Luận án: Đánh giá dòng TGMS mới trong chọn tạo lúa lai hai dòng ở Bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM VĂN THUYẾT ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG TGMS MỚI VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Ở PHÍA BẮC VIỆT NAM NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM VĂN THUYẾT ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG TGMS MỚI VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Ở PHÍA BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành : Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 62 62 01 11 Người hướng dẫn khoa học: PGS. Lê Quốc Doanh PGS. Trần Văn Quang HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng sử dụng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã đƣợc cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày.năm 2017 Tác giả luận án Phạm Văn Thuyết i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS.

Lê Quốc Doanh và PGS. Trần Văn Quang đã tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ công chức Cục Trồng trọt và Phòng Cây lƣơng thực, Cây thực phẩm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày. năm 2017 Nghiên cứu sinh Phạm Văn Thuyết ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục các bảng ix Danh mục các hình xiii Trích yếu luận án xiv Thesis abstract xvi PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Những đóng góp mới của luận án 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 2.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nƣớc 5 2.1 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới 5 2.2 Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nƣớc 9 2.2 Hệ thống bất dục sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng 12 2.1 Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) trên lúa 13 2.2 Bất dục di truyền nhân mẫn cảm quang chu kỳ (PGMS) ở lúa 14 2.3 Phƣơng pháp chọn tạo các dòng bố mẹ lúa lai hai dòng 15 2.1 Phƣơng pháp tạo dòng mẹ lúa lai hai dòng 15 2.2 Phƣơng pháp tạo dòng bố lúa lai 18 2.4 Di truyền tính trạng mùi thơm, kích thƣớc hạt và các yếu tố cấu thành năng suất ở lúa 20 2.1 Di truyền tính thơm 20 2.2 Di truyền của kích thƣớc hạt 22 2.3 Di truyền một số tính trạng liên quan đến năng suất 23 ii 2.5 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai chất lƣợng 25 2.6 Khả năng kết hợp của các dòng bố, mẹ lúa lai 27 2.7 Nghiên cứu khả năng chịu nóng của lúa 29 2.8 Một số nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lúa lai F1 33 2.1 Xác định thời vụ sản xuất hạt lai F1 33 2.2 Nghiên cứu tỷ lệ hàng bố mẹ 34 2.3 Nghiên cứu mật độ và số dảnh cơ bản 35 2.4 Nghiên cứu sử dụng GA3 để nâng cao năng suất hạt lai F1 35 2.9 Biện pháp kỹ thuật thâm canh lúa lai 36 2.1 Đặc điểm sử dụng dinh dƣỡng của lúa lai 36 2.2 Kỹ thuật thâm canh lúa lai 38 PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 40 3.1 Địa điểm nghiên cứu 40 3.2 Thời gian nghiên cứu 40 3.2 Vật liệu nghiên cứu 41 3.3 Nội dung nghiên cứu 41 3.1 Nội dung 1: Đánh giá đặc điểm nông sinh học của dòng mẹ TGMS mới và dòng bố, đặc điểm tính dục của dòng mẹ và khả năng chịu nóng của dòng bố 41 3.2 Nội dung 2: Đánh giá đặc điểm nông sinh học của con lai F1; khả năng kết hợp của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố.3 Nội dung 3: Tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt và chịu nóng.4 Nội dung 4: Xây dựng qui trình sản xuất tổ hợp lúa lai hai dòng có triển vọng HQ21 (E15S/R29).4 Phƣơng pháp nghiên cứu 42 3.1 Nội dung 1: Đánh giá đặc điểm nông sinh học của dòng mẹ TGMS mới và dòng bố, đặc điểm tính dục của dòng mẹ và khả năng chịu nóng của dòng bố 42 3.2 Nội dung 2: Đánh giá đặc điểm nông sinh học của con lai F1; khả năng kết hợp của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố.3 Nội dung 3: Tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt và chịu nóng.4 Nội dung 4: Xây dựng qui trình sản xuất tổ hợp lúa lai hai dòng có triển vọng HQ21 (E15S/R29) 50 3.5 Phƣơng pháp phân tích số liệu 53 PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 4.1 Đặc điểm nông sinh học của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố, đặc điểm tính dục của dòng mẹ TGMS mới và khả năng chịu nóng của các dòng bố 54 4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố 54 4.2 Quá trình chuyển đổi tính dục của các dòng mẹ TGMS mới 64 4.3 Đánh giá đặc điểm nông sinh học và xác định gen qui định tính mẫn cảm nhiệt độ của các dòng TGMS mới và các dòng TGMS phổ biến.4 Đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ cao, đến quá trình nở hoa, đặc điểm nông sinh học của các dòng bố trong điều kiện xử lý nhân tạo 77 4.2 Đánh giá một số đặc điểm của con lai F1 và khả năng kết hợp của các dòng mẹ TGMS mới và các dòng bố 79 4.1 Đánh giá một số đặc điểm của con lai F1; khả năng kết hợp của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố trong vụ Xuân 2014 79 4.2 Đánh giá một số đặc điểm của con lai F1; khả năng kết hợp của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố trong vụ Mùa 2014 88 4.3 Tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng có thời gian sinh trƣởng ngắn, năng suất cao, chất lƣợng tốt và chịu nóng 99 4.1 Kết quả khảo sát các tổ hợp lúa lai hai dòng trong vụ Mùa 2013 99 4.2 Kết quả so sánh các tổ hợp lúa lai hai dòng trong vụ Xuân và Mùa 2014 108 4.3 Đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ cao đến quá trình nở hoa và hình thành hạt của các tổ hợp lúa lai ha dòng mới trong điều kiện tự nhiên và nhân tạo ở vụ Mùa 2014 116 4.4 Xây dựng quy trình sản xuất tổ hợp lúa lai hai dòng HQ21 (E15S/R29) 118 4.1 Kết quả hoàn thiện quy trình sản xuất hạt lai F1 tổ hợp HQ21 118 4.2 Kết quả hoàn thiện quy trình canh tác giống lúa lai hai dòng HQ21 126 v PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 130 5.2 Đề nghị 131 Danh mục các công trình công bố liên quan đến luận án 132 Tài liệu tham khảo 133 Phụ lục 146 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình khuyếch đại các đoạn chiều dài) APSA Asia and Pacific Seed Association (Hiệp hội hạt giống châu Á - Thái Bình Dƣơng) AT Aromatic TGMS line (Dòng TGMS thơm) BAC Bacterial Artificial Chromosome (Nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn) BD Bất dục CMS Cytoplasmic Male Sterile (Bất dục đực tế bào chất) CT Công thức CSSLs Chromosome segment substitution lines (Dòng đƣợc thay thế một đoạn nhiễm sắc thể ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long D/R Dài/rộng Đ/C Đối chứng ĐKTN Điều kiện tự nhiên ĐKNK Điều kiện nhà kính DNA DeriboNucleic Acid (Axit đêoxiribonuclei) EGMS Environment sensitive Genic Male Sterile (Dòng bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trƣờng) FAO Food and Agriculture Oganization (Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) GCA General Combining Ability (Khả năng kết hợp chung) IAARD Indonesian Agency for Agricaltural Research and Development (Viện Nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp Indonesia) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế ) KL Khối lƣợng KNKH Khả năng kết hợp vi MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) NS Năng suất NST Nhiễm sắc thể PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng lặp) PGMS Photoperiod sensitive Genic Male Sterile (Dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm ánh sáng) QTL Quantitative Trait Loci (Locus tính trạng số lƣợng) RAPD Random Amplified Polymorphic DNA (Đa hình các đoạn DNA đƣợc khuyếch đại ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragments Length Polymorphism (Đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn) SCA Specific combining ability (Khả năng kết hơp riêng) SSR Simple Sequence Repeates (Đa hình các đoạn lặp lại đơn giản) TGMS Thermosensitive Genic Male Sterile (Dòng bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm nhiêt độ) TGST Thời gian sinh trƣởng ƢTL Ƣu thế lai VX Vụ Xuân VM Vụ Mùa WCG Wide Compatility Gene (Gen tƣơng hợp rộng) vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nƣớc trồng lúa ở Châu Á trong năm 2012 8 3.1 Tên, trình tự và nhiệt độ gắn của các marker sử dụng trong phản ứng PCR 45 4.1 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố 55 4.2 Một số tính trạng số lƣợng của các dòng mẹ TGMS mới và dòng bố trong năm 2013 57 4.