Luận văn thạc sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu khả năng phát triển lúa lai hai dòng tại một số tỉnh Tây Nguyên

Chia sẻ: Trang Lê | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:133

Thêm vào BST

Báo xấu

100
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu: đánh giá đặc điểm sinh trưởng phát triển, đặc điểm tinh dục, tình hình nhiễm sâu bệnh tự nhiên của một số dòng bố mẹ lúa lai 2 dòng của một số tổ hợp lai đã và đang mở rộng ra sản xuất, xác định thời vụ thích hợp để sản xuất hạt lai F1 tại các tỉnh Tây Nguyên,...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu khả năng phát triển lúa lai hai dòng tại một số tỉnh Tây Nguyên

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 (Photoperiodic- sensitive 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 TH3- 3 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 Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ Bảng 3.1 37 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 Bảng 3.2 39 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 Bảng 3.3 42 vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố, mẹ trong vụ Bảng 3.4 44 Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng bố, mẹ trong Bảng 3.5 46 vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông Số lượng vòi nhụy vươn ra ngoài vỏ trấu của các dòng mẹ Bảng 3.6 47 trong vụ Đông Xuân năm 2008 tại Cư Jút-Đắk Nông Nhiệt ñộ trung bình ngày tháng 3 từ năm 2005 ñến 2010 tại Bảng 3.7 48 Cư Jút - Đắk Nông Khoảng cách bố, mẹ của một số tổ hợp rút ra từ thí nghiệm vụ Bảng 3.8 50 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 51 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 52 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 55 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 57 mẹ qua các ñiểm thí nghiệm Đánh giá ñộ ổn ñịnh về thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng Bảng 3.10b 58 bố qua các ñiểm thí nghiệm Số lá trên thân chính của các dòng bố, mẹ trong vụ Đông Bảng 3.11 60 Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng mẹ tại các ñịa Bảng 3.12a 61 ñiểm khác nhau Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố tại các ñịa Bảng 3.12b 62 ñiểm khác nhau Một số ñặc ñiểm nông sinh học của các dòng mẹ trong vụ Bảng 3.13a 63 Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm
viii Một số ñặc ñiểm nông học của các dòng bố trong vụ Đông Bảng 3.13b 64 Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng mẹ trong vụ Bảng 3.14a 66 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 67 Đông Xuân năm 2009 tại các ñiểm thí nghiệm Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS ở ñiều Bảng 3.15a 68 kiện tự nhiên trong vụ Đông Xuân năm 2010 tại Đắk Nông Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng TGMS ở ñiều Bảng 3.15b 69 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 Bảng 3.16 70 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 72 nghiệm Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của dòng bố mẹ tổ hợp Bảng 3.18 73 TH3-3 tại các ñiểm thí nghiệm Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai của Bảng 3.19 74 giống TH3-3 tại các ñiểm thí nghiệm Đặc ñiểm nông học của các giống lúa trong thí nghiệm vụ Hè Bảng 3.20 75 Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các giống lúa trong thí Bảng 3.21 76 nghiệm Vụ Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống lúa Bảng 3.22 77 thí nghiệm trong vụ Hè Thu năm 2009 tại Cư Jút - Đắk Nông
ix DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ Thời gian từ gieo ñến trỗ của các dòng bố, mẹ qua các thời vụ Đồ thị 1 38 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 Đồ thị 2 40 trong 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 Đồ thị 3 52 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 Đồ thị 4 54 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 Đồ thị 5 56 trong vụ Đông Xuân 2009 tại Ea Kar-Đắk Lắk
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 (Photoperiodic- sensitive 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].