn, tiếp tục phân lập và chọn lọc cây bất dục và cây hữu dục từ thế hệ F2, F3 có thời gian sinh trưởng cực ngắn theo phương pháp phả hệ sẽ chọn được các dòng TGMS có thời gian sinh trưởng ngắn ngày, cực ngắn ngày. - Để tạo các tổ hợp lai F1 có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày: thì chọn dòng bố có TGST từ gieo đến trỗ nhỏ hơn hoặc bằng 75 ngày lai với dòng mẹ có TGST cực ngắn ngày, sẽ tạo ra các tổ hợp lai cực ngắn ngày mới. 5.2. Những đóng góp mới phục vụ sản xuất 3
- Chọn tạo được dòng mẹ T256S, TH17S-16 và 3 tổ hợp lai cực ngắn ngày T256/RT201, T256/RT205, TH17S-16/RT203 có năng suất cao, có chất lượng tốt, có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày ≤ 100 ngày, có khả năng đáp ứng tốt cho các vùng tránh lũ, cho chuyển đổi cơ cấu cây trồng và là giống dự phòng trong vụ Xuân sớm khi lúa Xuân sớm chết do gặp rét hại. 4
CHƯƠNG I CỞ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài: 1.1.1. Ưu thế lai và khai thác sử dụng ưu thế lai ở lúa Ưu thế lai (heterosis) là một thuật ngữ để 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 và các đặc tính khác (Nguyễn Công Tạn và CS., 2002). Ưu thế lai có thể là tích cực hay tiêu cực, cả hai ưu thế lai tích cực và tiêu cực có thể hữu ích tùy thuộc vào đặc điểm và mục đích khai thác, ví dụ về ưu thế lai tích cực là ưu thế lai cho năng suất còn ưu thế lai tiêu cực là thời gian sinh trưởng. Từ quan điểm thực tế, ưu thế lai chuẩn là quan trọng nhất bởi vì mục đích của chúng là phát triển các giống lai tốt hơn so với các giống cao hiện có đang được phát triển thương mại trong sản xuất (Virmani, 1997). Trong việc khai thác ưu thế lai ở lúa, lúa lai hai dòng đã tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn lúa lai ba dòng: khi nghiên cứu và sản xuất chỉ sử dụng hai dòng bố mẹ, không cần dòng duy trì bất dục, cơ hội tìm dòng cho phấn dễ dàng hơn, ưu thế lai cao hơn từ 5-10%, chất lượng gạo dễ cải thiện. Ngoài ra còn tạo ra nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai của các tổ hợp Indica/Japonica (Nguyễn Việt Long, 2006). Hệ thống lúa lai hai dòng liên quan đến dòng bất dục có thể là bất dục chức năng, có thể là bất dục phấn phụ thuộc vào nhiệt độ hoặc ngày dài (Galal Anis et al., 2017). Điều kiện khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh tương đối rõ rệt nên có thể lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất hạt giống lúa lai hệ hai dòng, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng các dòng mẹ TGMS (bất dục di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ). 1.1.2. Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai 5
Ưu thế lai đã được sử dụng rộng rãi trong chọn giống cây trồng. Tuy nhiên các nhà khoa học chưa đưa ra được một thuyết duy nhất để giải thích hiện tượng ưu thế lai. Hiện nay có nhiều giả thiết để giải thích hiện tượng này nhưng có 2 giả thuyết quan trọng nhất là: Giả thuyết tính trội của Davenport đưa ra năm 1908 và giả thuyết siêu trội của East đưa ra năm 1936 (trích theo Vũ Văn Liết và CS., 2013). + Giả thuyết về sự tác động tương hỗ giữa các gen trội (hay còn gọi là giả thuyết tính trội) Giả thuyết này cho rằng ưu thế lai là kết quả của sự tác động tương hỗ giữa các gen trội có lợi cho sự sinh trưởng. Các tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng của cơ thể do nhiều gen trội kiểm soát, còn gen lặn tương ứng có tác dụng ngược lại. Khi đem giao phối chúng với nhau, thì con lai ở nhiều vị trí gen, các gen trội sẽ lấn át các gen lặn, số vị trí gen chứa gen trội sẽ tăng lên. Do vậy xuất hiện hiện tượng ưu thế lai, đồng thời thể hiện tính đồng đều của con lai F1, do các con lai có kiểu gen giống nhau chúng sẽ có hình thái giống nhau. + Giả thuyết tính siêu trội (hay còn gọi là giả thuyết dị hợp tử): Vì thuyết tính trội chưa giải thích đầy đủ được một số trường hợp về ưu thế lai, do vậy thuyết siêu trội được đưa ra và thu hút nhiều người chú ý. Theo thuyết này thì chính bản thân dị hợp tử là nguyên nhân quan trọng tạo nên ưu thế lai. Cơ sở của giả thuyết này là quan niệm cho rằng: Trong một số trường hợp, mỗi tác động tương hỗ giữa 2 alen trong cùng một locus có thể dẫn đến cơ thể di hợp tử Aa có sức mạnh vượt qua cả 2 thể đồng hợp tử AA và aa. Giả thuyết tính trội và siêu trội cho rằng ưu thế lai là do sự tương tác giữa các allel trong một locus, giả thuyết lấn át gen cho rằng ưu thế lai là do tương tác giữa các gen ở locus khác nhau. Do tính chất phức tạp của ưu thế lai và mối liên quan nhiều mặt của nó với các vấn đề khác của di truyền học, cho nên các giả thuyết đã nêu trên, 6
không những không bài trừ lẫn nhau mà còn bổ sung cho nhau để giải thích hiện tượng ưu thế lai ở sinh vật (Nguyễn Công Tạn và CS., 2002). 1.1.3. Cơ sở phân tử của hiện tượng ưu thế lai Ở mức phân tử có hai mô hình giải thích ưu thế lai: thứ nhất là do hai alen khác nhau của hai gen khác nhau và cùng biểu hiện; thứ hai là sự tổ hợp của các alen khác nhau tạo ra tương tác là cơ sở biểu hiện của ưu thế lai. Thách thức của mô hình phân tử giải thích ưu thế lai là xác định chính xác liên kết tương quan giữa kiểu hình và phân tử xảy ra trong con lai ưu thế lai ( Xu, 2010) 1.1.4. Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa. Ưu thế lai biểu hiện trên các cơ quan sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, những biểu hiện này thể hiện trên tất cả các tính trạng hình thái và sinh lý như cường độ quang hợp, cường độ hấp thụ, diện tích lá… - Ưu thế lai ở hệ rễ: Con lai F1 rễ ra sớm, số lượng nhiều, rễ ăn sâu và rộng. Thể hiện ở độ dày của rễ, trọng lượng chất khô, số lượng rễ phụ, số lượng lông hút và hoạt động của bộ rễ khi hút chất dinh dưỡng từ đất vào cây (Burton,1983). - Ưu thế lai về khả năng đẻ nhánh: Lúa lai F1 vừa đẻ khỏe vừa có tỷ lệ nhánh hữu hiệu cao, đẻ sớm và tập trung (Lin và Yuan, 1980). - Ưu thế lai về chiều cao cây: Tuỳ từng tổ hợp, chiều cao cây của F1 có lúc biểu hiện ưu thế lai dương, có lúc nằm trung gian giữa bố mẹ, có lúc xuất hiện ưu thế lai âm. Vì chiều cao cây có liên quan tới tính chống đổ trên đồng ruộng nên khi chọn bố mẹ phải chú ý chọn các dạng nửa lùn để con lai có dạng cây nửa lùn (Chang,1967) - Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng: Lin và Yuan (1980) cho rằng đa số con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố mẹ sinh trưởng dài nhất. Một số kết quả nghiên cứu khác xác định thời gian sinh trưởng của con lai tương đương hoặc ngắn hơn thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc dòng mẹ chín muộn (Ponnuthurai,1984). 7
- Ưu thế lai về một số đặc tính sinh lý: Nhiều nghiên cứu phát hiện thấy lúa lai có diện tích lá lớn, hàm lượng diệp lục trên một đơn vị diện tích lá cao do đó hiệu suất quang hợp cao. Trái lại cường độ hô hấp của lúa lai thấp hơn lúa thường. Con lai F1 có cường độ quang hợp cao hơn dòng bố khoảng 35%, cường độ 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 đó lượng vật chất tích luỹ vào bông hạt tăng mạnh còn tích luỹ vào các cơ quan như thân lá lại giảm mạnh (Kasura, 2007). - Ưu thế lai về khả năng chống chịu: Con lai F1 có khả năng chống chịu với những điều kiện bất thuận: lạnh, hạn, ngập, mặn, chua....Sức chịu lạnh của lúa lai cao ở thời kỳ mạ nhưng lại chịu lạnh kém ở thời kỳ chín sáp. Lúa lai có khả năng tái sinh chồi và khả năng chịu nước sâu cao (Sirajul Islam, 2007). - Ưu thế lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất: Kết quả nghiên cứu của một số tác giả 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 (Virmani, 1981). 1.1.5. Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng Bất dục đực là hiện tượng cây không có khả năng sản sinh ra hạt phấn, hoặc sản sinh ra hạt phấn nhưng lại không có khả năng giải phóng hạt phấn, hoặc sản sinh ra các hạt phấn bất dục, các hạt phấn bất dục thường dị dạng và quan trọng nhất là chúng không có khả năng nảy mầm trên đầu nhụy, vì vậy không thể thực hiện được quá trình thụ tinh. Tính bất dục của các dòng mẹ của lúa lai hai dòng được kiểm soát bởi các gen trong nhân mẫm cảm với môi trường. Khác với phương pháp khai thác ưu thế lai ba dòng thì ở phương pháp này người ta sử dụng 2 dòng bố mẹ để sản xuất hạt lai F1. Có 2 kiểu dòng mẹ 8