Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa Bắc Thơm 7 chịu mặn (TT)

  • Số trang: 27 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 22 |
  • Lượt tải: 0
thuvientrithuc1102

Đã đăng 15346 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* ĐỒNG THỊ KIM CÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẮC THƠM 7 CHỊU MẶN Chuyên nghành : Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 62.62.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2014 Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: Thầy hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Huy Hàm Thầy hướng dẫn 2: TS. Lê Hùng Lĩnh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi giờ ngày tháng năm 2014. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Quốc gia 2. Thư viện viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Năng suất và sản lượng lúa luôn bị đe doạ bởi thiên tai, sâu bệnh và các yếu tố môi trường. Trong đó, yếu tố đáng chú ý là hiện tượng đất nhiễm mặn. Đất trồng trọt bị ảnh hưởng mặn ước tính khoảng 380 triệu ha, chiếm 1/3 diện tích đất trồng trên toàn thế giới. Đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố chính gây khó khăn cho chiến lược phát triển sản lượng lúa gạo, và ảnh hưởng xa hơn là mục tiêu đảm bảo an ninh lương thực sẽ khó hoàn thành. Do đó, việc hạn chế mức độ gây hại của sự nhiễm mặn đến năng suất lúa gạo là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu[124]. Để đáp ứng được yêu cầu này, việc chọn tạo các giống lúa chịu mặn là rất cần thiết. Khai thác sự đa dạng tự nhiên về nguồn gen chịu mặn qua chọn lọc trực tiếp trong điều kiện mặn hoặc chọn lọc di truyền các tính trạng số lượng, chọn lọc nhờ sự trợ giúp của các chỉ thị phân tử. Việc sử dụng chỉ thị phân tử có thể giúp xác định nhanh sự có mặt của gen chống chịu mặn, giúp các nhà chọn giống chủ động trong việc chọn lựa các tổ hợp lai hiệu quả. Nhờ đó, quá trình chọn tạo giống chống chịu mặn trở nên nhanh, hiệu quả, tiết kiệm thời gian, công sức và tiền của. Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân trong chọn tạo giống lúa Bắc Thơm 7 chịu mặn”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1. Mục tiêu chung Nghiên cứu đánh giá và phát triển một số giống lúa chịu mặn có nguồn gốc nhập nội (từ IRRI, Ấn Độ) và trong nước được sử dụng trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa. Chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa có khả năng chịu mặn cho một số vùng ven biển Đồng Bằng Sông Hồng. 2.2. Mục tiêu cụ thể Xác định được khả năng chịu mặn và đặc điểm hình thái các dòng/giống mang locus gen Saltol chịu mặn (dòng sử dụng làm vật liệu cho gen) nhập nội từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế và xác định giống lúa trồng phổ biến sử dụng làm giống được cải tiến (nhận gen). Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) quy tụ locus gen Saltol chịu mặn vào giống Bắc Thơm 7. Đáp ứng nhu cầu giống lúa chất lượng, chịu mặn cho vùng ven biển Đồng Bằng Sông Hồng. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học Những thành công trong công tác chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại nhằm đưa QTL chịu mặn vào lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi 1 trong công tác chọn tạo giống ứng phó kịp thời đối với sự biến đổi khí hậu trong tương lai. Ứng dụng phương pháp chọn giống phân tử kết hợp với truyền thống để chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen chịu mặn, quy tụ vào giống lúa Bắc Thơm 7 giúp khắc phục được những hạn chế của chọn giống truyền thống đặc biệt là đối với các QTL chịu mặn khi ở trạng thái dị hợp, giảm chi phí trong chọn giống, rút ngắn thời gian và ứng dụng nhanh vào thực tiễn sản xuất. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Thành công trong việc chuyển locus gen Saltol nhờ sử dụng chỉ thị phân tử sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống. Những dòng/giống lúa Bắc Thơm 7 mang locus gen chịu mặn (Saltol) chọn lọc được trong đề tài sẽ được nhân rộng, đặc biệt cho các tỉnh đồng bằng ven biển ở Miền Bắc - Việt Nam, nơi chịu ảnh hưởng rõ nét nhất của tác động biến đổi khí hậu. Ý nghĩa quan trọng nhất là chọn tạo được giống lúa có nền di truyền giống Bắc Thơm 7 nhất, đồng thời mang locus gen Saltol, có khả năng sinh trưởng phát triển bình thường trong điều kiện mặn. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4.1. Đối tượng nghiên cứu Là các giống lúa thuần mang gen locus gen chịu mặn (Saltol) được nhập nội từ IRRI, các giống lúa thuần đang được trồng phổ biến ở miền Bắc Việt Nam và các chỉ thị phân tử có liên quan được sử dụng trong nghiên cứu. 4.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu Thí nghiệm được triển khai tại: Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội); Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông (Thanh Trì, Hà Nội); huyện Giao Thuỷ, Nam Định. Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2010 đến năm 2013. 5. Những đóng góp mới của luận án Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) là một trong những công trình nghiên cứu đầu tiên trong nghiên cứu cải tiến giống lúa Bắc Thơm 7 về đặc tính chịu mặn cho vùng ven biển Đồng Bằng Sông Hồng. Sử dụng phương pháp chọn giống bang phương pháp MABC có thể chuyển được locus gen/ gen đích vào giống trong khoảng 2-3 thế hệ, trong khi sử dung phương pháp lai trở lai phải mất ít nhất 8 thế hệ. Sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại đã quy tụ locus gen chịu mặn Saltol vào giống lúa Bắc Thơm 7 với đầy đủ các đặc tính quý của giống nhưng có thể chịu mặn đến 6 ‰. 2 6. Cấu trúc của Luận án Luận án được trình bày trong 153 trang, 25 bảng số liệu và 31 hình. Không kể phần mở đầu 4 trang, các phần còn lại được chia làm 4 chương, trong đó: Chương I: Tổng quan tài liệu nghiên cứu 53 trang, Chương II: Vật liệu, Nội dung và Phương pháp nghiên cứu: 15 trang, Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận: 84 trang, Chương IV: Kết luận và Đề nghị: 2 trang. Ngoài ra còn có các phụ lục. Luận án sử dụng 110 tài liệu tham khảo, trong đó 23 tài liệu Tiếng Việt, 87 tài liệu tiếng Anh và sử dụng 16 trang web. CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế giới và Việt Nam 1.1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế giới Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng quan trọng. Theo báo cáo của FAO (2010), trên 800 triệu ha đất trên toàn thế giới bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi muối và khoảng 20% diện tích tưới (khoảng 45 triệu ha) được ước tính bị vấn đề xâm nhập mặn theo mức độ khác nhau [38]. Ở Châu Á nếu nước biển dâng lên 1m, 10.000km2 đất canh tác và diện tích nuôi trồng thủy sản trở thành đầm lầy ngập mặn. 1.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam Việt Nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề do mực nước biển dâng. Các nhà khoa học chỉ ra rằng, khi nước biển dâng, tùy mức độ sẽ có những phần diện tích canh tác ở Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng Sông Hồng, các đồng bằng duyên hải khác bị ngập mặn. Việt Nam là một trong những nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất bởi mực nước biển dâng, dẫn đến sự xâm nhiễm mặn ngày càng gia tăng, chủ yếu là Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long. 1.2. Đất nhiễm mặn và các vùng nhiễm mặn ở Việt Nam 1.2.1. Đất nhiễm mặn Đất có thành phần cơ giới nặng. Tỉ lệ sét từ 50-60%. Đất chặt, thấm nước kém. Không bị ướt, dẻo dính. Khi bị khô đất co lại, nứt nẻ, rắn chắc, khó làm đất. Đất chứa nhiều Na+ dưới dạng muối tan NaCl, Na2SO4 nên áp suất thẩm thấu dung dịch đất lớn làm ảnh hưởng tới quá trình hút nước và dinh dưỡng cây trồng. Đất có phản ứng trung tính hoặc hơi kiềm và hoạt động của vi sinh vật yếu. 1.2.2. Giới thiệu chung về đặc điểm các vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam Theo tác giả Hoàng Kim, Phạm Văn Biên và R.H.Howeler (2003) thì nước ta có khoảng 1 triệu ha đất nhiễm mặn, trong đó có 2 vùng nhiễm mặn lớn là: ĐBSH thuộc các tỉnh như: Thái Bình, Hải Phòng, Nam Định, Ninh 3 Bình,… ĐBSCL có khoảng 1,8 – 2,1 triệu ha đất tự nhiên chịu ảnh hưởng mặn tập trung ở các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Bến Tre, Kiên Giang, Tiền Giang, Trà Vinh và Sóc Trăng, phần lớn là đất bị nhiễm mặn kết hợp với phèn, ngập nước [4]. 1.3. Nghiên cứu di truyền về giống lúa chịu mặn 1.3.1. Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa • Hiện tượng ngăn chặn muối • Hiện tượng ngăn cách từ lá đến lá • Hiện tượng tái hấp thu • Chống chịu ở mô • Chuyển vị từ rễ đến chồi • Ảnh hưởng pha loãng 1.3.2. Di truyền tính chống chịu mặn 1.3.2.1. Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn Theo Mishra và ctv, 1998: Tính trạng chống chịu mặn là một tính trạng di truyền đa gen, không có ảnh hưởng của cây mẹ (không phải là các gen trong tế bào chất) [72]. Trong giai đoạn trưởng thành của cây lúa tính trạng chiều cao cây, năng suất trong điều kiện mặn được điều khiển bởi những gen cộng tính (Mishra và ctv, 1990)[73]. 1.3.2.2. Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu mặn Dựa vào bản đồ QTL trên cơ sở tính chống chịu mặn là tính trạng mục tiêu do đa gen điều khiển, sử dụng chỉ thị AFLP và STS các nhà khoa học đã cho thấy gen chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu mặn được định vị trên NST 1 và được gọi là gen Saltol. Bản đồ QTL (quantitative trait loci) được áp dụng trong trường hợp những tính trạng mục tiêu do đa gen điều khiển (thí dụ như tính chống chịu mặn). 1.3.3. Sự thể hiện gen chống chịu mặn Tiến hành các thí nghiệm thanh lọc mặn ta nhanh chóng thấy được sự biểu hiện của locus gen Saltol giữa các giống đối chứng nhiễm với đối chứng kháng dựa trên cơ sở các chỉ tiêu hình thái, sinh lí và hóa sinh. 1.4. Chỉ thị phân tử và ứng dụng của chỉ thị phân tử 1.4.1. Chỉ thị phân tử Chỉ thị phân tử (hay chỉ thị phân tử ADN) là những chỉ thị có bản chất là đa hình ADN. Nó có thể là những dòng phân tử ADN có sẵn hay dưới dạng thông tin về trình tự được lưu giữ và chuyển tải trong những tệp dữ liệu được lưu trữ trong máy tính hay trên mạng internet (ví dụ như trình tự các mồi SSR, STS, RAPD, AFLP...). 1.4.2. Một số chỉ thị phân tử thường dùng  Chỉ thị RFLP ((Restriction Fragment Length Polymorphism)  Chỉ thị RAPD, chỉ thị AFLP, chỉ thị STS  Chỉ thị dựa trên cơ sở những chuỗi có tình tự lặp lại 1.4.3. Một số ứng dụng của chỉ thị phân tử 1.4.3.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền Nghiên cứu đa dạng di truyền còn giúp đánh giá nguồn tài nguyên di truyền 4 của tập đoàn giống cây trồng, vật nuôi, giúp cho việc sử dụng nguồn tài nguyên di truyền hiệu quả hơn. Đặc biệt, nghiên cứu đa dạng di truyền có thể giúp tiên đoán khả năng cho ưu thế lai giữa các cặp bố mẹ (cặp bố mẹ nào có khoảng cách di truyền xa hơn thường sẽ cho ưu thế lai lớn hơn). 1.4.3.2. Nghiên cứu lập bản đồ di truyền Việc ứng dụng chỉ thị phân tử trong lập bản đồ liên kết QTL kết hợp phương pháp toán xác suất thống kê có thể xác định được liên kết giữa chỉ thị phân tử và locus gen quy định nhưng tính trạng di truyền số lượng. Bản đồ QTL bao gồm kiến trúc của những bản đồ genome và tìm kiếm mối quan hệ giữa tính trạng với những marker đa hình, minh chứng một QTL kề cận những marker. 1.4.3.3. Nghiên cứu trong chọn giống cây trồng Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chỉ thị phân tử, các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm mạnh mẽ hơn tới vấn đề “chọn giống nhờ chỉ thị phân tử” (Marker-assisted selection = MAS) với ý đồ sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới. 1.4.4. Chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (Marker Assited Backcrossing - MABC) MABC là phương pháp thiết thực, hiệu quả trong việc đưa locus gen quy định tính trạng di truyền số lượng (QTL) hay gen mong muốn vào giống ưu tú nhằm chọn tạo giống mới mang gen/QTL mong muốn nhưng vẫn giữ nguyên (gần 100%) nền gen di truyền của giống ưu tú với thời gian chọn giống rất ngắn: quy trình chọn giống kết thúc ở thế hệ BC3, thậm chí BC2. 1.5. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo giống lúa chịu mặn 1.5.1. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo lúa chịu mặn trên thế giới Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), từ năm 1977 - 1980 đã tiến hành chọn được những dòng lúa chống chịu mặn tốt như IR42, IR4432-28-5, IR4595-4-1, IR463-22-2, IR9884-54-3. Năng suất đạt 3,6 tấn/ha. Tác giả Gregorio và cộng sự (2002)[45] đã tạo ra giống lúa TCCP226-2-49-B-B-3. Một số giống lúa địa phương có nguồn gốc từ các vùng duyên hải Đông Á có tính kháng mặn cao như giống Nona Bokra (Ấn độ), Pokkali (Sri Lanka), Getu (Ấn độ), SR26B, Damodar, Cheriviruppu, Pat và Solla (Ấn độ), Ketumbar (In đô nê xi a), Khao Seetha (Thái Lan). Một số giống thuộc các nước ôn đới có tính chịu mặn khá như giống Harra (Tây ban Nha), Agami (Ai cập), và Daeyabyeo (Hàn quốc). Các giống Japonica nhiệt đới như giống Moroberekan mang tính kháng mặn cao, có nguồn gốc ở Guinea nơi đất canh tác ảnh hưởng ngập mặn. Giống này đã được nghiên cứu và sử dụng làm cây cho gen kháng mặn và lập bản đồ quần thể (Kim và cs, 2009)[55]. Các giống lúa thuộc họ Oryza glaberrima, phần lớn được trồng ở Tây Phi thể hiện tính kháng mặn ít hơn các giống lúa thuộc họ Oryza sativa (Awala và cs, 2010)[26]. 5 Năm 2013, các nhà khoa học của Viện nghiên cứu Lúa quốc tế (IRRI) đã phát triển thành công giống lúa siêu chịu mặn, có thể giúp người nông dân trồng lúa tại các khu vực duyên hải đang bị bỏ hoang do sự xâm lấn của nước biển. 1.5.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn Các nghiên cứu của Gregorio (1997); Bonille và ctv (2002) và Niones (2004) đã lập được bản đồ gen rất chi tiết cho QTL “Saltol” hiện diện trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40 – 65% tính chống chịu mặn của lúa[44][28][85]. Mohammadi – Nejad và ctv (2010) thử nghiệm 33 chỉ thị SSR đa hình trên đoạn Saltol của nhiễm sắc thể số 1 nhằm xác định mức độ liên kết và hữu dụng của các chỉ thị này trong chọn giống chống chịu mặn[76]. 1.5.3. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn ở Việt Nam 1.5.3.1. Sử dụng các chỉ thị SSR liên kết chặt với QTL chịu mặn Saltol trong chọn tạo lúa chịu mặn Tác giả Nguyễn Thị Lang và cộng sự (2008), nghiên cứu ứng dụng marker phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng kỹ thuật nuôi cấy túi phấn, đã tạo ra được 72 dòng lúa bằng nuôi cấy túi phấn. Bùi Chí Bửu và ctv (2000) đã sử dụng 30 SSR marker để lập bản đồ gen cho tính chống chịu mặn của quần thể F3 gồm 257 cá thể phân ly, phát triển từ tổ hợp lai IR28/Đốc Phụng. 1.5.3.2. Nghiên cứu lai tạo trong chọn tạo giống lúa chịu mặn Đỗ Hữu Ất (2005) gây đột biến nguồn Coban (Co 60) đã tạo ra các giống lúa CM1, CM5, ... [1]. Tác giả Đặng Minh Tâm và cộng sự (2003), nuôi cấy mô 10 giống, bao gồm lúa mùa địa phương và cao sản chống chịu mặn ở mức khá (cấp 3 - 5), trong môi trường có chứa NaCl ở mức 1,0 và 1,5% cho tỷ lệ tái sinh cao[35]. Tác giả Ngô Đình Thức (2006) ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và nuôi cấy túi phấn tạo được 8 dòng biến dị soma từ OM576, IR64, Basmati và VD20 có khả năng chống chịu mặn ở cấp 5 khi thanh lọc ở giai đoạn mạ với EC = 12 dS/m [19]. 1.5.3.3. Thanh lọc mặn hiệu quả Từ năm 1992 - 1995 Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam đã chọn được 14 giống triển vọng. Nguyễn Thị Lang và ctv (2002), đánh giá tính chống chịu mặn thu được lần lượt là: Nếp áo Già, Trắng Điệp, Móng Chim, Móng Chim Rơi và Nếp Bờ Giếng [8]. Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2009 đến nay đã bước đầu tìm được 30 dòng lúa có triển vọng chịu mặn. Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, từ năm 2001-2005 đã nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn cho các vùng lúa ven biển phía Bắc và đã tạo ra giống lúa chịu mặn M6 (Bầu Hải Phòng/1548). 6 CHƯƠNG III VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu Vật liệu phục vụ cho nghiên cứu bao gồm :  Gồm 14 dòng/giống lúa thuần mang locus gene Saltol chịu mặn nhập nội từ IRRI và các giống lúa trồng đại trà tại Đồng bằng Sông Hồng  Hóa chất và thiết bị thí nghiệm: Các chỉ thị SSR sử dụng: 447 chỉ thị. Các thiết bị máy móc sử dụng: thuộc phòng SHPT Viện Di truyền Nông nghiệp. 2.2. Địa điểm nghiên cứu Phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội) Hệ thống nhà lưới, đồng ruộng thuộc Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông (Vĩnh Quỳnh, Thanh Trì, Hà Nội) Thí nghiệm đánh giá sinh trưởng, phát triển các giống nhập nội được triển khai tại 2 tỉnh: Nam Định và Hà Nội. Thời gian thực hiện: từ năm 2010- năm 2013 2.3. Nội dung nghiên cứu 2.3.1. Nội dung 1: Nghiên cứu, đánh giá khả năng chịu mặn và đặc điểm nông sinh học, năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng/giống lúa mang locus gen Saltol chịu mặn nhập nội từ IRRI và giống lúa thuần trồng đại trà trong nước làm cơ sở trong việc chọn tạo giống lúa chịu mặn tại một số tỉnh ven biển miền Bắc Việt Nam. 2.3.2. Nội dung 2: Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại quy tụ locus gen Saltol chịu mặn vào giống lúa Bắc Thơm7 2.3.3. Nội dung 3: Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính, yếu tố cấu thành năng suất, khả năng chịu mặn và chất lượng lúa gạo của các dòng được tạo ra mang QTL Saltol trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng ruộng. 2.4. Phương pháp nghiên cứu * Quy trình MABC (Marker Assisted Backcrossing) trong chọn tạo giống lúa chịu mặn 2.4.1. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm lúa chịu mặn: Thanh lọc mặn trong điều kiện nhân tạo. 2.4.3. Một số kỹ thuật sử dụng trong phòng thí nghiệm 2.5. Khảo nghiệm các giống lúa 2.6. Phương pháp xử lý số liệu Thí nghiệm đồng ruộng (khảo sát, đánh giá....) được xử lý theo chương trình IRRISTAT 5.0; Cropstat7.2; Statistic 8.2, Excel 2007. Kỹ thuật thu thập số liệu và phân tích số liệu trong phòng thí nghiệm theo 7 phần mềm Graphical genotypes 2 (GGT2.0) và các phương pháp phân tích thống kê khác. Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong nghiên cứu bằng phương pháp của IRRI và Suprihatno, 1980. Số liệu được ghi nhận trong chương trình Excel và xử lý trong chương trình Graphical Genotyper (Van Berloo, 2008). Ghi nhận dữ liệu của từng chỉ thị SSR đối với các alen đồng hợp tử giống nhận gen là “A”, đồng hợp tử giống cho gen là “B” và dị hợp tử là “H”. CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu đánh giá vật liệu sử dụng trong nghiên cứu và chọn tạo giống lúa chịu mặn 3.1.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng/giống lúa trong điều kiện nhân tạo Kết quả thanh lọc mặn của các giống nghiên cứu có bổ sung 6g/l NaCl vào dung dịch Yoshida được thể hiện qua bảng 3.1. Bảng 3.1. Kết quả thanh lọc mặn nhân tạo sau 2 tuần xử lý có bổ sung 6g/l NaCl (EC=12dS/m) TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Tên giống IR72046-B-R-8-31-3 IR52713-2B-8-2B1-2 IR77674-3B-8-2-2AJY5 NSIC Rc 106 IR45427-2B-2-2B1-1 IR55179-3B-11-3 IR65196-3B-5-2-2 IR74099-3R-3-3 IR 4630-22-2-5-1-3 FL478 Bắc thơm 7 Cấp hại sau 2 tuần xử Cấp hại sau 3 tuần xử lý NaCl 6‰ lý NaCl 6‰ Lặp Lặp Lặp Lặp Lặp TB Lặp3 TB 1 2 3 1 2 3 5 3 3.7 7 5 5 5.7 3 3 3 3.0 7 5 7 6.3 3 3 3 3.0 5 5 7 5.7 3 3 5 3.7 7 7 7 7.0 3 5 3 3.7 7 7 5 6.3 3 5 3 3 1 5 3 5 3 5 1 7 3 3 3 3 3 7 3.0 4.3 3.0 3.7 1.7 6.3 7 7 7 5 3 9 5 7 5 7 3 7 7 7 5 7 3 9 6.3 7.0 5.7 6.3 3.0 8.3 8 12 Khang dân 18 7 7 7 7.0 9 9 9 9.0 Pokkali (giống 13 1 1 3 1.7 3 1 3 2.3 chống chịu) IR29 (giống mẫn 14 7 9 7 7.7 9 9 9 9.0 cảm) 3.1.2. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa nhập nội trong điều kiện tự nhiên 3.1.2.1. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa nhập nội tại Thanh Trì, Hà Nội năm 2010 Bảng 3.3. Đặc điểm nông học và hình thái của các giống lúa tham gia thí nghiệm tại Thanh Trì, Hà Nội – 2010 T T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tên giống IR72046-B-R-83-1-3 IR52713-2B-82B-1-2 IR77674-3B-8-22-AJY5 NSIC Rc 106 IR45427-2B-22B-1-1 IR55179-3B-11-3 IR65196-3B-5-22 IR74099-3R-3-3 IR 4630-22-2-5-13 TGST(ngày) Xuân Mùa Cao cây(cm) Xuân Mùa Dài bông(cm) Xuân Mùa 96.0 e 96.3 h 24.2 ab 23.0 cd 109.0 110.0 c 24.5 a 25.0 a c 110.0 c 24.0 139 115 127 115 155 130 136 105 92.3 g 150 120 145 120 145 130 135 120 142 115 10 FL478 135 120 11 Pokkali - 135 12 Bắc thơm7(đ/c) 135 125 c 109.0 ab 24.0 b 92.3 j 22.7 bc 23.0 d 92.5 g 94.0 i 23.5 bc 22.3 e 113.0 115.3 b 23.7 c 24.0 b 115.7 b 22.7 d 24.0 b 98.0 g 24.3 ab 23.3 cd 106.3 e 21.3 d 20.3 f 102.3 f 20.3 e 20.7 f 182.7a - 23.7bc 107.3 d 22.0 d 21.7 e b 115.3 a 94.3 f 113.0 b 103.3 d 112.0 b 0.47 0.46 2.04 1.63 CV (%) 0.84 0.87 0.8 0.63 LSD0.05 3.1.2.2. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa nhập nội tại Giao Thủy, Nam Định năm 2010 9 Bảng 3.5. Một số đặc điểm nông học và hình thái của các giống lúa tham gia thí nghiệm tại Giao Thủy, Nam Định năm 2010 TGST(ngày) Cao cây (cm) Dài bông (cm) TT Tên giống Xuân Mùa Xuân Mùa Xuân Mùa ef 1 IR72046-B-R-8-3-1-3 135 120 98.3 96.0 efg 24.3 ab 23.3 bc 111.0 2 IR52713-2B-8-2B-1-2 128 110 110.7 bc 24.3 ab 25.7 a cd 3 IR77674-3B-8-2-2AJY5 160 134 110.7 105.0 23.3 cd cde abc 4 NSIC Rc 106 140 110 95.0 f 87.7 g 22.3 5 IR45427-2B-2-2B-1-1 152 125 94.0 f 92.0 fg 23.3 6 IR55179-3B-11-3 142 130 113.3 113.7 bc 24.0 7 IR65196-3B-5-2-2 142 125 119.0 b 115.0 b 23.3 abc 23.0 bcd 8 IR74099-3R-3-3 140 115 22.7 cd IR 4630-22-2-5-1-3 140 112 92.3 fg 108.0 25.3 a 9 98.7 ef 116.3 bc bcd 21.7 cd 19.8 f 10 FL478 132 115 99.0 def 20.7 d 20.7 ef 11 Pokkali - 140 188.7a 25.3a 12 Bắc thơm7(đ/c) 135 120 bc 105.0 de 111.0 cd bcd abc abc - 23.0 bcd 22.7 cd 22.3 cd 24.3 ab 115.0 b 21.7 cd 22.0 cde 4.17 5.14 6.08 3.67 CV (%) 7.88 9.54 2.38 1.41 LSD 0,05 3.2. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại chọn tạo giống lúa Bắc Thơm7 chịu mặn 3.2.1. Kết quả nghiên cứu xác định vật liệu bố mẹ trong chọn tạo giống lúa mang QTL Saltol Với mục đích là cải tiến tính trạng chịu mặn của giống lúa vùng ven biển ĐBSH, chúng tôi sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị chỉ thị phân tử và lai trở lại nhằm chuyển locus gen chịu mặn Saltol vào giống nhận gene nhưng vẫn giữ được các đặc tính nông sinh học tốt và phẩm chất lúa gạo của giống. Kết hợp với kết quả đánh giá vật liệu và số liệu thu thập, chúng tôi đã xác định được giống cần cải tiến tính trạng chịu mặn đó là giống Bắc Thơm 7 (giống nhận locus gen Saltol). 3.2.2. Kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại quy tụ QTL Saltol chịu mặn vào giống lúa BT7 10 3.2.2.1. Kết quả xác định chỉ thị phân tử liên kết Saltol và đa hình giữa giống lúa BT7 và dòng FL478 Trong nghiên cứu này, tổng số 30 chỉ thị phân tử tại vùng gen đích saltol đã được sử dụng để xác định chỉ thị phân tử đa hình liên kết gen giữa giống cho và nhân gen. Kết quả khảo sát đã xác định được 15 chỉ thị phân tử cho đa hình giữa giống bố mẹ tại vị trí vùng gen đó là các chỉ thị: AP3206, RM3412b, RM10748, RM493, RM140, RM10825. G1a, G6a, G11a, Salt 4a, SCK1b, SCK1d, SCK2, SCK10, SCK10a. Các thông tin chỉ thị phân tử đa hình được thể hiện trên hình 3.2, hình 3.4. Hình 3.2. Kết quả kiểm tra đa hình giữa giống BT7 và FL478 với 3 chỉ thị RM493, RM3421b, RM140 Chú thích: P1: Bắc Thơm 7; P2: FL478 Hình 3.4. Vị trí QTL/gen Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 3.2.2.2. Kết quả xác định chỉ thị phân tử đa hình ngoài vùng locus gen Saltol giữa giống lúa BT7 và dòng FL478 trên 12 NST Để kiểm tra xác định chỉ thị phân tử đa hình nằm ngoài vùng gen Saltol trên toàn bộ 12 NST phục vụ công việc xác định nền di truyền các cá thể trong quần thể chọn tạo. Thí nghiệm đã sử dụng 447 chỉ thị SSR kiểm tra xác định chỉ thị phân tử đa hình, kết quả đã xác định được 102 chỉ thị đa hình (chiếm 21,38 %) giữa giống lúa Bắc Thơm 7 và FL478. Hình 3.7. Kết quả khảo sát chỉ thị phân tử đa hình giữa giống BT7 và FL478 Chú thích: P1: Bắc Thơm 7; P2: FL478 11 Hình 3.8. Bản đồ các chỉ thị phân tử đa hình giữa giống FL478 và BT 7 trên 12 NST Ghi chú: Thứ tự chỉ thị phân tử được thể hiện bên trái NST, vị trí của chỉ thị được thể hiện phía bên phải NST. Vùng đen biểu thị lôcut gen Saltol. Thứ tự và vị trí chỉ thị phân tử được xây dựng dựa trên bản đồ Nipponbare (TIGR v. 3 pseudomolecules available at www.gramene.org and atsliver.plbr.cornell.edu/SSR). 3.2.3. Kết quả cải tiến giống lúa BT7 chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị phân tử và lai trở lại 3.2.3.1. Kết quả lai tạo tạo con lai F1 của tổ hợp lai FL478/BT7 Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã sử dụng chỉ thị đa hình RM7643 để kiểm tra các cá thể lai F1. Kết quả thu được 17/20 cá thể F1 cho dị hợp tử (điểm H). Hình 3.10. Kết quả chạy điện di với chỉ thị RM7643 BT: Bắc thơm 7; FL: FL478; A: BT7; H: Di hợp tử , 1-20: Các cá thể lai F1 Sau khi chọn được 17 cá thể lai mang kiểu gen dị hợp tử giữa giống FL478 và Bắc thơm 7, tiến hành lai trở lại với giống Bắc thơm 7 để tạo quần thể BC1F1. 3.2.3.2. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC1F1 bằng phương pháp chỉ thị phân tử Để xác định những cá thể mang gen đích Saltol trong các quần thể con lai, kết quả khảo sát đã xác định được 15 chỉ thị phân tử liên kết Saltol và cho đa hình giữa giống lúa BT7 và FL478 đó là các chỉ thị: AP3206, RM3412b, RM10748, RM493, RM140, RM10825, G1a, G6a, G11a, Salt 4a, SCK1b, SCK1d, SCK2, SCK10, SCK10a. Trong thí nghiệm này dựa trên kết quả thành công của các nhà chọn giống IRRI, chúng tôi sử dụng hai chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen đích là RM493 (nằm ở phần dưới của Saltol) và RM3412b (nằm ở phần trên của Saltol) trong việc chọn lọc cá thể mang locus gen Saltol. 12 Hình 3.10. Kết quả chạy điện di trên 94 cá thể BC1F1với chỉ thị phân tử RM493. Từ 1-94 Các cá thể lai BC1F1, BT7: Bắc Thơm 7,FL: FL478 A: Bắc Thơm 7, B:FL478, H: Dị hợp tử Hình 3.11. Kết quả chạy điện di trên 94 cá thể BC1F1 với chỉ thị phân tử RM3412b. Từ 1-94 Các cá thể lai BC1F1, BT7: Bắc Thơm 7,FL: FL478 A: BT7, B:FL478, H: Dị hợp tử Kết hợp 2 chỉ thị RM493 và RM3412b đã sàng lọc được 14 cá thể mang Saltol có số thứ tự: 5, 10, 11, 14, 19, 28, 29, 32, 36, 42, 45, 50, 71, 83. 3.2.3.3. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC2F1 bằng phương pháp chỉ thị phân tử - Kết quả chọn lọc các cá thể mang locus gen Saltol trong quần thể BC2F1 Trong thí nghiệm này, 141 cá thể BC2F1 đã được lai tạo. Để xác định cá thể mang locus gen Saltol trong quần thể BC2F1, hai chỉ thị phân tử liên kết chặt với Saltol là RM493 và RM3412b tiếp tục được sử dụng để chọn lọc cá thể mang gen đích. Kết quả chọn lọc cá thể mang locus gen Saltol được thể hiện qua hình 3.13 và hình 3.14. Hình 3.13.Kết quả chạy điện di trên 141 cá thể BC2F1với chỉ thị phân tử RM3412b Từ 1-141 Các cá thể lai BC2 F1- BT7: BT 7; FL: FL478; A: BT 7; B:FL478; H: Dị hợp tử Hình 3.14. Kết quả chạy điện di trên 141 cá thể BC2F1 với chỉ thị phân tử RM493 1-141 Các cá thể lai BC2 F1, BT7: Bắc Thơm 7,FL: FL478 A: BT 7, B:FL478, H:Dị hợp tử Kết quả chọn lọc cá thể mang gen đích bằng chỉ thị phân tử RM3412 và RM493 đã thu được 34 cá thể có số thứ tự sau: 1, 2, 7, 9, 11, 13, 15, 22, 23, 24, 30, 34, 36, 42, 45, 47, 51, 53, 57, 59, 60, 65, 74, 77, 81, 92, 93, 94, 96, 112, 114, 117, 136, 141. 13 - Kết quả đánh giá nền di truyền các cá thể mang Saltol trong quần thể BC2F1 Kết quả xác định cá thể mang locus gen Saltol và có nền di truyền của BT7 cao nhất trong thế hệ BC2F1, đã thực hiện với 43 chỉ thị cho đa hình không liên kết với vùng locus gen Saltol trên các nhiễm sắc để lựa chọn nền di truyền của cây nhận gen. . Hình 3.20. Kết quả xử lý phần mềm GGT2 của 10 cá thể mang Saltol trong quần thể BC2F1 Hình 3.21. Kết quả xử lý phần mềm GGT2 của 10 cá thể trên 12 nhiễm sắc thể Qua hình 3.20 và hình 3.21, đã xác định được cá thể có nền di truyền cao nhất là cá thể số số 8 (cây số 57 theo số thứ tự quần thể BC2F1) có tỷ lệ di truyền giống với giống nhận gen BT7 là 80.7% Hình 3.22. Bản đồ di truyền của cá thể số 8 được xử lý bằng phần mềm GGT2 3.2.3.4. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC3F1 bằng phương pháp chỉ thị phân tử Để xác định những cá thể mang gen đích trong các thế hệ BC3F1, chúng tôi tiếp tục sử dụng 2 chỉ thị phân tử RM493, RM3412b liên kết chặt với locus gen Saltol để tìm các cá thể chứa vùng locus gen Saltol. 14 Hình 3.23. Kết quả chạy điện di trên 369 cá thể BC3F1 với chỉ thị RM3412b Từ 1-369 Các cá thể lai BC3 F1, BT7: Bắc Thơm 7,FL: FL478 A: BT 7, B:FL478, H: Dị hợp tử. Hình 3.24. Kết quả chạy điện di trên 369 cá thể BC3F1 với chỉ thị RM493 Kết quả xác định cá thể mang Saltol trong quần thể BC3F1 bằng hai chỉ thị phân tử RM493 và RM3412 là 115 cá thể: 6, 7, 8, 10, 14, 16, 18, 22, 28, 29, 30, 32, 35, 36, 38, 41, 42, 45, 50, 54, 63, 64, 65, 70, 72, 73, 74, 75, 80, 82, 83, 84, 94, 101, 102, 109, 111, 112, 116, 122, 123, 135, 148, 157, 158, 166, 169, 174, 176, 178, 184, 188, 190, 192, 194, 197, 198, 200, 211, 215, 217, 218, 221, 234, 233, 237, 238, 246, 248, 254, 257, 259, 260, 263, 270, 273, 274, 275, 276, 277, 284, 289, 290, 293, 300, 302, 304, 305, 306, 307, 308, 310, 311, 312, 313, 314, 315, 317, 320, 324, 331, 332, 333, 335, 336, 344, 345, 351, 353, 357, 358, 359, 361, 366, 367. Trong 115 cá thể mang Saltol được xác định bằng hai chỉ thị phân tử RM493 và RM3412, 88 cá thể được lai trở lại từ cá thể số 8 (trong quần thể BC2F1). * Kết quả đánh giá nền di truyền các cá thể mang Saltol trong quần thể BC3F1 Để xác định nền di truyền BT7 trong các cá thể mang Saltol trong quần thể BC3F1 chúng tôi chỉ sử dụng 88 cá thể được phát triển từ cá thể số 8 có nền di truyền là 80,7% trong thế hệ BC2F1. 15 Hình 3.29. Kết quả phân tích nền di truyền của 88 cá thể BC3F1 trên 12 nhiễm sắc thể bằng phần mềm GGT2 Kết quả đã xác định được cá thể có nền di truyền cao nhất là cá thể số 30 và 32 có nền di truyền 99,3% và 100% của giống nhận gen BT7 hình 3.30; 3.31. Hình 3.30. Bản đồ di truyền của cá thể số 30 Hình 3.31. Bản đồ di truyền của cá thể số 32 Ghi chú hình 3.30 và hình 3.31: Thứ tự của các NST được biểu thị bằng số ở phía dưới và danh sách các chỉ thị dùng trong khảo sát nền di truyền ở phía bên trái, tương ứng vị trí chỉ thị phân tử ghi bên phải NST. Vùng đỏ biểu thị nền di truyền giống BT7.Vị trí và thứ tự chỉ thị phân tử được xây dựng dựa trên phần mềm GGT2.0 3.3. Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính, yếu tố cấu thành năng suất và khả năng chịu mặn của các dòng được tạo ra mang QTL Saltol trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng ruộng 3.3.1. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng Bắc thơm 7- Saltol trong điều kiện nhà lưới Ở thế hệ BC3F1 đã chọn được 2 cá thể số IL-30 và IL-32 của tổ hợp lai BC3F1 có nền di truyền giống mẹ đạt ở mức lần lượt 99,3% và gần 100%. Cá 16 thể IL-32 được chọn và gieo trồng trong điều kiện nhà lưới để tạo thế hệ BC3F2 phục vụ cho việc phân tích và đánh giá đánh giá kiểu hình. Sử dụng MAS trong chọn lọc cá thể đã chọn lọc được 30 cá thể có kiểu gen đồng hợp tử tại locus chỉ thị RM1287, RM8094 liên kết với chặt với QTL Saltol (được đánh số từ 1-30), mỗi cá thể này cho tự thụ để phát triển lên 30 dòng khác nhau, theo dõi quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất, đối chứng là giống Bắc Thơm 7. 17 Bảng 3.17. Chỉ tiêu sinh trưởng và đặc điểm hình thái của các dòng BT7Saltol (thế hệ BC3F2) trong vụ xuân 2012 tại Thanh Trì- Hà Nội Ký hiệu dòng Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 Số 6 Số 7 Số 8 Số 9 Số 10 Số 11 Số 12 Số 13 Số 14 Số 15 Số 16 Số 17 Số 18 Số 19 Số 20 Số 21 Số 22 Số 23 Số 24 Số 25 Số 26 Số 27 Số 28 Số 29 Số 30 BT7 (đ/c) 112.9jk 111.2mn 113.2hijk 111.5lm 114.2efgh 109.5o 117.9a 113.2ghijk 116.9b 111.5mn 113.2ijk 114.5ef 115.2cd 114.2ef 113.5fghi 111.9lm 108.9o 113.9hijk 113.9ijk 113.9hijk 113.2hijk 111.2n 116.9ab 114.5de 117.2a 114.2efg 113.2hijk 112.9kl 116.2bc 113.2fghij Dài bông (cm) 20.6bcde 20.7de 20.5de 19.4f 20.6de 20.5de 21.5bcd 20.4de 20.4de 29.7a 21.2ab 20.4de 20.4ef 21.0bcde 21.4bcde 21.1bcde 20.5de 20.5de 20.7de 21.9bc 20.9cde 21.9bcd 20.7de 20.9de 21.7bcd 21.0bcd 20.2de 21.5bcde 19.8f 21.5bcde Dài cổ bông (cm) 2.9ef 2.9bcdef 2.7f 2.6f 3.2a 3.5a 2.8f 2.9cde 3.3ab 3.0abcde 3.3ab 3.3ab 3.0ab 3.0abc 3.3ab 2.8cde 2.6ef 3.2abc 3.0ab 3.1abcd 3.1abc 3.1ab 3.4a 2.7f 3.4a 3.2a 2.8def 3.4a 2.8ef 2.8ef 116.2bc 21.2bcde 0.48 0.89 2.3 0.79 Tên dòng TGST (ngày) Cao cây (cm) IL32-1 IL32-2 IL32-3 IL32-4 IL32-5 IL32-6 IL32-7 IL32-8 IL32-9 IL32-10 IL32-11 IL32-12 IL32-13 IL32-14 IL32-15 IL32-16 IL32-17 IL32-18 IL32-19 IL32-20 IL32-21 IL32-22 IL32-23 IL32-24 IL32-25 IL32-26 IL32-27 IL32-28 IL32-29 IL32-30 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 135 CV(%) LSD5% 18 Gié/bông (gié) Màu sắc vỏ hạt 10.7hi 10.4i 10.7hi 11.7cdefg 12.1a 10.4hi 10.4hi 10.4hi 10.7ghi 11.7efghi 12.1ab 11.1defghi 10.7hi 11.1fghi 12.1abc 11.4abcdef 12.1abc 11.7bcdefg 11.7abcde 10.4hi 10.1hi 12.1ab 12.1abcd 11.1bcdefg 11.7defghi 12.7abcd 11.7bcdefg 12.1abcd 12.1abc 10.4hi Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sẫm Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Nâu Vàng sẫm Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sẫm Vàng sáng Vành sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Vàng sẫm Vàng sẫm Vàng sáng Vàng sáng Nâu Nâu Vàng sáng Vàng sáng Vàng sáng Nâu 3.1abcde 11.6abcdef Vàng sáng 9.82 0.49 4.13 0.77
- Xem thêm -