Đang tải... (xem toàn văn)
Chọn tạo và sử dụng dòng bất dục đực gen nhân mẫn cảm môi trường trong tạo giống lúa lai hai dòng ở việt nam
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN VĂN QUANG CHỌN TẠO VÀ SỬ DỤNG CÁC DÒNG BẤT DỤC ðỰC GEN NHÂN MẪN CẢM MÔI TRỜNG TRONG TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Ở VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Mà SỐ : 62.62.05.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS BÙI BÁ BỔNG 2. PGS.TS NGUYỄN THỊ TRÂM HÀ NỘI, 2008 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… i LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành luận án này, tôi ñã nhận ñược sự quan tâm, giúp ñỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè ñồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến PGS.TS Bùi Bá Bổng và PGS.TS Nguyễn Thị Trâm ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài cũng như hoàn chỉnh luận án. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Ban lãnh ñạo Viện Sinh học Nông nghiệp, Ban chủ nhiệm khoa Nông học, khoa Sau ñại học, các thầy cô giáo bộ môn Di truyền Giống, khoa Nông học ñã giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học và Công nghệ, Bộ Giáo dục và ðào tạo, PGS.TS Nguyễn Văn Hoan-Chủ nhiệm ñề tài “Kết hợp kỹ thuật chọn lọc marker phân tử với phương pháp truyền thống trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng" ñã hỗ trợ kinh phí ñể thực hiện ñề tài nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Phòng Nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai, Viện Sinh học Nông nghiệp, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa 43 ñến khóa 48 ñã cộng tác giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Sau cùng là gia ñình ñã luôn ñộng viên khích lệ, tạo ñiều kiện về thời gian, công sức và kinh phí ñể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2008 Tác giả Trần Văn Quang Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ii LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và ñã ñược công bố một phần trong luận văn Thạc sĩ của tôi, các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án ñều ñược ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Trần Văn Quang Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iii MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN A : Dòng bất dục ñực tế bào chất AFLP : ða hình chiều dài ñoạn phân cắt ñược nhân bội (Amplified fragment leghth polymophisms) B : Dòng duy trì tính bất dục ñực tế bào chất. BSA : Phân tích thể phân ly theo nhóm (Bulked segregant analysis) CMS : Dòng bất dực ñực tế bào chất (Cytoplasmic Male Sterility) EGMS : Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường (Environment- sensitive Genic Male Sterility) GA 3 : Gibberellic acid MAS : Chọn giống nhờ trợ giúp của chỉ thị phân tử (Marker Asisted Selection). PGMS : Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng (Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility) P(T)GMS : Bất dục ñực mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng và nhiệt ñộ (Photoperiodic and Thermo-sensitive Genic Male Sterility) Phytotron : Buồng khí hậu nhân tạo R : Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer) RAPD : ADN khác biệt ñược nhân bội ngẫu nhiên (Randomly Amplified Polymorphic DNA) RFLPs : ða hình chiều dài ñoạn phân cắt giới hạn (Restriction Fragment Length Polymorphisms) TGMS : Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility) T(P)GMS : Bất dục ñực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt ñộ và chu kỳ chiếu sáng (Thermo and Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility) WA : Bất dục ñực hoang dại (Wild Abortive) WCG : Gen tương hợp rộng (Wide Compatibility Gene) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iv MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN I LỜI CAM ðOAN ii MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN III MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC CÁC ðỒ THỊ x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH MINH HOẠ X MỞ ðẦU 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI 1 2. MỤC ðÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ðỀ TÀI 3 2.1 Mục ñích 3 2.2 Yêu cầu 3 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI 4 3.1 Ý nghÜa khoa häc 4 3.2 Ý nghÜa thùc tiÔn 4 4. ðỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 6 2.1 Lịch sử nghiên cứu phát triển lúa lai trên thế giới 6 2.2 Sự biểu hiện ưu thế lai ở lúa 8 2.3 Nghiên cứu phát triển lúa lai hai dòng 10 2.3.1 Nghiên cứu và sử dụng các dòng EGMS 11 2.3.2 Phương pháp chọn tạo các dòng EGMS 18 2.3.3 Phương pháp ñánh giá các dòng EGMS 24 2.3.4 Phương pháp chọn thuần và nhân các dòng EGMS 27 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… v 2.3.5 Dòng phục hồi và gen tương hợp rộng 31 2.3.6 Phương pháp ñánh giá khả năng kết hợp của dòng EGMS 33 2.3.7 Kỹ thuật sản xuất hạt lai F1 hệ hai dòng 36 2.3.8 Những thành công và hạn chế của lúa lai hai dòng 37 2.4 Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 38 2.4.1 Những thành tựu về nghiên cứu 38 2.4.2 Phát triển lúa lai thương phẩm 40 2.4.3 Sản xuất hạt giống lúa lai F1 41 2.4.4 Những tồn tại trong nghiên cứu và phát triển lúa lai 42 2.4.5 ðịnh hướng phát triển lúa lai trong thời gian tới 42 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 44 2.1 Vật liệu 44 2.2 Nội dung 45 2.3 ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 45 2.4 Phương pháp nghiên cứu 45 2.4.1 Nội dung 1: Phân lập và ñánh giá các TGMS và PGMS 45 2.4.2 Nội dung 2: Tìm hiểu gen kiểm soát tính mẫn cảm quang chu kỳ của dòng P5S 48 2.4.3 Nội dung 3: Lai thử, ñánh giá tổ hợp lai và xác ñịnh khả năng kết hợp của các dòng EGMS 49 2.4.4 Nội dung 4: Thiết lập qui trình nhân dòng bất dục P5S 50 2.4.5 Nội dung 5: Thiết lập qui trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp TH5-1 51 2.4.6 Các chỉ tiêu theo dõi 52 2.4.7 Phương pháp ñánh giá các chỉ tiêu 52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 KẾT QUẢ PHÂN LẬP VÀ ðÁNH GIÁ CÁC DÒNG EGMS 55 3.1.1 Tóm tắt quá trình lai và chọn lọc 55 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vi 3.1.2 Kết quả phân lập các dòng EGMS mới 55 3.1.3 ðặc ñiểm cơ bản của các dòng mới phân lập 59 3.1.4 Quá trình chuyển ñổi tính dục của dòng P5S và T4S ở ñiều kiện tự nhiên trong vụ mùa 66 3.1.5 Quá trình chuyển ñổi tính dục của dòng P5S và T4S ở ñiều kiện tự nhiên trong vụ xuân 69 3.1.6 Kết quả ñánh giá các dòng EGMS tại Quảng Nam 73 3.1.7 Khả năng sử dụng dòng P5S ở Việt Nam 78 3.1.8 Kết quả xác ñịnh thời kỳ mẫn cảm của các dòng EGMS 80 3.1.9 ðặc ñiểm của các dòng EGMS sau khi xử lý trong Phytotron 83 3.1.10 ðặc ñiểm của dòng P5S và T4S trong ñiều kiện hữu dục 84 3.1.11 ðặc ñiểm của dòng P5S và T4S trong ñiều kiện bất dục 87 3.2 KIỂM SOÁT DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG TỔ HỢP CỦA DÒNG P5S 90 3.2.1 Phân tích di truyền tính trạng bất dục ñực mẫn cảm quang chu kỳ của dòng P5S 90 3.2.2 ðánh giá khả năng kết hợp của các dòng EGMS 93 3.3 ðÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN TỔ HỢP LAI MỚI 97 3.3.1 ðánh giá con lai F1 trong vụ xuân 97 3.3.2 ðánh giá con lai F1 trong vụ mùa 112 3.4 NHÂN DÒNG MẸ VÀ SẢN XUẤT HẠT LAI F1 TỔ HỢP TH5-1 119 3.4.1 Nhân dòng bất dục P5S trong vụ xuân 119 3.4.2 Sản xuất hạt lai F1 121 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 132 4.1 Kết luận 132 4.2 ðề nghị 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Tên Bảng Trang 3.1 Kết quả phân lập cây bất dục và hữu dục ở hai công thức xử lý 57 3.2 Phân loại các cá thể PGMS và TGMS ñược phân lập 58 3.3 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng của dòng P5S và T4S qua các thời vụ trong vụ mùa 2002 61 3.4 Một số ñặc tính nông sinh học của dòng P5S và T4S qua các thời vụ trong vụ mùa 2002 62 3.5 ðặc ñiểm hình thái của dòng P5S và T4S mới phân lập 64 3.6 Quá trình chuyển ñổi tính dục của dòng P5S và T4S trong vụ mùa 2002 66 3.7 Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng EGMS ở ñiều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2003 70 3.8 Thời gian từ gieo ñến trỗ, số lá trên thân chính của các dòng EGMS qua các thời vụ (Vụ xuân 2005 tại Quảng Nam) 75 3.9 Quá trình chuyển ñổi tính dục của các dòng EGMS ở ñiều kiện tự nhiên trong vụ xuân 2005 tại Quảng Nam 77 3.10 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức I (12 giờ 15 phút + 28,0 O C) ở các bước phân hoá ñòng khác nhau 81 3.11 Kết quả xử lý các dòng EGMS theo công thức II (13 giờ + 20,0 0 C) ở các bước phân hoá ñòng khác nhau 82 3.12 Một số ñặc ñiểm của các dòng EGMS sau khi xử lý nhân tạo 83 3.13 ảnh hưởng của thời vụ ñến tỷ lệ ñậu hạt và một số ñặc tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ xuân 2003 85 3.14 Một số ñặc ñiểm nông sinh học của hai dòng P5S và T4S ở ñiều kiện hữu dục 86 3.15 ảnh hưởng của thời vụ ñến tỷ lệ ñậu hạt và một số ñặc tính nông sinh học của dòng P5S và T4S trong vụ mùa 88 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… viii 2003 3.16 Một số ñặc ñiểm của các dòng EGMS ở ñiều kiện bất dục 89 3.17 Tỷ lệ phấn hữu dục của con lai F1 và các dòng bố mẹ 90 3.18 Thống kê tần số phân ly thực nghiệm và lý thuyết về tỷ lệ hữu dục : bất dục trong quần thể F2 của các tổ hợp lai 92 3.19 Tỷ lệ phân ly hữu dục : bất dục ở F1 của con lai trở lại (BC1F1) 92 3.20 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ ñối với một số tính trạng 93 3.21 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của tính trạng chiều dài bông 94 3.22 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của tính trạng số bông/khóm 95 3.23 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của tính trạng số hạt/bông 95 3.24 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của tính trạng khối lượng 1000 hạt 96 3.25 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ của tính trạng Năng suất thực thu 97 3.26 Một số tính trạng số lượng của các tổ hợp lai trong vụ xuân 2004 98 3.27 ðánh giá mức ñộ nhiễm sâu bệnh của các tổ hợp lai trong ñiều kiện tự nhiên ở vụ xuân 2004 100 3.28 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai 103 3.29 ðánh giá một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các tổ hợp lai 105 3.30 Kết quả tuyển chọn các tổ hợp lai bằng chỉ số chọn lọc 106 3.31 Giá trị ưu thế lai thực (Hb) và ưu thế lai chuẩn (Hs) của 108 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn Tiến sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ix tính trạng số lượng 3.32 Giá trị ưu thế lai thực (Hb) và ưu thế lai chuẩn (Hs) trên các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất 111 3.33 Một số tính trạng số lượng của các tổ hợp lai trong vụ mùa 2004 112 3.34 ðánh giá mức ñộ nhiễm sâu bệnh trên ñồng ruộng của các tổ hợp lai ở vụ mùa 2004 114 3.35 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai 115 3.36 Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các tổ hợp lai mới tuyển chọn 117 3.37 Mức phản ứng với các chủng vi khuẩn gây bệnh bệnh bạc lá của các dòng bố mẹ và con lai TH5-1 118 3.38 ảnh hưởng của mật ñộ cấy, lượng phân bón ñến năng suất thực thu ruộng nhân dòng P5S ở vụ xuân 2007 (tạ/ha) 119 3.39 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng của các dòng bố mẹ trong vụ xuân 122 3.40 Một số ñặc ñiểm nông sinh học của các dòng bố mẹ 123 3.41 ảnh hưởng của tỷ lệ hàng bố mẹ và lượng GA 3 phun ñến năng suất ruộng sản xuất F1 ở vụ xuân 2004 124 3.42 ảnh hưởng của cách phun GA 3 ñến một số ñặc ñiểm sinh học của dòng mẹ 125 3.43 ảnh hưởng của cách phun GA 3 ñến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất hạt lai F1 ở vụ xuân 2005 126 3.44 Một số ñặc ñiểm nông sinh học của các dòng bố mẹ và năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 trong vụ mùa 2005 129 3.45 Kết quả sản xuất thử hạt lai F1 tổ hợp lai TH5-1 130 . các dòng bất dục ñực gen nhân mẫn cảm môi trường trong tạo giống lúa lai hai dòng ở Việt Nam 2. MỤC ðÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ðỀ TÀI 2.1 Mục ñích + Chọn tạo. GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN VĂN QUANG CHỌN TẠO VÀ SỬ DỤNG CÁC DÒNG BẤT DỤC ðỰC GEN NHÂN MẪN CẢM MÔI TRỜNG TRONG TẠO GIỐNG LÚA