Tài liệu Nghiên cứu tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa tk1, tk3, tk5, ts6, ts8 được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm (lv02334)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 ĐẶNG BẢO SƠN NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỐI KHÁNG CỎ DẠI CỦA 5 DÒNG LÚA TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 ĐƢỢC TẠO RA BẰNG LAI HỮU TÍNH VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 ĐẶNG BẢO SƠN NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỐI KHÁNG CỎ DẠI CỦA 5 DÒNG LÚA TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 ĐƢỢC TẠO RA BẰNG LAI HỮU TÍNH VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60.42.01.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN ĐĂNG KHÁNH HÀ NỘI, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ Quý thầy, cô và các bạn. Trước hết, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới thầy hướng dẫn là TS. Trần Đăng Khánh đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin được cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về thiết bị, phương tiện để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô trong Ban Giám hiệu trường ĐHSP Hà Nội 2; Ban Chủ nhiệm khoa Sinh – KTNN trường ĐHSP Hà Nội 2; Phòng Sau đại học trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi học tập chương trình thạc sĩ. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè những người đã luôn động viên, góp ý cho tôi trong thời gian qua. Hà Nội, tháng 7 năm 2017 Học viên ĐẶNG BẢO SƠN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu tính đối kháng với cỏ dại của 5 dòng lúa TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 đƣợc tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm” là công trình nghiên cứu của tôi. Những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Đặng Bảo Sơn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT PHẦN 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1 PHẦN 2: NỘI DUNG .......................................................................................... 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 4 1.1. Đặc điểm thực vật học của lúa ....................................................................... 4 1.2. Giới thiệu chung về cỏ dại ............................................................................. 6 1.2.1. Định nghĩa ................................................................................................... 6 1.2.2. Đặc tính của cỏ dại ...................................................................................... 7 1.2.3. Tác hại của cỏ dại đối với lúa ..................................................................... 7 1.2.4. Đặc điểm cỏ lồng vực................................................................................. 8 1.3. Tính đối kháng (allelopathy) .......................................................................... 8 1.3.1. Định nghĩa .................................................................................................. 8 1.3.2. Chất đối kháng (allelochemicals) và cơ chế tác dụng................................. 9 1.3.3. Một số đặc điểm quy định tính trạng đối kháng thực vật ở lúa ................ 12 1.4. Giới thiệu chung về chỉ thị phân tử .............................................................. 13 1.4.1. Khái niệm .................................................................................................. 13 1.4.2. Chỉ thị SSR ................................................................................................ 15 1.4.3. Tính ưu việt của việc sử dụng chỉ thị phân tử ........................................... 15 1.4.4. Ứng dụng của chỉ thị phân tử trong nghiên cứu sinh học ......................... 16 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về tiềm năng đối kháng thực vật ................................................................................................................ 16 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................ 16 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................. 26 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................................. 29 2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 29 2.1.1. Vật liệu thực vật ........................................................................................ 29 2.1.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu ............................................................... 33 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu................................................................ 34 2.2.1. Thời gian nghiên cứu ................................................................................ 34 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 34 2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 34 2.4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 34 2.4.1. Phương pháp đánh giá tính đối kháng cỏ dại trong điều kiện phòng thí nghiệm ........................................................................................................... 34 2.4.2. Phương pháp đánh giá tính đối kháng cỏ dại trong điều kiện nhà lưới] ......... 37 2.4.3. Nghiên cứu trên điều kiện đồng ruộng...................................................... 38 2.4.4. Ứng dụng chỉ thị phân tử ......................................................................... 39 2.5. Xử lý số liệu thống kê .................................................................................. 43 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 44 3.1. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm. ...................................................................... 44 3.1.1. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa lên khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ lồng vực trong điều kiện phòng thí nghiệm ............ 44 3.1.2. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại từ dịch chiết của các dòng lúa thí nghiệm trên cỏ lồng vực ...................................................................................... 47 3.2. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa trong điều kiện nhà lưới ...................................................................................... 56 3.2.1. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của các dòng lúa thí nghiệm trên đất tự nhiên trong điều kiện nhà lưới .................................................................. 56 3.2.2. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của các dòng lúa thí nghiệm trên đất khử trùng trong điều kiện nhà lưới ................................................................ 58 3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa trên đồng ruộng. .................................................................................................. 61 3.4. Kết quả ứng dụng chỉ thị phân tử để đánh giá tính đối kháng của 5 dòng lúa với cỏ lồng vực. ................................................................................................... 64 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 73 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 80 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số phương pháp đánh giá hoạt tính đối kháng ở lúa ................... 19 Bảng 2.1: Tên và nguồn gốc các tổ hợp lai sử dụng trong nghiên cứu ............... 29 Bảng 2.2: Thông tin về các dòng/giống lúa sử dụng trong thí nghiệm............... 30 Bảng 2.3: Thành phần của phản ứng PCR .......................................................... 41 Bảng 2.4: Danh sách các cặp mồi dùng trong nghiên cứu .................................. 41 Bảng 2.5: Các thành phần của 1 bản gel ............................................................. 42 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của các dòng lúa nghiên cứu lên cỏ lồng vực trong điều kiện phòng thí nghiệm ......................................................................................... 45 Bảng 3.2: Tính đối kháng thực vật trên cỏ lồng vực từ dịch chiết lá 5 dòng lúa ở các nồng độ khác nhau ........................................................................................ 48 Bảng 3.3. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 3 dòng lúa trên đất tự nhiên trong điều kiện nhà lưới ............................................................................ 57 Bảng 3.4. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 2 dòng lúa trên đất tự nhiên trong điều kiện nhà lưới ............................................................................ 57 Bảng 3.5: Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 3 dòng lúa trên đất khử trùng trong điều kiện nhà lưới ............................................................................. 59 Bảng 3.6. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 2 dòng lúa trên đất khử trùng ............................................................................................................ 61 Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế 5 dòng lúa trên cỏ lồng vực trong điều kiện tự nhiên ngoài đồng ruộng .................................................. 62 Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả chạy điện di với từng chỉ thị .................................. 69 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng............................................................. 5 Hình 1.2: Kiểu hình lúa hoang dại .................................................................................... 6 Hình 1.3. Các con đường giải phóng chất ức chế vào môi trường ..............................11 Hình 1.4. Giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại và giống lúa không có khả năng ức chế cỏ dại trong điều kiện tự nhiên .................................................................................13 Hình 2.1: Kiểu hình dạng hạt của 5 dòng lúa sử dụng trong nghiên cứu ....................29 Hình 2.2: Tóm tắt sơ đồ lai hữu tính, đột biến thực nghiệm và các nội dung đánh giá tính đối kháng của các dòng lúa thí nghiệm. ..................................................................32 Hình 2.3: Sơ đồ trồng xen hạt lúa thí nghiệm và hạt chỉ thị .........................................35 Hình 2.4: Cỏ lồng vực được gieo trong đĩa petri được chuyển vào tủ điều tiết sinh trưởng .................................................................................................................................36 Hình 2.5: Sơ đồ gieo hạt lúa thí nghiệm và hạt chỉ thị ..................................................37 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trong điều kiện ngoài đồng ruộng ..........................38 Hình 2.7: Sơ đồ trồng xen kẽ lúa – cỏ lồng vực trên đồng ruộng ................................39 Hình 3.1: Số liệu trung bình của các nhân tố đánh giá khả năng ức chế của 5 dòng lúa trên cỏ lồng vực trong điều kiện phòng thí nghiệm.......................................................46 Hình 3.2: Hình ảnh đánh giá tính đối kháng trên cổ lồng vực của 5 dòng lúa trên đĩa petri.....................................................................................................................................47 Hình 3.3: Chiều dài rễ trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so với đối chứng. ..........................................................................................................................50 Hình 3.4: Chiều dài thân trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so với đối chứng. ........................................................................................................................51 Hình 3.5: Khối lượng khô trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so với đối chứng. ...................................................................................................................52 Hình 3.6: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK1 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực so với đối chứng................................................................................................................53 Hình 3.7: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK3 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực so với đối chứng................................................................................................................54 Hình 3.8: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK5 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực so với đối chứng................................................................................................................55 Hình 3.9: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TS6 và TS8 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực so với đối chứng................................................................................................56 Hình 3.10: Khối lượng khô trung bình của các dòng lúa nghiên cứu so với giống đối chứng..................................................................................................................................58 Hình 3.11: Số liệu trung bình bao gồm chiều dài thân, chiều dài rễ, khối lượng khô của cỏ lồng vực so với đối chứng trong điều kiện nhà lưới..........................................60 Hình 3.12. So sánh chiều dài thân, chiều dài rễ cỏ lồng vực so với đối chứng BTLĐB và KDĐB ...........................................................................................................................61 Hình 3.13. Hình ảnh bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng.............................................63 Hình 3.14: Kết quả kiểm tra ADN tổng số của các dòng lúa sử dụng trong nghiên cứu tách chiết theo phương pháp CTAB trên gel agarose 0.8% ..................................65 Hình 3.15. Hình ảnh chạy điện di trên gel polyacrylamide với chỉ thị RM252 ............66 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADN Axit Deoxyribonucleotid AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc APS Ammonium persulfate BTL ĐB Bao Thai lùn đột biến CAPs Cleaved Amplification Polymorphisms - Đa hình độ dài mảnh cắt giới hạn cs cộng sự CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide dNTP deoxyribonucleotide triphosphats GC-MS Phương pháp kết hợp sắc kí khí với khối phổ kế HPLC High-performance liquid chromatography - Sắc ký lỏng hiệu năng cao IR Infrared - hồng ngooại IRRI International Rice Research Institute – Viện nghiên cứu lúa quốc tế KD ĐB Khang Dân đột biến LC-MS Liquid chromatography–mass spectrometry - Phương pháp sắc ký lỏng ghép đầu dò khối phổ NMR Nuclear magnetic resonance - cổng hưởng từ hạt nhân PCR Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi polymerase QTL Di truyền tính trạng số lượng RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNAs - Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên RFLP Restriction fragment length polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn RGA Resistance Gene Analog - Vùng tương đồng gen kháng RIL Dòng tái tổ hợp SDS Sodium Dodecyl Sulfate SSR SSR (Simple sequence repeats - Sự lặp lại những trình tự đơn giản STS Sequence Tagged Site - Xác định vị trí trình tự đã được đánh dấu TBE Tris base, Boric acid, EDTA TEMED Tetramethylethylenediamine ƯCTB Ức chế trung bình ƯCTB-CNT Ức chế trung bình các nhân tố PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Lúa (Oryza sativa L.) không những là cây lương thực quan trọng ở Việt Nam mà còn là thực phẩm ổn định của các nước Châu Á và nhiều khu vực trên thế giới. Tuy nhiên, thị trường xuất khẩu gạo chính của Việt Nam lại là các quốc gia Đông Nam Á (chiếm khoảng 40-50%), các quốc gia Châu Phi (chiếm khoảng 20-30%), ngoài ra còn có các thị trường khác như Trung Đông và Bắc Mỹ. Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu gạo lớn đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan. Diện tích đất canh tác lúa năm 2016 chiếm 7.8 triệu hecta, cung cấp sản lượng ước đạt 44.6 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 4.88 triệu tấn gạo, giảm 25.8% về khối lượng và giảm 21.2% về giá trị so với năm 2015 (Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, 2016)[2]. Một trong những nguyên nhân khiến cho thị trường xuất khẩu gạo ở Việt Nam bị giới hạn là do tác động của các yếu tố bất lợi sinh học và phi sinh học làm giảm năng suất cũng như chất lượng lúa gạo (giảm khoảng 46% sản lượng lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long) (Khanh và cs, 2006)[38]. Trong số các yếu tố bất lợi đó, cỏ dại là một hạn chế sinh học lớn đối với sản lượng lúa gạo tại Việt Nam. Đặc biệt là gia tăng thiệt hại về kinh tế một cách nghiêm trọng (Khanh và cs 2007) [36]. Sử dụng thuốc diệt cỏ tổng hợp có thể giảm thiểu đáng kể thời gian kiểm soát cỏ dại và ổn định năng suất lúa. Tuy nhiên, việc quá lạm dụng hay phụ thuộc vào thuốc diệt cỏ để phòng trừ cỏ dại hiện đang là một vấn đề nghiêm trọng tại nước ta, dẫn đến ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường đất (mất cân bằng hệ vi sinh vật đất, thay đổi tính chất lý hóa cũng như giảm các chất dinh dưỡng trong đất), các sản phẩm nông nghiệp không an toàn và ảnh hưởng đến sức khỏe con người, ngoài ra đã xuất hiện một số loại cỏ dại có khả năng kháng thuốc diệt cỏ. Theo thống kê từ năm 1990-2003, tỷ lệ phần trăm thuốc diệt cỏ trong tổng số thuốc trừ sâu đã tăng gấp 10 lần, tương đương tăng 30,2%. Nghiêm trọng hơn theo số liệu thống kê của Cục Bảo vệ Thực vật - Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, từ năm 2011 đến 2015, nước ta đã nhập và sử dụng 70.000 – 100.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật, riêng thuốc diệt cỏ tổng hợp đã tăng 44.4% (Cục bảo vệ thực vật, 2016)[3]. Do đó cần phải đa dạng nhiều 1 phương thức quản lý cỏ dại. Ức chế cỏ dại thông qua đối kháng thực vật (allelopathy) là một trong những giải pháp tối ưu nhất để giảm thiểu sự lệ thuộc vào thuốc diệt cỏ tổng hợp. Như vậy, bằng giải pháp này có thể ổn định năng suất, chất lượng cây trồng mà đồng thời giảm thiểu chi phí môi trường. Trong thập kỷ qua, đã có nhiều nghiên cứu đánh giá hoạt tính đối kháng của một số tập đoàn giống lúa địa phương, dòng/giống lúa cải tiến thu thập ở nhiều quốc gia khác nhau. Kết quả đã xác định được hàng trăm dòng có tiềm năng đối kháng ức chế cỏ dại trong điều kiện ngoài đồng ruộng (Khánh và cs, 2014) [5]. Tuy nhiên khả năng đối kháng của các dòng giống lúa này vẫn còn ở mức hạn chế, chưa đưa vào thực tiễn sản xuất và vẫn cần sự can thiệp của thuốc diệt cỏ tổng hợp. Lúa hoang dại (Oryza rufipogon) có nguồn gốc từ khu vực Đông Nam Á, hệ gen (genome) của loài lúa hoang này là AA, tương tự với lúa trồng Oryza sativa. Cho đến nay đã có hàng trăm QTL/gen liên quan đến các tính trạng nông học quý đã được xác định, nhân bản từ các dòng/giống lúa được tạo ra bằng lai hữu tính giữa lúa hoang dại và lúa thuần như tính trạng chịu hạn, chịu ngập, chịu mặn, chống chịu sâu bệnh hại… Tuy nhiên, ở nước ta cũng như trên thế giới, hầu như chưa có nghiên cứu nào đánh giá về tiềm năng đối kháng thực vật của một số dòng/giống lúa lai giữa loài lúa hoang dại và lúa thuần. Như vậy, trong khuôn khổ của luận văn, bằng các nghiên cứu, đánh giá sàng lọc tính đối kháng thực vật trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và trên thực địa đồng ruộng cũng như bước đầu kết hợp chỉ thị phân tử sẽ mở ra triển vọng về các giống cây trồng với khả năng ức chế cỏ dại trong đó có cây lúa. Vì lý do nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 đƣợc tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm”. 2. Mục đích nghiên cứu - Đánh giá khả năng ức chế cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm trên cỏ lồng vực (Echinochloa crus-galli) trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và trên đồng ruộng. - Ứng dụng chỉ thị phân tử để xác định tính đối kháng với cỏ dại của 5 dòng lúa nghiên cứu. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu  Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm.  Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của dịch chiết từ 5 dòng lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm.  Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện nhà lưới.  Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện trên đồng ruộng.  Bước đầu ứng dụng chỉ thị phân tử để xác định tính đối kháng với cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm có tiềm năng ức chế cỏ dại. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 4.1. Ý nghĩa khoa học - Ở Việt Nam, việc nghiên cứu về tính đối kháng thực vật là một lĩnh vực mới chưa được nghiên cứu nhiều. Vì vậy, đề tài này mở ra định hướng mới trong chọn tạo giống cây trồng có tiềm năng ức chế cỏ dại. - Đánh giá được một số dòng lúa có tiềm năng ức chế cỏ dại. Tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về tính đối kháng thực vật (allelopathy). 4.2. Ý nghĩa thực tiễn - Sự kết hợp của các dòng lúa có tính đối kháng cao kết hợp với các phương pháp diệt cỏ truyền thống thay vì sử dụng thuốc diệt cỏ tổng hợp sẽ làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng chất lượng nông sản và bảo vệ sức khoẻ con người với mục tiêu phát triển các sản phẩm nông nghiệp bền vững. - Những dòng lúa có hoạt tính đối kháng cỏ dại cao được chọn lọc trong đề tài này sẽ là nguồn vật liệu khởi đầu quý giá phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại. - Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cơ sở dữ liệu và nguồn vật liệu cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về tính đối kháng trên cây lúa, đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại, phù hợp với điều kiện canh tác lúa ở Việt Nam, giúp người trồng lúa tăng thêm thu nhập, giảm đói nghèo và đảm bảo sức khỏe con người. 3 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm thực vật học của lúa Loài Lúa trồng có tên khoa học là Oryza sativa L. thuộc chi Lúa (Ozyza), họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae). [9] Đặc điểm hình thái: Lúa thuộc cây hàng niên, cao 0,5 – 1,7m, lá có phiến dài, bẹ dài, có mép cao, trắng, tai cong, có lông. Chuỳ bao gồm nhiều bông, mang các bông nhỏ màu vàng vàng. Mày hoa có lông gai, 1 hoa, 6 nhị. Quả thóc dính chặt với mày hoa (trấu), ta quen gọi là hạt lúa. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày 2-3 mm. [4] Sinh học và sinh thái: thời gian sinh trưởng của các giống lúa dài ngắn khác nhau từ 60-250 ngày. Nguồn gốc và phân bố: Căn cứ vào các tài liệu lịch sử, di tích khảo cổ, đặc điểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi của các loài lúa hoang dại trong khu vực, nhiều người đồng ý rằng nguồn gốc cây lúa là ở vùng đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần đi các nơi. Phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc. Theo Chang (1974) [13], Oryza sativa L. - tiêu biểu nhóm lúa trồng Châu Á có tổ tiên trực tiếp là Oryza nivara, một loài lúa hoang hằng niên. Oryza glaberrima Steud. cũng tiến hoá từ một loài lúa hoang hằng niên khác, thường gọi là Oryza breviligulata Chev. et Poehr. hoặc là Oryza barthii A. Chev. Hai loài cỏ hằng niên Oryza. spontanea và Oryza. stapfii cũng có thể lai tạp với các loài lúa hoang tổ tiên để cho ra các loài lúa trồng tương ứng (Hình 1.1). Hiện nay, nhiều người tỏ ra đồng ý với quan điểm và giả thuyết này. Oka (1964) [50] cũng cho 1 sơ đồ tương tự, nhưng cho rằng loài trung gian là Oryza perennis thay vì Oryza rufipogon và Oryza longistaminata. 4 Hình 1.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng (Chang, 1975)[12]. (AA, AbAb, AgAg): Ký hiệu loại nhiễm sắc thể Giá trị sử dụng: Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám, tấm và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu dùng để chế biến cơm, nhiều loại bánh, làm môi trường để nuôi cấy niêm khuẩn, men, mẻ, rượu, cồn,… Cám chứa nhiều protein, chất béo, chất khoáng, vitamin, nhất là vitamin nhóm B, nên được dùng làm bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bị bệnh phù thũng. Cám là thành phần cơ bản trong thức ăn gia súc, gia cầm và trích lấy dầu ăn… Trấu ngoài công dụng làm chất đốt, chất độn chuồng còn dùng làm ván ép, vật liệu cách nhiệt, cách âm, chế tạo carbon và silic…. Loài Lúa hoang có tên khoa học là Oryza rufipogon Griff. 1851 hay còn gọi là lúa trời, lúa tiên; thuộc chi Lúa (Ozyza), họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae). [9] Đặc điểm hình thái: là loại cỏ sống nhiều năm, cao 1.5-4m, thân to 4-6mm, lóng dài vào 10cm. Lá có phiến dài vài 20cm, rộng khoảng 1cm; mép các lá dưới cao hơn 1.5-3cm, có rìa lông. Chùm tụ tán đứng cao 10-15cm; gié hóa dài 7-9.5mm, rộng 1.8-1.9mm, có lông gai dài đến 11cm; dĩnh mỏng, cao 3mm mọc ở ven bờ mương, ngòi, kênh, rạch, ruộng nước sâu. [4] 5 Sinh học và sinh thái: có ở các vùng có nhiệt độ trung bình > 170C và ở độ cao < 1750m. Trong mùa mưa thân cây vươn dài theo mức độ nước dâng cao (ngoi lên theo nước ngập). Phân bố: Ở Việt Nam phân bố chủ yếu ở Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Cà Mau. Trên thế giới, lúa hoang có ở Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan. Giá trị sử dụng: Lúa hoang hầu như ít có giá trị về năng suất, song theo một số nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, trong lúa hoang chứa một số gen quy định các tính trạng quý quy định tính chống chịu sâu bệnh hại, chịu ngập, chịu mặn. Hình 1.2: Kiểu hình lúa hoang dại (Oryza rufipogon) [50] 1.2. Giới thiệu chung về cỏ dại 1.2.1. Định nghĩa Để có thể quản lý tốt cỏ dại, trước hết chúng ta cần phải hiểu thế nào là cỏ dại. Hiện có rất nhiều định nghĩa khác nhau về cỏ dại tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể nơi cỏ dại xuất hiện và đối tượng cây trồng liên quan. Theo Booth và cs (2003)[11] đã tổng hợp một số định nghĩa thông dụng về cỏ dại như sau: Cỏ dại là thực vật gây phiền toái cho con người hay những thực vật mọc ở nơi con người không mong muốn hoặc là những thực vật ngoại lai xâm lấn. Hay nói cách khác, cỏ dại là tất cả những cây không được trồng mà lại có trên ruộng “ dại” ở đây không có nghĩa là độc hay nguy hiểm cho con người mà có nghĩa là mọc bừa bãi, mọc ở những nơi mà con người không muốn chúng mọc. Danh từ 6 “Cỏ dại” vì vậy cũng rất tương đối. Ngoài những cây không có lợi ích gì, không được con người trồng trọt hoặc sử dụng, có cả các loại cây có ích cho con người nhưng chúng lại tự mọc xen vào ruộng được trồng cây khác cũng bị coi là cỏ dại. Rau muống, rau cần nước, rau ngổ… mọc tự nhiên trong ruộng lúa, rau má… mọc xen vào ruộng trồng đậu, trồng rau đều bị coi là cỏ dại. Tuy vậy, phần lớn cỏ dại vẫn là những cây không có ích lợi gì cho con người. Có thể coi cỏ dại trong ruộng lúa là những cây không được con người trồng mà tự mọc xen vào ruộng lúa, làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất của lúa. 1.2.2. Đặc tính của cỏ dại - Khả năng sinh sản, nhân giống và duy trì giống cao - Hạt dễ rụng, có nhiều hình thức lan truyền - Có khả năng chống chịu ngoại cảnh cao - Cỏ dại có khả năng chịu ngập, chịu hạn cao hơn cây trồng 1.2.3. Tác hại của cỏ dại đối với lúa Cỏ dại là một trong bốn nhóm dịch hại quan trọng nhất trên ruộng lúa, cùng với sâu bệnh và chuột. Thiệt hại do cỏ dại gây ra đối với lúa là rất lớn. Theo thống kê ở các nước trồng lúa Châu Á, cỏ dại có thể làm giảm tới 60% năng suất lúa, trong đó nhóm cỏ cói lác chiếm trên 50% thiệt hại. Theo Holm (1997)[29], cỏ lồng vực Echinochloa crus-galli và Echinochloa colona đứng hàng thứ ba và thứ tư trong số các loài cỏ gây hại lớn nhất trên thế giới. Kết quả các thí nghiệm trước đây cho thấy sự giảm sút năng suất lúa tỷ lệ với mật độ cỏ dại. Cứ 100 cây cỏ/m2 làm giảm 17% năng suất, từ 100-200 cây cỏ/m2 thì năng suất giảm thêm 10%. Năm 1991, Nhật Bản đã chi 530 triệu đôla cho thuốc trừ cỏ lúa, bình quân 265 đôla/ ha. - Nguyên nhân dẫn đến sự thiệt hại do cỏ gây ra trên lúa: + Cỏ dại cạnh tranh ánh sáng, phân bón và nước của cây lúa. + Cỏ dại là nơi tồn tại, lan truyền nhiều loại sâu, bệnh và chuột phá hại lúa. + Cỏ dại làm giảm chất lượng và giá trị của lúa gạo. 7 + Ngoài những ảnh hưởng trực tiếp trên đây, cỏ dại còn làm giảm độ màu mỡ của đất trồng do hút chất dinh dưỡng trong đất, việc phòng trừ cỏ dại làm tăng chi phí sản xuất lên rất nhiều. 1.2.4. Đặc điểm cỏ lồng vực Cỏ lồng vực có tên khoa học là Echinochloa crus-galli thuộc họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae) là loại cỏ hại lúa khá phổ biến ở Việt Nam, còn có ở các nước vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới. Cỏ lồng vực là loại cỏ một năm, cao 50-120cm, mọc trong ruộng lúa nước, ven bờ mương, kênh, ngòi, rạch, ruộng [9]. Cỏ lồng vực có hình thái giống cây lúa và có thể mọc, sinh trưởng và phát triển ở mọi loại đất trồng lúa. Ở Việt Nam cỏ lồng vực mọc phổ biến ở khắp mọi nơi: trên bờ ruộng, ruộng lúa, ven bờ mương… Cỏ lồng vực thường ra hoa kết quả trước lúa. Khi hạt cỏ chín thì rụng xuống đất và giữ sức nảy mầm trong thời gian dài. Hạt cỏ lồng vực sở dĩ ít bị phá hoại trong điều kiện tự nhiên là vì hạt được bao bọc bởi một lớp vỏ bằng sáp vững chắc, không thấm nước và không khí, chỉ nảy mầm khi có điều kiện thuận lợi, thường độ ẩm đất từ 80 - 90%. Cỏ lồng vực có khả năng đẻ nhánh và kết hạt khá cao. Mỗi thân cây thường có nhiều nhánh, những nhánh này đều cho bông. Bông cỏ lồng vực nhỏ có thể cho tới 200 hạt, bông lớn có khả năng cho tới 400-500 hạt. 1.3. Tính đối kháng (allelopathy) 1.3.1. Định nghĩa Thuật ngữ “allelopathy” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, từ allelon có nghĩa là “của nhau” và pathos có nghĩa là “đau khổ”, thuật ngữ này được đưa ra lần đầu tiên bởi nhà sinh lý học thực vật Hans Molisch, đại học Vienna - Áo trong năm 1937. Định nghĩa được trình bày như sau: Tính đối kháng của cây trồng (allelopathy) như là sự tương quan hoá sinh giữa các thực vật với nhau (kể cả vi sinh vật). Sau đó Rice (1984) [58] đã định nghĩa “Tính đối kháng là một 8