(LUẬN án TIẾN sĩ) cải tiến một số giống lúa địa phương và nhập nội bằng gây đột biến phóng xạ phục vụ phát triển lúa chất lượng tại các tỉnh phía bắc

Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Xử lý đột biến giống lúa bằng tia gamma từ nguồn Co 60 được thực hiện tại Trung tâm chiếu xạ Hà Nội, địa chỉ km 12, đường 32, xã Minh Khai, huyện Từ Liêm, Hà Nội.

Nghiên cứu và tuyển chọn dòng lúa thuần chất lượng cao được tiến hành tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, xã Liên Hồng, thành phố Hải Dương, tỉnh Hải Dương.

Khảo nghiệm dòng lúa thuần có triển vọng tại 3 tỉnh: Hải Dương, Điện Biên và Hà Tĩnh

Thời gian nghiên cứu: Từ vụ Xuân năm 2016 – vụ Xuân năm 2021 được cụ thể theo sơ đồ 3.1.

Vật liệu nghiên cứu

Gồm 3 mẫu giống lúa thu thập ở trạng thái hạt khô (độ ẩm 12%) để xử lý đột biến bằng chiếu xạ tia gamma (nguồn Co 60 ):

Giống lúa Khẩu Mang, một giống lúa địa phương tại tỉnh Hà Giang, có thời gian sinh trưởng dài từ 165 đến 170 ngày trong vụ Xuân và 140 đến 145 ngày trong vụ Mùa Năng suất đạt khoảng 52,0 tạ/ha trong vụ Xuân và 48,0 tạ/ha trong vụ Mùa Giống lúa này có cây cứng, khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh Chất lượng gạo của giống lúa Khẩu Mang rất cao, với hạt gạo to, dài, cơm mềm, dẻo, đậm và thơm.

Mẫu giống lúa NN1 (nhập nội từ Trung Quốc năm 2010) có thời gian sinh trưởng trung ngày (145 - 150 ngày trong vụ Xuân, 120 - 125 ngày trong vụ Mùa)

Năng suất lúa đạt khoảng 58,0 tạ/ha trong vụ Xuân và 51,0 tạ/ha trong vụ Mùa Giống lúa này có đặc điểm lá to, dài và mềm, với cây yếu Gạo có chất lượng cao, hạt dài, trong, cơm mềm, dẻo, đậm và thơm.

Mẫu giống lúa NN3 (nhập nội từ Mô-dăm-bích năm 2009) có có thời gian sinh trưởng ngắn (130 - 135 ngày trong vụ Xuân, 105 - 110 ngày trong vụ Mùa)

Năng suất lúa đạt khoảng 50,0 tạ/ha trong vụ Xuân và 45,0 tạ/ha trong vụ Mùa Giống lúa này có lá to, dài, mềm, với chiều cao cây khoảng 155,0 cm Gạo thu được có chất lượng cao, hạt to, dài, trong, cơm mềm, dẻo và thơm.

Hai giống lúa Khẩu Mang, NN1 và NN3 đều có năng suất cao, chất lượng gạo tốt và khả năng chống chịu sâu bệnh khá Tuy nhiên, giống Khẩu Mang và NN1 có thời gian sinh trưởng dài (120 - 145 ngày) trong vụ Mùa, trong khi giống NN3 có chiều cao cây lên tới 155 cm Mục tiêu của nghiên cứu là áp dụng phương pháp xử lý đột biến phóng xạ để rút ngắn thời gian sinh trưởng và giảm chiều cao cây của các giống lúa này.

Hai mươi dòng lúa thuộc thế hệ M 4 đã được chọn lọc từ các quần thể phân ly sau khi trải qua đột biến phóng xạ, bao gồm các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội như NN1-2-5-5, NN1-2-5-6, NN1-2-5-8, NN1-2-6-55, NN1-2-6-59, NN1-2-36-67, NN1-2-68-75, NN1-3-56-97, NN1-3-62-115, NN1-3-68-135, NN3-2-223-179, NN3-2-223-187, NN3-2-284-196, NN3-2-284-215, NN3-2-287-229, NN3-2-287-234, NN3-2-294-245, NN3-3-318-257, NN3-3-362-266 và NN3-3-368-280.

Quá trình đánh giá giống đối chứng Khẩu Mang, NN1, NN3, được sử dụng làm vật liệu xử lý phóng xạ, cùng với giống Bắc thơm số 7, nhập khẩu từ Trung Quốc, nhằm xác định hiệu quả và tính ứng dụng của các giống này trong lĩnh vực nông nghiệp.

Sơ đồ 3.1 Quá trình chọn tạo dòng lúa thuần chất lượng bằng đột biến phóng xạ tia gamma nguồn Co 60

2016 Đánh giá nguồn vật liệu địa phương và nhập nội

Vụ Xuân 2017 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ tia gamma nguồn

Co 60 đối với các loại mẫu giống ở thế hệ M1

Vụ Mùa 2017 Đánh giá hiệu ứng đột biến phóng xạ tia gamma nguồn Co 60 ở thế hệ M2

Vụ Xuân 2018 đã tiến hành đánh giá hiệu ứng đột biến phóng xạ tia gamma từ nguồn Co 60 ở thế hệ M3 Mục tiêu là chọn lọc các cá thể có thời gian sinh trưởng ngắn, chiều cao cây thấp, năng suất khá, chất lượng cao và mức độ nhiễm sâu bệnh nhẹ.

Xuân 2019 Đánh giá, chọn lọc và khảo sát các dòng lúa thuần chất lượng cao ở thế hệ M4 và M5

So sánh các dòng lúa thuần mới, tuyển chọn dòng có triển vọng nhất để khảo nghiệm sản xuất

Khảo nghiệm sinh thái dòng lúa thuần chất lượng có triển vọng tại các tỉnh Phía Bắc

Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ Đánh giá đặc điểm nông sinh học, đặc điểm hình thái, năng suất, chất lượng, mức độ nhiễm sâu bệnh hại và chất lượng của các mẫu giống lúa thu thập

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng cao

Xác định ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ (tia gamma nguồn Co 60 ) đối với các mẫu giống được xử lý bằng hạt lúa khô

Chọn lọc dòng thuần có thời gian sinh trưởng ngắn, cây cao trung bình, năng suất khá, chất lượng cao

3.3.3 Tuyển chọn, khảo nghiệm sinh thái một số dòng lúa thuần có triển vọng

Khảo sát các dòng lúa thuần trong vụ Xuân năm 2019

So sánh một số dòng lúa thuần trong vụ Mùa năm 2019 và vụ Xuân năm 2020

Khảo nghiệm sinh thái dòng lúa thuần chất lượng có triển vọng tại một số tỉnh phía Bắc.

Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ a Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp đánh khảo sát tập đoàn không nhắc lại với diện tích ô thí nghiệm là 5m² (Gomez & Gomez, 1984) trong vụ Xuân và vụ Mùa năm 2016 Các chỉ tiêu theo dõi sẽ được ghi nhận trong quá trình thí nghiệm.

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa, các giai đoạn quan trọng bao gồm tuổi mạ, thời gian từ gieo đến trỗ, thời gian trỗ và thời gian sinh trưởng Bên cạnh đó, đặc điểm hình thái như màu sắc thân, màu sắc lá, màu sắc hạt, kiểu đẻ nhánh và sự hiện diện của râu cũng đóng vai trò quan trọng Đặc điểm nông sinh học như chiều cao cây, chiều dài bông, chiều dài cổ bông, chiều dài và chiều rộng lá đòng, cùng với số gié cấp 1 là những yếu tố cần được chú ý để đánh giá sự phát triển của cây lúa.

Mức độ nhiễm sâu bệnh hại;

Năng suất lúa được xác định bởi các yếu tố như số bông trên khóm, số hạt trên bông, tỷ lệ lép, khối lượng 1000 hạt và năng suất thực thu Để đánh giá chất lượng gạo, cần xem xét các chỉ tiêu như tỷ lệ gạo xay, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên, chiều dài hạt gạo, tỷ lệ D/R, độ bạc bụng, hàm lượng amylose, độ bền thể gel và nhiệt hóa hồ Các phương pháp đánh giá các chỉ tiêu này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và năng suất của lúa gạo.

Các chỉ tiêu đánh giá nguồn gen cây lúa được thực hiện theo tiêu chuẩn của Viện Nghiên cứu lúa quốc tế IRRI (2013) Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh hại trong điều kiện tự nhiên và nhân tạo sử dụng thang điểm của IRRI (2013), tập trung vào các loại sâu bệnh chính như rầy nâu, bạc lá và đạo ôn.

Phương pháp đánh giá tính kháng bệnh bạc lá

Trong nghiên cứu này, các giống lúa được gieo cấy trên đồng ruộng và được chăm sóc để phát triển tối ưu Mỗi giống lúa được trồng với 15 khóm, khoảng cách giữa các cây là 20 cm và giữa các giống là 40 cm Mỗi khóm chỉ cấy 1 dảnh Giống IR24 được sử dụng làm đối chứng nhiễm, trong khi giống IRBB7 là đối chứng kháng.

Lây nhiễm nhân tạo bệnh bạc lá trên lúa được thực hiện khi cây lúa đang ở giai đoạn đứng cái, làm đòng, bằng cách cắt 2-3 cm đầu lá Sử dụng dung dịch vi khuẩn với nồng độ 10^8 tế bào/ml, cắt bỏ toàn bộ lá trên cây, ngoại trừ lá già và lá không bình thường Đánh giá mức độ bệnh sẽ được tiến hành sau 21 ngày lây nhiễm theo các cấp độ của IRRI năm 2013.

Cấp bệnh Tỷ lệ diện tích lá bị bệnh (%) Phản ứng Ký hiệu

Phương pháp đánh giá tính kháng bệnh đạo ôn

Lây nhiễm theo phương pháp khay mạ đặt trong nhà lưới: Các giống lúa đánh giá và đối chứng được gieo trong khay, mỗi giống gieo một hàng 10 cây

Sử dụng giống Tẻ Tép là đối chứng kháng, giống Co39 làm đối chứng nhiễm

Khi cây mạ có từ 3 đến 5 lá (sau 21 ngày gieo), cần phun dịch vẩn bào tử với nồng độ 10^5 bào tử/ml đều lên bề mặt lá lúa Sau khi phun, duy trì độ ẩm trên 90% và để ở nơi tối với nhiệt độ 25°C trong 20 giờ Sau đó, chuyển cây lúa đã nhiễm sang ánh sáng tán xạ, tiếp tục giữ độ ẩm 90% và nhiệt độ 25°C Đánh giá mức độ bệnh sau 7-9 ngày lây nhiễm theo các cấp độ của IRRI, 2013.

Cấp bệnh Triệu chứng Phản ứng Ký hiệu

0 Không cho thấy vết bệnh Kháng cao KC

1 Có đốm nâu nhỏ nhưng chưa hình thành bào tử Kháng cao KC

3 Có đốm bệnh nhỏ, đường kính khoảng 1-2 mm, tròn hoặc hơi dài có viền màu nâu hoặc quầng màu vàng Kháng K

5 Có tổn thương hình elip, chiều rộng 1-2 mm, dài 3 mm có viền màu nâu Nhiễm vừa NV

7 Vết bệnh lan rộng với viền màu nâu, vàng hoặc tím Nhiễm N

9 Các vết bệnh lan rộng thành khối, màu xám hoặc hơi xanh, không phân biệt được mép vết bệnh Nhiễm nặng NN

Phương pháp đánh giá tính kháng rầy nâu

Dòng, giống lúa đánh giá được ngâm ủ và gieo trên khay (kích thước khay

60 x 45 x 10 cm) theo kiểu ngẫu nhiên nhắc lại 3 lần, mỗi lần nhắc 20 cây/hàng

Mỗi hàng gieo có chiều dài 20 cm và khoảng cách giữa các hàng là 2,5 cm Khi cây mạ đạt 2-3 lá, tiến hành đặt khay mạ vào lồng và thả rầy nâu tuổi 2 với mật độ 8 con/cây Giống chuẩn nhiễm TN1 và giống chuẩn kháng Ptb33 được sử dụng làm đối chứng Đánh giá mức độ nhiễm bệnh khi giống TN1 bị cháy đến 90% hoặc chết theo các cấp độ của IRRI 2013.

* Biểu hiện tác hại của rầy trên cây mạ đuợc phân cấp như sau:

Cấp 0: Không bị hại Cấp 1: Bị hại rất nhẹ Cấp 3: Lá thứ nhất và thứ 2 hầu hết biến vàng bộ phận Cấp 5: Biến vàng và lùn rõ rệt khoảng 10-25% cây bị héo Cấp 7: Hơn nửa số cây héo hoặc chết, các cây còn lại bị lùn nặng hay héo dần Cấp 9: Tất cả cây bị chết

* Bảng phân cấp hại theo bảng dưới đây

Cấp hại Phản ứng Ký hiệu

Đánh giá chất lượng gạo và cơm được thực hiện qua nhiều tiêu chí quan trọng, bao gồm tỷ lệ gạo lật và gạo nguyên, kích thước hạt gạo, cũng như mùi thơm nội nhũ theo TCVN1643:2008 Ngoài ra, độ bạc bụng của gạo được xác định theo TCVN 8372:2010, trong khi nhiệt độ hóa hồ được phân tích theo TCVN5715:1993 Độ bền thể gel được xác định theo TCVN 8369:2010 và hàm lượng amylose được kiểm tra theo TCVN5716-2:2008 Cuối cùng, chất lượng cơm được đánh giá theo TCVN8373:2010.

3.4.2 Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng a Bố trí thí nghiệm

Sử dụng 1000 hạt/mẫu giống có độ thuần cao và độ ẩm 12% để tiến hành xử lý đột biến bằng tia gamma từ nguồn Co 60 Các mẫu giống được đặt vào khay chiếu và đưa vào buồng chiếu, với liều lượng chiếu xạ tự động cài đặt lần lượt là 200 và 300.

400 Gy tại Trung tâm chiếu xạ Hà Nội

Các thí nghiệm được triển khai tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, xã Liên Hồng, thành phố Hải Dương, tỉnh Hải Dương trong vụ Xuân 2017, Mùa

Vào năm 2017 và đầu năm 2018, thế hệ M1 được gieo cấy trong nhà lưới, trong khi thế hệ M2 và M3 được gieo cấy tại khu thí nghiệm đồng ruộng của Viện Mỗi thế hệ đều có mẫu giống gốc không xử lý đột biến được gieo cấy để làm đối chứng.

Thế hệ M 1 được gieo cấy riêng rẽ vào vụ Xuân 2017, áp dụng mẫu giống và liều lượng xử lý đột biến cụ thể Mạ được gieo vào ngày 05/01/2017, sau khi xử lý 03 ngày, và được cấy khi đạt 5,5 - 6,0 lá Mật độ cấy là 25 khóm/m², với 1 dảnh/khóm, cùng với việc bón phân theo lượng quy định.

Sử dụng 12 gam N, 90 gam P2O5 và 100 gam K2O cho mỗi mét vuông Theo dõi tỷ lệ sống sót qua các giai đoạn mạ, đẻ nhánh và trỗ - chín Khi thu hoạch, chọn ngẫu nhiên 200 cá thể, mỗi cá thể cho 25 - 30 hạt/bông chính, sau đó hỗn hợp để gieo cấy ở thế hệ M2.

Thế hệ M2 (vụ Mùa 2017) được gieo cấy toàn bộ lượng hạt hỗn thu từ thế hệ M1 vào ngày 25/6/2017, với thời gian cấy khi mạ đạt 16 ngày tuổi, mật độ 25 khóm/m², 1 dảnh/khóm, và bón phân với lượng 120 kg N, 90 kg P2O5, và 100 kg K2O/ha Việc theo dõi tần suất xuất hiện đột biến diệp lục và hình thái nông học có ý nghĩa quan trọng trong công tác chọn giống Khi thu hoạch, cần chọn những cá thể có thời gian sinh trưởng ngắn (100-110 ngày), chiều cao cây từ 90-110 cm, và bông dài (≥ 25,0 cm).

Phương pháp phân tích số liệu

Tần suất đột biến được tính bằng tỷ lệ phần trăm giữa số cá thể mang đột biến và tổng số cá thể còn sống trong lô tại giai đoạn đó.

Trong đó: f- Số thể đột biến trong lô; n- Tổng số cá thể trong lô

Số liệu thí nghiệm được tính toán bằng chương trình Excel và xử lý thống kê ANOVA bằng phần mềm IRRISTAT 5.0

Số liệu phân tích sự sai khác di truyền được xử lý theo phần mềm NTSYSpc 2.0.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ

Trong nghiên cứu và phát triển giống lúa, nguồn vật liệu khởi đầu đóng vai trò quyết định trong thành công của các chương trình nghiên cứu Đa dạng di truyền của nguồn vật liệu giúp nhà chọn giống có định hướng chính xác và nhiều lựa chọn hơn Việc thu thập và đánh giá các mẫu giống lúa không chỉ giúp xác định sự đa dạng di truyền mà còn tìm ra những nguồn vật liệu có đặc tính quý về năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu, từ đó phục vụ hiệu quả cho công tác chọn tạo giống lúa mới.

4.1.1 Một số đặc điểm sinh trưởng của các mẫu giống lúa

Giai đoạn mạ là thời kỳ đầu tiên trong quá trình sinh trưởng của cây lúa Sự phát triển khỏe mạnh trong giai đoạn này sẽ tạo nền tảng vững chắc cho các giai đoạn tiếp theo, giúp cây lúa phát triển tốt hơn.

Cây mạ tốt cần có đặc điểm cứng cáp, đanh dảnh và phát triển mạnh mẽ Trong vụ Xuân năm 2016, các giống lúa được gieo vào ngày 5/1 và cấy khi cây mạ được 28 ngày tuổi Trong khi đó, vụ Mùa gieo vào ngày 25/6/2016, cây mạ được cấy khi chỉ mới 18 ngày tuổi.

Quá trình đánh giá cho thấy thời gian từ gieo đến trỗ của các giống lúa dao động từ 100 đến 140 ngày trong vụ Xuân và 77 đến 115 ngày trong vụ Mùa Đặc biệt, giống Khẩu Mang và NN1 có thời gian từ gieo đến trỗ trong vụ Xuân lần lượt là 135 - 140 ngày và 115 - 120 ngày, dài hơn so với giống đối chứng BT7.

Giống NN3 có thời gian từ gieo đến trỗ tương đương với giống đối chứng BT7, với 100 - 105 ngày trong vụ Xuân và 77 - 82 ngày trong vụ Mùa Trong vụ Mùa, thời gian sinh trưởng của giống NN3 là từ 110 - 115 ngày, ngắn hơn 15 đến 33 ngày so với giống BT7.

Thời kỳ trỗ bông làm hạt là giai đoạn phát triển cuối cùng của cây lúa, có ảnh hưởng quyết định đến năng suất, đặc biệt là tỉ lệ hạt chắc và khối lượng hạt Giai đoạn này chịu tác động mạnh mẽ từ các yếu tố ngoại cảnh như nhiệt độ, lượng mưa và tốc độ gió Thời gian trỗ bông của cây lúa phụ thuộc vào đặc tính giống và thời vụ Những giống lúa có thời gian trỗ đến chín tập trung giúp cây lúa tránh được các yếu tố thời tiết bất thường, từ đó góp phần nâng cao năng suất Các giống NN1 và NN3 có thời gian trỗ tập trung từ 3 - 5 ngày, tương đương với giống đối chứng BT7, trong khi giống Khẩu Mang có thời gian trỗ dài hơn, từ 5 - 7 ngày.

Bảng 4.1 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016 Đơn vị tính: ngày

Tuổi mạ Thời gian từ gieo đến trỗ

VX VM VX VM VX VM VX VM

Thời gian sinh trưởng của cây lúa được xác định từ giai đoạn nảy mầm đến khi chín hoàn toàn, phụ thuộc vào đặc tính di truyền của giống lúa, thời vụ gieo trồng và điều kiện ngoại cảnh Thông thường, các giống lúa địa phương có thời gian sinh trưởng dài hơn so với giống cải tiến Trong vụ Xuân, thời gian sinh trưởng của các giống thường dài hơn vụ Mùa Cụ thể, mẫu giống NN3 trong vụ Xuân năm 2016 có thời gian sinh trưởng tương đương với giống đối chứng BT7 (130 - 135 ngày), trong khi hai giống Khẩu Mang và NN1 lại có thời gian sinh trưởng dài hơn giống đối chứng từ 15 - 35 ngày.

Chiều cao cây lúa là một tiêu chí quan trọng trong nghiên cứu và chọn giống, thường được coi là tính trạng bổ sung nhằm cải thiện giống lúa phù hợp với nhiều vùng sinh thái Trong vụ Xuân, giống Khẩu Mang đạt chiều cao 99,5 cm và trong vụ Mùa là 95,3 cm, tương đương với giống đối chứng BT7 Hai mẫu giống NN1 và NN3 có chiều cao vượt trội so với BT7, đặc biệt mẫu NN3 với chiều cao 155,6 cm trong vụ Xuân và 145,4 cm trong vụ Mùa, cao hơn BT7 từ 50,6 đến 60,4 cm.

Bảng 4.2 Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016

VX VM VX VM VX VM

Chiều dài lá đòng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm quang hợp cho hạt, ảnh hưởng đến tỷ lệ hạt chắc Hai giống NN1 và NN3 có chiều dài lá đòng dài hơn giống đối chứng BT7 từ 3,1 đến 6,5 cm Trong khi đó, giống Khẩu Mang có chiều dài lá đòng tương đương với giống BT7 trong cả vụ Xuân và vụ Mùa.

Cả 3 mẫu giống Khẩu Mang, NN1, NN3 trong vụ Xuân có chiều rộng lá đòng rộng hơn giống đối chứng BT7 từ 0,2 - 0,6 cm, trong vụ Mùa hai mẫu giống NN1, NN3 có chiều rộng lá đòng rộng hơn giống đối chứng BT7 từ 0,1 - 0,2 cm, mẫu giống Khẩu Mang tương đương với giống BT7 Lá đòng của 2 mẫu giống NN1, NN3 đều có bản lá to, mềm, lá đòng nửa ngang

4.1.2 Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa

Các mẫu giống lúa có những đặc trưng hình thái riêng biệt, giúp phân biệt sự khác nhau giữa chúng Những đặc điểm này không chỉ xác định sự đa dạng của giống lúa mà còn ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất cuối cùng của cây lúa.

Bảng 4.3 Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016

Màu sắc thân Màu sắc lá Màu sắc hạt Râu/ không râu

1 Khẩu Mang Chụm Xanh Xanh Vàng sáng Không

2 NN1 Chụm Xanh nhạt Xanh nhạt Vàng sáng Không

3 NN3 Chụm Xanh Xanh Vàng sáng Không

4 BT7 (đ/c) Chụm Xanh Xanh Vàng sáng Không

Kiểu đẻ nhánh là yếu tố hình thái quan trọng để phân biệt các giống lúa, liên quan chặt chẽ đến hình dạng cây Giống lúa có góc độ đẻ nhánh thấp tạo hình cây gọn, cho phép cấy với mật độ cao, từ đó nâng cao năng suất Ngược lại, giống có góc độ đẻ nhánh lớn dẫn đến bụi cây xoè, hạn chế khả năng thâm canh Ba giống lúa Khẩu Mang, NN1, NN3 đều có kiểu đẻ nhánh chụm và hạt màu vàng sáng Màu sắc thân và lá của giống Khẩu Mang và NN3 tương đương giống đối chứng BT7, trong khi giống NN1 có màu xanh nhạt hơn Tất cả ba giống Khẩu Mang, NN1, NN3 đều không có râu trên hạt, giống như đối chứng BT7.

Bảng 4.4 Một số đặc điểm cấu trúc bông của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016

VX VM VX VM VX VM

Chiều dài bông lúa là đặc tính di truyền của giống, nhưng cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện ngoại cảnh như dinh dưỡng và chế độ nước, đặc biệt trong giai đoạn phân hoá đòng Trong vụ Xuân và vụ Mùa, chiều dài bông của giống Khẩu Mang và NN1 tương đương với giống đối chứng BT7 (26 – 27,1 cm), trong khi giống NN3 có chiều dài bông dài hơn BT7 từ 3,5 – 4,5 cm.

Mẫu giống NN3 có chiều dài cổ bông dài hơn giống đối chứng BT7 từ 6,1 đến 7,0 cm trong cả vụ Xuân và vụ Mùa, trong khi mẫu giống NN1 có chiều dài cổ bông từ 4,0 đến 4,2 cm và Khẩu Mang từ 2,3 đến 2,5 cm, tương đương giống BT7 (3,4 - 3,5 cm) Số gié cấp 1 của cả ba mẫu giống lúa dao động từ 10,4 đến 12,5 gié, tương đương với giống đối chứng BT7 (10,8 - 11,5 gié).

4.1.3 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của các mẫu giống lúa

Vụ Xuân năm 2016, cả ba mẫu giống đều cho thấy khả năng chịu rét tốt và nhiễm rất nhẹ bệnh đạo ôn, tương đương với giống đối chứng BT7 Trong vụ Mùa, ba mẫu giống cũng chỉ bị nhiễm rất nhẹ bệnh bạc lá và rầy nâu, trong khi giống BT7 có mức nhiễm trung bình Khả năng chống đổ của mẫu giống Khẩu Mang tương đương với BT7, trong khi hai mẫu NN1 và NN3 có khả năng chống đổ kém hơn.

Bảng 4.5 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại và điều kiện bất thuận của các mẫu giống trong năm 2016

Bệnh đạo ôn * Bệnh bạc lá ** (điểm)

Ghi chú: * Vụ Xuân; ** Vụ Mùa

Kết quả đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng cao

Kết quả đánh giá cho thấy liều lượng chiếu xạ tia gamma Co 60 có ảnh hưởng đáng kể đến các mẫu giống lúa ở thế hệ M1, góp phần vào việc chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng cao Việc nghiên cứu này không chỉ giúp xác định các giống lúa tiềm năng mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp.

Sau khi chiếu xạ tia gamma Co 60, các mẫu giống lúa được gieo trồng và chăm sóc trong điều kiện nhà lưới Kết quả đánh giá các chỉ tiêu như tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót và tỷ lệ hạt lép đã được trình bày rõ ràng tại bảng 4.10.

Tỷ lệ nảy mầm của các giống lúa giảm dần khi tăng liều lượng chiếu xạ, với các kết quả cụ thể như sau: tại liều 200Gy, giống lúa Khẩu Mang nảy mầm đạt 90,8%, NN1 là 90,5%, và NN3 là 89,8%, tất cả đều thấp hơn so với mẫu giống gốc lần lượt 1,5%, 3,9% và 3,6% Tại liều 300Gy, tỷ lệ nảy mầm của Khẩu Mang là 90,1%, NN1 là 90,1%, và NN3 là 89,1%, giảm so với mẫu giống gốc 2,2%, 4,3% và 4,5% Các kết quả này nhất quán với nghiên cứu của Wijesena & cs (2019), Rajarajan & cs (2016) và Gowthami & cs (2017), cho thấy rằng liều lượng chiếu xạ cao làm giảm tỷ lệ nảy mầm ở thế hệ M1 của các giống lúa khác nhau.

Tại liều lượng chiếu xạ 400 Gy, tỷ lệ nảy mầm của giống lúa Khẩu Mang đạt 87,6%, giảm 4,7% so với mẫu giống gốc (92,3%) Giống lúa NN1 có tỷ lệ nảy mầm 86,8%, giảm 7,6% so với mẫu gốc (94,4%), trong khi giống NN3 ghi nhận tỷ lệ nảy mầm 85,6%, giảm 8,0% so với mẫu gốc (93,6%) Như vậy, ở các liều lượng chiếu xạ 200 Gy, 300 Gy và 400 Gy, tỷ lệ nảy mầm của các mẫu giống lúa giảm so với mẫu gốc dao động từ 1,5 - 3,9%; 2,2 - 4,5%; và 4,7 - 8,0%.

Bảng 4.10 trình bày tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót và tỷ lệ lép của thế hệ M1 khi chiếu xạ tia gamma (Co 60) lên các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2017, với đơn vị tính là %.

Giai đoạn mạ Giai đoạn đẻ nhánh Giai đoạn trỗ - chín

Tỷ lệ sống sót giai đoạn mạ:

Tỷ lệ sống sót của các giống lúa giảm dần theo các giai đoạn sinh trưởng, bao gồm giai đoạn mạ, giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ - chín, đồng thời cũng giảm khi tăng liều lượng chiếu xạ, tuy nhiên mức độ giảm không lớn Mỗi giống lúa có tỷ lệ sống sót khác nhau, trong đó giống lúa Khẩu Mang cho thấy tỷ lệ sống sót ở giai đoạn mạ giảm so với giống gốc khi áp dụng các liều chiếu xạ 200 Gy và 300 Gy.

Tỷ lệ sống sót của giống lúa NN1 trong giai đoạn mạ giảm theo các liều lượng chiếu xạ 200 Gy, 300 Gy và 400 Gy lần lượt là 4,9%; 6,2%; 10,9% Từ giai đoạn mạ đến giai đoạn trỗ, tỷ lệ này tiếp tục giảm với mức 1,7%; 2,2%; 2,4% Cụ thể, tại 400 Gy, tỷ lệ sống sót đạt 0,5%; 1,7%; 6,4%, cho thấy sự suy giảm rõ rệt từ giai đoạn mạ đến giai đoạn trỗ với các mức giảm lần lượt là 2,7%; 3,2%; 2,4%.

Tỷ lệ sống sót của giống lúa NN3 ở giai đoạn mạ giảm so với giống gốc, với các liều lượng chiếu xạ 200 Gy, 300 Gy và 400 Gy lần lượt là 6,1%.

Sự giảm năng suất từ giai đoạn mạ đến giai đoạn trỗ của cây lúa được ghi nhận lần lượt là 1,7%; 1,6%; và 1,7%, với tổng tỷ lệ giảm là 6,3% và hiệu suất đạt 11% Kết quả nghiên cứu cho thấy phóng xạ tia gamma từ nguồn Co 60 có tác động hiệu quả trong suốt quá trình sinh trưởng của cây lúa.

Nghiên cứu cho thấy tỷ lệ sống sót của các mẫu giống lúa khác nhau bị ảnh hưởng bởi liều chiếu xạ gamma, tương tự như kết quả của Rani & cs (2016) khi chiếu xạ giống lúa địa phương Ashfal và giống cải tiến Binadhan-14, với tỷ lệ nảy mầm và sống sót giảm dần theo liều lượng Refaee & cs (2017) cũng chỉ ra rằng việc xử lý đột biến bằng tia gamma trên giống lúa Ai Cập Sakha101 với các liều 100, 200, 300 và 400 Gy làm tăng tỷ lệ hạt lép ở thế hệ M1 Tỷ lệ lép của các mẫu giống lúa cao hơn so với giống gốc và tỷ lệ này tỷ lệ thuận với liều chiếu xạ, cụ thể tại 200 Gy, 300 Gy, 400 Gy lần lượt là: Khẩu Mang: 30,4%; 41,5%; 60,8% (giống gốc: 12,2%); NN1: 35,5%; 46,8%; 66,7% (giống gốc: 10,5%); NN3: 38,6%.

Theo nghiên cứu của Cheema & Atta (2003), việc chiếu xạ tia gamma có tác động mạnh mẽ đến sự gia tăng số lượng hạt bất dục, vượt trội hơn so với ảnh hưởng của môi trường Hầu hết các hạt bị bất dục là do tác động của tia gamma làm thay đổi sinh lý của hạt, dẫn đến việc chúng không thể di truyền cho thế hệ M2.

4.2.2 Kết quả đánh giá hiệu ứng chiếu tia gamma (nguồn Co 60 ) lên các mẫu giống lúa ở thế hệ M 2

Theo nghiên cứu của Rajarajan và cộng sự (2014), việc tăng liều lượng chất gây đột biến không làm tăng tần suất đột biến diệp lục ở các mẫu giống lúa Cụ thể, mẫu giống Khẩu Mang (NN1) không cho thấy sự gia tăng tần suất theo các liều lượng chiếu xạ, trong khi mẫu giống NN3 lại có tần suất biến động tăng dần Tần suất đột biến diệp lục giữa các mẫu giống lúa khác nhau có sự khác biệt rõ rệt; mẫu Khẩu Mang có tần suất thấp nhất, với các giá trị lần lượt là 0,04; 0,04 và 0,08 ở các liều 200 Gy, 300 Gy và 400 Gy Ngược lại, mẫu giống NN1 có tần suất cao hơn với các giá trị 0,81; 0,65 và 1,16, trong khi mẫu NN3 cho tần suất là 0,55; 1,05 và 1,46.

Bảng 4.11 Tần suất đột biến ở thế hệ M 2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017

Tổng số cá thể nghiên cứu ở M 2

Tần suất đột biến chung (%)

Tần suất đột biến diệp lục (%) Đột biến hình thái Tần suất (%) Số loại

Kết quả từ bảng 4.11 cho thấy tần suất đột biến hình thái cao hơn tần suất đột biến diệp lục ở tất cả các mẫu giống Mẫu giống Khẩu Mang có tần suất và số loại đột biến hình thái thấp hơn so với hai mẫu giống NN1 và NN3 Cụ thể, tần suất đột biến hình thái của mẫu giống Khẩu Mang theo các liều lượng chiếu xạ 200 Gy, 300 Gy, 400 Gy lần lượt là 0,12; 0,14 và 0,18, trong khi mẫu giống NN1 ghi nhận tần suất 4,37; 5,58 và 4,99, và mẫu giống NN3 là 3,82; 4,83 và 5,49.

Các hình thái cây như cao cây, thấp cây, thời gian sinh trưởng ngắn, dài ngày, lá đòng đứng, lá đòng ngang và khả năng đẻ nhánh đã được thu hoạch và phân lập Những cá thể này đã được chọn lọc dựa trên các đặc tính quý, làm nguồn vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống mới.

Bảng 4.12 Phổ biến dị hình thái của các mẫu giống lúa ở thế hệ M 2

6 Thời gian chín trung bình

9 Chiều dài lá trung bình 0 + 0 0 0 + + 0 0 + + 0

11 Chiều rộng lá trung bình

18 Tăng khả năng đẻ nhánh

Ghi chú: 0: không xuất hiện dạng biến dị; +: xuất hiện dạng biến dị

Qua bảng 4.12 cho thấy 3 mẫu giống lúa sau khi xử lý đột biến tia gamma

Co 60 ở thế hệ M 2 xuất hiện 25 dạng biến dị hình thái khác nhau Trong đó có 8 biến dị có lợi cho chọn giống để phát triển ở thế hệ M3 Ở mỗi giống khác nhau, tại các liều lượng chiếu xạ khác nhau số lượng biến dị xuất hiện là khác nhau

Kết quả tuyển chọn, khảo nghiệm sinh thái một số dòng lúa thuần triển vọng

4.3.1 Kết quả khảo sát sơ bộ các dòng lúa thuần

4.3.1.1 Kết quả khảo sát sơ bộ các dòng lúa thuần

Vụ Mùa năm 2017, từ 16 quần thể đột biến M2 được xử lý với 2 mẫu giống nhập nội NN1 và NN3 ở 3 liều lượng 200 Gy, 300 Gy và 400 Gy, đã chọn được 300 cá thể đáp ứng yêu cầu về thời gian sinh trưởng ngắn, chiều cao cây thấp và khả năng nhiễm sâu bệnh nhẹ Kết quả cho thấy mẫu giống ở liều lượng 200 Gy cho số lượng cá thể được chọn nhiều hơn so với các liều lượng khác, đặc biệt mẫu giống NN1 với 77 cá thể được chọn ở liều lượng này.

Trong nghiên cứu, đã chọn 31 cá thể ở thế hệ M3 và 7 dòng ở thế hệ M4 từ mẫu giống NN1, trong khi mẫu giống NN3 có 87 cá thể ở thế hệ M2, 24 cá thể ở thế hệ M3 và 7 dòng ở thế hệ M4 Đối với liều lượng xử lý 300 Gy, số lượng cá thể và dòng được chọn của cả hai mẫu giống NN1 và NN3 đều cao, chỉ đứng sau liều lượng 200 Gy Kết quả cho thấy, để đạt hiệu quả tối ưu trong xử lý đột biến phóng xạ tia gamma, nên sử dụng liều lượng từ 200 đến 300 Gy.

Kết quả nghiên cứu cho thấy liều lượng phóng xạ thích hợp từ 200 - 300 Gy, phù hợp với công bố của Boceng & cs (2016) khi cải tạo giống lúa Ase Banda Trong vụ Xuân 2018, quá trình chọn lọc đã thu được 77 cá thể từ các quần thể phân ly M3.

Trong vụ Mùa 2018, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn 20 dòng lúa M4 triển vọng với thời gian sinh trưởng ngắn và nhiều đặc điểm nông sinh học ưu việt Những dòng này được đưa vào thí nghiệm khảo sát trong vụ Xuân 2019 để đánh giá hiệu quả.

Bảng 4.21 Kết quả chọn lọc dòng thuần từ các mẫu giống lúa được xử lý đột biến phóng xạ tia gamma (nguồn co 60 )

Số lượng cá thể thu được ở thế hệ M 2 (vụ Mùa 2017)

Số lượng cá thể thu được ở thế hệ M 3 (vụ Xuân 2018)

Số lượng dòng thuần triển vọng thu được ở thế hệ M 4 (vụ Mùa 2018)

Trong vụ Mùa 2018, hai mươi dòng lúa được chọn để thí nghiệm so sánh giống trong hai vụ Xuân và Mùa năm 2019, cho thấy nhiều đặc điểm ưu việt về thời gian sinh trưởng ngắn và chiều cao cây Giống Bắc thơm 7 (BT7) được sử dụng làm giống đối chứng cùng với hai mẫu giống gốc NN1 và NN3 Kết quả đánh giá trong vụ Xuân 2019 cho thấy, các dòng lúa thuần mới có thời gian sinh trưởng ngắn từ 120 - 138 ngày, trong khi giống đối chứng BT7 là 130 ngày và mẫu giống NN1 là 148 ngày Đặc biệt, các dòng có nguồn gốc từ mẫu giống NN1 có thời gian sinh trưởng ngắn hơn giống gốc từ 10 - 28 ngày, trong khi các dòng từ mẫu giống NN3 lại có thời gian sinh trưởng dài hơn giống gốc và đối chứng BT7 từ 5 - 8 ngày.

Ba dòng lúa NN3-2-223-187, NN3-2-287-229 và NN3-2-294-245 tương đương với đối chứng BT7 Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng phóng xạ tia gamma Co 60 để xử lý đột biến có hiệu quả cao trong việc rút ngắn thời gian sinh trưởng, đặc biệt đối với giống lúa dài ngày có thời gian sinh trưởng trên 140 ngày trong vụ Xuân tại các tỉnh phía Bắc Việt Nam.

Theo phân loại của IRRI (2013), chiều cao cây của các dòng lúa biến động từ bán lùn (130 cm), dao động từ 93,5 đến 136,6 cm Giống đối chứng BT7 có chiều cao 96,7 cm, trong khi giống NN1 là 114,3 cm và NN3 đạt 154,7 cm Kết quả đánh giá cho thấy các dòng được chọn lọc đều thấp hơn mẫu giống gốc từ 6,9 - 20,8 cm so với NN1 và từ 18,1 - 59,3 cm so với NN3 Sự chênh lệch chiều cao giữa các dòng lúa mới và mẫu giống gốc càng lớn cho thấy hiệu quả xử lý đột biến càng cao Do đó, để đạt hiệu quả xử lý đột biến tốt về chiều cao cây, nên áp dụng trên các giống lúa có chiều cao thuộc loại cao (>130 cm).

Chiều dài lá đòng của các dòng lúa thuần thuộc nhóm trung bình, tương đương với giống đối chứng BT7, dao động từ 28,3 đến 35,5 cm Các dòng này có chiều dài lá đòng ngắn hơn giống gốc từ 3,8 - 9,7 cm (đối với giống NN1) và từ 4,0 - 9,2 cm (đối với giống NN3) Bên cạnh đó, chiều dài bông của các dòng lúa thuần cũng thuộc nhóm trung bình, tương tự như giống đối chứng BT7.

Chiều dài bông dao động từ 24,5 đến 31,2 cm, và không có sự khác biệt giữa các dòng so với giống gốc về đặc tính chiều dài bông sau khi xử lý đột biến.

Bảng 4.22 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019

Thời gian sinh trưởng (ngày)

Chiều dài lá đòng (cm)

Ghi chú: NN1: Giống gốc; NN1-2: NN1 ở liều lượng 200 Gy; NN1-3: NN1 ở liều lượng 300Gy; NN1-4:

NN1 ở liều lượng 400Gy; NN3: Giống gốc; NN3-2: NN3 ở liều lượng 200 Gy; NN3-3: NN3 ở liều lượng

300Gy; NN3-4: NN3 ở liều lượng 400Gy

Bảng 4.23 Một số đặc điểm hình thái của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019

TT Tên dòng, giống Kiểu đẻ nhánh

Kiểu lá đòng Màu sắc lá Màu sắc hạt

1 NN1 (đ/c) Chụm Nửa đứng Xanh nhạt Vàng sáng Không râu

2 NN1-2-5-5 Chụm Đứng Xanh đậm Vàng sáng Không râu

4 NN1-2-5-8 Chụm Đứng Xanh Vàng sáng Không râu

6 NN1-2-6-59 Chụm Đứng Xanh nhạt Vàng sáng Không râu

9 NN1-3-56- 97 Chụm Đứng Xanh Vàng sáng Không râu

12 NN3 (đ/c) Chụm Nửa đứng Xanh Vàng sáng Không râu

23 BT7 (đ/c) Chụm Đứng Xanh nhạt Vàng sáng Không râu

Kết quả đánh giá các đặc điểm hình thái của các dòng lúa thuần mới cho thấy chúng có kiểu đẻ nhánh chụm giống như giống đối chứng BT7 và các giống gốc NN1, NN3 Hầu hết các dòng lúa mới có màu sắc thân và lá từ xanh đến xanh nhạt, trong khi ba dòng NN1-2-5-5, NN1-2-5-6, và NN3-2-223-179 có màu xanh đậm Tất cả các dòng mới đều có lá đòng đứng, khác với hai giống đối chứng NN1, NN3 có lá đòng nửa ngang Hạt thóc của các dòng lúa mới có màu vàng sáng và không râu, tương tự giống đối chứng BT7 và các giống gốc NN1, NN3 Kết quả cho thấy việc xử lý đột biến phóng xạ tia gamma Co 60 không hiệu quả đối với các tính trạng hình thái.

Trong vụ Xuân 2019, thời tiết thuận lợi đã giúp các dòng lúa mới chỉ bị nhiễm nhẹ (điểm 1-3) đối với các sâu bệnh chính như đạo ôn, bạc lá và rầy nâu Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng lúa này đều nhẹ hơn hoặc tương đương với giống đối chứng BT7 và hai mẫu giống gốc NN1, NN3.

Trong nghiên cứu về khả năng chống đổ của các dòng giống, có 7/20 dòng đạt điểm 1, cho thấy khả năng chống đổ tốt Các dòng giống đối chứng BT7 và mẫu giống gốc NN1 thể hiện khả năng chống đổ ở mức độ khá với điểm 3, trong khi mẫu giống gốc NN3 chỉ đạt mức trung bình với điểm 5.

Trong nghiên cứu về khả năng chống chịu bệnh đạo ôn và bệnh bạc lá, có 11/20 dòng thể hiện khả năng chống chịu tốt với bệnh đạo ôn (điểm 1), trong khi 4/20 dòng chỉ nhiễm rất nhẹ (điểm 3), tương đương với giống đối chứng BT7 và hai giống gốc NN1, NN3 Dòng NN3-2-284-196 là trường hợp duy nhất bị nhiễm bệnh đạo ôn ở mức trung bình (điểm 5), cho thấy mức độ nhiễm nặng hơn so với giống đối chứng và giống gốc Đối với bệnh bạc lá, 15/20 dòng cho kết quả chống chịu tốt (điểm 1), tương đương với giống gốc NN1 Bên cạnh đó, có 4/20 dòng bị nhiễm rất nhẹ (điểm 3), tương đương với giống gốc NN3 và giống đối chứng BT7 Dòng NN3-2-284-215 là trường hợp duy nhất nhiễm bệnh bạc lá ở mức trung bình (điểm 5), cho thấy mức độ nhiễm nặng hơn so với giống đối chứng BT7 và hai giống gốc NN1, NN3.

Trong vụ Xuân 2019, rầy nâu xuất hiện với mật độ thấp, dẫn đến mức độ hại nhẹ cho các dòng lúa thuần mới Cụ thể, có 13/20 dòng không bị hại (điểm 1), tương đương với giống gốc NN1 và NN3, trong khi 7/20 dòng bị hại ở mức nhẹ (điểm 3), tương đương với giống đối chứng BT7.

Bảng 4.24 Mức độ chống chịu sâu bệnh hại và chống đổ của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019

TT Tên dòng, giống Chống đổ

Kết quả đánh giá năng suất của các dòng lúa thuần mới cho thấy số bông/m² trong vụ Xuân dao động từ 162,0 đến 235 bông, với giống đối chứng BT7 có 185,0 bông Trong số 20 dòng lúa, có 13 dòng có số bông/m² cao hơn giống BT7, 6 dòng vượt qua giống NN1 và tất cả các dòng đều cao hơn giống NN3 Đặc biệt, 6 trong 10 dòng có nguồn gốc từ xử lý đột biến mẫu giống NN1 có số bông/khóm cao hơn giống gốc.

Tiêu đề	Cải Tiến Một Số Giống Lúa Địa Phương Và Nhập Nội Bằng Gây Đột Biến Phóng Xạ Phục Vụ Phát Triển Lúa Chất Lượng Tại Các Tỉnh Phía Bắc
Tác giả	Nguyễn Thị Miền
Người hướng dẫn	PGS.TS. Trần Văn Quang, TS. Nguyễn Trọng Khanh
Trường học	Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Chuyên ngành	Di truyền và Chọn giống cây trồng
Thể loại	Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	186
Dung lượng	3,25 MB