Tài liệu Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm cao sản phục vụ nội tiêu và xuất khẩu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN TẤN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM CAO SẢN PHỤC VỤ NỘI TIÊU VÀ XUẤT KHẨU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN TẤN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM CAO SẢN PHỤC VỤ NỘI TIÊU VÀ XUẤT KHẨU Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 05 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ TRÂM 2. GS.TSKH. TRẦN DUY QUÝ HÀ NỘI – 2011 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình luận án nào trước ñây. Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong luận án ñã ñược chỉ rõ xuất xứ. Tác giả luận án TRẦN TẤN PHƯƠNG Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn: Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống, Viện ðào tạo Sau ðại học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Nghiên cứu lúa ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành luận án. Ban Giám ñốc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Sóc Trăng, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Sóc Trăng ñã tạo ñiều kiện, cấp phát kinh phí trong suốt thời gian học tập. PGS. TS. Nguyễn Thị Trâm, GS. TSKH. Trần Duy Quý ñã trực tiếp hướng dẫn và tạo ñiều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập ñể tôi hoàn thành luận án này. KS. Hồ Quang Cua, Phó Giám ñốc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Sóc Trăng, ñã nhiệt tình hỗ trợ, tư vấn nhiều ý kiến quý báu trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án. Vợ và hai con của tôi, bạn bè thân hữu ñã tạo ñiều kiện và luôn ñộng viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Các ñồng nghiệp trong ngành Nông nghiệp và PTNT và ngành Khoa học và Công nghệ tỉnh Sóc Trăng ñã quan tâm theo dõi, ñộng viên tôi trong suốt thời gian học tập. Các cộng tác viên và kỹ thuật viên tại ấp Mang Cá, xã ðại Hải, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng ñã giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian làm thí nghiệm. Tác giả luận án TRẦN TẤN PHƯƠNG Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. ii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt vi Danh mục các bảng viii Danh mục hình xiii MỞ ðẦU 1 1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 2 3 Nội dung nghiên cứu 2 4 Những ñóng góp mới của luận án 2 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5 1.1 Tài nguyên di truyền và nhu cầu giống lúa thơm chất lượng cao 5 1.2 ðặc ñiểm di truyền một số tính trạng ở lúa 6 1.2.1 ðặc ñiểm di truyền của một số tính trạng chất lượng hạt lúa 1.2.2 Các chỉ tiêu về chất lượng hạt gạo 19 1.2.3 Một số ñặc ñiểm nông học và năng suất 26 1.3 Phương pháp và kết quả chọn tạo giống lúa thơm 6 31 1.3.1 Chọn dòng thuần từ các giống ñịa phương 31 1.3.2 Lai và chọn lọc quần thể phân ly 31 1.3.3 Chọn lọc từ quần thể ñột biến 33 1.3.4 Ứng dụng chỉ thị phân tử và sắc kế khí ñể chọn tạo giống 34 1.3.5 Các phương pháp ñánh giá mùi thơm 38 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. iii CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1 Vật liệu 43 2.2 Các thí nghiệm và phương pháp bố trí 43 2.2.1 Thí nghiệm 1 43 2.2.2 Thí nghiệm 2 44 2.2.3 Thí nghiệm 3 46 2.2.4 Thí nghiệm 4 49 2.2.5 Thí nghiệm 5 50 2.3 Một số phương pháp chung 51 2.3.1 Phương pháp ñánh giá mùi thơm theo cảm quan 51 2.3.2 Phương pháp phân tích hàm lượng 2-AP trong gạo 52 2.3.3 Phương pháp xác ñịnh gen thơm 52 2.3.4 Các phương pháp ñánh giá khác 53 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Nghiên cứu ñặc ñiểm của tập ñoàn lúa thơm và không thơm làm bố mẹ 54 3.1.1 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng/giống lúa bố mẹ 54 3.1.2 ðặc ñiểm chất lượng của các dòng/giống lúa bố mẹ 56 3.2 Nghiên cứu ñặc ñiểm di truyền tính thơm, chiều dài hạt và thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai ñơn 64 3.2.1 ðặc ñiểm di truyền tính thơm 64 3.2.2 ðặc ñiểm di truyền chiều dài hạt gạo và thời gian sinh trưởng 66 3.3 ðánh giá kết quả chọn giống lúa theo ñịnh hướng gạo thơm hạt dài ở các sơ ñồ lai 3 ñến 7 bố mẹ 3.3.1 3.3.2 72 ðánh giá các thế hệ phân ly về thời gian sinh trưởng, kiểu hình thâm canh và mùi thơm của 5 tổ hợp lai từ F2 ñến F7 74 ðánh giá hiệu quả chọn lọc ở một số sơ ñồ lai cụ thể 82 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. iv 3.4 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc theo các sơ ñồ lai 3.4.1 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc trong tổ hợp lai 3 (Tép Hành ñột biến/ST3//ST1) 3.4.2 96 96 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc trong tổ hợp lai 3 (Tám thơm ñột biến T3/ST3//ST1) 102 3.4.3 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc trong tổ hợp lai tích lũy 4 bố mẹ 3.4.4 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc trong tổ hợp lai tích lũy lai 6 bố mẹ 3.4.5 112 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn lọc trong tổ hợp lai tích lũy lai 7 bố mẹ 3.5 106 116 ðặc ñiểm nông sinh học, năng suất chất lượng của một số dòng lúa thơm triển vọng mới chọn tạo 123 3.5.1 Các chỉ tiêu nông sinh học 124 3.5.2 Các yếu tố cấu thành năng suất 125 3.5.3 Các chỉ tiêu phẩm chất 131 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 147 1. Kết luận 147 2. ðề nghị 149 Danh mục công trình ñã công bố có liên quan ñến luận án 150 Tài liệu tham khảo 152 Phụ lục 179 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2-AP 2-Acetyl-1-Pyrroline ASA Allele specific amplification bp Base pair Cặp base (ñơn vị tính) ðB ðột biến ðBSCL ðồng bằng sông Cửu Long ðBTG ðộ bền thể gel ðX ðông Xuân EAP External Antisense Primer Mồi ngoài (mồi ngược) ESP External Sense Primer Mồi ngoài (mồi xuôi) GCA General Combining Ability Khả năng kết hợp chung HC Hương Cốm (Tên giống lúa) HL Hàm lượng HS Hoa Sữa (Tên giống lúa) HT Hè Thu IFAP Internal Fragrant Antisense Primer Mồi trong (mồi xuôi) INSP Internal Non-fragrant Sense Primer Mồi trong (mồi ngược) IRRI Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế KDM105 Khao Dawk Mali 105 (Tên giống lúa) KHTC Kiểu hình thâm canh KL Khối lượng NSLT Năng suất lý thuyết NST Nhiễm sắc thể NSTT Năng suất thực thu PCR Polymerase chain reaction (phản ứng chuỗi trùng hợp) ppb phần tỷ (ñơn vị tính) Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. vi ppm phần triệu (ñơn vị tính) QTL Quantitative trait loci (Locút của gen ñiều khiển tính trạng số lượng) RLFP Restriction fragment length polymorphism SCA Khả năng kết hợp riêng (Special Combining Ability) SES Standard evaluation system for rice SPME-GC Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography Vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc ký khí SPME-GCMS Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography Mass Spectrum Vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc ký khí khối phổ SSR Simple Sequence Repeat Sự ña hình chiều dài các ñoạn cắt giới hạn TGST Thời gian sinh trưởng TT1 Tám Thơm Hải Hậu TT1 (Tên giống lúa) Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. vii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Mười alen ñược phát hiện kiểm soát mùi thơm của các giống lúa 10 1.2 Tiêu chuẩn chọn giống lúa thơm Basmati 20 1.3 Kiểu gen kiểm soát di truyền hàm lượng amylose 21 1.4 Kiểu gen kiểm soát di truyền nhiệt hóa hồ 24 1.5 Kiểu gen kiểm soát di truyền ñộ bền thể gel 25 1.6 Biến thiên các tính trạng phẩm chất theo mùa vụ tại Cần Thơ 26 1.7 Hai cặp mồi ñược sử dụng trong phân tích PCR 35 1.8 So sánh kết quả ñánh giá mùi thơm bằng phương pháp nhai hạt gạo và phương pháp phân tích hàm lượng 2-AP 1.9 So sánh kết quả ñánh giá mùi thơm bằng phương pháp ngửi và phương pháp phân tích hàm lượng 2-AP 1.10 48 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng/giống lúa bố mẹ trong vụ ðông Xuân 2004-2005. 3.2 42 Phân nhóm thời gian sinh trưởng ñể chọn khóm ở các thế hệ phân ly 3.1 42 Tỷ lệ phân ly mùi thơm ở F3 ñến F5 chọn lọc theo phương pháp phả hệ của 39 tổ hợp lai thơm/không thơm 2.1 41 Ảnh hưởng của các tổ hợp lai khác nhau lên sự phục hồi tính thơm ở thế hệ F3 trong chọn tạo giống lúa thơm 1.11 40 55 ðánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng/giống lúa bố mẹ trong vụ ðông Xuân 2004-2005 57 3.3 ðiểm ñánh giá mùi thơm trên lá của các dòng/giống lúa bố mẹ 60 3.4 Kết quả kiểm tra alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân tử ở các giống lúa thơm 3.5 62 Tần suất phân ly tính thơm ở thế hệ F2 của các tổ hợp lai thuận nghịch 65 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. viii 3.6 Kết quả phân tích phương sai di truyền chiều dài hạt gạo và thời gian sinh trưởng của 6 giống lúa bố mẹ lai dialen ñầy ñủ 3.7 Giá trị khả năng kết hợp chung của thời gian sinh trưởng và chiều dài hạt của 6 giống lúa bố mẹ lai dialen ñầy ñủ 3.8 75 Kết quả thống kê và phân loại cá thể theo chiều dài hạt trong từng nhóm thời gian sinh trưởng từ F2 ñến F7 3.13 74 Kết quả thống kê và phân loại cá thể theo thời gian sinh trưởng của 5 tổ hợp lai từ F2 ñến F7 3.12 71 Một số tính trạng ñặc trưng ở một số vật liệu cần khai thác thông qua lai 3.11 69 Giá trị khả năng kết hợp riêng về thời gian sinh trưởng của 6 giống lúa bố mẹ lai dialen ñầy ñủ 3.10 68 Giá trị khả năng kết hợp riêng ở tính trạng chiều dài hạt gạo của 6 giống lúa bố mẹ lai dialen ñầy ñủ 3.9 67 77 Kết quả thống kê cá thể có kiểu hình thâm canh trong từng nhóm chiều dài hạt của 5 tổ hợp lai từ F2 ñến F7 78 3.14 Kết quả thống kê cá thể có nội nhũ thơm ñậm (ñiểm 7) từ F2 ñến F7 79 3.15 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm ở nội nhũ từ F2 ñến F7 81 3.16 Kết quả chọn lọc cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ðột Biến/ST3//ST1 ở các thế hệ phân ly. 3.17 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai tích lũy 3 bố mẹ (Tép Hành ðột Biến/ST3//ST1) 3.18 3.20 85 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai tích lũy 3 bố mẹ Tám thơm ðột Biến T3/ST3//ST1 3.19 84 86 Kết quả chọn lọc cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở các thế hệ phân ly 88 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai tích lũy 4 bố mẹ 89 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. ix 3.21 Kết quả phân loại cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở thế hệ phân ly từ F2 ñến F7 3.22 90 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở các thế hệ phân ly từ F2 ñến F7 91 3.23 Kết quả phân loại cá thể theo TGST, chiều dài hạt gạo, kiểu hình và ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 7 bố mẹ ở các thế hệ phân ly 3.24 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai 7 bố mẹ ở các thế hệ phân ly từ F2 ñến F7 3.25 94 95 Kết quả ñánh giá ñặc ñiểm nông học của 19 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 ở vụ HT 2007 tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng 3.26 97 Thành phần năng suất và năng suất của 19 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 ở vụ Hè Thu 2007 tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng 3.27 98 Kết quả ñánh giá chất lượng 19 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 trong vụ Hè Thu 2007 tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng 3.28 ðặc ñiểm cơ bản của giống ST12 so với Jasmine 85 3.29 ðặc ñiểm các dòng lúa thơm ST17 của tổ hợp lai 3 bố mẹ (Tám thơm ñột biến T3/ST3//ST1) 3.30 99 100 102 ðặc ñiểm các dòng lúa thơm ST18 của tổ hợp lai 3 bố mẹ (Tám thơm ñột biến T3/ST3//ST1) 103 3.31 ðặc ñiểm cơ bản của giống ST17, ST18, so với Jasmine 85 104 3.32 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng lúa thơm ST19-01 ñến ST19-06 của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ HT 2007 tại Kế sách, tỉnh Sóc Trăng 3.33 106 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng lúa thơm từ ST19-07 ñến ST19-12 của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ HT 2007 tại Kế sách, Sóc Trăng 107 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. x 3.34 Thành phần năng suất và năng suất của 12 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2007 tại Kế sách, tỉnh Sóc Trăng 3.35 Kết quả ñánh giá chất lượng 12 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2007 tại Kế sách, tỉnh Sóc Trăng 3.36 109 Một số ñặc ñiểm của giống lúa thơm ST19 và hỗn dòng lúa thơm 156, so với Jasmine 85 3.37 108 110 ðặc ñiểm nông sinh học, thành phần năng suất và năng suất của 6 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2007 tại huyện Kế sách, tỉnh Sóc Trăng 3.38 113 Kết quả ñánh giá chất lượng của 5 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2007 tại Kế sách, tỉnh Sóc Trăng 114 3.39 ðặc ñiểm cơ bản của giống lúa thơm ST16 so với Jasmine 85 115 3.40 ðặc ñiểm nông sinh học của 12 dòng lúa thơm chọn từ tổ hợp lai 7 bố mẹ trong vụ Hè Thu 2008 tại tỉnh Sóc Trăng 3.41 Thành phần năng suất và NSTT của 6 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 7 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2008 tại tỉnh Sóc Trăng 3.42 117 118 Kết quả ñánh giá chất lượng 4 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 7 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2008 tại tỉnh Sóc Trăng 119 3.43 Một số ñặc ñiểm cơ bản của giống lúa thơm ST20 so với Jasmine 85 120 3.44 Kết quả kiểm tra sự hiện diện của alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân tử ở các giống lúa thơm mới ñược chọn tạo 3.45 Số bông trên khóm trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.46 126 Số hạt chắc trên bông trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.47 122 128 Khối lượng 1.000 hạt trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 129 xi 3.48 Năng suất lý thuyết trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.49 Năng suất thực thu trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.50 143 Hàm lượng amylose trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.58 141 ðộ bền thể gel trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.57 140 Nhiệt hóa hồ trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.56 138 ðộ bạc bụng cấp 0 trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.55 136 Hàm lượng chất 2-AP trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.54 135 ðộ thơm của gạo bằng cảm quan trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.53 133 Tỷ lệ dài /rộng hạt gạo trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.52 132 Chiều dài hạt gạo lứt trong vụ ðông Xuân 2008-2009 và Hè thu 2009 tại Chợ Cũ và Phú Tức 3.51 130 144 ðặc ñiểm cơ bản của Sáu giống lúa thơm mới chọn tạo theo kết quả khảo nghiệm Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 146 xii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 Vị trí của cặp mồi ngoài ESP, EAP và cặp mồi trong INSP, IFAP 1.2 Kiểm tra sản phẩm PCR trên gel agarose 2%; 2: không thơm, 3: thơm, 4: dị hợp, 5: nước, 1 và 6 thang chuẩn 3.1 36 36 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR trên gel agarose TBE 2% của các giống lúa thơm 63 3.2 Sơ ñồ lai tích lũy giữa 4 bố mẹ 87 3.3 Sơ ñồ lai tích lũy của 7 bố mẹ 92 3.4 Cá thể có chiều dài bông 45 cm của tổ hợp lai ST1/KDM 105 93 3.5 Lúa thơm ST12 101 3.6 Hạt lúa và gạo xát trắng ST12 101 3.7 Lúa thơm ST17 105 3.8 Lúa thơm ST18 105 3.9 Lúa thơm ST19 111 3.10 Hạt lúa và gạo xát trắng ST19 111 3.11 Lúa thơm ST16 114 3.12 Gạo xát trắng ST16 116 3.13 Lúa thơm ST20 119 3.14 Lúa và gạo xát trắng ST20 121 3.15 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR trên gel agarose TBE 2% của lúa thơm mới chọn tạo 122 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. xiii MỞ ðẦU 1 Tính cấp thiết của ñề tài Trong những năm gần ñây, số lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng ñều ñặn, năm 2010 lượng gạo xuất khẩu ñạt tới 6,8 triệu tấn, thu về trên 3,2 tỷ ñô la Mỹ cho ñất nước. Số lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam xếp hàng thứ nhì trên thế giới sau Thái Lan. Song về chất lượng, ña số gạo xuất khẩu của ta thuộc loại thấp và một ít ñạt loại trung bình nên hiệu quả kinh tế không cao, ñời sống người dân trồng lúa rất chậm cải thiện. Lúa thơm hạt dài, chất lượng cao luôn ñược khuyến khích gieo trồng ñể xuất khẩu, nhưng vì bộ giống lúa thơm trong nước hiện nay chưa ña dạng phong phú, tính thích ứng hẹp, các giống lúa thơm nhập nội có tiềm năng năng suất khá, gạo thơm ngon nhưng nhiễm nhiều loại sâu bệnh (rầy, bạc lá, ñạo ôn, khô vằn...) nên việc mở rộng diện tích rất khó khăn. Giống lúa thơm hạt dài, chất lượng cao ñược chọn tạo trong nước còn rất ít, chưa ñáp ứng nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu. Mùi thơm là một trong những yếu tố rất quan trọng quyết ñịnh chất lượng gạo và cơm nhưng các nghiên cứu về ñặc ñiểm di truyền mùi thơm và hình thái hạt gạo, cũng như so sánh chất lượng mùi thơm của các giống lúa thơm khác nhau ở Việt Nam hiện nay chỉ mới bắt ñầu và kết quả còn hạn chế. Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, so sánh chất lượng mùi thơm sẽ hữu ích cho các nhà chọn giống trong quá trình tạo chọn các giống lúa thơm mới cũng như thiết lập các tiêu chuẩn chọn lọc cho giống lúa thơm. Xuất phát từ thực tế ñó, ñề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm cao sản phục vụ nội tiêu và xuất khẩu” ñược triển khai thực hiện Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 1 2 Mục tiêu nghiên cứu Chọn tạo ñược giống lúa thơm ngắn ngày, năng suất cao, hạt gạo dài trong, chất lượng cao từ nguồn vật liệu lúa thơm ñịa phương, ñột biến và nhập nội. 3 Nội dung nghiên cứu ðể thực hiện ñược mục tiêu nêu trên, ñề tài cần phải giải quyết những nội dung nghiên cứu dưới ñây: - ðánh giá ñặc ñiểm nông sinh học, mùi thơm của vật liệu tham gia trong các thí nghiệm. - Nghiên cứu ñặc ñiểm di truyền mùi thơm, chiều dài hạt, thời gian sinh trưởng thông qua lai dialen và ñánh giá sự phân ly tính trạng của các thế hệ con lai từ F2 ñến F7. - Chọn lọc cá thể thơm, năng suất cao, hạt thon dài, chất lượng cao, TGST ngắn qua các thế hệ ñể ñạt ñộ thuần ổn ñịnh. - Khảo nghiệm trình diễn các dòng thuần ở một số vùng ñể tìm hiểu khả năng hiện thực hóa giống mới trong sản xuất ñại trà. 4 Những ñóng góp mới của luận án - ðánh giá mùi thơm của 13 giống lúa thơm bố mẹ bằng phương pháp cảm quan ñã phân chia thành 3 nhóm: Nhóm thơm ñậm (ñiểm 7) có Khaodawkmali 105; Nhóm thơm khá (ñiểm 5) có 6 giống (TT1, Hương cốm, ST5, Tám thơm ñột biến T1, ST3 ñột biến, Jasmine85); Nhóm thơm nhẹ (ñiểm 3) có 6 giống (Hoa sữa, ST1,ST3, Tám thơm ñột biến T2, T3, T4). Xác ñịnh ñược các giống: Hương Cốm, Tám Thơm Hải Hậu TT1, ST5, Jasmine 85, và Hoa Sữa mang một cặp alen lặn của một gen chủ yếu kiểm soát mùi thơm, chiều dài hạt gạo và TGST của 5 giống này và CK96 ñược kiểm soát bởi hoạt ñộng của gen cộng tính và không cộng tính, trong ñó gen cộng tính chiếm ưu thế hơn. Sử dụng cặp mồi ngoài (EAP và ESP) và cặp mồi Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 2 trong (IFAP và INSP) với phản ứng PCR xác ñịnh ñược 36 dòng, giống lúa thơm trong tập ñoàn nghiên cứu mang cặp alen thơm badh2.1. ðánh giá mùi thơm bằng cảm quan so với phương pháp phân tích ñịnh lượng chất 2-acetyl-1-pyrroline bằng vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc kế khí thu ñược kết quả như nhau. Mùi thơm của lúa trồng trong vụ ðông Xuân ñậm hơn so với ở vụ Hè Thu. Lai tích lũy nhiều bố mẹ có mùi thơm sẽ chọn lọc ñược nhiều dòng thơm hơn tổ hợp lai ba. Chọn lọc con lai có ñộ thơm cao ở từng thế hệ sẽ loại bỏ ñược dòng bị ảnh hưởng của môi trường làm giảm ñộ thơm. Chọn lọc ñể ñạt dòng thuần ở tổ hợp lai 3 bố mẹ và nhiều bố mẹ không khác biệt nhau về thế hệ. ðã chọn tạo ñược 6 giống lúa thơm mới ngắn ngày, hạt dài ≥ 7,5 mm, thon, trong, hàm lượng amylose ≤ 20%, có kiểu cây mới, năng suất cao, thích ứng với vùng thâm canh 2-3 vụ/năm của tỉnh Sóc Trăng, các giống ñều có một cặp alen thơm badh2.1, cơm thơm ngon, ñược nông dân chấp nhận mở rộng sản xuất. 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu xác ñịnh rằng các giống lúa thơm ñịa phương, cải tiến và nhập nội ñều mang một cặp alen badh2.1 tham gia kiểm soát mùi thơm, vì vậy muốn tạo giống lúa thơm mới với những tính trạng mong muốn, cần chọn bố mẹ thơm có ít nhất một trong những tính trạng mong muốn có thể di truyền ñược. - ðã xác ñịnh ñược ñặc ñiểm di truyền về chiều dài hạt, mùi thơm, chất lượng cao và thời gian sinh trưởng làm cơ sở cho chương trình chọn tạo giống lúa thơm hạt dài, chất lượng cao, TGST ngắn. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 3 - Lai tích lũy nhiều giống bố mẹ thơm với những tính trạng bổ sung khác nhau, chọn lọc cá thể thơm theo tiêu chuẩn ngay từ thế hệ F2 ñến các thế hệ sau, chắc chắn thu ñược giống lúa thơm mới có kiểu cây thâm canh, năng suất cao, chất lượng tốt, TGST phù hợp. 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Sử dụng các giống lúa Tám thơm ñịa phương (loài phụ Japonica) và một số dạng lúa thơm ñột biến lai với các giống lúa thơm nhập nội ñã chọn ra 6 giống lúa thơm mới có kiểu cây thâm canh, năng suất cao, ngắn ngày, hạt thon dài trong, hàm lượng amylose thấp (<20%), trong ñó 3 giống ñược xếp loại chất lượng cơm rất ngon lần lượt là ST19>ST20> ST16, cả 6 giống mới ñều mang một cặp alen thơm badh2.1. Các giống này có thể gieo trồng trên vùng ñất thâm canh cao trong cơ cấu 2-3 vụ lúa/năm phục vụ cho tiêu dùng nội ñịa và xuất khẩu tại tỉnh Sóc Trăng. - ðánh giá mùi thơm của gạo bằng cảm quan và bằng phân tích hàm lượng chất 2-AP trên các giống lúa thơm cho kết quả như nhau nên trong quá trình chọn lọc các thế hệ ñang phân ly có thể sử dụng phương pháp ñánh giá cảm quan ñể tiết kiệm thời gian và kinh phí. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tài nguyên di truyền và nhu cầu giống lúa thơm chất lượng cao Ở Việt Nam, lúa thơm bản ñịa ñược trồng trên cả ba miền Bắc, Trung, Nam. Miền Nam có các giống lúa thơm nổi tiếng như Nàng Thơm Chợ ðào, Nàng Hương, Tàu Hương; miền Trung nổi tiểng với lúa gié như Gié An Cựu và lúa thơm; miền Bắc ñặc trưng với nhóm lúa Tám. Tập ñoàn lúa Tám của Việt Nam là ñặc sản ñộc ñáo nổi tiếng từ ngàn xưa: hạt gạo nhỏ, trong, cơm dẻo, thơm ngon ñặc biệt. ðây là nguồn tài nguyên lúa hết sức quý giá của nước ta. Trong tập ñoàn 142 giống lúa Tám, 36,6% thuộc loài phụ japonica và trong 21 giống lúa Tám có hương thơm cao ñã có 20 giống thuộc loài phụ japonica (Trần Danh Sửu, 2008)[33]. Lúa Tám mang nhiều tính trạng hạn chế khả năng thâm canh như phản ứng ánh sáng ngày ngắn, thời gian sinh trưởng dài (160-180 ngày), cây cao (150-185 cm), mềm, dễ ñổ ngã, khả năng ñồng hóa ñạm thấp (ít chịu phân ñạm), lá mỏng, dài, rủ, che khuất nhau, cổ bông khá dài, hạt xếp thưa,… Do ñó, năng suất bị hạn chế (20-30 tạ/ha/vụ), diện tích gieo trồng ngày càng giảm sút. Lúa Tám thơm có ưu thế là chịu ñiều kiện khó khăn về ñất ñai, thời tiết tốt hơn, thơm và thường có giá bán cao hơn. Các giống lúa bản ñịa của Ấn ðộ, Nhật Bản, Thái Lan, Việt Nam có yêu cầu chặt chẽ về nơi trồng. Một số giống bản ñịa ở Việt Nam yêu cầu vùng ñất trồng phù hợp như giống Nàng Thơm Chợ ðào chỉ trồng ở xã Mỹ Lệ, huyện Cần ðước, tỉnh Long An; giống Séng Cù ở vùng cao biên giới tỉnh Lào Cai, Mường Khương, Bát Xát, Simakai thì cơm mới ngon (Nguyễn Văn Luật, 2008)[29]. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp …………………………. 5