Tài liệu Luận văn thạc sĩ Ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Thu Hằng ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Thu Hằng ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60 42 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lƣu Thị Ngọc Huyền Hà Nội – Năm 2011 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4 1.1. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO ......................................................................................... 4 1.1.1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới ........................................................................................... 4 1.1.2. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo ở Việt Nam ........................................................................................... 7 1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ................................................................. 9 1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng ............. 10 1.2.2. Vùng trồng lúa có khả năng ngập ở Đồng bằng Sông Cửu Long ........ 11 1.3. NGHIÊN CỨU VỀ CƠ THẾ TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA ........ 13 1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động ................................... 13 1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa ....................................... 16 1.3.3. Di truyền tính chống chịu ngập của cây lúa .......................................... 18 1.4. MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT.......................................... 19 1.4.1. Chỉ thị phân tử ADN ............................................................................. 19 1.4.1.1. Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN .................................................................... 20 1.4.1.2. Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN .............................................................. 21 1.4.1.3. Chỉ thị dựa trên những cơ sở những chuỗi có trình tự lặp lại ...................... 24 1.4.2. Tính ƣu việt và những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................ 25 1.4.2.1 Tính ƣu việt của chỉ thị phân tử .................................................................... 25 1.4.2.2. Những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................................................ 27 1.5. NHỮNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CHỊU NGẬP ............................. 30 1.5.1. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập trên thế giới ................... 30 1.5.2. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập ở ViệtNam ................... 33 91 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................. 35 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................................ 35 2.1.1. Các giống lúa nghiên cứu ...................................................................... 35 2.1.2. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm ............................................................. 35 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 35 2.2.1. Phƣơng pháp lai hữu tính - lai trở lại giữa giống cho và nhận gen chịu ngập .................................................................................................. 36 2.2.2. Phƣơng pháp tách chiết ADN tổng số................................................... 36 2.2.3. Phƣơng pháp PCR với mồi SSR ........................................................... 38 2.2.4. Phƣơng pháp điện di trên gel agarose 0,8% .......................................... 39 2.2.5. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide. ..................................... 40 2.2.5.1. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide biến tính .................... 40 2.2.5.2. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide không biến tính ................... 42 2.2.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu..................................................................... 43 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 44 3.1. TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH ADN TỔNG SỐ............................................. 44 3.2. KHẢO SÁT ĐA HÌNH GIỮA HAI GIỐNG BỐ MẸ ......................................... 45 3.3. QUY TỤ GEN CHỊU NGẬP CHÌM SUB1 VÀO GIỐNG LÚA AS996 ................ 50 3.3.1. Xác định con lai F1 ................................................................................ 50 3.3.2. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC1F1.............................. 51 3.3.3. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC2F1.............................. 57 3.3.4. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC3F1.............................. 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69 92 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học MỞ ĐẦU Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng cho khoảng 2/3 dân số thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, thế giới có khoảng 156,1 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lƣợng là 697,9 triệu tấn, 90% diện tích này thuộc các nƣớc châu Á với 651 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lƣợng lúa gạo thế giới. (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2010)[3] Ở Việt Nam lúa là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn 89 triệu dân với diện tích khoảng 7,4 triệu ha, năm 2010 sản xuất đƣợc 39,710 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,493 triệu tấn đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo sau Thái Lan. Ƣớc tính năm 2011 sản xuất khoảng 41,05- 41,5 triệu tấn. Nƣớc ta có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) diện tích 3,79 triệu ha chiếm 50% sản lƣợng lúa cả nƣớc và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) diện tích 1,18 triệu ha chiếm 17% sản lƣợng. (Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2009); MPI, 2009)[2][60] Trên thế giới, an ninh lƣơng thực không chỉ là vấn đề với các nƣớc nghèo mà nó đang trở thành vấn đề có tính toàn cầu. Dân số thế giới liên tục tăng (khoảng 7 tỷ ngƣời năm 2011) trong khi diện tích đất dành cho việc trồng lúa hầu nhƣ không tăng mà ngày càng giảm do đất đƣợc chuyển sang sử dụng cho các mục đích khác nhƣ xây dựng khu công nghiệp, trƣờng học, nhà ở, khu du lịch... Bên cạnh đó, các dấu hiệu về sự biến đổi khí hậu hiện nay đã có thể nhận thấy nhƣ trái đất đang nóng lên, băng tan ở hai cực, bão lũ xảy ra thƣờng xuyên. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình hàng năm tăng 0,10C và mực nƣớc biển tăng 2,5 – 3,0 cm mỗi năm trong thập kỷ qua. Tính đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở Việt Nam sẽ tăng khoảng 2,30C và mực nƣớc biển tăng 75 cm tính theo mức trung bình các năm 1980 – 1999. Hàng năm có tới trên 20 triệu hecta chịu ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng tại Nam và Đông Nam châu Á, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh hƣởng do hậu quả của nƣớc biển dâng vào cuối thế kỷ (MONRE, 2009)[61] 1 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Do vậy, để ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, các nhà khoa học trên thế giới ở các lĩnh vực khác nhau không ngừng nghiên cứu các khả năng làm giảm thiểu những yếu tố, tác nhân gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng trái đất, quan tâm tới các nguồn năng lƣợng sạch trong tƣơng lai, tạo ra và phát triển các loại cây lƣơng thực vừa có năng suất, chất lƣợng cao, vừa thân thiện, thích nghi và bền vững trong điều kiệu môi trƣờng thay đổi khắc nghiệt. Hầu hết các loại cây trồng đều có tiềm năng chống chịu với các điều kiện sinh học và phi sinh học bất lợi. Tuy nhiên, các giống cây trồng có khả năng chống chịu này thƣờng thuộc loài hoang dại, đi kèm với một số tính trạng không mong muốn khác nhƣ năng suất rất thấp, cao cây... Các nhà chọn giống hiện nay đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc đƣa gen quy định tính chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất lợi từ giống này sang giống khác do sự đổ vỡ tính kháng và bản chất đa gen liên quan đến tính kháng của các tính trạng. Thêm vào đó, các chƣơng trình chọn giống cây trồng đặt ra hiện nay còn phải tính đến khả năng đối phó với các tác động kép của nhiều yếu tố phi sinh học bất lợi, xảy ra đồng thời trong cùng một thời vụ cây trồng do tác động của biến đổi khí hậu. Nhƣ vụ lúa Đông Xuân năm 2011 ở Việt Nam, cây trồng phải đối phó với thời tiết lạnh đầu vụ ở miền Bắc làm ảnh hƣởng tới khả năng sinh trƣởng phát triển của cây và thời tiết khô nóng ở thời điểm trỗ muộn, ĐBSCL đầu vụ hạn hán cuối vụ thiếu nƣớc ngọt do xâm nhập mặn sâu vào nội đồng với nồng độ mặn cao, điều này sẽ có khả năng ảnh hƣởng tới năng suất. Định hƣớng chọn tạo giống chống chịu với điều kiện phi sinh học và sinh học nói chung trong thời gian tới là tạo giống bằng cách quy tụ nhiều gen khác nhau vào một giống lúa ƣu việt nhờ công nghệ sinh học. Do vậy, việc chọn tạo nhanh những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lƣợng tốt, mang nhiều gen chống chịu với các điều kiện phi sinh học là công việc đƣợc quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác. Bƣớc đột phá trong việc chọn giống chịu ngập chìm trở nên có thể thực hiện đƣợc sau khi các vùng chính trên nhiễm sắc thể (Quantitative trait loci- QTLs) điều 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học khiển tính chống chịu ngập chìm đƣợc xác định. Việc phát triển và sử dụng chỉ thị phân tử để đẩy nhanh quá trình quy tụ gen đó vào những giống mới năng suất cao thông qua phƣơng pháp chọn giống lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử (marker assisted backcrossing - MABC; Thomson và ctv., 2009; Septiningsih và ctv., 2009; Singh và ctv., 2009) [87][77][78] đã đạt đƣợc các kết quả bƣớc đầu. Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) cho phép rút ngắn thời gian chọn lọc, và chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều gen cùng một lúc. Bằng con đƣờng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại nhiều gen chống chịu mặn, hạn, lạnh, chống chịu độc tố nhôm, sắt và gen quy định chất lƣợng đã đƣợc quy tụ thành công vào một số dòng lúa ở các nƣớc có nền công nghệ sinh học phát triển. Đối với gen chống chịu ngập cho đến nay các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã xác định đƣợc một số các chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen có thể ứng dụng trong chọn giống, sử dụng phƣơng pháp MABC để chọn giống chịu ngập chìm. Để góp phần tạo ra giống lúa có khả năng chịu ngập chìm ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất, chúng tôi thực hiện đề tài: ―Ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm”. Đề tài đƣợc đề ra với mục tiêu cụ thể sau: - Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại để quy tụ gen chịu ngập (Sub1) đã đƣợc xác định trƣớc vào giống lúa năng suất cao đang đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam với thời gian ngắn đáp ứng nhu cầu giống trong sản xuất. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu và vật liệu cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về gen chịu ngập (Sub1) trên cây lúa, đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng chịu ngập, năng suất cao, phù hợp với điều kiện canh tác lúa vùng ngập lụt, giúp ngƣời nông dân tăng thêm thu nhập, giảm đói nghèo. 3 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO 1.1.1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Những biến đổi này đƣợc gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây có thêm hoạt động của con ngƣời. (IPCC,2007, Nguyễn Văn Cƣờng) [8] [47] Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của một khu vực mà là vấn đề toàn cầu. Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, mực nƣớc biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tƣơng lai. Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng đƣợc trồng ở các vùng đất thấp hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia nhƣ Việt Nam, Bangladesh, Ấn Độ... Những khu vực này lại có nguy cơ bị nƣớc biển xâm nhập khi mực nƣớc biển dâng cao, cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng đƣợc cả tình trạng ngập nƣớc lẫn độ mặn cao. Lâu nay, châu Á là nơi sản xuất và tiêu thụ gạo cao nhất trên thế giới. Ngoài ra, châu Á còn là nơi xuất khẩu gạo chủ yếu. Trong đó, Thái Lan là nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất toàn cầu, lƣợng xuất khẩu hàng năm lên tới 9 triệu tấn. Xét tới những thiệt hại trực tiếp trong lĩnh vực nông nghiệp cũng nhƣ tính thời vụ của sản xuất lƣơng thực của các nƣớc khu vực này, các chuyên gia cho rằng, ngoài một số nƣớc khu vực Đông Nam Á có thể phải đối mặt với khan hiếm gạo, 4 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học lƣợng cung cầu gạo trên thị trƣờng thế giới cũng sẽ bị thu hẹp ở mức độ nhất định, giá gạo chắc chắn sẽ tăng cao. Mỗi năm lũ lụt đã làm mất hàng triệu tấn lúa - chiếm khoảng 25% sản lƣợng lúa gạo, thất thoát hàng tỷ USD. Trong đó phổ biến nhất là ở châu Á, nơi sản xuất hơn 90% lúa gạo thế giới. Theo thống kê mới nhất của Tổ chức Nông lƣơng thế giới (FAO) hàng loạt hoa màu bao gồm lúa gạo bị tàn phá mang tính hủy hoại, trong đó diện tích lúa bị mất trắng ở các nƣớc nhƣ Thái Lan khoảng 12,5%, Philippines khoảng 6%, Campuchia khoảng 12%, Lào khoảng 7,5% và Việt Nam khoảng 0,4 %. Ngoài ra, giá gạo trong nƣớc Campuchia, Việt Nam và Thái Lan cũng bắt đầu tăng, trong đó mức tăng giá gạo ở Campuchia dự đoán sẽ lên tới 50%. (Susmita Dasgupta, 2007)[22]. Bảng 1. Ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dâng đến khu vực Đông Á 1m 2m 3m Diện tích (Tổng = 14.140.767 km2) Khu vực ảnh hƣởng 74.020 119.370 % trong tổng số 178.177 4m 5m 248.970 32.,089 0,52 0,84 1,.26 1,76 Dân số (Tổng = 1.883.407.000) 37,193,86 60.155.6 90.003.5 126,207, Dân cƣ ảnh hƣởng 6 40 80 275 1,97 3,19 4,78 6,70 % trong tổng dân cƣ GDP (Tổng = 7.577.206 triệu USD) 158.399 255.510 394.081 592.598 GDP ảnh hƣởng (USD) 2,09 3,37 5,20 7,82 % trong tổng GDP 2 Khu vực đô thị (Tổng = 388.054 km ) 6.648 11.127 17.596 25.725 Khu vực ảnh hƣởng 1,71 2,87 4,53 6,63 % trong tổng số Khu vực nông nghiệp (Tổng = 5.472.581 km2) 45.393 78.347 121.728 174.076 Khu vực ảnh hƣởng 0,83 1,43 2,22 3,18 % trong tổng số Đầm lầy (Tống = 1.366.069 km2) 36.463 56.579 79.984 110.671 Khu vực ảnh hƣởng 2,67 4,14 5,86 8,10 % trong tổng số 2,30 162.445. 397 8.63 772.904 10,20 34.896 8,99 229.185 4,19 130.780 9,57 Nguồn (Susmita Dasgupta, 2007) Châu Á nếu nƣớc biển dâng lên 1m khoảng 25.000km2 rừng đƣớc sẽ bị ngập, 10000km2 đất canh tác và diện tích nuôi trồng thủy sản trở thành đầm lầy ngập mặn. Ở hạ lƣu Ai Cập 6 triệu ngƣời phải di dời và 4.500km2 đất nông nghiệp bị ngập 5 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học chìm trong nƣớc. Ở Bangladesh 18% diện tích đất nông nghiệp bị ngập ảnh hƣởng đến 11% dân số. Theo ƣớc tính của Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) mỗi năm nông dân Ấn Độ và Bangladesh bị thiệt hại tới 4 triệu tấn thóc do lũ lụt, do nhiều giống lúa chỉ chịu ngập trong vòng chƣa đầy một tuần. Còn ở Maldives hơn 80% diện tích đất thấp hơn mực nƣớc biển và có thể bị ngập khi nƣớc biển dâng cao. Việt Nam là nƣớc bị ảnh hƣởng nghiêm trọng nhất bởi mực nƣớc biển dâng, tác động chủ yếu đến Đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long khoảng 10.8% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hƣởng khi mực nƣớc biển dâng 1m. (Susmita Dasgupta, 2007)[22] Nguồn www.combatclimatechange.ie Hình 1. Biểu đồ diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hƣởng khu vực Đông Á Biến đổi khí hậu ngoài nƣớc biển dâng gây ngập lụt thì hạn hán, xâm nhập mặn ngày càng gia tăng. Với kịch bản biến đổi khí hậu, cƣờng lực và tần suất hạn hán đƣợc dự báo ngày càng tăng ở vùng tƣới nƣớc mƣa và hạn hán còn kéo dài đến vùng lúa nƣớc có tƣới. Thiếu nƣớc có thể ảnh hƣởng 23 triệu ha lúa tƣới bằng nƣớc mƣa ở Nam và Đông Nam Á. Tại châu Phi, hạn hán nặng có thể đe dọa 80% diện 6 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học tích lúa tƣới nhờ nƣớc mƣa của 23 triệu ha. Hạn hán còn ảnh hƣởng đến sản xuất lúa của Úc, Trung Quốc, Mỹ và các nƣớc khác. 1.1.2. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo ở Việt Nam Việt Nam là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng nặng nề do mực nƣớc biển tăng, nƣớc biển tăng phần lớn đất màu mỡ nhất của Việt Nam sẽ bị ngập. Theo đó, sản lƣợng lúa có thể giảm đáng kể do mực nƣớc biển dâng cao và sự thay đổi lƣợng mƣa làm thay đổi thủy học ở các vùng đồng bằng (Wassmann và ctv., 2004; Hoanh và ctv. 2004)[92][46]. Do chúng ta có bờ biển dài hơn 3.200 km, 28 tỉnh, thành phố giáp biển nên mực nƣớc biển dâng cao sẽ làm giảm lƣu lƣợng dòng chảy của các con sông, thậm chí ngay cả tại các nơi xa bờ biển. Sự hiện hữu của biến đổi khí hậu ở Việt Nam đã và đang trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết: Cụ thể, nhiệt độ tăng 2 đến 3oC trên phần lớn diện tích cả nƣớc. Riêng khu vực Đông bắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên có nhiệt độ tăng nhanh hơn so với những nơi khác. Lƣợng mƣa/năm tăng trên hầu khắp lãnh thổ. Mức tăng phổ biến từ 10-20%, riêng Tây Nguyên, Nam Trung bộ từ tăng 5-10%. Lƣợng mƣa mùa khô giảm (có nơi giảm đến 30%) và lƣợng mƣa mùa mƣa tăng (có nơi tăng từ 20-30%). Ở các khu vực khác nhau lại có thể xuất hiện những ngày mƣa dị thƣờng với lƣợng mƣa gấp đôi so với kỷ lục hiện nay. Mực nƣớc biển cao nhất ở vùng từ Cà Mau đến Kiên Giang (82 cm), thấp nhất ở vùng Móng Cái (64 cm). Trung bình toàn Việt Nam là 72,6 cm. (Bộ TNMT, 2009)[4] Nếu mực nƣớc biển dâng 1,0m, khoảng 40 nghìn km2 đồng bằng ven biển Việt Nam sẽ bị ngập hàng năm, trong đó có các đồng bằng nhỏ hẹp ven biển vùng Nam Trung Bộ, Việt Nam sẽ bị mất khoảng 5% diện tích, 45% diện tích đất nông nghiệp ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, 11% diện tích đồng bằng Sông Hồng và 3% diện tích của các tỉnh khác thuộc vùng ven biển, 10% GDP, 7% sản lƣợng nông sản, 10,8% dân số khoảng 22 triệu dân Việt Nam phải di tản. (Nguyễn Kỳ Phùng, Bùi Chí Nam)[21] 7 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Bảng 2. Các kịch bản nƣớc biển dâng ở Việt Nam qua các thời kỳ Kịch bản nƣớc biển dâng (cm) Các mốc thời gian của thế kỷ 21 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Thấp (B1) 11 17 23 28 35 42 50 57 65 Trung bình (B2) 12 17 23 30 37 46 54 64 75 Cao(A1F1) 12 17 24 33 44 57 71 86 100 Kịch bản BĐKH nước biển dâng cho Việt Nam, phần II Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lƣợng mƣa năm có thể tăng khoảng 7 - 8% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ 2 - 3% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980 – 1999. Lƣợng mƣa thời kỳ từ tháng III đến tháng V sẽ giảm từ 4-7% ở Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lƣợng mƣa vào giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới 10-15% so với thời kỳ 1980-1999. Lƣợng mƣa các tháng cao điểm của mùa mƣa sẽ tăng từ 10 đến 15% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng trên dƣới 1%. Ở Việt Nam biến đổi khí hậu cũng sẽ gây hạn hán, làm giảm đến 20-25% lƣợng mƣa ở khu vực miền Trung-Tây Nguyên, gây ra hạn hán không chỉ phổ biến và kéo dài mà thậm chí còn gây khô hạn thời đoạn ngay trong thời gian El Nino. Tác động này ở Nam Trung Bộ lớn hơn Bắc Trung Bộ, Bắc Tây Nguyên lớn hơn Nam Tây Nguyên. Nhiều vùng của nƣớc ta sẽ bị sa mạc hóa không trồng trọt đƣợc. Mặn là hiện tƣợng liên kết với nƣớc biển dâng mang nƣớc mặn tiến sâu vào đất liền, biến nhiều vùng đất trồng lúa bị mặn hóa. (Nguyễn Đức Ngữ, 2008)[20] 8 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam châu Á chịu ảnh hƣởng của vùng gió mùa, khí hậu nóng và ẩm rất đặc trƣng. Việt Nam có một bờ biển dài hơn 3.200 km. Việt Nam hiện nay có khoảng hơn 89 triệu ngƣời, mật độ dân số cao ở các vùng tập trung nguồn nƣớc nhƣ các châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long và các cửa sông, cửa biển dọc theo miền Trung. Hoạt động sản xuất chính ở Việt Nam là nông nghiệp, thuỷ hải sản và diễn ra chủ yếu ở vùng nông thôn, vùng núi và vùng ven biển. Hầu hết các thiên tai gây thiệt hại cho sản xuất và đời sống ở Việt Nam đều có liên quan với sự bất thƣờng của khí hậu và nguồn nƣớc. (Lê Anh Tuấn, 2009)[25] Việc đƣa ra các chiến lƣợc thích nghi với sự biến đổi khí hậu và mực nƣớc biển dâng cho hai vùng ĐBSH và ĐBSCL có tính chất quyết định đối với nền kinh tế và an ninh lƣơng thực của Việt Nam, góp phần đảm bảo an ninh lƣơng thực thế giới. Vùng trồng lúa bị ảnh hƣởng bởi lũ lụt có thể đƣợc chia thành 4 nhóm nhƣ sau: - Nhóm lúa chống chịu ngập hoàn toàn trong vòng 10 ngày, sau đó chúng có thể phục hồi sau khi nƣớc rút. Đó là những vùng bị lũ quét, hay vùng bị ngập bất ngờ và tính chống chịu trong điều kiện nhƣ vậy đƣợc gọi là ―chịu ngập hoàn toàn‖. - Nhóm lúa có khả năng vƣợt nƣớc 5-10cm / ngày hoặc nhiều hơn, trong vùng lũ lụt kéo dài 3-4 tháng/năm. Đó là vùng lúa nổi ở Đồng bằng Sông Cửu Long trƣớc đây, nƣớc dâng từ từ, kéo dài nhiều tháng. Tính chống chịu trong điều kiện nhƣ vậy đƣợc gọi là ―khả năng vƣơn lóng‖. - Nhóm lúa có khả năng thích nghi vùng đầm lầy ven biển, nơi đó thủy triều lên xuống trong ngày làm cây lúa bị ngập lúc triều cƣờng. Đó là vùng bị ngập xen kẽ. - Nhóm lúa không có khả năng vƣợt nƣớc, nhƣng thích nghi tốt trong vùng nƣớc ngập sâu, lũ lụt kéo dài 2-3 tháng gọi là (lúa nƣớc sâu), lúa có tính cảm quang, thời gian trỗ thƣờng xảy ra khi nƣớc rút. (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang 2003)[6]. 9 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng Đồng bằng sông Hồng rộng gần 1,18 triệu ha, chiếm 3,8% diện tích toàn quốc với một vùng biển bao quanh ở phía Đông và Đông Nam. Dân số là 14,8 triệu ngƣời (1999), chiếm 19,4% số dân của cả nƣớc. ĐBSH là một trong hai vựa lúa chính của cả nƣớc, chiếm 15% diện tích gieo trồng và 17% sản lƣợng lúa. Diện tích lúa vùng ÐBSH dự kiến đến năm 2020 là 560 nghìn ha, đến năm 2030 là 540 nghìn ha, sản lƣợng dự kiến hơn 7,3 triệu tấn. Nhiều vùng trong ĐBSH tiếp giáp với hơn 400km bờ biển. Nếu mực nƣớc biển dâng cao 1m và không có các giải pháp ứng phó, sẽ có khoảng 11% diện tích vùng đồng bằng này có nguy cơ bị ngập và khoảng 35% dân số bị ảnh hƣởng trực tiếp. Chủ yếu thuộc các tỉnh: Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Hải Dƣơng. Tỉnh Hải Phòng bị ngập nặng nề nhất chủ yếu tập trung tại các huyện: Kiến Thụy, Tiên Lãng, Thuỷ Nguyên, Vĩnh Bảo, Đồ Sơn… Tỉnh Thái Bình ngập chủ yếu ở các huyện Thái Thuỵ, Tiền Hải, Kiến Xƣơng,… Tỉnh Nam Định ngập chủ yếu ở các huyện Nghĩa Hƣng, Xuân Trƣờng, Giao Thuỷ,… Bảng 3. Tác động của BĐKH đến tình hình ngập của ĐBSH Kịch bản Cao độ (m) Đồng bằng sông Hồng Diện tích ngoài đê Diện tích trong đê (ha) (ha) Hiện tại Vùng ngập hoàn toàn < 1,5 1.432 2.013 Vùng bán ngập < 1,5 24.136 157.781 Mực nƣớc biển dâng lên thêm 0,69 cm Vùng ngập hoàn toàn <0,8 18.576 114.654 Vùng bán ngập <2,2 37.030 263.319 Mực nƣớc biển dâng lên thêm 1,0 m Vùng ngập hoàn toàn <1,5 24.163 157.781 Vùng bán ngập <2,5 43.433 321.998 Hội thảo Việt Nam thích ứng với BĐKH 2009, GS.TS. Đào Xuân Học 10 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.2.2. Vùng trồng lúa có khả năng ngập ở Đồng bằng Sông Cửu Long ĐBSCL là vùng sản xuất lúa gạo chủ yếu cho an ninh lƣơng thực Quốc gia và là nơi sinh sống của hơn 17 triệu dân, là một vùng đất thấp và tiếp giáp với biển Đông thông qua rất nhiều cửa sông lớn. Đây là đồng bằng châu thổ lớn nhất nƣớc ta, với diện tích 3,79 triệu ha, chiếm khoảng 11,9% diện tích toàn quốc. Tại đây có 16,1 triệu ngƣời sinh sống, chiếm khoảng 21,1 số dân cả nƣớc (số liệu năm 1999). Vùng ĐBSCL chiếm 52% diện tích gieo trồng và 53% sản lƣợng lúa. Dự kiến đến năm 2020, diện tích đất lúa của ÐBSCL là 1,755 triệu ha, sản lƣợng 21,4 triệu tấn lúa, đến năm 2030 diện tích dự kiến 1,74 triệu ha, phấn đấu đạt năng suất bình quân 62 tạ/ha, sản lƣợng lúa 22 triệu tấn. Dựa theo những kịch bản đã đƣợc công bố năm 2009 thì vào năm 2100 mực nƣớc biển sẽ dâng 65 cm (kịch bản B1– thấp) ĐBSCL ngập 5.133km2 (12,8%), 75cm (kịch bản B2 – trung bình) ngập 7.580km2 (19%), và 1m (kịch bản A1F1 – cao), ngập 15.116km2 (37,8%). Cụ thể, Bến tre mất 1.131km2 (hơn 50% diện tích), Long An mất 2.169km2 (gần 50% diện tích), Trà Vinh mất 1.021km2 (gần 46%), Sóc Trăng mất 1.425km2 (gần 44%), Vĩnh Long mất 606km2 (gần 40%).... (theo TTXVN). Đặc biệt, hàng năm vào mùa lũ mực nƣớc biển dâng cao, nƣớc ở thƣợng nguồn sông Mekong đổ về nhiều sẽ gây ra lụt lội trên diện rộng thuộc các vùng Đồng Tháp Mƣời và Tứ giác Long Xuyên, vùng kẹp giữa 2 con sông Tiền và sông Hậu sẽ bị ngập nghiêm trọng hơn. Ngoài các thành phố, thị xã đã bị ngập hiện nay nhƣ Châu Đốc, Long Xuyên, Cao Lãnh, Sa Đéc, Vĩnh Long, Tân An, Mỹ Tho, Cần Thơ, Vị Thanh, Sóc Trăng, Rạch Giá và Hà Tiên bị ngập trên 1m, trong đó nghiêm trọng nhất là Cần Thơ và Vĩnh Long. Nƣớc biển dâng sẽ làm cho tiêu thoát nƣớc các thành phố, thị xã Mỹ Tho, Bến Tre, Trà Vinh, Bạc Liêu và Cà Mau khó khăn hơn. Tại Kiên Giang và An Giang, năng suất lúa có nơi giảm tới gần 21%, tƣơng đƣơng với giảm trên 1,5 tấn lúa cho mỗi ha. 11 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Nguồn: Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Môi trƣờng (Bộ TNMT) Hình 2. Phạm vi ngập khu vực ĐBSCL theo kịch bản nƣớc biển dâng 75cm Đối với các tỉnh ven biển miền Trung, khoảng 3% tổng diện tích của khu vực có nguy cơ bị ngập, ảnh hƣởng trực tiếp đến khoảng 10% số dân. Nếu nƣớc biển dâng lên 1m, tỉnh Quảng Trị có tới 37km2 đất bị ngập, gây hậu quả nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp và sinh kế của ngƣời dân. (Lê Anh Tuấn, 2009)[25 Bảng 4. Diện tích ngập các vùng ven biển Việt Nam kịch bản nƣớc biển dâng 1m Tt Vùng đồng bằng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thanh Hóa Nghệ An – Hà Tĩnh Quảng Bình Quảng Trị Thừa Thiên Huế Đà Nẵng - Quảng Nam Quảng Ngãi Bình Định Phú Yên Khánh Hòa Diện tích (ha) 52.797 92.661 114.816 24.963 45.700 50.000 55.000 35.000 20.000 12.000 Tăng 1.0 m Bán ngập Ngập 30.347 11.570 68.278 58.250 16542 12.482 7.486 27.850 15.495 18.000 10.000 35.000 15.000 24.000 11.000 16.000 10.000 10.000 7.000 Hội thảo Việt Nam thích ứng với BĐKH 2009, GS.TS. Đào Xuân Học 12 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.3. NGHIÊN CỨU VỀ CƠ THẾ TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA 1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động Cây lúa bản thân nó có thể phát triển tốt trong môi trƣờng ngập nƣớc, khi bị chìm trong nƣớc, chúng sẽ tự động khởi động một loạt phản ứng kích thích sự tồn tại. Tuy nhiên nếu ngập mà không kiểm soát đƣợc thì sẽ trở thành vấn đề vì cây lúa sẽ không thể sống đƣợc nếu bị ngập trong nƣớc thời gian dài. Sự ngập úng có thể ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của cây lúa ở bất cứ giai đoạn sinh trƣởng nào, cả trong thời gian dài hoặc trong thời gian ngắn. Cơ hội sống thấp khi cây lúa bị ngập hoàn toàn và xảy ra suốt thời gian sinh trƣởng. Suốt thời gian lũ, cây lúa có thể kéo dài thân và lá để thoát khỏi sự ngập úng. Những giống lúa nƣớc sâu cổ truyền có thể làm việc này đủ nhanh để tồn tại. Những giống lúa cải tiến không thể kéo dài thân, lá kịp theo nƣớc nên không thể tồn tại đƣợc. Nếu ngập lũ kéo dài, chúng sẽ tiêu thụ quá nhiều năng lƣợng nhƣng không thành công trong việc ngoi lên mặt nƣớc và thu nhận o-xy, ánh sáng,… để tái tạo năng lƣợng và phục hồi sự sống. Ở miền Đông Ấn Độ có một loại lúa dại năng suất thấp, nhƣng lại có một đặc tính vƣợt trội là có thể sống nhiều ngày trong môi trƣờng ngập nƣớc. Những nhà di truyền đã khám phá ra một gen, do một locus tính trạng số lƣợng điều khiển đặt tên là Submergence1 (Sub1) gen Sub1 này định vị trên nhiễm sắc thể số 9, có liên quan tới tính chịu ngập nƣớc lên tới 17 ngày. Tuy nhiên, để biết chính xác gen Sub1 hoạt động thế nào thì Kenong Xu và các đồng nghiệp thuộc Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) ở Philippine và Trƣờng Davis & Riverside thuộc Đại học California, đã phân tích thành phần của locus Sub1 và nhận thấy Sub1A là gen đóng vai trò chủ đạo giúp cây lúa có tính chống chịu úng ngập. Gen Sub1A hoạt động khi cây lúa bị ngập, gen này làm cây lúa ngủ nghỉ và dự trữ năng lƣợng, hạn chế tăng trƣởng, giữ lại các chất diệp lục cho tới khi nƣớc lũ rút. Gen này cũng có đặc tính kích thích đẻ nhánh mạnh sau khi nƣớc rút. Khi phân tích gen này các nhà khoa học nhận thấy locus Sub1 thực tế bao gồm 3 gen từ nhân tố phản ứng ethylene (ethylene-respone-factor), là Sub1A, Sub1B 13 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học và Sub1C. Các nhân tố này gồm các protein có chức năng cho phép cây trồng chống chịu với các điều kiện bất lợi. Gen Sub1A đầu tiên đƣợc phát hiện, hay thay đổi nhƣng cần thiết cho tính chống chịu úng ngập, một vài giống indica và giống japonica không có gen Sub1A. Khi kết hợp Sub1A và Sub1C làm tăng khả năng chống chịu ngập. Gen Sub1B và Sub1C đƣợc xác định là gần tâm động xấp xỉ 100bp (Xu et al,2006)[95] Một biến thể khác của Sub1A là Sub1A-1 cũng đƣợc các nhà khoa học phát hiện thấy chỉ có trong cây lúa chịu úng ngập, trong khi đó Sub1A-2, không giống với gen Sub1A-1 do một sự thay đổi của nucleotide, lại là một kiểu gen không chịu đƣợc ngập. Khi đƣa gen Sub1A vào giống lúa Swarna của Ấn Độ, giống lúa không chịu đƣợc úng ngập do thiếu gen này, các nhà khoa học nhận thấy rằng cây chuyển nạp gen không chỉ chịu đƣợc trong điều kiện ngập nƣớc mà còn cho sản lƣợng cao hơn và giữ đƣợc các đặc tính có lợi khác của giống này. (Septiningsih và ctv, 2009)[77] Một gen Sub1C không chịu ngập kết hợp với gen chịu ngập sub1A-1 không làm giảm mức độ chống chịu. Sự biểu hiện của Sub1C-1 độc lập với Sub1A. Tuy nhiên khi Sub1C-1 biểu hiện thì hoàn toàn tắt sự biểu hiện của Sub1A-2 lúc đó cây không có khả năng chống chịu. Nghiên cứu còn cho thấy tỷ lệ sống sót và sự biểu hiện của Sub1A thấp hơn đáng kể trong cây dị hợp tử so với cây đồng hợp tử mang gen chống chịu. Sub1A là gen đóng góp chính làm tăng mức chống chịu trong khi sub1C dƣờng nhƣ không quan trọng (Septiningsih, 2009)[77] Takeshi Fukao, Kenong Xu nghiên cứu theo cơ chế thoát ngập, các cơ quan của cây lúa tạo bẫy ―ethylene‖, làm giảm đối kháng với abscisic acid, làm gia tăng phản ứng với gibberillin (GA) cho phép vƣơn dài lóng thân. Ethylene cũng tác động đến gen Sub1A, làm hạn chế sản sinh ra ethylene và làm tăng các thể ức chế GA. Do đó, Sub1A làm mất tác dụng của ethylene trong phản ứng của GA ở các mô bị ngập trong nƣớc. Phân tích microarray cho thấy Sub1A điều hoà yếu tố phiên mã mRNAs và làm thay đổi sự tích tụ mRNAs liên quan đến tiêu thụ carbohydrate, cơ chế biến dƣỡng trong điều kiện kỵ khí. (Takeshi Fukao, Kenong Xu, 2006)[85] 14 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Ashikari và các đồng nghiệp tại đại học Nagoya, ĐH Kyushu, Viện nguồn lợi sinh học nông nghiệp Tsukuba (Nhật Bản) đã nghiên cứu ba vùng trong bộ gen có khả năng ảnh hƣởng đến sự phát triển của lúa. Tại vùng có ảnh hƣởng lớn nhất, một cặp gen đã đƣợc xác định và đặt tên là Snorkel 1 và Snorkel 2. Cặp gen này có thể biểu hiện đồng thời dẫn đến tăng chiều cao thêm 80 cm trên mặt nƣớc.Khi lúa bị ngập, ethylene đƣợc tích tụ và kích thích hai gen này. Biều hiện của chúng dẫn đến tăng chiều cao cây thông qua tác dụng của gibberellin. Các chuyên gia cho rằng nếu tình trạng ngập xảy ra nhanh thì gen Submergence có vai trò quan trọng nhƣng nếu tình trạng ngập kéo dài thì cặp gen Snorkel 1 và Snorkel 2 sẽ thể hiện ƣu thế giúp cây lúa tồn tại, Nhƣ vậy, cả Submergence và Snorkel đều có vai trò quan trọng và khả năng ứng dụng rất lớn. Ethylene có thể kích thích cả hai phƣơng thức chống chịu của cây (duy trì khả năng hô hấp dƣới nƣớc và kích thích tăng trƣởng khi bị ngập) nhƣng dƣờng nhƣ chọn lọc tự nhiên đã làm biến đổi nhiều khả năng vốn có của thực vật. Theo các nhà khoa học, có thể đột biến Snorkel đã xảy ra trƣớc đột biến của Submergence. Hiện tại chỉ có một số loại lúa hoang có gen Snorkel trong khi Submergence chỉ có ở các giống lúa trồng [98] S. Abdolhamid Angaji và ctv đã sàng lọc trong ngân hàng gen lúa chọn ra đƣợc giống Khao Hlan On liên quan đến khả năng chịu ngập giai đoạn nảy mầm và lập bản đồ QTL liên quan đến tính chịu ngập giai đoạn này. Nghiên cứu đã sử dụng quần thể lai trở lại giữa giống cho gen là Khao Hlan On với IR64 đã cho kết quả sự sống sót của quần thể BC2F2 từ 6-68% trung bình 28%. Bản đồ liên kết đƣợc thiết lập có tổng chiều dài 1475,7cM với khoảng cách trung bình giữa hai chỉ thị 11,9cM, sử dụng 135 chỉ thị SSR cho đa hình và 1 chỉ thị indel. Tổng số 5 QTLs đƣợc phát hiện. Trên NST số 1 là (qAG-1-2), trên NST số 3 là (qAG-3-1), trên NST số 7 là (qAG-7-2), trên NST số 9 là (qAG-9-1 và qAG-9-2) với LOD từ 5,69- 20,34. (S. Abdolhamid Angaji et al, 2009)[73] Abdelbagi M. Ismail và ctv cũng nghiên cứu cơ chế chịu ngập trong giai đoạn nảy mầm thấy rằng tinh bột trong hạt giống nảy mầm giảm trong khi nồng độ đƣờng tăng và tăng nhiều hơn ở những cây mang gen kháng. Còn ở giống nhạy 15 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học cảm, tinh bột tập trung cao và chỉ giảm nhẹ từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 8. Hoạt động của amylase tƣơng quan với chiều dài (r =0.85 cho chồi và 0.83 cho chiều dài rễ) với cây sống sót (r = 0.92). Ở cây kháng amylase hoạt động cao và cao hơn khi gen RAmy3D biểu hiện. Ethyene không đƣợc tìm thấy trong hạt sau 2 ngày bị ngập nhƣng tăng lên sau đó và tăng mạnh ở giống kháng sau 3 ngày bị ngập. Enzym Peroxidase hoạt động cao trong hạt nảy mầm của giống mẫn cảm. Trong điều kiện oxy thấp thì hạt nảy mầm của giống kháng phát triển nhanh hơn và sống sót nhiều hơn, nó duy trì khả năng sử dụng tinh bột thông qua hoạt động của amylase và hô hấp kỵ khí, ethylene đƣợc sản xuất nhiều hơn, peroxidase hoạt động thấp hơn. (Abdelbagi M. Ismail, 2008)[26] 1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa Cơ chế sinh lý giải thích hiện tƣợng đáp ứng của cây trồng đối với điều kiện bất lợi, và nhằm mục đích cải tiến cấu trúc, hoạt động sinh lý, sinh hóa của cây, giúp cây thoát khỏi, hoặc né tránh, hoặc chống chịu sự thiệt hại do điều kiện bất lợi gây ra.  Diệp lục tố Giống nhạy cảm với những điều kiện bất lợi do ngập úng thƣờng có hàm lƣợng diệp lục giảm nhanh theo thời gian cây bị ngập. Hiện tƣợng quang hợp dƣới nƣớc vẫn có thể hoạt động, nhƣng tốc độ quang hợp giảm do sự giảm oxy và thiếu ánh sáng. Hoạt động quang hợp liên quan rất chặt với hoạt động của RuBP carboxylase trong lục lạp, và sự ngập hoàn toàn nhƣ vậy làm giảm đi hoạt động của RuBP carboxylase (Rai và Murty 1979)[71]. Do đó, các yếu tố ánh sáng giảm, oxygen giảm, diệp tục tố giảm, chúng phối hợp với nhau làm cho hoạt động quang hợp giảm trong suốt thời gian bị ngập nƣớc. Những giống chống chịu có khả năng sống sót nhờ hàm lƣợng diệp lục giảm rất chậm và khả năng duy trì hoạt động quang hợp trong điều kiện nhƣ vậy. 16 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên