Chọn giống lúa thuần

Vai trò của lúa gạo Cây lúa Oryza sp. sativa là một trong những cây lương thực chính, cung cấp lương thực cho hơn 65% dân số trên thế giới, sản lượng gạo đạt cao nhất. Hiện nay hơn 100 nước trên thế giới sản xuất lúa. Châu Á là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu chiếm 90% về sản lượng cũng như về diện tích, là nơi có nền nông nghiệp cổ xưa nhất gắn liền với canh tác lúa nước. Cây lúa có khả năng thích ứng rộng với vùng trồng từ 530 vĩ Bắc đến 400 vĩ Nam.

ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA NÔNG HỌC

BỘ MÔN DI TRUYỀN – CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG

Chọn giống lúa thuần

Hà Nội - 2010

Giới thiệu về cây lúa

1 Vai trò của lúa gạo

- Cây lúa Oryza sp sativa là một trong những cây lương thực chính, cung cấp lương thực cho hơn 65%

dân số trên thế giới, sản lượng gạo đạt cao nhất

- Hiện nay hơn 100 nước trên thế giới sản xuất lúa Châu Á là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu chiếm 90%

về sản lượng cũng như về diện tích, là nơi có nền nông nghiệp cổ xưa nhất gắn liền với canh tác lúa nước

- Cây lúa có khả năng thích ứng rộng với vùng trồng từ 530 vĩ Bắc đến 400 vĩ Nam

- Việt Nam: từ bao đời nay cây lúa đã gắn liền với đời sống dân tộc, với lịch sử dựng nước và giữ nước Nông dân ta rất giàu kinh nghiệm và giỏi nghề trồng lúa Việt Nam cũng là một trong những trung tâm phát sinh cây lúa và nghề trồng lúa của loài người Cây lúa luôn là cây lương thực chiếm tuyệt đối trong sản xuất nông nghiệp và là nhân tố quan trọng ổn định tình hình kinh tế, chính trị, văn hoá, xã hội của đất nước

- Trong những thập kỷ qua loài người đang đứng trước nguy cơ bùng nổ về dân số và theo FAO để đảm mức tiêu dùng lương thực ổn định, mức tăng sản lượng hàng năm gấp hai lần so với mức tăng dân số Đến năm 2030 toàn thế giới phải sản xuất lượng lúa gạo nhiều hơn khoảng 60% so với những năm gần đây để đáp ứng nhu cầu tăng dân số Trước tình hình đó cây lúa đã và đang là đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học

Bảng tổng hợp sản lượng lúa Thế giới và Châu lục giai đoạn 2001- 2005

(Số liệu thống kê của FAO, 2006 - Đơn vị tính: Triệu tấn)

2 Tài nguyên di truyền cây lúa

Lúa là một trong những cây trồng cổ xưa nhất loài người Căn cứ vào các tài liệu khảo cổ học ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam cây lúa đã có mặt từ 3000 - 2000 năm trước công nguyên Nhưng cho đến nay nguồn gốc xuất xứ chính xác của cây lúa ở đâu vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau

Nhiều kết quả nghiên cứu gần đây thống nhất cho rằng lúa trồng ở Châu Á xuất hiện cách đây

8000 năm (Lu.B.R và cộng sự, 1996) Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng châu Á là Oryza sativa vẫn còn

chưa được kết luận chắc chắn Một số tác giả: Sampath và Rao (1951), Sampath và Govidaswami

(1958), Oka (1974) cho rằng O sativa có nguồn gốc từ lúa dại lâu năm O rufipogon Còn các tác giả khác như Chatterjee (1951), Chang (1976) lại cho rằng O sativa được tiến hóa từ lúa dại hàng năm O

nivara

Mô hình sự tiến hóa của O sativa

Phân loại lúa

Họ hòa thảo : Poaceae (Gramineae)

Họ phụ: Pooideae

Tộc: Oryzae

Loài: Oryza sativa

a Phân loại lúa dại

Theo Sharma (1973) bao gồm 28 loài và loài phụ, phân bố chủ yếu ở vùng xích đạo, chúng gồm 2 loại hình lâu năm và hàng năm có chiều cao từ 30 đến 200cm Dựa trên cơ sở phân tích sự tiến hóa của loài có thể chia thành 3 nhóm loài:

- Nhóm Padia có thân rạ nhỏ mọc ở vùng rừng ẩm nhiệt đới đất không ngập nước, ưa bóng

mát

- Nhóm Augustifolia có thân rạ nhỏ mọc ở rừng ẩm nhiệt đới châu Phi.

- Nhóm Euroryza (hay Oryza) thuộc nhóm tiến bộ nhất có thân rạ trung bình đến to, ưa ánh

sáng, thích nghi với đất ngập nước.

Các loài lúa dại tìm thấy ở Việt Nam:

- O granulate (MM): Tây Bắc và biên giới Việt Lào

- O nivara (AA) tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

- O officinalis (CC) tại vùng đồng bằng sông Cửu Long

- O rufipogon (AA) tại Tây Nguyên, Nam Trung Bộ và Nam Bộ

- O ridleyi (HH) mới tìm thấy ở biên giới Việt Nam – Campuchia.

Đánh giá tài nguyên di truyền lúa dại

Sitch và cộng sự (1989) tổng kết tài nguyên di truyền lúa dại như sau:

+ O rufipogon (AA): gen kháng phèn; gen vươn lóng theo mực nước; gen điều khiển tính bất

dục đực di truyền tế bào chất (CMS), gen chống bệnh tungro

+ O nivara (AA) : gen kháng bệnh virus lúa lùn, bệnh vàng lá lúa.

+ O barthii (AA) : gen kháng bạc lá

+ O longistaminata (AA) : gen kiểm tra tính vòi nhụy dài; kháng bạc lá (Xa21)

+ O eichingeri : gen kháng rầy nâu, rầy xanh và rầy lưng trắng.

+ O officinalis (CC): kháng rầy nâu, rầy xanh, rầy lưng trắng

+ O minuta (BBCC): kháng rầy nâu, rầy xanh; rầy lưng trắng, cháy lá và bạc lá

+ O australiensis (EE): kháng rầy nâu, chống hạn

+ O branchyantha (FF): kháng sâu đục thân, ruồi đục nõn.

+ O ridleyi (MMRR): kháng ruồi đục lá, cháy lá, bạc lá

+ O longiglumis (MMRR): kháng ruồi đục lá, cháy lá, bạc lá.

+ O glaberrima (AA): kháng rầy xanh

+ O rufipogon (AA): nâng cao năng suất lúa (18%)

+ O granulata (MM+): chống bạc lá, rầy nâu

b Phân loại lúa trồng

Hai loài lúa trồng: Lúa trồng châu Á - O Sativa và Lúa trồng châu Phi - O Glaberrima

- Quan điểm sinh thái học (Morinaga, 1954) chia 5 kiểu hình sinh thái: Aus, Boro, Bulu, Aman

và Tjereh

- Hiện nay, phân loại O sativa theo IRRI

nhạt (trừ các giống cải tiến)

Hẹp, xanh tối Rộng cứng, xanh nhạt

Sức đẻ nhánh Đẻ khỏe > 16 nhánh Đẻ trung bình 11-15

nhánh

Đẻ ít < 10 nhánh

Lông trên vỏ trấu Lông nhỏ, ngắn ở vỏ

trấu lưng và bụng, đôi khi không có lông

Có long dày trên vỏ trấu lưng và bụng

Lông dài ở vỏ trấu lưng

và bụng, vỏ trơn láng ở nhiều giống lúa cạn

Phản ứng quang chu kỳ Có thay đổi Chặt đến không phản

ứng

Ít phản ứng

- Quan điểm canh tác học: 4 loại

+ Lúa cạn (upland rice): trồng trên đất cao, thoát nước+ Lúa có tưới (irrigated or flooded rice)

+ Lúa nước sâu (rainfed lowland rice)+ Lúa nổi (deep water or flooting rice)

3 Một số đặc điểm di truyền học

- Di truyền chiều cao cây: Guliaep (1975) xác định có 4 gen kiểm tra chiều cao cây Khi nghiên cứu các dạng lùn tự nhiên và đột biến có trường hợp do 1 cặp gen lặn, có trường hợp 2 cặp gen

và đa số do 8 gen lặn kiểm tra là d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7 và d8.

- Gen lùn trong lúa TQ Dee-geo-Woo-gen, Taichung Native 1 mang gen tạo thân ngắn nhưng không ảnh hưởng đến chiều dài bông có ý nghĩa lớn trong chọn giống Còn đa số gen khác làm ngắn

cả bông nên khó chọn lọc và sử dụng

- Di truyền khả năng vượt nước sâu: 2 – 3 gen kiểm tra (Jenning và cs., 1979)

- Khả năng sinh trưởng mạnh sớm: do nhiều gen kiểm tra

- Khả năng đẻ nhánh: di truyền số lượng, hệ số di truyền thấp đến trung bình Kiểu đẻ nhánh chụm và đứng thẳng do gen lặn chi phối

- Bộ lá lúa: Lá đứng thẳng do gen lặn có hệ số di truyền cao, cặp gen này có tác dụng đa hiệu vừa gây nên thân ngắn, vừa làm cho bộ lá đứng thẳng

- Tính trạng lá đòng dài, đứng di truyền độc lập với gen lùn kiểm tra độ dài thân

- Thời gian sinh trưởng và phản ứng quang chu kỳ: do nhiều gen điều khiển và di truyền số lượng

- Tính có râu: 3 gen trội An1, An2, An3

- Tính trạng rụng và ngủ nghỉ của hạt: tính dễ rụng do gen trội di truyền độc lập với tính trạng khác

- Tính ngủ nghỉ: di truyền đa gen

- Chiều dài hạt gạo: 1 gen (Ramiah, 1931), 2 gen (Ramiah, 1933), 3 gen (Mitro, 1962 ), di truyền trung gian (Virmani, 1994)

- Tính bạc bụng: 1 gen đơn lặn (USDA, 1963), 1 gen trội (Nagai, 1958), đa gen (Nakata, 1973)

- Độ trong nội nhũ: do gen kiểm tra hàm lượng amyloza

- Hương thơm: tương tác nhiều gen (Ramiah, 1953); 3 gen trội bổ sung (Nagaraju, 1975), 1 cặp gen lặn (Sood, 1978)

- Di truyền chống bệnh đạo ôn: phát hiện hơn 25 cặp gen qui định

- Di truyền chống bệnh đốm nâu

Chống dọc: 1-2 cặp gen

Chống ngang: nhiều gen và đa số gen trội

- Di truyền tính kháng bệnh bạc lá: phát hiện hơn 27 gen

- Di truyền tính kháng rầy nâu: hơn 20 gen

- Di truyền gen bất dục đực mẫn cảm với điều kiện môi trường: hơn 6 gen

4 Thu thập nguồn gen lúa ở Việt Nam

Việt Nam năm 1960, Học Viện Nông lâm đã thu thập và trồng trên 100 giống lúa mùa và chiêm ở một số tỉnh miền Bắc, năm 1964 có 29 tỉnh thành tại miền Bắc tiến hành điều tra cơ bản về giống lúa ở 3.158 xã bao gồm 15.016 hợp tác xã

Bảng 1 Số lượng nguồn gen cây trồng đang được

bảo quản tại ngân hàng gen hạt

Nhóm cây trồng Số loài Số lượng mẫu giống (accessions)

Số lá trên cây phụ thuộc chủ yếu vào giống, thời vụ cấy, biện pháp bón phân và quá trình chăm sóc Thường số lá của các giống :

- Giống lúa ngắn ngày: 12 - 15 lá

- Giống lúa trung ngày: 16 - 18 lá

- Giống lúa dài ngày : 18 - 20 lá

Chức năng của lá

Lá ở thời kỳ nào thường quyết định đến sinh trưởng của cây trong thời kỳ

đó Ba lá cuối cùng thường liên quan và ảnh hưởng trực tiếp đến thời kỳ làm đòng và hình thành hạt

Hoa lúa

Cấu tạo hoa lúa thường gồm: 1 vỏ trấu lưng, 1 vỏ trấu bụng, 6 chỉ nhị mang

6 bao phấn, 1 nhụy gồm hai vòi nhụy và vảy cá Do có nhiều hoa trên một bông lúa, quá trình trỗ lại không đồng thời nên hoa lúa nở theo quy luật từ trên xuống dưới, từ ngoài vào trong Thời gian nở hoa phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết: nếu thuận lợi, nhiệt độ thích hợp, đủ nắng, trời quang mây, gió nhẹ hoa nở rộ vào 8 - 9 giờ sáng; nếu trời nắng nóng hoa lúa sẽ nở

sớm vào lúc 7 - 8 giờ sáng; nếu trời âm u, thiếu ánh sáng hoặc gặp rét hoa lúa sẽ trỗ muộn từ 12 - 14 giờ trưa Thời gian phơi màu, thụ tinh của hoa lúa từ khi nở vỏ trấu đến lúc khép lại khoảng 50 - 60 phút.

Thân lúa

là loại thân thảo Thời kỳ mạ và lúa non: thân lúa do các bẹ lá tạo thành Sau khi làm đốt, thân lúa do các lóng và đốt tạo thành, bên ngoài có bẹ lá bao bọc Số lóng trên mỗi thân phụ thuộc vào giống: giống dài ngày 7 - 8 lóng, giống trung ngày 6 - 7 lóng và giống ngắn ngày có 4 - 5 lóng

Thời gian sinh trưởng phát triển của cây lúa

Thời gian sinh trưởng của cây lúa được tính từ khi hạt lúa nảy mầm đến khi chín hoàn toàn, thay đổi tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh

- Đối với lúa cấy: Bao gồm thời gian ở ruộng mạ và thời gian ở ruộng lúa cấy

- Đối với lúa gieo thẳng: Được tính từ thời gian gieo hạt đến lúc thu hoạch

Ở miền Bắc:

- Giống lúa cực ngắn ngày có TGST 90 - 110 ngày

- Giống lúa ngắn ngày có TGST 111 – 120 ngày

- Giống lúa trung ngày có TGST 121 - 136 ngày

- Giống lúa dài ngày có TGST trên 140 ngày

- Các giống lúa chiêm cũ, do thời vụ gieo cấy có điều kiện nhiệt độ thấp nên TGST kéo dài 180 -

200 ngày

Ở đồng bằng sông Cửu Long các giống lúa địa phương có thời gian sinh trưởng 200 - 240 ngày ở vụ mùa,

cá biệt những giống lúa nổi có thời gian sinh trưởng đến 270 ngày

Chọn tạo giống lúa

Thành công của công tác cải tiến giống lúa phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Xác định được mục tiêu lâu dài và nhiêm vụ trong từng giai đoạn cụ thể;

- Có nhiều vật liệu với nhiều tính trạng mong muốn;

- Có các điều kiện cần thiết để đánh giá vật liệu khởi đầu và thử nghiệm các dòng giống mới chọn tạo ra Mục tiêu chọn tạo giống lúa:

- Năng suất cao

- Chất lượng tốt hơn giống cũ, được mọi người ưa chuộng, có giá bán cao hơn, chất lượng dinh dưỡng và nấu nướng tốt hơn

- Chống chịu tốt hơn với sâu bệnh chính của từng vùng, từng vụ mà giống đó được sử dụng

- Thích ứng tốt hơn với điều kiện khí hậu, đất đai, tập quán canh tác, hệ thống luân canh của những vùng nhất định

Các phương pháp cải tiến giống lúa:

a Các phương pháp gây tạo biến dị

- Nhập nội và chọn lọc thuần hóa

- Lai và chọn lọc các thế hệ lai theo định hướng

- Gây biến dị nhân tạo bằng đột biến vật lý, hóa học và chọn lọc

- Tạo các dòng bất dục đực tế bào chất, bất dục đực nhân và các công cụ di truyền khác để tạo giống ưu thế lai

- Lai xa và ứng dụng công nghệ sinh học để chuyển nạp những gen chống chịu đặc hiệu vào các giống có năng suất cao, chất lượng tốt

b Các phương pháp chọn lọc

- Chọn lọc cá thể hay chọn lọc phả hệ (pedigree)

- Chọn lọc hỗn hợp (bulk)

- Chọn lọc hỗn hợp cải tiến (kết hợp giữa chọn lọc hỗn hợp với chọn lọc cá thể xen kẽ nhau)

Thông qua chọn lọc trực tiếp: bằng các phương pháp chọn lọc thích hợp nhà chọn giống chọn ra các

dạng tốt nhất với kiểu sinh thái địa lý và gây thành giống mới, ví dụ giống lúa Mộc Tuyền được chọn ra từ giống Mộc Khâm

Thông qua lai tạo và chọn lọc: sử dụng các giống lúa có phẩm chất tốt, chống chịu sâu bệnh cao, khả

năng thích ứng khá để lai với các giống khác có tính trạng bổ sung nhằm kết hợp các tính trạng tốt vào giống mới ví dụ; giống NN75 - 1 do lai NN8 với 813.

Sử dụng các giống lúa địa phương trong chọn tạo giống

Các giống lúa địa phương có lịch sử trồng trọt từ lâu đời, thích nghi với điều kiện khí hậu, đất đai,

kỹ thuật canh tác ở địa phương phù hợp với tập quán của nhân dân Chính vì vậy chúng cho năng suất ổn định và có tính chống chịu cao với một số loài sâu bệnh nguy hiểm và điều kiện ngoại cảnh bất thuận

Có những giống lúa hàng bao thế kỷ nay vẫn được dùng trong sản xuất Như ở Việt Nam, thế kỷ thứ 18 Lê Quý Đôn trong "Vân Đài Loại Ngữ" đã nghi rất nhiều giống đến nay vẫn còn, như lúa mùa, Tám xoan, Tám lùn, Lúa chiêm sài đường

Để sử dụng các giống lúa địa phương phục vụ cho công tác chọn tạo giống Các nhà khoa học nông nghiệp đã thu thập, chọn lựa và bồi dưỡng chúng

Viện nghiên cứu lúa Quốc tế đã liên tục cố gắng lấy những giống địa phương có trong nhiều tập đoàn giống Quốc gia Trong năm 1970 Viện đã nhận được khoảng 1.530 giống đưa tổng số giống đã nhận lên là 12.880 phần lớn là những giống nhận từ Srilanka, Bengladesh, ấn Độ, Nhật Bản,Lào, Malasia, Nepan, Nam Việt Nam,Thái Lan và Mỹ

Các giống địa phương có tính trạng quý nhưng còn các nhược điểm được sử dụng làm vật liệu gây đột biến nhằm cải tiến các tính trạng mong muốn

Ví dụ: giống lúa Nếp Hoa Vàng có phẩm chất tốt, gạo thơm ngon, song phản ứng với ánh sáng ngày ngắn, cây cao dễ đổ được làm vật liệu gay đột biến để tạo ra dòng đột biến Hoa Vàng cấy được cả hai vụ, phẩm chất như Nếp Hoa Vàng (Nguyễn Văn Hiển, 1999)

- Thích ứng tốt với điều kiện khí hậu

- TGST ngắn

Lựa chọn phương pháp tạo giống lúa thuần

- Phương pháp lai tạo

- Các phương pháp gây tạo biến dị

- Các phương pháp chọn lọc

- Đánh giá dòng và so sánh giống mới

+ Khảo nghiệm năng suất

+ Khảo nghiệm sinh thái

+ Khảo nghiệm kỹ thuật

Kỹ thuật chọn giống lúa thuần bằng phơng pháp lai

* Tập đoàn công tác: Tuỳ vào mục đích

Yếu tố cấu thành năng suất

Khả năng chống chịu rầy nâu

* Đeo thẻ vào bông lai

* Thu hoạch hạt lai

Kỹ thuật chọn giống lúa thuần bằng phơng pháp gây đột biến

* Xử lý tạo biến dị đột biến

* Sử dụng các thể đột biến tiến bộ

Trực tiếp tạo giống mới (M8 - M12)

Gián tiếp (lai, đột biến)

Một số giống lúa thuần.

Giống lúa U17

Thời gian sinh trưởng ở trà vụ Mùa là 150 - 155 ngày

Chiều cao cây 110 - 120 cm; Bông dài 23 – 24 cm; 100 – 110 hạt chắc/bông; Hạt to hơi bầu, màu vàng sáng; Chiều dài hạt trung bình: 6,53 mm; Tỷ lệ chiều dài/ chiều rộng hạt: 2,59; Khối lượng 1000 hạt: 26 -

27 gram; Tỷ lệ gạo cao (65 – 68%); Tỷ lệ bạc bụng trung bình

Cơm ngon trung bình; Hàm lượng amylose (%): 24,2

Năng suất trung bình: 45 - 50 tạ/ha Năng suất cao có thể đạt: 60 - 70 tạ/ha

Khả năng chống đổ tốt Chịu chua và ngập úng khá Chịu thâm canh khá cao

Là giống kháng với bệnh Bạc lá và bệnh Đạo ôn Nhiễm vừa với bệnh Khô vằn Nhiễm vừa đến nặng với Rầy nâu

Giống lúa Xi 23.

• Nguồn gốc xuất xứ

Giống lúa Xi 23 (BL1) được chọn lọc từ tập đoàn giống chống bạc lá của Viện Lúa quốc tế (IRRI)

Được công nhận giống theo Quyết định số 1659 QĐ/BNN-KHCN, ngày 13 tháng 5 năm 1999

• Đặc tính nông sinh học của giống :

Xi 23 là giống lúa có thể gieo cấy được ở cả 2 vụ Thời gian sinh trưởng ở trà Đông xuân là 175 - 185 ngày, ở trà vụ Mùa là 130 – 135 ngày

Chiều cao cây: 110 - 115 cm Sinh trưởng khoẻ, trỗ tập trung

• Hạt dài, màu vàng sáng

• Chiều dài hạt trung bình: 6,46 mm

• Tỷ lệ chiều dài/ chiều rộng hạt là: 2,80

• Khối lượng 1000 hạt: 24 - 25 gram

Gạo không bạc bụng Chất lượng khá