Bạn Nhà Nông

Hiện nay dân số thế giới đã trên 6,7 tỷ, dự báo sẽ đạt 8 tỷ vào năm 2020, nông dân trồng lúa phải sản xuất thêm 25-40% so với sản lượng hiện nay trong điều kiện đất trồng lúa bị thu hẹp, nước tưới khan hiếm hơn và giảm sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu. Năng suất lúa gần như không tăng trong suốt 3 thập niên qua, mặc dù có nhiều cải tiến về giống lúa và kỹ thuật canh tác. Vì vậy công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ di truyền là phương tiện vừa tăng năng suất vừa giúp cây lúa phòng vệ tốt hơn đối với hạn hán, mặn, áp lực sâu bệnh và cung cấp nhiều chất dinh dưỡng hơn

1. Cuộc cách mạng xanh và công nghệ di truyền

Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI đã phóng thích giống lúa IR8, giống lúa cải tiến đầu tiên cho vùng đất ngập nước có tưới. Kể từ đó nhiều nỗ lực nhằm cải tiến lúa theo hướng đạt năng suất cao hơn và có nhiều đặc tính mong muốn vẫn tiếp tục, nhưng cần những bước đột phá mới để phá năng suất trần (hình 1). Công nghiệp di truyền cung cấp phương tiện lai tạo hiệu quả và chính xác để chuyển các gen mang tính trạng mong muốn vào cây lúa (như gen Xa21 kháng bệnh cháy bìa lá, gen cry kháng sâu đục thân, gen ORF2 kháng virus, gen DREB/TPSP chống chịu hạn và mặn, gen chi11, RC7, và NPR1 kháng bệnh do nấm, gen psy và  crtI tổng hợp tiền vitamin-A, gen glgc cho số hạt chắc cao , gen PEPC quang tổng hợp theo cây C₄) và đạt kết quả cao. Chuyển gen Xa bằng kỹ thuật đánh dấu phân tữ đã cho kết quả rất tốt trên lúa; kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi ở Ân Độ, Philippines, Trung Quốc, Indonesia, và Thái Lan

(Hình 1)

2. Bảo vệ thực vật  

Nông dân ở các nước đang phát triển thường chỉ phát huy 20-70% năng suất tiềm năng của giống lúa cải tiến ở hệ thống canh tác lúa nước thích hợp do gặp phải các trở ngại trong quá trình canh tác như thiệt hại do cỏ dại, sâu đục thân, sâu cuốn lá, bệnh đốm vằn, bệnh cháy lá, cháy bìa lá, các vấn đề về môi trường như mặn, phèn, hạn hán… Hạn chế của những giống lúa hiện nay là thiếu gen kháng đối với các sâu bệnh ch; và chống chịu điều kiện môi trường khắc nghiệt. Các nghiên cứu về chuyển nạp gen đã khắc phục được vấn đề trên và rút ngắn khoảng cách năng suất. Giống lúa Bt được triển khai ở Trung Quốc qua nhiều năm đã cho thấy kháng tốt đối với nhiều loại sâu như các loại sâu đục thân, sâu cuốn lá (Cnaphalocrocis medinalis), và sâu đo (Naranga anescens) nên cho năng suất tăng 20% so với giống thông thường. Giống lúa Bt thế hệ thứ 2 được bổ sung thêm gen cry làm chậm lại tiến trình thích nghi của côn trùng đối với giống kháng. Giống lúa được chuyển nạp gen Xa21 được lai hồi giao với nhiều giống lúa indica sau đó đưa đánh giá ngoài đồng ở Philippines, Trung Quốc, và Ân Độ. Giống lúa kháng bệnh vàng lùn, chống chịu thuốc trừ cỏ và môi trường khắc nghiệt đã được đánh giá ở nhiều nước cho kết quả rất triễn vọng

Hình 2. Giống lúa chuyển nạp gen Bt MH63 (T) vẫn phát triển rất tốt trong khi giống MH63 bình thường (C) bị nhiễm sâu cuốn lá nặng. Kế bên là giống Bt MH63 (T) kháng sâu đục thân trong khi giống MH63 bình thường (C) bị nhiễm rất nặng.

Hình 3. Giống lúa chuyển nạp gen IR72 (T) cho thấy kháng bệnh cháy bìa lá trong khi giống IR 72 thông thường (C) bị nhiễm rất nặng tại Vũ Hán, Trung Quốc  

Nâng cao dinh dưỡng gạo  

Trên 800 triệu người trên thế giới sống dưới mức nghèo, trong số đó phũ nữ và trẻ em phần lớn bị suy dinh dưỡng do không có cơ hội tiếp xúc với nguồn thực phẩm đủ chất dinh dưỡng. Nâng cao giá trị dinh dưỡng của gạo cũng là một trong những hướng nghiên cứu nghiên cứu ưu tiên hướng đến người nghèo

Công nghệ di truyền trên lúa để sinh tổng hợp b-carotene kết quả chuyển giao quyền sở hữu trí tuệ từ nhiều công ty như Syngenta, Monsanto, Bayer, và Mogen. Những gene này được sử dụng lai với các giống lúa indica  bằng chất đánh dấu phân tữ với gen pmi (phosphomannose isomerase) với kỳ vọng giảm thiếu vitamin A cho dân nghèo trên thế giới. Hơn nữa, giống lúa có chứa nhiều sắt trong phôi nhũ của gen ferritin cũng được lai tạo thành công. Ngoài ra còn giống lúa có nhiều amino acids thiết yếu (như lysine) trong hạt gạo; công việc đang tiến hành qua hợp tác với DuPont. Hiện có những gen như Xa21, Bt, PR-protein genes đang được lai với giống lúa cao sản (Datta và CTV, 2002) để tạo ra giống lúa giàu sắt, b-carotene và giàu protein và kháng được nhiều loại sâu bệnh để có được giống lúa trong mơ ("dream rice") cho nhân loại

Hình 4. Gạo giống lúa IR64 Golden (phải) cho thấy giàu beta-carotene, so với IR 64 bình thường (trái). Hạt gạo giống lúa chuyển gen giàu sắt (trái) và hạt gạo bình thường (phải ).

Triển vọng

Đột phá năng suất trần qua giống lúa lai và giống lúa dạng hình mới đang được khảo nghiệm nhiều nơi ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Giống lúa lai Trung Quốc phần lớn thuộc nhóm ôn đới Japonica không thích nghi điều kiện nhiệt đới. Việc nâng cao năng suất giống lúa cực ngắn ngày rất khó vì không đủ thời gian tích lủy sản phẩm quang hợp. Riêng cải thiện giá trị dinh dưỡng qua các giống lúa giàu sắt, giàu vitamine A và giàu protein đang được đánh giá ở các tỉnh, trong tương lai gần sẽ đưa ra sản xuất các giống này. Gen kháng rầy nâu phân lập từ Oryza rufipogon, O. officinalis đã được điều tra bằng chỉ thị phân tử. Đây là những  quần thể  lúa hoang đã được thu thập ở Nam Bộ đang được chuyên qua các giống lúa cao sản để có giống lúa kháng rầy nâu ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

Nguyễn Phước Tuyên

Trung tâm Khuyến nông – Khuyến ngư Đồng Tháp