3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1. Tình hình nghiên cứu và chọn tạo giống lúa trên thế giới
1.3.1.1. Vai trò của giống mới trong sản xuất nông nghiệp
Hạn hán là nguyên nhân chính làm giảm năng suất lúa trên thế giới, đặc biệt ở Thái Lan là nước có vị trí địa lý rất gần và điều kiện canh tác tương đồng với Việt Nam. Các nghiên cứu về cải tạo nguồn gen chịu hạn cho cây lúa ở đây tập trung vào các vấn đề ảnh hưởng đến năng suất lúa như: Chọn tạo các nguồn gen có khả năng chịu hạn cho những vùng đất thiếu nước mà ở đó năng suất lúa có thể bị giảm tới 50%; Chọn tạo các giống lúa có các đặc điểm thích hợp với việc tránh hạn và chịu hạn như tăng khả năng giữ nước của lá, khả năng hình thành hạt trong điều kiện khô hạn, khả năng trỗ muộn để tránh hạn và các kiểu hình thích nghi với điều kiện hạn ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây lúa… Quá trình nghiên cứu tại Thái Lan trong thời gian qua đã chọn lọc và lai tạo ra được các dòng, giống lúa có khả năng thích ứng với điều kiện khô hạn như: IR68586-F2-CA31, IR68586-F2-CA43, IR68586-F2-CA54, IR68586-F2-CA109, IR68586-F2-CA109, IR68586-F2-CA143, KDML 105, RD6…
Tại Trung Quốc và Viện nghiên cứu lúa gạo Quốc tế (IRRI) các nhà khoa học tập trung vào nghiên cứu các nguồn gen liên quan đến các đặc tính chống chịu hạn như: Các dòng tái tổ hợp RIL (Recombinance Inbreed Line) được tạo ra từ các cặp bố mẹ CO39 (Indica) x Moroberekan (Japonica) được dùng để xác định các vị trí QTL (Quantitative Trait Loci) liên quan tới khả năng đâm xuyên của rễ, chiều dài rễ và đường kính rễ (Ray và cs, 1996). Quần thể đơn bội kép (ĐH) tạo ra từ cặp bố mẹ IR64 (Indica) x Azucena (Japonica) được sử dụng để nghiên cứu các đặc điểm hình thái liên quan tới khả năng chịu hạn (Zheng và cs, 1999). Quần thể RIL được tạo ra từ cặp lai giữa hai dòng Indica IR58821 và IR52561 (Ali, 1999) được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính của rễ liên quan tới tính chiu hạn. Bên cạnh đó còn có các kết quả nghiên cứu về đường kính rễ, số lượng rễ, khối lượng khô của rễ… giữa tổ hợp RIL của Bala x Azucena (Price và cs, 2002); giữa IR1552 x Azucena (Zheng và cs, 2003); giữa Zhengshan97 x Minghui63 (Lian và cs, 2005)… Các kết quả nghiên cứu này đều rất hữu ích cho việc ứng dụng kỹ thuật MAS (Marker Assistance Selection) trong chọn tạo giống lúa chống chịu hạn.
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 Losbanos- 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, Indonesia, Banglades, Việt Nam, Thái lan, Myanmar, Nhật Bản, Philippin và Hàn Quốc) đạt 488848 nghìn tấn.
1.3.1.2. Một số thành tựu về nghiên cứu và chọn tạo 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 ( Malaysia, 1953), A. Alim (Pakistan, 1957), cũng như nhiều nhà khoa học của Trung Quốc, Nhật Bản, Liên Xô, Philippin,..đều đổ xô tập trung nghiên cứu .
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, Nguyễn Bích Nga, Akahama T., Beachell H.M., Chabrolin R., Kawao K., Marat Y (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, Nguyễn Bích Nga, Akahama T., Beachell H.M., Chabrolin R., Kawao K., Marat Y (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 . 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,....
Công tác nghiên cứu lúa chịu hạn trên thế giới.
Hiện nay các nhà khoa học đã nghiên cứu chọn, tạo ra các giống lúa có khả năng sinh trưởng ở vùng đất khô (dry land) nhằm giúp nông dân đối phó với sự thiếu nước. 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 4,0-6,0 tấn/ha cao hơn so với giống lúa cạn (up land rice).
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn từ giữa năm 1980 và hiện nay Trung Quốc có khoảng 80.000 ha lúa gieo khô. 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 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 Dao 277, Han Dao 297; Han Dao 502 với năng suất tiềm năng 6,5 tấn/ha.
Brazin có khoảng 250.000 ha đất không chủ động tưới tiêu. Sau 20 năm chương trình giống được triển khai đã tạo được các giống lúa chịu hạn đạt năng suất 5,0-7,0 tấn/ha với tưới nước bằng bình phun trên đồng ruộng nông dân.
Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) bắt đầu phát triển các giống lúa chịu hạn cho Khu vực Châu Á từ 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.
Tại Philippines từ những năm 1950-1960 đã tiến hành thu thập, so sánh và lai tạo các giống lúa cạn địa phương. Tới năm 1970, các giống lúa như C22, UPLRi3, UPLRi5 được tạo ra với chiều cao cây vừa phải, đẻ nhánh trung bình, nhưng năng suất khá và chất lượng gạo tốt. Tiếp theo là giống UPLRi6 có tiềm năng năng suất khá, thấp cây, khả năng phục hồi tốt. Ở Ấn Độ cũng đã nghiên cứu chọn tạo được các dòng lúa triển vọng chịu hạn, đạt năng suất 4,0 tấn/ha, tiết kiệm 30-40% lượng nước (Learn more about India progress in RIPPLE Vol.2, No.2.).
Tại Thái Lan, từ những năm 1950, đã tiến hành chương trình thu thập và làm thuần các giống địa phương, đã chọn lọc và phổ biến ở miền Nam được hai giống lúa tẻ là Muang huang và Dowk payon, có tiềm năng năng suất 20 tạ/ha; một giống lúa
nếp là Sew maejan phổ biến ở miền Bắc với năng suất 28 tạ/ha. Năm 1966, Trạm nghiên cứu lúa Yagambi thuộc Viện quốc gia phát triển Congo (nay là INEAL, Zaire) giới thiệu giống R66 và OS6, cho năng suất cao và chống chịu hạn khá hơn Agbele (Jacquot, 1978). Giống OS6 được trồng rộng rãi ở Tây Phi. Cũng vào năm 1966, Viện IRAT, IITA và WARDA đã chọn tạo được các giống như TOX 86-1-3-1; TOX 356-1- 1; TOX 718-1 và TOX 78-2 (Dasgusta, 1983). Những giống này có khả năng chịu hạn và chống chịu bênh tốt. kết quả nghiên cứu trong năm 2005 cũng đã xác định được một số giống lúa có khả năng chịu hạn tốt là WAB891SG14; YUNLUNo.7; RR286-1; VANDANA; UPLRI-7; WAB878-6-20. WAB881SG36;
Tại Malaysia, kết quả nghiên cứu năm 2005 đã tuyển chọn được được nhiều giống lúa triển vọng chịu hạn, trong đó có 3 giống được sử dụng làm dòng bố trong sản xuất lúa lai. là: WAB881-10-37; IR76569-166; WAB881-10-37; IR76569-259.
Năm 1980, Trung tâm Nông nghiệp Ibaraki, Nhật Bản đã chọn tạo được giống lúa nếp cạn Sakitamochi, có khả năng chống đổ, chống chịu sâu bệnh, năng suất cao và chất lượng tốt. Năm 1991, chọn được giống Kantomochi 168 chất lượng nấu ăn nổi tiếng và chịu hạn tốt. Năm 1992, chọn được giống Kantomochi 172 cho năng suất rất cao.
Viện Nông nghiệp Campinas (IAC) Brazin đã tạo ra một loạt giống lúa cao cây nhưng chịu hạn tốt như: IAC1246; IAC47; IAC25. Giống IAC25 có thời gian sinh trưởng ngắn hơn 10 ngày so với hai giống trước và thoát được thời kỳ hạn, ở địa phương còn được biết với tên gọi là Veranico.
Trong thời gian từ 1972 – 1980, IRRI đã tiến hành 3839 cặp lai để chọn giống. Trong năm 1982, có trên 4000 dòng, giống được IRRI gửi đến và thí nghiệm tại các nước với mục đích đánh giá và chọn lọc giống lúa chịu hạn. Năm 2001 bắt đầu phát triển các giống lúa chịu hạn cho Khu vực Châu Á. Những giống lúa chịu hạn đầu tiên được phát triển 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.
Hiện nay trong mạng lưới khảo nghiệm các giống lúa của IRRI, hàng năm có hàng trăm dòng lúa triển vọng cho vùng khô hạn được đánh giá tại nhiều quốc gia ở Châu Á nhằm đáp ứng nhu cầu về giống lúa chịu hạn cho nông dân.
IRRI đã tạo ra thế hệ lúa đầu tiên của giống lúa có tên là "aerobic" - giống lúa có khả năng hấp thụ nhiều ôxy trong không khí và có khả năng sinh trưởng tại những vùng đất khô hạn giống như cây ngô. Thành công này của IRRI rất có ý nghĩa trong bối cảnh thời tiết khô hạn có khả năng sẽ diễn ra thường xuyên ở châu Á và tiết kiệm rất nhiều nước. Năm 2008, Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI) thông báo đã giải mã được bộ gien của cây lúa, qua đó đã xác định được nhiều chủng loại lúa không
những có thể cho năng suất cao trong điều kiện thời tiết thuận lợi mà còn có khả năng đạt năng suất 2 – 3 tấn thóc/ha trong điều kiện khô hạn (so với chỉ dưới 1 tấn ở những giống khác).
Công tác nghiên cứu lúa biến đổi gen và lúa chất lượng 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 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 [Trung tâm thông tin Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn].
Các nhà khoa học ở Nhật Bản đã phát triển được giống lúa giúp cho những