1.3.2.1. Những nghiên cứu về hiện tượng bất dục ựực chức năng di truyền nhân
Công cụ di truyền chủ yếu của hệ thống lúa lai hai dòng là các dòng bất dục ựực chức năng di truyền nhân còn gọi là bất dục ựực mẫn cảm với môi trường (Enviromental-sensitive Genic Male Sterility - EGMS). Ngồn EGMS có giá trị thực tế trong chọn tạo lúa lai hai dòng bao gồm kiểu bất dục ựực nhạy cảm với ựộ dài ngày (Photoperiodic-sensitive Genic Male Sterility - PGMS) và bất dục ựực nhạy cảm với nhiệt ựộ (Thermo-sensitive Genic Male Sterility - TGMS). Bản chất di truyền và sự khác nhau giữa chúng chủ yếu là ựiều kiện gây bất dục và ỘngưỡngỢ chuyển ựổi tắnh dục.
- Dòng bất dục ựực mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS):
Năm 1973, theo dõi quần thể ruộng lúa Nongken58, Shi Ming Song ựã phát hiện ra một số cá thể bất dục khi trổ bông trong mùa hè có thời gian chiếu sáng dài trên 14h/ngày. Ông thu về trồng trong nhà lưới và nhận thấy, các chồi mọc trỗ bông sau 1/9 khi thời gian chiếu sáng dưới 13h45 ựậu hạt. đem lai cây bất dục với giống khác, thế hệ F1 hữu dục, thế hệ F2 phân ly theo tỷ lệ 3/4 số cây hữu dục : 1/4 số cây bất dục trong ựiều kiện ánh sáng ngày dài. Qua nghiên cứu Shi M.S ựã kết luận: Tắnh bất dục của dòng lúa này do một cặp gen lặn trong nhân ựiều khiển; cặp gen có hai chức năng là ựiều khiển quá trình hình thành hạt phấn bất dục khi gặp pha sáng dài và ựiều khiển quá trình hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn( Shi. M. S (1985) [52].
Năm 1982 Lu và Wang ựã gieo dòng này ở nhiều thời vụ khác nhau ựể tìm hiểu thời kỳ chuyển hóa hữu dục, kết quả cho thấy: Sự chuyển ựổi bất dục - hữu dục của Nongken58S xảy ra từ 1 - 5/9 hàng năm. Nếu lúa trổ từ 2/9 trở
ựi tỷ lệ này giảm dần. Tắnh hữu dục của Nongken58S ở giai ựoạn hữu dục ổn ựịnh qua các năm và ựạt trên 50% (có lúc ựạt 75,1 - 90,0% hạt phấn hữu dục) khi ựó tỷ lệ kết hạt như bình thường (Lu Xinggui, 1994)[42].
Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và Ấn độ ựã xác ựịnh ựược 3 gen kiểm soát tắnh trạng bất dục nhạy cảm với thời gian chiếu sáng - PGMS là pms1, pms2 và pms3. Các gen này nằm trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 7, 3 và 12. Trong ựó hiệu quả của gen pms1 ựược xác ựịnh là lớn gấp 2 - 3 lần gen pms2 ( Hoàng Tuyết Minh ,2002) [14].
Ở Việt Nam, các nhà khoa học cũng ựã chọn ựược một số dòng PGMS, Trong ựó có dòng P5S ựược chọn lọc từ quần thể phân ly F2 tổ hợp T1S- 96/pei ai 64S với ngưỡng chuyển ựổi tắnh dục là 12h16 phù hợp với ựiều kiện sản xuất trong nước( Trần Văn Quang, 2008)[18].
Dòng P5S có thời kỳ cảm ứng vào bước 5 của phân hóa ựòng (trước trỗ 16 - 17 ngày)(Trần Văn Quang, Nguyễn Thị Trâm, 2006)[19].
- Dòng bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ựộ (TGMS)
Năm 1988, Maruyama K. Và cs. ựã phát hiện dòng AnnongS thông qua chọn lọc trong quần thể ựột biến tự nhiên. Dòng TGMS này bất dục khi gặp nhiệt ựộ >270C và hữu dục khi nhiệt ựộ <240C ở thời kỳ phân chia tế bào mẹ hạt phấn.
Năm 1989, Sun Z.X., Xiong Z.M., Min S.K. và Yin [53] ựã chọn ựược dòng bất dục ựực mẫn cảm nhiệt ựộ 5460S từ quần thể ựột biến của giống lúa IR54. Maruyama K., Araki H., Kato H. (1991) ( Maruyama K., Araki H., Kato H,1991) [46] thông báo chọn tạo ựược dòng bất dục ựực mẫn cảm nhiệt ựộ Norin PL-12 bằng phương pháp gây ựột biến. Các tác giả ựều ựưa ra kết luận tắnh bất dục ựực mẫn cảm nhiệt ựộ do cặp gen lặn trong nhân ựiều khiển. Khi nghiên cứu về gen kiểm soát tắnh trạng bất dục ựực phản ứng với ựiều kiện nhiệt ựộ các nhà khoa học ựã xác ựịnh ựược vị trắ của 5 gen ký hiệu
là tms1, tms2, tms3, tms4(t) và tms5 kiểm soát tắnh trạng bất dục ựực phản ứng với ựiều kiện nhiệt ựộ - TGMS.
Gen tms1 phát hiện nhờ ựột biến tự nhiên do Sun và cộng sự (1989), Yang và cộng sự (1992) trên giống lúa IR54, gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 8. Gen tms2 do Maruyana và cộng sự (1991) tạo ra bằng phương pháp ựột biến tia γ ở giống lúa Reimei, gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 7. Gen tms3 do Virmani (1993) và Subudhi và cộng sự (1995) tạo ra bằng phương pháp ựột biến tia γ ở giống lúa IR32364 nằm trên nhiễm sắc thể số 6 (trắch theo Lê Duy Thành, 2001) [34](.
Nguyễn Văn đồng và cộng sự ựã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử ựể ựịnh vị gen tms4(t) từ dòng TGMSVN1, gen này nằm cạnh tâm ựộng trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 4. Gen tms5 ựịnh vị trên nhiễm sắc thể số 2 ( Hoàng Tuyết Minh, 2002) [14].
Nghiên cứu thời kỳ mẫn cảm của các dòng TGMS Bovorkakali R.P., Virmani S.S, 1997 [33] cho biết: Giai ựoạn mẫn cảm của dòng Norin PL-12 vào thời ựiểm từ 6 ựến 15 ngày trước trỗ, dòng IR32364S từ 6 Ờ 10 ngày trước trỗ. Thời gian mẫn cảm của dòng TGMS từ 20 Ờ 10 ngày trước khi lúa trổ (Hoàng Tuyết Minh và Nghiêm Thị Nhạn, 2002) [47].
Dựa vào ngưỡng phản ứng với nhiệt ựộ, các dòng TGMS có thể ựược xếp vào 3 nhóm:
- Nhóm dòng có ngưỡng chuyển hóa nhiệt ựộ thấp: đại diện cho nhóm này là các dòng Peiai 64S, 735S, HN5-2S, 8906S, K14S...(Lu X.G., Zhang Z.G., Maruyama K., Virmani S.S., 1994) [42].
Ngưỡng nhiệt ựộ chuyển hóa bất dục - hữu dục của nhóm này khoảng 23,50C. Vì vậy, nhóm này có ựặc tắnh bất dục tốt, ổn ựịnh và an toàn trong sản xuất hạt lai. Tuy nhiên khả năng nhân dòng TGMS là khó khăn và thường ựạt năng suất thấp.
- Nhóm dòng TGMS có ngưỡng nhiệt ựộ chuyển hóa hữu dục cao (260C): Các dòng bất dục nhóm này dễ duy trì và thường ựạt năng suất cao. đại diện nhóm này là các dòng: 8902S, 5047S, ShuangS...
- Nhóm dòng có ngưỡng nhiệt ựộ cao gây hữu dục và nhiệt ựộ thấp gây bất dục. Sự chuyển hóa hữu dục của nhóm này ựược gây ra bởi ựộ dài chiếu sáng trong một khoảng nhiệt ựộ ở thời kỳ phản ứng ánh sáng, trong ựiều kiện tự nhiên chúng hầu như bất dục hoàn toàn. đại diện cho nhóm này gồm các dòng: W6154S, W7415S, 8801S...(Pan Xigan, 1990) [48].
Ngoài 2 kiểu bất dục chắnh TGMS và PGMS, còn tồn tại các kiểu (T)PGMS và P(TGMS), có nghĩa là các dòng này mẫn cảm với nhiệt ựộ và thời gian chiếu sáng. đối với dòng (T)PGMS mẫn cảm với nhiệt ựộ nhiều hơn, ngược lại dòng (P)TGMS mẫn cảm với ựộ dài ngày mạnh hơn. Khi lai tạo các dòng bất dục ựực chức năng thường chọn ựược các dòng (P)TGMS hoặc (T)PGMS mới ( Nguyễn Thị 1râm (1995) [30].
1.3.2.2. Những nghiên cứu về dòng phục hồi
Trong hệ thống lúa lai hai dòng, dòng bố là một trong hai thành phần ựóng vai trò trọng yếu ựể phát triển các tổ hợp lai mới [14]( Nguyễn Văn Hoan và Vũ Hồng Quảng (2006), ỘGây tạo dòng phục hồi tiềm năng năng suất cao cho hệ thống lúa lai hai dòngỢ, Tạp chắ Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp (4, 5), Trường đại học Nông nghiệp I. , tr. 22-29.). Các dòng này phải ựáp ứng ựược một số yêu cầu sau:
- Có ựặc tắnh nông sinh học tốt, cây cao hơn dòng mẹ, thời gian sinh trưởng xấp xỉ hoặc dài hơn dòng mẹ, khả năng phối hợp cao, cho ƯTL ựáng tin cậy.
- Tập tắnh nở hoa tốt, bao phấn mẩy, chứa nhiều hạt phấn. - Có ựộ thuần cao và ổn ựịnh trong mọi ựiều kiện.
Năm 1973, các nhà chọn giống tìm ra dòng phục hồi IR661, Thái dẫn số 1, IR24.... Dòng phục hồi tắnh hữu dục (dòng R): gen phục hồi tắnh hữu
dục là gen trội trong nhân tế bào (RR). Các dòng phục hồi thường chỉ thể hiện khả năng phục hồi khi lai với dòng bất dục ựực cùng loài phụ mà không có khả năng phục hồi cho các dòng bất dục khác loài ( Nguyễn Văn Hiển và cộng sự, 2000) [8].
Dòng phục hồi phấn tốt thuộc loài phụ Indica chiếm ựa số, các giống thuộc loài phụ này sử dụng làm bố rất tốt ựể phát triển lúa lai giữa hai loài phụ Indica/Japonica (Vũ Hồng Quảng, 2003) [20].
Các dòng bố có thể chọn tạo bằng các phương pháp sau:
- Phân lập các dòng phục hồi trong quần thể tự nhiên bằng lai thử: Lai thử các dòng phục hồi tốt có bản chất di truyền ựa dạng với các dòng EGMS có khả năng kết hợp cao. Chọn các dòng bố cho các tổ hợp có nhiều ựặc tắnh nông sinh học tốt, có ưu thế lai thực và ưu thế lai chuẩn cao hơn có ý nghĩa.
- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp lai hữu tắnh: Nhằm bổ sung các tắnh trạng có lợi còn thiếu, cải tiến các tắnh trạng nông sinh học, năng suất, tắnh chống chịu qua phương pháp lai hữu tắnh và chọn lọc cá thể ở các thế hệ phân ly ựời sau.
- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp xử lý ựột biến: Cải tạo tắnh trạng của các dòng R sẵn có, nâng cao khả năng phục hồi và khả năng chống chịu sâu bệnh ( Nguyễn Thị Trâm, 1995) [30].
Việc chọn các dòng cho phấn ựối với lúa lai hai dòng không gặp nhiều khó khăn do các dòng EGMS ựang sử dụng chủ yếu là do 1 hoặc 2 cặp gen lặn trong nhân ựiều khiển tắnh bất dục vì vậy có tới trên 95% các giống lúa thường có khả năng phục hồi hữu dục cho các dòng EGMS trong cùng loài phụ, nên khả năng tìm ra dòng bố cho ưu thế lai cao là rất lớn so với hệ thống lúa lai ba dòng. Tuy nhiên nếu chỉ lai trong cùng loài thì ưu thế lai không cao, vì vậy chúng ta phải khai thác ưu thế lai giữa các loài phụ Indica, Japonica, Javanica. để khắc phục hiện tượng bất dục của con lai F1 khi lai xa các nhà khoa học ựã sử dụng gen tượng hợp rộng (Wide Compatibility - WC) như một
cầu nối làm tăng ựộ mẩy hạt của con lai giữa các loài phụ (Hong D.L., Ma Y.H. Gai J. Y, Tang Y.Q., 1990) [37].
Trung Quốc ựã tạo ra nhiều dòng phục hồi ưu tú như Quế 99, MH63, R253, Phúc Khôi 838 ựã tạo ra hàng loạt tổ hợp ựược gieo cấy trên diện rộng (Yuan L.P, 2002) [60].
Ở Việt Nam, khi ựánh giá 93 dòng lúa mới chọn tạo từ các tổ hợp lai
Indica/Japonica thông qua ựánh giá ưu thế lai và ựánh giá toàn diện các tắnh trạng Nguyễn Văn Hoan cùng cs. ựã chọn ựược 3 dòng ựạt tiêu chuẩn của dòng phục hồi là dòng R45, R50, R97 (Trần Văn Quang và cs. Nguyễn Văn Hoan và Vũ Hồng Quảng (2006) [20].
Hai dòng R này cho tổ hợp lai T1S-96/R1 có giá trị khả năng kết hợp riêng cao nhất về năng suất thực thu và tổ hợp T1S-96/R3 (TH3-3) có giá trị khả năng kết hợp riêng cao nhất về khối lượng 1000 hạt (Trần Văn Quang, Nguyễn Thị Trâm, Lê Thị Khải Hoàn, 2005) [19].
Trong thắ nghiệm của Vũ Thị Bắch Ngọc ựánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ ựược chọn lọc tại Viện sinh học Nông nghiệp Hà Nội cũng cho kết quả tương tự là R3 có khả năng kết hợp chung cao trên tắnh trạng số hạt/bông và năng suất cá thể ( Vũ Thị Bắch Ngọc (2009) [17].
Từ ựó cho kết quả là tổ hợp TH3-3 có bố là R3 ựược công nhận giống quốc gia năm 2005 và tổ hợp TH5-1 có bố là R1 ựược công nhận cho phép sản xuất thử 2006 ( Cục trồng trọt, Trung tâm khuyến nông, khuyến ngư Quốc gia ,2009) [3].
để tạo ra nhiều giống lúa lai năng suất cao, chất lượng khá, ổn ựịnh thì chúng ta cần có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú, ựa dạng...Với nhu cầu ựó các nhà khoa học nước nhà ựã có nhiều nghiên cứu về dòng bố mẹ trong chọn giống lúa lai hai dòng.
Nguyễn Như Hải khi ựánh giá một số dòng bố ựược chọn tạo bằng phương pháp gây ựột biến phóng xạ ựã tìm ra ựược dòng đB5, đB6, có khả năng kết hợp chung cao ở tắnh trạng năng suất. đồng thời xác ựịnh ựược một
số tổ hợp lai mới có năng suất cao, chống chịu khá với sâu bệnh và ựiều kiện ngoại cảnh như: 103S/đB5; TG1/đB6 ( Nguyễn Như Hải (2008) [7].
đánh giá 17 dòng R mới chọn tạo tại Viện nghiên cứu Lúa Ờ Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Nguyễn Thanh Tùng ựã chọn lọc ựược 4 dòng bố 59, 69, 84, 58H có nhiều ựặc ựiểm nông sinh học tốt, có khả năng kết hợp cao trên nhiều tắnh trạng: năng suất cá thể, số bông/khóm, khối lượng 1000 hạt. đây là nguồn vật liệu tốt ựể tạo các dòng mới có cấu trúc kiểu cây lý tưởng, khả năng phục hồi tốt và cho con lai có ưu thế lai cao (Nguyễn Thanh Tùng, 2008) [27].
1.3.2.3. đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ
Vấn ựề cơ bản trong chọn giống ưu thế lai là ựể nâng cao hiệu quả của quá trình chọn tạo giống mới chúng ta phải xác ựịnh ựược khả năng kết hợp của các dạng bố mẹ ựể tìm ra tổ hợp lai tốt nhất. Vì vậy việc nghiên cứu khả năng kết hợp của nguồn vật liệu ban ựầu là mục tiêu hết sức quan trọng trong quá trình tạo giống lúa lai.
Khả năng kết hợp là một ựặc tắnh di truyền, ựược di truyền qua các thế hệ tự phối và lai, ựược biểu hiện bằng giá trị trung bình của ưu thế lai ở tất cả các cặp lai và ựộ chênh lệch so với giá trị trung bình ựó của một cặp lai cụ thể nào ựó. Giá trị trung bình biểu thị khả năng kết hợp chung (General combiming ability - GCA), thể hiện khả năng di truyền của 1 tắnh trạng của một giống trong các tổ hợp lai, ựó là hợp phần di truyền cố ựịnh mà giống ựó có khả năng truyền lại cho thế hệ sau; còn ựộ chênh lệch giữa giá trị tắnh trạng của từng cặp lai cụ thể so với khả năng kết hợp chung của hai bố mẹ biểu thị khả năng kết hợp riêng (Specific combiming ability - SCA), xác ựịnh ựược khả năng thể hiện tắnh trạng của từng cặp lai cụ thể ( Ngô Hữu Tình và Nguyễn đình Hiền, 1996) [25].
Các nhà khoa học cho rằng ựánh giá khả năng kết hợp thực chất là xác ựịnh tác ựộng của gen và chia tác ựộng của gen liên quan ựến khả năng kết
hợp thành hai loại: Khả năng kết hợp chung ựược kiểm soát bởi yếu tố di truyền cộng của các gen trội, ựặc trưng cho hiệu quả cộng tắnh, còn khả năng kết hợp riêng ựược xác ựịnh bởi yếu tố ức chế, tắnh trội, siêu trội của các gen và ựiều kiện môi trường (Nguyễn Công Tạn, Ngô Thế Dân, Hoàng Tuyết Minh, Nguyễn Thị Trâm, Nguyễn Trắ Hoàn, Quách Ngọc Ân (2002) [23].
để ựánh giá khả năng kết hợp của các vật liệu tạo giống cần phải tiến hành lai thử và so sánh các con lai. đưa ra các sơ ựồ lai và các phương pháp ựánh giá khả năng kết hợp khác nhau.
Lai ựỉnh (Topcross) là một trong những phương pháp lai thử chủ yếu ựể xác ựịnh khả năng kết hợp chung (GCA), các dòng, giống cần xác ựịnh khả năng kết hợp ựược lai với cùng một dạng chung gọi là cây thử (Tester). Phương pháp này thường ựược sử dụng ở giai ựoạn ựầu của quá trình chọn lọc, khi khối lượng dòng quá lớn ( Ngô Hữu Tình và Nguyễn đình Hiền, 1996) [25].
Phương pháp lai trắc nghiệm (Line x Tester) ựược phát triển từ phương pháp lai ựỉnh trên cơ sở sử dụng một số cây thử khác nhau ựể làm tăng ựộ chắnh xác của thắ nghiệm (Sing R. K., Chaudhary B. D. (1985) [51]. Từ những kết quả của lai ựỉnh và lai trắc nghiệm có thể xác ựịnh ựược các dòng có khả năng kết hợp tốt, cho con lai có ưu thế lai cao [34](.
* Phương pháp ỘLine x TesterỢ theo mô hình Kempthorne (1957)
- Phân tắch phương sai Line x Tester: Trên cơ sở kết quả thu ựược từ thắ nghiệm bố trắ hoàn toàn ngẫu nhiên hay khối ngẫu nhiên của các cặp lai, dòng và cây thử, tiến hành phân tắch phương sai thắ nghiệm một nhân tố là các kiểu gen tham gia trong thắ nghiệm. Nếu sự sai khác là có ý nghĩa theo phép nghiệm F thì tiếp tục bước 2 là phân tắch phương sai do các hợp phần Line, Tester và Line x Tester ựược tạo nên trong thắ nghiệm ựể ựánh giá vai trò của