Luận án tiến sĩ về chọn tạo giống lúa lai cực ngắn cho các tỉnh phía Bắc

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu chọn tạo một số dòng tgms ngắn ngày để tạo giống lúa lai cực ngắn ở các tỉnh phía bắc, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề

• Tác giả: Nguyễn Phụ Thanh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Trí Hoàn
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Nghiên Cứu Chọn Tạo Giống Lúa Lai Cực Ngắn Cho Các Tỉnh Phía Bắc
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: CỞ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
• 1.2. Ưu thế lai và khai thác sử dụng ưu thế lai ở lúa
• 1.3. Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai
• 1.4. Cơ sở phân tử của hiện tượng ưu thế lai
• 1.5. Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa
• 1.6. Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng
• 1.7. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS)
• 1.8. Cơ sở thực tiễn của đề tài
• 1.9. Điều kiện khí hậu thời tiết của các tỉnh phía Bắc Việt Nam
• 1.10. Cơ sở thực tế về sinh trưởng phát triển và gen của giống lúa cực ngắn
• 1.11. Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng bố với các dòng TGMS
• 1.11.1. Tình hình nghiên cứu các dòng TGMS trên Thế giới và ở Việt Nam
• 1.11.2. Tình hình nghiên cứu các dòng TGMS trên Thế giới
• 1.11.3. Tình hình nghiên cứu tạo dòng TGMS của Việt Nam
• 1.11.4. Tình hình nghiên cứu chọn tạo tổ hợp lúa lai 2 dòng trên Thế giới và Việt Nam
• 1.11.5. Tình hình nghiên cứu, chọn tạo tổ hợp lúa lai 2 dòng trên Thế giới
• 1.11.6. Kết quả chọn tạo các tổ hợp lúa lai 2 dòng ở Việt Nam
• 1.11.7. Tình hình phát triển lúa lai trên Thế giới
• 1.11.8. Tình hình phát triển lúa lai của Việt Nam
• 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu (nguồn gốc phụ lục 1)
• 2.2. Vật liệu sử dụng cho chọn tạo TGMS mới, thu thập cho đánh giá và sử dụng
• 2.3. Vật liệu sử dụng cho chọn tạo TGMS mới
• 2.4. Vật liệu TGMS thu thập cho đánh giá và sử dụng: T37S, T14S, T256S, 4TGMS, T6S, 15TGMS, 12TGMS, 25S, Kim76S, TG1
• 2.5. Vật liệu TGMS cho đánh giá ngưỡng nhiệt độ, các đặc tính nông sinh học, thử khả năng kết hợp: T37S, T14S, T256S, 4TGMS, TH17S-16, TH3-3
• 2.6. Vật liệu làm bố cho lai tạo và tìm tổ hợp lai cực ngắn ngày mới
• 2.7. Vật liệu cho nhân dòng mẹ, thử sức sống của vòi nhụy, đánh giá các tổ hợp lai triển vọng: T256S, TH17S-16, RT201, RT205, RT203, LT3
• 2.8. Nội dung nghiên cứu
• 2.9. Nghiên cứu lai tạo, thu thập, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS ngắn ngày
• 2.10. Lai tạo và chọn lọc các dòng TGMS ngắn ngày
• 2.11. Thu thập và chọn thuần các dòng TGMS ngắn ngày
• 2.12. Đánh giá tính bất dục, các đặc tính nông sinh học và khả năng kết hợp của các dòng TGMS thuần ngắn ngày (được lựa chọn)
• 2.13. Đánh giá tính bất dục của các dòng TGMS thuần được lựa chọn
• 2.14. Đánh giá đặc tính hình thái và đặc tính nông sinh học của các dòng TGMS thuần được lựa chọn
• 2.15. Đánh giá KNKH của các dòng mẹ TGMS mới và các dòng bố
• 2.16. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn; đánh giá so sánh một số tổ hợp lai được lựa chọn
• 2.17. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn
• 2.18. Đánh giá một số tổ hợp lai cực ngắn ngày triển vọng được lựa chọn
• 2.19. Nhân dòng mẹ và nghiên cứu sức sống vòi nhụy của dòng mẹ T256S, TH17S-16, bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản xuất tổ hợp lai triển vọng
• 2.20. Nhân dòng mẹ TGMS: T256S, TH17S-16
• 2.21. Nghiên cứu sức sống vòi nhụy của dòng mẹ T256S, TH17S-16
• 2.22. Bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản xuất các tổ hợp lai triển vọng
• 2.23. Phương pháp nghiên cứu
• 2.23.1. Lai tạo, chọn lọc các dòng TGMS
• 2.23.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học và đặc tính bất dục của các dòng TGMS
• 2.23.3. Phương pháp đánh giá KNKH các dòng bố mẹ trong TN Line x Tester
• 2.23.4. Phương pháp đánh giá so sánh tổ hợp lai triển vọng, nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất hạt lai F1 và nhân dòng TGMS
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu chọn tạo, thu thập, làm thuần và đánh giá các dòng TGMS
• 3.2. Lai tạo, chọn lọc và đánh giá các dòng TGMS mới
• 3.3. Đánh giá một số đặc điểm sinh trưởng, hình thái của các dòng TGMS mới chọn tạo
• 3.4. Thu thập và chọn lọc các dòng TGMS ngắn ngày hiện có trong nước
• 3.5. Kết quả đánh giá độ bất dục hạt phấn và các đặc tính nông sinh học, khả năng kết hợp của các dòng TGMS ngắn ngày tốt được lựa chọn
• 3.6. Nghiên cứu đặc tính mẫn cảm nhiệt độ, độ bất dục của hạt phấn của một dòng TGMS tốt được lựa chọn
• 3.7. Kết quả đánh giá các đặc tính hình thái và tính trạng nông sinh học của các dòng TGMS được lựa chọn
• 3.8. Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng TGMS ngắn ngày triển vọng được lựa chọn
• 3.9. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất của các dòng bố mẹ trong nghiên cứu KNKH
• 3.10. Đặc điểm nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai F1 giữa các dòng bố mẹ trong NC KNKH
• 3.11. Kết quả đánh giá KNKH chung (GCA) của các dòng bố mẹ
• 3.12. Kết quả đánh giá KNKH riêng (SCA) của các dòng bố mẹ
• 3.13. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của các dòng bố để tạo ra các tổ hợp lai cực ngắn ngày, so sánh các tổ hợp lai được lựa chọn
• 3.14. Nghiên cứu về lựa chọn TGST của các dòng bố để chọn tạo các tổ hợp lai cực ngắn
• 3.15. Đánh giá một số tổ hợp lai cực ngắn ngày được lựa chọn
• 3.16. Kết quả đánh giá một số tổ hợp lai được lựa chọn
• 3.17. Đánh giá chất lượng gạo của một số tổ hợp lai triển vọng
• 3.18. Nhân dòng mẹ, nghiên cứu sức sống của vòi nhụy dòng mẹ có KNKH chung cao, bước đầu đưa ra quy trình sản xuất hạt lai F1 các tổ hợp triển vọng
• 3.19. Bước đầu nhân thử dòng mẹ TGMS: T256S, TH17S-16
• 3.20. Nghiên cứu sức sống vòi nhụy của 2 dòng mẹ: T256S, TH17S-16 và bước đầu đưa ra hướng dẫn kỹ thuật sản suất hạt lai các tổ hợp triển vọng
• 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về giống lúa lai cực ngắn

Giống lúa lai cực ngắn là một trong những giải pháp quan trọng nhằm nâng cao năng suất và chất lượng lúa ở các tỉnh phía Bắc. Việc nghiên cứu và chọn tạo giống lúa lai này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn đáp ứng nhu cầu sản xuất trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Giống lúa lai có khả năng chống chịu tốt với các yếu tố bất lợi như rét đậm, rét hại và ngập lũ, từ đó đảm bảo an ninh lương thực cho khu vực. Theo nghiên cứu, lúa lai cực ngắn có thời gian sinh trưởng dưới 100 ngày, cho phép nông dân thu hoạch sớm và giảm thiểu rủi ro do thời tiết. Việc phát triển giống lúa cho miền Bắc là cần thiết để thích ứng với biến đổi khí hậu và nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.

II. Cơ sở khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai cực ngắn dựa trên cơ sở khoa học vững chắc về di truyền và ưu thế lai. Nông nghiệp bền vững yêu cầu các giống lúa phải có khả năng thích ứng cao với điều kiện khí hậu miền Bắc. Việc khai thác ưu thế lai trong lúa giúp tạo ra các giống lúa có năng suất cao hơn từ 20-30% so với giống lúa thuần. Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng, đặc biệt là dòng TGMS, đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tạo ra các tổ hợp lai có năng suất và chất lượng tốt. Kỹ thuật trồng lúa cũng cần được cải tiến để phù hợp với các giống lúa mới, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc chọn tạo thành công các dòng TGMS ngắn ngày như T256S và TH17S-16 có khả năng kết hợp cao về năng suất. Các tổ hợp lai như T256S/RT205 và TH17S-16/RT203 đã được xác định là triển vọng với năng suất cao và chất lượng tốt. Năng suất lúa lai có thể đạt từ 6-7 tấn/ha, đáp ứng nhu cầu sản xuất lúa ở các tỉnh phía Bắc. Việc áp dụng các giống lúa này không chỉ giúp nông dân tăng thu nhập mà còn góp phần vào việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng, tạo điều kiện cho sản xuất rau màu vụ Đông có giá trị kinh tế cao. Phát triển giống lúa cũng cần được kết hợp với các biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp để tối ưu hóa năng suất và chất lượng.

IV. Đề xuất và khuyến nghị

Để phát triển bền vững giống lúa lai cực ngắn, cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và phát triển giống lúa mới. Việc tăng cường hợp tác giữa các viện nghiên cứu, trường đại học và nông dân là rất quan trọng. Cần tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật canh tác cho nông dân để họ có thể áp dụng hiệu quả các giống lúa mới. Ngoài ra, việc theo dõi và đánh giá thường xuyên các giống lúa lai trong điều kiện thực tế sẽ giúp cải thiện chất lượng giống và năng suất sản xuất. Phát triển giống lúa chất lượng cao không chỉ giúp nâng cao đời sống nông dân mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Công trình "Nghiên cứu chọn tạo một số dòng TGMS ngắn ngày để tạo giống lúa lai cực ngắn ở các tỉnh phía Bắc" được Nguyễn Phụ Thanh thực hiện tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Trí Hoàn và TS. Hà Văn Nhân, bảo vệ năm 2019 thuộc chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng (mã số: 9620111).

Về tính cấp thiết, điều kiện thời tiết các tỉnh phía Bắc hàng năm thường xuyên xuất hiện rét đậm, rét hại từ tháng 12 đến tháng 1 năm sau, đặc biệt tại các tỉnh miền núi nhiệt độ có thời điểm giảm xuống dưới 0°C. Theo số liệu khí tượng, đợt rét ngày 12/01/2015 ghi nhận nhiệt độ trung bình tại vùng núi chỉ từ 10 - 15°C; đợt rét ngày 25/01/2016 gây mưa tuyết, băng giá và sương muối diện rộng tại Lào Cai, Lai Châu, Cao Bằng, Lạng Sơn, Bắc Kạn, Yên Bái, Hà Giang, Điện Biên. Cùng với rét hại, lũ lụt thường xuyên xuất hiện từ tháng 6 đến tháng 8 tại miền núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ. Năm 2014, thống kê trên 20 sông chính cho thấy xuất hiện 71 trận lũ; riêng đợt lũ từ ngày 19 - 21/07/2014 trên lưu vực sông Hồng đã làm ngập lụt, gây thiệt hại 10.970 ha lúa, 5.520 ha hoa màu với giá trị thiệt hại khoảng 1.262 tỷ đồng. Để né rét đầu vụ Xuân và tránh lũ cuối vụ Hè Thu hoặc đầu vụ Mùa, cơ cấu cây trồng đòi hỏi các giống lúa cực ngắn ngày có thời gian sinh trưởng dưới 100 ngày trong vụ Mùa. Mặc dù sản xuất đã có một số giống lúa thuần cực ngắn như P6ĐB (năng suất 4,5 - 5,5 tấn/ha) và N25 (năng suất 5,5 - 6,5 tấn/ha), nhưng năng suất thực thu còn thấp. Trong khi đó, các dòng mẹ bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) hiện có trong nước chủ yếu có thời gian sinh trưởng trung và dài ngày (140 - 163 ngày trong vụ Xuân), chưa đáp ứng được yêu cầu lai tạo tổ hợp lúa lai hai dòng cực ngắn ngày.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể:

1. Tạo và chọn lọc được các dòng TGMS ngắn ngày có các đặc tính nông sinh học tốt, độ bất dục ổn định, có khả năng kết hợp cao.
2. Tạo ra các tổ hợp lúa lai hai dòng cực ngắn ngày (thời gian sinh trưởng ≤ 100 ngày trong vụ Mùa) đạt năng suất cao, phẩm chất khá phục vụ sản xuất tại các tỉnh phía Bắc.

Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm các dòng mẹ TGMS, các dòng lúa thuần làm bố và các tổ hợp lúa lai hai dòng tạo thành từ các dòng bố mẹ này. Phạm vi không gian của đề tài được triển khai thực nghiệm tại ba địa bàn đại diện: Hà Nội, Hải Dương và Lào Cai. Phạm vi thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2012 đến tháng 5/2019. Đề tài tập trung giải quyết các nội dung chọn tạo dòng mẹ TGMS ngắn ngày, xác định ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục, đánh giá khả năng kết hợp (KNKH), nghiên cứu sức sống vòi nhụy và khảo nghiệm các tổ hợp lai cực ngắn ngày triển vọng.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu về ưu thế lai, hệ thống bất dục đực và công tác chọn giống lúa lai hai dòng trên thế giới và tại Việt Nam:

Về cơ sở khoa học của ưu thế lai, tác giả dẫn giải các nghiên cứu kinh điển của Davenport (1908) về giả thuyết tính trội, East (1936) về giả thuyết siêu trội và mô hình phân tử của Xu (2010). Các biểu hiện ưu thế lai trên cây lúa được tổng hợp qua công trình của Burton (1983) về bộ rễ, Lin và Yuan (1980) về khả năng đẻ nhánh và chu kỳ sinh trưởng, Chang (1967) về chiều cao cây, Ponnuthurai (1984) về thời gian sinh trưởng, Kasura (2007) về hiệu suất quang hợp và tích lũy chất khô, Sirajul Islam (2007) về khả năng chống chịu điều kiện bất thuận, và Virmani (1981, 1997) về các yếu tố cấu thành năng suất. Cơ chế di truyền tính trạng ra hoa sớm ở lúa được gắn với tương tác phân tử OsGI-Hd1-Hd3a và PRR37 (Goretti et al., 2017; Naranjo et al.) cùng các locus tính trạng số lượng Hd-1, Hd-2, Hd-3, Hd-4, Hd-5 (Lin et al., 1998; Calvert et al.).

Về hệ thống bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ (TGMS), luận án ghi nhận hệ thống do Martin và Crowford phát hiện năm 1951, được phát triển trên lúa tại Trung Quốc từ nguồn Nongken58S (Yin Hua Qi và Zhuje, 1996; Mou, 2000). Lu (1994) phân loại các dòng TGMS thành các nhóm ngưỡng nhiệt: ngưỡng thấp khoảng 23,5°C (Peiai 64S, 735S, HN5-2S, 8906S, K14S), ngưỡng cao khoảng 26°C (8902S, 5047S) và nhóm phản ứng đảo nghịch (W6154S, W7415S, Dianxin1A, Jiang Yiming et al.). Các gen quy định tính bất dục nhân mẫn cảm nhiệt độ được điểm lại gồm: tms1 trên nhiễm sắc thể số 8, tms2 trên nhiễm sắc thể số 7 (Maruyama et al., 1991), tms3 trên nhiễm sắc thể số 6 (Subudhi; Lê Duy Thành, 2001), tms4(t) trên vai ngắn nhiễm sắc thể số 4 (Phạm Văn Đồng, 1999), tms5 (Phạm Văn Thuyết và CS), và tms9 trên nhiễm sắc thể số 2 định vị giữa hai chỉ thị Indel37 và Indel57 (Sheng et al.). Nghiên cứu quốc tế về chọn tạo dòng TGMS và tổ hợp lai được ghi nhận qua các công trình tại Ấn Độ (Latha et al., 2004; Kanimozhi, 2018; Salgotra et al.; Manonmani et al.; Sai RekhaK et al.; Hari-Prasad et al., 2018), Trung Quốc (Chen et al.; Liu Bin et al.; Guo hua et al.; Zhou yong et al.; Hu Gang et al.; Yuan, 2014, 2017), Philippines (Escamos, 2013; Mel Anthony và Talavera, 2017), Hoa Kỳ (Sha et al., 2008) và Thái Lan (Suniyum et al., 2014; Werrachai Matthayatthaworn, 2018).

Tại Việt Nam, các đơn vị nghiên cứu đã tạo lập nhiều dòng TGMS và tổ hợp lai hai dòng phục vụ sản xuất (Nguyễn Trí Hoàn, 2007; Hà Văn Nhân, 2000; Nguyễn Thị Gấm, 2003; Phạm Đồng Quảng, 2006; Lê Hùng Phong và CS, 2018, 2019; Xie và Hardy, 2009). Bảng tổng kết dưới đây phản ánh các dòng TGMS tiêu biểu được phát triển và sử dụng tại Việt Nam giai đoạn 2001 - 2005:

Tên dòng	Nguồn gốc tác giả	Đơn vị	Ngưỡng bất dục (°C)	Ngưỡng hữu dục (°C)	Tình trạng sử dụng
T196S, 103S	T1S / Peiai 64	HAU	25,5	22 - 23	Thương mại
P5S	T1S / Peiai 64	HAU	25 và ngày dài	≤ 24	Thương mại
P47S	Chọn lọc từ Peiai 64	HAU	25,0	23,5	Dùng cho chọn tạo
AMS27S	TGMS / lúa thuần	VASI	25,0	23,5	Dùng cho chọn tạo
AMS28S	TGMS / lúa thuần	VASI	25,0	23,5	Dùng cho chọn tạo
AMS30S	Chọn từ vật liệu phân ly	VASI	24,5	23,0	Thương mại
AMS31S	CL64S / VN292-2	VASI	25,5	≤ 23,0	Chọn tạo, triển vọng
AMS33S	CL64S / BM9820-11	VASI	25,5	≤ 23,0	Chọn tạo
TGMS1	Lai tạo	FCRI	25,0	≤ 24,0	Chọn tạo
TGMS20	Nuôi cấy bao phấn	FCRI	25,0	≤ 24,0	Chọn tạo
D101S, D102S	VN1 / DT12	AGI	> 24,0	≤ 24,0	Chọn tạo
TGMS 18-2	H84 / CR203	AGI	> 24,0	< 24,0	Chọn tạo
TG1, TG22	103S / Pei64S; TGMS2	Vanlam	-	-	Chọn tạo

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Dù các đơn vị trong nước đã công nhận nhiều giống lúa lai hai dòng (VL20, TH3-3, TH3-4, HC1, HYT102, HYT108, HYT116, HYT124, TH3-7...), toàn bộ các dòng mẹ TGMS hiện hữu đều có chu kỳ sinh trưởng vụ Xuân từ 140 - 163 ngày. Do thời gian sinh trưởng của dòng mẹ dài, các tổ hợp lai tạo thành không thể đạt độ chín cực sớm (dưới 100 ngày trong vụ Mùa). Luận án định vị trọng tâm giải quyết khoảng trống này bằng việc chọn tạo nguồn dòng mẹ TGMS mới có chu kỳ sinh trưởng ngắn ngày, đồng thời xác lập tiêu chí chọn dòng bố phù hợp để rút ngắn chu kỳ sinh trưởng của F1.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên nền tảng lý thuyết ưu thế lai và phương thức di truyền của gen lặn mẫn cảm nhiệt độ điều khiển tính bất dục đực (gen tms). Cơ sở đánh giá khả năng kết hợp được thiết lập theo khung phân tích di truyền số lượng của Kempthorne (1957) thông qua mô hình Line × Tester, nhằm phân tách phương sai khả năng kết hợp chung (GCA) do tác động cộng tính của gen và phương sai khả năng kết hợp riêng (SCA) do tác động không cộng tính (tương tác trội, át gen), kết hợp các nhận định của Trần Duy Quý (2000), Nguyễn Văn Hoan và Vũ Hồng Quảng (2006), và Nguyễn Như Hải (2007).

Hệ thống phương pháp thực nghiệm được triển khai gồm:

1. Phương pháp lai tạo và chọn giống phả hệ (Pedigree method): Sử dụng các cặp lai giữa dòng mẹ TGMS và dòng bố ngắn ngày, theo dõi phân ly ở thế hệ F2, F3; sàng lọc cá thể bất dục và hữu dục cực ngắn ngày qua các thế hệ tự thụ để cố định kiểu gen thuần.
2. Phương pháp kiểm tra độ bất dục và xác định ngưỡng nhiệt độ: Nhuộm hạt phấn bằng dung dịch I-KI 1% để quan sát dưới kính hiển vi quang học, phân loại hạt phấn bất dục (dị dạng, teo tóp, không bắt màu) và hữu dục (tròn đều, bắt màu nâu đen). Theo dõi tỷ lệ bất dục hạt phấn và tỷ lệ kết hạt tự nhiên qua các tháng trong năm tại đồng ruộng, kết hợp xử lý các chế độ nhiệt độ kiểm soát trong buồng khí hậu nhân tạo (phytotron) hoặc chậu vại thí nghiệm để xác định ngưỡng chuyển đổi tính dục an toàn.
3. Phương pháp Line × Tester: Đánh giá KNKH của các dòng mẹ TGMS mới chọn tạo (Line) với các dòng bố thử nghiệm (Tester). Tính toán giá trị GCA cho từng dòng bố mẹ và SCA cho từng tổ hợp lai F1 đối với các tính trạng thời gian từ gieo đến trỗ, chiều cao cây, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu.
4. Phương pháp khảo nghiệm nông sinh học và chất lượng: Bố trí thí nghiệm so sánh các tổ hợp lai theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại. Đánh giá tính trạng hình thái lá đòng, bông, tỷ lệ hoa thò vòi nhụy, sức sống đầu nhụy (thông qua tỷ lệ kết hạt sau các ngày nở hoa), mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên (rầy nâu, bạc lá, khô vằn, đạo ôn) theo thang điểm chuẩn của IRRI. Phân tích chất lượng gạo thương phẩm (tỷ lệ gạo xát, gạo nguyên, hàm lượng amylose, độ bền gel).

Vật liệu nghiên cứu bao gồm:

• Tập đoàn dòng mẹ TGMS thu thập và đánh giá sơ bộ: T37S, T14S, T256S, 4TGMS, T6S, 15TGMS, 12TGMS, 25S, Kim76S, TG1.
• Dòng mẹ TGMS đưa vào đánh giá ngưỡng nhiệt độ, đặc tính nông sinh học và KNKH: T37S, T14S, T256S, 4TGMS, TH17S-16, TH3-3.
• Dòng bố và vật liệu phục vụ nhân dòng mẹ, kiểm tra sức sống vòi nhụy, sản xuất thử: RT201, RT205, RT203, LT3.
• Nguồn số liệu khí tượng và thiên tai trích xuất từ Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương và Ban Chỉ đạo Phòng chống lụt bão Trung ương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Cơ sở khoa học và tổng quan tài liệu của đề tài

Chương này tổng quan cơ sở lý luận về hiện tượng ưu thế lai, các giả thuyết di truyền (tính trội, siêu trội, mô hình tương tác phân tử), bản chất sinh học của hệ thống bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS), và vai trò của các locus gen tms1 đến tms9. Tác giả phân tích điều kiện khí tượng các tỉnh phía Bắc, chứng minh sự cần thiết phải né đợt rét đậm, rét hại tháng 12 - tháng 1 và né lũ tháng 6 - tháng 8 bằng giống cực ngắn ngày. Chương I cũng điểm luận toàn diện tình hình chọn tạo dòng TGMS, thành tựu thương mại hóa lúa lai hai dòng tại Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, Hoa Kỳ, Thái Lan và Việt Nam, đồng thời phân tích cơ sở chọn lọc bố mẹ dựa trên phân tích phương sai Line × Tester.

Chương II: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương II mô tả chi tiết nguồn gốc tập đoàn vật liệu dòng mẹ TGMS nhập nội và trong nước, các dòng lúa thuần dùng làm bố, quy trình lai tích lũy và phả hệ chọn lọc từ F1 đến F6. Tác giả trình bày quy trình bố trí thí nghiệm ngoài đồng theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD); công thức xử lý nhiệt độ trong phòng kiểm soát nhằm xác định ngưỡng mẫn cảm chuyển đổi tính dục của hạt phấn; kỹ thuật nhuộm I-KI; phương pháp Line × Tester theo Kempthorne (1957) để ước lượng GCA và SCA; phương pháp đánh giá tỷ lệ thò vòi nhụy, sức sống vòi nhụy qua các mốc thời gian sau trỗ; phương pháp đánh giá sâu bệnh và phân tích phẩm chất xay xát, hóa sinh của hạt gạo thương phẩm.

Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương III trình bày kết quả thực nghiệm qua các nội dung chính:

• Chọn tạo và làm thuần dòng TGMS: Từ các tổ hợp lai ban đầu, qua phân lập các thế hệ F2, F3 và tự phối phả hệ, tác giả chọn lọc được các dòng TGMS thuần ngắn ngày có thời gian sinh trưởng rút ngắn rõ rệt so với các dòng mẹ truyền thống.
• Đánh giá tính bất dục và ngưỡng nhiệt độ: Kết quả kiểm tra hạt phấn và tỷ lệ kết hạt trong điều kiện tự nhiên qua các tháng cùng thí nghiệm kiểm soát nhiệt độ xác định dòng T256S và TH17S-16 có độ bất dục hạt phấn đạt 100% trong điều kiện nhiệt độ cao (> 24 - 25°C). Ngưỡng nhiệt độ chuyển hóa hữu dục an toàn dưới 23°C, giai đoạn cảm ứng nhiệt độ mạnh nhất diễn ra từ 8 đến 11 ngày trước trỗ (thời kỳ phân chia tế bào mẹ hạt phấn).
• Đặc tính nông sinh học và hình thái hoa: Dòng T256S và TH17S-16 thể hiện các đặc tính có lợi cho sản xuất hạt lai: chiều cao cây thấp gọn, góc lá đòng đứng, tỷ lệ thò vòi nhụy cao, khả năng nhận phấn ngoài tốt và duy trì sức sống vòi nhụy kéo dài sau khi nở hoa từ 3 - 5 ngày. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính (đạo ôn, bạc lá, khô vằn, rầy nâu) trong điều kiện tự nhiên ở mức nhẹ đến trung bình.

Dưới đây là bảng tổng hợp các đặc tính nông sinh học và ngưỡng nhiệt độ của các dòng mẹ TGMS được đánh giá trong nghiên cứu:

Tên dòng TGMS	Thời gian sinh trưởng vụ Xuân (ngày)	Chiều cao cây (cm)	Độ bất dục hạt phấn vụ Mùa (%)	Ngưỡng nhiệt chuyển đổi tính dục (°C)	Tỷ lệ thò vòi nhụy
T256S	Ngắn (thuần)	Thấp - trung bình	100	Bất dục > 24,0; Hữu dục ≤ 23,0	Cao
TH17S-16	Ngắn (thuần)	Thấp - trung bình	100	Bất dục > 24,0; Hữu dục ≤ 23,0	Cao
T37S	Trung bình	Trung bình	100	Ổn định theo mùa	Khá
T14S	Trung bình	Trung bình	Phân ly nhẹ	Biến động nhiệt độ	Trung bình
4TGMS	Ngắn	Thấp	100	Ổn định theo mùa	Khá
TH3-3 (ĐC)	Trung ngày	Trung bình	100	Chuẩn kiểm chứng	Khá

• Đánh giá khả năng kết hợp (Line × Tester):
  • Phân tích GCA: Dòng mẹ T256S và TH17S-16 biểu hiện hiệu ứng GCA cao về năng suất thực thu và số hạt chắc trên bông. Đặc biệt, dòng T256S có giá trị GCA mang dấu âm đối với tính trạng thời gian từ gieo đến trỗ và chiều cao cây, chứng minh vai trò di truyền rút ngắn chu kỳ sinh trưởng và hạn chế chiều cao cây ở con lai F1. Về phía dòng bố, các dòng RT205 và RT201 có GCA cao về năng suất.
  • Phân tích SCA: Xác định các tổ hợp lai có hiệu ứng SCA cao về năng suất thực thu, tỷ lệ kết hạt và thời gian sinh trưởng ngắn.
• Nghiên cứu chu kỳ sinh trưởng của dòng bố và khảo nghiệm tổ hợp lai: Luận án xác định nguyên tắc chọn dòng bố có thời gian từ gieo đến trỗ ≤ 75 ngày để phối hợp với dòng mẹ TGMS cực ngắn. Ba tổ hợp lai triển vọng được lựa chọn gồm T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203. Cả ba tổ hợp đều có thời gian sinh trưởng ≤ 100 ngày trong vụ Mùa, năng suất thực thu đạt 6,5 - 7,5 tấn/ha (vượt trội so với các giống lúa thuần cực ngắn đối chứng), chất lượng gạo thương phẩm đạt tiêu chuẩn hạt dài, tỷ lệ bạc bụng thấp, cơm mềm.
• Nhân dòng mẹ và sản xuất hạt lai F1: Thử nghiệm nhân dòng T256S và TH17S-16 trong vụ Đông Xuân tại vùng có nhiệt độ thấp thích hợp đạt kết quả chuyển hóa hữu dục tốt, tỷ lệ đậu hạt cao. Nghiên cứu xác lập khung thời gian sức sống vòi nhụy và bước đầu đưa ra quy trình sản xuất hạt lai F1 cho các tổ hợp triển vọng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự công bố các đóng góp mới về mặt lý luận khoa học và thực tiễn sản xuất:

1. Những đóng góp mới về lý luận cho chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng:

   • Xác lập phương pháp chọn tạo dòng mẹ TGMS ngắn ngày: Sử dụng dòng bố ngắn ngày lai với các dòng mẹ TGMS hiện có, chọn lọc các cá thể F1 có thời gian sinh trưởng ngắn; tiếp tục phân lập và chọn lọc cá thể bất dục và hữu dục từ thế hệ F2, F3 có thời gian sinh trưởng cực ngắn theo phương pháp phả hệ. Phương pháp này cho phép chọn tạo thành công các dòng mẹ TGMS ngắn ngày và cực ngắn ngày có độ bất dục ổn định.
   • Xác lập nguyên lý tạo tổ hợp lai F1 cực ngắn ngày: Để tạo con lai F1 có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày (≤ 100 ngày trong vụ Mùa), cần lựa chọn dòng bố có thời gian sinh trưởng từ gieo đến trỗ nhỏ hơn hoặc bằng 75 ngày để lai với dòng mẹ TGMS có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày.

2. Những đóng góp mới phục vụ thực tiễn sản xuất:

   • Chọn tạo thành công 2 dòng mẹ TGMS thuần ngắn ngày gồm T256S và TH17S-16 có độ bất dục hạt phấn 100%, ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi an toàn và khả năng kết hợp chung về năng suất cao. Trong đó, dòng T256S có KNKH làm giảm chiều cao cây và rút ngắn thời gian sinh trưởng của con lai.
   • Xác định 2 dòng bố RT205 và RT201 có khả năng kết hợp chung cao về năng suất.
   • Chọn tạo thành công 3 tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng gồm T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203. Các tổ hợp này có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày (≤ 100 ngày trong vụ Mùa), năng suất cao, phẩm chất gạo khá, đáp ứng mục tiêu tránh lũ ở miền Trung, né rét vụ Xuân muộn ở phía Bắc, đồng thời phục vụ chuyển đổi cơ cấu cây vụ Đông sớm có giá trị kinh tế cao trên đất hai vụ lúa.

3. Đề xuất kỹ thuật:

   • Xây dựng hướng dẫn kỹ thuật nhân dòng mẹ TGMS (T256S, TH17S-16) dựa trên chế độ nhiệt chuyển hóa tính dục.
   • Hoàn thiện các thông số kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 (thời điểm gieo mạ lệch dòng bố mẹ, tỷ lệ hàng bố mẹ, điều tiết thụ phấn bổ sung dựa trên sức sống vòi nhụy).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án gắn liền với phạm vi và điều kiện thực nghiệm:

• Các thí nghiệm đánh giá nông sinh học, tính bất dục và khảo nghiệm tổ hợp lai mới được triển khai tập trung tại 3 địa bàn (Hà Nội, Hải Dương, Lào Cai) trong giai đoạn từ 2012 đến 2019, chưa bao quát toàn bộ các tiểu vùng sinh thái đặc thù của vùng núi cao phía Bắc và Bắc Trung Bộ.
• Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh hại (đạo ôn, bạc lá, khô vằn, rầy nâu) chủ yếu thực hiện qua theo dõi tự nhiên trên đồng ruộng, chưa đi sâu lây nhiễm nhân tạo với các chủng nòi chuyên biệt.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng mạng lưới khảo nghiệm quốc gia đối với 3 tổ hợp lai T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203 tại các vùng sinh thái né lũ Bắc Trung Bộ và luân canh vụ Đông đồng bằng sông Hồng.
• Ứng dụng chỉ thị phân tử để xác định chính xác locus gen kiểm soát tính bất dục nhiệt độ ở dòng T256S và TH17S-16.
• Hoàn thiện và chuẩn hóa quy trình sản xuất hạt lai F1 ở quy mô công nghiệp nhằm nâng cao năng suất hạt lai thương phẩm và hạ giá thành hạt giống.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại các giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh và nhà chọn giống cây trồng: Cung cấp phương pháp luận thực nghiệm về quy trình chọn lọc phả hệ tạo dòng TGMS ngắn ngày; phương pháp áp dụng mô hình phân tích Line × Tester (Kempthorne) để phân định GCA và SCA; kỹ thuật kiểm soát nhiệt độ xác định ngưỡng chuyển đổi tính dục hạt phấn.
• Đối với giảng viên và cơ sở đào tạo nông nghiệp: Là tài liệu chuyên khảo tham khảo trong giảng dạy các học phần Di truyền học thực vật, Chọn giống cây trồng và Công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai.
• Đối với các cơ quan quản lý và chuyển giao kỹ thuật nông nghiệp: Cung cấp nguồn vật liệu dòng mẹ (T256S, TH17S-16) và các tổ hợp lai cực ngắn ngày để bổ sung vào cơ cấu mùa vụ né tránh thiên tai (rét hại, ngập lũ), phục vụ tái cơ cấu ngành trồng trọt tại các tỉnh phía Bắc và miền Trung.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao sản xuất lúa tại các tỉnh phía Bắc và miền Trung lại đòi hỏi các giống lúa lai cực ngắn ngày?
Do thời tiết hàng năm thường xuất hiện các đợt rét đậm, rét hại diện rộng vào tháng 12 và tháng 1 (nhiều nơi nhiệt độ dưới 0°C, gây chết mạ vụ Xuân) và mùa mưa lũ tập trung từ tháng 6 đến tháng 8 (như đợt lũ tháng 7/2014 gây thiệt hại trên 10.970 ha lúa). Giống cực ngắn ngày (thời gian sinh trưởng vụ Mùa dưới 100 ngày) cho phép gieo cấy muộn trong vụ Xuân để tránh rét, thu hoạch sớm trong vụ Hè Thu để né lũ, đồng thời giải phóng đất sớm để trồng cây vụ Đông có giá trị kinh tế.

2. Điểm hạn chế chính của các dòng mẹ TGMS hiện có trong nước trước khi luận án thực hiện là gì?
Toàn bộ các dòng mẹ TGMS được sử dụng phổ biến tại Việt Nam trước đây đều có thời gian sinh trưởng trung và dài ngày (vụ Xuân dao động từ 140 đến 163 ngày). Chu kỳ sinh trưởng dài của dòng mẹ khiến việc tạo ra các tổ hợp lúa lai hai dòng có thời gian sinh trưởng cực ngắn (≤ 100 ngày vụ Mùa) không thể thực hiện được.

3. Luận án đã rút ra quy tắc nào để tạo ra tổ hợp lúa lai F1 cực ngắn ngày?
Tác giả xác lập quy tắc: Để tạo ra tổ hợp lai F1 có thời gian sinh trưởng cực ngắn (≤ 100 ngày trong vụ Mùa), bắt buộc phải chọn dòng bố có thời gian sinh trưởng từ gieo đến trỗ nhỏ hơn hoặc bằng 75 ngày để lai với dòng mẹ TGMS có thời gian sinh trưởng cực ngắn ngày.

4. Dòng mẹ T256S có những đặc tính di truyền và nông sinh học nổi bật nào?
Dòng T256S có chu kỳ sinh trưởng ngắn, độ bất dục hạt phấn đạt 100% ở ngưỡng nhiệt độ cao (> 24°C), ngưỡng chuyển hóa hữu dục an toàn dưới 23°C. Về mặt di truyền, T256S có giá trị KNKH chung (GCA) cao về năng suất thực thu, đồng thời có GCA âm về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây, giúp con lai chín sớm và tăng khả năng chống đổ.

5. Ba tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng nhất được chọn tạo trong luận án là những tổ hợp nào?
Đó là 3 tổ hợp: T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203. Cả ba tổ hợp đều đạt thời gian sinh trưởng ≤ 100 ngày trong vụ Mùa, năng suất thực thu vượt trội so với các giống lúa thuần cực ngắn đối chứng (P6ĐB, N25), phẩm chất gạo tốt và đáp ứng yêu cầu luân canh tránh thiên tai.

Kết luận

Luận án của Nguyễn Phụ Thanh đã giải quyết khoảng trống thực tiễn về thiếu hụt dòng mẹ TGMS ngắn ngày phục vụ chọn tạo giống lúa lai hai dòng cực ngắn tại miền Bắc Việt Nam. Công trình đã chọn tạo thành công hai dòng mẹ TGMS thuần T256S và TH17S-16 có độ bất dục ổn định, xác lập nguyên tắc chọn dòng bố có thời gian từ gieo đến trỗ ≤ 75 ngày để tạo con lai F1 chín cực sớm. Ba tổ hợp lai triển vọng gồm T256S/RT205, T256S/RT201 và TH17S-16/RT203 có thời gian sinh trưởng ≤ 100 ngày trong vụ Mùa và năng suất cao là nguồn vật liệu có giá trị phục vụ cơ cấu né rét đầu vụ Xuân, tránh lũ Hè Thu và phát triển cây vụ Đông sớm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I CỞ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU CỦA ĐỀ TÀI 1. Cơ sở khoa học của đề tài: 1. Ưu thế lai và khai thác sử dụng ưu thế lai ở lúa Ưu thế lai (heterosis) 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, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất, chất lượng và các đặc tính khác (Nguyễn Công Tạn và CS. Ưu thế lai có thể là tích cực hay tiêu cực, cả hai ưu thế lai tích cực và tiêu cực có thể hữu ích tùy thuộc vào đặc điểm và mục đích khai thác, ví dụ về ưu thế lai tích cực là ưu thế lai cho năng suất còn ưu thế lai tiêu cực là thời gian sinh trưởng.

Từ quan điểm thực tế, ưu thế lai chuẩn là quan trọng nhất bởi vì mục đích của chúng là phát triển các giống lai tốt hơn so với các giống cao hiện có đang được phát triển thương mại trong sản xuất (Virmani, 1997). Trong việc khai thác ưu thế lai ở lúa, lúa lai hai dòng đã tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn lúa lai ba dòng: khi nghiên cứu và sản xuất chỉ sử dụng hai dòng bố mẹ, không cần dòng duy trì bất dục, cơ hội tìm dòng cho phấn dễ dàng hơn, ưu thế lai cao hơn từ 5-10%, chất lượng gạo dễ cải thiện. Ngoài ra còn tạo ra nhiều thuận lợi cho việc nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai của các tổ hợp Indica/Japonica (Nguyễn Việt Long, 2006). Hệ thống lúa lai hai dòng liên quan đến dòng bất dục có thể là bất dục chức năng, có thể là bất dục phấn phụ thuộc vào nhiệt độ hoặc ngày dài (Galal Anis et al.

Điều kiện khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh tương đối rõ rệt nên có thể lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất hạt giống lúa lai hệ hai dòng, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng các dòng mẹ TGMS (bất dục di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ). Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai 5 luan an Ưu thế lai đã được sử dụng rộng rãi trong chọn giống cây trồng. Tuy nhiên các nhà khoa học chưa đưa ra được một thuyết duy nhất để giải thích hiện tượng ưu thế lai. Hiện nay có nhiều giả thiết để giải thích hiện tượng này nhưng có 2 giả thuyết quan trọng nhất là: Giả thuyết tính trội của Davenport đưa ra năm 1908 và giả thuyết siêu trội của East đưa ra năm 1936 (trích theo Vũ Văn Liết và CS.

+ Giả thuyết về sự tác động tương hỗ giữa các gen trội (hay còn gọi là giả thuyết tính trội) Giả thuyết này cho rằng ưu thế lai là kết quả của sự tác động tương hỗ giữa các gen trội có lợi cho sự sinh trưởng. Các tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng của cơ thể do nhiều gen trội kiểm soát, còn gen lặn tương ứng có tác dụng ngược lại. Khi đem giao phối chúng với nhau, thì con lai ở nhiều vị trí gen, các gen trội sẽ lấn át các gen lặn, số vị trí gen chứa gen trội sẽ tăng lên. Do vậy xuất hiện hiện tượng ưu thế lai, đồng thời thể hiện tính đồng đều của con lai F1, do các con lai có kiểu gen giống nhau chúng sẽ có hình thái giống nhau.

+ Giả thuyết tính siêu trội (hay còn gọi là giả thuyết dị hợp tử): Vì thuyết tính trội chưa giải thích đầy đủ được một số trường hợp về ưu thế lai, do vậy thuyết siêu trội được đưa ra và thu hút nhiều người chú ý.