3. Ý nghĩa khoa học và thực tiển
1.1.5. Tình hình nghiên cứu tuyển chọn giống lúa trên thế giới
1.1.5.1. Vai trò của giống mới trong sản xuất nông nghiệp
Trong sản xuất nông nghiệp, giống đóng vai trò quan trọng trong việc tăng sản lượng và chất lượng cây trồng, nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm chi phí sản xuất.
Giống cây trồng là khâu quan trọng nhất trong sản xuất trồng trọt. Đặc tính của giống (kiểu gen), yếu tố môi trường và kỹ thuật canh tác quyết định năng suất của giống. Những sự thay đối về khí hậu, đất, nước ảnh hưởng rất lớn đến năng suất. Có sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường, kiểu gen tốt chỉ được biểu hiện trong một phạm vi nhất định của môi trường. Vì vậy đánh giá tính ổn định và thích nghi của giống với môi trường thường được sử dụng để đánh giá giống.
Giống cây trồng nói chung và giống lúa nói riêng thì trong sản xuất chưa bao giờ đáp ứng đầy đủ. Hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới đều quan tâm nghiên cứu về giống. Viện nghiên cứu lúa quốc tế International Rice Research Institute (IRRI) đã có chương trình nghiên cứu lâu dài về chọn giống, tạo giống nhằm đưa ra những giống có đặc trưng chính như: thời gian sinh trưởng, tính chống bệnh, sâu hại, năng suất, chất lượng gạo…
Giống lúa mới được coi là giống lúa tốt thì phải có độ thuần cao, thể hiện đầy đủ các yếu tố di truyền của giống đó, khả năng chống chịu tốt các điều kiện ngoại cảnh bất lợi của từng vùng khí hậu, đồng thời chịu thâm canh, kháng sâu bệnh hại, năng suất cao, phẩm chất tốt và ổn định qua nhiều thế hệ.
Hiện nay với kỹ thuật sinh học phát triển con người ngày càng can thiệp sâu hơn, thúc đẩy nhanh quá trình chọn tạo giống mới có lợi cho con người bằng phương pháp tạo giống như: Lai hữu tính, xử lý đột biến đặc biệt là kỹ thuật di truyền đang đóng góp có hiệu quả vào việc cải tiến giống lúa. Việc sử dụng các giống lúa ngắn ngày (xu hướng của sản xuất nông nghiệp hiện nay), đã cho phép làm nhiều vụ trong năm và cũng cho phép bố trí thời vụ gieo cấy trong vụ Xuân muộn hơn nhằm kéo dài thời gian sản xuất cây vụ đông, đồng thời cũng là hướng tận dụng tốt nhất nguồn tài nguyên thiên nhiên (bức xạ mặt trời, đất đai, nguồn nước..), để tăng khả năng quang hợp thuần của ruộng lúa, tạo năng suất ngày càng cao. Nghiên cứu vai trò của giống trong sản xuất nông nghiệp cho thấy: Giống luôn là yếu tố quan trọng làm tăng năng suất, tăng sản lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Lúa là cây lương thực chính của hơn một nửa dân số trên thế giới. Dân số ngày càng tăng nhu cầu lương thực ngày càng lớn. Để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng cao của thế giới, ngoài việc áp dụng các biện pháp kĩ thuật như: Giống mới, thâm
canh, xây dựng cơ sở hạ tầng và hoàn thiện các biện pháp kĩ thuật khác... thì việc nghiên cứu, thu nhập, lai tạo và chọn ra giống lúa mới có năng suất cao, ổn định, phẩm chất khá, có khả năng chống chịu lại một số loại sâu bệnh, đồng thời thích ứng với một số điều kiện sinh thái nhất định thay thế dần các giống lúa cũ đã bị thoái hoá là một vấn đề đang được thế giới quan tâm, đầu tư và giải quyết.
Ngày nay các nước sản xuất nông nghiệp đều có cơ quan làm nhiệm vụ thu nhập, bảo tồn nghiên cứu, sử dụng các nguồn vật liệu cây trồng để chọn, tạo ra các giống mới phục vụ cho sản xuất. Trên thế giới đã hình thành ra nhiều tổ chức và cơ sở nghiên cứu quốc tế, đảm bảo việc thu thập tập đoàn giống và cung cấp nguồn gen để cải tạo các giống cây trồng trong đó có lúa như:
- Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) được thành lập năm 1960 tại Lobanos- Philippin: Viện là trung tâm quốc tế về thu thập, bảo tồn và nghiên cứu để cung cấp các hạt giống lúa.
- Trung tâm Quốc tế cải tạo giống ngô và cao lương (CIMY) thành lập năm 1966 tại Mehico: Nhiệm vụ là bảo tồn và cung cấp hạt giống ngô, lúa và cao lương.
- Trung tâm Quốc tế nghiên cứu nông nghiệp nhiệt đới (CIAT) được thành lập năm 1976 tại Mapila-Colombia: Nhiệm vụ của trung tâm là thu thập, bảo tồn và nghiên cứu các giống đậu đỗ, sắn, ngô và lúa nhiệt đới.
Nhờ thành tựu của các tổ chức và cơ sở nghiên cứu trên đã tạo ra nhiều giống mới là đòn bẩy để tăng năng suất và sản lượng. Tổng sản lượng của 10 nước châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia, Bangladesd, Việt Nam, Thái lan, Myanma, Nhật Bản, Philippin và Hàn Quốc) đạt 488.848 nghìn tấn.
1.1.5.2. Một số thành tựu về nghiên cứu lúa trên thế giới * Công tác nghiên cứu lúa lai trên thế giới
Các công trình nghiên cứu lúa gạo được triển khai một cách mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Năm 1926 J.W. Jones (Mỹ) đã bắt đầu nêu vấn đề ưu thế lai của lúa khi khảo sát lúa ở Đài Loan. Tiếp đến các nhà tạo giống trên thế giới như: B. S. Kadem (Ấn Độ, 1937), F. B. Broun ( Malayxia, 1953), A. Alim (Pakixtan, 1957), cũng như nhiều nhà khoa học của Trung Quốc, Nhật Bản, Liên Xô, Philippin,...đều đổ xô tập trung nghiên cứu (Nguyễn Thị Thuận và Lê Đình Khả, 2005).
Năm 1962 các nhà chọn giống của IRRI đã lai giống Deo geo woo gen và giống Pe ta tại IRRI. Giống Pe ta có nguồn gốc tại Inđônêxia và trồng phổ biến ở Philippin, là một giống cao cây, đẻ nhánh nhiều. Năm 1966 từ cặp lai này cho ra giống IR8 đã được chọn lọc và được đưa ra trồng trong sản xuất. Giống IR8 có lá thẳng, đẻ nhánh nhiều, không nhạy cảm với quang chu kỳ, thân cao khoảng 100 cm và cứng cây. Giống IR8 phản ứng với đạm cao và cho ta khoảng 6 tấn/ha trong mùa mưa và 9 tấn/ha trong
mùa khô. IR8 được coi là giống lúa Indica có năng suất cao đầu tiên thích nghi với khí hậu nhiệt đới (Yoshida, 1985) [19].
Năm 1970 IRRI đã tiến hành 117 công thức lai mới, trong khoảng 1962 – 1970 có 1745 công thức lai (IR1 – IR1745) (Nguyễn Xuân Hiển và cs, 1976).
Năm 1988 ở các nước khác cũng lai tạo được 178 giống lúa mới có thành phần di truyền từ IR. Ấn Độ đã lai tạo được nhiều tổ hợp lai như: Yet335, CR1006 – CR1014, CR2002 (Nguyễn Xuân Hiển và cs, 1976).
Các giống lúa mới được trồng khoảng 65% diện tích lúa trên thế giới. Ngày nay cây lúa không những được lai tạo để nâng cao năng suất mà còn được quan tâm đến việc nâng cao chất lượng.
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu lúa lai vào những năm đầu thập kỷ 60 và là nước đi đầu trong việc sử dụng ưu thế lai của lúa. Trong số các nhà chọn tạo giống của Trung Quốc có Viên Long Bình, giáo viên trường trung cấp nông nghiệp An Giang, Hồ Nam Trung Quốc nay là viện trưởng Viện nghiên cứu lúa lai tỉnh Hồ Nam, cùng cộng sự đã nghiên cứu thành công lúa lai “3 dòng”, cống hiến cho nền khoa học của Trung Quốc và thế giới những thành tựu to lớn (Nguyễn Thị Lang, 2000). Đến nay Trung Quốc đã thu thập trên 60 nguồn bất dục tế bào chất khác nhau, từ đó đã chọn tạo ra được 600 dòng đực bất dục và 600 dòng duy trì tương ứng. Đồng thời xác định được 3000 dòng phục hồi. Từ nguồn nguyên liệu trên đã tạo ra được 200 tổ hợp lúa lai 3 dòng các loại. Các tổ hợp mới lai tạo cho năng suất cao như giống: Nghi hương 2308, Hoa ưu 108, Phú ưu số 1, CNR 36, My sơn 2, My sơn 4,... các giống lai hai dòng như Nông ưu 28, VQ14, Bồi Ải 49, Bồi Ải 70... cho năng suất cao giúp cho nền sản xuất lúa của Trung Quốc tăng nhanh, xoá được nạn thiếu lương thực cho hàng tỷ dân của Trung Quốc.
Ngoài mục tiêu tăng năng suất để đảm bảo an ninh lương thực, Trung Quốc cũng chú trọng đến việc lai tạo ra giống lúa chất lượng cao đáp ứng yêu cầu của xuất khẩu, chủ yếu là giảm hàm lượng amylose và cải tiến dạng hạt của các giống thuộc
loại Indica và Japonica. Trung Quốc đã lai tạo ra được một số giống lúa chất lượng
cao được gieo trồng phổ biến như: Sheng tai, Chang Si – han, Zhong Xiang1, Zhong Youzao 3, Fengba Zhan,...(Zhao and Yang, 1983).
Thái Lan nước đứng đầu thế giới về xuất khẩu gạo, diện tích lúa lai chiếm tỷ lệ khá lớn, hiện nay các nhà chọn tạo giống Thái Lan đã chú trọng nghiên cứu chọn tạo ra nhiều giống chất lượng cao phục vụ cho xuất khẩu. Các giống lúa chất lượng cao được trồng phổ biến ở Thái Lan là: Khao Dawk Mali 105, RD15, Hương nhài,....
− Nghiên cứu lúa biến đổi gen trên thế giới
Ngành công nghệ sinh học hiện đại đã đưa ra nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, nhất là công nghệ gen, nuôi cấy mô, đột biến,...Trong đó ngành trồng lúa được quan tâm và phát triển mạnh mẽ, lúa biến đổi gen đã và đang được nghiên cứu ngày càng nhiều.
Hiện nay Trung Quốc đã tạo ra được hơn 50 loài thực vật biến đổi gen, trong đó có lúa biến đổi gen kháng thuốc trừ cỏ (cây kháng Basta trên đồng ruộng bằng cách
chuyển gen Bar của Streptomyces hygroscopicus), kháng virut (như gen kháng nấm
bệnh và vi khuẩn gây bệnh điển hình là gen Xa21 có khả năng kháng được nhiều nòi
Xanthomonas Oryzae pv. Oryzae khác nhau, kháng côn trùng, chống chịu như: chịu hạn, chịu mặn,...
Ấn Độ đã phát triển giống lúa giàu protein. Theo Tiến sỹ Subra Chakraborty thì việc thực hiện bổ sung một gen rau dền (AmA1) vào gen lúa. Với việc bổ sung gen AmA1 vào hệ gen cây lúa dự tính sẽ làm tăng hàm lượng protein và cả hàm lượng axit amin ở hạt gạo, thường hạt gạo chỉ chứa 7% prôtêin. Và hiện AmA1 được bổ sung vào 5 giống lúa được canh tác ở Ấn Độ, trong đó có IR72 và PusaBasmati.
Các nhà khoa học ở Nhật Bản đã phát triển được giống lúa giúp cho những người bị tiểu đường không phải tiêm insulin hàng ngày, giống lúa mới này có chứa hàm lượng hoocmon GLP-1 cao, kích thích tuyến tụy tiết ra insulin. Đây là giống lúa biến đổi gen, kết quả phối hợp của Viện khoa học Nông – Sinh Quốc gia (NIAS), ngành công nghiệp giấy tư nhân Nhật Bản và Viện nghiên cứu Sanwa Kagaku.
Hiện nay các nhà khoa học đã tiến hành chuyển gen tạo ra các giống lúa rất có ý nghĩa trong y học giúp phòng chống các bệnh như mù loà, thiếu máu...
Ở cây lúa có chứa chất Geranyl geranyl pyrophotphat (GGPD) một tiền chất
quan trọng trong tổng hợp -carotene, nhưng tiến trình không tổng hợp được do thiếu
các enzym cần thiết. Năm 2000 các nhà khoa học đứng đầu nhóm nghiên cứu là Giáo sư Ingo Potrykus thuộc Viện nghiên cứu lúa liên bang Thụy Sỹ và tiến sỹ Peter Beyer thuộc Đại học Feiberg Đức đã nạp vào 7 gen để tạo ra các enzym bị thiếu này và đã
thành công, kết quả là biến đổi giống lúa Taipei 309 thuộc nhóm Japonica trở thành
giống lúa đầu tiên tạo ra được -carotene trong hạt gạo hay còn được gọi là “lúa vàng”
(Godden rice) (Nguyễn Hữu Tề và cs, 1997). Đây là giống lúa có một tiềm năng vô cùng lớn để cứu hàng triệu trẻ em thoát khỏi cảnh đói nghèo và bệnh mù lòa.
Nhóm nghiên cứu của giáo sư Ingo Potrykus và nhóm nghiên cứu của Toshihiro Yoshishra ở Nhật đang tiến hành nghiên cứu để tạo giống lúa có hàm lượng sắt cao bằng chuyển nạp gen tạo ra chất ferritin – là một loại protein dự trữ sắt trong cây đậu. Gen điều khiển tổng hợp ferritin trong cây đậu đã được phân lập và đã được chuyển
vào cây lúa nhờ vi khuẩn, hiệu quả làm hàm lượng sắt trong cây lúa tăng lên 3 lần. Triển vọng của việc lai tạo các giống lúa giàu sắt trong hạt gạo để khắc phục bệnh thiếu máu.
Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã xác định được gen đơn có vai trò quyết định đến sản lượng lúa cũng như chiều cao và thời gian ra hoa của cây lúa đó là điều chỉnh gen Ghd7. Nhà nghiên cứu Zhang Qifa thuộc Đại học Nông nghiệp Huzhong và cộng sự đã nghiên cứu 19 giống lúa châu Á và phát hiện rằng các giống lúa ngắn ngày có ít hạt và nở hoa sớm hơn khi thiếu gene Ghd7. Tuy nhiên khi có mặt gen này, sản lượng lúa tăng gấp đôi, thời gian ra hoa và chiều cao cây lúa cũng tăng lên 67 % (theo Reuters, Sở KHCN Đồng Nai).
Qua quá trình nghiên cứu người ta cho rằng: Đột biến có vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá, có ý nghĩa lớn trong việc hình thành đa dạng sinh vật nói chung cũng như quần thể cây trồng nói riêng. Trong tự nhiên người ta đã phát hiện ra những dạng đột biến có lợi và ứng dụng vào công tác chọn tạo giống. Nhờ đột biến tự nhiên người ta đã tìm được thể đột biến lùn ở lúa mỳ và tạo được lúa mỳ nổi tiếng Norin-ro có năng suất cao, phẩm chất tốt, hoặc nhờ đột biến lùn tự nhiên “Deo - geo – woo – gen” đã tạo ra bước ngoặt lịch sử trong công tác chọn giống lúa như: IR8, IR5, IR36, IR20, IR22, IR64,... chính các giống lúa mỳ và lúa nước này đã làm nên cuộc cách mạng xanh lần thứ nhất trong nông nghiệp.
Chọn giống bằng phương pháp gây đột biến là một trong những ngành mới ra đời trong những thập niên gần đây, nhưng đã đạt được nhiều thành quả to lớn.
Theo thống kê của FAO, năm 1960 mới chỉ có 7 giống cây trồng đột biến trên thế giới, đến 1965 đã có 30 giống; 1970 có 80 giống; 1975 có 145 giống; 1980 có 500 giống; và năm 1988 có là 1200 giống. Những nước có các giống đột biến nhiều nhất là: Trung Quốc: 420 giống; Ấn Độ: 237 giống; Liên Xô: 211 giống; Nettheland: 164 giống; Nhật Bản: 109 giống; Mỹ: 105 giống. Có 1737 giống cây trồng được tạo ra thuộc 154 loại khác nhau. Trong đó có 1275 giống là cây nông nghiệp, trong những giống cây nông nghiệp thì có 769 giống cây trồng do nhân trực tiếp từ các dòng đột biến và còn lại đựợc tạo ra do lai giữa các bố mẹ bị đột biến. Trong những giống này đa phần là cây ngũ cốc, trong đó lúa chiếm vị trí hàng đầu (318 giống).
− Nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn
Hiện nay các nhà khoa học đã nghiên cứu, tạo các giống lúa có khả năng sinh trưởng ở những vùng đất khô (dry land) nhằm giúp nông dân đối phó với sự thiếu nước trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt trong tình hình biến đổi khí hậu (BĐKH) hiện nay. Các giống lúa chịu hạn cần ít nước hơn so với các giống lúa cho vùng đất
thấp (low land rice) nhưng năng suất có thể đạt từ 4-6 tấn/ha, cao hơn so với giống lúa cạn (up land rice), tiết kiệm từ 30-40% lượng nước tưới.
Trung Quốc, bắt đầu nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn từ những năm 1980 và hiện nay Quốc gia này có khoảng 80.000 ha lúa gieo khô trên toàn lãnh thổ. Qua kết quả nghiên cứu đã tạo được một số giống lúa chịu hạn có năng suất cao trên cơ sở lai giữa giống lúa cho ở vùng đất thấp với lúa cạn truyền thống. Các giống lúa chịu hạn có năng suất cao hiện nay ở miền Bắc Trung Quốc là: Han Dao277; Han Dao297; Han Dao 502 với năng suất tiềm năng 6,5 tấn /ha.
Brazil có khoảng 250.000ha đất gieo khô. Sau 20 năm chương trình giống được triển khai đã tạo được các giống lúa chịu hạn đạt năng suất từ 5-7 tấn/ha với phương pháp tưới nước bằng bình phun trên đồng ruộng nông dân.
Viện lúa IRRI bắt đầu phát triển các giống lúa chịu hạn cho khu vực Châu Á năm 2001. Những giống lúa chịu hạn đầu tiên được phát hiện là: IR55423-01; và UPLRI-5 từ Philippines; dòng B6144-MR-0-6-0-0 từ Indonesia và dòng CT6510-24-1- 2 từ Colombia. Các giống này phần lớn nhận được từ phép lai giữa indica và bố mẹ japonica nhiệt đới.
Philippines, từ năm 2003-2005 nông dân tham gia các thí nghiệm đánh giá về năng suất các giống lúa chịu hạn tại các tỉnh Tarlac, Nueva Ecija, Bulacan và Bohol đã đạt năng suất 6,4 tấn/ha.
Thái Lan, công tác nghiên cứu chọn tạo các dòng lúa chịu hạn cũng được quan tâm và phát triển. Qua kết quả nghiên cứu năm 2005 đã xác định một số giống lúa có