5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
1.6.2. Phương pháp “hai dòng”
1.6.2.1. Những khái niệm cơ bản và đặc điểm di truyền của lúa lai “hai dòng”
Các nhà khoa học Trung Quốc đã tìm một hướng mới trong nghiên cứu để thay thế hệ CMS và nâng cao năng suất hạt lai bằng cách chọn tạo giống lúa lai 2 dòng. Họ đã sử dụng dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân hay còn gọi là bất dục đực cảm ứng với điều kiện môi trường (Environmental sensitive genetic male sterile -EGMS), được chia làm hai nhóm: bất dục đực mẫn cảm với ánh sáng (Photoperiodic sensitive male sterile-PGMS) và bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ (Thermo sensitive genetic male sterile- TGMS). Hai loại công cụ di truyền mới này đã được áp dụng thành công. Tính bất dục đực chủ yếu được điều khiển bởi một hoặc hai cặp gene lặn trong nhân, không có liên quan đến tế bào chất, lúa lai 2 dòng thuận lợi hơn lai ba dòng ở chỗ:
- Không cần dòng duy trì, muốn cho hạt phấn bất dục hoàn toàn đối với dòng PGMS cần điều kiện ngày dài hơn, còn đối với dòng TGMS cần nhiệt độ cao hơn để sản xuất hạt lai. Nếu ngày ngắn hoặc nhiệt độ ôn hoà dưới ngưỡng gây bất dục thì chúng hữu thụ bình thường và có thể nhân giống bằng tự thụ.
- Phổ phục hồi phấn rộng hơn. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố ở Trung Quốc cho thấy có đến 95% các giống lúa thường có khả năng phục hồi hữu dục cho các dòng EGMS.
- Không chịu ảnh hưởng xấu do hiện tượng đồng tế bào chất mà phương pháp ba dòng gặp phải.
a. Bất dục đực do gen mẫn cảm với ánh sáng.
Năm 1973, Shi Ming Song phát hiện thấy một số cá thể bất dục tế bào chất trong quần thể của giống Nong ken 58S thuộc loài phụ Japonica chín
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
muộn, các cá thể này bất dục hoàn toàn trong điều kiện ngày dài 14h và khi trỗ bông vào thời kỳ có độ dài ngày ngắn hơn 13h45‟ thì hữu dục. Thời kỳ mẫm cảm với độ dài ngày bắt đầu từ khi phân hoá gié cấp I đến khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn. Độ bất dục hạt phấn ở các dòng PGMS tương đối ổn định. Qua nghiên cứu cho thấy đặc tính bất dục của Nong ken 58S đã được chuyển vào nhiều giống lúa Indica và Japonica bằng lai lại.
b. Bất dục đực do gene mẫm cảm với nhiệt độ.
Mức độ chuyển hoá từ hữu dục sang bất dục và ngược lại ở dòng TGMS hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong điều kiện nhiệt độ cao cây lúa bất dục và nhiệt độ thấp nó hữu dục trở lại. Tuy nhiên nhiệt độ giới hạn khác nhau rất lớn vì các gene bất dục từ các nguồn khác nhau. Giai đoạn mẫn cảm với nhiệt độ là giai đoạn hình thành tế bào mẹ hạt phấn hoặc giai đoạn giảm nhiễm của tế bào mẹ hạt phấn (Yuan L.P) [90].
Năm 1990, một nhà khoa học Nhật Bản đã dùng phương pháp đột biến nhân tạo đã tạo ra được một dòng bất dục nhân mẫm cảm với nhiệt độ (TGMS) gọi là An nông S1. Dòng TGMS này bất dục khi gặp nhiệt độ 270
C vào thời kỳ phân chia tế bào mẹ hạt phấn, ngược lại nếu nhiệt độ thấp hơn 240C trong thời kỳ này thì dòng TGMS chuyển sang hữu dục.
Điều quan trọng trong thực tiễn sử dụng dòng TGMS là nhiệt độ tới hạn gây bất dục phải tương đối thấp, đặc biệt là những vùng có nhiệt độ ôn hoà. Trong điều kiện nhiệt đới và bán nhiệt đới TGMS có ưu thế hơn PGMS vì vùng này nhiệt độ tương đối cao, ngày tương đối ngắn, còn PGMS thích hợp với vùng vĩ độ cao.
Kiểu bất dục đực chức năng đặc trưng cho loài phụ Indica là TGMS, giống tiêu biểu là An nông S1, giới hạn chuyển hoá từ bất dục sang hữu dục là 23-26oC. Kiểu bất dục đực chức năng đặc trưng cho giống thuộc loài phụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Japonica là PGMS, giống tiêu biểu là Nong-ken 58S, giới hạn chuyển từ bất dục sang hữu dục là độ dài chiếu sáng trong ngày 13h45‟ trong điều kiện 260
C.
Trong chọn giống lúa lai 2 dòng, tiêu chuẩn chọn PGMS và TGMS ngoài những chỉ tiêu tương tự như CMS, Theo Yuan.L.P và Xi-Qin-Fu (1995) [93], nó cần phải có những đòi hỏi đặc biệt sau:
- Tỷ lệ cây bất dục trong quần thể phải đạt 100%, có nghĩa là tỷ lệ hạt không đậu trong bao cách ly và tỷ lệ hạt phấn bất dục phải lớn hơn và bằng 99,5% khi được kiểm tra bằng bao cách ly.
- Cần tạo lập một quần thể có ít nhất 1.000 cá thể có các đặc tính nông sinh học đồng nhất và ổn định.
- Sự biến đổi hữu dục phải rõ ràng. Trong điền kiện tự nhiên phải có thời kỳ bất dục ổn định kéo dài ít nhất là 30 ngày. Trong thời kỳ hữu dục, tỷ lệ đậu hạt ít nhất phải đạt 30%.
- Ở ruộng sản xuất hạt giống, tỷ lệ nhận phấn ngoài của dòng EGMS phải bằng hoặc cao hơn các dòng đang dùng để sản xuất hạt lai thương phẩm.
-Sự biến đổi (chuyển hoá) hữu dục của dòng EGMS phải được kiểm tra nghiêm ngặt trong điều kiện nhân tạo, nhằm thử phản ứng của chúng với quang chu kỳ và nhiệt độ.
1.6.2.2. Các phương pháp chọn tạo lúa lai “2 dòng”
Các nghiên cứu trong lĩnh vực chọn tạo giống lúa lai đã chỉ ra rằng: đặc tính bất dục đực được kiểm soát bởi một cặp gene lặn nên có thể dùng phương pháp lai để chuyển tính trạng này sang nhiều giống lúa khác, hạn chế được hiện tượng đồng tế bào chất và làm phong phú thêm nền di truyền của dạng mẹ, dễ cải thiện phẩm chất và giảm sự phá hoại của sâu bệnh. Việc lai giữa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
các giống dễ thực hiện bởi theo các tác giả có tới 95% giống lúa thường có khả năng phục hồi tính hữu thụ cho các dòng EGMS. Hầu hết các dòng, giống trong cùng loài phụ có thể phục hồi hữu thụ, do vậy có nhiều cơ hội để chọn giống tốt hơn so với các giống chọn theo hệ ba dòng (Shao Hu, 1983 [64].
Nhiều dòng EGMS mới như 311s, 7001s, 8902s và Peiai 64s được tạo ra từ việc lai giữa Nongken 58s với các giống Indica và Japonica (Lu.X.G, 1994). Trung Quốc đã tạo ra được dòng GD-2 là dòng bất dục đực mẫm cảm với nhiệt độ từ tổ hợp lai đơn W7415s/17B, độ bất dục ổn định, nhiệt độ chuyển hoá hữu dục là 230C, bằng phương pháp lai thử tiếp tục chọn được một số tổ hợp mới có ưu thế lai cao (Wang. F, Yoshida, 1984, [80].
Để nhanh chóng có được dòng EGMS phục vụ cho công tác sản xuất lúa lai 2 dòng trong điều kiện của Việt nam, theo Nguyễn Thị Trâm (1995) [16] có ba phương pháp chọn tạo như sau:
- Nhập nội các dòng PGMS và TGMS sẵn có từ nước ngoài hoặc từ các Trung tâm nghiên cứu Quốc tế là phương pháp đơn giản, nhanh và có hiệu quả cao vì chúng ta đón và kế thừa được các thành quả nghiên cứu lâu dài của các nước tiên tiến. Tìm hiểu chi tiết các đặc điểm sinh trưởng phát triển, khả năng chống chịu sâu bệnh, tính thích ứng sinh thái của các dòng nhập nội đã được gieo trồng. Đặc biệt việc xác định lại ngưỡng nhiệt độ hoặc độ dài ngày tới hạn, tối ưu và một số điều kiện khác để cho các giống đó chuyển hoá bất dục, hữu dục. Tiến hành lai thử các dòng nhập nội với các giống địa phương để tìm ra các tổ hợp lai mới phù hợp với điều kiện sinh thái của Việt Nam.
- Tạo dòng TGMS và PGMS mới bằng lai tạo và chọn lọc cá thể:
Lai giữa các dòng EGMS (làm mẹ) với các dòng, giống tốt sẵn có (làm bố), gieo hạt lai, quần thể F1 hữu dục, thu hạt F1 tự thụ, gieo F2 để chọn cá thể. Trong quần thể F2 phân ly có thể tìm thấy một số cá thể bất dục vào thời
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
kỳ nhiệt độ cao. Có thể thử tính bất dục chức năng sớm của những cây bất dục, được chọn bằng sử lý nhiệt độ ổn định trong phòng lạnh 23-24oC trước trỗ 12-18 ngày. Một số cây khác trồng ngoài đồng ruộng, trong điều kiện mùa Hè, nhiệt độ >270C. Nếu ở những cây sử lý thu được hạt tự thụ, còn những cây trong điều kiện tự nhiên các bông đều bất dục thì đó chính là TGMS. Trong quá trình chọn lọc cá thể, xác định ngưỡng nhiệt độ chuyển tiếp từ bất dục sang hữu dục và những điều kiện cần thiết khác giúp cho việc sản xuất hạt lai và nhân dòng TGMS đạt năng suất cao.
- Tạo dòng TGMS và PGMS bằng phương pháp gây đột biến, với các tác nhân vật lý hay hoá học, có thể tạo nhiều dạng bất dục khác nhau (CMS, PGMS, TGMS ..). Tuỳ theo mục đích chọn giống mà tạo ra các dạng bất dục đực khác nhau. Sau khi xử lý đột biến cần phân loại các dạng bất dục đực dựa vào phản ứng của chúng với nhiệt độ hoặc chu kỳ chiếu sáng để phân loại các dạng TGMS hoặc PGMS như cách chọn trong quần thể đã mô tả ở trên.
Muốn kiểm tra một dòng có đúng là TGMS hay không cần tiến hành như sau: chia đôi số hạt giống của dòng định kiểm tra, một nửa số hạt được gieo sao cho lúa trỗ sớm nhất vào 20/5 và muộn nhất vào 25/8 (cho vùng Bắc bộ). Nếu lúa trỗ trước 30/4 mà hữu dục, trỗ từ 20/5-25/8 mà bất dục thì dòng kiểm tra chính xác là dòng TGMS.
1.6.2.3. Xác định dòng phục hồi và đánh giá ưu thế lai cho các dòng EGMS
Các dòng EGMS có phổ phục hồi rộng. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc, có tới 95% các giống lúa thường có khả năng phục hồi hữu dục cho các dòng EGMS. Có thể mở rộng phạm vi lai ra các loài phụ, tạo lên một nền di truyền rộng trong tổ hợp lai, đặc biệt giữa Indica và Japonica, do lai xa nên tiềm năng năng suất rất lớn cả về sức chứa và nguồn, đồng thời cũng tăng được phẩm chất...
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Theo Nguyễn Thị Trâm (1995), [16] để xác định được dòng R thích hợp cho các dòng EGMS, cần tiến hành lai thử với nhiều dòng, giống có những đặc tính nông sinh học tốt như khả năng đẻ nhánh, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và phẩm chất cũng như khả năng chống chịu...sẽ cho ưu thế lai cao. Tỷ lệ đậu hạt của con lai F1đạt trên 80% là phục hồi tốt. Cần tính ưu thế lai ở những tính trạng quan trọng, nếu các tổ hợp lai có ưu thế lai thực và ưu thế lai chuẩn cao hơn có ý nghĩa thì tiến hành sản xuất thử hạt lai để bố trí khảo nghiệm ở các vùng sinh thái khác nhau và nhanh chóng kết luận để đưa ra sản xuất.