3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
1.4.2 Phương pháp tạo giống lúa lai “ba dòng”
1.4.2.1. Khái niệm và ñặc ñiểm
Lúa lai “ba dòng” là phương pháp sử dụng ba dòng vật liệu có bản chất di truyền khác nhau làm bố mẹ ñể tạo hạt lai F1, các vật liệu ñó là:
- Dòng A là dòng bất dục ñực di truyền tế bào chất (Cytoplasmic Male sterile – CMS) dùng làm mẹ ñể lai. Dòng A (CMS) có bao phấn lép, khi nở hoa bao phấn không mở, trong bao chứa các hạt phấn bị thoái hoá không tích luỹ ñược tinh bột, nếu nhuộm hạt phấn bằng dung dịch KI1% soi trên kính hiển vi hạt phấn không nhuộm màu. Cơ quan sinh dục cái của dòng A khỏe mạnh bình thường, vòi nhụy to, dài vươn ra ngoài vỏ trấu.
- Dòng B là dòng duy trì bất dục (Maintainer) dùng làm bố ñể giữ cho dòng A bảo toàn ñược tính bất dục, là dòng cho phấn dòng A ñể tạo hạt, cây lúa mọc từ các hạt này bất dục phấn. Dòng B có nhiều ñặc ñiểm nông sinh học tốt, có thời gian sinh trưởng phù hợp với yêu cầu sản xuất. Dòng phải ñược chọn lọc cẩn thận, phải là dòng thuần, có nhiều hạt phấn, sức sống hạt phấn cao giúp cho việc nhân nhanh dòng A
- Dòng R dòng phục hồi hữu dục (Restorer) còn gọi là dòng phục hồi phấn dùng làm bố ñể sản xuất hạt lai F1. Cây lai F1 hoàn toàn hữu dục, ñồng nhất về các tính trạng nông sinh học và có ưu thế lai cao. Dòng R phải là dòng thuần có nhiều ñặc tính tốt, năng suất phẩm chất tốt, thời gian sinh trưởng phù hợp [47].
1.4.2.2. Ưu ñiểm và hạn chế của phương pháp “ ba dòng”
* Ưu ñiểm: Phương pháp 3 dòng ñã khai thác có hiệu quả bất dục ñực di truyền TBC, các tổ hợp lai 3 dòng cho năng suất cao hơn hẳn các giống lúa cải tiến trong cùng ñiều kiện canh tác. Các giống lai ba dòng hiện nay không những có năng suất cao mà có phẩm chất tốt, thời gian sinh trưởng ngắn, chống chịu sâu bệnh tốt.
18
* Hạn chế: Phương pháp này còn một số hạn chế 95% số dòng ñang trồng hiện nay thuộc dạng dại, nếu bị dịch bệnh sẽ bị hại nghiêm trọng do ñồng tế bào chất. Năng suất của các tổ hợp lúa lai 3 dòng hiện nay là lai giữa các giống trong cùng loài phụ nên năng suất tăng không ñáng kể. Việc duy trì CMS và sản xuất F1 phải làm hàng năm nên tổ chức sản xuất tốn nhiều công, giá thành còn cao [47].
1.4.3 Phương pháp lai “ hai dòng ’’
1.4.3.1 Bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với môi trường (Environmental Sensitive Genic Male Sterile - EGMS) (Environmental Sensitive Genic Male Sterile - EGMS)
Hướng chủ yếu trong chọn giống lúa lai hai dòng hiện nay là sử dụng dạng bất dục ñực chức năng di truyền – là bất dục di truyền do nhân tế bào ñiều khiển [47].
Bất dục dực di truyền nhân cảm ứng với ñiều kiện môi trường (Environmental Sensitive Genic Male Sterile – EGMS) là một loại “công cụ di truyền” dùng làm dòng mẹ ñể sản xuất hạt lai “hai dòng”. Trong hệ thống này chỉ cần sử dụng một dòng bất dục và một dòng cho phấn ñể sản xuất hạt lai F1. Dòng bất dục ñược nhân trong ñiều kiện nhiệt ñộ và ánh sáng phù hợp ở giai ñoạn mẫn cảm ñể tạo hạt tự thụ. [24]
Nguồn EGMS có giá trị thực tế trong chọn tạo lúa lai hai dòng bao gồm hai loại dòng ñang ñược phổ biến ñó là:
- Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng quang chu kỳ ( Photoperiod- Sensitive Genic Male Sterile: PGMS ). Bất dục ñực do ñiều kiện chu kỳ ánh sáng ngày dài gây nên (bất dục phấn khi ñộ dài ngày lớn hơn 14 giờ; hữu thụ bình thường khi ñộ dài chiếu sáng trong ngày nhỏ hơn 13 giờ 45 phút).
- Dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng nhiệt ñộ (Thermo- sensitive Genic Male Sterile: TGMS). Bất dục ñực do ñiều kiện nhiệt ñộ cao gây nên (bất dục trong ñiều kiện nhiệt ñộ >270C và hữu dục khi nhiệt ñộ thấp hơn 240C).
19
Ngoài ra còn có các loại dòng bất dực ñực di truyền nhân vừa cảm ứng quang chu kỳ vừa cảm ứng nhiệt ñộ; PTGMS hoặc TPGMS hoặc các dòng TGMS ngược hoặc PGMS ngược [47].
1.4.3.2 Ưu ñiểm và hạn chế lai của phương pháp lai hai dòng
* Ưu ñiểm:
Các dòng bất dục EGMS không chịu ảnh hưởng của tế bào chất, phổ phục hồi của các dòng EGMS rộng nên có thể lai xa giữa các kiểu sinh thái ñịa lý và loài phụ hoặc xa hơn ñể tìm kiếm các tổ hợp lai ưu tú, vì vậy ưu thế lai cao hơn các tổ hợp 3 dòng.
Thay thế các dòng CMS bằng EGMS ñã ñơn giản công nghệ sản xuất hạt lai vì không cần dòng duy trì bất dục. Vì vậy, giá thành sản xuất hạt lai F1 rẻ hơn giống lai 3 dòng.
*Hạn chế:
Sản xuất hạt lai hai dòng vẫn phải tiến hành hàng vụ, phải cách ly nghiêm ngặt, tốn nhiều công và thường xuyên chịu rủi ro vì thời tiết thay ñổi ngoài dự ñịnh.
Độ thuần của lô hạt giống không cao vì khi thời tiết thay ñổi có thể xuất hiện một ít hạt phấn hữu dục tạo ra một số hạt tự thụ. Vì hạt F1 ñộ thuần không cao nên ưu thế lai không bộc lộ hết [47].
1.5. Những nghiên cứu về một số ñặc ñiểm nông sinh học của cây lúa 1.5.1 Thời gian sinh trưởng 1.5.1 Thời gian sinh trưởng
Trong canh tác lúa hiện nay, thời gian sinh trưởng của các giống lúa rất ñược quan tâm, vì nó là yếu tố có tương quan chặt chẽ với việc bố trí thời vụ, cơ cấu luân canh của người nông dân trong một chu kỳ sản xuất.
Tác giả Yosida (1981) [51] chia thời gian sinh trưởng ở cây lúa làm hai giai ñoạn chính là giai ñoạn sinh trưởng dinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực. Tuy nhiên, có thể chia thành 3 thời kỳ là sinh trưởng dinh dưỡng, sinh thực và
20
chín. Thời gian sinh trưởng của cây lúa dài hay ngắn phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng dinh dưỡng.
Yosida (1981) [51] khi nghiên cứu về thời gian sinh trưởng các giống lúa cho rằng những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá ngắn thì không thể cho năng suất cao do sinh trưởng dinh dưỡng bị hạn chế. Ngược lại, những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá dài thì cũng cho năng suất thấp vì dễ bị lốp ñổ, và chịu nhiều tác ñộng của ñiều kiện ngoại cảnh bất lợi. Trong khi ñó, các giống có thời gian trong khoảng 120 ngày có khả năng cho năng suất cao hơn nhiều.
Thời gian sinh trưởng của cây lúa phụ thuộc vào thời vụ, kỹ thuật canh tác và ñiều kiện ngoại cảnh. Trong ñiều kiện của Tây Nguyên nước ta, cùng một giống lúa nếu gieo trồng trong vụ Đông Xuân sẽ có thời gian sinh trưởng dài hơn vụ Hè Thu.
Hiện nay, mục tiêu chọn giống ngắn ngày chính là một trong các hướng ưu tiên hàng ñầu trong chương trình cải thiện giống ở nhiều quốc gia trên thế giới. Lý do là bởi các giống ngắn ngày có một số ưu ñiểm: giống chín sớm có tổng tích nhiệt nhỏ hơn giống chín muộn; giống chín sớm sử dụng nước hiệu quả hơn giống chín muộn; giống ngắn ngày mở ra khả năng tăng vụ, rải vụ; ñặc biệt theo nghiên cứu của Kido và cộng sự 1968 những giống ngắn ngày có hàm lượng protein cao hơn những giống dài ngày [51].
1.5.2 Bộ lá lúa và khả năng quang hợp
Yosida (1981) [51] cho rằng một lá lúa hoàn chỉnh bao gồm: bẹ lá, bản lá, tai lá và thìa lá. Bộ lá lúa là một ñặc trưng hình thái giúp phân biệt các giống lúa khác nhau, ñồng thời lá lúa còn là cơ quan quang hợp. Vì vậy, màu sắc, kích thước, ñộ dày lá, góc ñộ lá có ảnh hưởng lớn ñến năng suất sinh vật học và năng suất kinh tế.
Trong một phạm vi nhất ñịnh, diện tích lá có mối tương quan thuận với lượng quang hợp, vượt quá giới hạn này lượng chất khô thực tế giảm vì quá
21
trình hô hấp cũng có tương quan thuận với chỉ số diện tích lá. Chỉ số diện tích lá phụ thuộc vào giống, mật ñộ cấy, lượng phân bón. Diện tích lá tăng dần trong quá trình sinh trưởng, tăng mạnh nhất là thời kỳ ñẻ nhánh rộ và ñạt tối ña trước lúc trổ bông. Ruộng lúa có thể ñạt chỉ số diện tích lá khoảng 10 và có thể lớn hơn nữa vào lúc trỗ bông. Giá trị chỉ số diện tích lá tới hạn vào lúc quang hợp cực ñại là khoảng 5 – 6 [51]. Các giống lúa thấp cây, lá ñứng có thể tăng mật ñộ cấy ñể nâng cao hệ số diện tích lá. Các giống lúa cao cây và xoè, nên hạn chế khả năng tăng mật ñộ vì dễ dẫn tới hiện tượng các lá che khuất lẫn nhau, khi ñó không những không tăng ñược lượng quang hợp mà còn tạo ñiều kiện cho sâu bệnh gây hại nặng [39].
Các lá trên cùng một cây có những chức năng nhất ñịnh khác nhau. Quan trọng nhất ñối với cây lúa chính là ba lá cuối cùng (lá ñòng, lá công năng và lá thứ 3). Theo quan ñiểm của Yuan Long Ping (1993) mô hình cây lúa lý tưởng yêu cầu bộ lá lúa: chỉ số diện tích lá (LAI) khoảng 6,5, các lá ñều phải ñứng, cứng, chiều dài 3 lá cuối cùng: lá ñòng dài 50cm dài hơn tán bông 20cm, lá công năng dài hơn lá ñòng 10% và vươn cao hơn tán bông. Góc lá so với thân lần lượt 50,100, 200, chiều rộng lá khoảng 2cm, bản lá cong lòng mo, lá dày, xanh ñậm, chứa nhiều diệp lục biểu hiện quang hợp mạnh, tích luỹ chất khô cao, khi chín ñầu bông uốn cong, lá ñòng luôn che kín [64].
1.5.3 Thân lúa và khả năng ñẻ nhánh
Thân lúa gồm nhiều mắt và lóng, số lóng trên thân phụ thuộc vào giống. Các giống có thời gian sinh trưởng trung ngày thường có 6 -7 lóng, các giống ngắn ngày có khoảng 4 -5 lóng. Sự phát triển của các lóng ñốt quyết ñịnh ñến chiều cao của cây và liên quan ñến khả năng chống ñổ. Hiện nay, các giống lúa mới thấp cây ñang dần thay thế các giống lúa cao cây vì chúng có khả năng chống ñổ tốt hơn khi ñầu tư thâm canh ñể ñạt năng suất cao [18]
Khả năng ñẻ nhánh là một ñặc ñiểm của cây lúa, ñặc ñiểm này có ảnh hưởng ñến năng suất lúa. Trong qúa trình sinh trưởng, nhánh lúa là những
22
cành mọc trên nách lá của mỗi ñốt trên thân chính hoặc trên các nhánh khác trong thời gian sinh trưởng dinh dưỡng. Các giống lúa khác nhau thì thời gian ñẻ nhánh khác nhau.
Đinh Văn Lữ (1978) [28] cho rằng những giống lúa ñẻ rải rác thì trỗ bông không tập trung dẫn ñến lúa chín không ñều nên không có lợi cho quá trình thu hoạch và năng suất thấp. Như vậy, các giống lúa có khả năng ñẻ nhánh tập trung sẽ rất cần thiết ñể ñạt ñược năng suất cao vì giảm ñáng kể nhánh vô hiệu và thuận lợi cho quá trình thu hoạch.
1.5.4 Những nghiên cứu về dinh dưỡng và kỹ thuật bón phân cho lúa
Phân bón là yếu tố quan trọng ảnh hưởng ñến sinh trưởng và năng suất cây lúa. Cây lúa cần nhiều loại dưỡng chất ñể sinh trưởng và phát triển. Ba loại dưỡng chất mà cây lúa cần với số lượng lớn, gọi là chất ña lượng bao gồm N, P, K. Cây lúa cần nhiều Si hơn cả N, P, K nhưng do ñất cung cấp ñủ nên cây thường không có triệu chứng thiếu. Có những chất cây cần nhưng với số lượng rất ít, gọi là chất vi lượng như Fe, Zn, Cu,…Thiếu hoặc thừa một trong các chất này cây lúa sẽ phát triển không bình thường [26].
Các giống lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau thì yêu cầu phân bón cũng khác nhau. Trong các yếu tố dinh dưỡng ña lượng thì ñạm là nguyên tố quan trọng nhất ñối với cây lúa, ñạm có phản ứng rõ hơn lân và kali [51].
Phạm Văn Cường và cs (2005) [11] cho biết khi tăng lượng ñạm bón thì chỉ số diện tích lá, khối lượng chất khô và tốc ñộ tích luỹ chất khô của lúa lai (Việt lai 20, Bắc ưu 903) vượt trội so với lúa thuần (CR203), ñặc biệt ở giai ñoạn sau cấy 4 tuần, năng suất của các giống lúa ñều tăng, tuy nhiên năng suất của lúa lai tăng nhiều hơn năng suất của lúa thuần.
Khi tăng lượng ñạm bón thì năng suất hạt của các giống lúa thuộc cả nhóm lúa lai, lúa cải tiến và lúa ñịa phương ñều tăng, ñặc biệt tăng mạnh ở giống lúa lai do tăng chủ yếu số bông/khóm, số hạt/bông và tỷ lệ hạt chắc [12],[13].
23
Ngoài yếu tố ñạm thì lân và kali có ý nghĩa rất lớn trong ñời sống của cây lúa. Lân tham gia trong các quá trình ñồng hoá và chuyển vận chất trong cây còn kali tham gia vào hoạt ñộng của nhiều loại men trong cây.
Lân có tác dụng kích thích ra rễ mạnh, tăng cường ñẻ nhánh, giúp cây phục hồi nhanh sau khi gặp những ñiều kiện bất thuận, thúc ñẩy quá trình trổ và chín sớm. Thiếu lân làm cây thấp, khả năng ñẻ nhánh kém, bản lá hẹp, ngắn, thẳng, có màu xanh ñậm tới ám khói, trổ bông muộn, không thể khắc phục bằng cách bón thúc [26],[51].
Kali có tác dụng xúc tiến quá trình quang, ñẩy mạnh sự di chuyển sản phẩm quang hợp từ lá sang các bộ phận khác, tăng cường ñẻ nhánh và giúp cây chống chịu ñược các ñiều kiện bất thuận. Thiếu kali làm cây thấp, lá ngắn, rũ xuống và có màu xanh ñậm; các lá phía dưới, bắt ñầu từ ñỉnh xuống biến vàng giữa các gân lá, có lúc khô chuyển sang màu nâu nhạt. Trong các giai ñoạn sinh trưởng phát triển của cây yêu cầu về kali khác nhau nhưng cây lúa cần kali nhất vào thời kỳ làm hạt ñể tăng khả năng vận chuyển dinh dưỡng vào hạt. Vì vậy, bón kali kéo dài ñến lúc trỗ bông, lúc giai ñoạn hình thành sản lượng là ñiều rất cần thiết [51].
Việc lựa chọn phân bón và cách bón thích hợp là ñiều rất cần thiết. Lượng phân bón cho lúa tùy thuộc giống lúa, mùa vụ và loại ñất. Giống cao sản cần bón nhiều hơn các giống ñịa phương. Giống lúa lai cần bón nhiều hơn các giống lúa thường. Lượng bón phân bón thích hợp cho lúa theo bảng 2.4 sau ñây [26]:
Bảng 1.4. Lượng phân bón cho lúa
Vụ Giống Lượng bón (kg/ha)
N P2O5 K2O Đông Xuân Lúa lai 140 – 160 80 – 100 80 - 100
24
1.5.5 Cấu trúc dạng cây và mô hình cây lúa năng suất cao
Dựa trên cơ sở những kết quả ñã ñạt ñược (Khush, 1990 [61]) ñã tổng kết mô hình kiểu cấu trúc cây lúa mới có năng suất cao như sau:
1) Số dảnh hữu hiệu/khóm từ 3 – 4 dảnh 2) Thời gian sinh trưởng từ 100 – 130 ngày 3) Không có bông vô hiệu
4) Thân cứng chống ñổ tốt 5) Lá thẳng, dày và xanh ñậm
6) Số hạt chắc trên bông từ 200 – 250 hạt 7) Hệ thống rễ khoẻ
8) Chống chịu ñược nhiều loại sâu bệnh 9) Chiều cao cây từ 90 – 100cm
10) Tiềm năng năng suất 10 – 13 tấn/ha
Các kết luận này mang tính chiến lược lâu dài, là mục tiêu trong công tác nghiên cứu chọn giống lúa trong những năm qua. Việc chọn tạo ra các giống lúa thấp cây, ngắn ngày, năng suất cao ñã góp phần tích cực nâng cao năng suất và tổng sản lượng lúa ở nhiều nước trong khu vực châu Á và trên thế giới.
1.5.6 Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết ñến sinh trưởng cây lúa cây lúa
Trong ñời sống cây lúa luôn chịu sự tác ñộng của các yếu tố khí tượng như nhiệt ñộ, ẩm ñộ, ánh sáng và chế ñộ nước. Tuy nhiên, yếu tố nhiệt ñộ và ánh sáng có ảnh hưởng ñáng kể nhất (khó khắc phục) ñối với ñiều kiện khí hậu của Việt Nam.
1.5.6.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ
Nhiệt ñộ trung bình thích hợp cho sinh trưởng của cây lúa trong khoảng 20 – 380C. Tuy nhiên, cây lúa rất mẫn cảm với ñiều kiện nhiệt ñộ thấp, nhất là giai ñoạn làm ñòng, trỗ bông. Thời kỳ này, nếu nhiệt ñộ nhỏ hơn 150C rất dễ
25
gây ra hiện tượng thui chột hoa và hạt lúa bị lép nhiều. Nhiệt ñộ trên 210C