Tổng quan luận án

Sản xuất lúa lai tại Việt Nam ghi nhận sự gia tăng về cả diện tích và năng suất qua các giai đoạn phát triển. Theo số liệu của Cục Trồng trọt năm 2016, diện tích lúa lai cả nước đạt 650.000 ha, chiếm 9,0% tổng diện tích gieo cấy lúa toàn quốc; trong đó vụ Xuân chiếm 58% và vụ Mùa chiếm 42%. Khoảng 94% diện tích lúa lai tập trung tại các tỉnh phía Bắc (Đồng bằng sông Hồng 40,7%, Trung du miền núi phía Bắc 25,6%, Bắc Trung Bộ 27,2%, Duyên hải Nam Trung Bộ 4,9% và Tây Nguyên 1,6%). Năng suất lúa lai bình quân tăng từ 5,57 tấn/ha năm 1996 lên 6,31 tấn/ha năm 2016.

Mặc dù các tổ hợp lúa lai hai dòng nhập nội từ năm 1989 thể hiện tiềm năng năng suất cao và khả năng chống chịu sâu bệnh khá, việc mở rộng diện tích còn gặp trở ngại do giá thành hạt giống lai cao, công nghệ nhân dòng bất dục đực và kỹ thuật sản xuất hạt lai $F_1$ trong nước còn nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, bối cảnh biến đổi khí hậu đặt ra thách thức lớn: báo cáo của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC, 2007) chỉ ra rằng nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng 0,5–0,7°C trong thế kỷ qua và dự kiến tăng 1,5–4,5°C vào năm 2050, trong đó mỗi khi nhiệt độ tăng thêm 1°C thì năng suất lúa có thể suy giảm 10%. Tại miền Bắc Việt Nam, số liệu khí tượng cho thấy nhiệt độ đầu tháng 5 và tháng 8 dao động 27,5–31°C, các đợt nắng nóng cực đoan đạt 37–40°C trùng với thời kỳ trỗ bông và nở hoa của cây lúa, gây nghẽn trỗ và thoái hóa hạt phấn. Trần Thọ Đạt và Vũ Thị Hoài Thu (2013) ước tính năng suất lúa Xuân vùng Đồng bằng sông Hồng có thể giảm 3,7% vào năm 2020 và giảm 16,5% vào năm 2070 nếu thiếu giải pháp ứng phó. Nghiên cứu của Fu et al. (2015) cũng khẳng định nhiệt độ 39–43°C tại thời điểm trỗ làm suy giảm nghiêm trọng khả năng đậu hạt, đòi hỏi phải phát triển các dòng bố chịu nóng để lai tạo tổ hợp thích ứng.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định là sự thiếu hụt các nghiên cứu hệ thống về nhận diện bản chất di truyền gen bất dục nhiệt độ ($tms$) của tập đoàn dòng mẹ TGMS đang sử dụng tại Việt Nam, thiếu hụt các dòng bố có khả năng chịu nóng cao, cùng với nhu cầu cấp thiết về việc đánh giá khả năng kết hợp để chọn tạo tổ hợp lúa lai hai dòng vừa có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, phẩm chất hạt tốt, vừa chống chịu điều kiện nhiệt độ bất thuận.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm:

  1. Sàng lọc được các dòng mẹ TGMS mới và các dòng bố cho phấn có nhiều đặc điểm nông sinh học tốt, đặc điểm tính dục ổn định, khả năng kết hợp cao, chịu nóng tốt phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai hai dòng.
  2. Lai tạo và chọn lọc được một số tổ hợp lúa lai hai dòng có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt và chịu nóng ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) do các cơ quan nghiên cứu trong nước chọn tạo và nhập nội từ Trung Quốc; các dòng bố trong tập đoàn công tác của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam; 45 tổ hợp lúa lai $F_1$ cùng giống đối chứng TH3-3.
  • Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá đặc điểm nông sinh học, tính dục dòng mẹ, khả năng chịu nóng của dòng bố, khả năng kết hợp của các cặp bố mẹ; lai tạo, tuyển chọn và xây dựng quy trình sản xuất hạt lai $F_1$, quy trình thâm canh tổ hợp triển vọng HQ21 ($E15S/R29$).
  • Không gian và thời gian: Các thí nghiệm đồng ruộng, nhà lưới, buồng khí hậu nhân tạo và phòng thí nghiệm được thực hiện tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2013 đến năm 2015.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan toàn diện lịch sử phát triển lúa lai và các cơ sở di truyền chọn giống trên phạm vi quốc tế và trong nước:

  1. Hệ thống lúa lai và cơ chế bất dục đực: Yuan Longping và cộng sự (1964, 1973) đã mở đầu hệ thống lúa lai ba dòng (CMS-WA, Maintainer-B, Restorer-R), hoàn thiện quy trình năm 1975 (Ali et al., 2014; Khan et al., 2014). Hướng tiếp cận lúa lai hai dòng được phát triển từ phát hiện bất dục mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS) Nongken 58S của Shi Mingsong (1973) và bất dục mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) Annongs của Murayama et al. (1988). Các nghiên cứu của Virmani et al. (2003), Chen et al. (2010), Hai et al. (2012), Zhang et al. (2013) làm rõ vai trò của các gen lặn trong nhân điều khiển tính trạng TGMS như $tms1$ (NST 8), $tms2$ (NST 7, Yamaguchi, 1997; Xu, 2010), $tms3$ (NST 6, Subudhi et al., 1997), $tms4(t)$ (NST 4, Nguyễn Văn Đồng), $tms5$, $tms6$, $tms9$ (NST 2, Sheng et al., 2013). Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Trâm và cs. (2000, 2004, 2010, 2011), Nguyễn Trí Hoàn (2003), Vũ Văn Liết và cs. (2004, 2008), Trần Văn Quang và cs. (2013) đã chọn tạo và đưa vào sản xuất nhiều dòng mẹ TGMS như T29S, T47S, TGMS-VN01, T7S, 103S, AMS30, BoS cùng các tổ hợp lai hai dòng như Việt lai 20, Việt lai 24, TH3-3, TH3-4, TH3-5, HYT108, LC212.

  2. Tình hình phát triển lúa lai khu vực: Thống kê của Dasgupta and Roy (2014) và APSA (2014) phản ánh hiện trạng lúa lai tại châu Á năm 2012:

Quốc gia Diện tích lúa thuần (triệu ha) Năng suất lúa thuần (tấn/ha) Diện tích lúa lai (triệu ha) Năng suất lúa lai (tấn/ha)
Trung Quốc 13,55 6,74 17,00 7,50
Ấn Độ 40,00 3,59 2,50 4,79
Việt Nam 7,14 5,63 0,61 6,40
Bangladesh 11,18 4,23 0,67 6,78
Philippines 4,54 3,84 0,16 6,45
Myanmar 7,19 4,05 0,06 6,78
Indonesia 13,44 5,14 1,00 5,50–11,00

Các chương trình chọn tạo giống tại Bangladesh (Azim et al., 2014), Ấn Độ (Hari-Prasad et al., 2014), Indonesia (Satoto and Made, 2014), Philippines (Dindo et al., 2013) và Thái Lan (Suniyum et al., 2014) đều hướng tới mục tiêu nâng cao chất lượng gạo, kháng sâu bệnh và thích ứng với biến đổi khí hậu.

  1. Di truyền mùi thơm, chất lượng và tính chịu nóng:
  • Di truyền mùi thơm được kiểm soát bởi gen lặn $badh2$ ($badh2.1$ trên NST 8) liên quan đến tích lũy 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP) (Bradbury et al., 2008; Singh et al., 2010; Kibria et al., 2008; Chen et al., 2008; Ding et al., 2009; Kovach et al., 2009; Daygon et al., 2010; Rai et al., 2015).
  • Kích thước hạt và năng suất chịu chi phối của các locus $GS3$ (Fan et al., 2006; Ramkumar et al., 2010), $qGL1$, $qGL3$, $qGL10$ (Qin et al., 2008; Chuan et al., 2014), $Wx$ kiểm soát amylose (Blight et al., 1995; Wang et al., 2012).
  • Khả năng chịu nóng: Các nghiên cứu sinh lý của Jagadish et al. (2010, 2012), Nakagawa et al. (2002), Matsui et al. (2001), Wahid et al. (2007), Bùi Chí Bửu và cs. (2011) cho thấy nhiệt độ trên 33,7–36°C và đặc biệt 41°C trong 4 giờ ở giai đoạn nở hoa gây bất dục hạt phấn do hạt phấn phình to, không tích lũy tinh bột và giảm khả năng nứt bao phấn. Zhao et al. (2016) xác định 11 QTL liên quan đến khả năng chịu nhiệt ở lúa ($qSFht2$, $qSFht4.2$, $qDFT3$, $qPSLht1$...).

Vị trí của luận án: Luận án giải quyết mắt xích kết nối giữa giám định chỉ thị phân tử nhận diện gen $tms$ trên tập đoàn dòng mẹ, phân tích khả năng kết hợp bằng phương pháp Line $\times$ Tester gắn với đánh giá tính chịu nóng trong điều kiện nhân tạo và tự nhiên, từ đó xác lập tổ hợp lai hai dòng ngắn ngày HQ21 và xây dựng quy trình kỹ thuật đồng bộ phục vụ sản xuất tại phía Bắc Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về di truyền học số lượng, ưu thế lai và phân tích khả năng kết hợp theo mô hình Line $\times$ Tester của Kempthorne (1957); lý thuyết di truyền phân tử về tính bất dục đực do gen nhân mẫn cảm nhiệt độ ($tms$); và cơ chế sinh lý - hình thái học của tính chống chịu stress nhiệt độ cao trong giai đoạn sinh sản của cây lúa.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai cụ thể:

  1. Đánh giá nông sinh học, hình thái, sâu bệnh và năng suất:
  • Thực hiện theo quy chuẩn khảo nghiệm và hướng dẫn phương pháp của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI, 2002).
  1. Đánh giá tính dục và ngưỡng chuyển đổi tính dục (CSP):
  • Kiểm tra tính dục bằng phương pháp hiển vi quang học: thu thập bao phấn vào giai đoạn chuẩn bị trỗ, nhuộm trong dung dịch I-KI 1%, soi đếm tỷ lệ hạt phấn hữu dục và bất dục dưới kính hiển vi quang học; chọn lọc cá thể có tỷ lệ phấn bất dục 100% theo phương pháp của Yuan and Xi (1995). Theo dõi sự chuyển đổi tính dục qua từng đợt trỗ trong vụ Xuân và vụ Mùa.
  1. Kỹ thuật sinh học phân tử xác định gen $tms$:
  • Tách chiết DNA tổng số bằng phương pháp CTAB rút gọn (De la Cruz, 1997).
  • Phản ứng chuỗi trùng lặp (PCR): Sử dụng các cặp mồi đặc hiệu khuếch đại các đoạn chỉ thị liên kết với gen $tms$, sử dụng giống lúa IR24 làm đối chứng âm. Chu trình nhiệt PCR: biến tính ban đầu ở 94°C trong 2 phút; 30 chu kỳ gồm biến tính 94°C trong 5 giây, gắn mồi 33–55°C trong 30 giây, kéo dài 72°C trong 30 giây; kéo dài lần cuối ở 72°C trong 7 phút.
  • Hệ thống chỉ thị phân tử: Gồm 01 chỉ thị RAPD (OPB19), 01 chỉ thị STS (F18F/F18RM) và 04 chỉ thị SSR (RM11, RM257, C365-1, RM3351).
  • Điện di sản phẩm PCR: Thực hiện trên gel agarose 4%, hiệu điện thế 100V trong 60 phút, nhuộm Ethidium Bromide nồng độ 0,5 µg/ml và chụp ảnh dưới máy soi gel tia tử ngoại (UV).
  1. Đánh giá khả năng chịu nóng:
  • Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến quá trình nở hoa, đặc điểm nông sinh học của các dòng bố và con lai $F_1$ theo phương pháp của Fu et al. Xử lý nhiệt độ nhân tạo trong buồng khí hậu và nhà kính ở ngưỡng 38–40°C trong giai đoạn phân hóa đòng bước 6 đến trỗ bông nở hoa.
  1. Đánh giá phẩm chất hạt và chất lượng cơm:
  • Đánh giá mùi thơm trên lá và nội nhũ theo phương pháp cho điểm của Kibria et al.
  • Xác định tỷ lệ gạo xay, gạo xát, gạo nguyên, tỷ lệ hạt bạc bụng theo phương pháp của Govindaswami and Ghosh (1969).
  • Đánh giá cảm quan cơm theo thang điểm tiêu chuẩn ngành 10TCN 590-2004 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
  1. Phân tích thống kê và khả năng kết hợp:
  • Phân tích khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) theo chương trình phân tích phương sai LINE $\times$ TESTER Ver.0 của Nguyễn Đình Hiền (1995).
  • Xử lý số liệu thí nghiệm, phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm IRRISTAT phiên bản 5.0 và Microsoft Excel.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần này trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ yêu cầu tự chủ nguồn giống lúa lai hai dòng trong nước, thích ứng với tình trạng gia tăng nhiệt độ cực đoan do biến đổi khí hậu tại các tỉnh phía Bắc. Tác giả xác lập 2 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, giới hạn đối tượng nghiên cứu là tập đoàn dòng TGMS, dòng bố và các tổ hợp lai $F_1$, thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2013 đến 2015. Phần mở đầu cũng nêu rõ các điểm mới về mặt khoa học lý luận (bản chất gen $tms$, giá trị GCA/SCA chịu nhiệt) và thực tiễn (giống lúa HQ21 cùng gói quy trình hạt lai và thâm canh).

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa 9 nội dung chuyên đề lớn từ các nghiên cứu trong và ngoài nước: (1) Nghiên cứu và phát triển lúa lai thế giới và Việt Nam; (2) Hệ thống bất dục đực TGMS, PGMS trong chọn giống hai dòng; (3) Phương pháp chọn tạo dòng bố mẹ (nhập nội, đột biến, lai phả hệ, chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử MAS); (4) Di truyền mùi thơm, kích thước hạt và các yếu tố cấu thành năng suất; (5) Nghiên cứu chọn tạo lúa lai chất lượng; (6) Lý luận về khả năng kết hợp Line $\times$ Tester; (7) Nghiên cứu sinh lý và di truyền tính chịu nóng ở lúa; (8) Biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lai $F_1$; (9) Kỹ thuật thâm canh lúa lai. Tổng quan khẳng định tính đúng đắn của việc kết hợp chỉ thị phân tử với đánh giá kiểu hình để tạo giống thích ứng bất thuận nhiệt độ.

Phần 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết danh mục vật liệu gồm 16 dòng mẹ TGMS, các dòng bố phục hồi, 45 tổ hợp lai $F_1$ cùng các tổ hợp đối chứng. Tác giả mô tả chi tiết 4 nội dung thực nghiệm và quy trình kỹ thuật tương ứng: Nội dung 1 (đặc điểm nông sinh học, tính dục dòng mẹ, gen $tms$ và khả năng chịu nóng dòng bố); Nội dung 2 (đặc điểm con lai $F_1$, phân tích GCA và SCA theo Line $\times$ Tester); Nội dung 3 (khảo sát, so sánh và tuyển chọn tổ hợp lai triển vọng); Nội dung 4 (hoàn thiện quy trình sản xuất hạt lai $F_1$ và thâm canh tổ hợp HQ21). Các công thức hóa chất, chu trình nhiệt PCR, chỉ thị phân tử, phương pháp xử lý nhiệt độ nhân tạo và công cụ phân tích thống kê (IRRISTAT ver 5.0, LINE $\times$ TESTER Ver.0) được chuẩn hóa.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

4.1. Đặc điểm nông sinh học, tính dục của dòng mẹ TGMS và khả năng chịu nóng của dòng bố

  • Đánh giá tập đoàn dòng mẹ TGMS: Các dòng TGMS có thời gian sinh trưởng ngắn (132–137 ngày trong vụ Xuân, 92–98 ngày trong vụ Mùa, ngắn hơn đối chứng 3–10 ngày), số lá thân chính 15–16 lá, dạng cây bán lùn, nhiễm sâu bệnh nhẹ. Năng suất cá thể trong thời kỳ hữu dục đạt 2,1–16,0 gam/khóm.
  • Đặc điểm tính dục: Ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục (CSP) của các dòng mẹ TGMS dao động từ 24,2–24,3°C. Tỷ lệ vươn vòi nhụy ra ngoài vỏ trấu đạt mức cao từ 69,1–91,0%, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nhận phấn ngoài. Hai dòng mẹ $E13S$ và $E15S$ được ghi nhận có mùi thơm rõ ở cả mô lá và nội nhũ.
  • Xác định gen bất dục $tms$: Kết quả điện di sản phẩm PCR với các chỉ thị phân tử (C365-1, RM257...) cho thấy toàn bộ 16 dòng TGMS nghiên cứu đều mang gen bất dục mẫn cảm nhiệt độ $tms5$. Duy nhất dòng $T827S$ mang đồng thời cả hai gen $tms5$ và $tms4$.
  • Đánh giá dòng bố: Các dòng bố có thời gian sinh trưởng 127–142 ngày (vụ Xuân) và 90–104 ngày (vụ Mùa), chiều cao cây cao hơn các dòng mẹ từ 51,1–61,0 cm, năng suất cá thể đạt 15,9–19,9 gam/khóm. Thử nghiệm xử lý nhiệt độ cao trong điều kiện nhà kính đã tuyển chọn được 08 dòng bố có khả năng chịu nóng tốt: $R16$, $R29$, $11X37$, $R92$, $R94$, $11X75$, $D1$, $RTQ2$.

4.2. Khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ và đặc điểm con lai $F_1$

Phân tích phương sai Line $\times$ Tester trong vụ Xuân và vụ Mùa 2014 đã lượng hóa giá trị GCA và SCA của các dòng bố mẹ:

  • Khả năng kết hợp chung (GCA):
    • Về số bông/khóm: Dòng mẹ $E13S$, dòng bố $R11$ và $R29$ có GCA cao.
    • Về số hạt/bông: Dòng mẹ $T7S$, dòng bố $R2$ và $R29$ đạt GCA cao.
    • Về số hạt chắc/bông: Ghi nhận ở dòng mẹ $E13S$, $T827S$ và dòng bố $R2$, $R29$.
    • Về khối lượng 1000 hạt: Dòng mẹ $E15S$ và các dòng bố $R2$, $R92$, $R527$ có GCA dương cao.
    • Về năng suất thực thu: Dòng mẹ $E13S$, $E15S$ và dòng bố $R2$, $R29$ thể hiện giá trị GCA cao nhất.
  • Khả năng kết hợp riêng (SCA) về năng suất thực thu: Các tổ hợp có hiệu ứng SCA dương cao gồm: dòng mẹ $T7S$ kết hợp với $R2$, $R14$, $R92$; dòng mẹ $E15S$ kết hợp với $R14$, $R92$; dòng mẹ $E17S$ kết hợp với $R527$; dòng mẹ $E30S$ kết hợp với $R2$; dòng mẹ $T827S$ kết hợp với $R29$, $R527$; dòng mẹ $TG1$ kết hợp với $R14$, $R527$.

4.3. Tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng

  • Khảo sát 45 tổ hợp lai trong vụ Mùa 2013 đã tuyển chọn được 13 tổ hợp triển vọng: $E13S/R2$, $E13S/R29$, $E13S/R94$, $E15S/R14$, $E15S/R16$, $E15S/R29$, $E15S/R92$, $E15S/R94$, $E17S/R2$, $E17S/R14$, $E17S/R16$, $E17S/R29$, $E17S/R94$.
  • Thí nghiệm so sánh 13 tổ hợp triển vọng trong vụ Xuân và Mùa 2014 đã lựa chọn được 02 tổ hợp ưu tú nhất là $E15S/R29$ (tên quy ước HQ21) và $E13S/R2$.
  • Tổ hợp HQ21 ($E15S/R29$) có thời gian sinh trưởng 123–132 ngày trong vụ Xuân và 98–105 ngày trong vụ Mùa; chiều cao cây trung bình; năng suất thực thu đạt 93,0 tạ/ha trong vụ Xuân và 71,0 tạ/ha trong vụ Mùa (cao hơn hoặc tương đương đối chứng TH3-3); nhiễm sâu bệnh nhẹ; hạt gạo thon dài 7,1 mm; tỷ lệ gạo xát đạt 70,2%; cơm thơm nhẹ (điểm 2), độ ngon đạt điểm 3; thể hiện khả năng chịu nóng vượt trội trong buồng khí hậu nhân tạo ở vụ Mùa 2014.
Chỉ tiêu nông sinh học và chất lượng Tổ hợp HQ21 ($E15S/R29$)
Thời gian sinh trưởng vụ Xuân (ngày) 123–132
Thời gian sinh trưởng vụ Mùa (ngày) 98–105
Năng suất thực thu vụ Xuân (tạ/ha) 93,0
Năng suất thực thu vụ Mùa (tạ/ha) 71,0
Chiều dài hạt gạo (mm) 7,1
Tỷ lệ gạo xát (%) 70,2
Điểm mùi thơm cơm (thang điểm cảm quan) Điểm 2 (thơm nhẹ)
Điểm chất lượng cơm (thang điểm 10TCN 590-2004) Điểm 3 (ngon)
Phản ứng với nhiệt độ cao (buồng nhân tạo) Chịu nóng tốt

4.4. Xây dựng quy trình sản xuất hạt lai $F_1$ và quy trình canh tác giống HQ21

  • Hoàn thiện quy trình sản xuất hạt lai $F_1$ cho tổ hợp HQ21 ($E15S/R29$) trong vụ Mùa tại Đồng bằng sông Hồng:
    • Lịch gieo lệch bố mẹ: Dòng bố đợt 1 gieo sau dòng mẹ 3 ngày; dòng bố đợt 2 gieo sau dòng bố đợt 1 là 3 ngày.
    • Tỷ lệ hàng cấy bố : mẹ: 2 hàng bố xen 14 hàng mẹ (tỷ lệ 2:14).
    • Mức phân bón tối ưu: 120 kg N + 60 kg $P_2O_5$ + 60 kg $K_2O$/ha.
    • Phun chất điều hòa sinh trưởng $GA_3$: Liều lượng 160 gam/ha giúp nâng cao chiều dài cổ bông, tỷ lệ trỗ thoát và độ vươn vòi nhụy của dòng mẹ $E15S$.
  • Quy trình thâm canh lúa thương phẩm HQ21 tại Đồng bằng sông Hồng:
    • Vụ Xuân: Mật độ cấy 35 khóm/$m^2$; lượng phân bón 120 kg N + 120 kg $P_2O_5$ + 120 kg $K_2O$/ha.
    • Vụ Mùa: Mật độ cấy 40 khóm/$m^2$; lượng phân bón 100 kg N + 100 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$/ha.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Trình bày tóm tắt các kết luận khoa học rút ra từ các nội dung nghiên cứu và đưa ra các đề nghị cụ thể về việc mở rộng khảo nghiệm sản xuất, hoàn thiện các thủ tục công nhận giống lúa HQ21 và khai thác các nguồn vật liệu bố mẹ chịu nóng đã được tuyển chọn.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã tổng kết các đóng góp mới về mặt khoa học lý thuyết và giá trị ứng dụng thực tiễn:

  1. Đóng góp về lý luận và khoa học:
  • Xác định được bản chất gen bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ của 16 dòng TGMS được sử dụng phổ biến tại Việt Nam: Tất cả 16 dòng đều mang gen $tms5$, trong đó duy nhất dòng $T827S$ mang đồng thời cả hai gen $tms5$ và $tms4$. Kết quả này bổ sung dẫn liệu di truyền phân tử quan trọng phục vụ công tác quản lý và định hướng sử dụng dòng bất dục.
  • Thiết lập hệ thống dữ liệu về khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) của các dòng bố mẹ triển vọng trong điều kiện sinh thái phía Bắc. Xác định được 02 dòng mẹ ($E13S$, $E15S$) và 04 dòng bố ($R2$, $R29$, $R92$, $R527$) có GCA cao đối với các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu.
  • Xác định được 08 dòng bố có khả năng chịu nóng tốt trong điều kiện xử lý nhiệt độ cao nhân tạo ($R16$, $R29$, $11X37$, $R92$, $R94$, $11X75$, $D1$, $RTQ2$), cung cấp nguồn vật liệu phục vụ nghiên cứu di truyền tính chịu nhiệt ở lúa.
  1. Đóng góp về thực tiễn:
  • Chọn tạo thành công tổ hợp lúa lai hai dòng mới HQ21 ($E15S/R29$) có thời gian sinh trưởng ngắn (123–130 ngày vụ Xuân, 98–105 ngày vụ Mùa), năng suất cao (93,0 tạ/ha vụ Xuân, 71,0 tạ/ha vụ Mùa), chống chịu sâu bệnh nhẹ, chất lượng gạo thương phẩm tốt (gạo dài 7,1 mm, tỷ lệ xát 70,2%, cơm thơm nhẹ, mềm ngon) và có khả năng chịu nóng cao.
  • Xây dựng được quy trình sản xuất hạt lai $F_1$ cho tổ hợp HQ21 trong vụ Mùa tại Đồng bằng sông Hồng với các thông số kỹ thuật rõ ràng (gieo lệch bố mẹ, tỷ lệ cấy 2:14, phân bón 120N + 60P + 60K, phun 160 g $GA_3$/ha).
  • Xác lập gói kỹ thuật thâm canh thương phẩm giống HQ21 cho vụ Xuân (35 khóm/$m^2$, 120N + 120P + 120K) và vụ Mùa (40 khóm/$m^2$, 100N + 100P + 100K).
  1. Đề xuất và kiến nghị:
  • Tiếp tục khảo nghiệm sinh thái diện rộng tổ hợp HQ21 tại các tiểu vùng sinh thái khác nhau ở phía Bắc nhằm hoàn thiện hồ sơ đề nghị công nhận giống quốc gia.
  • Đưa các dòng bố chịu nóng ($R29$, $R16$, $R92$...) vào các chương trình lai tạo giống lúa lai thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản luận án phản ánh một số phạm vi giới hạn nghiên cứu:

  • Phạm vi không gian khảo nghiệm và hoàn thiện quy trình kỹ thuật mới tập trung chủ yếu tại vùng Đồng bằng sông Hồng (trực tiếp tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam), chưa mở rộng khảo nghiệm đồng bộ ở các vùng sinh thái đặc thù khác như Trung du miền núi phía Bắc hay Bắc Trung Bộ.
  • Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu nóng của các dòng bố và tổ hợp lai mới thực hiện chủ yếu trong điều kiện xử lý nhiệt độ nhân tạo (nhà kính, buồng khí hậu) và đánh giá tự nhiên qua các vụ thí nghiệm 2013–2015.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

  • Mở rộng mạng lưới khảo nghiệm sản xuất đa điểm đối với tổ hợp HQ21 tại nhiều địa phương miền Bắc để đánh giá tính ổn định năng suất và phổ thích nghi.
  • Tiếp tục nghiên cứu sâu cơ chế phân tử kiểm soát tính chịu nhiệt của các dòng bố ưu tú ($R29$, $R16$) và đánh giá phản ứng của giống HQ21 đối với các loại stress sinh học và phi sinh học khác (hạn hán, rầy nâu, bệnh bạc lá).

Giá trị tham khảo

Nội dung luận án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với nhiều đối tượng trong ngành nông nghiệp:

  • Cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng: Tham khảo quy trình phân tích chỉ thị phân tử nhận diện gen $tms$, phương pháp đánh giá tính chuyển đổi tính dục CSP, kỹ thuật đánh giá tính chịu nóng nhân tạo và phương pháp phân tích phương sai Line $\times$ Tester.
  • Các nhà chọn tạo giống lúa lai tại các viện, trường và doanh nghiệp giống cây trồng: Khai thác thông tin di truyền về 16 dòng mẹ TGMS, sử dụng nguồn gen của 8 dòng bố chịu nóng và các dòng mẹ có GCA cao mang gen thơm ($E13S$, $E15S$) làm vật liệu khởi đầu cho các chương trình lai tạo.
  • Cán bộ khuyến nông và nhà quản lý sản xuất nông nghiệp tại các tỉnh phía Bắc: Áp dụng trực tiếp quy trình kỹ thuật sản xuất hạt lai $F_1$ và các thông số mật độ, phân bón trong canh tác thương phẩm tổ hợp HQ21 nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Kết quả nhận diện gen bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ ($tms$) trên 16 dòng TGMS trong luận án cho thấy đặc điểm gì? Tất cả 16 dòng TGMS được đánh giá bằng các chỉ thị phân tử đều mang gen bất dục mẫn cảm nhiệt độ $tms5$. Duy nhất có dòng $T827S$ mang đồng thời cả hai gen $tms5$ và $tms4$.

  2. Những dòng bố mẹ nào thể hiện khả năng kết hợp chung (GCA) cao nhất về năng suất thực thu và các yếu tố cấu thành năng suất? Về năng suất thực thu, dòng mẹ $E13S$, $E15S$ và các dòng bố $R2$, $R29$ có giá trị GCA cao nhất. Dòng mẹ $E15S$ và các dòng bố $R2$, $R92$, $R527$ có GCA cao về khối lượng 1000 hạt và năng suất lý thuyết; dòng mẹ $E13S$ và dòng bố $R11$, $R29$ có GCA cao về số bông/khóm.

  3. Những chỉ tiêu nông sinh học, năng suất và phẩm chất chính của tổ hợp lúa lai hai dòng HQ21 ($E15S/R29$) được ghi nhận như thế nào? Tổ hợp HQ21 có thời gian sinh trưởng ngắn (123–132 ngày trong vụ Xuân và 98–105 ngày trong vụ Mùa); năng suất thực thu đạt 93,0 tạ/ha (vụ Xuân) và 71,0 tạ/ha (vụ Mùa); hạt gạo thon dài 7,1 mm; tỷ lệ gạo xát đạt 70,2%; cơm có mùi thơm nhẹ (điểm 2), độ ngon đạt điểm 3 và có khả năng chịu nóng tốt.

  4. Quy trình sản xuất hạt lai $F_1$ cho tổ hợp HQ21 trong vụ Mùa tại Đồng bằng sông Hồng gồm các thông số kỹ thuật nào? Quy trình xác định: Dòng bố 1 gieo sau dòng mẹ 3 ngày, dòng bố 2 gieo sau dòng bố 1 là 3 ngày; tỷ lệ hàng cấy là 2 hàng bố xen 14 hàng mẹ; bón phân theo tỷ lệ 120 kg N + 60 kg $P_2O_5$ + 60 kg $K_2O$/ha; và phun $GA_3$ với liều lượng 160 gam/ha.

  5. Mật độ cấy và liều lượng phân bón tối ưu cho thâm canh lúa thương phẩm HQ21 tại Đồng bằng sông Hồng được xác định ra sao? Trong vụ Xuân, mật độ cấy khuyến cáo là 35 khóm/$m^2$ kết hợp lượng phân bón 120 kg N + 120 kg $P_2O_5$ + 120 kg $K_2O$/ha. Trong vụ Mùa, mật độ cấy là 40 khóm/$m^2$ kết hợp lượng phân bón 100 kg N + 100 kg $P_2O_5$ + 100 kg $K_2O$/ha.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Văn Thuyết đã thực hiện đánh giá đặc điểm nông sinh học, tính dục, nhận diện gen $tms$ trên 16 dòng mẹ TGMS và sàng lọc được 08 dòng bố có khả năng chịu nóng tốt. Thông qua phân tích khả năng kết hợp Line $\times$ Tester trên 45 tổ hợp lai, nghiên cứu đã chọn tạo thành công giống lúa lai hai dòng HQ21 ($E15S/R29$) có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng gạo khá và chống chịu nhiệt độ cao. Đồng thời, luận án đã xác lập đồng bộ quy trình kỹ thuật sản xuất hạt lai $F_1$ và quy trình thâm canh thương phẩm cho giống HQ21, đóng góp cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn phục vụ phát triển sản xuất lúa lai hai dòng tại các tỉnh phía Bắc Việt Nam.