4. Giới hạn của ựề tài
2.3.2. Phương pháp chọn tạo giống lúa lai hai dòng
Hệ thống lai ba dòng ựem lại rất nhiều lợi ắch kinh tế cho ngành nông nghiệp của nhiều quốc gia trên thế giới, tạo ra những tiến bộ mang tắnh chất cách mạng trong trồng trọt. Lần ựầu tiên con người ựã khai thác và sử dụng có hiệu quả tắnh bất dục ựực di truyền tế bào chất ở lúa cũng như nhiều loại cây trồng khác [30].
Bên cạnh những thành công to lớn ựó, lúa lai Ộba dòngỢ còn tồn tại một số nhược ựiểm rất khó khắc phục là: Số dòng CMS tìm ựược hiện nay khá nhiều nhưng dòng sử dụng ựược không ựa dạng. Mặt khác công nghệ sản xuất hạt giống lúa lai hệ ba dòng khá phức tạp cồng kềnh, ựòi hỏi một sự tuân thủ hết sức chặt chẽ, mà sản xuất nông nghiệp lại phụ thuộc khá khắt khe vào ựiều kiện thiên nhiên khiến cho người ựiều hành sản xuất vô cùng bị ựộng. Sản xuất hạt lai cần nhiều lao ựộng thủ công, không phù hợp với xu thế phát triển của xã hội. Về năng suất các tổ hơp lai ba dòng mới gây tạo không vượt qua ựược các tổ hợp lai trước ựây, có thể ựã Ộkịch trầnỢ. để khắc phục các thách thức nêu trên, nhiều nhà chọn giống ựã nghĩ tới vấn ựề ựơn giản hoá quá trình sản xuất hạt giống lai, giảm mức ựộ cồng kềnh trong hệ thống lai ba dòng, giảm những hạn chế khó khắc phục khi sử dụng dòng CMS bằng công nghệ lúa lai Ộhai dòngỢ [30]
* Sản xuất hạt giống lai" hai dòngỢ khử ựực bằng hoá chất
Phương pháp sản xuất hạt lai chỉ sử dụng hai dòng vật liệu làm bố mẹ có thể giải quyết phần nào những khó khăn thách thức mà hệ thống lai ba dòng không thể khắc phục ựược. Khi hai giống lúa thường ựem lai thử nếu cho năng suất cao có thể tiến hành sản xuất hạt lai bằng cách dùng một số hoá
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 30
chất ựặc hiệu có khả năng gây chết giao tử ựực nhưng không gây hại cho giao tử cái ựể khử ựực dòng mẹ thay cho việc tạo ra dòng mẹ bất dục ựực di truyền. Shao Kaoxiang và Hu Dawen (1970) ựã giới thiệu khoảng 150 loại hoá chất khác nhau có tác dụng khử ựực. Trong số ựó có hai loại ựặc hiệu nhất là MG1 và MG2 có khả năng gây chết hạt phấn nhanh do tác dụng làm ngừng hô hấp ở cơ quan sinh sản ựực mạnh nhưng không gây hại cho cơ quan sinh sản cái. Công thức hoá học của MG1 và MG2 là: CH3AsO3Zn và
CH3AsO3Na2, gốc CH3AsO3 -- có tác dụng mạnh và triệt ựể nên ựược coi là
hoá chất lý tưởng nhất [30]
* Chọn giống lúa lai hai dòng sử dụng bất dục ựực di truyền nhân
Bất dục ựực di truyền nhân ựược phát hiện và sử dụng trong sản xuất hạt giống lai từ lâu. Tuy nhiên ựối với cây lúa việc khai thác bất dục ựực di truyền nhân ựể sản xuất hạt lai ựược ứng dụng khá muộn. Vào năm 1973, Shi Ming Song (nhà chọn giống lúa lai Trung Quốc) tìm ra dòng bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng với chu kỳ quang (HPGMS) từ quần thể giống Nôngken
58S tại Trung tâm Nghiên cứu lúa lai Hồ Bắc, các nhà khoa học Trung Quốc
ựã sử dụng nó như một công cụ di truyền hữu ắch trong chọn giống lúa lai hai dòng. Sau công trình này người ta tiếp tục tìm ra các dòng vật liệu bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ựộ (TGMS), các dòng vừa cảm ứng nhiệt ựộ, vừa cảm ứng với chu kỳ quang (PTGMS, TPGMS), các dòng PGMS ngược, TGMS ngược, các dòng bất dục ựực cảm ứng với ựiều kiện môi trường do gen trội kiểm soát v.v... Chúng ựược gọi bằng một tên chung là dòng bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng với ựiều kiện môi trường ( Environmental- sensitive Genic Male Sterility: EGMS) [30].
A. đặc ựiểm các dòng bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng với ựiều kiện môi trường:EGMS
(1). Dòng bất dục dực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ựộ ( Thermo-sensitive Genic Male Sterility: TGMS)
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 31
Dòng TGMS nói chung bất dục ựực khi gặp nhiệt ựộ trung bình ngày cao và hữu dục khi gặp nhiệt ựộ trung bình ngày thấp vào thời kỳ lúa phân hoá ựòng từ cuối bước 3 ựến ựầu bước 6 (khoảng 12-20 ngày trước khi lúa trỗ
bông). Thời kỳ này ựược gọi là thời kỳ cảm ứng. Gen kiểm soát tắnh cảm ứng
với sự thay ựổi của ựiều kiện nhiệt ựộ là một cặp gen lặn, ký hiệu là tms. Gen
tms hoạt ựộng hai chức năng: điều khiển sự tạo thành hạt phấn hữu dục và tự
kết hạt khi gặp nhiệt ựộ thấp dưới 240C, và ựiều khiển sự tạo thành hạt phấn
bất dục khi gặp nhiệt ựộ cao trên 270C. Dòng mang gen hoạt ựộng hai chức
năng như vậy còn gọi là dòng bất dục ựực chức năng di truyền nhân. Cặp gen lặn tms trong nhân tế bào hoạt ựộng có ựiều kiện và chỉ biểu hiện ra tắnh trạng khi ựiều kiện thắch hợp xuất hiện ựúng vào thời kỳ cảm ứng. Thời kỳ cảm ứng nhiệt ựộ của các dòng khác nhau biến ựộng từ 10-15 ngày ( từ khi tế bào mẹ
hạt phấn hình thành ựến khi kết thúc phân chia giảm nhiễm). Nhiệt ựộ tới hạn
(critical temperature) gây bất dục ựực của các dòng có thể rất khác nhau ( từ 23- 29oC). Liu Yi Bai và cộng sự (1997), giải thắch quá trình chuyển hoá bất dục- hữu dục như hình 1.
Biểu hiện bất dục Hữu dục Bán bất Bất dục Bất dục hữu dục sinh lý dục sinh lý (ảnh hưởng của BLT FT ST BUT
nhiệt ựộ hoặc ựộ dài ngày).
Hình1: Minh hoạ ảnh hưởng của nhiệt ựộ ựến sự chuyển hoá tắnh dục của dòng TGMS
Ghi chú (hình 1)
BLT : Biological Lower Temperature : Nhiệt ựộ giới hạn sinh học dưới FT : Fertile Temperature : Nhiệt ựộ gây hữu dục
ST : Sterile Temperature : Nhiệt ựộ gây bất dục.
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 32
Khi nhiệt ựộ trung bình ngày xuống thấp hơn hoặc bằng nhiệt ựộ giới hạn sinh học dưới, cây bị bất dục sinh lý. Khi nhiệt ựộ tăng lên và diễn biến trong khoảng từ nhiệt ựộ giới hạn dưới ựến nhiệt ựộ tới hạn gây hữu dục thì dòng TGMS sẽ hữu dục. Khi nhiệt ựộ trung bình ngày diễn biến trong khoảng từ ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây hữu dục ựến ựiểm nhiệt ựộ tới hạn gây bất dục
trong thời kỳ cảm ứng thì dòng TGMS trở nên bán bất dục. Nếu bố trắ nhân
dòng vào ựiều kiện này thì năng suất sẽ thấp, và nếu bố trắ sản xuất hạt lai thì sẽ lẫn hạt tự thụ làm giảm chất lượng lô hạt giống. Nhiệt ựộ môi trường cao hơn nhiệt ựộ tới hạn gây bất dục thì dòng TGMS sẽ bất dục hoàn toàn, khi ựó sản xuất hạt lai rất an toàn [30].
(2).Dòng bất dục ựực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ (Photoperiodic- sensitive Genic Male Sterility: PGMS)
Dòng PGMS cảm ứng với ựộ dài thời gian chiếu sáng trong ngày, các dòng PGMS gây tạo tại Trung Quốc cảm ứng với ựộ dài ngày dài bởi vì chúng có nguồn gốc phát sinh ở vĩ ựộ cao. Nhân dòng bất dục ựược tiến hành ở các vùng có vĩ ựộ thấp, thời gian chiếu sáng ngắn. Tắnh cảm ứng quang chu kỳ ựược một cặp gen lặn ựiều khiển (kắ hiệu là gen pms). Một số kết quả nghiên cứu ở Trung Quốc cho rằng gen cảm ứng quang chu kỳ có bản chất di
truyền giống như gen cảm ứng nhiệt ựộ (có thể ựồng alen với gen tms). Gen
pms cũng hoạt ựộng hai chức năng: gây bất dục khi pha sáng trong ngày dài,
và có khả năng hình thành hạt phấn hữu dục khi pha sáng ngắn xảy ra vào ựúng thời kỳ cảm ứng (12-18 ngày trước khi lúa trỗ bông). Tuy nhiên tắnh cảm ứng quang chu kỳ của các dòng PGMS còn phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt ựộ. Trong một giới hạn nhiệt ựộ nhất ựịnh thì ựộ dài ngày có thể không có hiệu quả ựối với quá trình chuyển hoá tắnh dục của dòng. Hình 2 minh hoạ mối quan hệ giữa nhiệt ựộ và ựộ dài ngày ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình phát triển của dòng PGMS. Giới hạn nhiệt ựộ cao ảnh hưởng tới ựộ an toàn của quá trình nhân dòng bất dục trong ựiều kiện ngày ngắn, còn giới hạn nhiệt
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 33
ựộ thấp lại ảnh hưởng trực tiếp ựến quá trình sản xuất hạt lai trong ựiều kiện
ngày dài. để một dòng PGMS dễ dàng sử dụng thì giới hạn nhiệt ựộ dưới gây
bất dục ựực trong ựiều kiện ngày dài cần phải thấp và khoảng nhiệt ựộ mẫn cảm ánh sáng cần phải rộng [30].
Bất dục ở bất kỳ ựộ dài ngày nào
Khoảng nhiệt ựộ gây Mẫn cảm ánh sáng (trong khoảng nhiệt ựộ này ngày dài hơn gây bất dục ựực, ngày ngắn hơn gây hữu dục)
Hữu dục ở bất kỳ độ dài ngày nào
Giới hạn nhiệt ựộ sinh học trên (khoảng 35OC)
Nhiệt ựộ gây bất dục ựực (giới hạn cao)
Nhiệt ựộ gây bất dục ựực (giới hạn thấp)
Giới hạn nhiệt ựộ sinh học dưới (khoảng 20OC)
Hình 2: Mối quan hệ giữa nhiệt ựộ và ựộ dài ngày ựối với dòng PGMS
Trong ựiều kiện Việt Nam, không có vùng vĩ ựộ nào có thời gian chiếu sáng dài như một số vùng của Trung Quốc. Tìm dòng PGMS mới có tắnh cảm quang phù hợp với ựiều kiện Việt Nam là vấn ựề ựược ựặt ra cho
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 34
các nhà chọn giống. Thực tế chứng minh rằng, tắnh cảm ứng nhiệt ựộ hoặc quang chu kỳ ựều có thể biến ựổi khi tồn tại trong các môi trường khác nhau. Môi trường ở ựây hiểu theo nghĩa là nếu chuyển gen pms từ một giống (môi trường nhất ựịnh) có mức cảm ứng nhất ựịnh sang một giống
khác (môi trường mới) thì gen pms có thể biểu hiện phản ứng khác. Trong
môi trường mới này ựộ dài pha sáng ảnh hưởng ựến chức năng hoạt ựộng của gen có thể thay ựổi theo. Xuất phát từ cơ sở lý luận này, việc lai chuyển ựã ựược thực hiện. Các gen cảm ứng với ựiều kiện ngoại cảnh có trong tập ựoàn ựược lai với những giống lúa có nguồn gốc xuất xứ xa với vùng phát sinh của giống khởi ựầu ựể tìm kiểu phản ứng với pha sáng ngắn hơn. Một cá thể cảm ứng quang chu kỳ có thể sử dụng ựược trong ựiều kiện Việt Nam ựã ựược phát hiện và chọn lọc ựịnh hướng theo kiểu phản ứng với chu kỳ chiếu sáng ngắn như sau: Bất dục ựực hoàn toàn khi thời gian chiếu sáng trong ngày dài >12giờ 30 phút và nhiệt ựộ cao (mùa hè của miền Bắc Việt Nam). Có phấn hữu dục và ựậu hạt khi ựộ dài chiếu sáng trong ngày giảm xuống dưới ngưỡng ựó. Dòng này ựang ựược tiếp tục chọn thuần, lai thử và tìm biện pháp sử dụng thắch hợp. Nhận ựịnh khả năng sử dụng dòng nói trên hoàn toàn dựa trên cơ sở số liệu về ựiều kiện thời tiết khắ hậu ở các vùng khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam. Chọn tạo ựược những dòng PGMS có giới hạn chuyển hoá như vậy sẽ giúp cho công tác sản xuất hạt lai thuận lợi hơn, có thể giảm giá thành hạt giống [30].