Đặt vấn đề Cây lúa nước ( có tên khoa học là Oryza sativa L ) là một cây lương thực quan trọng nhất đối với hàng tỷ người Châu Á, là cây lương thực đứng thứ hai trên Thế giới và là cây lương thực quan trọng nhất ở nước ta. Trong bối cảnh gia tăng dân số, biến đổi khí hậu và cạn kiệt nguồn tài nguyên như hiện nay, Thế giới đặc biệt quan tâm đến vấn dề đảm bảo An Ninh lương thực cho 7 tỉ người trên Trái Đất. Do đó việc duy trì và phát triển sản xuất lúa luôn được các Quốc gia và nhiều tổ chức Quốc tế quan tâm đầu tư. Để ổn định và phát triển sản xuất lúa cần quan tâm đến nhiều vấn đề, trong đó có việc nghiên cứu lai tại các giống lúa mới để tạo ra các giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt vì sự ra đời của lúa lai đã góp phần quan trọng vào việc tăng năng suất lúa cũng như chất lượng gạo.Việc nghiên cứu, khai thác ưu thế lai đã trở thành một giải pháp quan trọng.
Để đảm bảo An Ninh lương thực và giữ mức xuất khẩu gạo cao trong điều kiện dân số tăng, diện tích giảm thì việc đưa lúa lai vào sản xuất sẽ là một giải pháp quan trọng và cần thiết, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Hồng đất chặt người đông, vùng trung du miền núi phía Bắc nơi cần xóa đói giảm nghèo cho các dân tộc. Lúa là cây tự thụ, trong hoa có cả nhị và nhụy, do đó việc lai tạo lúa sẽ tốn rất nhiều thời gian để khử đực và việc lai sẽ chỉ dừng lại trên mô hình thí nghiệm, rất khó để áp dụng vào sản xuất giống Đại trà do tốn nhiều thời gian, chi phí và công sức. Ở lúa và một số loài cây trồng khác có hiện tượng bất dục đực. Đây là hiện tượng cây không tạo thành được hạt phấn hoặc có hạt phấn nhưng hạt phấn không có khả năng thụ phấn và thụ tinh [4], do ảnh hưởng của các yếu tố nội tại và ngoại cảnh.
Bất dục đực có 2 loại đó là: Bất dục đực tế bào chất n 9 và bất dục đực chức năng di truyền nhân. Nhưng thường những dạng bất dục đực chức năng di truyền nhân này không di truyền cho các thế hệ sau nên ít có ý nghĩa thực tiễn và cũng không có giá trị tương ứng trong thực tiễn. Chỉ tới khi phát hiện ra hiện tượng di truyền tính bất dục tế bào chất, đặc trưng này mới được ứng dụng rộng rãi trong công tác giống. Bất dục đực chức năng còn gọi là bất dục đực chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường ( Enviromental – Sensitive Genetic Male Sterile : EGMS ).
Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt độ gọi là dòng TGMS (Thermo - Sensitive Genetic Male Sterile). Dòng TGMS là một trong những công cụ di truyền hết sức quan trọng để tạo ra hạt F1 thương phẩm theo phương pháp “hai dòng” [5]. Hiện nay các vật liệu chọn giống lúa lai hai dòng đang được sử dụng ở Việt Nam phần lớn có nguồn gốc nhập nội từ IRRI hoặc Trung Quốc. Một số dòng mẹ mới được chọn tạo trong nước bằng phương pháp chuyển các gen tms từ vật liệu nhập nội vào các dòng giống trong nước, tuy nhiên số lượng dòng được sử dụng còn rất hạn chế.
Các dòng bố được sử dụng cũng chưa thực sự phong phú và đa dạng. Vì vậy số lượng các tổ hợp lai phát triển trong nước còn ít, ưu thế lai chưa thực sự cao, chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất hiện nay. Để đáp ứng được yêu cầu mới trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng tại Việt Nam, chúng ta cần có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú với sự đa dạng di truyền lớn, có đặc tính nông sinh học tốt, thích ứng với điều kiện khí hậu Việt Nam. Có như vậy mới tạo ra được các tổ hợp lai tốt, có ưu thế lai cao, chống chịu được sâu bệnh, từng bước thay thế các tổ hợp lúa lai của Trung Quốc.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng hạt giống lúa lai trong sản xuất đại trà thì việc nghiên cứu, đánh giá, chọn lọc các dòng bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ là vấn đề cấp bách hiện nay. n 10 Xuất phát từ thực tế trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu đặc điểm, sinh trưởng phát triển một số dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS) ở Vụ Xuân(2014), tại Thái Nguyên”. Mục đích nghiên cứu đề tài. Xác định được các dòng TGMS có triển vọng, phục vụ cho chọn tạo giống lúa lai hai dòng, thích hợp với điều kiện Thái Nguyên để lai tạo giống Vụ Mùa 2014.
Nội dung đề tài - Đánh giá đặc điểm sinh trưởng, phát triển các dòng TGMS. - Đánh giá đặc tính nở hoa các dòng TGMS. Ý nghĩa của đề tài. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học.
- Giúp cho sinh viên sau khi ra trường nắm chắc được lý thuyết cũng như làm quen với tay nghề vận dụng vào trong sản xuất. - Biết cách thực hiện một đề tài nghiên cứu khoa học. - Góp phần làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về các dòng lúa bất dục đực với khí hậu nói chung, và nhiệt độ nói riêng. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
- Góp phần cho việc chọn được dòng lúa thích hợp với điều kiện sinh thái tại địa phương và những vùng có điều kiện tương tự. Đưa ra những nghiên cứu về lai tạo giống lúa thích hợp. - Đa dạng hóa thêm bộ dòng, giống lúa áp dụng cho vùng sản xuất lúa tại Thái Nguyên. - Góp phần phát triển sản xuất lúa.
- Tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về các dòng lúa bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (TGMS). n 11 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 2. Cơ sở khoa học sử dụng bất dục đực trong lai tạo giống lúa Trong một thời gian dài, ưu thế lai ở cây lúa vẫn chưa được sử dụng rộng rãi như các cây trồng khác, vì lúa là một cây tự thụ nghiêm ngặt ( Nguyễn Văn Hoan, 2006) [13]. Một số nhà khoa học Viện lúa Quốc tế, Ấn Độ, Nhật Bản đã đề xuất chương trình phát triển lúa lai thương phẩm, nhưng chưa tìm ra phương pháp thích hợp sản xuất hạt lai, nên không thành công [76], [39], [41], [50].
Sau đó nhờ những phát minh ra hiện tượng bất dục đực ở lúa, khai thác và sử dụng những vật liệu này, vấn đề ứng dụng ưu thế lai ở lúa đã đạt được nhiều thành tựu lớn , tạo ra một cuộc cách mạng đột phá năng suất và sản lượng. Thành tựu lúa lai có thể coi như cuộc cách mạng xanh lần thứ 2 trong nông nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực thế giới và tăng thu nhập của người nông dân trong các biện pháp kỹ thuật hiện nay (Leocadio S. Khi nghiên cứu về hiện tượng bất dục đực Shin, (1981, 1985); Shin và Deng, (1986) đã thông báo về một dòng bất dục đực khác thường. Dòng này khôi phục hữu dục trong điều kiện thời gian chiếu sáng nhất định và được gọi là dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với thời gian chiếu sáng (Photoperiodic sensitive Genetic Male Sterility – PGMS).
Sau đó, các nhà khoa học Zhou và cộng sự, (1988, 1991); Virmani và Voc, (1991); Wu và cộng sự, 1991 đã phát hiện các dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với nhiệt độ (Thermo sensitive Genetic Male Sterility – TGMS), các dòng này trở lại hữu dục hoàn toàn hay một phần ở một ngưỡng nhiệt độ nào đó. Dựa trên cơ sở của những phát hiện này, Yuan Long Ping, (1987) đã đề ra chương trình tạo giống lúa lai hai dòng (Two line hybrid rice) [3]. n 12 Trong việc khai thác ưu thế lai ở lúa, lúa lai hai dòng đã 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) [22].
Có những tiến bộ đáng kể ở Trung Quốc, IRRI và nhiều nước khác trên thế giới trong đó có Việt Nam trong việc nghiên cứu và phát triển lúa lai hai dòng. Hệ thống lúa lai hai dòng có thể được phát triển rộng lúa lai ba dòng với những ưu điểm sau: Các tổ hợp lúa lai hai dòng có năng suất cao hơn từ 5 – 10% so với lúa lai ba dòng do có thể tiến hành lai xa huyết thống hoặc lai xa địa lý. Trong hệ thống lúa lai hai dòng thì dòng bất dục đực do gen lặn trong nhân tế bào kiểm soát nên có thể lai xa với nhiều dòng giống lúa khác mà không bị hiện tượng đồng tế bào chất cản trở; Không cần phải có dòng duy trì bất dục đực (dòng B), nên khi nhân dòng chỉ cần gieo trồng một dòng thay vì phải trồng xen dòng mẹ (A) với dòng bố (B). Vì vậy, giảm bớt một lần lai trong quá trình sản xuất , làm cho tỷ lệ giữ diện tích nhân dòng TGMS: diện tích sản xuất lúa lai thương phẩm của hệ thống lai hai dòng cao hơn hệ thống lai ba dòng.
Điều kiện khí hậu Việt Nam có hai mùa nóng lạnh tương đối rõ rệt, thuận lợi cho việc nghiên cứu và ứng dụng các dòng TGMS. Nhiều nghiên cứu của các tác giả trong nước đã cho biết có thể lợi dụng sự thay đổi nhiệt độ trong năm để duy trì các dòng TGMS và sản xuất lúa lai hệ hai dòng ( Hà Văn Nhân, 2002) [28], ( Nguyễn Thị Gấm, 2003) [11] 2. Hiện tượng bất dục đực ở lúa. Cũng như nhiều loại cây trồng, bất dục đực ở lúa là hiện tượng xảy ra trong đó cơ quan sinh sản đực hoặc không được hình thành hoặc bị thoái hóa n 13 trong khi đó cơ quan sinh dục cái vẫn phát triển bình thường và vẫn có khả năng thụ phấn, thụ tinh nếu có phấn của dòng bố khác.
Hiện tượng này là cơ sở cho các nghiên cứu và ứng dụng ưu thế lai ở lúa vì khi sản xuất hạt lai không cần phải khử đực dòng mẹ. Các dòng mẹ là dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường, biểu hiện của tính trạng bất dục đực phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện nhiệt độ và ánh sáng của từng vùng sinh thái.