Luận án tiến sĩ nông nghiệp đánh giá nguồn vật liệu bố mẹ và chọn tạo giống lúa lai thơm hệ hai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

......  ……

TRẦN MẠNH CƢỜNG

ĐÁNH GIÁ NGUỒN VẬT LIỆU BỐ MẸ VÀ CHỌN TẠO

GIỐNG LÖA LAI THƠM HỆ HAI DÕNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số : 62 62 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1: GS.TSKH. Trần Duy Quý

2: PGS.TS. Trần Văn Quang

HÀ NỘI - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết

quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ bất kỳ

một luận án hay công trình khoa học nào. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin

trích dẫn sử dụng trong luận án đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ đã

đƣợc cảm ơn.

Tác giả luận án

Trần Mạnh Cƣờng

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ của

các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TSKH Trần Duy Quý và

PGS.TS Trần Văn Quang đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá

trình thực hiện đề tài cũng nhƣ hoàn chỉnh luận án.

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Cây Lƣơng

thực và Cây thực phẩm, Ban Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Nông

nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành

công trình nghiên cứu này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các cán bộ Trung tâm Nghiên cứu và Phát

triển lúa lai, Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ

trợ các phƣơng tiện, trang thiết bị, vật liệu nghiên cứu và kinh phí để thực

hiện đề tài nghiên cứu này.

Sau cùng là gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời

gian, công sức và kinh tế để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận án

Trần Mạnh Cƣờng

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I

LỜI CẢM ƠN II

MỤC LỤC III

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VI

DANH MỤC BẢNG VIII

DANH MỤC HÌNH XII

MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài luận án 3

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 3

3.1. Ý nghĩa khoa học 3

3.2. Ý nghĩa thực tiễn 3

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4

5. Những đóng góp mới của đề tài luận án 5

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

LUẬN ÁN 6

1.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nƣớc 6

1.1.1. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới 6

1.1.2. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong nƣớc 14

1.2. Hệ thống bất dục đực sử dụng trong chọn giống lúa lai hai dòng 18

1.2.1. Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) trên lúa 18

1.2.2. Bất dục di truyền nhân cảm ứng ánh sáng (PGMS) ở lúa 20

1.3. Phƣơng pháp chọn tạo các dòng bố mẹ lúa lai hai dòng 22

1.3.1. Phƣơng pháp tạo dòng mẹ lúa lai hai dòng 22

iv

1.3.2. Phƣơng pháp tạo dòng bố lúa lai 26

1.4. Di truyền của một số tính trạng liên quan đến chất lƣợng ở lúa 29

1.4.1. Di truyền và các yếu tố ảnh hƣởng đến tính thơm 29

1.4.2. Di truyền của kích thƣớc hạt 33

1.4.3. Di truyền hàm lƣợng amylose 34

1.4.4. Di truyền tính trạng hàm lƣợng protein 35

1.4.5. Di truyền tính trạng nhiệt độ hóa hồ 36

1.4.6. Di truyền tính trạng độ bền thể gel 36

1.5. Nghiên cứu về chọn tạo giống lúa lai chất lƣợng cao 37

1.6. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố và các dòng TGMS 40

1.7. Một số nghiên cứu về biện pháp kỹ thuật sản xuất hạt lúa lai F1 43

1.7.1. Xác định thời vụ sản xuất hạt lai F1 44

1.7.2. Nghiên cứu tỷ lệ hàng bố mẹ 45

1.7.3. Nghiên cứu mật độ và số dảnh cơ bản 45

1.7.4. Nghiên cứu sử dụng GA3 để nâng cao năng suất hạt lai F1 46

CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNGPHÁP NGHIÊN CỨU 48

2.1. Vật liệu nghiên cứu 48

2.2. Nội dung nghiên cứu 48

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 49

2.3.1. Đánh giá và chọn lọc dòng bố mẹ phục vụ cho chọn tạo tổ hợp

lúa lai thơm hai dòng 49

2.3.2. Đánh giá khả năng kết hợp và tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai

dòng có triển vọng 55

2.3.3. So sánh các tổ hợp lai trong vụ Mùa 2012 57

2.3.4. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật để thiết lập quy trình

nhân dòng mẹ và sản xuất hạt lai F1 58

2.3.5. Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng HQ19 61

v

CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 63

3.1. Đánh giá và chọn lọc dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn tạo tổ hợp

lúa lai hai dòng thơm 63

3.2. Đánh giá khả năng kết hợp và tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng

có triển vọng 91

3.3. Kết quả so sánh, tuyển chọn tổ hợp lúa lai hai dòng trong vụ

Mùa 2012 111

3.4. Kết quả thiết lập qui trình sản xuất hạt F1 của tổ hợp lúa lai hai

dòng HQ19 và qui trình nhân dòng mẹ E15S-2 115

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 131

1. Kết luận 131

2. Đề nghị 132

CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 134

PHỤ LỤC 154

vi

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Nghĩa

ADN Acid Deoxyribo Nucleic Axít Deoxyribonucleic

AFLP Amplified Fragment Length

Polymorphism

Đa hình chiều dài đoạn phân cắt đƣợc

nhân bội

ARN Acid Ribonucleic Axít ribonucleic

cM Centimorgan Đơn vị khoảng cách bản đồ di truyền

CMS: Cytoplasmic Male Sterile Bất dục đực tế bào chất, ký hiệu là

dòng A

EGMS: Environment sensitive

Genic Male Sterility

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

MAS: Marker Assisted Selection Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử

PGMS: Photoperiod sensitive

Genic Male Sterility

Dòng bất dục đực chức năng di truyền

nhân mẫn cảm quang chu kỳ

QTL: Quantitative Trait Loci Locus tính trạng số lƣợng

RIL Recombinant inbred lines Dòng thuần tái hợp

SCA: Special Combining Ability Khả năng kết hợp riêng

SNP- Single nucleotide Đa hình nucleotit đơn

vii

polymorphisms

SSRs Simple sequence repeats Trình tự lặp lại đơn giản

TGMS: Thermosensitive Genic

Male Sterility

Dòng bất dục đực chức năng di truyền

nhân mẫn cảm nhiêt độ

UTL Ƣu thế lai

WCG: Wide Compatibility Gene Gen tƣơng hợp rộng

viii

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang

1.1 Diện tích và năng suất lúa thuần và lúa lai của một số nƣớc trồng

lúa ở châu Á trong năm 2012

12

2.1 Điểm đánh giá các chỉ tiêu chất lƣợng nấu nƣớng theo tiêu chuẩn

10TCN 590-2004

51

2.2 Các chỉ thị phân tử DNA liên kết với gen mùi thơm fgr 53

2.3 Nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm trong xử lý ngƣỡng của các dòng

TGMS

54

3.1 Một số tính trạng nông học của các dòng TGMS thơm mới phân

lập trong vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

64

3.2 Một số đặc điểm hình thái của các dòng TGMS mới phân lập

trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

66

3.3 Tỷ lệ thò vòi nhụy và khả năng nhận phấn của các dòng TGMS

mới phân lập trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

67

3.4 Kết quả kiểm tra mùi thơm qua lá của các dòng TGMS mới phân

lập trong vụ Mùa 2011 tại Gia lâm, Hà Nội

69

3.5 Kết quả xác định ngƣỡng nhiệt độ chuyển đổi tính dục của các

dòng TGMS trong vụ Mùa 2011 (trong Phytotron)

70

3.6 Tỷ lệ hữu dục của các dòng TGMS mới phân lập trong vụ Mùa

2011 tại Gia Lâm, Hà Nội (ở điều kiện tự nhiên)

72

3.7 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng TGMS mới trong

vụ Xuân 2012

76

3.8 Mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng của các dòng

TGMS mới trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

77

3.9 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng TGMS

mới trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

78

3.10 Đánh giá chất lƣợng và mùi thơm gạo của các dòng TGMS mới

trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

80

ix

3.11 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng của các dòng R trong

điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

83

3.12 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng R trong điều kiện

vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

84

3.13 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng R

trong điều kiện vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

85

3.14 Một số tính trạng liên quan đến chất lƣợng thƣơng trƣờng của

các dòng R trong điều kiện vụ mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

87

3.15 Một số tính trạng liên quan đến chất lƣợng dinh dƣỡng của các

dòng R trong điều kiện vụ Mùa 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội

88

3.16 Một số tính trạng liên quan đến chất lƣợng nấu nƣớng của các

dòng R trong điều kiện vụ mùa 2011

89

3.17 So sánh kết quả đánh giá cảm quan và phát hiện gen thơm bằng

PCR

91

3.18 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Xuân

2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

93

3.19 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lúa

lai trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

94

3.20 Một số chỉ tiêu chất thƣơng trƣờng của các tổ hợp lai trong vụ

Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

96

3.21 Một số tính trạng liên quan đến chất lƣợng dinh dƣỡng của các tổ

hợp lai trong vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

99

3.22 Tổng hợp phiếu đánh giá cảm quan cơm bằng phƣơng pháp cho

điểm

101

3.23 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ về các yếu tố

cấu thành năng suất và năng suất ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm,

Hà Nội

103

3.24 Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng bố mẹ trên một số

tính trạng chất lƣợng ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

104

x

3.25 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng số bông trên khóm

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

105

3.26 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng số hạt chắc trên bông

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

106

3.27 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng khối lƣợng

1.000 hạt của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà

Nội

106

3.28 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng năng suất lý thuyết

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

107

3.29 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng năng suất thực thu

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

107

3.30 Giá trị khả năng kết hợp riêng trên tính trạng tỷ lệ gạo xay của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

108

3.31 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng tỷ lệ gạo xát của các

dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

108

3.32 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng tỷ lệ gạo nguyên của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

109

3.33 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng chiều dài hạt gạo của

các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

109

3.34 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lƣợng amylose

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

110

3.35 Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lƣợng protein

của các dòng bố mẹ ở vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

110

3.36 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Mùa

2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

111

3.37 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lúa

lai trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

112

3.38 Một số chỉ tiêu chất thƣơng trƣờng của các tổ hợp lai trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

113

xi

3.39 Mức độ nhiễm sâu bệnh tự nhiên trên đồng ruộng của các tổ hợp

lai trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

114

3.40 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ tổ hợp lai

HQ19 trong vụ Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

116

3.41 Ảnh hƣởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc điểm

nông học của 2 dòng TGMS trong vụ Mùa 2013 tại Gia Lâm, Hà

Nội

117

3.42 Ảnh hƣởng của liều lƣợng GA3 đến một số đặc điểm nông sinh

học của các dòng bố mẹ tổ hợp lúa lai HQ19 trong vụ Mùa 2012

tại Gia Lâm, Hà Nội

119

3.43 Ảnh hƣởng của liều lƣợng GA3 đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 tổ hợp HQ19 trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

120

3.44 Ảnh hƣởng của tỷ lệ hàng bố mẹ đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất ruộng sản xuất hạt lai F1 tổ hợp HQ19 trong vụ

Mùa 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội

122

3.45 Ảnh hƣởng của thời vụ đến tỷ lệ đậu hạt và một số đặc điểm

nông sinh học của dòng E15S-2 trong vụ Xuân 2013, tại Gia

Lâm, Hà Nội

123

3.46 Ảnh hƣởng của mật độ cấy và lƣợng phân bón đến năng suất

thực thu ruộng nhân dòng E15S-2 ở vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm,

Hà Nội

124

3.47 Một số đặc điểm nông học của các giống khảo nghiệm 125

3.48 Mức độ nhiễm sâu bệnh của các giống tham gia khảo nghiệm 126

3.49 Năng suất thực thu của giống lúa lai 2 dòng HQ19 tại các điểm

khảo nghiệm

127

3.50 Một số đặc điểm về nông sinh học và năng suất của tổ hợp HQ19

trong vụ Xuân 2014 tại Trực Ninh, Nam Định

128

3.51 Một số đặc điểm nông sinh học và năng suất của tổ hợp HQ19

trong vụ Mùa 2014 tại Tiên Du, Bắc Ninh

129

xii

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang

3.1 Kết quả điện di gel agarose 2% sản phẩm PCR cặp mồi ESP và

IFAP

90

xiii