Tài liệu Đánh giá khả năng thích ứng của một số tổ hợp lúa lai f1 mới chọn tạo tại lào cai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN --------o0o-------ĐỖ THỊ BẮC Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THÍCH ỨNG CỦA MỘT SỐ TỔ HỢP LÚA LAI F1 MỚI CHỌN TẠO TẠI LÀO CAI Chuyên ngành: Trồng trọt Mã số: 60.62.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Hữu Hồng Thái Nguyên, 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn mới và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc. Thái Nguyên ,ngày 10 tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Đỗ Thị Bắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực tập và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa sau đại học, Viện nghiên cứu lúa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Trung tâm Giống NLN Lào Cai, Phòng thí nghiệm trung tâm, các thầy giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Trước tiên tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Hữu Hồng - Trưởng phòng Đào tạo, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên - người hướng dẫn khoa học thứ nhất đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này. Đồng thời tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể các thầy, cô giáo trong khoa Sau đại học Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, các thầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành lúa thuộc Viện nghiên cứu lúa Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Trung tâm nghiên cứu lúa lai thuộc Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt bản luận văn này. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới tất cả các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình đã quan tâm động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin trân thành cảm ơn! Tác giả Đỗ Thị Bắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1.Tính cấp thiết của đề tài............................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của của đề tài ................................................................ 3 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 3 5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................... 5 1.1. Tổng quan về lúa ưu thế lai và lịch sử nghiên cứu lúa ưu thế lai................ 5 1.2. Cơ sở sinh lý của hiện tượng ưu thế lai ....................................................12 1.3. Một số nghiên cứu xác định cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai ....12 1.4. Sự biểu hiện ưu thế lai ở con lai F1 ...........................................................13 1.4.1. Ưu thế lai về bộ rễ ....................................................................... 13 1.4.2. Ưu thế lai trên các cơ quan sinh sản ............................................ 13 1.4.3. Ưu thế lai về chiều cao cây ......................................................... 15 1.4.4. Ưu thế lai về khả năng đẻ nhánh ................................................. 16 1.4.5. Ưu thế lai về năng suất chất khô và chỉ số thu hoạch .................. 16 1.4.6. Ưu thế lai về khả năng chống chịu .............................................. 17 1.4.7. Ưu thế lai về một số chỉ tiêu sinh lý ............................................ 18 1.5. Kết quả sản xuất hạt lai F1 ở Việt Nam những năm gần đây ...................18 1.6. Các phương pháp khai thác và sử dụng ưu thế lai ở lúa ...........................19 1.6.1. Phương pháp “ba dòng” .............................................................. 20 1.6.2. Phương pháp “hai dòng” ............................................................. 34 1.6.3. Phương pháp chọn tạo giống lúa lai một dòng............................. 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 44 2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................44 2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................45 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................... 56 3.1. Một số đặc điểm chủ yếu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hộị liên quan sản xuất nông nghiệp của Tỉnh Lào Cai ...........................................................56 3.1.1. Vài nét về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội tỉnh Lào Cai .......... 56 3.1.2. Điều kiện khí hậu ........................................................................ 57 3.1.3. Tình hình sản xuất nông nghiệp ở Lào Cai những năm qua ........ 59 3.2. Kết quả đánh giá một số tổ hợp lúa lai mới chọn tạo và sản xuất tại Lào Cai.....................................................................................................................61 3. 2.1 Kết quả khảo nghiệm một số tổ hợp lúa lai mới chọn tạo tại Lào Cai -vụ Xuân 2009 .............................................................................................. 62 3.2.2. Kết quả khảo nghiệm một số tổ hợp lúa lai vụ Mùa 2009 ............ 70 3.3. Thử nghiệm sản xuất - vụ Xuân 2010 .......................................................80 3.3.1. Tình hình sinh trưởng và phát triển của tổ hợp lúa lai ưu tú tham gia khảo nghiệm tại một số vùng sinh thái của Lào Cai. ............................... 80 3.3.2 Tình hình sâu bệnh hại trên đồng ruộng và tính thích ứng của tổ hợp lúa lai ưu tú tham gia thử nghiệm .......................................................... 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 84 1. Kết luận ........................................................................................................84 2. Kiến nghị ......................................................................................................85 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các giống lúa lai tham gia khảo nghiệm ở vụ Xuân, Mùa 200944 Bảng 3.1: Diễn biến một số yếu tố khí hậu chính qua các tháng trong năm trung bình 5 năm 2005 – 2010 tại Lào Cai .............................. 58 Bảng 3.2: Diễn biến diện tích, năng suất lúa trung bình toàn tỉnh Lào Cai ..... 59 Bảng 3.3: Cơ cấu lúa lai và năng suất lúa tại Lào Cai ............................ 60 Bảng 3. 4: Các giai đoạn sinh trưởng của các giống lúa lai mới chọn tạo tại Lào Cai Vụ Xuân 2009 .......................................................... 63 Bảng 3.5 : Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai tham gia thí nghiệm vụ Xuân 2009 ............................................................ 64 Bảng 3.6. Đặc tính nông sinh học các tổ hợp lúa lai tham gia thí nghiệm . 65 Bảng 3.7. Tính chống chịu đồng ruộng của các giống lúa lai qua đánh giá vụ Xuân 2009 ........................................................................ 66 Bảng 3.8: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lúa lai mới chọn tạo tại Lào Cai - vụ Xuân 2009 .......................... 68 Bảng 3.9. Ưu thế lai tiêu chuẩn về chiều dài bông, số hạt/bông và năng suất ... 69 Bảng 3.10: Các giai đoạn sinh trưởng của các tổ hợp lúa lai tại Lào Cai .. 71 vụ Mùa 2009 .......................................................................................... 71 Bảng 3.11. Một số đặc điểm các tính trạng hình thái và số lượng của các tổ hợp lúa lai vụ Mùa 2009 ........................................................ 73 Bảng 3.12. Đặc tính nông sinh học các tổ hợp lai trong vụ Mùa 2009 ...... 74 Bảng 3.13. Tính chống chịu đồng ruộng của các tổ hợp tham gia thí nghiệm đối với một số sâu bệnh hại chính ở vụ Mùa 2009 .................. 75 Bảng 3.14. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lúa lai tại Lào Cai - vụ Mùa 2009................................................ 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bảng 3.15. Ưu thế lai tiêu chuẩn một số chỉ tiêu số lượng và năng suất các tổ hợp lai - vụ Mùa 2009 ........................................................ 79 Bảng 3.16:Tình hình sinh trưởng và phát triển của hai tổ hợp lúa lai........ 80 Bảng 3.17: Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh của hai tổ hợp lai ưu tú lúa lai chọn tạo được ................................................................... 81 Bảng 3.18: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của tổ hợp lai tham gia khảo nghiệm .................................................................... 82 Bảng 3.19: Năng suất của tổ hợp lúa lai tham gia thử nghiệm tại các vùng sinh thái của Lào Cai - vụ xuân 2010 ..................................... 83 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Năng suất trung bình lúa lai và năng suất lúa tru ng bình toàn tỉnh Lào Cai ......................................................................................... 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Lúa gạo là lương thực của 3 tỉ người trên thế giới, phần lớn lúa gạo tên thế giới được tiêu thụ bởi những nông dân trồng lúa. Sản lượng lúa gia tăng trong thời gian qua đã góp phần xoá đói, giảm nghèo, mang lại an sinh xã hội. Hơn một thập kỷ qua, việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật về ưu thế lai trong sản xuất lúa gạo đã đạt được những thành công hết sức to lớn. Lúa ưu thế lai với diện tích gieo trồng hàng chục triệu ha ở Trung Quốc đã góp phần tạo nên một cuộc “cách mạng xanh” ở đất nước có trên một tỷ dân này. Ở Việt Nam, mặc dù mãi đến đầu thập kỷ 90 lúa lai mới bắt đầu được gieo trồng ở các tỉnh phía Bắc, các chương trình dự án nghiên cứu và phát triển lúa lai được triển khai nhờ sự trợ giúp của FAO và Trung Quốc, nhưng chúng ta rất tự hào về những gì mà các nhà khoa học nông nghiệp Việt Nam đã đạt được. Diện tích lúa lai của Việt Nam đã đạt gần nửa triệu ha, lúa lai đã làm nên một bước đột phá mới về năng suất lúa, rút ngắn chênh lệch năng suất lúa giữa các vùng. Cũng gần 20 năm qua, nhiều thế hệ giống lúa ưu thế lai nhập từ Trung Quốc đã được chúng ta đánh giá, lựa chọn và khuyến cáo để nông dân mở rộng ra sản xuất, chương trình nghiên cứu tạo giống và sản xuất hạt lai với giống Bác ưu 64, Bác ưu 903, Nhị ưu 63, Nhị ưu 838… từ nguồn bố mẹ của nước ngoài cũng đã được chúng ta ứng dụng thành công. Nhiều giống lúa ưu thế lai trong nước cũng đã được công nhận giống quốc gia hoặc khu vực hóa, như VL-20, TH3-3, HYT-57, HYT-83..và khuyến cáo cho nông dân mở rộng. Các giống này có ưu thế lai không chỉ về năng suất mà cả về tính chống chịu, phẩm chất ăn uống và được đánh giá tương đương các giống của Trung Quốc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Tuy nhiên, sản xuất lúa lai của Việt Nam còn nhiều bất cập: ưu thế lai, độ thuần dòng mẹ, dòng bố của các tổ hợp có nguồn gốc từ Trung Quốc mà chúng ta duy trì chưa cao, tâm lý sùng ngoại của nông dân, và những tổ hợp đang phổ biến đã bộc lộ những điểm yếu cả về năng suất và chống chịu. Phần lớn giống lai ở vụ Xuân chúng ta phải nhập từ Trung Quốc, các giống cho vụ Mùa thì đơn điệu và nhiễm bệnh bạc lá nặng. Nằm trong khu vực miền núi phía Bắc, Lào Cai là một trong những tỉnh đi đầu trong phong trào sản xuất hạt lai và mở rộng diện tích lúa lai F1 với gần 60% diện tích trong tỷ lệ cơ cấu giống lúa, tỉnh đã chủ động sản xuất và cung ứng giống lúa lai F1 là VL20, Bác ưu 903, Bác ưu 253 và một số giống lúa lai do Lào Cai chọn tạo như LC25, LC212, LC270. Thành công này đã góp phần vô cùng quan trọng trong việc ổn định sản lượng và nâng cao năng suất lúa của Lào Cai khi mà một phần diện tích trồng lúa đã được dành cho công nghiệp, dịch vụ và chuyển đổi sang trồng các cây trồng khác. Những bất cập về mở rộng diện tích lúa lai một cách vững chắc và chủ động sản xuất cung ứng hạt lai F1 của Lào Cai cũng không nằm ngoài các vấn đề đã nêu trên. Cho nên, nghiên cứu chọn tạo và đánh giá để cho ra đời các tổ hợp lai mới phục vụ sản xuất trong nước là hết sức cần thiết nhằm tìm ra các giống, các tổ hợp thực sự có ưu thế về năng suất, có khả năng chống chịu và chất lượng gạo tốt đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người tiêu dùng. Đặc biệt việc khảo nghiệm đánh giá sẽ giúp các địa phương trong đó có Lào Cai lựa chọn được các tổ hợp lai, sản xuất hạt lai mang thương hiệu “Lào Cai” thực sự để chúng ta chủ động hơn trong sản xuất và cung ứng hạt lai, để lúa ưu thế lai có thể phát triển ổn định và bền vững. Vì những lý do đó chúng tôi lựa chọn và tiến hành đề tài: “ Đánh giá khả năng thích ứng của một số tổ hợp lúa lai F1 mới chọn tạo tại Lào Cai ” Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 2. Mục tiêu nghiên cứu của của đề tài - Tiến hành khảo nghiệm, so sánh, đánh giá được tính thích ứng và ưu thế lai, các đặc điểm nông sinh học cũng như chống chịu của các tổ hợp lai, nhằm tìm ra 1-2 tổ hợp có các ưu điểm nổi bật. - Lựa chọn 1-2 tổ hợp tốt nhất tiến hành thử nghiệm sản xuất nhằm đánh giá khả năng sinh trưởng, khả năng thích ứng và cho năng suất tại một số vùng sinh thái của Lào Cai. 3. Yêu cầu của đề tài: - Nghiên cứu các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, các đặc điểm nông sinh học , khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lúa lai. - Đề xuất một số tổ hợp có triển vọng và tiến hành thử nghiệm sản xuất đánh giá năng suất, khả năng thích ứng của một số tổ hợp lai có triển vọng tại một số huyện của tỉnh Lào Cai. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài + Từ việc nghiên cứu các giống lúa lai và đánh giá các chỉ tiêu nông, sinh học của các giống đó sẽ góp phần chọn lọc, đề xuất được các tổ hợp mới không chỉ có ưu thế về tiềm năng năng suất mà còn cả các khía cạnh về chống chịu và chất lượng phục vụ cho việc ổn định và mở rộng diện tích lúa lai vụ Xuân cũng như vụ Mùa trên địa bàn Lào Cai + Tập hợp được các thông số kỹ thuật, tiến tới xây dựng và hoàn thiện quy trình phục vụ triển khai sản xuất một số tổ hợp lai triển vọng 5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài Đề tài thực hiện trên địa bàn tỉnh Lào Cai- một tỉnh nông nghiệp của vùng miền núi phía Bắc phục vụ mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 lúa gạo của tỉnh nhằm nâng cao giá trị thu nhập trên đơn vị canh tác, nâng cao đời sống nông dân trong tỉnh. Đề tài thực hiện cả 2 vụ lúa Xuân, vụ Mùa năm 2009 và 2010, nếu được sẽ tiếp tục mở rộng và hoàn thiện quy trình sản xuất một hoặc hai tổ hợp lai có triển vọng mở rộng ở Lào Cai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan về lúa ƣu thế lai và lịch sử nghiên cứu lúa ƣu thế lai Ưu thế lai (heterosis) là một thuật ngữ để chỉ tính hơn hẳn của con lai F1 so với bố mẹ chúng về các đặc tính 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 đặc tính khác [9]. Ưu thế lai (heterosis) cũng được định nghĩa là hiện tượng sinh học, trong đó cây lai F1 của 2 bố mẹ khác nhau về di truyền biểu hiện sự ưu thế về sinh trưởng ít nhất so với trung bình của bố, mẹ (P1+P2)/2 . Việc sử dụng rộng rãi giống lai F1 vào sản xuất đã góp phần làm tăng năng suất nhiều loại giống cây trồng, đặc biệt là các cây lương thực và cây thực phẩm, làm tăng thu nhập và hiệu quả của sản xuất nông nghiệp. Ưu thế lai là một hiện tượng khá phổ biến trong trồng trọt và chăn nuôi. Ngay từ những năm đầu của thế kỷ XX, lúa lai đã trở thành vấn đề thời sự được nhiều nhà khoa học quan tâm. Hiện tượng ưu thế lai được Shull sử dụng (1908) để mô tả sự kích thích do kết quả của sự tăng tính dị hợp và được sử dụng đồng nghĩa với cường lực lai để mô tả những ảnh hưởng có lợi của quá trình lai tạo. Có khá nhiều các phát minh khoa học và công trình nghiên cứu về lúa lai đã được ghi nhận. Đi đầu trong lĩnh vực này là J.W. Jones (người Mỹ) đề cập đến ưu thế lai của lúa vào năm 1926, trong đó năng suất là tính trạng được chú ý đặc biệt hơn cả. Sau đó các nhà di truyền và chọn giống đã tiếp tục đi sâu nghiên cứu bản chất ưu thế lai, tìm hướng khai thác hiệu quả của ưu thế Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 lai phục vụ sản xuất với mục tiêu tạo ra các giống ưu thế lai có những bước đột phá về năng suất và tính chống chịu. Vấn đề nghiên cứu và mở rộng sản xuất lúa lai thương phẩm được đề xuất ngay từ rất sớm bởi một nhóm các nhà khoa học nông nghiệp các nước trồng lúa (Sampath.S, Mohathy H.K, 1954; Kawano, 1969; Jenning, 1969; Swaminathan và cộng sự 1972). [61], [46], [44]; các nhà khoa học Mỹ (Carnahan & cộng sự 1972). [32]; các nhà khoa học Nhật Bản (Shinjyo và Omura, 1966). [67]; các nhà khoa học Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) (Athwal và Virmani, 1972)[34]. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu đều gặp trở ngại và khó khăn trong việc tìm ra phương pháp sản xuất hạt lai thích hợp, đặc biệt việc nhân dòng bố mẹ, vì vậy việc triển khai sản xuất rộng để có đủ giống cho việc gieo cấy đời F1 còn nhiều vấn đề tồn tại. Dân số và vấn đề an ninh lương thực luôn là vấn đề nan giải trong nhiều năm ở Trung Quốc, chính vì vậy nhà nước Trung Quốc đã rất chú trọng đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu lúa lai. Sau nhiều năm nghiên cứu, cuối cùng các nhà khoa học Trung Quốc đã tìm ra phương pháp và cách sản xuất hạt lai thành công trên diện rộng. Năm 1964, Yuan Long Ping đã phát hiện ra nguồn bất dục đực đột biến đầu tiên trên giống Indica chín muộn ở khu vực Dong-Jing-Xian (Lizebing và Zhu Yingguo, 1988) [ 54 ] Năm 1970 Libihu, [51] phát hiện ra cây lúa dại bất dục đực tự nhiên (ký hiệu là WA), trên đảo Hải Nam. Đây là khám phá mang tính chất quyết định, là công cụ quan trọng để nghiên cứu và phát triển lúa lai . Năm 1973 Yuan L.P, [91] bằng phương pháp lai trở lại (Back cross) đã thành công trong việc chuyển gen bất dục đực kiểu hoang dại (WA) vào lúa trồng, tạo ra các dạng bất dục đực di truyền tế bào chất tương đối ổn định, mở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 đường cho công tác khai thác ưu thế lai thương phẩm sau này. Năm 1975 kỹ thuật sản xuất hạt lúa lai “ba dòng” ở Trung Quốc đã được hoàn thiện và lúa lai đã được gieo trồng trên diện tích đại trà ở nhiều tỉnh thành. Năm 1976, Trung Quốc đã sản xuất được một lượng lớn hạt lúa lai F1 và đã gieo cấy tới 140 ngàn ha. Do có ưu thế lai cao về năng suất nên diện tích lúa lai đã không ngừng được mở rộng, năm 1992 Trung Quốc đã gieo trồng được 17,58 triệu ha lúa lai, chiếm tới 53,9% tổng diện tích lúa. Năng suất lúa lai của Trung Quốc cao hơn trung bình 20% so với năng suất lúa thường tốt nhất . Kể từ 1976 tới nay, Trung Quốc tiếp tục quan tâm và đầu tư mạnh vào lĩnh vực công nghệ sản xuất lúa lai và một chương trình lớn đã được xây dựng nhằm đảm bảo cho sản xuất nông nghiệp của Trung Quốc có đủ sức đáp ứng nhu cầu lương thực cho hơn 1 tỷ dân của nước này. Ngoài việc nghiên cứu và phát triển lúa lai 2 dòng, Trung Quốc còn nghiên cứu và phát triển lúa thuần, đặc biệt là con đường khám phá tính năng đa phôi để phát triển lúa lai 1 dòng nhờ việc sử dụng thể vô phối (Apomixis) và cố định ưu thế lai [98]. Trình tự phát triển nghiên cứu lúa lai ở Trung Quốc đã được xác định theo con đường: 3-2-1, (ba dòng, hai dòng và một dòng). Diện tích lúa lai 2 dòng của Trung Quốc năm 1999 ước tính khoảng 150.000-160.000ha, chiếm khoảng trên 1% diện tích lúa lai. Hiện nay diện tích lúa lai ở Trung Quốc chiếm 55% diện tích đất trồng lúa , sản xuất hạt lai ở Trung quốc đã đạt được nhiều thành công hết sức to lớn, nhiều tổ hợp siêu lúa lai đã ra đời, đã có những tổ hợp lúa lai cho năng suất đạt tới trên 17 tấn/ha/vụ. Chương trình tạo giống siêu lúa của Trung Quốc được tiến hành theo trình tự pha I, Pha II và pha III. Những thành công trong pha I và II đã mở ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 triển vọng lớn cho chương trình tạo siêu lúa lai của nước này. Trong pha III gene C4 từ ngô sẽ được nhân vô tính và chuyển cho siêu lúa lai với mục tiêu phổ cập rộng rãi các giống lúa siêu lai có năng suất 13,6 tấn/ha vào năm 2010. Sự thành công to lớn trong nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Trung Quốc đã làm nhiều nước phải thay đổi quan điểm về loại cây trồng này. Tiến độ nghiên cứu lúa lai những năm gần đây đang phát triển với tốc độ cao và đa dạng, năm 1990 bằng con đường gây đột biến nhân tạo, Nhật Bản đã tạo ra được dòng bất dục mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS). Khái niệm và con đường lúa lai 2 dòng ra đời, các giống lúa lai 2 dòng với tiềm năng năng suất cao là nhờ sự phát hiện và sử dụng gen tương hợp rộng trong chương trình phát triển lúa lai giữa các loài phụ (Indica/Japonica). Năm 1993, nghiên cứu lúa lai cũng được bắt đầu triển khai ở Viện nghiên cứu lúa Bangladesh (BRRI), một số dòng CMS ổn định đã được đề xuất là: IR6768A, IR68725A, IR66707A, tỷ lệ nhận phấn ngoài đạt từ 2243,4%. Việc sản xuất hạt lai F1 cũng đã được đề nghị gieo cấy trên tổ hợp 2R:14A [9]. Lúa lai được triển khai nghiên cứu ở Ấn Độ từ khá sớm, và đã xây dựng được mạng lưới nghiên cứu lúa lai gồm 12 Trung tâm. Năm 1996, Ân Độ đã sản xuất được 1.300 tấn hạt lai F1 và gieo cấy được 50.000 ha lúa lai, nhiều kết luận khoa học rất có giá trị đã được ghi nhận, đặc biệt việc tạo dòng CMS mới bằng lai xa giữa lúa trồng với lúa dại. Năm 2001, diện tích trồng lúa lai của Ấn Độ đạt 180.000 ha và tăng lên 560.000 ha trong năm 2009, tương ứng với diện tích sản xuất hạt lai của Ấn Độ đạt 4.350 ha năm 2009, với năng suất hạt lai bình quân đạt 1.997 kg/ha [58]. Nghiên cứu lúa lai cũng được triển khai ở hầu khắp các nước Nam á và Đông Nam Châu á. Ở Philippin, giống lúa IR62884H (IR58025A/IR3486- Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 179-1-2-1 R) đã được công nhận giống quốc gia, ưu thế lai chuẩn của giống này đạt 16,4% trong mùa mưa và 26,8% trong mùa khô (Ngô Thế Dân, lúa lai ở Việt nam) [9]. Năm 2003 diện tích lúa lai của Philippine là 103.000 ha, tăng lên 200.000 ha vào năm 2009, tuy nhiên năng suất hạt lai của Philippine mới đạt 900kg/ha (Virmani, 2009) [79]. Việt Nam là nước nghiên cứu lúa lai muộn, đến đầu những năm 1980 chúng ta mới bắt đầu nghiên cứu lúa lai trong điều kiện còn nghèo nàn về cơ sở vật chất và nguồn cán bộ. Viện nghiên cứu lúa đồng bằng sông Cửu Long và một số Viện nghiên cứu nông nghiệp ở phía Bắc đã tiến hành chương trình này với sự phối hợp của IRRI. Cho đến nay hệ thống nghiên cứu lúa lai đã được củng cố với sự thành lập Trung tâm nghiên cứu và phát triển luá lai thuộc Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam (1994) và lúa lai cũng đang được nghiên cứu rộng khắp: Trường đại học nông nghiệp Hà Nội, Viện di truyền nông nghiệp, Công ty giống cây trồng các tỉnh... Năm 1991, diện tích lúa lai của Việt Nam mới chỉ có 100 ha, đến năm 2001 con số đã tăng lên 480.000ha. Năng suất lúa lai bình quân từng năm đạt khoảng 60-65 tạ/ha. Do áp dụng giống lúa lai, sản lượng lúa đã tăng lên trong năm 2001 khoảng 600.000 tấn. Diện tích lúa lai ở Việt Nam đã tăng lên 600.000ha trong năm 2003, [1]. Các giống lúa lai trong sản xuất hiện nay phần lớn là giống Trung Quốc gồm chủ yếu là loại lai 3 dòng còn lai 2 dòng chỉ chiếm khoảng 100.000 ha. Một số tổ hợp lai 2,3 dòng có triển vọng ở Việt Nam như VL20 của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, HYT57 của Trung Tâm nghiên cứu lúa lai. Sản xuất hạt giống lai trong nước cũng được thực hiện từ năm 1992, đến năm 2001 diện tích sản xuất hạt lai đã lên tới 1.450ha, cho sản lượng khoảng 2.400 tấn, đáp ứng được 15% nhu cầu lượng giống mà chúng ta phải nhập từ Trung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Quốc (khoảng 16.000 tấn). Kinh nghiệm sản xuất hạt lai cũng đã được tích luỹ, những năm đầu năng suất hạt lai mới chỉ đạt 300kg/ha, đến năm 2001 năng suất hạt lai đã đạt trung bình 1.700kg (Bùi Bá Bổng, 2/2002) [5]. Năm 2002, diện tích sản xuất hạt lai đã tăng lên 1.600 ha, năng suất trung bình 2.400kg/ha, sản lượng đạt gần 4.000 tấn. Vụ Đông Xuân 2002, công ty giống cây trồng Miền Nam, công ty Hưng Nông sản xuất tổ hợp lai BoA/Quế 99 và BoA/ Trắc 64 ở Miền Trung và Tây Nguyên đã đạt năng suất 3,5- 4 tấn/ha. Việt Nam cũng đã dần hình thành chiến lược phát triển lúa lai, nhằm nội địa hoá nguồn cung ứng giống tạo thế chủ động cho nông dân. Pháp lệnh về giống cây trồng và bảo hộ quyền tác giả đã bắt đầu có hiệu lực, một vài giống ưu thế lai của các nhà khoa học đã được bán nhượng bản quyền tác giả như giống VL-20 của tác giả Nguyễn Văn Hoan - Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Trong các năm qua, Nhà nước đã đầu tư cho chương trình sản xuất lúa lai, năm 2001 chương trình hỗ trợ sản xuất hạt giống lúa lai là 6,2 tỷ đồng. Chương trình lúa lai cũng đã được trợ giúp của Quốc tế với 2 dự án của FAO đã hoàn tất là VIE/2251 và VIE/6614 và dự án nghiên cứu và phát triển lúa lai Châu á tiếp tục vào năm 2002 (Bùi Bá Bổng, 2/2002) [ 2 ]. Để nhanh chóng chuyển giao tiến bộ kỹ thuật về lúa lai ra sản xuất, hệ thống nghiên cứu lúa lai đã tập trung nghiên cứu các quy trình sản xuất hạt lai F1. Nhiều quy trình đã được Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công nhận là quy trình tạm thời như quy trình sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp Bác ưu 64 của Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam, Bác ưu 253 của Trung tâm giống cây trồng Nam Định. Các quy trình được công nhận chính thức là: Quy trình sản xuất F1 tổ hợp Bác ưu 903, tổ hợp Nhị ưu 63 và 838 được nghiên cứu và đề xuất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 bởi Viện khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam. Dòng BoA-84 và các dòng bố tương ứng Trắc 64, Quế 99 được chọn lọc từ vật liệu của Trung Quốc có độ bất dục ổn định ở Việt Nam, cho con lai năng suất cao hơn 2 tổ hợp Bác ưu 903 và Bác ưu 64, được Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công nhận giống quốc gia năm 2009. Qua dự án giống lúa lai hàng trăm tấn giống bố mẹ được nhân ở trong nước đã được đưa vào sản xuất hạt lai F1. Chương trình chọn tạo giống lúa lai chất lượng cao cũng thu được những kết quả đáng khích lệ. Tổ hợp lúa lai 3 dòng chất lượng cao, thích ứng rộng HYT- 83 cùng với tổ hợp lúa lai 2 dòng chất lượng cao TH3-3 đã được công nhận tạm thời năm 2003. Hai tổ hợp này nhanh chóng được sản xuất chấp nhận. Tuy nhiên, sản xuất hạt lúa lai ở Việt nam còn khá nhiều bất cập, đầu tư dàn trải, những nghiên cứu có tính chiến lược cho sản xuất hạt lai ở Việt Nam còn nhiều hạn chế. Tổ hợp chủ lực cho vụ Xuân như Nhị ưu 838 và Nhị ưu 63, chọn thuần và nhân giống dòng A, B hoặc R còn có những khiếm khuyết chưa khắc phục được, chẳng hạn dòng CMS nhị 32A, dòng TGMS peiai-64S chưa ổn định về tính bất dục, khi sử dụng trong sản xuất hạt lai F1 thì chất lượng và ưu thế lai chưa cao. Nguyễn Quang Thạch (2009), Trường Đại học nông nghiệp Hà Nội cùng cộng sự đã tiến hành nghiên cứu việc nhân nhanh dòng lúa bất dục đực Pei ải-64 bằng phương pháp in vitro đã xây dựng được quy trình nhân nhanh dòng bất dục đực Pei ải-64 bao gồm: Chế độ khử trùng hạt giống, chế độ nuôi cấy lát mỏng, nhân nhanh chồi lúa bằng kỹ thuật nhân cụm chồi, môi trường nhân nhanh là môi trường MS. Các tác giả Lê Hùng Lĩnh, Hồ Hữu Nhị, Nguyễn Trí Hoàn (2009) đã nghiên cứu chọn tạo một số dòng bất dục với nhiệt độ (TGMS) dựa trên phương pháp lai hữu tính và làm thuần bằng kỹ thuật nuôi cấy bao phấn. Kết quả đã chọn được các dòng triển vọng BioMS 3, BioMS 5, BioMS 10 có độ bất dục là 100% . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 1.2. Cơ sở sinh lý của hiện tƣợng ƣu thế lai Sự tăng năng suất hạt đã dẫn đến tăng hàm lượng chất khô, là kết quả của việc tăng chỉ số diện tích lá (LAI) và tốc độ phát triển của chiều cao cây, tăng chỉ số thu hoạch, kết quả của sự tăng số hoa trên bông, tăng khối lượng nghìn hạt (Ponnuthurai và CS, 1984; Araki và CS, 1986; Blanco và CS, 1986; Agata, 1990) [59] , [33], [9]. Yamaguchi ( 1994 ) cũng đã quan sát thấy ưu thế lai về hàm lượng chất khô tồn tại ở cả 2 giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực, thấp hơn ở giai đoạn trổ và khôi phục lại một phần ở lúc chín [ 9 ]. Vai trò của các hoạt động sinh lý trong ưu thế lai của lúa cũng đã được kiểm chứng bởi nhiều tác giả: Maruyama và cộng sự, 1982 thu được kết quả dương tính. Nhưng Kabuki và cộng sự, 1976; 1993; Yamachi và Yoshida, 1985 lại thông báo kết quả ngược lại. Deng (1988) đã thông báo cơ sở sinh hóa của hiện tượng ưu thế lai. Theo ông có sự sai khác về hoạt tính của men amylose và amylose ở hạt đã nẩy mầm giữa bố mẹ và con lai…[34]. 1.3. Một số nghiên cứu xác định cơ sở di truyền của hiện tƣợng ƣu thế lai Một vài phương pháp sinh học đã được dùng để nghiên cứu cơ sở di truyền của ưu thế lai. Chúng bao gồm thử khả năng kết hợp, (Sprague và Tatum, 1942) phân tích 3 và 6 thông số (Jink và Jones, 1958) dùng vật liệu thử (Mather và Jinks, 1971); lai dialen (Hayman, 1954…) và lai ba (triple test cross analysis-Keasey và Jinles, 1968). Nghiên cứu về khả năng kết hợp có liên quan đến ưu hế lai được thực hiện bởi Kim và Rutger (1988), Virmani, 1984. Tất cả đều sử dụng lai dialen theo mô hình của Griffing. Trừ một vài trường hợp ngoại lệ, còn hầu hết các nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 đều kết luận GCA và SCA quyết định đến tính trạng năng suất và do tác dụng cộng tính hoặc không cộng tính của các gen (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [ 9 ]. 1.4. Sự biểu hiện ƣu thế lai ở con lai F1 1.4.1. Ưu thế lai về bộ rễ Ưu thế lai về bộ rễ là một trong các chỉ tiêu được các nhà chọn tạo giống đánh giá cao đối với con lai F1. Nhiều kết quả nghiên cứu đã xác định con lai F1 có bộ rễ khoẻ, phát triển mạnh, sớm có ưu thế hơn so với các giống lúa thường về mật độ, số lượng rễ, khối lượng chất khô, số rễ phụ, số lượng lông hút, phạm vi hoạt động của bộ rễ, độ bám của bộ rễ... (Lin và Yuan, 1985) [52 ]. Theo dõi sự phát triển của bộ rễ trong các giai đoạn khác nhau, Viện hàn lâm khoa học Triết Giang đã công bố: sau khi gieo 10 ngày, mạ của giống lai Nam ưu 2 ra rễ nhiều hơn giống lúa thường Quang Lộ là 13% (Lin & Yuan) [52]. Yuan (1985), [85] đã xác định hệ rễ lúa lai hoạt động mạnh từ khi cây bắt đầu đẻ nhánh, nếu cùng một thời gian hứng dịch tiết ra từ rễ bị cắt, lượng dịch thu được từ giống Nam ưu 2 nhiều hơn giống Quảng Xuân là 50% ở thời kỳ lúa đẻ nhánh rộ và 46% ở thời kỳ chín sáp. Qua thực tiễn theo dõi lúa lai cấy ở miền Bắc Việt Nam cho thấy lúa lai có bộ rễ khoẻ, khả năng huy động dinh dưỡng lớn, nên cả khi cấy chay cũng vẫn cho năng suất cao hơn giống CR203 (Quách Ngọc Ân, 1994) [ 21]. 1.4.2. Ưu thế lai trên các cơ quan sinh sản Kết quả nghiên cứu của Viện hàn lâm khoa học nông nghiệp Hồ Nam (Trung Quốc) từ 1972 đến 1975 trên nhiều tổ hợp lai triển vọng cho năng suất cao hơn đối chứng thuần từ 20-30% (Lin và Yuan, 1980) [ 52]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn