Luận án nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của một số dòng lúa mới do lai xa giữa indica và japonica

Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa mới lai giữa hai loài phụ indica và japonica, góp phần nâng cao năng suất lúa.

• Tác giả: Nguyễn Hồng Hạnh
• Người hướng dẫn: GS. Phạm Văn Cường
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Điểm Nông Sinh Học Của Một Số Dòng Lúa Lai Giữa Indica Và Japonica
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC GIẢI THÍCH TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC ẢNH
• TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
• 1. PHẦN 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng nhất, cung cấp thực phẩm cho hơn một nửa dân số thế giới. Để đáp ứng nhu cầu gia tăng do dân số tăng, sản xuất lúa gạo cần tăng thêm 70% vào năm 2050. Tuy nhiên, việc tăng sản lượng phải diễn ra dưới áp lực của biến đổi khí hậu, đô thị hóa và dịch bệnh. Do đó, việc phát triển giống lúa có năng suất cao, thích nghi với điều kiện biến đổi khí hậu là rất cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực. Cải thiện năng suất lúa trong 50 năm qua đã nhờ vào việc cải thiện cấu trúc kiểu cây, biến đổi đặc tính hình thái và giải phẫu, cũng như rút ngắn thời gian sinh trưởng. Việc cải thiện các đặc tính sinh lý như kéo dài hoạt động quang hợp và tích lũy sản phẩm đồng hóa trước trỗ cũng rất quan trọng. Hơn nữa, cải thiện biện pháp kỹ thuật canh tác để tăng sức chứa thông qua tăng số bông trên đơn vị diện tích hoặc kích thước bông cũng là một hướng đi khả thi.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của nghiên cứu là đánh giá đặc điểm sinh trưởng, giải phẫu và sinh lý của các dòng lúa mới được tạo ra từ phép lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori. Mục tiêu cụ thể bao gồm việc đánh giá đặc điểm sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các dòng lúa này, từ đó tìm ra các đặc điểm nông sinh học tốt phục vụ cho nghiên cứu. Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá sự khác biệt về đặc điểm hình thái, giải phẫu và quang hợp của các dòng lúa mới so với bố mẹ, đồng thời xác định lượng phân bón và mật độ cấy thích hợp cho dòng lúa mới. Những thông tin này sẽ hỗ trợ cho công tác chọn giống và canh tác lúa hiệu quả hơn.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy hai dòng lúa triển vọng DCG66 và IAS66 có nhiều đặc điểm nông học tốt. Dòng DCG66 có đường kính lóng gốc và lóng cổ bông lớn, số hạt/bông cao, trong khi IAS66 có bộ lá xanh và đẻ nhánh gọn. Cả hai dòng này đều cho năng suất ổn định ở ba vùng sinh thái, với năng suất trung bình của DCG66 đạt từ 68,5 - 71,2 tạ/ha trong vụ xuân và 60,2 - 64,5 tạ/ha trong vụ mùa. Dòng lúa DCG66 còn có hàm lượng amylose cao, nhiệt hóa hồ thấp, phù hợp cho sản xuất mì gạo. Những đặc điểm này cho thấy giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc phát triển giống lúa mới có năng suất cao và chất lượng tốt.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin về đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa lai giữa indica và japonica mà còn mở ra hướng đi mới trong việc phát triển giống lúa có năng suất cao và chất lượng tốt. Việc xác định được mức phân bón và mật độ cấy phù hợp cho dòng lúa DCG66 sẽ giúp nông dân tối ưu hóa quy trình canh tác, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Hơn nữa, nghiên cứu cũng góp phần vào việc đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng dân số, điều này càng làm tăng giá trị thực tiễn của tài liệu.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Sản xuất lúa gạo toàn cầu đối mặt với sức ép gia tăng sản lượng nhằm đáp ứng nhu cầu tăng dân số trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thu hẹp diện tích đất canh tác do đô thị hóa và áp lực dịch bệnh (Godfray et al., 2010; Qian et al., 2016; Zeng et al., 2017). Để vượt qua trần năng suất, các chương trình chọn tạo giống đã khai thác ưu thế lai giữa hai loài phụ indica và japonica. Phương pháp phát triển các dòng mang một đoạn nhiễm sắc thể thay thế (Chromosome Segment Substitution Lines - CSSLs) thông qua lai xa kết hợp chỉ thị phân tử cho phép chuyển các đoạn nhiễm sắc thể mang tính trạng mong muốn vào hệ gen nền, đồng thời khắc phục hiện tượng bất dục phân giải ở con lai (Zamir, 2001; Zeng et al., 2017). Trên cơ sở các dòng vật liệu chọn lọc từ quần thể phân ly của tổ hợp lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori thuộc Dự án JICA-DCGV tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam, luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Hạnh (chuyên ngành Khoa học cây trồng, mã số 9 62 01 10) thực hiện đánh giá đặc điểm nông sinh học, hình thái, giải phẫu và sinh lý của các dòng lúa mới nhằm phục vụ công tác chọn giống và xác định biện pháp canh tác thích hợp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm:

• Mục tiêu tổng quát: Đánh giá đặc điểm sinh trưởng, giải phẫu và sinh lý của các dòng lúa mới tạo ra do lai giữa một giống indica IR24 và một giống japonica Asominori so với bố mẹ, từ đó cung cấp các thông tin phục vụ cho công tác chọn giống và canh tác lúa.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Đánh giá được đặc điểm sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các dòng lúa được tạo ra do lai xa giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori nhằm tìm ra đặc điểm nông sinh học tốt để phục vụ nghiên cứu.
  2. Đánh giá được sự khác biệt về đặc điểm hình thái giải phẫu, quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp đến năng suất của dòng lúa mới so với bố mẹ.
  3. Bước đầu xác định lượng phân bón và mật độ cấy thích hợp cho dòng lúa mới.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng: 24 dòng lúa được tạo ra do lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori (gồm 23 dòng CSSL nhập nội từ Nhật Bản và 1 dòng DCG66 phát triển từ Dự án JICA-DCGV) cùng 2 giống bố mẹ đối chứng IR24 và Asominori.
• Phạm vi không gian: Khảo nghiệm đồng ruộng tại 3 vùng sinh thái đại diện gồm Sơn La (vùng miền núi phía Bắc), Hà Nội (vùng đồng bằng sông Hồng) và Nghệ An (vùng Bắc Trung Bộ); thí nghiệm chậu vại và thí nghiệm kỹ thuật canh tác thực hiện tại Gia Lâm, Hà Nội.
• Phạm vi yếu tố và thời gian: Thí nghiệm chậu vại đánh giá 3 mức phân đạm (0g, 1g và 2g N/chậu); thí nghiệm đồng ruộng đánh giá 3 mức tổ hợp phân bón (90N + 90P2O5 + 70K2O; 110N + 110P2O5 + 90K2O; 130N + 130P2O5 + 110K2O kg/ha) và các mật độ cấy trong các vụ xuân và vụ mùa từ năm 2017 đến năm 2018.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng thuật có hệ thống các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến các hướng:

Đặc điểm hình thái, giải phẫu và cấu trúc cây lúa: Nghiên cứu về bộ rễ của Uga et al. (2009) trên 59 dòng lúa trồng châu Á chỉ ra japonica có diện tích trung trụ và mạch gỗ lớn, trong khi indica biến động về rễ sâu và dày. Sandhu et al. (2016), Owusu-Nketia et al. (2018) và Anis et al. (2019) chứng minh cấu trúc rễ và tổng chiều dài rễ có tương quan thuận với tỷ lệ hạt chắc và năng suất hạt. Về cấu trúc thân và tính chống đổ, Hojyo (1974), Zhu et al. (2008), Wu et al. (2011), Hirose et al. (2011) và Zhang et al. (2016a, 2016b) xác định các giống thân to có số lượng bó mạch nhiều, khoang dự trữ carbohydrate lớn, giúp cải thiện sức chịu đổ và nâng cao sức chứa. Đối với cấu trúc bông và hệ thống mạch dẫn, các nghiên cứu của Ikeda et al. (2004), Yan et al. (2007), Miura et al. (2010), Tăng Thị Hạnh và cs. (2015), Zhai et al. (2018), Fei et al. (2019), Terao et al. (2010) và Zhao et al. (2006) khẳng định số lượng và diện tích bó mạch cổ bông liên kết trực tiếp với số lượng gié cấp 1, cấp 2 và hiệu quả vận chuyển sản phẩm đồng hóa về hạt.

Đặc tính quang hợp, tích lũy chất khô và vận chuyển carbohydrate không cấu trúc (NSC): Hirasawa et al. (2010), LÜ et al. (2013), Đỗ Thị Hường và cs. (2013, 2014) và Lê Văn Khánh và cs. (2015) ghi nhận tương quan giữa cường độ quang hợp ở các giai đoạn đẻ nhánh, trỗ với năng suất cá thể. Về động thái chất khô và NSC, các công trình của Pradhan et al. (2014), Katsura et al. (2008), Phạm Văn Cường (2016), Takai et al. (2006, 2012), Yoshinaga et al. (2013a, 2013b), Wang et al. (2015, 2016a, 2016b), Fu et al. (2011), Ohsumi et al. (2011), Wei et al. (2018) và Li et al. (2017) xác nhận NSC tích lũy ở thân và bẹ lá trước trỗ đóng góp từ 24% đến 27% vào năng suất hạt (Cock & Yoshida, 1973), là nguồn bổ sung cho hoạt động quang hợp giai đoạn chín.

Cải tiến kiểu cây, năng suất và chất lượng chế biến: Quá trình tiến hóa kiểu cây từ bán lùn mang gen sd1 (Chandler Jr., 1968), giống IR36 (Khush et al., 1977), kiểu cây mới NPT (Donald, 1968; Khush et al., 1989; Peng et al., 1994, 2008) đến mô hình siêu lúa Trung Quốc (Cheng et al., 2007; Qian et al., 2016). Về chất lượng, các tiêu chí amylose (AC), nhiệt hóa hồ (GT) và độ bền gel (GC) được He et al. (1999), Zhou et al. (2003), Bùi Chí Bửu & Nguyễn Thị Lang (2004), Trần Mạnh Cường và cs. (2014), Nguyễn Trọng Khanh & Nguyễn Văn Hoan (2014) khảo sát. Đối với gạo phục vụ chế biến mì bún, Ahmed et al. (2016), Fari et al. (2011), Xie et al. (2013), Han et al. (2011), Hoàng Hải Hà & Ngô Xuân Mạnh (2006) xác định hàm lượng amylose cao (>25%), nhiệt hóa hồ thấp đến trung bình là tiêu chuẩn cốt lõi.

Lai xa giữa indica và japonica cùng phát triển dòng CSSLs: Luận án dẫn giải các kết quả khắc phục bất dục qua gen tương hợp rộng Wc (Chen et al., 2008; Li & Yuan, 2010), các tổ hợp lai tại Việt Nam như DT122, MT508-1 (Hoàng Tuyết Minh, 2002), HYT127 (Nguyễn Trí Hoàn và cs., 2009), HD1, HD2 (Dương Xuân Tú và cs., 2011), DCG72 (Phạm Văn Cường và cs., 2015). Về dòng CSSLs, Kubo et al. (2002) đã tạo lập quần thể 70 dòng IAS (nền IR24 mang đoạn Asominori) và 90 dòng AIS (nền Asominori mang đoạn IR24).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn là: Đánh giá đồng bộ cơ chế nông sinh học từ hình thái giải phẫu rễ, thân, cổ bông đến động thái sinh lý tích lũy, vận chuyển NSC và hiệu quả sử dụng đạm của các dòng lúa mang đoạn nhiễm sắc thể thay thế có nguồn gốc từ cặp lai IR24 x Asominori trong điều kiện sinh thái và canh tác tại Việt Nam, đặc biệt định hướng ứng dụng cho chế biến mì gạo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án vận dụng các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm nông học, sinh lý thực vật:

• Khung lý thuyết: Khung phân tích mối quan hệ nguồn - sức chứa (source - sink relationship); lý thuyết tích lũy và điều động carbohydrate không cấu trúc (NSC); nguyên lý cấu trúc giải phẫu hệ thống mạch dẫn và hình thái rễ; các chỉ số hiệu quả sử dụng đạm gồm hiệu quả sử dụng đạm nông học (ANUE), hiệu quả sử dụng đạm sinh khối (BNUE) và hiệu quả sử dụng đạm quang hợp (PNUE); mô hình suy giảm ánh sáng trong tán lá với hệ số dập tắt tán $k$ và chỉ số diện tích lá (LAI).
• Phương pháp thực nghiệm:
  • Bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại 3 điểm sinh thái (Sơn La, Hà Nội, Nghệ An) theo khối ngẫu nhiên hoàn lại (RCBD) qua các vụ xuân 2017, mùa 2017 để so sánh sinh trưởng, năng suất và tính ổn định.
  • Bố trí thí nghiệm chậu vại tại Gia Lâm (Hà Nội) với 3 mức đạm ($N_0$: 0g N/chậu, $N_1$: 1g N/chậu, $N_2$: 2g N/chậu) để phân tích giải phẫu và sinh lý.
  • Thí nghiệm kỹ thuật canh tác đồng ruộng gồm 3 mức tổ hợp phân bón ($M_1$: 90N + 90P2O5 + 70K2O; $M_2$: 110N + 110P2O5 + 90K2O; $M_3$: 130N + 130P2O5 + 110K2O kg/ha) kết hợp các mật độ cấy (vụ mùa 2017, xuân 2018 tại Hà Nội).
• Phương pháp phân tích và công cụ:
  • Giải phẫu học: Cắt lát vi thể mô rễ (thước đo bar = 100 µm), lóng gốc và lóng cổ bông (bar = 125 µm); đếm số lượng bó mạch lớn, bó mạch nhỏ, đo đường kính và diện tích mạch dẫn.
  • Sinh lý: Đo cường độ quang hợp bằng máy đo quang hợp khí khổng; đo hàm lượng diệp lục bằng chỉ số SPAD; phân tích hàm lượng nitơ trong lá đòng; tính tốc độ tích lũy chất khô (CGR), hệ số tán $k$.
  • Hóa sinh: Chiết tách và định lượng carbohydrate không cấu trúc (NSC gồm đường hòa tan và tinh bột) trong thân + bẹ lá và bông ở các giai đoạn sinh trưởng (trước trỗ, trỗ, chín).
  • Phân tích chất lượng: Xác định hàm lượng amylose (AC), nhiệt hóa hồ (GT), tỷ lệ bạc bụng và đánh giá chất lượng mì gạo chế biến thực nghiệm.

Nhóm phương pháp	Đối tượng / Chỉ tiêu đo lường	Công cụ / Kỹ thuật chính
Khảo nghiệm nông học	Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất thực thu	Thí nghiệm đồng ruộng đa điểm (Sơn La, Hà Nội, Nghệ An)
Giải phẫu học thực vật	Cấu trúc lát cắt mô rễ, lóng gốc thân, lóng cổ bông, hệ bó mạch lớn và nhỏ	Kỹ thuật cắt lát vi thể, kính hiển vi quang học (thước đo bar 100-125 µm)
Sinh lý thực vật	Cường độ quang hợp, chỉ số SPAD, động thái chất khô, hệ số tán $k$	Máy đo quang hợp, máy đo SPAD, cân sấy sinh khối
Hóa sinh và chất lượng	Hàm lượng NSC (thân, bẹ lá, bông), hàm lượng amylose, nhiệt hóa hồ, sợi mì gạo	Phương pháp hóa sinh so màu, phân tích nhiệt hóa hồ, thử nghiệm chế biến sợi mì

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1 và Phần 2: Đặt vấn đề và Tổng quan tài liệu

Phần này trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Tổng quan tài liệu hệ thống hóa các thành tựu về hình thái giải phẫu rễ, thân, bông; đặc điểm quang hợp, tích lũy chất khô và điều động NSC; lịch sử cải tiến kiểu cây, thời gian sinh trưởng, năng suất và chất lượng hạt; cơ sở lai xa indica x japonica, ứng dụng dòng CSSLs; cũng như ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh và phân bón đến cây lúa.

Phần 3: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày nguồn gốc 24 dòng lúa nghiên cứu (23 dòng CSSL mang đoạn nhiễm sắc thể của Asominori trên nền IR24 hoặc ngược lại nhập từ Đại học Kyushu, Đại học Nagoya và 1 dòng DCG66 từ Dự án JICA-DCGV tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam). Mô tả chi tiết phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại Sơn La, Hà Nội, Nghệ An; thí nghiệm chậu vại với 3 mức đạm; quy trình thu mẫu, kỹ thuật làm tiêu bản giải phẫu lát cắt vi thể rễ, lóng gốc, cổ bông; phương pháp đo quang hợp, chỉ số SPAD, phân tích hàm lượng nitơ, NSC và đánh giá chất lượng chế biến mì gạo.

Mục 4.1: Đặc điểm sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các dòng lúa được tạo ra do lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori

Mục này đánh giá hình thái nông học của 24 dòng lúa lai xa và kiểm chứng tại 3 vùng sinh thái qua 2 vụ gieo trồng năm 2017:

• Đánh giá hình thái và cấu trúc: Các dòng lúa có sự phân ly về thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, kích thước lá đòng, cấu trúc lóng thân và cấu trúc bông. Từ 24 dòng ban đầu, đề tài sàng lọc được 2 dòng ưu tú là DCG66 và IAS66.
• Kết quả khảo nghiệm năng suất tại 3 vùng sinh thái (Sơn La, Hà Nội, Nghệ An):
  • Dòng DCG66: Đường kính lóng gốc và lóng cổ bông to, số hạt/bông lớn. Năng suất thực thu đạt 68,5 - 71,2 tạ/ha trong vụ xuân 2017 và 60,2 - 64,5 tạ/ha trong vụ mùa 2017.
  • Dòng IAS66: Đẻ nhánh gọn, bộ lá xanh đậm, góc lá đòng nhỏ, thời gian sinh trưởng phù hợp. Năng suất thực thu đạt 51,8 - 60,1 tạ/ha trong vụ xuân 2017 và 47,1 - 52,3 tạ/ha trong vụ mùa 2017.
• Tương quan nông học: Năng suất thực thu có tương quan thuận với số hạt/bông và tốc độ tích lũy chất khô (CGR) ở cả hai vụ tại cả 3 vùng trồng.
• Đánh giá phẩm chất hạt: Dòng DCG66 có kích thước hạt cân đối, hàm lượng amylose cao đạt 30%, nhiệt hóa hồ thấp, độ hao hụt tinh bột khi nấu thấp, thích hợp cho chế biến sợi mì gạo có độ dai và độ bóng.

Mục 4.2: Đặc điểm hình thái, giải phẫu và quang hợp của các dòng lúa triển vọng và bố mẹ

Mục này phân tích cấu trúc giải phẫu vi thể và cơ chế sinh lý của DCG66, IAS66 so với bố mẹ đối chứng (IR24 và Asominori) dưới các mức bón đạm:

• Đặc điểm giải phẫu: Số lượng bó mạch lớn ở lóng cổ bông của DCG66 và IAS66 vượt lần lượt 17,9% và 14,9% so với giống bố mẹ IR24. Dòng DCG66 có tổng diện tích bề mặt rễ, đường kính rễ và tổng số bó mạch ở lóng gốc cao hơn IR24 và IAS66.
• Mối quan hệ giữa giải phẫu và năng suất cá thể (NSCT):
  • Số bó mạch lớn cổ bông tương quan thuận với số gié cấp 1/bông.
  • Số bó mạch nhỏ cổ bông tương quan thuận với số gié cấp 2/bông.
  • Đường kính rễ và tổng số bó mạch cổ bông tương quan thuận chặt chẽ với năng suất cá thể.
• Đặc điểm quang hợp và chuyển hóa NSC dưới các mức đạm:
  • Cường độ quang hợp giai đoạn trỗ của DCG66 và IAS66 cao hơn IR24 ở mức đạm cao (2g N/chậu). Cường độ quang hợp giai đoạn trỗ tương quan thuận với năng suất cá thể.
  • Dòng DCG66 có hàm lượng carbohydrate không cấu trúc (NSC) tích lũy trong thân và bẹ lá trước trỗ cao, đồng thời tỷ lệ tinh bột vận chuyển về bông ở giai đoạn chín cao hơn IR24 và Asominori dưới mức đạm trung bình (1g N/chậu).
• Hiệu quả sử dụng đạm: Dòng DCG66 đạt hiệu quả sử dụng đạm nông học (ANUE) cao nhất ở mức đạm trung bình (1g N/chậu), đạt 46,4 g/cây, giúp duy trì năng suất cá thể vượt trội so với IR24.

Chỉ tiêu nông sinh học / giải phẫu	Dòng mới DCG66	Dòng mới IAS66	Đối chứng bố mẹ IR24
Năng suất thực thu vụ xuân (tạ/ha)	68,5 - 71,2	51,8 - 60,1	Đối chứng so sánh
Năng suất thực thu vụ mùa (tạ/ha)	60,2 - 64,5	47,1 - 52,3	Đối chứng so sánh
Số bó mạch lớn lóng cổ bông	Vượt 17,9% so với IR24	Vượt 14,9% so với IR24	Chuẩn đối chứng (100%)
Hàm lượng Amylose (%)	30%	-	-
Hiệu quả sử dụng đạm (ANUE) tại mức 1g N/chậu	46,4 g/cây	Thấp hơn DCG66	Thấp hơn DCG66
Đặc tính hình thái nổi bật	Lóng gốc/cổ bông to, bông nhiều hạt	Đẻ nhánh gọn, lá xanh, góc lá nhỏ	Hình thái indica chuẩn

Mục 4.3: Bước đầu xây dựng biện pháp kỹ thuật canh tác cho dòng lúa mới DCG66

Mục này xác định tổ hợp phân bón và mật độ cấy tối ưu cho dòng DCG66 qua các thí nghiệm đồng ruộng tại Hà Nội (vụ mùa 2017 và vụ xuân 2018):

• Tác động đến sinh trưởng và hình thái: Mức phân bón và mật độ ảnh hưởng đến thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và số gié cấp 1/bông của dòng DCG66 ở cả hai vụ mùa và xuân.
• Chỉ số sinh lý và cấu trúc tán: Đánh giá chỉ số SPAD ở các giai đoạn đẻ nhánh rộ, trỗ và chín; xác định hệ số tán lá $k$ giảm dần từ giai đoạn đẻ nhánh đến chín, hỗ trợ ánh sáng phân bố sâu vào các tầng lá dưới; tốc độ tích lũy chất khô (CGR) đạt giá trị tối ưu ở các công thức bón đạm cân đối.
• Tình hình sâu bệnh: Theo dõi mức độ gây hại của sâu cuốn lá, sâu đục thân, rầy nâu qua các thời kỳ sinh trưởng theo các mức bón phân và mật độ cấy.
• Cấu thành năng suất và năng suất thực thu: Tổ hợp phân bón 110 kg N + 110 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha kết hợp mật độ cấy 40 khóm/m2 cho các yếu tố cấu thành năng suất (số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc, P1000) đạt giá trị tối ưu. Năng suất thực thu đạt 69,5 tạ/ha trong vụ mùa 2017 và 70,7 tạ/ha trong vụ xuân 2018 (vụ xuân 2018 đạt 71,0 tạ/ha).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

• Làm sáng tỏ cơ sở giải phẫu và sinh lý tạo năng suất cao của dòng lúa lai xa indica x japonica (DCG66): Năng suất cao được quy định bởi sự phối hợp giữa hệ thống rễ phát triển (diện tích bề mặt rễ lớn, đường kính rễ to), số lượng bó mạch lóng gốc và lóng cổ bông cao ở giai đoạn trỗ, khả năng tích lũy carbohydrate không cấu trúc (NSC) ở thân và bẹ lá trước trỗ lớn và hiệu suất vận chuyển tinh bột về bông cao ở giai đoạn chín trên nền đạm bón trung bình.
• Cung cấp dẫn liệu thực nghiệm về ưu thế giải phẫu bó mạch, đặc điểm quang hợp và hiệu quả sử dụng phân đạm (ANUE, PNUE, BNUE) của các dòng mang đoạn nhiễm sắc thể thay thế (CSSLs) có nguồn gốc từ cặp lai IR24 x Asominori.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Tuyển chọn được dòng lúa mới triển vọng DCG66 có thời gian sinh trưởng ngắn, số hạt/bông lớn, năng suất thực thu ổn định đạt từ 68,5 đến 71,2 tạ/ha (vụ xuân) và 60,2 đến 64,5 tạ/ha (vụ mùa) tại 3 vùng sinh thái (Sơn La, Hà Nội, Nghệ An).
• Xác định dòng lúa DCG66 có hàm lượng amylose cao (30%), nhiệt hóa hồ thấp, đáp ứng tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến sợi mì gạo.
• Xác định quy trình kỹ thuật canh tác thích hợp cho dòng DCG66 tại Hà Nội: Mức phân bón 110 kg N + 110 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha kết hợp mật độ cấy 40 khóm/m2, cho năng suất thực thu đạt 69,5 tạ/ha (vụ mùa) và 70,7 tạ/ha (vụ xuân).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Các thí nghiệm phân tích sâu về sinh lý quang hợp, động thái NSC và giải phẫu lát cắt vi thể dưới các mức đạm chủ yếu thực hiện trong điều kiện chậu vại tại trạm thí nghiệm.
• Khảo nghiệm kỹ thuật canh tác (liều lượng phân bón N-P-K và mật độ cấy) mới tập trung khảo sát tại vùng đồng bằng sông Hồng (Gia Lâm, Hà Nội) trong 2 vụ (mùa 2017 và xuân 2018), chưa triển khai đồng bộ quy trình canh tác đa yếu tố tại các vùng sinh thái Sơn La và Nghệ An.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng khảo nghiệm sản xuất và hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác cho dòng DCG66 tại các tiểu vùng sinh thái khác nhau ở miền núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ.
• Nghiên cứu nhận dạng các đoạn nhiễm sắc thể thay thế (QTL/gen) cụ thể quy định các tính trạng rễ to, tăng số lượng bó mạch cổ bông và hiệu quả tích lũy NSC trên dòng DCG66 để ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS).
• Hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến mì gạo từ nguồn nguyên liệu gạo DCG66 ở quy mô bán công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và nhà khoa học chuyên ngành Khoa học cây trồng, Di truyền và Chọn giống cây trồng: Tham khảo phương pháp nghiên cứu giải phẫu hệ mạch dẫn, kỹ thuật phân tích động thái carbohydrate không cấu trúc (NSC) và phương pháp đánh giá dòng mang đoạn nhiễm sắc thể thay thế (CSSLs).
• Giảng viên các trường đại học khối nông nghiệp: Sử dụng số liệu thực nghiệm làm bài giảng trong các học phần Cây lương thực, Sinh lý thực vật ứng dụng và Chọn giống cây trồng.
• Cán bộ khuyến nông và nhà quản lý sản xuất nông nghiệp: Ứng dụng quy trình bón phân cân đối kết hợp mật độ cấy cho các giống lúa mới có tiềm năng năng suất cao.
• Các doanh nghiệp và cơ sở chế biến nông sản: Tham khảo dữ liệu về đặc tính hóa sinh hạt (hàm lượng amylose 30%, nhiệt hóa hồ thấp) của dòng DCG66 để xây dựng vùng nguyên liệu phục vụ chế biến mì gạo và bún.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Dòng lúa mới DCG66 có nguồn gốc từ đâu và sở hữu những đặc điểm nông học cơ bản nào?

Dòng lúa DCG66 được chọn lọc từ quần thể phân ly của tổ hợp lai xa giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori thuộc Dự án JICA-DCGV tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Về đặc điểm nông học, DCG66 có đường kính lóng gốc và lóng cổ bông to, số hạt trên bông lớn, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất thực thu đạt 68,5 - 71,2 tạ/ha trong vụ xuân và 60,2 - 64,5 tạ/ha trong vụ mùa tại cả 3 vùng sinh thái (Sơn La, Hà Nội, Nghệ An).

Câu hỏi 2: Cấu trúc giải phẫu hệ thống mạch dẫn và bộ rễ của dòng DCG66 có điểm gì khác biệt so với giống bố mẹ?

Dòng DCG66 có số lượng bó mạch lớn ở lóng cổ bông vượt 17,9% so với giống bố mẹ đối chứng IR24. Đồng thời, DCG66 có tổng diện tích bề mặt rễ, đường kính rễ và tổng số bó mạch ở lóng gốc lớn hơn cả dòng IAS66 và giống IR24. Số lượng bó mạch lớn và nhỏ ở cổ bông của dòng tương quan thuận với số gié cấp 1 và cấp 2 trên bông.

Câu hỏi 3: Động thái tích lũy, vận chuyển carbohydrate không cấu trúc (NSC) và hiệu quả sử dụng đạm của dòng DCG66 diễn ra như thế nào?

Dưới mức bón đạm trung bình (1g N/chậu), dòng DCG66 tích lũy hàm lượng NSC cao ở thân và bẹ lá trước trỗ, sau đó vận chuyển lượng tinh bột lớn về bông ở giai đoạn chín so với IR24 và Asominori. Nhờ cơ chế này, DCG66 đạt hiệu quả sử dụng đạm nông học (ANUE) cao nhất là 46,4 g/cây ở mức đạm trung bình.

Câu hỏi 4: Vì sao dòng lúa DCG66 được đánh giá phù hợp cho mục đích chế biến mì gạo?

Phân tích hóa sinh cho thấy hạt gạo của dòng DCG66 có hàm lượng amylose cao đạt 30%, nhiệt hóa hồ thấp và mức độ hao hụt tinh bột khi nấu thấp. Các chỉ tiêu này đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật giúp sợi mì sau khi chế biến có độ dai, bề mặt sáng và ít bị đứt gãy.

Câu hỏi 5: Mức phân bón và mật độ cấy nào được xác định là tối ưu cho dòng DCG66 tại vùng Hà Nội?

Kết quả thí nghiệm đồng ruộng tại Gia Lâm (Hà Nội) xác định mức bón 110 kg N + 110 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha kết hợp mật độ cấy 40 khóm/m2 là thích hợp nhất cho dòng DCG66, đạt năng suất thực thu 69,5 tạ/ha trong vụ mùa 2017 và 70,7 tạ/ha trong vụ xuân 2018 (vụ xuân 2018 đạt 71,0 tạ/ha).

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Hồng Hạnh đã đánh giá toàn diện đặc điểm nông sinh học, hình thái giải phẫu và sinh lý của các dòng lúa mang đoạn nhiễm sắc thể thay thế từ tổ hợp lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc bó mạch cổ bông, diện tích bề mặt rễ, động thái vận chuyển carbohydrate không cấu trúc với khả năng tạo năng suất cá thể và hiệu quả sử dụng đạm. Kết quả thực tiễn đã lựa chọn được dòng lúa DCG66 có năng suất ổn định, hàm lượng amylose cao (30%) phục vụ chế biến mì gạo và xác định được quy trình bón phân kết hợp mật độ cấy phù hợp tại vùng đồng bằng sông Hồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA MỚI DO LAI XA GIỮA HAI LOÀI PHỤ INDICA VÀ JAPONICA LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2020 luan an HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA MỚI DO LAI XA GIỮA HAI LOÀI PHỤ INDICA VÀ JAPONICA Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9 62 01 10 Người hướng dẫn khoa học: 1. Nguyễn Văn Hoan HÀ NỘI - 2020 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Hồng Hạnh i luan an LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân.

Lời đầu tiên cho phép nghiên cứu sinh được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn chân thành tới GS. Phạm Văn Cường và PGS. Nguyễn Văn Hoan đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Học viện, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông học, Ban Quản lý đào tạo Học viện Nông nghiệp Việt Nam, các thầy cô giáo bộ môn Cây lương thực, bộ môn Phương pháp thí nghiệm và Thống kê sinh học, Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam và Nhật Bản, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh học tập và nghiên cứu.

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Trường Đại học Kyushu và đại học Nagoya, Dự án JICA - DCGV Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã cung cấp nguồn vật liệu và thiết bị phục vụ nghiên cứu. Nghiên cứu sinh cũng cảm ơn Trạm Giống Cây trồng Đô Thành – Yên Thành – Nghệ An và Trung tâm Giống cây trồng Vật nuôi Thủy sản – Phường Chiềng Cơi – Sơn La đã giúp đỡ thực hiện các thí nghiệm tại tỉnh Nghệ An, Sơn La. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, các anh chị em, bạn bè - những người đã tận tụy giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Một lần nữa nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân dành cho nghiên cứu sinh.

Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Hồng Hạnh ii luan an MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục giải thích từ và cụm từ viết tắt. vi Danh mục bảng.

vii Danh mục hình. ix Danh mục ảnh. xi Trích yếu luận án. xii Thesis abstract.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Những đóng góp mới của đề tài.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn. Tổng quan tài liệu.

Đặc điểm hình thái, giải phẫu và quang hợp ở cây lúa. Đặc điểm hình thái, giải phẫu của cây lúa. Đặc điểm quang hợp ở cây lúa. Tích lũy chất khô và vận chuyển carbohydrate ở cây lúa.

Kết quả nghiên cứu về cải tiến giống lúa. Cải tiến về thời gian sinh trưởng. Cải tiến về kiểu cây. Cải tiến về đặc điểm sinh lý.

Cải tiến về năng suất. Cải tiến về chất lượng gạo. Kết quả nghiên cứu về lai xa giữa hai loài phụ O. Sativa sub indica và O.

Sativa sub japonica. 21 iii luan an 2. Đặc điểm nông sinh học của hai loài phụ O. sativa sub indica và O.

sativa sub japonica. Kết quả lai xa giữa hai loài phụ indica và japonica ở lúa. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến năng suất và chất lượng gạo. Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh tới năng suất lúa.

Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh tới chất lượng gạo. Kết quả nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật canh tác giống lúa mới. Liều lượng phân bón. Phương pháp canh tác.

Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Đặc điểm sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các dòng lúa được tạo ra do lai giữa giống indica IR24 và giống japonica Asominori. Đánh giá đặc điểm nông học của các dòng lúa được tạo ra do lai xa. Đánh giá sinh trưởng, năng suất và chất lượng của các dòng lúa đại diện tại 3 vùng trồng.

Đặc điểm hình thái, giải phẫu và quang hợp của các dòng lúa triển vọng và bố mẹ. Đặc điểm hình thái, giải phẫu của các dòng lúa triển vọng. Quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp của các dòng lúa triển vọng dưới các mức đạm. Bước đầu xây dựng biện pháp kỹ thuật canh tác cho dòng lúa mới DCG66.

Ảnh hưởng của các mức phân bón và mật độ cấy tới thời gian sinh trưởng của dòng lúa mới. Ảnh hưởng của các mức phân bón và mật độ cấy khác nhau đến chiều cao cây, số gié cấp 1/bông của dòng lúa mới. 87 iv luan an 4. Ảnh hưởng của các mức phân bón và mật độ cấy khác nhau đến một số chỉ tiêu sinh lý của dòng lúa mới.

Ảnh hưởng của các mức phân bón và mật độ cấy khác nhau đến tình hình sâu bệnh hại của dòng lúa mới. Ảnh hưởng của các mức phân bón và mật độ cấy khác nhau đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của dòng lúa mới. Kết luận và đề nghị. 107 Danh mục công trình đã công bố có liên quan đến luận án.

108 Tài liệu tham khảo. 124 v luan an DANH MỤC GIẢI THÍCH TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ ANUE Nitrogen use efficiency for agronomy - Hiệu suất sử dụng đạm nông học BNUE Nitrogen use efficiency for biomass - Hiệu suất sử dụng đạm trong sinh khối CGR Crop Growth Rate - Tốc độ tích lũy chất khô CSSL Chromosome Segment Subtitution Line - Dòng mang một đoạn nhiễm sắc thể thay thế HI Harvest index - Chỉ số thu hoạch IRRI International Rice Research Institute - Viện nghiên cứu lúa Quốc tế MAS Marker Assisted Selection - Ứng dụng công nghệ sinh học LAI Leaf area index - Chỉ số diện tích lá NPT New Plant Type - Kiểu cây mới NSC Ngày sau cấy NSCT Năng suất cá thể NST Nhiễm sắc thể P1000 Khối lượng 1000 hạt PNUE Photosynthetic Nitrogen use efficiency - Hiệu suất sử dụng đạm trong quang hợp QTLs Quantitative trait loci - Di truyền tính trạng số lượng SPAD Soil and plant analyzer development - Chỉ số đánh giá hàm lượng diệp lục trong lá TGST Thời gian sinh trưởng TSC Tuần sau cấy UTL Ưu thế lai vi luan an DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2. Một số QTLs chính điều khiển các tính trạng liên quan đến năng suất lúa. Một số đặc điểm hình thái và sinh lý của 3 loài phụ ở lúa trồng.

Danh sách các dòng chọn lọc từ phép lai xa IR24 x Asominori mang một đoạn nhiễm sắc thể. Đặc điểm cấu trúc một số lóng thân của các dòng lúa và dòng bố mẹ. Hình thái 3 lá cuối cùng của các dòng lúa và bố mẹ. Cấu trúc bông của các dòng lúa và bố mẹ.

Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng lúa và bố mẹ. Một số đặc điểm sinh lý của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng. Mức độ sâu bệnh hại của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng lúa đại diện tại ba vùng trồng vụ xuân 2017.

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng lúa đại diện ở các vùng trồng vụ mùa 2017. Kích thước hạt thóc, hạt gạo và hàm lượng amylose của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng. Chất lượng hóa sinh của dòng lúa mới. Chất lượng mì gạo của dòng lúa mới.

Cấu trúc các lóng của các dòng lúa triển vọng và bố mẹ. Một số đặc điểm hình thái rễ của dòng lúa triển vọng và bố mẹ. Đặc điểm hình thái ba lá cuối cùng của dòng lúa triển vọng và bố mẹ. Một số chỉ tiêu giải phẫu ở các bộ phận của các dòng lúa triển vọng và bố mẹ.

Đặc điểm cấu trúc bông của các dòng lúa ưu tú và bố mẹ. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng lúa triển vọng và bố mẹ. Chỉ số SPAD và hàm lượng nito trong lá đòng của các dòng lúa ưu tú dưới các mức đạm. Carbohydrates không cấu trúc (g/khóm) ở thân và bông của các dòng lúa triển vọng dưới các mức đạm.

80 vii luan an 4. Hiệu quả sử dụng đạm trong quang hợp (PNUE) và trong sinh khối (BNUE) của dòng các dòng lúa triển vọng dưới các mức đạm. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng lúa triển vọng dưới các mức đạm. Mức độ gây hại của một số loại sâu ở các thời kỳ sinh trưởng.

Năng suất thực thu của dòng lúa mới DCG66 ở các mức phân bón và mật độ cấy khác nhau. 105 viii luan an DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2. Sơ đồ phát triển các dòng mang một đoạn nhiễm sắc thể CSSLs. Thời gian sinh trưởng của các dòng lúa.

Thời gian sinh trưởng của các dòng lúa đại diện ở 3 vùng trồng. Chiều cao cây của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng. Chiều dài lá đòng của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng. Chiều rộng lá đòng của các dòng lúa đại diện tại các vùng trồng.

Tương quan giữa số hạt/bông với năng suất thực thu của các dòng lúa đại diện ở vụ xuân (A) và vụ mùa (B) tại các vùng trồng .