2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA đỀ TÀI
2.1.4. định hướng phát triển lúa lai ở Việt Nam và thành phố Hải Phòng
2.1.4.1. định hướng phát triển lúa lai của Việt Nam
* Qui hoạch vùng sản xuất tập trung
Sau 20 năm phát triển và chuyển sang thời kỳ 2010 - 2015/2020, ựã ựến lúc chuyển sang giai ựoạn mới, cần tiến hành qui hoạch và xây dựng các vùng, các làng nghề sản xuất giống lúa lai tập trung ựể tiến tới chúng ta có thể tự túc 50-70% giống ựáp ứng nhu cầu của sản xuất, chúng ta cần khoảng 4.500 ha cho sản xuất lúa lai tập trung, cụ thể như sau [5]:
Xác ựịnh vùng thắch hợp cho nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1 và sản xuất lúa lai thương phẩm theo các vùng sau:
- Vùng sản xuất giống, cần tập trung; Vùng Bắc hà - Lào cai: 500 ha cho nhân dòng bố mẹ lúa lai hệ hai dòng. Vùng Miền trung và Tây nguyên: Huyện Eakaly - đắc lắc 1000 ha và Huyện đại lộc - Quảng Nam qui mô 1000 ha cho sản xuất hạt lai F1, ựây là 2 vùng ựã nhiều năm nghiên cứu và sản xuất thành công nhiều tổ hợp lúa lai 2 dòng và 3 dòng trong vụ đông Xuân ựể lấy giống phục vụ sản xuất vụ Mùa ở các tỉnh miền Bắc. Vùng Thanh Hóa: 1000
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 27
ha cho sản xuất hạt lai F1 trong vụ Mùa. Vùng khác: một số tỉnh miền Núi và ựồng bằng sông Hồng: 1000 ha
- Về sản xuất lúa lai thương phẩm, cần tập trung; Trong vụ Xuân: Mở rộng tối ựa diện tắch sản xuất lúa lai ở các vùng bằng các giống có năng suất cao, chất lượng gạo ngon như: TH3-3, TH3-4, Nhị ưu 986, Thục hưng 6, Syn6, Bte-1, Q ưu 1, Quốc hào 1, Thiên nguyên ưu 9... Mở rộng diện tắch lúa lai lên Miền núi, Miền nam và Tây nguyên. đặc biệt mở rộng diện tắch lúa lai ra các tỉnh khác ngoài 2 tỉnh Kiên giang và Cà mau. Vụ Hè thu, vụ Mùa: Tăng diện tắch lúa lai hai dòng ở đBSH, Thanh Hóa, Nghệ An, ựưa giống mới kháng bạc lá vào vùng ven biển, tăng diện tắch ở vụ Mùa của các tỉnh Miền núi
* Về khoa học công nghệ và khuyến nông:
- Tập trung ựầu tư cơ sở vật chất kỹ thuật và ựào tạo ựội ngũ cán bộ cho các ựơn vị nghiên cứu, hoàn thiện kĩ thuật và công nghệ chọn tạo làm thuần, nhân dòng bố mẹ tại một số ựơn vị nghiên cứu ựể các ựơn vị này có thể nhanh chóng tạo ra các tổ hợp lúa lai riêng của Việt Nam.
- Chọn tạo và phát triển ựược trong sản xuất 15-20 tổ hợp lúa lai mang thương hiệu Việt Nam theo hướng năng suất cao, chất lượng gạo khá (năng suất tiềm năng trên 12 tấn/ha, năng suất thực tế trên 8 tấn/ha), năng suất sản xuất hạt lai F1 của các tổ hợp ựạt 2,5-3,0 tấn/ha. Các tổ hợp có khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh, phổ thắch nghi rộng, có khả năng cạnh tranh với giống nhập từ Trung Quốc.
- Gắn kết nghiên cứu tạo giống với Doanh nghiệp, thương mại hoá nhanh sản phẩm nghiên cứu theo hướng chuyển giao, chuyển nhượng, góp phần ựưa diện tắch lúa lai ựược sử dụng giống sản xuất trong nước lên 60% - 70% vào năm 2015 và 80% vào năm 2020.
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 28
- Xây dựng hệ thống tổ chức sản xuất và kinh doanh giống ựồng bộ, gắn kết chặt chẽ giữa nghiên cứu với duy trì bố, mẹ, sản xuất hạt lai F1 và sản xuất lúa lai thương phẩm; doanh nghiệp, HTX là chủ công trong sản xuất, cung ứng hạt lai F1.
- Nhanh chóng thẩm ựịnh và ựề xuất công nhận giống mới cho những tổ hợp lúa lai có triển vọng trong khảo nghiệm quốc gia ựể làm phong phú bộ giống lúa lai cho sản xuất.
- Khuyến nông cần kết hợp với các viện nghiên cứu xây dựng các biện pháp thâm canh lúa lai thắch hợp cho từng vùng sinh thái, từng chân ựất nhằm ựảm bảo rằng ưu thế lai phải vượt trội so với lúa thuần.
- Xác ựịnh nhanh và kết luận chắnh xác kết quả khảo nghiệm DUS ựể phục vụ công tác khảo nghiệm giống và công nhận giống lúa mới, chấm dứt tình trạng lưỡng lự khi kết luận kết quả khảo nghiệm DUS.
- Tiếp tục ưu tiên ựầu tư cho các ựề tài nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai phù hợp với sản xuất, ựặc biệt bộ giống lúa lai cho vụ Mùa miền Bắc và vùng đBSCL.
- Phát huy tốt các nội dung vốn sự nghiệp của 2 dự án giống trong năm 2010 ựể cung cấp ựủ lượng hạt giống bố mẹ và F1 cho sản xuất [5].
* Mở rộng liên doanh liên kết, tạo ựiều kiện cho tổ chức, cá nhân nước ngoài ựầu tư sản xuất giống lúa lai ở Việt Nam
- Chúng ta cần nhanh chóng tiếp cận và ựầu tư ngay cơ sở vật chất nhằm thu hút ựầu tư của các Doanh nghiệp nước ngoài hoặc công ty liên doanh. Họ sẽ giữ vai trò nhất ựịnh trong việc tổ chức và nhân dòng bố mẹ các tổ hợp lai chắnh ở Việt Nam. Mặt khác các Doanh nghiệp nước ngoài hoặc công ty liên doanh sẽ tự sản xuất hoặc liên doanh với các công ty Việt Nam trong việc sản xuất hạt giống lúa lai bố mẹ. Họ sẽ ựược tạo ựiều kiện thuận
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 29
lợi, ựược bảo vệ giữ bắ mật và trong ựiều kiện có thể sẽ ựược ựầu tư một phần kinh phắ [5].
2.1.4.2. định hướng phát triển lúa lai của thành phố Hải Phòng
Tại Hải Phòng diện tắch lúa lai có chiều hướng ổn ựịnh và tăng nhẹ trong các năm tới do có cơ chế chắnh sách thúc ựẩy sản xuất nông ghiệp nói chung và mở rộng diện tắch lúa lai nói riêng, ngày 02 tháng 12 năm 2010 Ủy ban nhân dân thành phố ựã có Quyết ựịnh 2067/Qđ-UBND về việc hỗ trợ sản xuất lúa lai, nhờ ựó nông dân sản xuất lúa lai sẽ ựược hỗ trợ 40% về giá giống, trong cơ cấu của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hải Phòng lúa lai chiếm từ 10-20% tổng diện tắch [51].
2.2. Cơ sở khoa học của hiện tượng ưu thế lai
Ưu thế lai là một hiện tượng sinh học tổng hợp thể hiện các ưu việt theo nhiều tắnh trạng ở con lai F1 khi tiến hành lai bố mẹ ựược phân biệt theo nguồn gốc, ựộ xa di truyền, ựiều kiện sinh thái. Sự thể hiện ưu việt của tắnh trạng ở con lai F1 ựem lợi ắch cho tiến hoá và cho tạo giống ở những ựiều kiện sinh thái và canh tác xác ựịnh. Tạo giống ưu thế lai là con ựường có hiệu quả cao và rõ rệt nhất vì nó tập hợp ựược nhiều tắnh trạng vào một kiểu gen mà chúng ta mong muốn (năng suất, sức sống, thời gian sinh trưởng ngắn, chất lượng tốt, khả năng chống chịu với ựiều kiện ngoại cảnh bất lợi... [91].
Nhiều tác giả coi ưu thế lai của con lai F1 là do tương tác gen giữa các bố mẹ khác nhau tạo ra [17], [99]. Có thể phân ra các dạng thể hiện ưu thế lai: Ưu thế lai ở các cơ quan sinh sản; ưu thế lai ở bộ phận sinh dưỡng và ưu thế lai thể hiện tắnh chống chịu ựối với các tác ựộng của các yếu tố môi trường. để ựịnh lượng mức ựộ thể hiện ưu thế lai của các tắnh trạng, người ta phân ưu thế lai thành các trường hợp sau:
- Ưu thế lai thực: Con lai F1 vượt hơn dạng bố mẹ tốt nhất theo tắnh trạng nghiên cứu (về chiều dương hoặc chiều âm).
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 30
- Ưu thế lai chuẩn: Con lai F1 vượt hơn giá trị của một giống chuẩn (giống ựối chứng) nào ựó khi ựem so sánh.
- Ưu thế lai trung bình: Con lai F1 vượt hơn giá trị trung bình của các giống bố mẹ [68].
2.2.1. Một số giả thuyết về ưu thế lai 2.2.1.1. Thuyết tắnh trội 2.2.1.1. Thuyết tắnh trội
Thuyết tắnh trội ựã ựược các nhà khoa học Davenport nêu lên vào năm 1908, sau ựó là Bruce, Keeble và Pellew năm 1910 và ựược bổ sung thêm một số khái niệm về tắnh trội bởi Cellins năm 1921 [ 55], [79].
Cơ sở di truyền của giả thuyết này là dựa trên nguyên lý tương tác của các gen trội lặn trong mỗi locus; tác dụng tắch luỹ các gen trội và tương tác giữa các gen trội không cùng alen với nhau.
Giả thuyết này cho rằng: Ưu thế lai có ựược là do các gen trội; sự có mặt của các gen trội có lợi sẽ lấn át các gen lặn ựồng vị trắ của chúng (cùng locus trên cặp nhiễm sắc thể tương ựồng) và Ưu thế lai có ựược là do con lai tổ hợp nhiều gen trội khi thực hiện phép lai, ựồng thời ưu thế lai có ựược do hiệu quả tương tác bổ sung giữa các gen trội.
P AAbbCC x aaBBcc Hoặc P AbC/AbC x aBc/aBc
F1 AaBbCc F1 AbC/aBc - Ta có: A>a
B>b Gen trội ức chế gen lặn C>c
- A + B; hoặc A + C; hoặc B + C; hoặc A + B + C Cùng quyết ựịnh một tắnh trạng và làm giá trị tắnh trạng ựó tăng lên.
- Con lai F1 có kiểu gen AaBbCc hoặc AbC/aBc, biểu hiện ưu thế lai do số lượng gen trội ựược tăng lên.
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 31
2.2.1.2. Thuyết siêu trội
Giả thuyết này ựã ựược Sull công bố vào năm 1908; Ông cho rằng ưu thế lai có ựược là do kết quả tác ựộng qua lại giữa các alen khác nhau cùng vị trắ và ảnh hưởng của nó sinh ra vượt xa bất kỳ dạng ựồng hợp tử nào. Tắnh trạng có lợi cho sinh trưởng do gen trội kiểm soát, còn các gen lặn tương ứng có tác dụng ngược lại. Tắnh di hợp tử của một alen ở một vị trắ nhất ựịnh sẽ sinh ra các vật chất có ảnh hưởng ựến sức sống vượt xa các loại mang alen ựồng hợp tử.
Sơ ựồ AA < Aa > aa hay a1a1 <a1a2 > a2a2. Các alen A và a hoặc a1 và a2 là các alen cùng vị trắ. Như vậy, giả thuyết siêu trội cho rằng ưu thế lai có ựược là do tắnh dị hợp tử gây nên, giả thuyết này còn gọi là giả thuyết về tắnh dị hợp tử. Con lai F1có ựộ dị hợp tử cao thì ưu thế lai càng lớn. Nếu giảm ựộ dị hợp tử thì cũng giảm ưu thế lai [55], [79].
2.2.2. Các loại ưu thế lai
để thuận lợi cho việc tạo ra ưu thế lai trong công tác chọn giống cây trồng phục vụ cho sản xuất hiện nay, người ta chia ưu thế lai thành các loại (trên cơ sở sự biểu hiện và quan ựiểm sử dụng) [18].
Ưu thế lai sinh sản: Là ưu thế lai quan trọng nhất và có ý nghĩa ựối với cây lấy hạt. Các cơ quan sinh sản như hoa, quả, hạt phát triển mạnh (số hoa, số quả phát triển nhiều, ựộ hữu dục cao) dẫn ựến năng suất cao hơn.
Ưu thế lai sinh dưỡng: Các cơ quan sinh dưỡng như thân, lá, cành, rễẦ sinh trưởng mạnh làm cho cây lai có nhiều cành, thân cao to, lá lớn, nhiều rễ, nhiều củẦ ựây là các tắnh trạng có lợi cho quá trình chọn giống. đăc biệt có ý nghĩa ở những cây trồng sử dụng các bộ phận sinh dưỡng.
Ưu thế lai thắch ứng: Là ưu thế lai do sự tăng sức sống, tăng tắnh chống chịu với sâu bệnh hại và các ựiều kiện ngoại cảnh bất thuận: Như lạnh, nóng, hạn, úngẦ
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 32
Ưu thế lai tắch luỹ: Biểu hiện sự tăng cường tắch luỹ các chất vào bộ phận của cây như; hàm lượng tinh bột cao ở cây lấy củ, hàm lượng protein, hàm lượng dầu cao ở cây lấy hạtẦ
2.2.3. Sự biểu hiện ưu thế lai ở cây lúa
Trải qua nhiều bằng chứng thực nghiệm và việc sản xuất thương mai ở Trung Quốc, Việt Nam, Ấn độ... ựã khẳng ựịnh rằng lúa lai tỏ ra có ưu thế lai ựáng kể về nhiều mặt, ựược biểu hiện tổng hợp qua các ựặc tắnh hình thái, biểu hiện sinh lý và năng suất hạt [51].
2.2.3.1. Ưu thế lai ở hệ rễ
Lúa lai có bộ rễ phát triển sớm, nhanh, số lượng nhiều, sức hấp thu mạnh và ựộ bền khá. Số liệu theo dõi của Viện Hàn lâm khoa học Nông nghiệp Quảng Tây-Trung Quốc trên hai giống Shan ưu 2 (lúa lai) và giống Quắ giao 2 (lúa thuần) cho thấy ở giai ựoạn chưa ựẻ nhánh lúa lai có 10,3 rễ, lúa thuần có 8,4 rễ còn giai ựoạn có 5 nhánh số lượng rễ ở lúa lai là 75 rễ, lúa thuần có 72 rễ [48].
Rễ lúa có tác dụng hút chất dinh dưỡng và vận chuyển các chất ựể nuôi cây. Người ta quan tâm ựến tốc ựộ phát triển của rễ, số rễ trên cây, ựộ dài của rễ và khả năng ựâm xuyên. Kiểm tra tốc ựộ phát triển của rễ và số rễ trên cây [21], người ta ựã phát hiện thấy 19 locus nằm trên tất cả các nhiễm sắc thể ựiều khiển trừ nhiễm sắc thể số 10. Các nhà khoa học cho rằng khả năng ựâm xuyên của rễ là do 6 gen số lượng ựiều khiển, trong ựó có 3 gen chịu trách nhiệm chắnh nằm trên nhiễm sắc thể số 1, 2 và số 6. Vì vậy, ở con lai F1 ưu thế lai thường xuất hiện dương và xuất hiện hiệu ứng cộng và trội [113]. Con lai F1 có số lượng rễ ra sớm, nhiều, ăn sâu và rộng; chất lượng rễ ựược ựánh giá bằng ựộ dày, số rễ phụ, số lông hút và hoạt ựộng hút chất dinh dưỡng của bộ rễ (Lin S.C and Yuan L.P. 1980) [84]. Hiệu ứng ưu thế lai ựối với chỉ tiêu số lượng rễ biểu hiện ngay từ khi cây lúa chưa ựẻ nhánh, cao nhất
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 33
là khi cây lúa ựẻ ựược 3 nhánh; ở các thời kỳ sinh trưởng khác, chỉ tiêu này ựều cao hơn lúa thường, chắnh vì vậy mà lúa lai có tắnh thắch ứng rộng với những ựiều kiện môi trường bất lợi như: hạn hán, ngập úng, phèn mặnẦ [62].
2.2.3.2. Ưu thế lai về tắnh trạng chiều cao cây
Tắnh trạng chiều cao cây của cây lúa là do một số gen trội ựược ký hiệu là Ph1, Ph2, Ph3, Ph8, Ph9 ựiều khiển [88], [105], trong ựó gen Ph2 và gen Ph3 nằm trên nhiễm sắc thể số 2 và nhiễm sắc thể số 3, ựó là những gen chắnh, chúng quyết ựịnh 21-25% tắnh trạng chiều cao cây. Sự có mặt của các gen khác Ph1, Ph8, Ph9 làm chiều cao cây tăng thêm khoảng 7cm. Cây cao thường dẫn ựến khả năng chịu thâm canh kém, cây dễ ựổ và làm giảm năng suất. để cải tiến các giống lúa, bằng nhiều phương pháp khác nhau người ta ựã chọn ra những giống lúa lùn và nửa lùn do những cặp gen lặn trong nhân chi phối. Dựa trên cơ sở này người ta ựã lai chuyển các gen ựó vào các giống lúa khác và tạo ựược các giống lúa có kiểu hình cải tiến (thấp cây, chịu thâm canh) và xuất hiện cuộc cánh mạng xanh lần thứ nhất.
Thời gian gần ựây các nhà khoa học ựã tìm ựược 16 gen lặn ựiều khiển tắnh trạng lùn và nửa lùn của cây lúa sd1, sd2, sd3, sd4, sd5, sd6, sd9, sd10 sd11, sd12, sd18, sd27, sd30, sd31, sd32 và sd33. Các gen này phân bố trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 4, 5, 6, 11, 12 trong ựó tập trung nhiều nhất ở nhiễm sắc thể số 1, 2, 3, 4 và 12. [81], [85], [103]. Theo ựánh giá của nhiều nhà khoa học thì chiều cao cây của cây lúa lý tưởng nhất là 90-100 cm, do ựó con lai F1 cũng nên chọn trong phạm vi biến ựộng này [75].
Mặt khác ở con lai F1, ưu thế lai về chiều cao cây thường biểu hiện giá trị dương [85]. Chiều cao cây lúa chủ yếu là do chiều dài của những lóng cuối quyết ựịnh. Theo một số tác giả số ựốt trên thân chắnh cơ bản là do thời gian