BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN ĐỨC TOẢN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GIỐNG TỔ HỢP LÚA LAI HAI DÒNG MỚI VIỆT LAI 50 LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 60.62.05 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan Hà Nội - 2009 i LỜI CAM ĐOAN ***** Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu kết quả nghiên cứu được nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình khoa học nào khác. Các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 18 tháng 9 năm 2009 Tác giả Trần Đức Toản LỜI CẢM ƠN ***** Để hoàn thành luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô Viện Sau đại học, khoa Nông học, bộ môn Di truyền giống cùng toàn thể cán bộ, công nhân viên Viện nghiên cứu lúa - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn. Luận văn này được hoàn thành còn có sự giúp đỡ tận tình của bạn bè, cùng với sự động viên khích lệ của gia đình trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 18 tháng 9 năm 2009 Tác giả Trần Đức Toản 3 DANH MỤC CÁC BẢNG STT TÊN BẢNG TRANG MỤC LỤC 4 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ƯTL Ưu thế lai A Dòng bất dục đực tế bào chất B Dòng duy trì tính trạng bất dục đực tế bào chất R Dòng phục hồi tính hữu dục đực ký hiệu theo tiếng Anh (Restorer) EGMS Bất dục đực mẫn cảm với môi trường ký hiệu theo tiếng Anh (Enviroment – sensitive Genic Male Sterility) P(T)GMS Bất dục đực mẫn cảm với quang chu kỳ chiếu sáng và nhiệt độ ký hiệu tiếng Anh (Photoperiodic and Thermo – sensitive Genic Male Sterility) TGMS Bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ ký hiệu theo tiếng anh (Themo-sensitive Genic Male Sterility) T(P)GMS Bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ và chu kỳ chiếu sáng ký hiệu theo tiếng Anh ( Thermo and photoperiodic – sensitve Genic Male Sterility) GA3 Giberennic axit WA bất dục đực dạng hoang dại – Wild Abortion NSTT Năng suất thực thu 1. MỞ ĐẦU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 5 Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây trồng có lịch sử trồng trọt lâu đời nhất, được gieo trồng ở tất cả các châu lục nhưng tập trung chủ yếu ở Châu Á - chiếm gần 90% diện tích và hơn 91% sản lượng. Trong lúa gạo có mặt đầy đủ các chất dinh dưỡng như tinh bột, protein, lipit, vitamin…Vì vậy, khoảng 40% dân số thế giới coi lúa gạo là nguồn lương thực chính. Tổ chức dinh dưỡng Quốc tế đã gọi “Hạt gạo là hạt của sự sống”. Tại kỳ họp thứ 57 hàng niên của Hội đồng Liên hiệp Quốc đã chọn năm 2004 là năm lúa gạo Quốc tế với khẩu hiệu “cây Lúa là cuộc sống” [48]. Việt Nam là một nước nông nghiệp với cây lúa là cây trồng chính, là cây cung cấp nguồn lương thực và xuất khẩu hàng năm. Thế nhưng, quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đô thị hoá diễn ra rất mạnh mẽ ở tất cả các tỉnh trên toàn quốc, điều này đã dẫn đến diện tích trồng trọt giảm đáng kể trong đó chủ yếu là diện tích trồng lúa. Vì vậy, vấn đề an ninh lương thực ngày càng trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Để có thể bù đắp lại sản lượng lương thực hàng năm, nước ta đã chủ trương đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất. Lúa lai là một trong những tiến bộ kỹ thuật đã được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh. Lúa lai được gieo trồng ở Việt Nam từ năm 1991. Hiện nay, diện tích lúa lai là hơn 600.000 ha với năng suất trung bình từ 6,0 – 6,3 tấn/ha, cao hơn lúa thuần từ 15 – 20%. Việc sử dụng lúa lai đã góp phần nâng cao năng suất, sản lượng lúa và tạo thêm việc làm, tăng thu nhập cho nông dân thông qua một nghề mới “nghề sản xuất hạt giống”. Lúa lai ngày nay đã và đang được nhiều nước quan tâm coi là chìa khoá của chương trình an ninh lương thực quốc gia [5]. Mặc dù, hiệu quả kinh tế của cây lúa lai đã rõ ràng, nhưng hàng năm nước ta phải nhập trên 80% lúa giống F1 từ Trung Quốc về sản xuất tại Việt Nam. Điều này cho thấy sự mất tự chủ của chúng ta trong khâu giống và đã khiến cho nhiều địa phương không thể chủ động được kế hoạch sản xuất cũng 6 như ổn định về chất lượng hạt giống, tình trạng một số giống lúa lai không hạt luôn là bài học đắt giá… Vì vậy, chủ động được giống lúa lai vẫn đang là bài toán đặt ra với ngành nông nghiệp. Trước thực tế trên, nhiều giống lúa lai và tổ hợp lúa lai có khả năng chống chịu tốt và có tiềm năng năng suất cao đã được các nhà khoa học Việt Nam chọn tạo thành công và đưa vào sản xuất. Giống Việt lai 20 đã được công nhận là giống lúa lai quốc gia đầu tiên của Việt Nam. Từ đó đến nay, có nhiều giống lúa lai khác được ra đời như TH3-3, TH3-4, Việt lai 24…những giống này cũng đã được công nhận là giống Quốc gia và đang được sản xuất trên diện tích hàng chục nghìn hécta [47]. Tổ hợp Việt Lai 50 là tổ hợp lúa lai hai dòng mới được Viện nghiên cứu lúa chọn tạo, đây là tổ hợp lúa lai có tiềm năng năng suất rất cao, có thời gian sinh trưởng ngắn, có khả năng thích ứng và chống chịu tốt Nhằm góp phần hoàn thiện, phát triển công nghệ sản xuất hạt lai F1 tổ hợp Việt Lai 50, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất giống tổ hợp lúa lai hai dòng mới Việt Lai 50”. 1.2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu các thông số kỹ thuật để xây dựng công nghệ duy trì và sản xuất hạt giống của tổ hợp Việt Lai 50 ở vùng Đồng bằng Sông Hồng. 1.3. Yêu cầu của đề tài - Đánh giá đặc điểm nông sinh học của dòng bố R50, dòng mẹ 135S. - Bố trí, theo dõi và đánh giá các thí nghiệm trong sản xuất hạt lai F1: Tỷ lệ hàng bố mẹ; thời điểm và liều lượng phun GA3; phương pháp và số dảnh cấy dòng bố R50. - Bố trí, theo dõi đánh giá thí nghiệm thời vụ nhân dòng mẹ 135S, thí nghiệm ảnh hưởng của phân bón và mật độ cấy nhân dòng mẹ 135S. - Tiến hành lai cặp dòng bố R50 với dòng mẹ 135S và đánh giá các tổ hợp lai cặp. 7 1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả của luận văn sẽ góp phần bổ sung lý thuyết trong kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 như tỷ lệ hàng bố mẹ; tác động của GA3 trong sản xuất hạt lai; phương pháp cấy và số dảnh cấy dòng bố trong sản xuất hạt lai; thời vụ, mật độ và phân bón trong nhân dòng mẹ TGMS Đây là công trình nghiên cứu có tính ứng dụng cao. Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển công nghệ sản xuất giống tổ hợp Việt Lai 50 tại vùng Đồng bằng Sông Hồng, góp phần cung cấp đầy đủ, kịp thời và đảm bảo chất lượng hạt lai F1 Việt Lai 50 phục vụ nhu cầu sản xuất ngày càng cao… 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Ưu thế lai và biểu hiện ưu thế lai ở lúa 2.1.1. Khái niệm ưu thế lai 8 Ưu thế lai (viết tắt là ƯTL) là một thuật ngữ để chỉ tính hơn hẳn của con lai F1 so với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái, khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, chất lượng hạt và các đặc tính khác. ƯTL được biểu hiện cao nhất ở thế hệ F1, giảm đi nhanh chóng ở thế hệ F2 và các thế hệ sau [14]. Ưu thế lai là hiện tượng sinh học tổng hợp thể hiện các ưu việt theo nhiều tính trạng ở con lai F1 khi lai các dạng bố mẹ được phân biệt theo nguồn gốc, độ xa cách di truyền, sinh thái…tạo giống ưu thế lai là con đường nhanh và hiệu quả nhằm phối hợp được nhiều đặc điểm giá trị của các giống bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt [17]. Các giống lúa ứng dụng hiệu ứng ƯTL đời F1 được gọi là lúa ưu thế lai (gọi tắt là lúa lai). Vậy sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa như thế nào? 2.1.2. Biểu hiện ưu thế lai ở lúa ƯTL thể hiện ngay từ khi hạt mới nẩy mầm cho đến khi hoàn thành quá trình sinh trưởng phát triển của cây. 2.1.2.1. Hệ rễ - Ở con lai số rễ ra sớm, ra nhiều và nhanh hơn bố mẹ chúng [23]. - Rễ lúa lai phát triển sớm và mạnh [4]. - Khả năng hấp thu, vận chuyển dinh dưỡng gấp 2-3 lần lúa thường [22]. - Số lượng và chất lượng rễ của lúa lai cao hơn hẳn so với các giống lúa truyền thống, lúa lai có khả năng phát triển rễ mạnh, bộ rễ dày, vùng rễ rất rộng và ăn sâu [20]. 2.1.2.2. Sự đẻ nhánh - Con lai F1 đẻ nhánh sớm, sức đẻ nhánh mạnh [23]. - Lúa lai mọc nhanh, đẻ sớm và đẻ khoẻ, tỷ lệ nhánh thành bông của lúa lai cao hơn hẳn lúa thường [4]. 9 2.1.2.3. Thời gian sinh trưởng Đa số con lai F1 có thời gian sinh trưởng khá dài và thường dài hơn bố mẹ sinh trưởng dài nhất (Deng, 1980; Lin và Yuan, 1980). Xu và Wang (1980) cho rằng, thời gian sinh trưởng của con lai phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của các dòng phục hồi (dòng R). Ponnuthurai (1984) xác định, thời gian sinh trưởng của con lai gần giống thời gian sinh trưởng của dòng bố hoặc mẹ chín muộn. Kết quả nghiên cứu của Trường Đại học Nông nghiệp I cho thấy, thời gian sinh trưởng của F1 dài hơn dòng mẹ và dòng phục hồi ở cả hai vụ: vụ Xuân và vụ Mùa [23]. 2.1.2.4. Chiều cao cây Chiều cao cây của lúa lai cao hay thấp hoàn toàn phụ thuộc và đặc điểm của bố mẹ. Tuỳ từng tổ hợp, chiều cao của F1 có lúc biểu hiện ƯTL dương (Pillai, 1961; Singh, 1978), có lúc nằm trung gian giữa bố mẹ, có lúc xuất hiện ƯTL âm [23]. 2.1.2.5. Trên cơ quan sinh sản - Con lai có năng suất cao hơn bố mẹ từ 20-70%, lúa lai ưu việt hơn hẳn lúa lùn cải tiến tốt nhất từ 20-30% [23]. - Lúa lai có số bông/khóm, số hạt/bông nhiều và tỷ lệ lép thấp [4]. - Lúa lai có khoảng 14 gié cấp 1, lúa thường chỉ có 6-9 gié cấp 1 [22]. - Bông lớn hơn và nặng hơn [20]. 2.1.2.6. ƯTL biểu hiện ở các đặc tính sinh lý, sinh hoá - Theo nghiên cứu của Donuld và cộng sự (1971), lúa lai có diện tích quang hợp rất lớn, hàm lượng diệp lục trên một đơn vị diện tích lá cao hơn lúa thường rất nhiều dẫn đến hiệu suất quang hợp của lúa lai cao hơn lúa thường, song cường độ hô hấp lại thấp hơn lúa thường. - Hiệu suất tích luỹ chất khô của lúa lai có ưu thế hơn hẳn lúa thường nhờ vậy mà tổng lượng chất khô trong một cây tăng, trong đó lượng vật chất 10 [...]... pháp chọn giống lúa lai ra đời Hiện nay, có hai hệ thống sản xuất hạt giống lúa lai là: hệ thống lúa lai ba dòng và hệ thống lúa lai hai dòng 2.2.1 Hệ thống lúa lai “ba dòng” ƯTL hệ “ba dòng” được phát hiện và sử dụng sớm nhất trong lịch sử nghiên cứu và phát triển lúa lai, là phương pháp mở đầu giúp cho các nhà Chọn giống khai thác tiềm năng ƯTL ở lúa và sử dụng rộng rãi lúa lai trong sản xuất, góp... hợp axit amin ở lúa lai cao hơn so với lúa thường Xuất phát từ những ưu điểm trên, các nhà khoa học nông nghiệp đã tập trung nghiên cứu, khai thác ứng dụng hiệu ứng ưu thế lai ở lúa và đã xây dựng thành công công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai 2.2 Phương pháp chọn giống lúa lai Lúa là cây tự thụ phấn điển hình, hoa lúa rất bé, khả năng nhận phấn bên ngoài rất thấp nên ứng dụng ƯTL ở lúa chủ yếu gặp... Để khắc phục các hạn chế như đã nêu, các nhà khoa học chọn tạo giống lúa đã sáng tạo được phương pháp chọn tạo giống lúa lai mới, đó là lúa lai hệ “hai dòng” 2.2.2 Hệ thống lúa lai “ hai dòng” Lúa lai “hai dòng” là bước tiến mới của loài người trong công cuộc ứng dụng ưu thế lai ở cây lúa Hai công cụ di truyền cơ bản để phát triển lúa lai “hai dòng” là dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn... trực tiếp sản xuất lúa lai - Chưa thật chủ động được công tác giống về các phương diện: chủng loại, chất lượng, số lượng và giá thành hạt giống, - Chưa được đầu tư thoả đáng cho những nghiên cứu cơ bản và ứng dụng ưu thế lai ở lúa để tạo ra được những tổ hợp lúa lai của Việt Nam [20] 2.7 Một số giải pháp phát triển bền vững lúa lai ở Việt Nam Tại hội thảo Quốc tế về thực trạng và giải pháp phát triển. .. thảo Quốc tế về thực trạng và giải pháp phát triển bền vững lúa lai và hệ sinh thái nông nghiệp diễn ra tại Hà nội, đã đưa ra một số giải pháp phát triển bền vững lúa lai ở Việt Nam Đó là nâng cao năng lực nghiên cứu, năng lực sản xuất hạt giống lúa lai và quản lý chất lượng hạt giống lúa lai trong nước Chọn giống lúa lai là một phương pháp tạo giống rất hiệu quả ở nước ta đối phó với sự đa dạng cả về... ta đã đạt được nhiều thành tựu to lớn về nghiên cứu và phát triển lúa lai 2.5 Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa lai ở Việt Nam 31 2.5.1 Công tác nghiên cứu và chọn tạo giống lúa lai Việt Nam bắt đầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1985, nhưng thực sự được xúc tiến mạnh từ những năm 1990 Một số dòng bất dục đực tế bào chất, dòng phục hồi và tổ hợp lúa lai “ba dòng” được nhập nội từ Trung Quốc và IRRI đã... lúa lai vụ mùa như: Bắc ưu 64, Bắc ưu 903, 253 2.6 Một số khó khăn trong nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam Quá trình nghiên cứu và mở rộng lúa lai ở nước ta, bên cạnh nhiều thành công trong việc nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai, mở rộng diện tích lúa lai trong sản xuất đại trà cũng còn nhiều khó khăn trở ngại như: - Chưa có những thông tin đầy đủ về các biện pháp thâm canh lúa lai cho... về kỹ thuật sản xuất hạt giống lúa lai F1 2.3.1 Những lựa chọn chiến lược trong sản xuất hạt lai F1 Để thực hiện việc sản xuất hạt lai F1 thành công trong một quốc gia hay trong một địa phương, thì việc xác định phương hướng sản xuất là rất cần thiết Từ những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học IRRI, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam… người ta xác định các khâu trong chiến lược sản xuất hạt lai F1 đạt... tiến hành phép lai thử + Ruộng đánh giá: nơi đánh giá con lai và bố mẹ + Ruộng nhân dòng: nơi nhân các dòng được chọn ra - “Bốn bước” gồm có: + Chọn lọc cá thể ưu tú + Lai thử theo cặp + Đánh giá từng cặp dòng + Nhân cách ly các dòng chọn được Với công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai (phương pháp chọn giốnglúa lai, công nghệ duy trì, làm thuần dòng bố mẹ, biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai F1…), Nước... Quốc phát hiện Năm 1988, dòng lúa đột biến tự nhiên TGMS - An NongS cũng được các tác giả Trung Quốc phát hiện Từ 2 nguồn vật liệu di truyền ban đầu nói trên, các nhà khoa học chọn giống đã tiến hành lai tạo để nhận được các dòng P(T)GMS mới có cơ sở di truyền khác nhau Trên cơ sở đó, phương pháp sản xuất lúa lai “hai dòng” đã ra đời Đây được xem là một đột phá điểm trong công nghệ sản xuất lúa lai Lúa . thiện, phát triển công nghệ sản xuất hạt lai F1 tổ hợp Việt Lai 50, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu phát triển công nghệ sản xuất giống tổ hợp lúa lai hai dòng mới Việt Lai 50 . 1.2 thành công công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai. 2.2. Phương pháp chọn giống lúa lai Lúa là cây tự thụ phấn điển hình, hoa lúa rất bé, khả năng nhận phấn bên ngoài rất thấp nên ứng dụng ƯTL ở lúa. các phương pháp chọn giống lúa lai ra đời. Hiện nay, có hai hệ thống sản xuất hạt giống lúa lai là: hệ thống lúa lai ba dòng và hệ thống lúa lai hai dòng. 2.2.1. Hệ thống lúa lai “ba dòng” ƯTL