Tổng quan luận án
Bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra là một trong những dịch bệnh gây thiệt hại nghiêm trọng nhất đối với sản xuất lúa tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó có Việt Nam. Ở mức độ nhẹ, bệnh làm lá lúa khô trắng do mất diệp lục, suy giảm khả năng quang hợp; ở mức độ nặng, bệnh gây cháy lá toàn bộ, làm hoại tử bó mạch dẫn tại cổ bông trong giai đoạn trỗ và chín sữa, dẫn đến giảm năng suất từ 20–30%, có thể lên tới 50–80% hoặc mất trắng. Thực tế sản xuất tại các tỉnh phía Bắc cho thấy các giống lúa lai hai dòng có tiềm năng năng suất cao hơn lúa thuần 15–20%, song hầu hết đều mẫn cảm với vi khuẩn Xoo, đặc biệt khi gieo cấy trong vụ Mùa và trong điều kiện thâm canh cao.
Giống lúa lai hai dòng LC212 (được tổ hợp từ dòng mẹ bất dục đực cảm ứng nhiệt độ TGMS 103S và dòng bố phục hồi R212 do Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp Lào Cai chọn tạo) sở hữu nhiều đặc tính nông học quý như thời gian sinh trưởng trung bình, thân cứng, đẻ nhánh khỏe, hạt xếp xít và khả năng thích ứng sinh thái rộng. Tuy nhiên, do cả dòng bố R212 và dòng mẹ 103S đều không mang gen kháng bệnh bạc lá, giống LC212 thường xuyên bị bệnh gây hại nặng, làm hạn chế việc mở rộng diện tích gieo cấy. Trong khi Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã chuyển thành công gen kháng trội Xa21 vào dòng mẹ 103S (tạo thành dòng 103BB21S), dòng bố R212 vẫn chưa được cải tạo tính kháng. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là cần ứng dụng phương pháp lai trở lại kết hợp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) để chuyển gen kháng Xa7 vào dòng bố R212, từ đó tạo tiền đề phối hợp với dòng mẹ 103S và 103BB21S nhằm tạo ra các tổ hợp lúa lai hai dòng mang đơn gen hoặc đa gen kháng có khả năng chống chịu bền vững với các chủng vi khuẩn Xoo phổ biến ở phía Bắc.
Mục tiêu nghiên cứu
- Chuyển thành công gen kháng bệnh bạc lá Xa7 vào dòng bố R212 bằng phương pháp lai trở lại kết hợp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS), tạo ra các dòng bố cải tiến R212BB7 thuần thục mang gen mục tiêu.
- Chọn tạo các tổ hợp lúa lai hai dòng cải tiến mang gen kháng bệnh bạc lá trên cơ sở kết hợp dòng bố R212BB7 với dòng mẹ 103S và dòng mẹ mang gen Xa21 (103BB21S).
- Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố cải tiến, dòng mẹ và hiệu quả sản xuất hạt giống lúa lai F1 của các tổ hợp lai cải tiến.
- Đánh giá hiệu quả sản xuất, khả năng thích ứng và tiềm năng năng suất của các tổ hợp lúa lai cải tiến tại các vùng sinh thái đại diện ở miền Bắc Việt Nam.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
- Vật liệu dòng bố: Dòng phục hồi R212 và các dòng R212 cải tiến mang gen Xa7 (R212BB7).
- Vật liệu dòng mẹ: Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ TGMS 103S và dòng mẹ cải tiến mang gen Xa21 (103BB21S).
- Nguồn cho gen kháng: Dòng đẳng gen IRBB7 mang gen Xa7 do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) cung cấp thông qua Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam – Nhật Bản.
- Mẫu đối chứng: Dòng R212 (đối chứng cho các dòng bố R212BB7) và giống lúa lai LC212 (đối chứng cho các tổ hợp lai mới).
- Nguồn vi sinh vật: Các mẫu phân lập vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae đại diện cho 4 nhóm nòi ở miền Bắc và mẫu phân lập tại Thanh Hóa.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Thí nghiệm lai chuyển gen, phân tích phân tử tại Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam – Nhật Bản (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); đánh giá nông sinh học, nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1 tại Trại Nghiên cứu và sản xuất giống lúa Bát Xát và Trại Rau quả Bắc Hà (Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp Lào Cai); khảo nghiệm sản xuất tại Lào Cai, Nam Định, Vĩnh Phúc, Thanh Hóa và Sóc Trăng.
- Thời gian: Triển khai liên tục từ vụ Xuân năm 2011 đến hết vụ Mùa năm 2016.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã tổng quan hệ thống các nghiên cứu về chọn tạo giống lúa lai và di truyền tính kháng bệnh bạc lá trên thế giới và tại Việt Nam:
Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai
- Trên thế giới: Trung Quốc phát triển lúa lai ba dòng từ năm 1973 và lúa lai hai dòng sử dụng nguồn bất dục TGMS/PGMS từ những năm đầu thế kỷ XXI (Lin & Yuan, 1980; Li Jiming & cs., 2008). Các chương trình siêu lúa lai được triển khai qua các giai đoạn 1996–2000 (mục tiêu 10,5 tấn/ha), 2001–2005 (12,0 tấn/ha) và 2006–2015 (Chen & Xiao, 2007; Yuan, 2014, 2017). Ấn Độ phát triển 70 tổ hợp lai được công nhận vào năm 2014, tập trung chuyển gen ưu thế lai và mở rộng diện tích canh tác (Chitta, 2001; Hari & cs., 2014, 2018; Dasgupta & Roy, 2014). Philippines thương mại hóa 53 giống lúa lai giai đoạn 2001–2013 với các giống Mestizo 1 đến Mestizo 51 (Aldas & Fangming, 2010; Dindo & cs., 2013). Các quốc gia như Bangladesh (BRRI), Indonesia (Satoto & Made, 2014), Thái Lan (Suniyum & cs., 2013) và Ghana (Samuel & cs., 2013) đều đẩy mạnh khai thác hệ thống dòng CMS, TGMS và chỉ thị SSR để tuyển chọn dòng bố phục hồi.
- Tại Việt Nam: Nghiên cứu lúa lai khởi đầu từ năm 1980, mở rộng nhập nội và chọn tạo từ năm 1990 (Phạm Ngọc Lương, 2000; Nguyễn Trí Hoàn & Nguyễn Thị Gấm, 2003; Cục Trồng trọt, 2016). Các dòng mẹ TGMS được phát triển thành công gồm 103S, T1S-96, AMS-30S, T7S, P5S, TGWCG530S (Vũ Hồng Quảng & Nguyễn Văn Hoan, 2011; Nguyễn Thị Trâm, 2011). Nhiều giống lúa lai hai dòng và ba dòng được công nhận như VL20, VL24, TH3-3, TH3-4, TH3-5, TH7-2, CT16, LC25, LC212, LC270 (Phạm Văn Thuyết, 2017; Nguyễn Bá Thông & cs., 2017). Tuy vậy, hạn chế lớn là bộ giống vụ Mùa còn thiếu tính chống chịu sâu bệnh, đặc biệt là bệnh bạc lá (Cục Trồng trọt, 2017).
Di truyền tính kháng và vi khuẩn gây bệnh bạc lá
- Độc tố vi khuẩn: Nghiên cứu của Sreeramulu, Anh Chuong Quoc (2007), Bùi Trọng Thủy (2004) và Noda & cs. đã xác định vi khuẩn Xoo tiết ra 7 loại độc tố axit hữu cơ gây héo mô lá:
| TT | Tên độc tố | Ký hiệu |
|---|---|---|
| 1 | Trans-3-methylthio-Acrylic acid | MTTA |
| 2 | Tiglic acid | TA |
| 3 | Phenylacetic acid | PAA |
| 4 | Isovaleric acid | IVA |
| 5 | 3-Methylthiopropionic acid | MTPA |
| 6 | Succinic acid | SUA |
| 7 | Fumaric acid | FUA |
- Hệ thống gen gây bệnh và thuyết "gen đối gen": Độc tính vi khuẩn phụ thuộc vào 3 nhóm gen gồm hrp (27 gen mã hóa hệ thống bài tiết loại III), avr (avrBs3/pth, Avrxa5, AvrXa7, AvrXa21) và nhóm điều hòa hrpX chứa đoạn hộp PIP (PIP box) (Feng & cs., 2009; Anjali & cs., 2010). Thuyết "gen đối gen" của Flor (1956, 1971) giải thích sự tương tác nhận biết giữa gen kháng (R) ở cây ký chủ và protein tác viên tương ứng do gen không độc (avr) của vi khuẩn mã hóa.
- Cơ cấu nhóm nòi vi khuẩn và phổ kháng tại miền Bắc: Nghiên cứu của Furuya & cs. (2003), Phan Hữu Tôn & Bùi Trọng Thủy (2003) và Lưu Văn Quyết & cs. (2014) xác định tại miền Bắc Việt Nam tồn tại 4 nhóm nòi vi khuẩn Xoo chính: nòi 1 (mẫu HAU 01043), nòi 2 (HAU 02009-2), nòi 3 (HAU 02034-6) và nòi 4 (HAU 02037-1).
| Nhóm | Mức độ kháng | Các gen Xa tương ứng |
|---|---|---|
| A | Kháng cao (kháng cả 4 nòi 1, 2, 3, 4) | xa5, Xa7 |
| B | Kháng trung bình (kháng nòi 1, 2, 3; nhiễm nòi 4) | Xa21 |
| C | Kháng thấp | Xa3, Xa4 |
| D | Nhiễm hoàn toàn | Xa1, Xa2, Xa10, Xa11, Xa14 |
| Nhóm độc tính | Mức độ độc tính | Nòi vi khuẩn |
|---|---|---|
| I | Độc tính cao | Nòi 4 |
| II | Độc tính trung bình | Nòi 3 |
| III | Độc tính thấp | Nòi 1, Nòi 2 |
- Các gen kháng và công cụ chỉ thị phân tử: Đến năm 2020 đã có 45 gen kháng bạc lá được xác định (Xa1 đến Xa46, chưa có Xa37), phân bố trên 10 nhiễm sắc thể (NST 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 12). Trong đó, gen trội Xa7 nằm trên NST số 6 (Gu & cs., 2004, 2008) có tính kháng bền vững ở nhiệt độ cao (Webb & cs., 2010) và liên kết chặt với chỉ thị SSR RM5509 (Chen & cs., 2008, 2009). Gen trội Xa21 định vị trên NST số 11 (Song & cs., 1995; Wang & cs., 1996) liên kết với chỉ thị pTA248 (Yan-Chang & cs., 2004).
Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết
Các công trình trước đây tại Việt Nam chủ yếu chuyển gen Xa21 vào dòng mẹ TGMS 103S (Hien Vu Thi Thu & Yoshimura, 2015) hoặc cải tiến lúa thuần (Dương Xuân Tú & cs., 2018). Tuy nhiên, việc duy trì gen kháng trên dòng mẹ TGMS gặp khó khăn do tính mẫn cảm với điều kiện nhiệt độ nhân dòng. Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách chuyển gen trội Xa7 vào dòng bố phục hồi R212 bằng chỉ thị RM5509, tạo ra dòng bố cải tiến dễ duy trì thuần chủng, đồng thời phối hợp với dòng mẹ 103BB21S để quy tụ cả hai gen Xa7 và Xa21 vào con lai F1, tạo nên tính kháng kép phổ rộng đối với các nòi vi khuẩn Xoo ở miền Bắc.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết
- Thuyết di truyền "gen đối gen" của Flor (1971) trong mối quan hệ tương tác giữa ký chủ (Oryza sativa) và vi khuẩn ký sinh (Xanthomonas oryzae pv. oryzae).
- Lý thuyết ưu thế lai (Heterosis) trong chọn giống lúa lai hai dòng dựa trên sự tương tác bổ trợ alen giữa dòng mẹ TGMS và dòng bố phục hồi hữu dục (R).
- Nguyên lý chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS) kết hợp lai hồi giao (Backcross Breeding) nhằm du nhập đoạn nhiễm sắc thể chứa gen mục tiêu mà không phá vỡ phức hợp tính trạng nông sinh học quý của dòng nhận.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lai chuyển gen:
- Thực hiện phép lai giữa dòng nhận R212 và dòng cho IRBB7 mang gen Xa7 để tạo thế hệ F1.
- Tiến hành lai hồi giao liên tiếp qua các thế hệ $BC_1F_1$, $BC_2F_1$, $BC_3F_1$ với dòng R212 làm bố tái sinh (recurrent parent).
- Tự thụ phấn qua các thế hệ $BC_2F_3$ và $BC_3F_2$ để cố định kiểu gen và đánh giá độ thuần nông học.
- Phương pháp chỉ thị phân tử (MAS):
- Tách chiết DNA tổng số từ mô lá non của các cá thể phân ly.
- Thực hiện phản ứng chuỗi trùng lặp (PCR) sử dụng cặp mồi vi vệ tinh SSR RM5509 đặc hiệu liên kết chặt với gen Xa7.
- Điện di sản phẩm PCR trên gel để xác định sự có mặt của đoạn phân đoạn DNA mang gen Xa7 ở trạng thái đồng hợp tử hoặc dị hợp tử.
- Phương pháp lây nhiễm nhân tạo vi khuẩn bạc lá:
- Sử dụng phương pháp cắt ngọn lá (clipping method) bằng kéo nhúng dịch huyền phù vi khuẩn Xoo ở mật độ tế bào tiêu chuẩn ($10^8 - 10^9$ CFU/ml) ở giai đoạn phân hóa đòng đến trỗ bông.
- Sử dụng 3 mẫu phân lập vi khuẩn phổ biến và mẫu phân lập vi khuẩn tại Thanh Hóa.
- Đo chiều dài vết bệnh (cm) và phân cấp tính kháng sau 14–21 ngày lây nhiễm theo thang đánh giá mức độ nhiễm bệnh: Cấp 1–3 (Kháng - R, vết bệnh < 5 cm), Cấp 5 (Kháng trung bình - MR), Cấp 7 (Nhiễm - S), Cấp 9 (Nhiễm nặng - HS).
- Phương pháp đánh giá nông sinh học và khả năng kết hợp:
- Theo dõi các chỉ tiêu hình thái và nông học: chiều cao cây, khả năng đẻ nhánh, động thái tăng trưởng thân, chiều dài và góc lá đòng, cấu trúc bông chính, tỷ lệ hạt phấn hữu dục (nhuộm $\text{I}_2\text{-KI}$), tính ổn định bất dục của dòng mẹ TGMS (103S, 103BB21S).
- Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) của các tổ hợp lai F1.
- Phương pháp nghiên cứu sản xuất hạt lai F1:
- Theo dõi quá trình phân hóa đòng, dự báo thời gian trỗ, sự nở hoa trùng khớp của bố mẹ, liều lượng và thời điểm phun chất kích thích sinh trưởng $\text{GA}_3$, xác định tỷ lệ đậu hạt và năng suất hạt lai F1.
- Phương pháp khảo nghiệm sản xuất và đánh giá chất lượng cơm:
- Khảo nghiệm đồng ruộng về năng suất thực thu, khả năng chống chịu tự nhiên với sâu bệnh hại chính (rầy nâu, đạo ôn, bạc lá, khô vằn).
- Phân tích tỷ lệ chế biến: tỷ lệ gạo xay, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên, độ bạc bụng / trắng trong.
- Đánh giá chất lượng cảm quan cơm theo thang điểm tiêu chuẩn ngành 10TCN 395-2006 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1. Mở đầu
Phần này trình bày tính cấp thiết của việc phát triển lúa lai kháng bệnh bạc lá tại các tỉnh miền Bắc, xác định rõ đối tượng nghiên cứu (R212, IRBB7, 103S, 103BB21S, LC212), phạm vi không gian, thời gian và mục tiêu chuyển nạp gen Xa7 vào dòng bố R212 để phối hợp tạo giống lúa lai hai dòng mới.
Phần 2. Tổng quan tài liệu
Chương này tổng thuật toàn diện cơ sở lý luận và thực tiễn về công tác chọn tạo giống lúa lai trên thế giới và Việt Nam; sinh học vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae, cơ chế 7 loại độc tố axit gây héo lá; hệ thống phân loại nòi sinh lý vi khuẩn tại miền Bắc Việt Nam (4 nhóm nòi); cơ chế di truyền của 45 gen kháng Xa và ứng dụng của các chỉ thị phân tử (RFLP, RAPD, SSR) trong chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS).
Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương này mô tả chi tiết nguồn vật liệu di truyền, sơ đồ lai hồi giao backcross, quy trình phân tích PCR với mồi RM5509, quy trình nhân nuôi và lây nhiễm nhân tạo 4 nhóm nòi vi khuẩn Xoo, phương pháp bố trí thí nghiệm so sánh giống, kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 và phương pháp thống kê xử lý số liệu theo tiêu chuẩn 10TCN 395-2006.
Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Chuyển gen Xa7 kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa vào dòng phục hồi R212
- Kết quả lai hồi giao giữa dòng nhận R212 và dòng cho IRBB7 đã tạo lập các thế hệ $BC_1$, $BC_2$ và $BC_3$.
- Đánh giá lây nhiễm nhân tạo trên các cá thể thế hệ $BC_2F_3$ và $BC_3F_2$ trong vụ Xuân 2013 với 3 mẫu phân lập vi khuẩn bạc lá đã xác định được các dòng phân ly có phản ứng kháng cao (chiều dài vết bệnh ngắn).
- Phân tích PCR sử dụng cặp mồi RM5509 trên 81 cá thể thuộc các dòng phân ly (từ mã số 501-1-1 đến 633-1-3) đã xác định rõ các cá thể mang băng DNA đặc hiệu của gen Xa7 ở trạng thái đồng hợp tử.
- Tuyển chọn thành công các dòng bố cải tiến R212BB7 ưu tú gồm: dòng 575-1-1-4 và 632-2-4-2; đồng thời lưu giữ hai dòng 504-1-1-1 và 610-1-1-1 phục vụ nghiên cứu tiếp theo. Các dòng này mang đầy đủ đặc tính phục hồi của R212 và sở hữu gen kháng Xa7.
4.2. Chọn tạo các tổ hợp lúa lai cải tiến mang gen kháng bệnh bạc lá
- Tiến hành lai giữa các dòng bố R212BB7 với dòng mẹ 103S (không mang gen kháng) và dòng mẹ 103BB21S (mang gen Xa21).
- Khảo sát các tổ hợp lai F1 trong vụ Xuân 2015 tại Bát Xát và vụ Mùa 2015 tại Lào Cai:
- Các tổ hợp mang đơn gen (Xa7 hoặc Xa21) và mang đồng thời hai gen (Xa7 + Xa21) đều biểu hiện tính kháng rõ rệt khi lây nhiễm nhân tạo với các mẫu phân lập Xoo (bao gồm cả mẫu phân lập Thanh Hóa trong vụ Xuân 2016).
- Hai tổ hợp lai hai dòng cải tiến ưu tú nhất được chọn lọc là:
- LC575 (tổ hợp 103BB21S / R212BB7-575-1-1-4) mang 2 gen kháng Xa7 + Xa21.
- LC632 (tổ hợp 103BB21S / R212BB7-632-2-4-2) mang 2 gen kháng Xa7 + Xa21.
- Đánh giá phẩm chất hạt và cảm quan cơm vụ Mùa 2015 cho thấy LC575 và LC632 có kích thước hạt thon dài, tỷ lệ gạo nguyên cao, cơm mềm, vị đậm, tương đương hoặc vượt trội so với giống đối chứng LC212.
4.3. Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ và sản xuất hạt lúa lai F1
- Dòng bố cải tiến R212BB7: Duy trì chiều cao cây hợp lý, khả năng đẻ nhánh khỏe, góc lá đòng đứng, chất lượng hạt phấn hữu dục cao (> 95%), trỗ thoát tốt. Nhờ tính kháng bạc lá được cải thiện, năng suất nhân dòng bố R212BB7 trong vụ Mùa tăng tới 8,0 tạ/ha so với dòng bố gốc R212.
- Dòng mẹ 103BB21S: Thể hiện tính bất dục đực 100% trong điều kiện nhiệt độ cao vụ Mùa tại Bát Xát và phục hồi hữu dục hoàn toàn khi nhân dòng tại Bắc Hà (Lào Cai), cho năng suất nhân dòng đạt cao hơn dòng mẹ gốc 103S là 3,05 tạ/ha (tăng 22%).
- Sản xuất hạt lai F1: Sự trùng khớp thời gian trỗ và nở hoa giữa dòng bố R212BB7 và dòng mẹ 103BB21S đạt mức cao khi áp dụng quy trình điều tiết phân hóa đòng và xử lý $\text{GA}_3$. Quần thể ruộng sản xuất hạt lai cứng cây, không bị bạc lá gây hại bộ lá công năng:
- Năng suất hạt lai F1 của tổ hợp LC632 đạt cao hơn đối chứng LC212 là 6,82 tạ/ha.
- Năng suất hạt lai F1 của tổ hợp LC575 đạt cao hơn đối chứng LC212 là 5,62 tạ/ha.
4.4. Đánh giá hiệu quả sản xuất của các tổ hợp lúa lai cải tiến
- Khảo nghiệm sản xuất thương phẩm diện rộng trong vụ Xuân 2016 và vụ Mùa 2016 tại các vùng sinh thái: Trung du miền núi phía Bắc (Lào Cai), Đồng bằng sông Hồng (Nam Định, Vĩnh Phúc), Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa) và Sóc Trăng.
- Khả năng chống chịu sâu bệnh: Trong điều kiện đồng ruộng, LC632 và LC575 có mức độ nhiễm bệnh đạo ôn, rầy nâu và khô vằn ở mức nhẹ (cấp 1–3), hoàn toàn không bị cháy lá do vi khuẩn bạc lá trong vụ Mùa.
- Năng suất thương phẩm:
- Cả hai tổ hợp lai cải tiến đều cho năng suất vượt đối chứng LC212 từ 4,0 đến 12,0 tạ/ha.
- Mức chênh lệch năng suất cao nhất đạt được tại các vùng đồng bằng ven biển (như Nam Định, Thanh Hóa) trong vụ Mùa – nơi áp lực dịch bệnh bạc lá diễn ra gay gắt nhất làm giống đối chứng LC212 bị sụt giảm năng suất nghiêm trọng.
| Chỉ tiêu / Dòng - Tổ hợp | Dòng / Tổ hợp gốc (Đ/C) | Dòng / Tổ hợp cải tiến | Mức độ cải thiện |
|---|---|---|---|
| Năng suất nhân dòng bố | R212 gốc | R212BB7 (575-1-1-4, 632-2-4-2) | Tăng tới 8,0 tạ/ha |
| Năng suất nhân dòng mẹ | 103S gốc | 103BB21S | Tăng 3,05 tạ/ha (+22%) |
| Năng suất sản xuất hạt F1 | LC212 (103S/R212) | LC632 (103BB21S/632-2-4-2) LC575 (103BB21S/575-1-1-4) |
Tăng 6,82 tạ/ha Tăng 5,62 tạ/ha |
| Năng suất lúa thương phẩm | LC212 | LC632 và LC575 | Cao hơn 4,0 – 12,0 tạ/ha |
| Tính kháng bệnh bạc lá | Nhiễm nặng (Cấp 7–9) | Kháng cao với 3 nòi phổ biến | Cấp 1–3 (ổn định) |
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học
- Chứng minh thành công tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng chỉ thị phân tử SSR (cặp mồi RM5509) kết hợp phương pháp lai hồi giao (backcross) để chuyển gen trội Xa7 vào dòng bố phục hồi R212.
- Làm sáng tỏ cơ sở khoa học của việc phối hợp đa gen kháng (Xa7 từ dòng bố và Xa21 từ dòng mẹ) trong hệ thống lúa lai hai dòng, chứng minh con lai F1 mang 2 gen kháng biểu hiện tính kháng cao, ổn định và có phổ kháng rộng hơn hẳn so với các dòng đơn gen đối với các nhóm nòi vi khuẩn Xoo ở miền Bắc Việt Nam.
- Khẳng định ưu thế của việc lưu giữ và chuyển gen mục tiêu vào dòng bố phục hồi phấn so với việc chỉ tác động trên dòng mẹ TGMS, giúp việc duy trì nguồn gen ổn định qua các vụ sản xuất.
Đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Chọn tạo thành công 2 dòng bố phục hồi cải tiến mang gen Xa7 gồm R212BB7-632-2-4-2 và R212BB7-575-1-1-4 có tiềm năng năng suất cao, kháng tốt với bệnh bạc lá; đồng thời tuyển chọn được 2 dòng dự bị 504-1-1-1 và 610-1-1-1 làm nguồn vật liệu khởi đầu cho các chương trình chọn giống tiếp theo.
- Tạo ra 2 giống lúa lai hai dòng mới LC632 và LC575 mang 2 gen kháng Xa7 và Xa21, duy trì trọn vẹn các đặc tính nông học quý của giống gốc LC212 nhưng có tính kháng bạc lá vượt trội.
- Nâng cao năng suất sản xuất hạt lai F1 (tăng từ 5,62 đến 6,82 tạ/ha) và tăng năng suất lúa thương phẩm từ 4,0 đến 12,0 tạ/ha tại các vùng sinh thái trọng điểm phía Bắc, giúp giảm thiểu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, hạ giá thành sản xuất và bảo vệ môi trường sinh thái.
Kiến nghị và giải pháp đề xuất
- Đưa 2 tổ hợp lúa lai cải tiến LC632 và LC575 tham gia mạng lưới khảo nghiệm giống quốc gia để sớm được công nhận và mở rộng vào cơ cấu sản xuất vụ Mùa tại các tỉnh phía Bắc, đặc biệt là vùng ven biển và trung du miền núi.
- Khai thác các dòng bố cải tiến R212BB7 làm vật liệu lai với các dòng mẹ TGMS khác nhằm đa dạng hóa bộ giống lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá.
- Ứng dụng quy trình sản xuất hạt lai F1 và gói kỹ thuật thâm canh đồng bộ đã được xác lập trong luận án vào thực tế sản xuất tại các địa phương.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát tính kháng đối với các mẫu phân lập vi khuẩn Xoo phổ biến tại khu vực phía Bắc và đánh giá khảo nghiệm tại một số điểm sinh thái đại diện (Lào Cai, Nam Định, Vĩnh Phúc, Thanh Hóa, Sóc Trăng) trong giai đoạn 2011–2016; chưa bao phủ toàn diện các biến chủng vi khuẩn mới phát sinh ở các vùng sinh thái đặc thù khác.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục hoàn thiện và tối ưu hóa quy trình thâm canh cao sản cho hai giống lúa LC632 và LC575 trên các chân đất và tiểu vùng khí hậu khác nhau.
- Đẩy mạnh nghiên cứu quy tụ thêm các gen kháng sâu bệnh nguy hiểm khác (như gen kháng đạo ôn Pi, gen kháng rầy nâu Bph) vào nền di truyền của các dòng bố R212BB7 và dòng mẹ 103BB21S.
- Khai thác hai dòng phục hồi triển vọng 504-1-1-1 và 610-1-1-1 để lai tạo các tổ hợp lúa lai chất lượng cao phục vụ tiêu dùng nội địa và xuất khẩu.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao đối với các nhóm đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học, sinh viên và giảng viên ngành Di truyền - Chọn giống cây trồng, Bảo vệ thực vật, Nông học: Tham khảo phương pháp chuyển gen mục tiêu bằng lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử SSR (mồi RM5509), phương pháp lây nhiễm vi khuẩn nhân tạo, kỹ thuật kiểm tra tính bất dục đực TGMS và phân tích ưu thế lai.
- Các viện nghiên cứu, trung tâm giống cây trồng, doanh nghiệp hạt giống: Tiếp cận quy trình công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai hai dòng F1 năng suất cao, kỹ thuật điều khiển trỗ khớp hoa bố mẹ bằng $\text{GA}_3$, và khai thác nguồn vật liệu dòng bố cải tiến R212BB7.
- Cán bộ quản lý nông nghiệp, khuyến nông tại các tỉnh phía Bắc và Bắc Trung Bộ: Cung cấp luận cứ khoa học để định hướng cơ cấu giống lúa lai vụ Mùa tại các vùng thường xuyên chịu áp lực dịch bệnh bạc lá và vùng đồng bằng ven biển.
Câu hỏi thường gặp
1. Chỉ thị phân tử nào được tác giả sử dụng để chọn lọc gen kháng bệnh bạc lá Xa7 vào dòng bố R212?
Tác giả sử dụng chỉ thị vi vệ tinh SSR RM5509 để thực hiện phản ứng PCR khuếch đại đoạn gen mục tiêu trên các thế hệ phân ly lai trở lại ($BC_2F_3$, $BC_3F_2$), từ đó sàng lọc chính xác các cá thể mang gen kháng trội Xa7 ở trạng thái đồng hợp tử.
2. Tại miền Bắc Việt Nam có bao nhiêu nhóm nòi vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae và gen kháng nào thể hiện tính kháng cao nhất?
Miền Bắc có 4 nhóm nòi vi khuẩn Xoo phổ biến: nòi 1 (HAU 01043), nòi 2 (HAU 02009-2), nòi 3 (HAU 02034-6) và nòi 4 (HAU 02037-1). Trong đó, gen xa5 và Xa7 thuộc nhóm A (kháng cao với cả 4 nòi); gen Xa21 thuộc nhóm B (kháng nòi 1, 2, 3 nhưng nhiễm nòi 4); các gen Xa1, Xa2, Xa10, Xa11, Xa14 đều bị nhiễm.
3. Hai dòng bố cải tiến và hai tổ hợp lúa lai mới được tuyển chọn chính thức trong luận án là gì?
Hai dòng bố cải tiến được chọn tạo thành công là R212BB7-632-2-4-2 và R212BB7-575-1-1-4. Hai tổ hợp lúa lai hai dòng mới tương ứng là LC632 (103BB21S / R212BB7-632-2-4-2) và LC575 (103BB21S / R212BB7-575-1-1-4), cả hai đều mang đồng thời 2 gen kháng Xa7 và Xa21.
4. Năng suất nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1 của các dòng/tổ hợp cải tiến thay đổi như thế nào so với ban đầu?
Năng suất nhân dòng bố R212BB7 tăng tới 8,0 tạ/ha so với dòng R212 gốc; năng suất nhân dòng mẹ 103BB21S tăng 3,05 tạ/ha (+22%) so với 103S; năng suất sản xuất hạt lai F1 của tổ hợp LC632 tăng 6,82 tạ/ha và tổ hợp LC575 tăng 5,62 tạ/ha so với tổ hợp đối chứng LC212.
5. Năng suất thương phẩm của các giống lúa lai mới LC632 và LC575 tại các điểm khảo nghiệm đạt mức chênh lệch ra sao?
Khảo nghiệm tại các tỉnh miền Bắc cho thấy LC632 và LC575 cho năng suất cao hơn giống đối chứng LC212 từ 4,0 đến 12,0 tạ/ha. Mức tăng cao nhất ghi nhận tại vùng đồng bằng ven biển trong vụ Mùa nhờ khả năng chống chịu bệnh bạc lá vượt trội.
Kết luận
Luận án của tác giả Dương Đức Huy đã giải quyết thành công bài toán cải tiến tính kháng bệnh bạc lá cho giống lúa lai hai dòng LC212 thông qua phương pháp lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử SSR RM5509. Công trình đã tạo ra 2 dòng bố phục hồi cải tiến R212BB7-632-2-4-2 và R212BB7-575-1-1-4 mang gen Xa7, đồng thời kết hợp với dòng mẹ 103BB21S để tạo ra 2 tổ hợp lúa lai hai dòng LC632 và LC575 mang 2 gen kháng Xa7 + Xa21. Kết quả khảo nghiệm khẳng định các giống lúa lai mới không chỉ kháng tốt với các nòi vi khuẩn bạc lá phổ biến ở miền Bắc mà còn nâng cao đáng kể năng suất hạt lai F1 và năng suất lúa thương phẩm (tăng từ 4,0 đến 12,0 tạ/ha), đóng góp thiết thực cho sự phát triển bền vững của ngành sản xuất lúa lai Việt Nam.