Nghiên cứu sử dụng gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng phục vụ sản xuất ở Việt Nam
MỤC LỤC
Mục đích và yêu cầu 1. Mục đích
Yêu cầu
- Thu thập và đánh giá vật liệu chọn giống, các dòng giống chứa gen bạc lá hữu hiệu khác, theo dõi một số chỉ tiêu nông sinh học, năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất. - Lai hữu tính, đánh giá con lai để tìm ra các tổ hợp lai vừa kháng bệnh bạc lá vừa cho −u thế lai cao.
Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới
Gần đây, số l−ợng các cuộc thử nghiệm và những minh chứng trên cánh đồng của nông dân tại các nước trên đã chứng minh rằng lúa lai có thể góp phần tăng đáng kể năng suất lương thực của địa ph−ơng [67]. Từ những kết quả nghiên cứu trên có thể khẳng định rằng các nhà khoa học Trung Quốc đứng đầu là Viên Long Bình đã mở ra một cuộc cách mạng xanh mới trong chọn tạo giống lúa.
Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam
Bên cạnh đó, rất nhiều các nước khác như: Indonesia, Malaysia, Pakistan, Equuado, Ghine và Mỹ… cũng đã đạt đ−ợc những tiến bộ lớn trong việc phát triển công nghệ lúa lai. Khai thác thành công −u thế lai ở lúa tại Trung Quốc đã mở ra một h−ớng mới trong cải tiến giống lúa là chọn giống −u thế lai [19].
Những nghiên cứu về lúa lai
Những thành công và hạn chế của lúa lai ba dòng
Lúa lai ba dòng có tiềm năng năng suất cao, ít chịu sự chi phối của môi trường, nhất là với nhiệt độ và ánh sáng nên tính bất dục ổn định, hạt lai có độ thuần cao, lúa lai ba dòng thích ứng với nhiều vùng sinh thái khác nhau và đặc biệt là có thời gian sinh trưởng ngắn, rất thích hợp cho việc bố trí thời vụ, quay vòng đất. Con lai F1 thuộc hệ lúa lai ba dòng chủ yếu là lai giữa các giống trong cùng loài phụ nên −u thế lai thấp, hơn nữa chỉ có 5% số dòng bố lai thử thể hiện khả năng phục hồi tốt đối với dòng CMS có dạng tế bào chất WA, vì vậy phổ phục hồi rất hẹp.
Những nghiên cứu ứng dụng lúa lai hệ hai dòng
Quy trình nhân dòng CMS và sản xuất hạt lai F1 của hệ ba dòng rất khắt khe, cồng kềnh và tốn kém, phải trải qua hai lần lai nên môi tr−ờng ảnh h−ởng rất lớn, sản xuất chủ yếu bằng thủ công dẫn đến giá thành hạt giống cao [5], [6]. Vì thế, yêu cầu nghiên cứu lúa lai trong giai đoạn hiện nay là kết hợp đ−ợc −u thế lai ở lúa với tính kháng được sâu bệnh cao và kiểu cây lý tưởng để tạo ra “siêu lúa lai”, vừa có năng suất siêu cao vừa có tính kháng bệnh cao.
Những nghiên cứu trong n−ớc về bệnh bạc lá lúa
Tiếp theo Nhật Bản là một loạt n−ớc thông báo về bệnh này, bệnh phổ biến ở tất cả các n−ớc trồng lúa vùng Châu á (trừ Tâyá), Philippin, Indonexia (Reitsma và Schuse, 1950), ấn Độ (Sreenivasan và ctv, 1959;. Điều cần chú ý là mức độ tác hại của bệnh phụ thuộc vào thời kỳ bị bệnh, nếu cây lúa bị bệnh ngay từ khi đẻ nhánh thì mức độ của bệnh về sau th−ờng rất nặng, ảnh h−ởng rõ rệt hơn tới năng suất, có thể giảm tới 41% năng suất trở lên (theo Lê L−ơng Tề).
Đặc điểm sinh lý của vi khuẩn
Còn theo Phan Đình Phụng (1978), bệnh bạc lá làm giảm khả năng quang hợp của cây, làm cây mềm yếu kéo dài thời gian trỗ, bông bé làm tăng tỷ lệ lép lửng cao, gạo nát và làm tăng cường độ hô hấp [13]. Tác hại chủ yếu của bệnh là làm cho lá lúa, đặc biệt là lá đòng chóng tàn, nhanh chóng khô chết, bộ lá xơ xác, ảnh hưởng đến hiệu suất quang hợp, tỷ lệ hạt lép cao và năng suất giảm sút rõ rệt.
Đặc điểm triệu chứng của bệnh bạc lá
Triệu chứng điển hình kiểu Kresok (héo xanh) đ−ợc Reitsma và Schure mô tả như sau: Triệu chứng đầu tiên xuất hiện là đốm bệnh mọng nước ở ngay đầu mặt cắt của lá, lá chuyển sang màu xanh xám nhanh chóng. Loại hình bạc lá gợn vàng là phổ biến trên hầu hết các giống và các mùa vụ, còn loại hình bạc lá héo xanh th−ờng chỉ thấy xuất hiện trên một số giống lúa, đặc biệt đối với các giống lúa ngắn ngày, chịu phân, phiến lá to, thế lá đứng, ví dụ nh− giống T1, X1, NN27…[22].
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển của bệnh
Nếu cây lúa bị bệnh từ lúc lúa đẻ nhánh thì mức độ gây hại về sau thường rất nặng, ảnh hưởng rừ rệt đến năng suất và cú thể làm giảm 41% năng suất trở lên. Kết quả nghiên cứu trong thời gian vừa qua đã ghi nhận việc rút n−ớc và bón phân kali nh− vậy không những không có tác dụng giảm bệnh mà còn tạo điều kiện cho bệnh thêm trầm trọng.
Thành phần nòi của vi khuẩn bạc lá lúa
Theo tác giả Nguyễn Đăng Long: ở miền Nam Việt Nam có một số nòi vi khuẩn có độc tính cao nhất Đông Nam á vì giống thí nghiệm TN73- 2 đ−ợc IRRI đánh giá là chống bệnh bạc lá thì lại bị nhiễm ở miền Nam [34]. Tác giả Tạ Minh Sơn sử dụng tổng hợp bộ giống chỉ thị nòi của Nhật Bản và IRRI đã xác định ở Việt Nam có 10 nhóm nòi vi khuẩn đặt tên từ 1 đến 10, tác giả còn cho biết các nhóm nòi ở Việt Nam có đặc tính khác hẳn ở Nhật Bản và Philippin [18].
Vấn đề phòng trừ bệnh bạc lá
Điều đó chứng tỏ rằng loài vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa ở miền Bắc Việt Nam rất đa dạng, có nhiều chủng gây bệnh có độ độc tính khác nhau [56]. Trong nh−ng năm gần đây, ở miền Bắc Việt Nam bệnh trở nên nghiêm trọng và phá hoại ở cả hai vụ, do mức đầu t− thâm canh cao, bón quá nhiều.
Cơ sở khoa học của chọn giống kháng bệnh bạc lá
Taura và Yoshimura, Đại học Kuyshu, Nhật Bản về phân bố của 5 gen kháng bệnh trên thế giới (Xa3, Xa4, xa5, Xa10 và Xa14) cho thấy ở Trung Quốc và Malaixia phần lớn các giống lúa đều chứa gen Xa14, một gen theo kết quả nghiên cứu của chúng tôi lại bị nhiễm bởi hầu hết các chủng ở miền Bắc, điều này có thể giải thích tại sao các giống lúa nhập nội từ Trung Quốc vào trồng ở miền Bắc Việt Nam đều bị nhiễm rất nặng bệnh bạc lá [25]. Trong khi đó gen trội Xa21 có phổ kháng rộng đối với nhiều nòi vi khuẩn Xoo, gen này đ−ợc phát hiện trong quần thể lúa hoang dại ở Châu Phi Oryza longistaminata (Khush và ctv, 1990) và gen xa13 có khả năng chống đ−ợc 9 chủng tìm thấy ở ấn Độ và 6 chủng ở Philippin [68].
Tình hình chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá ở các n−ớc Chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá đã được nhiều nước trên
Từ các nghiên cứu trên cho thấy, vì tính kháng bệnh bạc lá là do gen quy định, trên cơ sở đó chọn lọc các cặp bố mẹ và bằng ph−ơng pháp lai hữu tính chúng ta có thể tạo giống kháng bệnh với sự liên kết của các gen kháng. Bằng ph−ơng pháp này có thể tạo đ−ợc những giống lúa mới vừa kết hợp đ−ợc những đặc tính nông sinh học tốt của bố mẹ vừa mang gen kháng bệnh bạc lá.
Địa điểm
Bộ có độ độc tính cao do Bộ môn Công nghệ sinh học và Phương pháp thí nghiệm tr−ờng ĐHNNI cung cấp.
Nội dung nghiên cứu
Ph−ơng pháp nghiên cứu
Mỗi tổ hợp lai trồng số l−ợng từ 30 - 50 cá thể để sử dụng, tập chung lây nhiễm các chủng có tính độc cao, trên mỗi cá thể lây nhiễm 4 chủng độc nhất, lây nhiễm vào lúc cây lúa mẫn cảm nhất với bệnh (là giai đoạn có đòng và sau trỗ). Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học chính của các tổ hợp lai - Đánh giá con lai F1 theo ph−ơng pháp của trung tâm nghiên cứu và phát triển lúa lai Hồ Nam - Trung Quốc.
Đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống đ−ợc sử dụng làm vật liệu khởi đầu
Dòng này có nhiều −u điểm nh− chiều cao cây vừa phải, thuộc dạng cây trung bình (95,3 cm), tương đối phù hợp với dòng mẹ TGMS trong quá trình sản suất hạt lai. Thời gian sinh tr−ởng thuộc nhóm trung bình (127 ngày), cứng cây, kiểu đẻ nhánh chụm, có khả năng sinh trưởng tốt, có số hạt trên bông trung bình (134,4 hạt/ bông) và đặc biệt dòng này kháng đ−ợc hầu hết các chủng bạc lá khác nhau ở miền Bắc Việt Nam.
Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai
Để đánh giá khả năng kháng hay nhiễm của các tổ hợp lai, hiện nay có nhiều phương pháp đánh giá khác nhau như phương pháp đánh giá thông qua chỉ số bệnh, tỷ lệ bệnh… Trong thí nghiệm chúng tôi đánh giá phản ứng của các tổ hợp lai với vi khuẩn bạc lá dựa theo phương pháp đánh giá của Satoru. Nhìn chung qua kết quả lây nhiễm đ−ợc trình bày ở bảng 4.2 thì các isolate khác nhau có phản ứng khác nhau đối với 30 tổ hợp lai, có thể kháng ở chủng này nh−ng lại nhiễm bởi chủng khác.
Đặc điểm sinh tr−ởng giai đoạn mạ của các tổ hợp lai
Tuy nhiên, để tìm hiểu ngoài khả năng kháng bệnh bạc lá ra các tổ hợp lai còn có những đặc điểm −u việt gì, chúng tôi tiến hành nghiên cứu một số. Một số đặc điểm sinh trưởng của các tổ hợp lai trong thời kỳ mạ.
Thời gian qua các giai đoạn sinh tr−ởng của các tổ hợp lai
Để tìm hiểu thêm về các thời kỳ sinh tr−ởng phát triển của các tổ hợp lai chúng tôi tiến hành nghiên cứu bằng đo đếm các chỉ tiêu của từng giai.
Đặc điểm cấu trúc bộ lá
Dáng cây to, thấp liên quan đến bản lá dày, lá ngắn, nhỏ làm cho cấu trúc thân vững chắc, sắp xếp lá đều đặn tranh thủ đ−ợc ánh sáng. Mặc dù chiều dài, chiều rộng cũng nh− góc lá của các tổ hợp lai trên tuy chưa đạt tiêu chuẩn bộ lá lúa lý tưởng nhưng đã đạt tiêu chuẩn của cây lúa có kiểu cây mới, cho năng suất cao, vì góc lá đòng càng nhỏ càng thuận lợi cho quá trình vận chuyển chất dinh d−ỡng từ thân lá lên bông và hạt.
Đặc điểm cấu trúc thân và bông của các tổ hợp lai 1. Chiều cao cây của các tổ hợp lai
Chiều dài bông, chiều dài cổ bông và số gié cấp 1
Theo xu thế chung hiện nay, ng−ời ta tạo bông lúa có dạng kết hợp giữa hai dạng compact và normal để bông lúa không cần thiết thật dài mà chỉ dài vừa, hạt xếp khá sít, số gié trên bông nhiều (12- 15 gié). Từ những đặc điểm về cấu trúc thân và bông cho thấy để đánh giá đ−ợc một giống lúa tốt hay xấu, khách quan phù hợp với ý muốn chủ quan của nhà chọn giống thì điều tr−ớc tiên là cần phải có nguồn vật liệu khởi đầu phong phú, sau đó dựa trên nhiều yếu tố cơ bản nh− giống lúa đó phải thấp cây, thân cứng, chiều dài bông vừa phải kết hợp với cổ bông hài hoà, chống chịu tốt với sâu bệnh, đạt năng suất cao và chín sớm.
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất
Mặc dù năng suất vẫn luôn là yếu tố hàng đầu, nh−ng chỉ quan tâm đến vấn đề chọn giống có năng suất cao mà bỏ qua những yếu tố khác nh− sâu, bệnh hại thì dù giống đó năng suất có cao thì cũng khó đ−ợc sản xuất chấp nhận. Qua chỉ tiêu về năng suất cá thể và năng suất lý thuyết để thấy tiềm năng năng suất của giống, năng suất cá thể cao hay thấp phụ thuộc vào các chỉ tiêu đã nêu ở trên cũng nh− phụ thuộc vào giống, ngoại cảnh và điều kiện canh tác.
Một số chỉ tiêu về hình thái hạt thóc
Từ các số liệu năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất cho ta nhận xét: Năng suất là một yếu tố phụ thuộc nhiều vào tính trạng đa gen (QTLs khối l−ợng 1000 hạt, số hạt/ bông, tỷ lệ chắc/ bông…). Số bông hữu hiệu và số hạt/ bông nhiều hay ít không những phụ thuộc vào giống mà còn phụ thuộc vào điều kiện canh tác, kỹ thuật gieo cấy.
Tình hình sâu bệnh trên đồng ruộng
Đặc biệt khi bệnh hại trên thân, cổ bông làm cho cây lúa, bông lúa bị gãy gục, gây thiệt hại lớn. Từ kết quả bảng 4.9 cho thấy các tổ hợp lai đa số đều nhiễm bệnh ở mức độ nhẹ.
Nghiên cứu −u thế lai một số tính trạng của các tổ hợp lai
Do tổ hợp các nguồn gen từ các bố mẹ khác nhau nên các tổ hợp lai F1 đều cho ưu thế lai thực dương vượt dòng bố tương ứng ở mức có ý nghĩa về năng suất cá thể đa số đều là ưu thế lai d−ơng, chỉ có 3 tổ hợp −u thế lai âm là TH5 và TH16 và TH20. Từ các kết quả đã nghiên cứu và đánh giá ở trên cho thấy thông qua lai hữu tính giữa các dòng mẹ TGMS với các dòng bố có chứa các gen kháng bệnh bạc lá khác nhau có thể chọn lọc đ−ợc những tổ hợp lai vừa có −u thế lai vừa kháng bệnh bạc lá.
Đề nghị
Có thể sử dụng các dòng bố có gen trội kháng bạc lá (gen Xa) làm giống cho gen vì chúng đã truyền đ−ợc tính kháng bạc lá cho con lai F1. Các tổ hợp lai này mang nhiều đặc tính nông sinh học tốt, là những nguồn thực liệu quý giá để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai hai dòng ở n−ớc ta.