Cánh cửa phát triển lúa lai ở Việt Nam vẫn mở nếu được tiếp sức bởi khoa học công nghệ đang phát triển rất nhanh, những gì hôm nay chưa hề nghĩ tới thì ngày mai thay đổi rồi.
GS. Viên Long Bình, người được thế giới tôn vinh là cha đẻ lúa lai vừa qua đời vào chiều ngày 22/5/2021 tại Hồ Nam, Trung Quốc. Sự ra đi của ông ở tuổi 91, trong niềm thương tiếc không những ở đất nước ông mà còn nhiều nơi trên thế giới. Tổng thư ký Liên hiệp quốc Antonio Guterres đã gửi lời chia buồn đến gia đình GS. Viên Long Bình và bày tỏ “sự kính trọng đối với cống hiến to lớn của ông trong suốt đời, giúp đảm bảo an ninh lương thực cho nhiều tỉ người”.
GS. Viên Long Bình sinh thời thường nói rằng cuộc đời ông chỉ có hai giấc mơ, thứ nhất năng suất lúa lai ngày càng cao hơn để tăng sản lượng trên đơn vị diện tích và thứ hai lúa lai được trồng đến 50% diện tích lúa thế giới. Sự say mê đối với lúa lai trong ông là vô hạn, ba tháng trước khi qua đời ông còn đi thăm ruộng lúa và bị ngã phải nhập viện điều trị rồi ra đi vĩnh viễn. Năm 2017 ở tuổi 87, ông trực tiếp báo cáo bằng tiếng Anh ở một hội nghị quốc tế tại Bắc Kinh về “Phát triển lúa lai và an ninh lương thực thế giới”, ông diễn đạt rõ ràng và mạch lạc, gần như là một tổng kết về suy nghiệm của ông đối với lúa lai. Trong đó, GS. Viên Long Bình cho rằng trong các yếu tố làm tăng năng suất lúa, giống tốt là yếu tố hiệu quả, và trong giống lúa, lúa lai có khả năng tăng năng suất cao nhất. Ông kết luận đất lúa ngày càng giảm trong khi dân số ngày càng tăng, vì vậy việc áp dụng rộng lúa lai trên thế giới sẽ đóng góp đáng kể cho đảm bảo nhu cầu tiêu dùng gạo trên toàn cầu trong thế kỷ 21.
Cha đẻ lúa lai vừa ra đi về cánh đồng lúa vĩnh hằng khi đã biến giấc mơ của đời mình thành hiện thực, trước nhất trọn vẹn cho tổ quốc ông và đóng góp đáng kể cho an ninh lương thực thế giới 50 năm qua, trong đó Giải thưởng Lương thực thế giới (World Food Prize) quý giá được trao tặng cho ông vào năm 2004 - trùng với năm Quốc tế về Lúa gạo do Liên hiệp quốc công bố là một minh chứng.
Ưu thế lai là hiện tượng phổ quát ở sinh vật khi con lai đời F1 có nhiều đặc điểm ưu việt hơn bố mẹ. Ở lúa hiện tượng ưu thế lai được J.W. Jones công bố vào năm 1926 nhưng vì lúa là cây tự thụ phấn nghiêm ngặt nên không ai nghĩ ra cách nào để khai thác vì không thể tạo ra hạt lai giữa giống bố và mẹ một số lượng đủ lớn để trồng trong sản xuất. Riêng GS. Viên Long Bình khi bắt đầu nghiên cứu lúa đã nghĩ đến khả năng trong tự nhiên có cây lúa bất dục đực (phấn hoa bị chết), từ đó ông và cộng sự đã tìm kiếm mọi nơi và sau nhiều năm miệt mài đến năm 1970 đã tìm thấy cây lúa bất dục đực trong lúa hoang (Oryza rufipogon) ở đảo Hải Nam.
Từ nguồn bất dục đực tế bào chất của lúa hoang, GS. Viên Long Bình đã lai tạo chuyển đặc tính này vào lúa trồng và phát triển hệ thống tạo ra giống lúa lai gồm 3 dòng: dòng mẹ bất dục đực tế bào chất, CMS - cytoplasmic male sterilty (A), dòng duy trì dòng mẹ (B) và dòng phục hồi (R). Lai chéo tự nhiên giữa A x R cho ra hạt giống lai để trồng trong sản xuất và lai chéo giữa A x B cho ra hạt của dòng A. Điều đặc biệt ở đây là dòng B giống y như dòng A, ngoài đặc tính hữu thụ bình thường vì vậy khi lai giữa A và B thì cho ra chính A (bất dục đực hoàn toàn) vì gen bất dục đực nằm trong tế bào chất của A. Dòng R để lai thành công với A phải có gen phục hồi hữu thụ và chỉ khoảng 6% giống lúa có khả năng phục hồi. Đây là hệ thống sản xuất lúa lai 3 dòng, gọi là thế hệ lúa lai thứ nhất. Giống lúa lai đầu tiên từ hệ thống 3 dòng được đưa vào sản xuất đại trà năm 1976.
Không dừng lại ở hệ thống 3 dòng, nhà khoa học Trung Quốc Shi Mingsong đầu tiên phát hiện dòng bất dục đực tự nhiên vào năm 1973 ở tỉnh Hồ Bắc từ đó tạo ra dòng Nongken 58S bất dục đực nhân mẫn cảm với môi trường (TGMS/PGMS - photoperiod/thermo-sensitive genic male sterility) vào năm 1981, dẫn đến việc hình thành hệ thống lúa lai 2 dòng năm 1986. Trong hệ thống này để sản xuất hạt giống lai chỉ cần 2 dòng, dòng làm mẹ khi trồng ở nhiệt độ cao (như trên 25 độ C) sẽ trở nên bất dục đực dùng lai chéo với dòng bố bất kỳ (không cần khả năng phục hồi) tạo ra hạt giống lai nhưng khi trồng ở nhiệt độ thấp (như dưới 23 độ C) sẽ hữu thụ bình thường để duy trì. Trong hệ thống 2 dòng không cần có dòng B và không có công đoạn lai chéo A x B như hệ thống 3 dòng.
Hệ thống lúa lai 3 dòng và 2 dòng đã được phát triển rất tinh vi và hiệu quả để khai thác hiện tượng ưu thế lai trong sản xuất lúa. Đến nay tất cả các giống lúa lai ở Trung Quốc và các nước đều được tạo ra bằng hệ thống 3 dòng hoặc 2 dòng.
GS. Viên Long Bình luôn mơ ước đến đỉnh cao năng suất của lúa lai vì vậy ông đã xây dựng chiến lược tạo giống siêu lúa lai vào năm 1996 với bậc thang nâng lên 10,5 tấn/ha năm 2000; 12,0 tấn/ha năm 2005; 13,5 tấn/ha năm 2015 và 15,0 tấn năm 2020. Chiến lược là kiến tạo dạng hình cây lúa để tạo ra số hạt chắc trên bông cao nhất, ruộng lúa dày đặc hạt mà ông gọi là “thác lúa”. Trong báo cáo của GS. Viên Long Bình năm 2017, năng suất siêu lúa lai đã đạt 16 tấn/ha, giống điển hình là Super 1000 (các mức năng suất trên là năng suất ruộng trình diễn quy mô 6,7 ha).
Trong cuộc phỏng vấn có lẽ là cuộc phỏng vấn cuối cùng của ông do đài CCTV13 thực hiện vào năm 2020, ông cho biết siêu lúa lai đã đạt 18 tấn/ha và ông kỳ vọng sẽ lên đến 20 tấn/ha (theo IRRI Annual Report 1996, tiềm năng năng suất lý thuyết tối đa của lúa là 23,2 tấn/ha).
Trong sản xuất, Trung Quốc có diện tích lúa lai chiếm khoảng 50% diện tích trồng lúa 29,9 triệu ha, các nước khác tổng diện lúa lai khoảng 7 triệu ha, trong đó nhiều nhất là Ấn Độ 3 triệu ha. Các nước có diện tích lúa lai biến động trong khoảng 500.000-700.000 ha có Việt Nam, Indonesia và Bangladesh. Mỹ trồng lúa lai khoảng 400.000 ha chiếm 40% diện tích trồng lúa. Trong sản xuất, năng suất lúa lai cao hơn lúa thuần khoảng 15-20%. Ở Trung Quốc năng suất lúa bình quân cả nước đối với lúa lai đạt 7,5 tấn/ha so với lúa thuần đạt 6,4 tấn/ha và năng suất lúa bình quân cả nước đạt 7,0 tấn/ha (FAO, 2019). Ở Mỹ, năng suất lúa bình quân cả nước là 8,3 tấn/ha trên tổng diện tích 1 triệu ha. Việt Nam năng suất lúa bình quân 5,8 tấn/ha trên tổng diện tích 7,4 triệu ha, năng suất lúa lai bình quân khoảng 6,5 tấn/ha.
Ngoài Trung Quốc, diện tích lúa lai qua 30 năm từ 1990 đến nay tăng rất chậm, thậm chí một số nước có chiều hướng giảm. Trong khi các nước như Ấn Độ, Philippines và Indonesia đã và đang đầu tư cho nghiên cứu phát triển lúa lai rất lớn. Các nước như Thái Lan, Nhật, Hàn Quốc không trồng lúa lai. Điều này cho thấy tính đa chiều trong áp dụng một tiến bộ khoa học trong năng suất nông nghiệp nói chung và lúa gạo nói riêng, ví dụ đối với các nước đứng trước thử thách thiếu lương thực, thì yếu tố năng suất để tăng sản lượng là hàng đầu, còn đối với các nước sản xuất thừa hoặc có mức sống cao thì việc lựa chọn thường mang tính đa chiều (ví dụ xem nặng về chất lượng, giá thành, khả năng cơ giới hóa, ảnh hưởng môi trường, giá trị văn hóa, v.v). Tiến bộ khoa học lại không ngừng phát triển, đối với lúa lai cũng vậy, sẽ tạo ra nhiều cơ hội tích hợp tính đa chiều hơn cho ứng dụng vào sản xuất.
Không dừng lại lúa lai thế hệ thứ nhất và thứ hai, khoa học về lúa lai đang phát triển theo hướng ứng dụng công nghệ gen và hệ gen (genome) để tạo ra lúa lai thế hệ thứ ba. Trong lúa lai thế hệ thứ ba, dòng mẹ là dòng bất dục đực được điều khiển bởi gen lặn ở nhân, gọi là dòng bất dục đực nhân (NMS - nuclear male sterility) thay thế cho dòng mẹ bất dục đực tế bào chất trong lúa lai thế hệ thứ nhất (lúa lai 3 dòng) hoặc dòng mẹ bất dục đực ở nhân nhạy cảm nhiệt độ/quang kỳ trong lúa lai thế hệ thứ 2 (lúa lai 2 dòng).
Dòng bất dục đực NMS trước nay không thể sử dụng tạo ra giống lai vì không duy trì được do không có dòng duy trì vì yếu tố bất dục đực ở nhân tế bào. Đến năm 2006 công ty Dupont - Pioneer nghiên cứu thành công sử dụng NMS trong tạo giống ngô lai và từ năm 2012 được ứng dụng trong sản xuất ngô lai ở Mỹ. Thành công này ở ngô mở ra triển vọng áp dụng cho các cây trồng quan trọng khác như lúa và lúa mì.
Ở lúa, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc năm 2016 đã công bố phát triển thành công phương pháp tạo giống lúa lai thế hệ thứ 3 sử dụng dòng mẹ NMS. GS. Viên Long Bình cùng năm cho rằng lúa lai thế hệ thứ 3 kết hợp được ưu điểm của thế hệ thứ 1 và thứ 2 sẽ tạo ra đột phá mới (Yuan, 2016, Sci. Bull. 61, 3404). Hệ thống lúa lai thế hệ thứ 3 được tóm tắt như sau:
Giống lúa thuần được đột biến và thanh lọc và chọn ra dòng bất dục đực nhân NMS. Dòng duy trì (dòng B) được tạo bằng chuyển nạp 3 liên kết nhau: gen phục hồi hữu thụ, gen làm chết hạt phấn và gen tạo màu hạt (đỏ) vào dòng NMS này. Dòng B nhân ra bằng tự thụ bình thường sẽ phân ly ra 2 loại hạt, trong đó hạt màu đỏ là của dòng B và hạt của dòng NMS hoàn toàn bất dục đực có màu bình thường. Máy tách màu sẽ tách hai loại hạt ra riêng. Hạt NMS dùng làm dòng mẹ lai với dòng cha được chọn để tạo ra giống lai. Hạt của dòng B nhân ra để tạo ra hạt của mình và của dòng NMS. Tóm lại trong hệ thống lúa lai thế hệ thứ ba, khi đã tạo được dòng duy trì từ dòng NMS thì việc sản xuất hạt giống lai đơn giản và hiệu quả hơn nhiều so với lúa lai thế hệ thứ nhất và thứ hai nhờ các lợi điểm sau:
- Có thể tạo chọn dòng mẹ bất dục đực và dòng cha từ bất cứ giống nào trong nguồn quỹ gen lúa theo ý muốn, vì vậy giống lai có phổ chọn giống cha mẹ rất rộng, khai thác đa dạng về di truyền, tăng tính bền vững trong sản xuất. Điều này lúa lai thế hệ thứ nhất và thứ hai không có được.
- Đơn giản hóa công đoạn sản xuất hạt giống lai. Khi nhân dòng duy trì đồng thời thu được dòng NMS và dòng duy trì.
- Tính bất dục đực của dòng mẹ không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường nên việc sản xuất dòng mẹ và hạt giống lai được ổn định trong điều kiện thay đổi thời tiết bất thường và thực hiện trong mùa vụ sản xuất bình thường.
Hiện nay, phương pháp tạo chọn dòng NMS đang được cải tiến một bước nữa bằng cách ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen (CRISPR/Cas9) để trực tiếp tạo ra dòng NMS thay cho phương pháp đột biến tốn nhiều thời gian.
Điểm lưu ý là trong lúa lai thế hệ thứ ba, tuy dòng duy trì là dòng biến đổi gen nhưng do có mang gen làm chết hạt phấn nên không lai chéo với giống lúa khác, vì vậy tránh được lo ngại về an toàn sinh học. Còn dòng mẹ bất dục đực nhân NMS và giống lúa lai F1 hoàn toàn không biến đổi gen.
Việt Nam là nước tiếp nhận công nghệ lúa lai của Trung Quốc khá sớm trong đó cố Bộ trưởng Nguyễn Công Tạn là người đầu tiên trực tiếp đưa công nghệ lúa lai về Việt Nam. Đến nay Việt Nam đã làm chủ được công nghệ lúa lai 3 dòng và 2 dòng trong tự tạo ra giống lai đưa vào sản xuất trên diện rộng. Ngoài ra, Việt Nam có nhiều nhà chọn tạo giống lúa lai xuất sắc như PGS.AHLĐ Nguyễn Thị Trâm, PGS.TS Nguyễn Trí Hoàn, GS.TSKH Hoàng Tuyết Minh, PGS.TS Nguyễn Văn Hoan, PGS.TS Trần Văn Quang, Th.S Dương Thành Tài, v.v, và nhiều doanh nghiệp trong nước và nước ngoài rất tâm huyết đầu tư phát triển lúa lai. Đây là những điều kiện quan trọng có được từ nhiều công sức của nhà nước, nhà khoa học, doanh nghiệp và nông dân tích lũy được trong 30 năm qua.
Tuy vậy, những năm gần đây diện tích lúa lai giảm, hiện nay khoảng 500.000 ha (giảm 200.000 ha so với trước đây). Lý do chủ yếu là thị hiếu tiêu thụ gạo trong nước và thị trường xuất khẩu đã chuyển hướng sang gạo phẩm chất tốt hoặc đặc sản, điều này nhìn chung phát triển lúa lai chưa theo kịp. Ngoài ra sự chuyển dịch lao động và nhu cầu áp dụng cơ giới hóa cũng ảnh hưởng đến sản xuất lúa lai. Thực tiễn của sản xuất lúa lai hiện nay đã chỉ ra những vùng sinh thái mà lúa lai phù hợp như miền núi phía Bắc và Bắc Trung bộ - những địa bàn mà cung cầu lúa gạo tại chỗ còn chông chênh hoặc có thể giảm đất lúa để trồng thêm rừng hoặc vùng tôm - lúa bị ảnh hưởng mặn ở bán đảo Cà Mau, v.v. Ngoài ra có thể được khai thác đặc điểm chống chịu cao điều kiện bất lợi và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu của lúa lai. Giống lúa lai thơm có khả năng đáp ứng yêu cầu thị trường.
Hạn chế không hề nhỏ trong đưa lúa lai vào sản xuất nằm ở chỗ năng suất hạt lai vì liên quan đến hiệu quả kinh tế đối với cả doanh nghiệp và nông dân. Năng suất hạt lai do yếu tố giống bố mẹ và kỹ thuật sản xuất hạt giống bao gồm sinh thái vùng sản xuất quyết định. Để lúa lai phát triển bền vững, hạn chế này cần được khắc phục. Trước đây khi chọn vùng Tây Nguyên là địa bàn trọng điểm cho sản xuất hạt giống lúa lai ở Việt Nam, nhiều doanh nghiệp đã đạt năng suất hạt giống lúa lai kỷ lục 4,5 - 5,0 tấn/ha.
Cánh cửa phát triển lúa lai ở Việt Nam vẫn mở nếu được tiếp sức bởi khoa học công nghệ đang phát triển rất nhanh, những gì hôm nay chưa hề nghĩ tới thì ngày mai thay đổi rồi. GS. Viên Long Bình tổng kết sự thành công trong 4 chữ: tri thức, tận lực, cảm hứng và cơ hội. Đối với cơ hội, ông nói “cơ hội chỉ đến khi có sự chuẩn bị”. Cơ hội mới cho lúa lai Việt Nam sẽ đến khi có sự chuẩn bị.
