Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Lúa gạo cung cấp hơn 20% tổng lượng calo hàng ngày cho khoảng 3 tỷ người trên toàn cầu. Hạt gạo chứa trung bình 80% tinh bột, 7,5% protein cùng nhiều loại vitamin và khoáng chất. Trong thương mại quốc tế, tỷ trọng gạo chất lượng cao và gạo thơm xuất khẩu chiếm khoảng 15-17% tổng lượng gạo giao dịch toàn cầu. Tại Việt Nam, lúa lai đã khẳng định ưu thế rõ nét về năng suất so với lúa thuần; năm 2012, diện tích gieo cấy lúa lai cả nước đạt 0,61 triệu ha (chiếm 7,9% diện tích trồng lúa), với năng suất bình quân 6,4 tấn/ha (cao hơn lúa thuần 0,77 tấn/ha).

Tuy nhiên, phần lớn các tổ hợp lúa lai hai dòng thương phẩm sản xuất trong nước chủ yếu tập trung vào năng suất và tính chống chịu, trong khi chất lượng hạt gạo còn hạn chế. Nguồn vật liệu dòng mẹ bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS - Thermosensitive Genic Male Sterile) mang gen quy định mùi thơm (fgr) còn thiếu hụt và chưa đa dạng. Việc thiếu các dòng TGMS vừa có tính bất dục ổn định trong điều kiện biến động thời tiết tại miền Bắc Việt Nam, vừa mang gen thơm và có khả năng kết hợp tốt về các chỉ tiêu chất lượng hạt gạo là khoảng trống kỹ thuật lớn cần giải quyết trong công tác chọn tạo giống lúa lai hai dòng chất lượng cao.

Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài xác định mục tiêu trọng tâm:

  1. Nghiên cứu chọn tạo và sử dụng các dòng TGMS thơm mới nhằm tạo ra các giống lúa lai hai dòng có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt và có mùi thơm phục vụ phát triển sản xuất.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu:
    • Các dòng TGMS ban đầu không thơm (T1S-96, T7S, T23S) làm thể nhận, được lai với các giống lúa thơm cải tiến làm nguồn cho gen thơm (BT7, Basmati, Hoa Sữa, Hương Cốm) để chọn tạo dòng TGMS thơm mới.
    • Các dòng bố phục hồi (R) mang đặc tính thơm và chất lượng tốt kế thừa từ Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng (RA27, RA28, RA29, R12-1...).
    • Các tổ hợp lai hai dòng F1 tạo thành từ các cặp lai giữa dòng mẹ TGMS mới và các dòng bố.
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đồng ruộng và phân tích được triển khai tại Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); phân tích chất lượng tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng Quốc gia, Khoa Công nghệ thực phẩm (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); phân tích chỉ thị phân tử tại Phòng thí nghiệm thuộc Dự án JICA (Học viện Nông nghiệp Việt Nam).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 6 năm 2008 đến tháng 11 năm 2015.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước trong và ngoài nước

Luận án đã hệ thống hóa bức tranh toàn cảnh về nghiên cứu lúa lai thế giới và Việt Nam qua các giai đoạn:

  1. Lịch sử và tiến trình phát triển lúa lai:
    • Tại Trung Quốc, nghiên cứu bắt đầu từ năm 1964 khi phát hiện nguồn bất dục đực hoang dại (Oryza fatua spontanea) tại đảo Hải Nam, dẫn tới sản xuất lô hạt F1 ba dòng thương phẩm đầu tiên năm 1973 (Hoàng Tuyết Minh, 2002).
    • Hệ thống lúa lai hai dòng được khởi xướng từ phát hiện dạng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm ánh sáng (PGMS) trên giống Nongken 58 của Shi Ming Song (1973). Chang (2008) chia lịch sử lúa lai Trung Quốc thành 4 giai đoạn từ 1964 đến 2009, mở rộng diện tích và hình thành chương trình siêu lúa lai (Yuan Longping, 2014).
    • Thống kê của Dasgupta và Roy (2014) về diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai năm 2012 tại một số quốc gia châu Á:
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

  1. Hệ thống di truyền bất dục đực mẫn cảm môi trường (EGMS):

    • Các gen kiểm soát tính bất dục nhiệt độ (TGMS) được định vị gồm tms1 (nhiễm sắc thể 8, Wang et al., 1995), tms2 (nhiễm sắc thể 7, Yamaguchi et al., 1997; liên kết với chỉ thị RM11), tms3 (nhiễm sắc thể 6, Subudhi et al., 1997), tms4 (nhiễm sắc thể 2 hoặc 4, Nguyễn Văn Đồng et al., 2000), tms5 (nhiễm sắc thể 2, liên kết với RM174 và R394, Wang et al., 2003), tms6, tmsX (Peng et al., 2009), và tms9 (Sheng et al., 2013).
    • Tại Việt Nam, nhiều dòng TGMS đã được chọn tạo và ứng dụng như T1S-96, T7S, 103S, T23S, T47S, P5S phục vụ tạo các giống lúa lai hai dòng như VL20, VL24, TH3-3, TH3-4, TH3-5, TH7-2, TH3-7 (Nguyễn Thị Trâm et al., 2010, 2016; Cục Trồng trọt, 2012, 2014).

  2. Di truyền chất lượng và tính thơm ở lúa:

    • Mùi thơm hạt lúa do hợp chất bay hơi 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP) quyết định (Yoshihashi et al., 2002; Calingacion et al., 2010). Gen quy định mùi thơm (fgr hay badh2) nằm trên nhiễm sắc thể số 8 (Bradbury et al., 2005, 2008). Kovach et al. (2009) xác định có tới 10 dạng đột biến trong gen badh2, trong đó phổ biến nhất là alen badh2.1 bị mất đoạn 8 cặp bazơ (8 bp) ở exon 7.
    • Di truyền hàm lượng amylose do locus Wx trên nhiễm sắc thể số 6 chi phối (Wxa, Wxb, Wxin, Wxop) (Zhao et al., 2003; Fitzgerald et al., 2008).
    • Yoshida và Parao (1976) phân tích tương quan hồi quy và khẳng định số hạt/m² đóng góp 60,2% biến động tương đối (74% biến động tuyệt đối) vào năng suất lúa, kết hợp với tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt đóng góp 81,4% (100% tuyệt đối).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các giống lúa lai hai dòng hiện có tại Việt Nam chủ yếu mang đặc điểm gạo không thơm và chất lượng cơm ở mức trung bình. Việc đưa tính trạng thơm vào dòng mẹ TGMS gặp trở ngại do đặc tính bất dục mẫn cảm với nhiệt độ dễ bị phân ly hoặc dịch chuyển ngưỡng bất dục khi lai hữu tính. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: lai chuyển gen thơm fgr vào nền di truyền các dòng TGMS thích ứng miền Bắc, duy trì ngưỡng chuyển đổi tính dục an toàn (≤ 24°C), kết hợp ứng dụng chỉ thị phân tử (MAS) và phân tích khả năng kết hợp để tạo giống lúa lai hai dòng vừa đạt năng suất cao, vừa đạt tiêu chuẩn chất lượng gạo thơm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và phân tích

Luận án vận dụng lý thuyết di truyền số lượng, quy luật di truyền tính bất dục đực tế bào chất và nhân mẫn cảm nhiệt độ, nguyên lý tương tác gen quy định tính thơm (fgr/badh2), hàm lượng amylose (Wx), cùng phương pháp phân tích khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) theo sơ đồ Line x Tester của Singh và Chaudhary (1996).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm đồng ruộng kết hợp phân tích phòng thí nghiệm, kiểm tra sinh hóa và chỉ thị phân tử:

                  [Vật liệu khởi đầu]
           3 dòng TGMS x 4 nguồn cho gen thơm
            [Lai hữu tính & Chọn lọc cá thể]
 [Sàng lọc kiểu hình &       [Chỉ thị phân tử (MAS)]
  ngưỡng nhiệt độ TGMS]       - Phát hiện gen fgr (Bradbury)
  - Phytotron: ≤24°C & >26°C  - Xác định tms2 (RM11), tms5 (C365-1)
  - Soi kính hiển vi (I-KI 1%)
             [5 dòng TGMS thơm ưu tú]
          [Lai thử Line x Tester (6 x 5)]
          Đánh giá 30 tổ hợp lai (GCA, SCA, DTSL)
       [2 tổ hợp lúa lai F1: TH4-6 & TH6-6]
 [Xây dựng quy trình nhân dòng & sản xuất hạt lai F1]

  1. Phương pháp tạo và sàng lọc dòng TGMS:

    • Thực hiện sơ đồ chọn giống dòng mẹ TGMS theo phương pháp của PGS. Nguyễn Thị Trâm (2000).
    • Kiểm tra tính dục hạt phấn bằng kính hiển vi quang học thông qua phương pháp nhuộm dung dịch I-KI 1% (Yuan et al.); chọn lọc các cá thể bất dục hoàn toàn (100% phấn bất dục nhuộm không bắt màu xanh đen).
    • Xác định ngưỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục bằng buồng khí hậu nhân tạo (phytotron) tại các ngưỡng nhiệt độ xử lý và theo dõi chuyển đổi tính dục tự nhiên theo các thời vụ gieo trong năm.

  2. Ứng dụng chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS):

    • Tách chiết DNA tổng số bằng phương pháp CTAB cải tiến (De la Cruz, 1997).
    • Giám định gen quy định mùi thơm (fgr) bằng phản ứng PCR với cặp mồi chuyên biệt theo phương pháp của Bradbury et al. (2005).
    • Xác định gen bất dục nhiệt độ tms2 bằng chỉ thị vi vệ tinh SSR RM11 và gen tms5 bằng chỉ thị C365-1 theo quy trình của Phạm Văn Thuyết (2015).

  3. Phương pháp đánh giá nông sinh học và chất lượng:

    • Đánh giá nông sinh học, hình thái, sâu bệnh theo Hệ thống đánh giá tiêu chuẩn cây lúa (SES) của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI, 2002).
    • Mùi thơm lá đánh giá bằng phương pháp của Sood và Siddiq (1978) theo thang điểm 1-3 của IRRI (2002); mùi thơm nội nhũ đánh giá theo thang điểm 1-4 của Kibria et al.
    • Chất lượng xay xát (tỷ lệ gạo lật, gạo xát, gạo nguyên, tỷ lệ bạc bụng) theo phương pháp của Govindaswami và Ghosh (1969).
    • Hàm lượng amylose phân tích bằng phương pháp so màu quang phổ (Sadavisam và Manikam, 1992), phân cấp theo Kumar và Khush (1987).
    • Hàm lượng protein tổng số định phân theo phương pháp Micro-Kjeldahl. Độ bền thể gel đo theo Tang et al. (1991).
    • Đánh giá cảm quan chất lượng cơm theo Tiêu chuẩn ngành 10TCN 590-2004 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

  4. Xử lý số liệu:

    • Số liệu được tính toán và phân tích phương sai trên phần mềm IRRISTAT phiên bản 5.0.
    • Tuyển chọn tổ hợp lai dựa trên chương trình chỉ số chọn lọc DTSL của Nguyễn Đình Hiền (1995).

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày cơ sở khoa học, tính cấp thiết của việc cải tiến chất lượng và mùi thơm cho lúa lai hai dòng tại Việt Nam, xác định mục tiêu tổng quát, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tổng hợp toàn diện hệ thống lý luận và thực nghiệm về:

  • Lịch sử phát triển lúa lai thế giới (Trung Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Indonesia, Philippines, Thái Lan) và thành tựu lúa lai tại Việt Nam.
  • Bản chất sinh học và di truyền của các dạng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm môi trường (EGMS, TGMS, PGMS); vị trí các locus gen tms và pms trên bản đồ di truyền lúa.
  • Cơ chế di truyền các tính trạng chất lượng hạt gạo (kích thước hạt, tỷ lệ xay xát, độ bạc bụng, hàm lượng amylose, độ bền thể gel, hàm lượng protein, hợp chất 2-AP tạo mùi thơm) và các tính trạng cấu thành năng suất.
  • Các phương pháp chọn tạo dòng bố mẹ, kỹ thuật nhân dòng TGMS và công nghệ sản xuất hạt lai F1 hai dòng.

Phần 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết 4 nội dung nghiên cứu thực nghiệm:

  • Nội dung 1: Lai tạo các dòng TGMS mới có mùi thơm; đánh giá đặc điểm nông sinh học, tính dục, năng suất và chất lượng.
  • Nội dung 2: Đánh giá biểu hiện di truyền một số tính trạng chất lượng gạo từ bố mẹ đến các thế hệ con cái (F1, F2).
  • Nội dung 3: Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ và tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng mới có triển vọng.
  • Nội dung 4: Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật nhằm thiết lập quy trình nhân dòng mẹ AT27 và quy trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH6-6.
  • Chi tiết hóa hóa chất, thông số buồng phytotron, trình tự mồi PCR, công thức tính toán và phần mềm thống kê.

Phần 4: Kết quả và thảo luận

4.1. Lai tạo, chọn lọc và đánh giá dòng TGMS thơm

  • Từ 3 dòng TGMS ban đầu (T1S-96, T7S, T23S) lai với 4 nguồn bố thơm (BT7, Basmati, Hoa Sữa, Hương Cốm), qua chọn lọc phả hệ kết hợp chỉ thị phân tử (MAS), đề tài đã thu được 23 dòng TGMS mới.
  • Kết quả chạy chỉ thị phân tử phát hiện 22/23 dòng mang gen thơm fgr; đồng thời xác định các dòng mang gen bất dục tms2 (sử dụng chỉ thị RM11) và mang gen tms5 (sử dụng chỉ thị C365-1).
  • Qua sàng lọc ngưỡng nhiệt độ trong phytotron và tự nhiên, đã tuyển chọn được 5 dòng TGMS ưu tú: AT1, AT5, AT9, AT24, AT27. Các dòng này có ngưỡng chuyển đổi tính dục an toàn ở mức 24°C, bất dục hoàn toàn (100% phấn bất dục, không hạt phấn hữu dục) khi nhiệt độ giai đoạn cảm ứng mẫn cảm > 26°C.
  • Cả 5 dòng đều có điểm mùi thơm lá đạt điểm 2, mùi thơm nội nhũ đạt điểm 4 (thơm đậm), khả năng nhận phấn ngoài tốt (> 65%) và con lai có thời gian sinh trưởng ngắn.

4.2. Đánh giá mức độ biểu hiện một số tính trạng chất lượng gạo từ bố mẹ đến con cái

  • Chiều dài hạt gạo lật: Biểu hiện di truyền từ cộng tính đến trội dương nghiêng về phía bố hoặc mẹ có kích thước hạt dài hơn.
  • Tỷ lệ gạo xát và gạo nguyên: Biểu hiện mức độ siêu trội dương theo hướng bố mẹ có tỷ lệ gạo xát và gạo nguyên cao hơn.
  • Hàm lượng protein: Ở tất cả các tổ hợp lai nghiên cứu, hàm lượng protein hạt gạo biểu hiện trội âm đến siêu trội âm so với bố mẹ mang hàm lượng thấp, cho thấy tính trạng này bị suy giảm do hiệu ứng lai và khó cải tiến.
  • Hàm lượng amylose: Đa số các tổ hợp lai biểu hiện trung gian đến trội dương nghiêng về phía dòng bố mẹ có hàm lượng amylose cao.
  • Mùi thơm: Sự phân ly mùi thơm thể hiện rõ ở thế hệ hạt thương phẩm (F2); mùi thơm chịu ảnh hưởng của dòng mẹ nhiều hơn dòng bố. Để hạt lai F1 có nội nhũ thơm rõ, bắt buộc cả dòng bố và dòng mẹ đều phải mang gen thơm đồng hợp tử và nội nhũ đạt điểm thơm từ mức 3 trở lên.

4.3. Đánh giá khả năng kết hợp và tuyển chọn tổ hợp lúa lai triển vọng

  • Thực hiện lai 6 dòng mẹ (4 dòng mẹ thơm mới: AT1, AT5, AT24, AT27 và 2 dòng mẹ đối chứng: T1S-96, T7S) với 5 dòng bố (3 dòng thơm, 2 dòng không thơm) tạo thành 30 tổ hợp lai.
  • Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) xác định hai dòng mẹ AT24 và AT27 có giá trị GCA cao và ổn định đối với các yếu tố cấu thành năng suất (số hạt/bông, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt, năng suất thực thu) và các chỉ tiêu chất lượng (tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ trắng trong, độ ngon cơm, hàm lượng protein).
  • Phân tích chỉ số chọn lọc (DTSL) đã chọn ra 6 tổ hợp lai ưu tú (AT24/RA28, AT1/RA28, AT27/RA29, AT24/R12-1, AT24/RA29, AT27/RA28).
  • Qua các thí nghiệm so sánh giống, đã tuyển chọn được 2 tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng nhất: TH4-6 (AT24/RA28) và TH6-6 (AT27/RA28).
Chỉ tiêu nông sinh học & chất lượng Tổ hợp TH4-6 (AT24/RA28) Tổ hợp TH6-6 (AT27/RA28)
Thời gian sinh trưởng vụ Xuân (ngày) 121 - 122 121 - 122
Thời gian sinh trưởng vụ Mùa (ngày) 102 - 103 102 - 103
Dạng hình thân - cây Bán lùn, bông to dài, xếp sít Bán lùn, bông to dài, xếp sít
Khối lượng 1000 hạt (g) 24,3 - 25,3 24,3 - 25,3
Năng suất thực thu vụ Xuân (tạ/ha) 74,1 - 75,6 74,1 - 75,6
Năng suất thực thu vụ Mùa (tạ/ha) 69,2 - 69,4 69,2 - 69,4
Tỷ lệ gạo xát & gạo nguyên Cao, hạt thon dài Cao, hạt thon dài
Hàm lượng amylose (%) 16,4 - 16,6 16,4 - 16,6
Hàm lượng protein (%) 8,9 - 9,1 8,9 - 9,1
Chất lượng cơm Ngon, mềm, vị đậm, thơm đậm Ngon, mềm, vị đậm, thơm đậm

4.4. Nghiên cứu biện pháp kỹ thuật nhân dòng mẹ và sản xuất hạt lai F1

  • Quy trình nhân dòng mẹ AT27 (vụ Xuân tại miền Bắc):
    • Thời vụ gieo mạ: Từ ngày 14 đến 23 tháng 12.
    • Mật độ cấy: 50 khóm/m².
    • Lượng phân bón: 120 kg N/ha với tỷ lệ phối hợp N : P₂O₅ : K₂O là 1 : 1 : 0,75.
  • Quy trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH6-6 (vụ Mùa tại miền Bắc):
    • Thời vụ gieo: Dòng bố 1 gieo từ 13 - 18/6; dòng bố 2 gieo sau bố 1 là 5 ngày; dòng mẹ AT27 gieo sau bố 1 là 10 ngày để đảm bảo trùng khớp thời gian trỗ.
    • Tỷ lệ hàng bố : mẹ là 2 : 16. Đường công tác rộng 30 cm; khoảng cách hàng bố 1 - bố 2 là 20 cm; hàng bố cách hàng mẹ 20 cm; cây bố cách cây bố 20 cm. Hàng mẹ cách hàng mẹ 15 cm; cây mẹ cách cây mẹ 12 cm.
    • Phân bón: 110 kg N + 110 kg P₂O₅ + 82,5 kg K₂O/ha.
    • Phun chất điều hòa sinh trưởng GA3: Tổng lượng 210 g/ha, chia phun trong 2 ngày liên tiếp khi lúa trỗ 5-10%.

Phần 5: Kết luận và đề nghị

Tóm tắt các kết quả đạt được về vật liệu dòng mẹ TGMS mới, các tổ hợp lai triển vọng TH4-6, TH6-6 và hệ thống thông số kỹ thuật nhân dòng mẹ, sản xuất hạt lai F1. Đề xuất đưa các tổ hợp lai vào mạng lưới khảo nghiệm quốc gia và mở rộng sản xuất thử.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về lý luận và khoa học

  1. Ứng dụng thành công kỹ thuật chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) kết hợp chọn lọc kiểu hình truyền thống để chọn lọc dòng TGMS mang gen thơm fgr và xác định nền tảng di truyền mang gen bất dục nhiệt độ tms2, tms5.
  2. Làm sáng tỏ quy luật biểu hiện và tương tác di truyền từ bố mẹ sang con lai F1/F2 đối với các tính trạng chất lượng hạt gạo:
    • Chiều dài hạt gạo di truyền từ cộng tính đến trội dương theo dòng bố/mẹ có hạt dài.
    • Tỷ lệ gạo xát và gạo nguyên thể hiện ưu thế siêu trội dương theo dòng bố mẹ có giá trị cao.
    • Hàm lượng protein trong hạt gạo biểu hiện trội âm đến siêu trội âm (bị suy giảm khi lai).
    • Hàm lượng amylose biểu hiện trung gian đến trội dương theo phía bố mẹ có amylose cao; muốn tạo giống F1 có amylose thấp (15-20%) phải chọn cả bố và mẹ đều có hàm lượng amylose thấp.
    • Mùi thơm nội nhũ phân ly ở hạt F2 và phụ thuộc chặt chẽ vào việc cả hai dòng bố mẹ phải cùng mang gen thơm fgr.

Đóng góp mới về thực tiễn

  1. Tạo ra 23 dòng TGMS mới (trong đó có 22 dòng mang gen fgr), chọn lọc được 2 dòng TGMS thơm ưu tú là AT24 và AT27 có ngưỡng chuyển đổi tính dục 24°C, tính bất dục ổn định ở nhiệt độ > 26°C, tỷ lệ nhận phấn ngoài > 65% và có GCA cao về cả năng suất lẫn chất lượng.
  2. Chọn tạo thành công 2 tổ hợp lúa lai hai dòng chất lượng cao TH4-6 (AT24/RA28) và TH6-6 (AT27/RA28) có thời gian sinh trưởng ngắn (121-122 ngày vụ Xuân, 102-103 ngày vụ Mùa), năng suất thực thu đạt 74,1 - 75,6 tạ/ha (vụ Xuân) và 69,2 - 69,4 tạ/ha (vụ Mùa), hàm lượng amylose 16,4 - 16,6%, hàm lượng protein 8,9 - 9,1%, hạt thon dài, cơm mềm đậm và có mùi thơm đậm.
  3. Xây dựng hoàn chỉnh 02 quy trình kỹ thuật: Quy trình nhân dòng mẹ TGMS AT27 vụ Xuân và Quy trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH6-6 vụ Mùa cho các tỉnh miền Bắc Việt Nam.

Kiến nghị và đề xuất của tác giả

  • Tiếp tục khảo nghiệm quốc gia và khảo nghiệm sinh thái các tổ hợp lai TH4-6, TH6-6 tại các vùng sinh thái lúa khác nhau ở miền Bắc để công nhận giống.
  • Hoàn thiện và phổ biến quy trình nhân dòng bố mẹ và công nghệ sản xuất hạt lai F1 cho các đơn vị chuyển giao giống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào điều kiện sinh thái, khí hậu và đất đai tại khu vực đồng bằng và trung du miền Bắc Việt Nam; phản ứng sinh lý của các dòng mẹ TGMS và tổ hợp lai chưa được khảo sát đầy đủ tại các vùng sinh thái miền Trung và miền Nam.
  • Di truyền hàm lượng protein biểu hiện tính trội âm mạnh trong các tổ hợp lai nghiên cứu, khiến việc nâng cao đồng thời hàm lượng protein cùng năng suất và tính thơm gặp nhiều khó khăn chưa giải quyết triệt để.
  • Tính thơm ở thế hệ hạt thương phẩm F2 có sự phân ly tự nhiên giữa các cá thể hạt trên cùng bông lúa, đòi hỏi sự đồng hợp tử tuyệt đối ở cả hai dòng bố mẹ.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục theo dõi độ ổn định tính dục của dòng AT24, AT27 qua nhiều vụ liên tục dưới tác động của các đợt biến động nhiệt độ cực đoan.
  • Mở rộng tập đoàn dòng bố phục hồi thơm mang các gen kháng sâu bệnh (rầy nâu, bạc lá mang gen Xa21, Xa7) để lai kết hợp với dòng mẹ AT24, AT27 nhằm tăng cường khả năng chống chịu sinh học cho các tổ hợp lai F1.

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng giá trị nghiên cứu

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng: Tham khảo phương pháp tích hợp chỉ thị phân tử (MAS) trong chọn tạo dòng TGMS, phương pháp phân tích Line x Tester và xử lý số liệu di truyền số lượng bằng DTSL và IRRISTAT.
  • Giảng viên và cán bộ nghiên cứu nông học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về công nghệ lúa lai hai dòng, sinh lý tính bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ và cơ chế di truyền các chỉ tiêu chất lượng lúa gạo.
  • Cán bộ kỹ thuật và doanh nghiệp sản xuất giống cây trồng: Áp dụng trực tiếp thông số kỹ thuật của quy trình nhân dòng AT27 và quy trình sản xuất hạt F1 TH6-6 (lịch gieo lệch bố mẹ, mật độ hàng bố:mẹ 2:16, liều lượng phân bón và xử lý GA3) để tổ chức sản xuất hạt giống thương phẩm.

Phần nội dung có giá trị tham khảo cao

  • Toàn bộ nội dung mục 4.1 về quy trình chọn lọc dòng TGMS kết hợp chỉ thị phân tử và kiểm tra ngưỡng chuyển đổi nhiệt độ trong phytotron.
  • Bảng số liệu chi tiết về khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) của các dòng bố mẹ tại mục 4.3.
  • Các thông số thực nghiệm đồng ruộng trong mục 4.4 phục vụ trực tiếp công tác sản xuất hạt lai F1.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế di truyền nào quy định tính bất dục đực ở các dòng TGMS trong luận án?

Tính bất dục đực của các dòng TGMS trong luận án do các gen lặn trong nhân điều khiển (tms2 nằm trên nhiễm sắc thể số 7 và tms5 nằm trên nhiễm sắc thể số 2). Ở nhiệt độ môi trường giai đoạn mẫn cảm (phân hóa đòng) trên 26°C, cây biểu hiện bất dục hoàn toàn (hạt phấn không nhuộm màu với I-KI 1%), còn ở nhiệt độ thấp ≤ 24°C, tính hữu dục được phục hồi để cây có thể tự thụ phấn nhân dòng.

2. Gen nào quy định mùi thơm hạt gạo và phương pháp phát hiện gen này trong luận án là gì?

Mùi thơm được quy định bởi alen lặn fgr (hay badh2.1 trên nhiễm sắc thể số 8 với đột biến mất đoạn 8 bp ở exon 7), làm tích lũy hợp chất tạo mùi thơm 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP). Luận án sử dụng phương pháp tách chiết DNA bằng CTAB cải tiến và thực hiện phản ứng PCR sử dụng hệ mồi chuyên biệt theo kỹ thuật của Bradbury et al. (2005) để nhận biết sự có mặt của gen thơm ở trạng thái đồng hợp tử.

3. Hai tổ hợp lúa lai TH4-6 và TH6-6 được tạo thành từ những dòng bố mẹ nào?

  • Tổ hợp TH4-6 là con lai F1 giữa dòng mẹ TGMS thơm AT24 và dòng bố phục hồi thơm RA28.
  • Tổ hợp TH6-6 là con lai F1 giữa dòng mẹ TGMS thơm AT27 và dòng bố phục hồi thơm RA28.

4. Quy trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH6-6 yêu cầu khoảng cách thời gian gieo giữa bố và mẹ như thế nào?

Để đảm bảo thời gian trỗ bông trùng khớp giữa dòng bố và dòng mẹ trong vụ Mùa tại miền Bắc: dòng bố 1 được gieo trước (13 - 18/6), dòng bố 2 gieo sau bố 1 là 5 ngày, và dòng mẹ AT27 được gieo sau dòng bố 1 là 10 ngày (tức sau dòng bố 2 là 5 ngày).

5. Tại sao hàm lượng protein trong hạt gạo con lai F1 lại khó cải tiến thông qua phương pháp lai thông thường?

Qua phân tích di truyền các tổ hợp lai, luận án chứng minh tính trạng hàm lượng protein biểu hiện mức độ trội âm đến siêu trội âm so với bố mẹ mang hàm lượng thấp. Điều này cho thấy khi lai tạo, hàm lượng protein trong hạt gạo con lai có xu hướng bị suy giảm so với trung bình bố mẹ, chịu ảnh hưởng lớn từ tương tác kiểu gen với môi trường canh tác và phân bón.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Văn Mười đã chọn tạo thành công 5 dòng TGMS thơm mới mang gen fgr có ngưỡng chuyển đổi tính dục 24°C ổn định, trong đó 2 dòng AT24 và AT27 thể hiện khả năng kết hợp chung cao về năng suất và chất lượng gạo. Từ các dòng mẹ này, đề tài đã phát triển được 2 tổ hợp lúa lai hai dòng triển vọng TH4-6 và TH6-6 đạt năng suất vụ Xuân 74,1 - 75,6 tạ/ha, vụ Mùa 69,2 - 69,4 tạ/ha, hạt gạo thon dài, hàm lượng amylose thấp (16,4 - 16,6%), cơm mềm và có mùi thơm đậm. Đồng thời, công trình đã xây dựng hoàn chỉnh các thông số kỹ thuật nhân dòng mẹ AT27 và sản xuất hạt lai F1 TH6-6 phục vụ trực tiếp phát triển sản xuất lúa lai chất lượng cao tại Việt Nam.