Nghiên cứu ưu thế lai về một số đặc tính nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của lúa lai f1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

----------
----------

PHẠM HỒNG SƠN

NGHIÊN CỨU ƯU THẾ LAI VỀ MỘT SỐ ðẶC TÍNH

NÔNG SINH HỌC LIÊN QUAN ðẾN KHẢ NĂNG

CHỊU HẠN CỦA LÚA LAI F1

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : TRỒNG TRỌT

Mã số : 60.62.01

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN CƯỜNG

HÀ NỘI - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............i

LỜI CAM ðOAN

- Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là

trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.

- Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ

nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Sơn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............ii

LỜI CẢM ƠN

Trong qu¸ tr×nh thùc tËp lµm ®Ò tµi, ngoµi sù cè g¾ng nç lùc cña

b¶n th©n, t«i lu«n nhËn ®−îc sù chØ b¶o, gióp ®ì cña thÇy gi¸o

PGS.TS. Ph¹m V¨n C−êng, Bé m«n C©y l−¬ng thùc, Khoa N«ng

häc, Tr−êng ®¹i häc N«ng nghiÖp Hµ Néi. Nh©n dÞp nµy cho phÐp

t«i ®−îc bµy tá lßng kÝnh träng vµ biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn thÇy.

T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o, c¸n bé c«ng

nh©n viªn cña Bé m«n C©y l−¬ng thùc, Khoa N«ng häc, Tr−êng §H

N«ng nghiÖp Hµ Néi ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn tèt nhÊt cho t«i trong qu¸

tr×nh thùc tËp vµ hoµn thµnh ®Ò tµi nµy.

Qua ®©y, t«i còng xin ®−îc göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh tíi c¸c ThÇy

c« gi¸o trong Khoa N«ng häc, cïng tËp thÓ c¸c thÇy c« gi¸o tr−êng ®¹i

häc N«ng nghiÖp Hµ Néi ®· d×u d¾t, truyÒn ®¹t cho t«i nh÷ng kiÕn

thøc quý b¸u trong suèt thêi gian häc tËp t¹i tr−êng.

Xin c¶m ¬n gia ®×nh, b¹n bÌ vµ ng−êi th©n, nh÷ng ng−êi ®· lu«n

®éng viªn, gióp ®ì t«i trong suèt thêi gian qua.

T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n!

Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Sơn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............iii

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục viết tắt v

Danh mục bảng vi

Danh mục ñồ thị viii

1 MỞ ðẦU 1

1.1 ðặt vấn ñề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Vấn ñề khô hạn ñối với sản xuất lúa trên Thế giới và Việt Nam 3

2.2 Tính trạng liên quan ñến tính chống chịu hạn của cây lúa 11

2.3 Di truyền các tính trạng liên quan tới khả năng chống chịu hạn

của cây lúa 18

2.4 Thể hiện ưu thế lai của cây lúa trong ñiều kiện bất thuận về nước,

nhiệt ñộ và ánh sáng 24

3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 Vật liệu nghiên cứu 27

3.2 Nội dung nghiên cứu 27

3.3 Phương pháp nghiên cứu 27

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Khảo sát ñặc ñiểm nông sinh học của một số dòng lúa cạn trong

vụ mùa 2009 33

4.1.1 Một số chỉ tiêu sinh trưởng của các dòng lúa cạn 33

4.1.2 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của một số dòng lúa cạn 34

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............iv

4.2 ðánh giá ƯTL về một số ñặc tính quang hợp và ñặc ñiểm nông

sinh học liên quan ñến khả năng chịu hạn của lúa lai F1 35

4.2.1 ðặc tính quang hợp và ƯTL ñặc tính quang hợp liên quan ñến

khả năng chịu hạn của lúa lai F1 35

4.2.2 ƯTL về một số ñặc ñiểm nông sinh học liên quan ñến khả năng

chịu hạn của lúa lai F1 57

4.2.3 ƯTL về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ

hợp lai F1 trong ñiều kiện hạn ở thời vụ 1 73

4.2.4 Mối tương quan giữa năng suất cá thể và các yếu tố liên quan ở

thời vụ 1 76

5 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 81

5.1 Kết luận 81

5.2 ðề nghị 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............v

DANH MỤC VIẾT TẮT

CðQH Cường ñộ quang hợp

Ci nồng ñộ CO2 trong gian bào

ð/C ðối chứng

DM Khối lượng chất khô tích lũy

Gs ðộ nhạy khí khổng

Hb % Ưu thế lai thực

Ht % Ưu thế lai giả ñịnh

KL Khối lượng

NSCT Năng suất cá thể

SLA Chỉ số ñộ dày lá

TB Trung bình

THL Tổ hợp lai

Tr tốc ñộ thoát hơi nước

TSC Tuần sau cấy

ƯTL Ưu thế lai

WUE Hiệu suất sử dụng nước

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............vi

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang

2.1 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa chịu hạn trên thế giới 4

2.2 Diện tích lúa gạo dễ bị hạn hán tại Châu Á (Triệu ha) 9

3.1 Nguồn gốc của các dòng lúa thí nghiệm 27

3.2 Phương pháp bón phân thí nghiệm 29

3.3 Lượng phân bón và phương pháp bón cho 1 chậu thí nghiêm: 29

4.1 Một số chỉ tiêu sinh trưởng của các dòng lúa cạn 33

4.2 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của một số dòng lúa cạn 34

4.3a Cường ñộ quang hợp và ƯTL về cường ñộ quang hợp qua các

thời kỳ ở thời vụ 1 36

4.3b Cường ñộ quang hợp và ƯTL cường ñộ quang hợp của lúa lai F1

qua các thời kỳ ở thời vụ 2 37

4.4a Chỉ số SPAD và ƯTL về chỉ số SPAD qua các thời kỳ ở thời vụ 1 39

4.4b Chỉ số SPAD và ƯTL chỉ số SPAD qua các thời ở thời vụ 2 40

4.5a ðộ nhạy khí khổng và ƯTL về ñộ nhạy khí khí khổng qua các

thời kỳ ở thời vụ 1 42

4.5b ðộ nhạy khí khổng và ƯTL về ñộ nhạy khí khí khổng qua các

thời kỳ ở thời vụ 2 43

4.6a Nồng ñộ CO2 trong gian bào (Ci) và ƯTL về Ci qua các thời kỳ ở

thời vụ 1 45

4.6b Nồng ñộ CO2 trong gian bào (Ci) và ƯTL về Ci qua các thời kỳ ở

thời vụ 2 46

4.7a Tốc ñộ thoát hơi nước và ƯTL về tốc ñộ thoát hơi nước qua các

thời kỳ ở thời vụ 1 48

4.7b Tốc ñộ thoát hơi nước và ƯTL về tốc ñộ thoát hơi nước qua các

thời kỳ xử lý hạn, thời vụ 2 49

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............vii

4.8a Hiệu suất sử dụng nước(WUE) và ƯTL về WUE qua các thời kỳ

ở thời vụ 1 51

4.8b Hiệu suất sử dụng nước(WUE) và ƯTL về WUE qua các thời kỳ

ở thời vụ 2 52

4.9a Hiệu suất sử dụng lượng tử ánh sáng(Fv/Fm) và ƯTL về Fv/Fm

qua các thời kỳ ở thời vụ 1 54

4.9b Hiệu suất sử dụng lượng tử ánh sáng(Fv/Fm) và ƯTL về Fv/Fm

qua các thời kỳ ở thời vụ 2 55

4.10a Chiều cao cây và ƯTL chiều cao cây qua các thời kỳ ở thời vụ 1 57

4.10b Chiều cao cây và ƯTL chiều cao cây qua các thời kỳ ở thời vụ 2 58

4.11a Số nhánh và ƯTL về số nhánh qua các thời kỳ ở thời vụ 1 61

4.11b Số nhánh và ƯTL về số nhánh qua các thời kỳ ở thời vụ 2 62

4.12a Ưu thế lai về một số ñặc ñiểm bộ lá trong thời kỳ hạn ở thời vụ 1 63

4.12b ƯTL Diện tích lá và chỉ số ñộ dày lá(SLA) qua các thời kỳ ở thời

vụ 2 64

4.13a Chiều dài rễ, khối lượng rễ khô và ƯTL về hai chỉ tiêu này trong

thời kỳ hạn ở thời vụ 1 67

4.13b Khối lượng rễ khô, tỷ lệ rễ/thân lá và ƯTL về hai chỉ tiêu này qua

các thời kỳ ở thời vụ 2 68

4.14a Khối lượng chất khô tích lũy và ƯTL về khối lượng chất khô tích

lũy ở thời vụ 1 70

4.14b Khối lượng chất khô tích lũy và ƯTL Khối lượng chất khô tích

lũy qua các thời kỳ ở thời vụ 2 71

4.15a Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng bố, mẹ và

các tổ hợp lai F1 trong thời kỳ ở thời vụ 1 74

4.15b ƯTL về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ

hợp lai F1 trong ñiều kiện hạn ở thời vụ 1 75

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............viii

DANH MỤC ðỒ THỊ

STT Tên ñồ thị Trang

4.1 ðồ thị tương quan giữa cường ñộ quang hợp (CER) với năng suất

cá thể (NSCT) ở thời vụ 1 77

4.2 ðồ thị tương quan giữa chất khô tích lũy (DM) với năng suất cá

thể ở thời vụ 1 78

4.3 ðồ thị tương quan giữa năng suất cá thể (NSCT) và các yếu tố cấu

thành năng suất ở thời vụ 1 79

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............1

1. MỞ ðẦU

1.1. ðặt vấn ñề

Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây trồng cung cấp nguồn lương thực quan

trọng nhất của loài người. Khoảng 40% dân số thế giới sử dụng lúa gạo làm

thức ăn chính và 25% dân số thế giới sử dụng lúa gạo trên 1/2 khẩu phần

lương thực hàng ngày. Như vậy, lúa gạo có ảnh hưởng ñến ñời sống ít nhất

65% dân số thế giới. Song cuộc khủng hoảng nước ñang dần xuất hiện và ñe

dọa tới nguồn cung cấp lương thực chủ yếu này.

Khô hạn là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng tới an toàn lương

thực trên toàn thế giới, có thể làm giảm 70% năng suất cây trồng nói chung.

Nó cũng là yếu tố chính làm giảm năng suất lúa, ñã gây ra thiệt hại khoảng 18

triệu tấn dưới ñiều kiện canh tác nước trời và sự thiếu nước tưới ngày càng

nghiêm trọng hơn ở vùng có nước tưới cũng như vùng lúa rẫy. Hiện nay, trên

thế giới có khoảng 40 – 60% diện tích ñất trồng bị hạn hán trong ñó 35% diện

tích bị khô hạn và nửa khô hạn, 25% bị khô hạn trong những thời gian khác

nhau (Nabor,1983). Diện tích lúa chịu hạn chiếm 13% diện tích ñồng ruộng.

Trong khi ñó hạn hán diễn ra liên tục và ngày càng khóc liệt trên quy mô toàn

cầu. Theo các nhà khoa học liên hợp quốc ñã cảnh báo trong năm 2005, trên

thế giới cứ 6 quốc gia thì có một quốc gia phải ñối mặt với tình hình thiếu

lương thực vì những ñợt hạn hán liên tục do biến ñổi khí hậu. Hơn 10 năm

nay, nhiều nước bị mất mùa và trong một vài năm trở lại ñây chịu tới 3 ñến 4

lần hạn hán khắc nghiệt. Tổ chức lương thực thế giới cho biết, trong những

năm tới không phải là lũ lụt hay mưa bão mà là khô hạn sẽ quay trở lại ñe doạ

Châu Á, và gây hậu quả nghiêm trọng cho nền kinh tế khu vực này. Trong khi

ñó khoảng 1/5 diện tích lúa trồng ở Châu Á luôn nằm trong vùng hạn hán

quanh năm. Với tầm quan trọng như vậy, người ta ñã hoạch ñịnh thứ tự ưu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............2

tiên hàng ñầu trong ñầu tư nghiên cứu tính chịu hạn ở lĩch vực cải tiến giống

cây trồng.

Ở Việt Nam sản xuất lúa nước vẫn là ngành truyền thống quan trọng

trong nông nghiệp. Từ một nước trước ñây chỉ tự cung tự cấp, ñến nay chúng

ta ñã phấn ñấu ñủ lương thực và vươn lên trở thành một nước xuất khẩu gạo

ñứng hàng thứ hai trên thế giới. Tuy nhiên, chúng ta cũng chịu không ít thiệt

hại bởi những ñợt hạn.

Sự biến ñổi khí hậu gây ra nhiều tác ñộng có hại cho sản xuất lúa gạo ở

nước ta. Hiện tượng hạn hán ngày càng xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng

cả về cường ñộ và quy mô. ðể giảm thiểu tác hại của hạn hán với ngành sản

xuất lúa gạo, chúng ta cần chủ ñộng phối hợp, ñề ra những giải pháp ñồng bộ

mang tính ña ngành, ña lĩnh vực ñể ñối phó và thích ứng với hạn hán. Ở góc

ñộ của chuyên ngành nông học, với mong muốn góp phần giải quyết vấn ñề

này, chúng tôi tiến hành ñề tài:

“Nghiên cứu ưu thế lai về một số ñặc tính nông sinh học liên quan

ñến khả năng chịu hạn của lúa lai F1”.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

- ðánh giá ñặc tính nông sinh học của các dòng lúa cạn.

- ðánh giá ưu thế lai về các ñặc tính nông sinh học và năng suất của lúa

lai F1 ñược tạo ra từ dòng mẹ TGMS và dòng bố là các dòng lúa cạn.

- Tìm hiểu mối quan hệ giữa ưu thế lai về các ñặc tính của lá, rễ và khả

năng chịu hạn của lúa lai F1 giữa các giống lúa chịu hạn và dòng mẹ bất dục

(TGMS).

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............3

2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Vấn ñề khô hạn ñối với sản xuất lúa trên Thế giới và Việt Nam

Khô hạn là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng tới an toàn lương

thực của nhân loại và ñiều này ñã xảy ra nhiều lần trong quá khứ trên những

phạm vi rộng hẹp khác nhau. Hạn hán làm giảm năng suất cây trồng, làm

giảm diện tích gieo trồng và sau ñó làm giảm sản lượng cây trồng mà chủ yếu

là sản lượng lương thực. Khi hạn xảy ra, con người ñẩy mạnh thủy lợi và các

ñầu tư khác, ñồng nghĩa với tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, do ñó làm

giảm thu nhập của người lao ñộng, ñồng thời kéo theo một loạt các hậu quả

kinh tế xã hội nghiêm trọng như bệnh tật và ñói nghèo...

2.1.1 Vấn ñề khô hạn ñối với sản xuất lúa trên Thế giới

Lúa là một trong những cây lương thực ñược trồng nhiều trên thế giới.

Những vùng trồng lúa mỗi ngày cung cấp lượng lương thực ñủ nuôi sống 3 tỷ

dân, khoảng một nửa dân số thế giới. Năm 2000 thế giới sản xuất gần 600

triệu tấn lúa, 155 triệu ha thu hoạch, trong ñó châu Á sản xuất và tiêu thụ 9%,

châu Phi và châu Mỹ La Tinh sản xuất ñộ 5% sản lượng lúa thế giới ở mỗi lục

ñịa (FAO, 2001)[26].

Song cuộc khủng hoảng nước ñang dần xuất hiện ñe dọa ñến nguồn

cung cấp lương thực này. Theo các nhà khoa học liên hợp quốc ñã cảnh báo

trong năm 2005, trên thế giới cứ 6 quốc gia thì có một quốc gia phải ñối mặt

với tình hình thiếu lương thực vì những ñợt hạn hán liên tục do biến ñổi khí

hậu. Hơn 10 năm nay nhiều nước bị mất mùa và trong một vài năm trở lại ñây

chịu tới ba ñến bốn lần hạn hán khắc nghiệt.

Tổ chức lương thực thế giới (FAO, 2001)[26] cho biết, trong những

năm tới không phải là lũ lụt hay mưa bão mà là khô hạn sẽ quay trở lại ñe dọa

khu vực Châu Á. Thông thường tình hình hạn hán ảnh hưởng toàn bộ ñến khu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp .............4

vực Châu Á, và gây hậu quả nghiêm trọng cho nền kinh tế khu vực. Trong khi

ñó khoảng 1/5 diện tích lúa trồng ở châu Á luôn nằm trong vùng hạn hán

quanh năm. Năm 2004 các ñợt hạn hán kéo dài trên quy mô rộng lớn ñã làm

cho sản xuất nông nghiệp châu Á thiệt hại hàng trăm triệu USD và ñẩy hàng

trăm triệu người dân lâm vào cảnh nghèo ñói. Theo phân tích của trung tâm

khí tượng thế giới cho thấy nhiệt ñộ bề mặt trung bình toàn cầu trong năm

2006 cao hơn 0,420C- 0,50C so với mức trung bình của thời kỳ 1961 -1990.

Năm 2006 ñược coi là năm nóng thứ 6 và tháng 12/2006 là tháng 12 nóng

nhất kể từ khi có theo dõi nhiệt ñộ toàn cầu.

Tổng diện tích lúa chịu hạn trên thế giới khoảng 20 triệu ha, chiếm

13% diện tích trồng lúa. Tuy diện tích không nhiều nhưng nó rất quan trọng

và không thể thiếu ñược, vì nó cung cấp lương thực tại chỗ cho những vùng

dân cư nơi rất khó khăn về giao thông và ñiều kiện khác. Năng suất lúa chịu

hạn chỉ ñạt bình quân khoảng 1 tấn/ha. Tuy nhiên ở Châu Mỹ La Tinh năng

suất có thể ñạt 2,5 tấn/ha. Diện tích lúa chịu hạn phân bố không ñều, chủ yếu

tập trung ở Châu Á, Châu Mỹ La Tinh và Châu Phi (IRRI, 1997)[37]

Bảng 2.1. Diện tích, năng suất và sản lượng lúa chịu hạn trên thế giới

Châu lục

Diện tích

(Triệu ha)

Sản lượng

(Triệu tấn)

Năng suất

(Tấn/ha)

Châu Á 11,953 11,593 1,0

Châu Phi 2,047 1,023 0,5

Châu Mỹ La Tinh 6,724 8,820 1,1

Thế giới 20,364 21,436 1,1

Nguồn: Theo IRRI (1997)

Ở Châu Á, khoảng 50% ñất trồng lúa là canh tác nhờ nước trời và mặc dù

năng suất ở các vùng có tưới ñã tăng gấp 2 – 3 lần so với 30 năm trước ñây,

nhưng những vùng canh tác nhờ nước trời năng suất tăng lên ở mức rất nhỏ, bởi

vì những vùng này sử dụng giống lúa cải tiến rất khó khăn do môi trường không