1 BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM =================== VIỆN NGHIÊN CỨU BÔNG VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG NGHIỆP NHA HỐ *** BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BẤT DỤC ĐỰC ĐỂ SẢN XUẤT HẠT GIỐNG BÔNG LAI Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Quang Quyến 9045 Ninh Thuận, tháng 01/2012 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Cây bông (Gossypium malvacearum L.) là cây công nghiệp quan trọng, có giá trị kinh tế cao và sản phẩm đa dạng. Hiện tại, toàn thế giới có hơn 50 quốc gia trồng bông với diện tích 30-34 triệu ha/năm, tổng giá trị hàng hóa 20 tỷ USD; được trồng nhiều nhất ở Ấn Độ, Mỹ, Trung Quốc, Pakistan, Uzbekistan, Brazil, Thổ Nhĩ Kỳ (ICAC, 2011) [21]. Trước năm 1960, giống thuần là loại hình giống duy nhất sử dụng trong sản xu ất bông ở các nước. Từ 1960 trở đi, hướng nghiên cứu sử dụng ưu thế lai dần được đẩy mạnh, tập trung nhiều nhất ở Ấn Độ, Mỹ, Ai Cập, Israel, Trung Quốc, Pakistan, Brazil, Liên Xô cũ (Hsu và Gale, 2001) [19]. Israel hiện là nước có tỷ lệ diện tích sản xuất trồng bằng giống lai cao nhất (hơn 80%). Ấn Độ là nước đầu tiên sử dụng giống bông ưu thế lai H4 với mụ c đích thương mại từ năm 1970; đến nay, hơn 40% diện tích sản xuất bông của nước này được trồng bằng các giống lai. Đặc biệt, Trung Quốc, hiện đứng đầu thế giới về sản xuất và tiêu thụ bông vải, có tới gần 50% diện tích với đa phần diện tích sản xuất sử dụng giống lai (ICAC, 2007) [ ]. Tại Việt Nam, nghiên cứu sử dụng ưu thế lai trên cây bông b ắt đầu từ những năm 1980 và phóng thích giống lai đầu tiên L18 năm 1995. Từ đó đến nay, 3 thế hệ giống lai đã được đưa vào sản xuất; lần lượt từ thế hệ 1 gồm L18, VN20 và VN35 (có ưu thế lai cao về sinh trưởng và năng suất, phẩm chất xơ đạt yêu cầu); đến thế hệ 2 gồm VN15 và VN01-2 (cải tiến tính kháng sâu xanh, rầy xanh và phẩm chất xơ); và sang thế hệ 3 gồ m VN04-3, VN04-4 và VN04-5 (cải tiến tỷ lệ xơ và phẩm chất xơ). Các giống lai này đã góp phần tăng năng suất lên 1,5 đến 2 lần (0,6-0,7 tấn/ha lên 1,0-1,2 tấn/ha) [ 7 ]. Nhìn chung, ở các nước cùng như Việt Nam, giống lai tuy ưu thế hơn giống thuần về nhiều mặt, nhưng hạn chế là giá hạt giống còn cao vì sản xuất bằng phương pháp thủ công, chi phí khử đực và thụ phấn quá cao; đồng thời khó đả m bảo độ thuần. Theo Uỷ ban tư vấn bông thế giới (ICAC, 2007) [ ], hiện tại, chi phí hạt giống cao nhất là Colombia (khoảng 102 USD/ha – do nhập nội); Mỹ, Ấn Độ, Pakistan (70 - 80USD/ha); Trung Quốc (50-60 USD/ha) (Hezhong Dong và cộng sự, 2005). Ở Việt Nam, giá thành hạt giống lai tuy có thấp hơn Trung Quốc (8,0 – 8,5USD/kg so với 10 – 12USD/kg), chi phí hạt giống tuy có thấp hơn các nước, nhưng vẫn còn cao đối với nông dân (40 – 45USD/ha) [21 ]. Trước thực tế đó, giảm giá thành hạt giố ng là mục tiêu chung của các nước sử dụng giống lai; trong đó, định hướng chính là giảm chi phí khử đực và thụ phấn bằng con đường sử dụng mẹ bất dục đực, thụ phấn nhờ ong và côn trùng tự nhiên (Bhale, 1990; Shroff Dean, 1990) [12 ] [ ]. Trên cây bông, hiện tượng bất dục do gen nhân kiểm soát lần đầu tiên được phát hiện ở Mỹ (Justus, 1960). Hiện tại, có tất cả 14 loci quy định tính bất dục đã 3 được tìm thấy; gồm 4 đơn gen trội Ms 4 , Ms 7 , Ms 10 , Ms 11 , Ms 12 và Ms 13 ; 4 đơn gen lặn ms 1 , ms 2 , ms 3 và ms 14 ; còn lại là 2 trường hợp gen lặn kép ms 5 ms 6 và ms 8 ms 9 (Turcotte và Feaster, 1985) [54 ]. Trong các trường hợp trên, kiểu hình bất dục ổn định, được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất là dạng quy định bởi gen lặn kép ms 5 ms 6 [54 ]. Một số nước đã thành công khi sử dụng dạng mẹ bất dục này trong tạo giống lai thương mại như Ấn Độ với các giống lai GMS-1-D8-5, GMS-7, GMS-19; Pakistan với CIMH-1; Trung Quốc với CCRI 38 Đối với Việt Nam, từ năm 1997 đến nay, tập đoàn quỹ gen bông tại Viện nghiên cứu bông và phát triển nông nghiệp Nha Hố đã thu thập 25 mẫu giống mang gen quy định tính bất dục ms 5 ms 6 . Từ đó, nhiều tổ hợp lai đã được lai tạo, so sánh, khảo nghiệm; trong đó, một số tổ hợp tỏ ra có triển vọng có thể đưa ra sản xuất [2 ]. Tuy nhiên, đối với loại hình giống lai này, do trong sản xuất, dòng mẹ là dòng lưỡng dục, phân ly thành 2 dạng bất dục và hữu dục theo tỷ lệ 1:1. Việc nhổ bỏ dạng hữu dục trước khi thụ phấn làm giảm 50% m ật độ gieo ban đầu; và do đó, làm giảm năng suất. Mặt khác, đây là phương pháp mới, một số yếu tố kỹ thuật như tỷ lệ gieo bố/mẹ, cũng như vấn đề sử dụng dạng mẹ kháng sâu bệnh như thế nào để hạn chế phun thuốc hóa học để không làm ảnh hưởng đến quần thể côn trùng thụ phấn chưa được nghiên cứ u. Xuất phát từ đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng tính bất dục đực để sản xuất hạt giống bông lai”. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai ứng dụng tính bất dục đực cho năng suất hạt lai cao, chất lượng đảm bảo, giá thành hạ và hiệu quả kinh tế cao. 4 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tình hình sản xuất bông trong những năm gần đây 1.1.1. Tình hình sản xuất bông trên thế giới Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 80 quốc gia sản xuất bông vải với diện tích hằng năm khoảng 30-35 triệu ha, tập trung chủ yếu ở các nước có điều kiện khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới. Trong gần 10 năm trở lại đây, diệ n tích trồng bông toàn cầu biến động trong khoảng 30-35 triệu ha với sản lượng bông xơ khoảng 20-25 triệu tấn/năm. Tổng giá trị sản xuất bông đạt 21 tỷ USD/năm, trong đó các nước đang phát triển chiếm khoảng 70% giá trị. Sản xuất bông ở khu vực Châu Á chiếm khoảng 65% sản lượng toàn cầu, Châu Mỹ Latinh khoảng khoảng 19%, Châu Phi chiếm <5% (ICAC, 2011) [21]. Hiện tại, diện tích trồng bông trên thế giới có xu h ướng chững lại, ổn định trong khoảng 33 triệu ha. Tuy nhiên, năng suất bông xơ có xu hướng tăng từ 6,4 tạ/ha vào năm 2001 lên 7,26 tạ/ha vào năm 2010; theo đó, sản lượng bông xơ không giảm mà có xu hướng tăng lên. Theo tính toán của ICAC (2011) [21], tuy sản lượng bông ước tính trong niên vụ 2010/2011 đạt 25,1 triệu tấn nhưng vẫn còn thấp hơn so với nhu cầu của thế giới (ước tính 27,4 triệu tấn) - còn thiếu hụt khoảng 5%. Chính vì vậ y, giá bông tăng liên tục từ 2004 đến nay, hiện đạt mức 1,68 USD/kg bông xơ. Tính đến niên vụ 2009/2010, Trung Quốc là nước đứng đầu thế giới về sản lượng bông xơ (6,85 triệu tấn), đứng thứ hai là Ấn Độ (trên 5 triệu tấn), Mỹ (2,6 triệu tấn), Pakistan (trên 2 triệu tấn), Brazil (khoảng 1,2 triệu tấn), (ICAC, 2011) [21]. Theo thống kê của Bộ nông nghiệp Mỹ, trong số các nước sản xuất bông đứng đầu thế giới thì Braxin và Trung Quốc là các nước có năng suất bông đạt mức khá cao. Năng suất bông hạt bình quân chung của các quốc gia này đạt mức từ 22 - 23 tạ/ha. Các nước khác như Uzbekistan và Thổ Nhĩ Kỳ có năng suất bông cũng ở mức cao. 1.1.2. Tình hình sản xuất bông trong nước Về năng suất, do phụ thuộc quá lớn về thời tiết nên năng suất bông trồng nhờ nước trời không ổn định. Có thể nói trong 7 n ăm, qua năng suất bông không tăng, dao động khoảng 10-11 tạ/ha. Riêng ở vụ 2004 và 2005, năng suất có giảm (8,3-8,8 tạ/ha) do thời tiết quá khắc nghiệt. Trong khi đó, năng suất ngô (cây trồng cạnh tranh chính với bông) tăng đều đặn mỗi năm 140kg/ha. Để cạnh tranh được, với ngô (giá ngô và bông trên thị trường tương ứng là 4.700 đồng/kg và 11.000 đồng/kg), năng suất là 4 tấn/ha thì năng suất bông bình quân phải đạt trên 2 tấn/ha, con số này khó đạt được cho bông vụ mưa. Riêng đối với bông có tưới, năng suất trong 7 năm qua tăng liên tục, từ 9,9 tạ niên vụ 2001-2002 lên 15,01 tạ/ha niên vụ 2003-2004 và hiện nay đạt bình quân 20 tạ/ha, nhiều hộ đạt 30 - 35 tạ/ha [1]. 5 Về diện tích, từ năm 1995, nhờ có các tiến bộ kỹ thuật và đổi mới về phương thức quản lý sản xuất nên sản xuất bông tăng mạnh, cao nhất là niên vụ 2002-2003 đạt 32.267 ha, vụ 2003-2004, diện tích bắt đầu giảm sút. Đến vụ 2006- 2007, diện tích giảm mạnh còn 17.300 ha (chỉ bằng >50% diện tích năm 2002- 2003) và hiện nay vụ 2009/2011 chỉ còn 8000 ha. Theo Công ty Bông Việt Nam [1], thực trạng trên là do nhiều nguyên nhân, chủ y ếu là: i)- Năng suất thấp nhưng giá mua bông hạt lại thấp; ii)- Khí hậu, thời tiết thay đổi thất thường đối với vụ bông trồng nhờ nước trời (khoảng 90% diện tích); iii)- Những hạn chế về kỹ thuật và lao động; iv)- Một số hạn chế trong thực hiện các dự án quy hoạch phát triển bông và v)- Chính sách chưa khuyến khích sản xuất bông phát triển. 1.2. Tình hình nghiên cứu và sử dụng giống bông lai Ưu thế lai là hiện tượng phổ biến ở nhiều loại cây trồng. Trên cây bông, ưu thế lai về sinh trưởng và năng suất lần đầu tiên được công bố bởi Mell (1894, dẫn theo McGregor, 1959) [31]; sau đó, Shull (1908, dẫn theo Basu và Paroda, 1994) [10] là người đặt nền tảng cho khái niệm hiện đại về ưu thế lai. Theo Moffett (1983) [36], Cook (1909) xác nhận có thể khai thác ưu thế lai về mặt thương mại đối với các con lai khác loài bông luồi x bông hải đảo. Trên thế giới, Ấn Độ là quốc gia đi tiên phong khai thác và sử dụng các giống bông ưu thế lai với mục đích thương mại. Ngay từ năm 1970, giống bông lai H4 đã được đưa vào sản xuất tại Ấn Độ; kể từ đó, nhiều giống bông lai mới lần lượt ra đời và việc sử dụng các giống bông lai trong sản xuất gia tăng rất nhanh chóng. Nghiên cứu khai thác ưu thế lai trên cây bông rất thành công ở Ấn Độ, nhiều giống bông lai cùng loài hoặc khác loài đã chứng tỏ ưu thế lai về khả năng cho năng suất, tính thích nghi, đặc biệt là ưu thế lai về chất lượng xơ bông. Hiện tại, Ấn Độ là một trong những nước đứng đầu thế giới về sản xuất bông vải, hơn 40% diện tích sản xuất bông của Ấn Độ được trồng bằng các gi ống lai kinh tế. Diện tích sản xuất hằng năm chiếm khoảng 21% diện tích sản xuất của thế giới, sản lượng chiếm khoảng 12%. Mặc dù giá thành hạt giống bông lai còn cao hơn hạt giống bông thuần, nhưng các giống bông lai cho năng suất cao hơn (năng suất bông xơ bình quân khoảng 0,8 tấn/ha) nên vẫn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất (Bhagirath Choudhary và Gaurav Laroia, 2001) [11]. Theo Hsu và Gale (2001) [19], ICAC (2011) [21], Trung Quốc cũng là một trong các quố c gia đứng đầu thế giới về sản xuất và tiêu thụ bông vải với đa phần diện tích sản xuất sử dụng chủ yếu là các giống bông lai (khoảng 50% diện tích). Việc sản xuất hạt giống bông lai ở Trung Quốc được tiến hành chủ yếu bằng phương pháp lai thủ công với chi phí sản xuất và chế biến cho 1 ha giống lai F1 khoảng từ 11.000 - 12.000 USD (tương đương 180-200 triệ u VND); với giá bán 1 kg hạt giống bông lai thương mại trong nước của Trung Quốc khoảng 9,8 USD (tương đương 155.575VND), (Hezhong Dong và cộng sự, 2005) [17]. 6 Giá thành hạt giống trên đơn vị diện tích sản xuất là một trong những chi phí đáng quan tâm của các nhà sản xuất bông hàng hóa. Theo Uỷ ban tư vấn bông thế giới (ICAC, 2011) [21], Colombia là nước có chi phí hạt giống cao nhất (khoảng 102 USD/ha) vì hầu hết sản xuất bông của nước này đều phải nhập hạt giống từ nước ngoài; chi phí hạt giống/ha sản xuất của Trung Quốc dao động từ 50-60 USD/ha (Hezhong Dong và cộng sự, 2005) [17]; Các nước có chi phí h ạt giống bông cho sản xuất còn khá cao như Mỹ, Ấn Độ, Pakistan. Trong khi đó, việc sản xuất hạt giống bông lai ở nước ta cũng tương tự như Trung Quốc nhưng giá thành thấp hơn. Giá 1 kg hạt giống bông lai thương mại trong nước hiện nay khoảng 8,2 USD, rẻ hơn Trung Quốc 1,6 USD/kg. Mặt khác, chi phí hạt giống cho sản xuất bông ở Việt Nam hiện nay khoảng 40,9 USD/ha (thấp hơn Trung Quốc từ 10-20 USD/ha ). Bên cạnh đó, việc sử dụng các giống bông lai trong sản xuất ở Việt Nam trong những năm qua đã chứng tỏ những đặc điểm ưu việt của nó so với các giống bông thuần (ưu thế lai về năng suất cao hơn từ 20-30%; khả năng kháng sâu bệnh được cải thiện đáng kể, qua đó giảm chi phí phòng trừ sâu bệnh khoảng 1/3 lần; các đặc tính về ch ất lượng xơ được cải tiến rất nhiều đáp ứng yêu cầu về phẩm chất xơ sợi cho công nghiệp Dệt trong nước), do đó việc chọn tạo, sản xuất và sử dụng giống bông lai trong nước là giải pháp kỹ thuật cấp thiết, hợp lý và có cơ sở để duy trì, phục hồi và phát triển sản xuất bông trong nước [1]. 1.3. Tình hình nghiên cứu khai thác ưu thế lai sử dụng tính bất dục đực nhân trên cây bông trên thế giới 1.3.1 Nguồn gen bất dục đực trên cây bông Trong 4 loài bông trồng trọt thuộc chi bông (Gossypium), tổng cộng có 19 locut trong nhân tế bào kiểm tra tính bất dục đực (GMS - genetic male sterility) đã được tìm thấy ở 2 loài bông có giá trị và trồng phổ biến nhất trên thế giới, gồm bông luồi (Gossypium hirsutum L.) và bông hải đảo (Gossypium barbadense L.) (Ma và Xing, 2006) [30]. Tính bất dục đực gen do đơn gen lặn kiểm soát gồm 7 locut. Trong nhóm này, 6 locut thuộc loài bông lu ồi, gồm ms 1 (Justus và Leinweber, 1960) [24], ms 2 (Richmon và Kohel, 1961) [76], ms 3 (Justus, Meyer và Roux, 1963) [25], ms 14 , ms 15 và ms 16 (Allison và Fisher, 1964) [9]; còn lại, ms 13 thuộc loài bông hải đảo (Percy và Turcotte, 1991) [66]. Tính bất dục đực do đơn gen trội kiểm soát gồm 8 locut. Trong đó, 6 locut thuộc loài bông luồi, gồm Ms 4 (Allison và Fisher, 1964) [9], Ms 7 (Weaver và Ashley, 1971) [58], Ms 10 (Bowman và Weaver, 1979) [13], Ms 17 , Ms 18 và Ms 19 (Xing, và cộng sự, 2002) [62]; còn lại, 2 locut thuộc loài bông hải đảo, gồm Ms 11 và Ms 12 (Turcotte và Feaster, 1985) [54]. Ngoài ra, có 2 trường hợp tính bất dục đực do 2 gen lặn điều khiển tìm thấy ở loài bông luồi, gồm ms 5 ms 6 (Weaver, 1968) [60] và ms 8 ms 9 (Rhyne, 1991) [41]. 7 Trong các dạng bất dục đực trên, biểu hiện kiểu hình bất dục của chúng rất khác nhau. Đối với các dạng do gen lặn kiểm soát, 3 dạng do ms 1 , ms 3 và ms 16 có biểu hiện bất dục từng phần; trong khi đó, hầu hết các dạng do gen trội điều khiển đều có kiểu hình bất dục hoàn toàn (Zhang, Feng và Pan, 1992, dẫn theo Ma và Xing, 2006) [30]. Mặt khác, mức độ ổn định của biểu hiện bất dục cũng không giống nhau. Chẳng hạn, trong nhóm do gen lặn kiểm soát, biểu hiện ổn định nhất chỉ có ở ms 5 ms 6 (Percy và Turcotte, 1991) [38] và ms 14 (Zhang, Feng và Pan, 1992, dẫn theo Ma và Xing, 2006) [30]; còn trong nhóm do gen trội, hầu hết đều không ổn định theo giai đoạn phát triển của cây và nhiệt độ môi trường (Percy và Turcotte, 1991; Zhang, Feng và Pan, 1992, dẫn theo Ma và Xing, 2006) [38], [30]. 1.3.2. Nghiên cứu sử dụng tính bất dục đực gen trong chọn tạo giống bông lai trên thế giới Qua kinh nghiệm sản xuất hạt giống bông lai ở một số nước, đặc biệt là ở Ấn Độ, Trung Quốc, Israel v.v…, phương pháp sản xuất thủ công truyề n thống (khử đực và thụ phấn bằng tay) bộc lộ nhiều nhược điểm như cần lượng lao động lớn trong thời gian ngắn do đó rất tốn kém về chi phí nhân công, cùng với chi phí khác (túi đựng hoa, chụp lai, dây - biển đánh dấu), từ đó, chi phí sản xuất cao, giá thành hạt giống đắt (McGregor, 1976; Bhale và Bhat, 1990) [32], [12]. Chính từ thực tế trên, hướng nghiên cứu tạo giống lai sử dụng dòng mẹ bất dụ c đực được chú trọng từ rất sớm và đạt nhiều thành tựu quan trọng về khoa học và ứng dụng thực tiễn. Trong tất cả 14 locut kiểm soát tính trạng bất dục đực đã được tìm thấy, kiểu bất dục do 2 gen lặn ms 5 ms 5 ms 6 ms 6 được cho là ổn định, chưa thấy tồn tại liên kết gen với các tính trạng không mong muốn, dễ sử dụng và được khai thác phổ biến nhất (Weaver, 1968; McGregor, 1976; Bhale và Bhat, 1990; Xing, 2002) [60], [32], [12], [62]. Trong đó, quy mô nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất chủ yếu ở 2 quốc gia trồng nhiều giống lai nhất là Ấn Độ và Trung Quốc. Tại Ấn Độ, dòng bất dục đực “Gregg” do 2 gen lặn ms 5 ms 5 ms 6 ms 6 của Weaver (1968) [60] là dòng được sử dụng nhiều nhất (Srinivasan & Gururajan, 1978) [50]. Từ dòng này, hàng loạt dòng hồi giao chuyển gen mới đã được chọn tạo như MCU4, MCU5, K34007 và Laxima (Basu và cs, 1994) [10]. Trong các con lai phát triển từ dòng mẹ Gregg, giống lai đầu tiên “Suguna” đã được Trung tâm Coimbatore phóng thích thành công vào năm 1978 (Srinivasan & Gururajan, 1983) [51]; tuy nhiên mức độ phổ biến và tính cạnh tranh chưa cao lúc bấy giờ do hạn chế về tính chống chịu sâu bệnh và những thay đổi bất thường của ngoại cảnh, đồng thời tính thích ứng hẹp. Sau đó, nhiều giống lai mới sử dụng dòng này và một số dòng cải tiến làm mẹ đã khắc phục phần nào nhược điểm trên và được phổ biến trong sản xuất (Basu và cs, 1994) [10]. Trung Quốc với hơn 40% diện tích bông thương mại trồng bằng giống lai là nước đi sâu nghiên cứu tạo giống lai sử dụng tính bất dục đực gen trên quy mô lớn (Ma và Xing, 2006) [30]. Năm 1972, các nhà khoa h ọc tại Trạm sản xuất hạt giống 8 tỉnh Tứ xuyên đã phát hiện từ giống Dongtin I một dạng đột biến ký hiệu Dong A bất dục do 2 gen lặn ms 5 ms 5 ms 6 ms 6 . Sau đó, từ dòng này và một số dòng chuyển đổi của nó, 10 giống lai được chọn tạo với ưu thế lai chuẩn hơn 10% so với giống lai phổ biến tại Tứ Xuyên (Xing, 2002; Ma và Xing, 2006) [30]. Trong các giống lai này, Chuanzha 4 là giống lai đầu tiên kháng được bệnh héo “Wilt” do nấm Fusarium (Huang và Shi, 1988, dẫn theo Ma và Xing, 2006) [30]. Cũng từ nguồn gen “Dong A” và “Gregg” nhập từ Mỹ, bằng phương pháp hồi giao, các nhà khoa học Trung Quốc đã chuyển đổi thành công nhiều dòng bất d ục mới như Mian A1, Zhongkang A, 81A, Yiyou 1, Xiang D-3, GK39, v.v Từ đó, một số tổ hợp lai đã được phát triển thành công và thương mại hóa như CCRI 38, Nannong 6 vào năm 2000. Đặc biệt, với CCRI 38, chi phí sản xuất đã giảm được 50% do tiết kiệm công khử đực so với sản xuất hạt cho các giống lai truyền thống bấy giờ(Ma và Xing, 2006) [30]. Tại Mỹ, nguồn bất dục “Gregg” cũng là vật liệu khởi đầu chính và từ đ ó, nhiều dòng chuyển đổi đã được chọn tạo. Tuy nhiên, chúng hầu như chỉ được dùng trong các nghiên cứu về ưu thế lai, sản xuất hạt bông lai thụ phấn nhờ côn trùng, nghiên cứu mức độ thụ phấn chéo trên cây bông bởi do, thực tế sản xuất bông của Mỹ chủ yếu trồng bằng các giống bông thuần (Ma và Xing, 2006) [30]. 1.4. Tình hình nghiên cứu về sản xuất hạt giống bông lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực, thụ phấn nhờ côn trùng trên thế giới 1.4.1 Đặc điểm hình thái và sinh trưởng của cây bông có liên quan đến hoạt động thụ phấn của côn trùng 1.4.1.1 Đặc điểm cấu trúc cây và kiểu ra hoa đậu quả của cây bông Cây bông, mặc dù được con người canh tác như cây hàng năm, nhưng thực chất là cây thân bụi lâu năm. Đối với các loài bông trồng trọt chính, cây cao 1 - 3m, gồm một thân chính và 1 - 5 cành sinh dưỡng (còn gọi là cành đực) mọc ra t ừ đốt thứ 3 - 7 trên thân chính. Từ các đốt trên thân chính và cành đực, các cành sinh sản (hay còn gọi là cành quả) mọc ra. Các nụ hoa bông hình thành từ các đốt trên cành quả. Kiểu sinh trưởng của cây bông là vô hạn, có nghĩa là tại cùng một thời điểm, có thể tồn tại các hình thức sinh trưởng thân, lá, ra nụ, nở hoa, đậu quả, nở quả và hình thành hạt (Ritchie và cộng sự, 2007) [45]. Mặt khác, trình tự ra hoa và đậu quả của một cây bông theo đường xoắn ốc bắt đầ u từ nụ dưới cùng tại vị trí nốt đầu tiên của cành quả thứ nhất hướng lên đỉnh sinh trưởng của cây. Nụ hoa đầu tiên xuất hiện khoảng 28 đến 30 ngày sau gieo. Hoa đầu tiên nở khoảng 45 đến 65 ngày sau gieo. Sự ra nụ, nở hoa và đậu quả này thường có thể tiếp tục đến 60 ngày và khi đó, quả đầu tiên nở; tiếp đó, kiểu sinh trưởng vô hạn vẫn tiếp tục (McGregor, 1976) [32]. Hoa bông có kích thướ c lớn với cánh hoa màu trắng sữa, vàng nhạt hoặc vàng khi bắt đầu nở vào buổi sáng, chuyển sang màu hồng vào buổi chiều, khép lại và không bao giờ nở ra trở lại. Từ ngày thứ hai sau nở, màu đỏ của cánh hoa 9 chuyển sang đậm dần, héo tàn và rụng đi. Bao và hạt phấn hoa thường có màu trắng sữa, đôi khi vàng nhạt hoặc vàng ở loài bông luồi; chủ yếu màu vàng ở loài hải đảo. (McGregor, 1959) [31]. Chính kiểu sinh trưởng phát triển trên đã tạo nên một tiểu khí hậu mát mẻ trong ruộng bông với tiểu cảnh đầy màu sắc xanh của lá, trắng, hồng, đỏ tím của hoa nở, đồng thời hoa kích thước lớn, dễ phát hiệ n có tác động thu hút, hấp dẫn côn trùng thụ phấn (Oosterhuis & Jernstedt 1999; Ritchie & cộng sự, 2007) [37], [45]. 1.4.1.2 Tuyến mật và hoạt động tiết mật trên cây bông Mặc dù rằng cho đến nay, cơ chế và nguyên nhân tiết mật trên cây bông vẫn chưa được biết tường tận, tuy nhiên, cơ quan nào, lượng mật tiết ra bao nhiêu, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiết mật và mối liên quan giữa mật hoa bông và thụ phấn chéo do côn trùng đã được nhiều tác giả nghiên c ứu (Vaissière và Vinson, 1994) [56]. Tùy theo vị trí phân bố, tuyến mật trên cây bông thường được phân thành 3 nhóm chính: nội hoa, ngoại hoa và lá (McGregor, 1976) [32]. Tuyến mật nội hoa nằm ở vành đai khối tế bào hình nhú tại phần gốc bên trong đài hoa. Hoạt động tiết mật bắt đầu từ vài giờ hoặc vài ngày trước khi hoa nở. Lượng mật tiết tối đa vào khoảng giữa buổi chiều ngày hoa nở và hầu như dừng lại khi cánh hoa bắt đầ u chuyển màu (trắng sữa sang hồng), một dấu hiệu mà theo Kaziev (1964) và Mel ’ nichenko (1963, dẫn theo McGregor, 1976) [58] báo hiệu quá trình thụ phấn đã xảy ra. Các tuyến mật ngoại hoa nằm ở 6 vị trí, trong đó, 3 tuyến mật nằm bên dưới đài hoa, tại điểm nối của 3 lá bắc và 3 tuyến khác nằm ngay dưới gốc lá bắc (Trelease, 1879) [53]. Các tuyến này bắt đầu hoạt động từ vài ngày trước khi hoa nở và lượng mật nhiều nhất vào ngày trước khi hoa nở, tiếp tục trong thời gian từ vài ngày đế n 2 - 3 tuần sau đó. Nhiều nghiên cứu đã xác nhận các tuyến mật ngoại hoa có tác động hấp dẫn côn trùng nhiều hơn và cường độ viếng thăm của chúng cao hơn (Kaziev, 1964; dẫn theo McGregor, 1976) [32]. Ngoài các bộ phận thuộc hoa, trên lá bông, còn có tuyến mật nằm ở mặt dưới lá, trên gân chính, tại vị trí gần chỗ tiếp giáp giữa phiến lá và cuống lá, đôi khi có đến 2 tuyến mật, một trên gân chính và 1 trên gân phụ nằm một bên gân chính. Tuyế n mật lá bắt đầu hoạt động trước khi lá đạt kích thước đầy đủ và kéo dài trong khoảng 2 - 3 tuần. Trên cây, tuyến mật lá bắt đầu tiết mật khi cây có nụ và có thể tiếp tục cho đến khi cây ra lá mới. Tuyến mật lá cũng có tác dụng thu hút côn trùng đến lấy mật nhưng có lẽ ít liên quan đến thụ phấn (Kaziev, 1964; dẫn theo McGregor, 1976) [32]. Khả năng tiết mật của bông rất lớn và đặc trưng riêng. Tại nhiề u vùng trồng bông, bông được xem là cây lấy mật chính của ong và côn trùng (Moffett và Stith, 1976) [60]. Mặc dù cây bông không sản xuất nhiều mật bằng một số cây trồng khác như cỏ linh lăng, cỏ ba lá … (Moffett và Stith, 1976) [60], nhưng do nó có 10 một giai đoạn ra hoa kéo dài nên lượng mật tích lũy theo thời gian lớn. Ivanova- Paroiskaya (1950) [22] cho biết trong 1 vụ, lượng mật sản sinh có thể đạt đến 300kg/ha ở loài bông luồi và 75 đến 90kg/ ha đối với loài bông hải đảo và thông thường, ong mật đến viếng thăm hoa không ồ ạt, mà đều đặn, tích lũy dần. Sản phẩm mật tiết ra từ tuyến mật trên cây bông là hỗn hợp dung dịch có hàm lượng các loại đườ ng cao, trong đó, gồm cả đường đa và đường đơn như sucrose, glucose, maltose, và fructose. Hàm lượng đường tổng số có thể đạt tới 21,0 - 46,9%, hoặc 69% ở loài bông luồi và 34% ở loài bông hải đảo (Buchmann và Nabhan, 1996) [14]. Nghiên cứu của Ivanova-Paroiskaya (1956) [23] đã xác định được hàm lượng fructose - glucose - sucrose trên tuyến mật nội hoa của giống '35-1' thuộc loài bông hải đảo lần lượt là 39,78; 37,50 và 1,63%, và ở giống bông luồi '36 - 7 M' là 37,85; 35,65 và 6,89%. Theo Trelease (1879) [53], dịch mật là thức ăn ưa thích của các lo ại kiến, ong mật, ong bắp cày v.v… và do đó, có liên quan đến sự thụ phấn; ngoài ra, nhóm các tuyến mật ngoại hoa lại có tác dụng thu hút côn trùng có hại ra khỏi các bộ phận hấp dẫn chúng trên hoa. Wykes (1952) [61] cho biết thứ tự ưa thích các loại đường đơn của côn trùng là sucrose, glucose, maltose và fructose và hỗn hợp cân bằng các loại đường này hấp dẫn các loại côn trùng nhất. Dịch mật cũng chứa nhiều đường saccarose là thức ăn ưa thích củ a các loại rệp, rệp sáp và bọ trĩ, các loại côn trùng chích hút có hại trên cây bông (Buchmann và Nabhan, 1996) [14]. Nếu lượng dịch mật tiết ra nhiều, nó sẽ kích thích sự phát triển của các loại nấm muội đen, phủ lên lá làm ảnh hưởng đến quang hợp, hoặc dính vào xơ làm giảm phẩm chất xơ bông. Khi có nhiều ong trên đồng, chúng sẽ hút dịch mật, góp phần làm giảm ảnh hưởng có hại trên (Hadwich 1961) [16]. Nhìn chung, mật và phấn hoa là các yếu tố hấp d ẫn các loại ong và côn trùng đến và gây ra giao phấn tự nhiên trên cây bông (McGregor, 1976) [32]. Các loại ong mật bị hấp dẫn bởi các tuyến mật ngoại hoa hơn là tuyến mật nội hoa. Ivanova-Paroiskaya (1956) [23] quan sát thấy tỷ lệ số ong viếng thăm các loại tuyến mật nội hoa, ngoại hoa và lá tương ứng là 32: 799 : 389. 1.4.2 Thành phần và hoạt động thụ phấn của côn trùng trên cây bông Thụ phấn đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sinh sản của các loại thực v ật có hoa (Corbet và cộng sự, 1991; Buchmann và Nabhan, 1996) [15], [14] với ước tính khoảng 90 % loài thực vật có hoa thụ phấn (và sau đó, thụ tinh, đậu quả và kết hạt) nhờ các loại côn trùng như ong (Richards, 1986; Buchmann and Nabhan, 1996) [42], [14]. Các loại cây trồng nông nghiệp thường phụ thuộc, ít nhất là một phần, vào các tác nhân thụ phấn không kiểm soát để hình thành sản lượng của chúng (Kremen và cộng sư, 2002, 2004; Ricketts và cộng sự, 2004) [28], [27], [44]. Các loại côn trùng thụ phấn ước tính đóng góp khoảng 15 -30% sản lượng l ương thực toàn cầu (Roubik, 1995) [47]. Giá trị đóng góp hàng năm nhờ thụ phấn [...]... liệu bất dục đực 3) Thực nghiệm mô hình ứng dụng bất dục đực trong sản xuất hạt giống bông lai 2.2.2 Nội dung thực hiện trong năm 2010 1) Đánh giá tổng quan về hiện trạng nguồn vật liệu khởi đầu mang gen bất dục đực, giống lai và sản xuất hạt lai cho giống lai có mẹ bất dục đực 2) Đánh giá, lựa chọn bố mẹ và tổ hợp lai có mẹ bất dục đực phù hợp cho nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt lai. .. nghiệm các mô hình ứng dụng bất dục đực trong sản xuất hạt giống bông lai có năng suất hạt cao, chất lượng hạt đảm bảo và có hiệu quả kinh tế 2.2.4 Nội dung thực hiện năm 2012 1) Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chọn tạo giống bông lai sử dụng vật liệu bất dục đực 2) Nghiên cứu xác định phương pháp thụ phấn thích hợp trong sản xuất hạt giống lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực 17 3) Áp dụng thử quy... dòng bất dục phụ thuộc vào số lượng và kiểu bố trí đàn ong Nếu hạt phấn truyền đủ, năng suất dòng A không kém dòng B trong sản xuất hạt giống bông lai 1.5 Tình hình nghiên cứu về sản xuất hạt giống bông lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực, thụ phấn nhờ côn trùng trong nước 1.5.1 Tình hình thu thập, bảo tồn, khai thác sử dụng nguồn gen bất dục đực gen trong tạo giống bông lai ở Việt Nam Ở Việt Nam, nghiên cứu. .. đủ để năng suất bông hạt lai cao nhất 3.2.4 Nghiên cứu xác định hiệu quả của các phương pháp thụ phấn trong sản xuất hạt lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực Để đánh giá hiệu quả của phương pháp sản xuất hạt lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực gen thụ phấn nhờ ong mật và côn trùng tự nhiên so với thụ phấn thủ công trong vụ mưa năm 2011, chúng tôi tiến hành thí nghiệm sản xuất hạt lai sử dụng dòng mẹ lưỡng dục. .. trong nước để tạo các giống lai và sử dụng trong sản xuất hạt lai; • Tổ hợp lai F1: Gồm 56 tổ hợp lai giữa mẹ là các dòng lưỡng dục và các dòng bố trên; • Ong mật dùng cho thụ phấn 2.2 Nội dung của đề tài 2.2.1 Nội dung tổng quát 1) Đánh giá khả năng khai thác sử dụng nguồn gen bông bất dục đực trong chọn tạo giống bông lai 2) Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai sử dụng vật... hạt lai 3) Nghiên cứu xác định các biện pháp kỹ thuật phù hợp phục vụ cho xây dựng quy trình công nghệ chọn tạo giống bông lai từ nguồn vật liệu bất dục đực 2.2.3 Nội dung thực hiện năm 2011 1) Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chọn tạo giống bông lai sử dụng vật liệu bất dục đực 2) Nghiên cứu xác định phương pháp thụ phấn thích hợp trong sản xuất hạt giống lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực 3) Thực... hợp lai 3.2 Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai sử dụng vật liệu bất dục đực Trên cơ sở nguồn vật liệu bất dục quy định do một cặp gen lặn và các giống lai chọn tạo đươc, hướng nghiên cứu xác định các giải pháp kỹ thuật phục vụ cho xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai được bắt đầu từ năm 2004 Đến năm 2009, kết quả thu được đã khẳng định có thể sử dụng. .. 5,4 3.3 Thực nghiệm mô hình ứng dụng bất dục đực trong sản xuất hạt giống bông lai 3.3.1 Thử nghiệm mô hình sản xuất hạt giống lai dùng các dạng mẹ bất dục đực, thụ phấn nhờ ong và côn trùng tự nhiên Nghiên cứu được tiến hành tại thôn Đồng Mé, xã Mỹ Sơn, huyện Ninh Sơn, tỉnh Ninh Thuận Các công thức lai sử dụng chung tỷ lệ bố mẹ 1 : 4 (1 hàng bố, 4 hàng mẹ) Các tổ hợp lai sử dụng chung dòng kháng sâu... dòng giống nhận có nguồn gốc trong nước [7] Hiện tại, một số tổ hợp lai có triển vọng đang thử nghiệm trên diện hẹp như BD1/D20-9, G.1247.4-2/D20-9 và G.1247.11-6/D20-9 15 1.5.2 Tình hình nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai ứng dụng tính bất dục đực gen ở Việt Nam Trên cơ sở nguồn vật liệu bất dục quy định do một cặp gen lặn và các giống lai chọn tạo đươc, hướng nghiên cứu. .. sử dụng là dòng lưỡng dục dị hợp tử về một trong 02 gen lặn trên (Ms5ms5ms6 ms6 hoặc ms5ms5Ms6 ms6) Trên đồng ruộng, khi gieo để nhân giống hoặc sản xuất hạt lai, dòng này sẽ phân ly hai dạng bất dục và hữu dục với tỷ lệ lý thuyết là 1:1; trong đó, ở giai đoạn trước thụ phấn, dạng hữu dục sẽ được khử bỏ 100% (đối với ruộng sản xuất hạt lai) và khử một phần, để lại với tỉ lệ 1 hữu dục : 4 bất dục để . tài Nghiên cứu ứng dụng tính bất dục đực để sản xuất hạt giống bông lai . 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai ứng dụng tính bất dục đực cho. bông bất dục đực trong chọn tạo giống bông lai. 2) Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống bông lai sử dụng vật liệu bất dục đực. 3) Th ực nghiệm mô hình ứng dụng bất dục đực. Nghiên cứu xác định phương pháp thụ phấn thích hợp trong sản xuất hạt giống lai sử dụng dòng mẹ bất dục đực. 3) Thực nghiệm các mô hình ứng dụng bất dục đực trong sản xuất hạt giống bông lai