การใช้เมล็ดพันธุ์ลูกผสม (F1 hybrids) เป็นเทคโนโลยีเพิ่มผลผลิตข้าว ที่ได้ผลมาแล้วในหลายประเทศ อาทิ จีน อินเดีย และเวียดนาม การได้ผลผลิตสูงของเมล็ดพันธุ์ในชั่วแรก เป็นเป้าหมายสำคัญของการผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสม เพราะจะส่งผลประโยชน์ให้แก่เกษตรกรผู้ปลูกไม่ต้องซื้อเมล็ดพันธุ์ในราคาแพง แต่ข้อจำกัดของการผลิตเมล็ดพันธุ์ลูกผสมในพืชที่ตามธรรมชาติเป็นชนิดผสมตัวเอง จึงทำให้มีอัตราการผสมข้ามต่ำและขึ้นกับปัจจัยภายนอกด้วย ข้าวปลูกปกติเป็นพืชผสมตัวเอง แต่บรรพบุรุษของมันคือข้าวป่านั้นเป็นพืชชนิดผสมข้าม ดังนั้น ลักษณะการผสมเกสรที่เอื้อต่อการผสมข้ามที่นำไปใช้ประโยชน์ได้สามารถคัดเลือกจากลูกผสมข้าวปลูก x ข้าวป่า ส่วนปัจจัยภายนอกที่เป็นตัวจำกัดการผสมเกสรและการติดเมล็ดในธัญพืชที่แพร่หลายที่สุดปัจจัยหนึ่งคือการขาดธาตุอาหารโบรอน เพราะโบรอนมีบทบาทสำคัญต่อพัฒนาการของละอองเรณูและการผสมเกสร งานวิจัยนี้ได้การสร้างความเข้าใจในความหลากหลายของกระบวนการสืบพันธุ์ด้วยเมล็ดและการใช้ธาตุอาหารโบรอน และนำไปใช้ประโยชน์ในการเพิ่มอัตราการผสมข้ามในการสร้างลูกผสมโดยแบ่งตามวัตถุประสงค์ย่อยแต่ละข้อดังนี้ 1. บ่งชี้ความแตกต่างทางพันธุกรรมของลักษณะที่เอื้อต่อการผสมข้ามในข้าวปลูก ข้าวปลูกเป็นพืชผสมตัวเอง แต่มีรายงานว่าในบางเงื่อนไขหรือบางพันธุ์พบว่าข้าวปลูกมีอัตราการผสมข้ามสูงได้ถึง 7% งานทดลองนี้จึงได้ศึกษาพบความแตกต่างทางพันธุกรรมของลักษณะดอกที่เกี่ยวกับโอกาสการผสมข้ามในข้าวปลูกพันธุ์ไทยที่เป็นพันธุ์สมัยใหม่ ไม่ไวต่อช่วงแสง ในลักษณะเกสรตัวเมียพบว่าข้าวพันธุ์ปทุมธานี 1 และเหนียวแพร่ 1 มีขนาดยอดเกสรตัวเมียใหญ่ที่สุด บางพันธุ์ขณะผสมเกสรมียอดเกสรตัวเมียโผล่ออกมานอกกลีบดอกโดยพันธุ์ กข 10 กข 7 และสกลนคร 1 มียอดเกสรตัวเมียโผล่ออกมาทั้งหมด 100% ส่วนลักษณะเกสรตัวผู้นั้นพบว่าข้าวพันธุ์ R258 และปทุมธานี 1 มีอับละอองเรณู (anther) ใหญ่ที่สุด พันธุ์ปทุมธานี 1 มีจำนวนละอองเรณูต่อ anther มากที่สุด ทุกพันธุ์ที่ติดเมล็ดเป็นปกติพบว่ามีการโปรยละอองเรณูบนยอดเกสรตัวเมียไม่น้อยกว่า 40 ละอองเรณูขึ้นไป พันธุ์สกลนคร 1 รับละอองเรณูได้สูงสุดถึง 79 ละอองต่อยอดเกสรตัวเมีย สำหรับพฤติกรรมการบานดอกพบว่ากลีบดอกจะบานแยกออกจากกันประมาณ 35-50 นาทีโดย กข 10 R258 และปทุมธานี 1 บานดอกนานที่สุด ได้พัฒนาวิธีการตรวจสอบความมีชีวิตของละอองเรณูโดยการเพาะในวุ้นและเป็นประโยชน์ในการศึกษาทางด้านสรีรวิทยาและปรับปรุงพันธุ์ 2. บ่งชี้ความแตกต่างทางพันธุกรรมของการตอบสนองต่อธาตุอาหารโบรอนในข้าว ศึกษาในข้าวปลูก 3 พันธุ์คือขาวดอกมะลิ 105 สุพรรณบุรี 1 และชัยนาท 1 ทำซ้ำ 2 ฤดูปลูกปลูกในกระถางบรรจุทรายรดด้วยสารละลายธาตุอาหารครบแต่ผสมโบรอนให้เพียงพอ (B10) และไม่ให้ (B0) ในสารละลายพบว่าการขาดโบรอนมีผลทำให้ลดความมีชีวิตของละอองเรณูส่งผลให้ลดการติดเมล็ดในข้าวแต่ไม่พบผลกระทบใดๆ ต่อการเจริญเติบโตทางลำต้นและใบ การวัดความเข้มข้นของโบรอนในอับละอองเรณูและในใบธงสามารถใช้บ่งชี้สถานะของโบรอนที่มีผลต่อการติดเมล็ดได้ พบความแตกต่างระหว่างพันธุ์ในการตอบสนองต่อโบรอนในการติดเมล็ดของพันธุ์ที่ศึกษาโดยพันธุ์สุพรรณบุรี 1 มีสมรรถนะการใช้โบรอนได้สูงสุด รองลงมาได้แก่ขาวดอกมะลิ 105 และต่ำสุดได้แก่ชัยนาท 1 นอกจากนั้นยังได้ศึกษาในข้าวพันธุ์ลูกผสม 4 พันธุ์พบว่าการขาดโบรอนในสารละลายที่ให้ทางรากทำให้อัตราการติดเมล็ดลดลงประมาณ 12% มีความแตกต่างระหว่างพันธุ์ในความต้องการโบรอนในการงอกของละอองเรณูเมื่อเพาะในวุ้น แสดงว่าการงอกของละอองเรณูนั้นนอกจากต้องการโบรอนภายในตัวละอองเรณูเองแล้ว ยังต้องการโบรอนภายนอกในยอดเกสรตัวเมียให้เพียงพออีกด้วย 3. บ่งชี้ความแตกต่างทางพันธุกรรมของการติดเมล็ดในสภาพอุณหภูมิสูง ประเมินการติดเมล็ดของข้าวปลูก 12 พันธุ์โดยจัดวันปลูก 3 ช่วงในฤดูนาปรัง เพื่อให้ระยะเวลาออกดอกกระทบอุณหภูมิสูง ศึกษาในแปลงทดลองที่มหาวิทยาลัยเชียงใหม่และแปลงทดลองของภาคเอกชนที่สุพรรณบุรี จากผลการทดลองทั้งสองแห่งพบความแตกต่างระหว่างพันธุ์ในการตอบสนองต่ออุณหภูมิโดยเมื่อปลูกกลางเดือนกุมภาพันธุ์พบว่าพันธุ์ที่ไม่ทนร้อน ได้แก่สันป่าตอง 1 กข 4 กข 10 และกข 21 ติดเมล็ดเพียง 75-78% ผลกระทบต่อการติดเมล็ดในข้าวหรือการเกิดเมล็ดลีบเป็นผลมาจากการไม่ผสมเกสรในระยะออกดอกหรือถึงแม้ผสมเกสรได้แต่เกิดเมล็ดลีบไม่เต็มเมล็ดเป็นผลต่อการสะสมแป้งในเมล็ด พันธุ์กข 29 สุพรรณบุรี 1 และปทุมธานี 1 ถูกจัดเป็นพันธุ์ทนร้อนและติดเมล็ดเป็นปกติ 4. ประเมินและคัดเลือกลักษณะที่เอื้อต่อการผสมข้าม ดำเนินงานจากคู่ผสม 2 ชุด คือ (1) ลูกผสมชั่วที่ 4 ระหว่างข้าวป่าสามัญกับข้าวปลูก (2) ลูกผสมกลับจากคู่ผสมระหว่างข้าวป่าสามัญ x สุพรรณบุรี 1 แล้วผสมกลับไปยังสุพรรณบุรี 1 ได้ใช้วิธีการที่พัฒนามาจากวัตถุประสงค์ที่ 1 ในการคัดเลือก ในชุดแรกได้ประเมินและคัดเลือกได้ลูกที่มีลักษณะใหม่ๆ จนถึงชั่วที่ 6 สายพันธุ์ที่คัดเลือกมีขนาดเกสรใหญ่และมีลักษณะอื่นๆ ดีตามต้องการ แต่ยังพบว่ามีอัตราการร่วงของเมล็ดสูงอยู่ ในชุดที่ 2 ได้คัดเลือก ประเมิน ผสมกลับจนถึงผสมกลับครั้งที่ 2 ชั่วที่ 4 ได้คัดเลือกสายพันธุ์ที่มีขนาดเกสรใหญ่และมีลักษณะอื่นๆ ดีตามต้องการและเมล็ดไม่ร่วงได้ 16 สายพันธุ์ ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นพ่อแม่พันธุ์ในการปรับปรุงพันธุ์เพื่อคัดเลือกลักษณะที่เอื้อต่อการผสมข้ามได้ต่อไป การใช้ประโยชน์จากผลงานวิจัย 1. จากงานศึกษาความแตกต่างระหว่างพันธุ์ข้าวปลูกในลักษณะที่เกี่ยวข้องกับการผสมเกสรทำให้ทราบถึงขอบเขตความสามารถของพันธุ์ต่างๆ สามารถกำหนดเป้าหมายของงานปรับปรุงพันธุ์ ลักษณะที่ต้องการปรับปรุง ความสัมพันธ์ของลักษณะต่างๆ จะช่วยให้ทราบถึงทิศทางของการตอบสนองต่อการคัดเลือกเพื่อปรับปรุงลักษณะดอกต่างๆ ให้ไปในทางที่ต้องการ 2. ได้พัฒนาวิธีการตรวจสอบความมีชีวิตของละอองเรณูอย่างง่าย รวดเร็ว แม่นยำ สามารถใช้ในงานศึกษาผลกระทบจากสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้อย่างกว้างขวางรวมทั้งช่วยในการคัดเลือกพันธุ์ 3. งานศึกษาการตอบสนองต่อธาตุอาหารโบรอนนำไปสู่ความเข้าใจในผลกระทบของการขาดโบรอนต่อผลผลิตข้าวผ่านทางการลดการงอกของละอองเรณูส่งผลให้การผสมเกสรล้มเหลว และลดการติดเมล็ดในที่สุด ในพื้นที่ที่มีโบรอนในดินต่ำการใส่โบรอนในดินมีโอกาสช่วยลดผลกระทบต่อผลผลิตข้าว ในพันธุ์ที่มีสมรรถนะการใช้โบรอนต่ำยังพบว่าการงอกของละอองเรณูต้องการโบรอนภายในตัวมันเองและโบรอนภายนอกในบริเวณเกสรตัวเมียด้วย ผลการทดลองนำไปสู่งานวิจัยเรื่องการจัดการธาตุโบรอนในการผลิตเมล็ดพันธุ์ข้าวลูกผสมในภาคเอกชน 4. นอกจากนั้นงานศึกษาด้านโบรอนยังได้ทราบและกำหนดค่าวิกฤตของความเข้มข้นโบรอนที่มีผลต่อพัฒนาการด้านสืบพันธุ์และสามารถใช้ระบุสถานะของธาตุอาหารโบรอนและการขาดโบรอนในข้าว 5. งานศึกษาการตอบสนองต่ออุณหภูมิสูงในข้าวทำให้เข้าใจและสามารถใช้ลักษณะการติดเมล็ด จำนวนเมล็ดเต็มในการคัดเลือกพันธุ์เพื่อปลูกในสภาพอากาศร้อน ผลจากการศึกษาความแตกต่างระหว่างพันธุ์ได้พัฒนาต่อไปเป็นส่วนหนึ่งของงานวิจัยข้าวไทยเพื่อโลกร้อน (ทุนสนับสนุนจากสกว.) และโครงการวิจัยเรื่องการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของการตอบสนองต่ออุณหภูมิสูงในข้าว (ทุนวิจัยระดับปริญญาเอกจากสกอ.) 6. ใช้ความเข้าใจและวิธีการตรวจสอบที่พัฒนาในการคัดเลือกและผสมพันธุ์ข้าว ได้ลูกผสมสายพันธุ์ก้าวหน้าที่มีลักษณะเอื้อต่อการผสมข้ามที่พัฒนามาจากข้าวป่าสามัญและข้าวปลูก สายพันธุ์เหล่านี้สามารถนำไปใช้ในโครงการปรับปรุงพันธุ์เพื่อสร้างพ่อแม่ในการเพิ่มผลผลิตเมล็ดลูกผสมได้