Nghiên cứu đặc điểm di truyền một số tính trạng khi lai các dòng lúa đuợc tạo ra bằng đột biến với giống gốc TDB06

1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa Trên thế giới, Lúa là một trong ba cây lương thực chủ yếu (lúa mì, lúa và ngô) được 250 triệu nông dân trồng. Diện tích đất trồng lúa trên thế giới xếp thứ 2 sau lúa mì và chiếm 2/3 diện tích dất trồng trọt có nước tưới. Lúa gạo có trong khẩu phần ăn của 65% dân số thế giới. Còn ở Việt Nam, với dân số trên 80 triệu và 100% người dân sử dụng lúa gạo làm lương thực chính. Lúa là một trong những cây lương thực có giá trị dinh dưỡng cao. - Tinh bột là thành phần chủ yếu của lúa gạo (62,4%). Là nguồn chủ yếu cung cấp calo. Tinh bột được cấu tạo bởi amylose và amylopectin, đây là hai yếu tố ảnh hưởng đến thành phần và tính chất của gạo: Amylose cấu tạo mạch thẳng (gạo tẻ). Amylopectin có cấu tạo mạch ngang (gạo nếp). - Protein: Hàm lượng protein trong lúa gạo tuy thấp (7 - 8%) nhưng chứa đầy đủ các loại axitamin không thay thế. - Lipit: Tập trung chủ yếu trong lớp vỏ gạo, nếu gạo xay thì tỷ lệ này là 2,02%, còn nếu gạo sát thì tỷ lệ này còn 0.52%. - Xenlulozo (11,8%): Tập trung chủ yếu trong vỏ chấu và có hàm lượng cao hơn trong các loại ngũ cốc khác. - Vitamin: Chủ yếu là vitamin nhóm B (B1, B2, B6...) lượng vitamin B1 là 0,45mg/100 hạt (trong đó ở phôi chiếm 47%, vỏ cám 34,5%, hạt gạo 3,8%). Như vậy chúng ta có thể nói cây lúa có các chất dinh dưỡng rất cần thiết cho đời sống con người, chăn nuôi, công nghiệp, mang lại giá trị kinh tế to lớn. Hầu hết toàn bộ cây lúa được sử dụng vào nhiều mục đích như: + Gạo : Làm thức ăn cho người, gia súc, gia cầm, sản xuất rượi bia... + Tấm : Sản suất tinh bột, rượu cồn, vốtca, axeton, phấn mịn, thuốc chữa bệnh. 11 + Cám: Dùng sản xuất thức ăn cho gia xúc. Trong y học dùng sản xuất vitamin B1 chữa bệnh tê phù. + Trấu: Sản xuất nấm men, làm thức ăn cho gia súc, sản xuất vật liệu đóng lót hàng, dùng để độn chuồng, làm phân bón, làm chất đốt. + Rơm rạ: Với thành phần chủ yếu là xenluloza có thể dùng sản xuất giấy, dây thừng, mũ, giầy dép. Dùng làm thức ăn gia súc, làm vật liệu nuôi trồng một số loại nấm ăn, nấm dùng làm dược liệu, dùng làm chất đốt... 1.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa lai trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Trên thế giới Hội nghị lúa lai tổ chức tại Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI với 38 tổ chức tư nhân và chính phủ năm 2008, đến năm 2010, con số này phát triển lên 47 tổ chức với mục tiêu tăng cường trao đổi thông tin và hợp tác giữa các tổ chức nghiên cứu tư nhân và nhà nước trong phát triển kỹ thuật lúa lai. Kỹ thuật này là chìa khóa để gia tăng năng suất sản lượng lúa từ thập niên 1970, đến năm 2008 diện tích trồng lúa lai trên thế giới lên đến 20 triệu ha, trong đó có 3 triệu ha ở những nước ngoài Trung Quốc. Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI đã hợp tác với các cơ quan nghiên cứu trong việc tìm nguồn hỗ trợ tài chính, vật liệu lai tạo, phổ biến các giống mới. Nghiên cứu lúa lai bắt đầu ở các cơ quan nghiên cứu để tìm các nguyên lý cơ bản khoa học, giải quyết các trở ngại trong kỹ thuật, kinh tế và chính sách hỗ trợ. Với sự tiến bộ kỹ thuật, các công ty tư nhân ngày càng tham gia tích cực trong việc nghiên cứu và phát triển lúa lai, đầu tư ngày càng nhiều trong việc kinh doanh hạt giống lúa lai. Việc chuyển dịch từ nghiên cứu kinh điển sang thương mại cần thiết có sự hợp tác chặt chẽ giữa bộ phận nhà nước và tư nhân để không ngừng cải tiến và thương mại hóa lúa lai cho nông dân. Các công ty giống của bộ phận tư nhân đã có tiến bộ đáng kể trong việc tổ chức sản xuất, chế biến và tiếp thị hạt giống trên diện rộng, là những lĩnh vực 12 là IRRI và các cơ quan nghiên cứu không thể vươn tới. Những cơ quan này tập trung vào lĩnh vực nghiên cứu khoa học, tổ chức đánh giá các cặp lai, phát triển quỹ gen, phát triển kỹ thuật và xây dựng cơ sở vật chất. Kết hợp 2 thế mạnh của bộ phận nhà nước và tư nhân sẽ giúp cho lúa lai phát triển ngày càng bền vững. Trong các năm qua, những thành viên của Hiệp hội phát triển lúa lai quốc tế họp lệ thường niên tại IRRI. Họ thảo luận và thống nhất giải quyết những trở ngại trong phát triển lúa lai, những trở ngại trong bộ phận nhà nước và tư nhân để tạo cơ chế hợp tác bền vững. Trung Quốc là nước phát triển lúa lai nhất thế giới. Đến năm 2010, diện tích lúa lai Trung Quốc lên 20 triệu ha, chiếm 70% diện tích canh tác lúa, đến năm 2005 đã đưa ra 210 giống lúa lai, đã góp phần đưa năng suất lúa của Trung Quốc từ 4,32 tấn/ha của năm 1979 lên 6,58 tấn/ha năm 2009, trong khi năng suất lúa trung bình của thế giới chỉ có 3,74 tấn/ha (FAOSTAT 2011). 1.2.2. Ở Việt Nam Ở Việt Nam lúa là cây trồng chính, cung cấp lương thực và là ngành sản xuất truyền thống trong nông nghiệp. Mục tiêu sản xuất lúa đến năm 2010 của Việt Nam là duy trì diện tích trồng lúa ở mức 3,96 triệu ha và sản lượng lúa đạt 40 triệu tấn, tăng 5,5 triệu tấn so với năm 2003 (QĐ 150/2005/QĐTTG ngày 20/06/2005). Để tăng sản lượng lúa, khả năng mở rộng diện tích không nhiều và còn gây ảnh hưởng không tốt đến hệ sinh thái, do đó chủ yếu vẫn dựa vào tăng năng suất. Trong hệ thống các biện pháp kỹ thuật tăng năng suất thì giống là biện pháp quan trọng và có hiệu quả nhất. Từ năm 1992, Việt Nam đã nhập nội nhiều giống lúa tốt từ Trung Quốc, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã tiếp thu những thành tựu nghiên cứu và thực hiện phương châm “đi tắt đón đầu” tiến bộ kỹ thuật về lúa lai thông qua hệ thống khuyến nông để mở rộng ra sản xuất. Lúa lai đã góp phần tăng năng suất lúa, tăng thu nhập cho nông dân thông qua xuất khẩu gạo trong hơn 10 13 năm qua. Trong tương lai sản xuất lúa gạo ở Việt Nam vẫn là ngành sản xuất lớn trong nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hoá, phát triển bền vững về năng suất, chất lượng và có sức cạnh tranh cao trên thị trường quốc tế. Lúa lai là kỹ thuật chìa khóa để gia tăng năng suất, sản lượng lúa. Trung Quốc là nước phát triển lúa lai nhất thế giới. Đến năm 2010, diện tích lúa lai Trung Quốc lên 20 triệu ha, chiếm 70% diện tích canh tác lúa của Trung Quốc, đã góp phần đưa năng suất lúa từ 4,24 tấn/ha của năm 1979 lên 6,58 tấn/ha năm 2009, trong khi năng suất lúa trung bình của thế giới chỉ có 4,32 tấn/ha (FAOSTAT, 2011), Diện tích lúa lai của các nước ngoài Trung Quốc trên 3 triệu ha, trong đó Việt Nam khoảng 600.000 ha, chủ yếu trồng ở các tỉnh phía Bắc và một số tỉnh miền Trung, Tây Nguyên. Các dòng lai giữa Indica và Japonia đều cho năng suất trên 9 tấn/ha. Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã lai tạo ra Việt Lai 20 vào năm 2004 đã được công nhận là giống quốc gia đầu tiên của Việt Nam. Từ đó đến nay, có nhiều giống lúa lai khác được ra đời như TH3-3, TH5-1, TH3-4 và Việt Lai 24, những giống này cũng đã được công nhận là giống quốc gia và đang được sản xuất trên diện tích hàng chục nghìn héc-ta là những thành công ban đầu của canh tác tự lai tạo và sản xuất hạt giống lúa lai tại Việt Nam. 1.3. Các phƣơng pháp lai tạo giống cây trồng 1.3.1. Lai cùng loài – lai gần Là phép lai giữa các cá thể có quan hệ họ hàng gần. Lai gần là nhằm củng cố một tính trạng mong muốn nào đó. Nhưng lai gần liên tiếp qua nhiều thế hệ sẽ dẫn đến thoái hóa giống, vì dị hợp giảm, đồng hợp tăng, các gen lặn đột biến có điều kiện tổ hợp gặp nhau tạo ra kiểu hình không bình thường có hại cho sinh vật. Tùy vào mục đích cụ thể mà người ta áp dụng các kiểu lai khác nhau: 14  Lai đơn Lai đơn là phép lai được tiến hành một lần giữa hai dạng bố, mẹ. Giả sử hai dạng bố, mẹ là A và B thì phép lai được biều diễn như sau: P: A x B  Lai thuận nghịch Lai thuận nghịch cũng là một phép lai đơn. Lai thuận nghịch là phép lai có sự thay đổi vai trò làm bố, mẹ nhằm xác định tính trạng đang xét do gen trong nhân hay trong tế bào chất quy định. Khi đó phép lai được biểu diễn như sau: Lai thuận: ♂A x ♀ B Lai nghịch: ♂ B x ♀ A  Lai phức tạp Là phép lai nhiều hơn 2 dạng bố, mẹ tham gia của thế hệ con lai được giao phối trở lại với 1 trong 2 dạng bố, mẹ. Nhằm củng cố tính trạng mong muốn nào đó.  Lai trở lại Là phép lai trong đó con lai được lai trở lại với 1 trong các dạng bố, mẹ. Áp dụng trong các trường hợp để khắc phục tính bất dục của lai khi lai xa, tăng cường trong thế hệ lai những tính trạng cần thiết của bố, me. Phép lai trở lại được thể hiện như sau: Lai giữa bố, mẹ: P: (♂ A x ♀ B ) Thế hệ lai trở lại thứ nhất: P: ((♂ A x ♀ B) × ♂ A) Thế hệ lai trở lại thứ hai: P: (((♂ A x ♀ B) × ♂ A) × ♂ A) Thế hệ lai trở lại thứ ba: P: ((((♂ A x ♀ B ) × ♂ A) × ♂ A) × ♂ Thế hệ lai trở lại thứ tư: P: ((((♂ A x ♀ B ) × ♂ A) × ♂ A) × ♂ A) × ♂ A) 15  Lai hồi quy Là phép lai dựa trên cơ sở của phép lai trở lại theo từng cặp của các thể lai khác vùng cùng với một thể nhận, mục đích để di truyền đồng thời một vài tính trạng quý. Phép lai được thể hiện như sau: P: A x B → C P: B x A → C’ P: B x C → D P: C’ x A → D’ P: D x B → F P: D’ x A → F’ P: F x F’  Lai nhiều bậc Là phép lai mà con lai của những lần lặp lại được lai với dòng hoặc giống thứ 3 nếu cần thiết thì có thể tiếp tục lai với dòng, giống thứ 4, thứ 5… Phép lai được biểu diễn như sau: ((( A × B) × C) × D) × E) × ….  Lai hỗn hợp Là phép lai giữa các con lai với nhau. Bản chất của các lai này là quần thể được tạo ra từ một nhóm lớn các bố mẹ, đồng thời những cá thể F1 cũng được lai ngay với những dòng lai khác. 1.3.2. Lai khác loài – lai xa - Là phép lai giữa các cá thể khác loài, khác chi hoặc xa hơn nữa. Lai xa ở thực vật nói chung và ở lúa nói riêng thường gặp phải một số khó khăn sau: + Hạt phấn khác loài không nảy mầm trên vòi nhụy của loài khác hay nảy mầm được nhưng chiều dài ống phấn không phù hợp với chiều dài của vòi nhụy nên không thụ tinh được. + Chu kì sinh sản của 2 loài khác nhau là khác nhau. Tuy nhiên bên cạnh khó khăn đó lai xa cũng có nhiều ưu thế như: 16