Tài liệu Phát triển vật liệu lúa cẩm theo hướng tăng khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá

  • Số trang: 175 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 140 |
  • Lượt tải: 0
thuvientrithuc1102

Đã đăng 15893 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ: 62 62 01 11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN HOAN 2. PGS.TS. PHẠM VĂN CƯỜNG HÀ NỘI, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án Ngô Thị Hồng Tươi i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn: Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Quản lý đào tạo, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam; Dự án Việt – Bỉ, Dự án JICA – JST thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Đặc biệt Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan và PGS.TS. Phạm Văn Cường đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn: Các thầy cô, các đồng nghiệp trong khoa Nông học đã quan tâm giúp đỡ, động viên và đóng góp nhiều ý kiến cho việc hoàn thành bản luận án này. Các cộng tác viên và kỹ thuật viên tại Viện nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Phòng thí nghiệm JICA đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm. Các thành viên trong gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án Ngô Thị Hồng Tươi ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 4. Những đóng góp mới của luận án 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 6.1. Đối tượng nghiên cứu 3 6.2. Phạm vi nghiên cứu 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. 4 Nguồn gốc - phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp 4 1.1.2. Phân biệt lúa nếp và lúa tẻ 5 1.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền trong chọn tạo giống lúa 1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 7 7 1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa 13 1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu về đa dạng di truyền ở lúa 15 1.3. Quang hợp và năng suất ở lúa 19 1.3.1. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất lúa 19 1.3.2. Một số kết quả nghiên cứu về quang hợp ở cây lúa 20 Di truyền một số tính trạng ở cây lúa 22 1.4.1. Di truyền một số tính trạng chất lượng gạo 22 1.4. iii 1.4.2. Di truyền tính trạng màu sắc vỏ trấu 25 1.4.3. Di truyền tính trạng màu sắc hạt gạo lật 26 1.4.4. Di truyền tính trạng về góc và chiều dài lá đòng, lá công năng 28 1.5. Di truyền tính kháng bệnh bạc lá ở lúa 29 1.5.1. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa 29 1.5.2. Đặc tính gây bệnh 30 1.5.3. Các chủng vi khuẩn 31 1.5.4. Mối quan hệ ký sinh –ký chủ, thuyết “gen đối gen” 32 1.5.5. Tổng hợp nghiên cứu về bệnh bạc lá lúa 33 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu 40 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 40 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu 41 2.1.3. Thời gian nghiên cứu 41 2.2. Nội dung nghiên cứu 41 2.3. Phương pháp nghiên cứu 41 2.3.1. Thí nghiệm đánh giá các đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa cẩm 41 2.3.2. Phương pháp chỉ thị phân tử 42 2.3.3. Phương pháp lây nhiễm vi khuẩn bạc lá nhân tạo 44 2.3.4. Phương pháp lai 45 2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm so sánh giống 46 2.3.6. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về chất lượng 46 2.3.7. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về quang hợp 49 2.3.8. Phương pháp phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ 50 2.3.9. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan cơm bằng cho điểm 50 2.3.10. Một số công thức sử dụng 50 2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu 51 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 Thu thập và đánh giá nguồn vật liệu lúa cẩm 52 3.1. iv 3.1.1. Kết quả thu thập và phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa cẩm 52 3.1.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống lúa cẩm 54 3.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống lúa cẩm bằng chỉ thị SSR 63 3.1.4. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của 3.2. các mẫu giống lúa cẩm 68 Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm 81 3.2.1. Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 81 3.2.2. Phương pháp lai tạo áp dụng 84 3.2.3. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng đặc trưng ở một số tổ hợp lai giữa các giống nếp cẩm và dòng đẳng gen 3.3. IRBB21 84 Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng tẻ cẩm mới kháng bệnh bạc lá 95 3.3.1. Chọn lọc dòng cải tiến mới 95 3.3.2. Đặc điểm nông sinh học của các dòng tẻ cẩm mới 97 3.3.3. Đánh giá khả năng kháng bạc lá của các dòng tẻ cẩm mới 107 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111 1. Kết luận 111 2. Đề nghị 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC 126 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ADN Axit dezoxyribo nucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc) bp Base pair (Cặp nucleotide) CAPs Cleaved Amplification Polymorrphisms (Đa hình đoạn nhân bội bị cắt giới hạn) CER Cacbondioxide Exchange Rate (Cường độ quang hợp) cM Centimorgan (Đơn vị chiều dài bản đồ di truyền) FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế) Isolate Chủng vi khuẩn MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) NILs Nearly Isogenic Lines (Dòng đẳng gen) NST Nhiễm sắc thể Nu Nucleotide NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) IPGRI International Plant Genetic Resources Institute (Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế) RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNAs (Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài mảng phân cắt giới hạn) SCAR Sequence Characterized Amplified Region (Vùng khuếch đại trình tự đặc trưng) SNPs Single Nucleotide Polymorphism (Đa hình của các nucleotide đơn) SPAD Soil and Plant Analyzer Development (Chỉ số ước tính hàm lượng diệp lục trong lá) SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản) STS Sequence Tagged Site (Vị trí được đánh dấu bởi trình tự) RGA Resistance Gene Anolog (Vùng tương tự gen kháng) Xoo Xanhthomonas oryzae pv. Oryzae (Vi khuẩn gây bệnh bạc lá) PIC Polymorphic Information Content (Hàm lượng thông tin đa hình) UPI United Press International (Hãng thông tấn quốc tế của Hoa Kỳ) vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1. Các tính trạng quan trọng để phân biệt giống lúa ..................................... 8 2.1. Đánh giá khả năng kháng/nhiễm theo chiều dài vết bệnh ...................... 45 2.2. Quá trình chọn tạo ................................................................................... 46 2.3. Phân nhóm hàm lượng anthocyanin ........................................................ 48 2.4. Thang điểm đánh giá chất lượng cảm quan cơm .................................... 50 3.1. Kết quả phân biệt nhóm lúa nếp/tẻ của các mẫu giống lúa..................... 52 3.2. Phân nhóm theo thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ..................... 55 3.3. Phân nhóm theo khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống ........................ 55 3.4. Phân nhóm theo chiều cao cây của các mẫu giống ................................. 56 3.5. Phân nhóm theo tỷ lệ hạt chắc của các mẫu giống ................................. 57 3.6. Phân nhóm theo hình dạng hạt của mẫu giống ....................................... 58 3.7. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa cẩm vụ Mùa 2009 tại Gia Lâm – Hà Nội ............................................................................... 59 3.8. Hàm lượng anthocyanin và phân nhóm hàm lượng anthocyanin của các mẫu giống lúa cẩm ..................................................................... 62 3.9. Số alen và hệ số PIC của 35 cặp mồi SSR .............................................. 64 3.10. Kết quả chạy PCR tìm gen kháng xa5 và Xa7 trên các mẫu giống lúa cẩm .................................................................................................... 69 3.11. Phản ứng của 3 dòng lúa đẳng gen với 3 isolate vi khuẩn Xanthomonas oryzae ............................................................................... 72 3.12. Phản ứng của các mẫu giống lúa cẩm với các isolate vi khuẩn lây nhiễm ................................................................................................ 73 3.13. Cường độ quang hợp qua các giai đoạn sinh trưởng vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội .............................................................................. 76 3.14. Chỉ số SPAD của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội ................................................................................... 77 3.15. Diện tích lá của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội ................................................................................... 78 vii 3.16. Khối lượng chất khô tích lũy của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội ..................................................................... 80 3.17. Phân nhóm vật liệu lúa cẩm theo đặc điểm giá trị chọn giống ............... 81 3.18. Đặc điểm của các mẫu giống lúa cẩm sử dụng trong các tổ hợp lai ....... 82 3.19. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa cẩm sử dụng trong lai tạo ............................................................................................. 83 3.20. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều cao cây (cm) của bố mẹ và con lai F1 ............................................................................................. 85 3.21. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều dài bông (cm) của bố mẹ và con lai F1 ............................................................................................. 86 3.22. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng số hạt/bông của bố mẹ và con lai F1 ........................................................................................................ 87 3.23. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều dài lá đòng và lá công năng (cm) của bố mẹ và con lai F1 .......................................................... 88 3.24. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều rộng lá đòng và lá công năng (cm) của bố mẹ và con lai F1 .......................................................... 89 3.25. Sự phân ly tính trạng góc lá đòng và góc lá công năng ở F2 .................. 90 3.26. Sự phân ly đồng thời hai tính trạng góc lá đòng và góc lá công năng ........ 91 3.27. Kiểu hình ở F1 và sự phân ly ở F2 về tính trạng màu mày hạt ................ 92 3.28. Kiểu hình ở F1 và sự phân ly ở F2 về tính trạng màu sắc vỏ trấu ........... 93 3.29. Kiểu hình ở F1 và sự phân ly ở F2 về tính trạng màu sắc hạt gạo lật ...... 94 3.30. Nguồn gốc và loại hình của các dòng tẻ cẩm mới .................................. 96 3.31. Đặc điểm sinh trưởng của các dòng tẻ cẩm mới vụ Xuân và vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ............................................................. 97 3.32. Một số chỉ tiêu về quang hợp của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ............................................................. 98 3.33. Một số đặc điểm cấu trúc kiểu cây của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ............................................................. 99 3.34. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ........................................................... 101 viii 3.35. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tẻ cẩm mới triển vọng vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ............................. 101 3.36. Một số chỉ tiêu về kích thước và hình dạng hạt gạo của các dòng tẻ cẩm mới triển vọng trong vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ........ 102 3.37. Chất lượng xay xát của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ........................................................................................ 104 3.38. Chất lượng gạo của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội ........................................................................................ 104 3.39. Chất lượng cảm quan cơm gạo lứt của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa tại Gia Lâm - Hà Nội (điểm) ................................................... 106 3.40. Chất lượng cảm quan cơm gạo xát của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa tại Gia Lâm - Hà Nội (điểm) ................................................... 106 3.41. Mức độ kháng/nhiễm của các dòng tẻ cẩm mới với các isolate vi khuẩn gây bệnh bạc lá ........................................................................... 110 ix DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1. Mô tả tóm tắt tiến hóa của lúa dại thành lúa trồng ................................... 4 1.2. Cấu trúc hóa học của amylose và amylopectin (α-1,4 và α-1,6) .............. 6 1.3. Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI 1% ...................................... 7 3.1. Sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM154 .................................................................................................... 65 3.2. Sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM162 .................................................................................................... 65 3.3. Sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM19 .......... 65 3.4. Sơ đồ cây về mối quan hệ di truyền của 43 mẫu giống lúa cẩm dựa trên phân tích ADN với 26 chỉ thị phân tử SSR ..................................... 66 3.5. Điện di sản phẩm PCR gen xa5 của cặp mồi RM122 ............................. 68 3.6. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 của cặp mồi RM5509 .......................... 69 3.7. Phản ứng của các dòng đẳng gen khi lây nhiễm nhân tạo ...................... 72 3.8. Kết quả lây nhiễm của mẫu giống N1, N29 và đối chứng chuẩn nhiễm (IR24) với isolate XooTH ............................................................ 73 3.9. Màu sắc vỏ trấu ở quần thể phân ly F2 .................................................... 94 3.10. Ảnh hạt thóc, hạt gạo lật và gạo xát 2 lần của các dòng tẻ cẩm mới .... 103 3.11. Ảnh cơm gạo lứt, cơm gạo xát của các dòng tẻ cẩm mới ..................... 105 3.12. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 của cặp mồi RM5509 ........................ 107 3.13. Điện di sản phẩm PCR gen Xa21 của cặp mồi M2Xa21 ...................... 108 3.14. Phản ứng của các dòng đẳng gen khi lây nhiễm nhân tạo với isolate XooTH ....................................................................................... 109 3.15. Kết quả lây nhiễm của các dòng TĐ1, TĐ2, TĐ4 và BT7 với isolate XooTH ....................................................................................... 109 x MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, số lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng đều đặn, đến năm 2012 lượng gạo xuất khẩu đạt tới 8,017 triệu tấn, thu về trên 3,5 tỷ đôla. Số lượng xuất khẩu gạo của Việt Nam đứng thứ 2 trên thế giới sau Ấn Độ. Như vậy, Việt Nam không còn phải lo việc đủ ăn nữa mà tiến tới ăn ngon, ăn vì sức khỏe và quan tâm hơn đến các giống lúa đặc sản. Lúa đặc sản là loại lúa cho sản phẩm chất lượng cao và mang tính đặc thù của từng vùng. Lúa đặc sản bao gồm các giống lúa thơm, lúa nếp và một số giống lúa Japonica được trồng ở các vùng sinh thái khác nhau của Việt Nam. Trong các giống lúa đặc sản thì các giống lúa nếp và nếp cẩm được trồng từ lâu đời và được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong đời sống hàng ngày ở nước ta cũng như các nước trên thế giới (Nguyễn Hữu Nghĩa và Lê Vĩnh Thảo, 2007). Gạo nếp cẩm có màu đen còn gọi là bổ huyết mễ, là loại gạo có hàm lượng giá trị dinh dưỡng cao như: hàm lượng protein trong gạo nếp cẩm cao hơn 6,8%, chất béo cao hơn 20% so với gạo khác, ngoài ra trong gạo nếp cẩm còn chứa caroten, 8 loại axit amin, chứa anthocyanin và các nguyên tố vi lượng (sắt, kẽm) cần thiết cho cơ thể (UPI, 2010). Tuy nhiên, các giống nếp cẩm địa phương thường có màu tím trên các bộ phận cây lúa, góc lá đòng và lá công năng ngang đến gập xuống nên khả năng quang hợp không cao, năng suất thấp, nhiễm bệnh bạc lá, cao cây, thời gian sinh trưởng dài và thường phản ứng với ánh sáng ngày ngắn nên chỉ trồng được một vụ trong năm. Hơn nữa các giống lúa này đang dần mất đi nên cần được nghiên cứu và bảo tồn. Việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen tập đoàn lúa cẩm không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo tồn các giống lúa đặc sản bản địa mà còn có ý nghĩa trong công tác chọn tạo giống lúa cẩm mới. Các giống lúa có các màu sắc khác ở vỏ trấu và vỏ cám như màu đỏ, tía hoặc đen thường có hàm lượng các chất hữu cơ đặc thù như chất kháng oxy hóa anthocyanin, vitamin và vi lượng khác đã thu hút các nhà nghiên cứu trong 1 những năm gần đây, bởi vì nó có lợi cho sức khỏe của con người và có thể ngăn ngừa một số bệnh nguy hiểm. Anthocyanin là chất có khả năng kháng oxy hóa cao và có hàm lượng cao trong lúa cẩm, hiện nay đang được nghiên cứu nhiều ở các nước trồng lúa (Kristamtini et al., 2012). Một vấn đề quan trọng khác là bộ giống lúa phải có khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học, trong đó bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae là một bệnh gây hại nghiêm trọng ở các vùng trồng lúa trên thế giới, bệnh có thể làm thiệt hại năng suất từ 20-30% (Suh et al., 2013). Lúa cẩm trong sản xuất hiện nay hầu hết là các giống địa phương, những nghiên cứu về di truyền và chọn giống lúa cẩm còn hạn chế. Do vậy, để phát triển sản xuất lúa cẩm có hiệu quả cao cần thiết phải có những nghiên cứu chọn tạo giống lúa cẩm mới đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn sản xuất. Từ việc nghiên cứu và đánh giá nguồn vật liệu ban đầu về các tính trạng quan tâm trên tập đoàn lúa cẩm, ý tưởng tạo ra các vật liệu lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá để tiến tới tạo ra các giống lúa tẻ cẩm năng suất cao, kháng bệnh bạc lá và có thể trồng được 2 vụ trong năm từ nguồn vật liệu nếp cẩm địa phương đã cho chúng tôi có định hướng để thực hiện đề tài này. 2. Mục tiêu nghiên cứu Phát triển vật liệu lúa cẩm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá. 3. Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu. - Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm. - Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao, kháng bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới cải tiến. 4. Những đóng góp mới của luận án - Thu thập và đánh giá được mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm mới. 2 - Xác định được khả năng quang hợp và khả năng kháng bạc lá của tập đoàn lúa cẩm để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa tẻ cẩm mới. - Chọn lọc được 3 dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá, góp phần vào công tác chọn tạo các giống lúa cẩm chất lượng ở Việt Nam. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Thu thập và phân tích đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm từ các địa phương khác nhau. - Xác định khả năng quang hợp và khả năng kháng bệnh bạc lá làm cơ sở cho việc chọn tạo giống lúa cẩm chất lượng mới. - Chọn lọc được các dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá. 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6.1. Đối tượng nghiên cứu Một số giống nếp cẩm địa phương và một số giống lúa cẩm cải tiến. 6.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2009 đến năm 2014. Tập trung nghiên cứu về đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá của nguồn vật liệu mới thu thập và các thế hệ phân ly sau lai hữu tính. 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc - phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp Có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về nguồn gốc cây lúa. Tuy nhiên, gần đây phân tích gen sh4 về tính trạng rụng hạt cho thấy mức độ giảm rụng từ lúa dại đến lúa trồng, như vậy có thể chúng có cùng một tổ tiên (Sang and Ge, 2007). Năm 2012, các nhà khoa học Trung Quốc đã chứng minh thông qua lập bản đồ genome lúa đã cho rằng loài phụ O. japonica lần đầu tiên được thuần hóa từ loài lúa dại O. rufipogon ở miền Nam Trung Quốc. Loài phụ O. indica là kết quả phát triển từ lai giữa Japonica và lúa dại khi các giống lúa ban đầu phát triển đến Đông Nam và Nam châu Á (Hình 1.1). Tổ tiên chung Nam và Đông Nam châu Á Tây Phi Loài dại lâu năm O. rufipogon O. longistaminata Loài dại hàng năm O. nivara O. breviligulata Lúa trồng O. sativa Indica O. sativa Japonica Ôn đới O. glaberrima Nhiệt đới Hình 1.1. Mô tả tóm tắt tiến hóa của lúa dại thành lúa trồng Nguồn: Huang et al. (2012) 4 Lúa nếp có thể thích ứng với nhiều điều kiện khí hậu khắc nghiệt như lạnh, khô hanh. Lúa nếp nương là dạng khởi nguồn của lúa trồng vì nó được tìm thấy đầu tiên ở Assam - Yunna, nơi lúa nếp chiếm ưu thế. Watabe (1967) cho rằng lúa nếp có nguồn gốc từ Lào, vùng Đông Bắc và Bắc Thái Lan. Có một số vùng quan trọng khác đối với việc canh tác lúa nếp bao gồm: vùng Shan và Kachin của Myanmar, vùng Kwangsichuang và Yunnan của Trung Quốc, vùng giáp biên giới giữa Campuchia, Thái Lan và Lào, vùng núi của Việt Nam giáp với Lào. Giống lúa nếp được phát hiện ở những nước vùng Đông Nam châu Á và đã có lịch sử lâu đời về việc canh tác giống lúa. Các tác giả Chaudhary and Tran (2001) cho rằng: Lào và Đông Bắc Thái Lan là trung tâm xuất xứ của lúa nếp và Lào là nước sản xuất và tiêu thụ lúa nếp lớn nhất thế giới với khoảng 85% sản lượng lúa nếp hàng năm. Lúa cẩm (lúa đen) là một trong các loại lúa được coi là thực phẩm chức năng có lợi cho sức khỏe con người. Lúa cẩm có chứa nhiều anthocyanin ở vỏ hạt gạo và thường có màu tím (Sosana et al., 2013). Sắc tố anthocyanin có tác dụng làm giảm cholesterol trong cơ thể con người. So với lúa trắng lúa cẩm chứa nhiều khoáng chất hơn, bao gồm Fe, Zn, Mn và P. Nguồn gốc của lúa cẩm vẫn chưa rõ ràng nhưng có thể có nguồn gốc từ các nước châu Á bao gồm Trung Quốc (Mingwei et al., 1995), Nhật Bản (Natsumi and Noriko, 1994) và ở Việt Nam (Quan, 1999). Chaudary and Tran (2001) cho rằng lúa cẩm có nguồn gốc từ Sri Lanka, Philippin, Bangladesh, Thailand, Myanmar và Indonesia. Lúa cẩm đa dạng về màu sắc vỏ hạt do hàm lượng sắc tố anthocyanin và khác nhau về hình thái. Lúa cẩm chưa được biết rõ về nguồn gốc, nhưng hầu hết các nghiên cứu đều cho rằng lúa cẩm có nguồn gốc từ các nước châu Á. Lúa cẩm chủ yếu là lúa nếp và có ở cả hai loài phụ Indica và Japonica (Mingwei et al., 1995). 1.1.2. Phân biệt lúa nếp và lúa tẻ Từ lâu, các nhà khoa học dựa vào nội nhũ để phân biệt các giống lúa nếp hay lúa tẻ, các đặc điểm hình thái, sinh lý để nhận biết các dạng lúa. Theo IRRI 5 (2002), gạo nếp thường có hàm lượng amylose <3%. Theo Chena et al. (2008) hàm lượng amylose của gạo nếp khoảng từ 0 - 5%. Việc phân biệt nội nhũ của các giống địa phương giúp cho các nhà quản lý nguồn gen xác định kỹ thuật bảo quản nguồn gen đó. Căn cứ chủ yếu để phân chia lúa nếp và tẻ dựa trên cấu tạo tinh bột của nội nhũ. Nội nhũ của lúa tẻ tích lũy tinh bột dạng amylose gồm 200 đến 1000 đơn vị gluco, nối với nhau bởi các nối α - 1,4 glocozit với khối lượng phân tử từ 10.000 đến 100.000 đơn vị gluco. Phân tử có cấu trúc xoắn với 6 gluco nối thành vòng, amylose nhuộm màu xanh với I ốt. Amylopectin Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của amylose và amylopectin (α-1,4 và α-1,6) Nội nhũ lúa nếp được tích lũy dưới dạng amylopectin có phân tử lớn hơn gồm 20 đến 25 đơn vị gluco sắp xếp thành nhánh liên kết với nhau bởi cả hai nối α - 1,4 và α - 1,6 glucozit với khối lượng phân tử 50.000 đến 1.000.000 đơn vị 6 gluco, phản ứng với Iốt chuyển màu đỏ tía. Để phân biệt lúa nếp và lúa tẻ, nhuộm tinh bột bằng dung dịch KI 1%. Lúa nếp Lúa tẻ Hình 1.3. Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI 1% 1.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền trong chọn tạo giống lúa 1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 1.2.1.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền thông qua các tính trạng hình thái Đây là phương pháp cổ điển nhưng hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi vì không đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả nhất định, giúp các nhà nghiên cứu có thể phân biệt các giống, các vật liệu một cách nhanh chóng trên đồng ruộng (Nguyễn Văn Vương, 2013). Qua kết quả mô tả các tính trạng hình thái, đặc điểm nông sinh học (chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, số bông/khóm, màu sắc các bộ phận của cây, chiều dài, chiều rộng lá,…) cũng được sử dụng trong công tác khảo nghiệm giống cây trồng và bảo hộ quyền tác giả ở Việt Nam. Hiện nay, có thể sử dụng hai bảng mô tả tính trạng cây lúa trong công tác nghiên cứu: Bảng mô tả cây lúa (Descriptor for Rice) của IPGRI (International Plant Genetic Resources Institute) hoặc bảng mô tả các tính trạng đặc trưng của giống lúa của Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng Quốc gia, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Có tới 65 tính trạng về mặt hình thái cây lúa (Phụ lục 1) trong đó có 33 tính trạng quan trọng để phân biệt giống theo Tiêu chuẩn ngành, 10TCN 395: 2006. Nguồn gen càng phong phú về các tính trạng thì việc ứng dụng trong chọn giống càng có hiệu quả. 7 Bảng 1.1. Các tính trạng quan trọng để phân biệt giống lúa Thời điểm đánh giá TT Tính trạng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Màu sắc gốc mạ Mức độ xanh của lá Sắc tố Antoxian ở lá Sự phân bố sắc tố Antoxian ở lá Sắc tố Antoxian ở bẹ lá Tai lá Gối lá (cổ lá) Sắc tố Antoxian ở gối lá Độ dầy lá Góc thân (thế cây) Chiều dài phiến lá Chiều rộng phiến lá Trạng thái phiến lá đòng (quan sát sớm) Trạng thái phiến lá đòng (quan sát muộn) Thời gian trỗ (số ngày từ gieo đến 50% số cây có bông trỗ) Bất dục đực Màu sắc vỏ trấu Màu sắc mỏ hạt 14 15 Cây mạ Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Chuẩn bị làm đòng Bông trỗ hoàn toàn Bông trỗ hoàn toàn Bông trỗ hoàn toàn Phương pháp đánh giá Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát lá giáp lá đòng Quan sát lá giáp lá đòng Quan sát Bông trỗ hoàn toàn Quan sát Trỗ bông Đo đếm Quan sát Quan sát Quan sát Trạng thái trục chính của bông Râu trên bông Sự phân bố của râu trên bông Trạng thái của bông 3/4 bông trỗ thoát Gié đầu bông chín Chín sáp - gié đầu bông chín Chín sữa/Thu hoạch Chín sữa Gié đầu bông chín/ Thu hoạch Gié đầu bông chín Gié đầu bông chín Gié đầu bông chín Gié đầu bông chín 26 Thoát cổ bông 27 Thời gian chín (số ngày từ gieo đến 85% số hạt chín) 28 Tổng số hạt chắc/bông 29 Khối lượng 1000 hạt (g) 30 Dạng hạt thóc (D/R) 31 Kiểu xếp hạt Thu hoạch Thu hoạch Thu hoạch Gié đầu bông chín Đếm Cân hạt ở độ ẩm 13,5% Quan sát Quan sát trên gié cấp 1 và xác định mức độ gối lên nhau của các hạt liền kề Quan sát gạo lật Cảm quan hoặc hoá chất 16 17 18 19 Chiều cao thân (cm) (không tính bông) 20 Số bong/cây 21 Chiều dài trục chính của bông (cm) 22 23 24 25 32 Màu sắc hạt gạo lật 33 Hương thơm Đo từ mặt đất đến cổ bông Đếm Đo từ cổ bông đến đầu bông Quan sát Quan sát Quan sát Quan sát bông đặt xuôi theo chiều thẳng đứng Gié đầu bông chín Quan sát Gié đầu bông chín Đo đếm Thu hoạch Thu hoạch Nguồn: Bộ NN và PTNN (2006) 8
- Xem thêm -