Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo dòng bất dục đực tế bào chất và dòng duy trì mới phục vụ cho chọn giống lúa lai ba dòng ở Việt Nam

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:196

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm nghiên cứu chọn tạo được căp dòng A/B bất dục ổn định, mới có kiểu cây cải tiến, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt, khả năng nhận phấn ngoài của dòng A được cải thiện, làm đa dạng nguồn vật liệu từ đó tạo tổ hợp lúa lai ba dòng mới tốt, ổn định và thích ứng với điều kiện sản xuất của Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo dòng bất dục đực tế bào chất và dòng duy trì mới phục vụ cho chọn giống lúa lai ba dòng ở Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM BÙI VIẾT THƯ NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO DÒNG BẤT DỤC ĐỰC TẾ BÀO CHẤT VÀ DÒNG DUY TRÌ MỚI PHỤC VỤ CHO CHỌN GIỐNG LÚA LAI BA DÒNG Ở VIỆT NAM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2018
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM BÙI VIẾT THƢ NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO DÒNG BẤT DỤC ĐỰC TẾ BÀO CHẤT VÀ DÒNG DUY TRÌ MỚI PHỤC VỤ CHO CHỌN GIỐNG LÚA LAI BA DÒNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành : Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 9620 111 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thị Trâm PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền HÀ NỘI - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã đƣợc cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 19 tháng 03 năm 2018 Tác giả luận án Bùi Viết Thƣ i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thị Trâm và PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền đã tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Ban chủ nhiệm Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi cũng xin đƣợc cảm ơn nhà giáo Nguyễn Đình Hiền đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình xử lý số liệu kết quả của luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, nhân viên bộ phận R & D, cán bộ, công nhân Trung Nghiên cứu và Phát triển Lúa lai thuộc Công ty TNHH Syngenta Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn cha mẹ, vợ, các con trai, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong nghiên cứu khoa học cũng nhƣ trong đời sống góp phần thúc đẩy việc hoàn thành luận án này./. Hà Nội, ngày 19 tháng 03 năm 2018 Nghiên cứu sinh Bùi Viết Thƣ ii
MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục từ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x Trích yếu luận án xi Thesis abtract xiii PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 3 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4 1.4. Những đóng góp mới của đề tài 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6 2.1. Cơ sở lý luận 6 2.1.1. Khái niệm ƣu thế lai 6 2.1.2. Ƣu thế lai trên cây lúa 7 2.2. Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nƣớc 9 2.2.1. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới 9 2.2.2. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nƣớc 15 2.3. Các hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai 18 2.3.1. Hệ thống bất bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility-CMS) 18 2.3.2. Hệ thống bất dục đực do gen nhân 33 2.4. Phƣơng pháp chọn tạo bố mẹ lúa lai ba dòng 37 2.4.1. Phƣơng pháp chọn tạo dòng mẹ (dòng CMS) 37 2.3.2. Phƣơng pháp tạo dòng duy trì bất dục (dòng B) 38 2.3.3. Phƣơng pháp tạo dòng bố lúa lai (dòng R) 39 2.3.4. Mối quan hệ giữa các dòng A, B, R 40 2.3.5. Khả năng kết hợp của các dòng A và dòng R 41 iii
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 44 3.1.1. Địa điểm nghiên cứu 44 3.1.2. Thời gian nghiên cứu 44 3.2. Vật liệu nghiên cứu 44 3.3. Nội dung nghiên cứu 44 3.3.1. Nội dung 1: Lai giữa các dòng B truyền thống, đánh giá và chọn dòng B mới mang tính trạng mục tiêu (Tạo dòng B mới) 44 3.3.2. Nội dung 2: Lai dòng B mới với dòng A truyền thống, đánh giá và chọn dòng A mới mang nhiều đặc điểm tốt (Tạo dòng A mới) 44 3.3.3. Nội dung 3: Lai dòng A mới với các dòng R tốt, chọn tổ hợp F1 triển vọng 45 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 45 3.4.1. Nội dung 1: Lai giữa các dòng B truyền thống, đánh giá và chọn dòng B mới mang tính trạng mục tiêu (Tạo dòng B mới) 45 3.4.2. Nội dung 2: Lai dòng B mới với dòng A truyền thống, đánh giá và chọn dòng A mới mang nhiều đặc điểm tốt (Tạo dòng A mới). 49 3.4.3. Nội dung 3: Lai dòng A mới với các dòng R tốt, chọn tổ hợp F1 triển vọng 56 3.4.4. Phân tích và xử lý số liệu 59 PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 60 4.1. Lai tạo, chọn lọc cải tiến các dòng B đang sử dụng tại Việt Nam để tạo dòng B mới 60 4.1.1. Đặc điểm của 3 cặp dòng A/B tham gia lai cải tiến dòng B 60 4.1.2. Lai tạo, chọn lọc cải tiến dòng B 62 4.2. Lai trở lại và đánh giá các dòng CMS mới 72 4.2.1. Kết quả tạo dòng A mới (A1) từ tổ hợp lai (BoA x B1) 73 4.2.2. Kết quả tạo dòng A mới (A2) từ tổ hợp lai (25A x B1) 73 4.2.3. Tạo dòng A mới (A3) từ dòng B mới có nguồn gốc là cặp lai (II-32B x 25B) (B2) 84 4.2.4. Tạo dòng A mới (A4) từ dòng B mới có nguồn gốc là cặp lai (II-32B x 25B) (B2) 97 4.3. Lai tạo, chọn lọc tìm tổ hợp triển vọng mới 109 4.3.1. Tuyển chọn, đánh giá dòng R 109 iv
4.3.2. Lai thử và đánh giá khả năng kết hợp của các dòng mẹ mới với R tốt để tìm tổ hợp lai mới 112 4.3.3. Lai thử các dòng CMS mới với các dòng bố tốt tìm F1 triển vọng 128 PHẦN 5. KẾT LUẬN VẦ ĐỀ NGHỊ 134 5.1. Kết luận 134 5.2. Đề nghị 135 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 136 Tài liệu tham khảo 137 Phụ lục 146 v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt 25A IR58025A 25B IR58025B TGST Thời gian sinh trƣởng CMS Cytoplasm Male Sterility (Bất dục đực tế bào chất) SNP Single Nucleotype Polymorphism (Đa hình nucleotit đơn) MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) WA Wide Abortion (bất dục dạng dại) TGMS Themosensitive Genetic Male Sterility (Bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ) GMS Gentic Male Sterility (Bất dục đực nhân) ID Indonesia Type (Dạng Indonesia) QTL Quantitative Trait Loci (Locus tính trạng số lƣợng) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế) FAO Food and Agricultural Oganization (Tổ chức Nông nghiệp và Lƣơng thực Liên Hiệp Quốc) NST Nhiễm sắc thể BC Back cross (Lai trở lại) D/R Tỷ lệ dài/rộng KL Khối lƣợng TGST Thời gian sinh trƣởng NS Năng suất vi
DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1. Phân loại dòng duy trì và phục hồi đối với lúa lai 30 4.1. Đặc điểm nông học của các dòng A, B tại Nam Định (vụ Xuân 2009) 61 4.2. Đặc điểm hình thái của 9 dòng thuần D1 tại Nam Định (vụ Xuân 2012) 63 4.3. Đặc điểm lá và hạt của 9 dòng thuần D1 tại Nam Định (Vụ Xuân 2012) 64 4.4. Đặc điểm nông sinh học của 9 dòng D1 tại Nam Định (Vụ Xuân 2012) 64 4.5. Đặc điểm hình thái của 9 dòng thuần D2 tại Nam Định (Vụ Xuân 2012) 66 4.6. Đặc điểm lá và hạt của 9 dòng thuần D2 tại Nam Định (Vụ Xuân 2012) 67 4.8. Đặc điểm nông sinh học của 9 dòng thuần D2 tại Nam Định (Vụ Xuân 2012) 68 4.8. Đánh giá khả năng duy trì bất dục của các dòng thuần D1 chọn từ tổ hợp lai (BoB x 25B) tại Nam Định (Vụ Mùa 2012) 70 4.9. Đánh giá khả năng duy trì bất dục của các dòng D2 chọn từ tổ hợp lai II- 32B/25B tại Nam Định (Vụ Mùa 2012) 71 4.10. Kết quả đánh giá dạng hình của 9 dòng A2 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 73 4.11. Độ bất dục đực của 9 dòng A2 ở các thế hệ lai lại từ F1 đến BC3F1 tại Nam Định (Vụ Xuân 2013-Vụ Mùa 2014) 74 4.12. Độ bất dục đực của 9 dòng A2 ở các thế hệ lai lại từ BC3F1-BC6F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014-Vụ Xuân 2016) 75 4.13. Một số đặc điểm chính của các tổ hợp lai giữa 9 dòng A2 ở BC3F1 với R838 tại Nam Định trong vụ Xuân năm 2015 76 4.14. Một số đặc điểm nông sinh học của 9 dòng A2/B1 ở thế hệ BC3F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 78 4.15. Kết quả đánh giá phản ứng của 9 dòng A2 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Mùa 2014). 79 4.16. Kết quả đánh giá phản ứng của 9 dòng A2 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Xuân 2015). 80 4.17. Kết quả lây nhiễm nhân tạo 9 dòng A2 với 2 chủng bạc lá ở điều kiện nhân tạo tại Nam Định và Thanh Hóa (vụ Xuân 2016) 80 4.18. Kết quả phân tích hàm lƣợng amylose của các dòng A2 81 4.19. Đặc điểm nông sinh học chính của các dòng A2/B1 ƣu tú tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 81 vii
4.20. Kết quả đánh giá dạng hình của 9 dòng A3 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 85 4.21. Độ bất dục đực của 9 dòng A3 qua các thế hệ từ F1-BC3F1 tại Nam Định (Vụ Xuân 2013-Vụ Mùa 2014) 86 4.22. Độ bất dục đực của 9 dòng A3 ở các thế hệ từ BC3F1-BC6F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014-Vụ Xuân 2016) 86 4.23. Một số đặc điểm chính của các tổ hợp lai giữa A3 ở BC3F1 với Phúc Khôi 838 tại Nam Định trong Xuân 2015 88 4.24. Một số đặc điểm nông sinh học chính của 9 dòng A3/B2 ở thế hệ BC3F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 90 4.25. Kết quả đánh giá phản ứng của 9 dòng A3 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 92 4.26. Kết quả đánh giá phản ứng của các dòng A3 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Xuân năm 2015) 92 4.27. Kết quả lây nhiễm nhân tạo 9 dòng A3 với 2 chủng bạc lá ở điều kiện lây nhiễm nhân tạo tại Nam Định và Thanh Hóa (Vụ Xuân 2016). 93 4.28. Kết quả phân tích hàm lƣợng amylose của 9 dòng A3 93 4.29. Đặc điểm nông sinh học chính của các dòng A3/B2 ƣu tú tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 94 4.30. Kết quả đánh giá dạng hình của 9 dòng A4 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 97 4.31. Độ bất dục đực của 9 dòng A4 ở các thế hệ từ F1-BC3F1 tại Nam Định (Vụ Xuân 2013-Vụ Mùa 2014) 98 4.32. Độ bất dục đực của 9 dòng A4 ở các thế hệ từ BC3F1-BC6F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014-Vụ Xuân 2016) 98 4.33. Một số đặc điểm chính của các tổ hợp lai giữa 9 dòng A4 ở BC3F1 với R838 tại Nam Định trong vụ Xuân 2015 101 4.34. Một số đặc điểm nông sinh học chính của 9 dòng A4/B2 ở thế hệ BC 3F1 tại Nam Định (Vụ Mùa 2014) 102 4.35. Kết quả đánh giá phản ứng của 9 dòng A4 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Mùa 2014). 104 4.36. Kết quả đánh giá phản ứng của 9 dòng A4 với một số sâu bệnh chính ở điều kiện đồng ruộng tại Nam Định (Vụ Xuân 2015) 104 viii
4.37. Kết quả lây nhiễm nhân tạo 9 dòng A4 với 2 chủng bạc lá ND4.1. và X19.4 tại Nam Định và Thanh Hóa (Vụ Xuân 2016) 105 4.38. Kết quả phân tích hàm lƣợng amylose của 9 dòng A4 106 4.39. Một số đặc điểm nông sinh học chính của các A4/B2 ƣu tú tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 106 4.40. Một số đặc điểm cơ bản của các dòng R đƣợc đánh giá, tuyển chọn tại Nam Định (Vụ Xuân 2015) 110 4.41. Một số đặc điểm cơ bản của các dòng R tốt tại Nam Định trong vụ Mùa 2015 111 4.42. Đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai giữa CMS mới với R838 và Q5 tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 113 4.43. Đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai giữa CMS mới với R632, R1532 và R1586 tại Nam Định, vụ Xuân 2016 115 4.44. Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ trên một số tính trạng năng suất tại Nam Định (vụ Xuân 2016) 119 4.45. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng số bông/khóm của các dòng bố mẹ tại Nam Định (vụ Xuân 2016) 121 4.46. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng chiều dài bông của các dòng bố mẹ tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 122 4.47. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng số hạt chắc/bông của các dòng bố mẹ tại Nam Định (Vụ Xuân 2016) 123 4.48. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng tỷ lệ hạt chắc của các dòng bố mẹ tại Nam Định (vụ Xuân 2016) 124 4.49. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng khối lƣợng 1000 hạt của các dòng bố mẹ tại Nam Định (vụ Xuân 2016) 125 4.50. Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng năng suất cá thể của các dòng bố mẹ tại Nam Định (vụ Xuân 2016) 126 4.51. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai triển vọng tại Nam Định (vụ Xuân 2017) 126 4.52. Kết quả đánh giá đặc điểm cơ bản của các F1 tại Nam Định trong vụ Xuân 2016 129 4.53. Kết quả quan sát con lai F1 triển vọng trong vụ Xuân 2017 131 4.54. Một số đặc điểm chất lƣợng gạo của các tổ hợp F1 triển vọng vụ Xuân 2017 132 ix
DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 3.1. Sơ đồ quá trình lai tạo và chọn lọc tìm dòng B mới 47 3.2. Sơ đồ quá trình lai tạo và chọn lọc tìm dòng A mới 51 4.1. Tỷ lệ thò vòi nhụy của các dòng A2 ƣu tú trong vụ Xuân 2016 84 4.2. Tỷ lệ thò vòi nhụy của các dòng A3 ƣu tú trong vụ Xuân 2016 96 4.3. Tỷ lệ thò vòi nhụy của các dòng A4 ƣu tú trong vụ Xuân 2016 109 4.4. Năng suất của các tổ hợp lai triển vọng trong vụ Xuân 2017 128 x
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Bùi Viết Thƣ Tên Luận án: “Nghiên cứu chọn tạo dòng bất dục đực tế bào chất và dòng duy trì mới phục vụ cho chọn giống lúa lai ba dòng ở Việt Nam” Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9620 111 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chọn tạo đƣợc căp dòng A/B bất dục ổn định, mới có kiểu cây cải tiến, thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt, khả năng nhận phấn ngoài của dòng A đƣợc cải thiện, làm đa dạng nguồn vật liệu từ đó tạo tổ hợp lúa lai ba dòng mới tốt, ổn định và thích ứng với điều kiện sản xuất của Việt Nam. Phƣơng pháp nghiên cứu Thí nghiệm đánh giá các đặc điểm nông sinh học, bất dục đực, khả năng chống chịu sâu bệnh trên đồng ruộng và lây nhiễm nhân tạo bệnh bạc lá, khô vằn… của nguồn vật liệu và các thế hệ lai theo phƣơng pháp của IRRI, 2002. Vật liệu sử dụng là IR58025A/B, BoA/B, II-32A/B, 21 dòng R triển vọng, giống đối chứng là tổ hợp Nhị ƣu 838, Thái Xuyên 111. Lai tạo theo phƣơng pháp truyền thống: Lai hữu tính, lai đơn khử đực thủ công, lai giữa dòng bất dục đực với dòng duy trì và dòng phục hồi nhờ thụ phấn bằng tay, cách ly bằng bao cách ly chuyên dụng. Kết quả chính và kết luận Kết quả chính - Lai hữu tính 2 dòng duy trì (B) mới với nhau có thể kết hợp đƣợc những tính trạng mong muốn vào một dòng B mới (kể cả khả năng duy trì bất dục đực tế bào chất cho những dạng bất dục đực tế bào chất khác nhau). - Tế bào chất bất dục ảnh hƣởng rất lớn đến độ ổn định của tính bất dục nhƣng ít ảnh hƣởng đến mức độ biểu hiện của con lai về kiểu hình thân lá, dạng hình, dạng hạt và năng suất của con lai F1. - Tạo ra đƣợc 18 dòng B mới có nhiều đặc điểm nông sinh học tốt trong đó 9 dòng B duy trì bất dục dạng WA và 9 dòng B duy trì cho cả hai dạng bất dục WA và ID. - Tạo ra đƣợc 8 dòng A có nhiều đặc điểm tốt nhƣ thời gian sinh trƣởng ngắn, khả năng đẻ nhánh tốt, độ thò vòi nhụy cao, độ bất dục ổn định. xi
- Giới thiệu 05 tổ hợp lai có năng suất cao, chất lƣợng tốt, thời gian sinh trƣởng phù hợp với cơ cấu mùa vụ hiện nay. Kết luận 1) Khi lai hai dòng B có cùng (hoặc khác) kiểu duy trì tế bào chất bất dục đực và có các tính trạng nông sinh học khác nhau rồi chọn lọc liên tục các thế hệ phân ly, có thể tìm ra các dòng B mới thuần vừa tích hợp đƣợc các tính trạng mong muốn từ các dòng khởi đầu, vừa giữ đƣợc khả năng duybất dục cho các dòng A tƣơng ứng. Từ tổ hợp lai IR58025B/BoB (duy trì cùng kiểu WA) chọn đƣợc đã chọn đƣợc 9 dòng B1 và từ tổ hợp lai IR58025B/II-32B (duy trì kiểu WA và ID) cũng chọn đƣợc 9 dòng B2. Các dòng B1, B2 này đã tích hợp đƣợc một số tính trạng mong muốn từ các dòng khởi đầu nhƣ TGST ngắn, kiểu cây đẹp, đẻ nhánh khỏe, bông to nhiều hạt, có hƣơng thơm, tỷ lệ thò vòi nhụy cao và có khả năng duy trì bất dục cho các dòng A tƣơng ứng. 2) Khi lai các dòng B mới chọn tạo mang tính trạng ƣu việt với các dòng A khởi đầu đã thu đƣợc con lai bất dục, tiếp tục lai trở lại các cặp bất dục với các dòng B đến BC6F1 thu đƣợc các cặp A/B mới thuần với đầy đủ tính trạng đã chọn ở các dòng B mới. Đề tài đã thực hành lai 9 dòng B1 và 9 dòng B2 với 3 dòng A khởi đầu và chọn lọc thực nghiệm đƣợc 8 dòng A mới trong đó 4 dòng mang tế bào chất kiểu WA và 4 dòng mang tế bào chất kiểu (WA và ID) các dòng A mới có thời gian sinh trƣởng từ giep đến trỗ phù hợp cho sản xuất hạt lai (72-78 ngày) trong vụ Mùa, thân cây cứng thấp (54-79 cm), lá đứng xanh đậm, đẻ khỏe (8-11 bông/khóm), bông to nhiều hạt (172-197 hạt/bông) dạng hạt ton dài, một số dòng có hƣơng thơm, hàm lƣợng amylose thấp, tỷ lệ thò vòi nhụy cao (60-73%) nhận phấn ngoài tốt. 3) Đánh giá 40 tổ hợp lai giữa 8 dòng A mới với 5 dòng R đã xác định đƣợc 4 dòng A mới là A2-17, A3-4, A4-7 và A4-8 có khả năng kết hợp riêng cao ở các yếu tố cấu thành năng suất đặc biệt là năng suất cá thể, 4 dòng này cho con lai có ƣu thế vƣợt trội so với Nhị ƣu 838 và đã chọn ra đƣợc 2 tổ hợp lai ƣu tú là A2-17/R632 và A3- 4/R1532. Đánh giá 19 tổ hợp lai trong tổng số 121 tổ hợp lai thử giữa 8 dòng A và 16 dòng R mới đã chọn đƣợc 3 tổ hợp lai ƣu tú là A4-8/R2210, A3-4/R93 và A2-9/R2214 có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao hơn đối chứng Nhị ƣu 838 từ 11-35%, dạng hình cây và chất lƣợng đƣợc cải thiện có thể đƣa vào khảo nghiệm so sánh ở các vùng sinh thái và tiến tới đƣa vào hệ thống khảo nghiệm quốc gia. xii
THESIS ABTRACT PhD candidate: Bui Viet Thu Thesis title: “Breeding new male sterility and maintainance lines to support for three lines hybrid breeding in Vietnam” Major: Genetics and plan breeding Code: 9620 111 Educational organization: Vietnam National University of Agricultural (VNUA) Research Objectives Study and breeding new A and B lines with good characteristics, good plan type, short growth duration, good quality, high out crossing and using different cytoplasm types to use for three line hybrid breeding for stable and wide adaptation in Vitenam contidions. Materials and Methods Methods: - Experiments to evaluate agronomy characteristics, sterility, and pest, diseases tolerant in hot spot and artificial inoculate condition of source materials and newly developed materials follow IRRI standard, 2002 - Materials: IR58025A/B, BoA/B, II-32A/B, 21 R promosing lines, Nhi uu 838, Thai Xuyen 111 combination. - Crossing method: Used conventional crossing method, emasculation crossing, crossing between CMS and maintenance lines by hand pollinated and cover by pollination bags. Main findings and conclusions Main findings + The results showed that can be developed new B lines with combining good characteristics from different B lines even they can be maintain for different cytoplasm types. + Cytoplasm can be effected to stable of sterility but not contribute to hybrid performance like plant type, grain shape, and yield. + Developed 18 new B lines have good agronomy characteristics 9 of them can be maintain for WA type and other 9 lines can be maintain for both WA and ID type. + Developed 8 new CMS have good characteristics like good tillering ability, short growth duration, high stigma exsersion etc. + Introduced 5 combinations have high yield, good quality, suitable grow duration for Vietnam condition. xiii
Conclusions 1) Crossing two B lines maintain for same or different cytoplasm male sterility have diferent characteristics, after selection of some generations can be developed new B lines with desirable charateristics from their parents. From combination of IR58025B/BoB (maintainance for WA type) 9 B1 were developed and from combination of IR58025B/II-32B (maintainance for WA and ID respectively) 9 B2 lines were developed. B1 and B2 lines have some desirable traits like short grow duration, good plant type, high tillering ability, big panicle and high number of spikelet/panilcle, high stigmar exsersion, some of them have aroma and can be maintained for their respectively A lines. 2) When crossed new B lines developed with orginal A lines their F1 were sterile, contiuous backcross these F1 with B lines up to BC6 F1 were developed to new A/B pairs inherit all most desirable traits of new B lines. This study were corossed 9 B1 and 9 B2 lines with 3 original A lines, results harvested 8 CMS (Alines) 4 of them have WA type of cytoplasm and other 4 lines have both WA and ID types of cytoplasm. The new developed A lines have suitable grow duration (72-78 days) from sowing to flowering in summer season, short and strong sterm (54-79 cm), strait leafs, high tillering ability (8-11 panicle/hill), big panicle (172-197 spikelets), slender grain type, some of them have aromar, low amylose, high stigmar exsersion (60-73%) high out crossing. 3) Evaluated 40 combination of 8 new A lines with 5 R were identified 4 A lines are A2-17, A3-4, A4-7, A4-8 had specific combining ability of yield componences expecial plant yield. These F1 of 4 A lines gave higher yield compare to Nhiuu 838 and two promising combinations A2-17/R632 và A3-4/R1532 were selected. Evaluated 19 combinations out of 121 combinations of 8 A lines with 16 R lines, 3 promissing combinations A4-8/R2210, A3-4/R93 and A2-9/R2214 were selected. Those hybrids have suitable growth duration, higher yield compare to check Nhiuu 838 from 11-35%, good plan type, improved grain quality and can be sent for evaluation in testing locations and after that for national registration trials. xiv
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Lúa lai là một trong những thành tựu khoa học nông nghiệp lớn nhất thế giới trong nửa cuối của thế kỷ 20. Trong sản xuất, lúa lai có thể cho năng suất cao hơn lúa thuần 20-30% theo Yuan et al. (1988). Lúa lai đƣợc sử dụng lần đầu tiên vào năm 1976, đến năm 1996, diện tích gieo trồng đã chiếm 50% tổng diện tích trồng lúa của Trung Quốc, thành công này đã tạo tiền đề cho phát triển lúa lai ở nhiều nƣớc trồng lúa trong đó có Việt Nam. Ở Việt Nam, lúa lai bắt đầu đƣợc nghiên cứu từ những năm 1980 tại một số đơn vị nghiên cứu với các vật liệu chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) và Ấn Độ. Với phƣơng châm đi tắt, đón đầu, áp dụng những thành tựu khoa học về lúa lai trên thế giới, Việt Nam đã thu đƣợc những thành quả rất đáng khích lệ. Đến năm 2013, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã công nhận 71 giống lúa lai, trong đó nhập nội là 52 giống và chọn tạo trong nƣớc là 19 giống. Trong số các giống đã công nhận có 60 giống là giống lúa lai ba dòng, 11 giống là giống lúa lai hai dòng (Phạm Văn Thuyết và cs., 2015). Năm 2016 diện tích trồng lúa lai đạt 650 ngàn ha chiếm 9% diện tích trồng lúa của cả nƣớc (Cục Trồng trọt, 2016). Tuy nhiên, trong số hơn 600 ngàn ha thì các giống lúa lai ba dòng chiếm trên 70% hơn nũa các giống lúa lai ba dòng chọn tạo trong nƣớc đƣợc công nhận thì vẫn phải sử dụng dòng mẹ nhập nội. Mặt khác đa số giống lúa lai đang đƣợc trồng ở Việt Nam hiện nay đƣợc nhập khẩu từ Trung Quốc (khoảng 70% lƣợng hạt giống lúa lai mỗi vụ). Việc phụ thuộc giống từ nƣớc ngoài khiến chúng ta không kiểm soát đƣợc kế hoạch sản xuất cũng nhƣ giá cả và chất lƣợng hạt giống. Góp phần giải quyết những tồn tại trên, các cơ quan nghiên cứu nông nghiệp đã nhập nội một số dòng bố mẹ để nghiên cứu thử nghiệm sản xuất hạt lai F1 trong nƣớc. Dòng bất dục IR58025A (từ IRRI) đƣợc dùng để tạo ra một số giống lúa lai 3 dòng nhƣng sau nhiều vụ triển khai sản xuất, diện tích không thể mở rộng đƣợc do năng suất hạt lai thấp, dẫn đến giá thành hạt giống cao. Theo các nhà nghiên cứu thì nguyên nhân chính dẫn đến năng suất F1 thấp là do dòng mẹ IR58025A có khả năng nhận phấn ngoài rất kém. Bên cạnh đó, chúng ta cũng nhập dòng bất dục II-32A từ 1
Trung Quốc để sản xuất một số giống lúa lai ba dòng nhƣ Nhị ƣu 63, Nhị ƣu 838, CT16, Nam ƣu 604…. Các giống này mở rộng diện tích trong sản xuất khá nhanh do năng suất hạt lai F1 cao, có thể đạt 4-5 tấn/ha (Cục Trồng trọt, 2012) vì dòng mẹ nhận phấn ngoài tốt hơn nên trong điều kiện tự nhiên của Việt Nam, sản xuất F1 đảm bảo đƣợc sự ổn định về năng suất cũng nhƣ chất lƣợng. Tuy nhiên, việc duy trì dòng mẹ II-32 A rất khó khăn và chƣa thành công tại Việt Nam. Dòng bất dục II- 32A (nguồn gốc đột biến) là dòng đƣợc chọn từ quần thể đột biến Inđonexia-6 nên tính bất dục không ổn định khi nhân dòng mẹ. Từ những năm 90, các tổ hợp dùng dòng BoA làm mẹ cũng đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất tại Việt Nam nhƣ Bắc ƣu 64, Bắc ƣu 903, Bắc ƣu 253…vì có ƣu điểm là cho năng suất cao và sản xuất hạt lai F1 dễ vì dòng mẹ có nhiều đặc điểm sinh học tốt nhƣ tỷ lệ thò vòi nhụy và sức sống vòi nhụy cao, góc mở vỏ trấu lớn và thời gian mở vỏ trấu dài… nhƣng hạt lai bị hở vỏ trấu nhiều dẫn đến nẩy mầm ngay trên bông trƣớc khi thu hoạch hoặc dễ bị mọt, mốc gây hại trong kho bảo quản giống, mặt khác con lai F1 có phản ứng nhẹ với ánh sáng ngày ngắn nên chỉ phát triển đƣợc trong vụ Mùa trên đất 2 vụ lúa/ năm. Một cản trở nữa trong sử dụng những dòng mẹ II-32A và BoA là chúng đều cho con lai có chất lƣợng gạo từ trung bình đến kém. Một dòng mẹ khả quan hơn là IR58025A cho con lai có chất lƣợng gạo rất tốt nhƣng sản xuất hạt lai lại cho năng suất thấp hơn so với II-32A và BoA. Việc nghiên cứu và chọn tạo các dòng bố mẹ, đặc biệt là tạo các dòng A, B mới để phát triển sản xuất lúa ba dòng ở Việt Nam đến nay vẫn chƣa có nhiều kết quả khả quan đƣợc công bố và ứng dụng trong sản suất. Chúng ta chƣa tạo đƣợc dòng CMS mới nào thực sự phù hợp với điều kiện Việt Nam để sử dụng cho chọn tạo giống lúa lai ba dòng có năng suất cao, phẩm chất tốt, chống chịu đƣợc một số sâu bệnh đồng ruộng chính (bạc lá, rầy nâu) và thích ứng với điều kiện Việt Nam. Và nhƣ Yuan et al. (1988) đã tổng kết thì việc duy trì duy nhất nền di truyền tế bào chất dạng hoang dại “WA” đơn điệu của một số ít dòng mẹ s tiềm ẩn rất nhiều rủi ro trong sản xuất lúa lai do các yếu tố bất thuận về đất đai, thời tiết hay sâu bệnh hại gây ra. Song song với lúa lai ba dòng, từ năm 1989, Việt Nam cũng đã nhập nội một số tổ hợp lúa lai hai dòng của Trung Quốc. Các tổ hợp này đều cho năng 2
suất cao, khả năng chống chịu với sâu bệnh hại đồng ruộng tƣơng đối khá. Tuy nhiên giá hạt giống cao và công nghệ nhân dòng bất dục đực cũng nhƣ sản xuất hạt lai F1 còn gặp rất nhiều khó khăn (Cục Trồng trọt, 2015). Các nhà chọn giống Việt Nam đã chọn tạo thành công nhiều dòng mẹ hai dòng tốt nhƣ T29S, T47S, TGMS-VN01... có khả năng cho ƣu thế lai cao và là mẹ của các giống lúa hai dòng tốt nhƣ TH3-3, TH3-4, Việt lai 20... là những giống có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng khá... nên diện tích ngày càng đƣợc mở rộng (Cục Trồng trọt, 2016). Tuy nhiên, hiện nay tình trạng biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng khốc liệt gây ảnh hƣởng rất xấu đến đời sống và sản xuất nông nghiệp nói chung cũng nhƣ sản xuất lúa lai nói riêng, đặc biệt là lúa lai hai dòng vì dòng mẹ có phản ứng rất chặt với điều kiện ngoại ảnh. Chỉ một thay đổi nhỏ của điều kiện thời tiết khí hậu trong quá trình sinh trƣởng phát triển của dòng mẹ ở giai đoạn quan trọng cũng ảnh hƣởng tiêu cực đến chất lƣợng của cả lô giống. Vì vậy mà mặc dù có rất nhiều ƣu điểm nhƣng lúa lai hai dòng cũng chƣa thể chiếm ƣu thế hoàn toàn trong sản xuất lúa gạo ở Việt Nam mà chúng ta vẫn phải duy trì song song cả lúa lai hai dòng và ba dòng. Để giải quyết đƣợc nhu cầu rất cấp thiết của thực tế sản xuất nhƣ đã nêu trên, việc tạo ra các dòng CMS mới là rất cần thiết. Khi có dòng CMS mới tốt s tạo tiền đề quan trọng cho việc tạo ra tổ hợp lúa lai nội địa tốt phục vụ sản xuất lúa trong nƣớc. Nhằm mục đích trên, chúng tôi đã tiến hành lai các dòng duy trì của một số dòng CMS thuộc các kiểu bất dục đực giống nhau hoặc khác nhau để tập hợp các tính trạng cần thiết vào một dòng duy trì mới trung gian. Dòng duy trì mới này sau một số lần lai trở lại với dòng CMS truyền thống có thể tạo ra dòng CMS mới mang nhiều đặc điểm mới tốt, khắc phục đƣợc những tồn tại vốn có của chúng và làm phong phú thêm nguồn CMS đang bị đơn điệu. Không những thế, những dòng CMS mới này cho lai với các dòng R có thể tạo ra con lai có khả năng thích ứng rộng, tăng hiệu ứng dị hợp thể và ƣu thế lai, trên cơ sở đó tạo ra những tổ hợp lúa lai ba dòng mới tốt hơn. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu chọn tạo đƣợc căp dòng A/B bất dục ổn định, mới có kiểu cây cải tiến, thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt, khả năng nhận phấn ngoài của dòng A đƣợc cải thiện, làm đa dạng nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống lúa lai ba dòng mới ổn định và thích ứng với điều kiện sản xuất của Việt Nam. 3