BÀI TIỂU LUẬN VỀ DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG, CHỐNG CHỊU CÁC ĐIỀU KIỆN BẤT LỢI CỦA NGOẠI CẢNH. CỤ THỂ LÀ DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG HẠN Ở LÚA, CÁC TÀI LIỆU CẬP NHẬT, MỚI, NỘI DUNG PHONG PHÚ VÀ HẤP DẪN, LÀ TƯ LIỆU QUÝ CHO CÁC BẠN SINH VIÊN, HỌC VIÊN CAO HỌC VÀ NCS CÁC NGÀNH DI TRUYỀN, CHỌN GIỐNG, KHOA HỌC CÂY TRỒNG,...
Trang 1MỞ ĐẦU
1 Lý do chon đề tài
Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa chống chịu hạn cho vùng đất cạn nhờ nước trời và các vùng sinh thái có điều kiện khó khăn”
2 Mục tiêu của đề tài
* Mục tiêu chung:
Chọn tạo được giống lúa mới có tính chống chịu hạn cao hơn các giống hiện sử dụng
cho vùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và các vùng sinh thái có điều kiện khó khăn, bấp bênh
n ư ớc t ư ới .
* Mục tiêu cụ thể:
- Chọn tạo được giống lúa chịu hạn cho vùng đất cạn nhờ nước trời thuộc các tỉnhmiền núi phía Bắc, Bắc Trung bộ, Duyên hải Nam trung Bộ và Tây Nguyên, năng suất đạttối thiểu 35 tạ/ha; chống đổ tốt; chất lượng khá (có hàm lượng Protein 8- 10%, Amylose20- 26%, gạo trong, tỷ lệ gạo nguyên khoảng 70%, cơm ngon và mềm); chống chịu tốt vớibệnh khô vằn và bạc lá Các giống lúa chịu hạn mới sẽ được công nhận chính thức hoặcsản xuất thử nghiệm
- Chọn tạo được giống lúa chịu hạn cho vùng khó khăn bấp bênh nước thuộc các tỉnhtrung du - miền núi phía Bắc, Bắc Trung bộ, Duyên hải Nam trung Bộ,Tây Nguyên vàĐông nam Bộ, năng suất đạt tối thiểu 50 tạ/ha; chống đổ khá; chất lượng khá (có hàmlượng Protein 8- 10%, Amylose 20- 26%, gạo trong, tỷ lệ gạo nguyên khoảng 70%, cơmngon và mềm); chống chịu tốt với bệnh đạo ôn và bạc lá Các giống lúa chịu hạn mới sẽđược công nhận chính thức hoặc sản xuất thử nghiệm
- Nghiên cứu một số biện pháp canh tác và xây dựng quy trình kỹ thuật canh táccác giống lúa chị hạn mới phù hợp với từng vùng sinh thái
3 Nội dung nghiên cứu ứng dụng
*Nội dung 1: Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu
Thu thập, nghiên cứu và đánh gía tập đoàn công tác:
- Hđ 1: Đánh giá toàn bộ nguồn gen lúa chịu hạn trong điều kiện nhân tạo và đồng ruộng
- Hđ 2:Sử dụng chỉ thị phân tử (chỉ thị SSR) phân tích và đánh giá đa hình ADN của nguồn gen lúa chịu hạn
Tạo vật liệu mới cho công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn:
*Nội dung 2: Chọn lọc dòng theo mục tiêu của đề tài
Chọn lọc các cá thể thuộc quần thể F2, BC1F2, Mo, M1, với áp lực chọn lọc cao ở
môi trường nhân tạo và đồng ruộng Môi trường nhân tạo: đánh giá tỷ lệ nảy mầm và sứcsống của cây con trong dung dịch muối KClO3; Môi trường hạn trên đồng ruộng: hạn nhântạo 7-15 ngày ở các giai đoạn đẻ nhánh, làm đòng và trỗ bông
- Hđ1: Chọn lọc dòng theo hướng chịu hạn cho vùng đất cạn nhờ nước trời, năng suất đạt
tối thiểu 35 tạ/ha và chất lượng khá
- Hđ 2: Chọn lọc dòng chịu hạn cho vùng bấp bênh nước, năng suất đạt tối thiểu 50 tạ/ha
và chất lượng khá
*Nội dung 3: Đánh giá các dòng thuần triển vọng (thí nghiệm quan sát, so sánh,…)
- Hđ 1: Đánh giá các dòng lúa chịu hạn: Kiểm tra tính chịu hạn của các dòng, giống triển
vọng
Trang 2- Hđ 2: So sánh và đánh giá sự ổn định năng suất của 15- 20 dòng triển vọng/ năm ở các điều kiện đủ nước, bấp bênh nước và nhờ nước trời
- Hđ 3: Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh hại chính của các dòng, giống lúa chịu
hạn mới (đánh giá biểu hiện trên đồng ruộng và nhân tạo)
- Hđ 4: Đánh giá chất lượng của các dòng giống lúa chịu hạn mới
*Nội dung 4: Khảo nghiệm sản xuất, sản xuất thử, xây dựng mô hình và xin công nhận giống lúa chịu hạn mới
- Hđ 1: Khảo nghiệm quốc gia các dòng/giống lúa chịu hạn triển vọng: khảo nghiệm VCU,
DUS từ 2- 3 dòng, giống/năm
-Hđ 2: Khảo nghiệm sản xuất các dòng/giống lúa chịu hạn mới (3- 5 dòng,
giống/năm/vùng) tại vùng đất cạn nhờ nước trời và vùng bấp bênh nước của các tỉnh miềnnúi phía Bắc, Băc Trung bộ, DHNTB, Tây Nguyên và Đông Nam bộ
- Hđ 3: Sản xuất thử và xây dựng mô hình trình diễn các giống lúa chịu hạn mới.
- Hđ 4: Tổ chức Hội nghị đánh giá và tham quan đầu bờ mô hình các giống lúa chịu hạn
mới
- Hđ 5: Công nhận giống lúa chịu hạn mới.
* Nghiên cứu các yếu tố kỹ thuật (mật độ, phân bón) để xây dựng qui trình kỹ thuật canh tác giống lúa chịu hạn mới phù hợp với vùng nhờ nước trời và vùng bấp bênh nước.
- Hđ 1: Nghiên cứu xác định mật độ thích hợp:
- Hđ 2: Xác định lượng phân bón và kỹ thuật bón phân:
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ýnghĩa khoa học
* Ý nghĩa thực tiễn
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về cây lúa
Có nhiều quan niệm khác nhau về lúa cạn, song đa số các Nhà khoa học thế giới đềuthống nhất [7], [24], [37], [51], [63] và cho rằng: Lúa cạn là loại lúa hoàn toàn đượcgieo hạt trên đất khô, được trồng trong điều kiện mùa mưa, đất thoát nước tự nhiêntrên những chân ruộng không có bờ hoặc được đắp bờ và đất không có nước dự trữthường xuyên trên bề mặt Lúa cạn được hình thành và phát triển từ lúa nước để thíchnghi với những vùng trồng lúa thường gặp hạn
Trên cơ sở nghiên cứu đất trồng lúa cạn, Vũ Tuyên Hoàng và CS [18], [37] đã phânloại lúa cạn và chịu hạn theo loại hình đất trồng ở nước ta như sau:
- Đất rẫy (trồng lúa rẫy, Upland rice hay Dry rice): nằm ở các vùng trung du, miền núiphía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một phần của Đông Nam Bộ
- Đất lúa thiếu nước hoặc bấp bênh về nước (loại hình cây lúa nhờ nước trời hayRainfed rice): nằm rải rác ở các vùng đồng bằng, trung du, đồng bằng ven biển Đông
và Nam Bộ, kể cả đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long, hoặc vùng cóđất bằng phẳng nhưng không có hệ thống thuỷ nông hay hệ thống thuỷ nông chưa hoànchỉnh vẫn nhờ nước trời hoặc có một phần ít nước tưới, ruộng ở vị trí cao thường xuyênmất nước
1.2.Tình hình nghiên cứu lúa cạn và hạn trên thế giới:
1.2.1 Sản xuất lúa và lúa cạn trên Thế giới:
Trang 3Lúa là cây lương thực đứng thứ 2 của thế giới về diện tích gieo trồng và tổng sản lượng.
Số liệu của FAO năm 1993 cho thấy, diện tích canh tác lúa của thế giới đạt 148 triệu hecta,trong đó Châu Á gieo cấy 133,3 triệu hecta lúa, chiếm 90,07% Có 68,03 triệu hecta lúa
(chiếm 45,96 %) thường bị thiên tai đe doạ, trong đó có 19,16 triệu hecta là đất cạn (lúa rẫy-upland rice), 36,37 triệu hecta đất hoàn toàn nhờ nước trời (rainfed rice) và 12,5 triệu
hecta đất ngập nước Năng suất lúa ở vùng đất khó khăn đạt 0,8-1,7 tấn/ha, chỉ bằng 40% năng suất lúa của vùng chủ động nước Các giống lúa gieo cấy trên vùng này phần lớn
20-là giống địa phương: dài ngày, cao cây, chống đổ kém, năng suất thấp, nhưng chất lượnggạo ngon
Trong khoảng 15 năm từ năm 1993 đến 2007, diện tích lúa thế giới đã tăng thêm 8,7triệu ha và đạt 156,7 triệu ha ở năm 2007 Năng suất lúa bình quân thế giới xấp xỉ 4,0 tấn/
ha Năng suất lúa đạt cao nhất 9,45 tấn/ha ở Australia và thấp nhất là 0,90 tấn/ha ở IRAQ.Cũng theo số liệu của FAO (2008), toàn Thế giới có 114 nước trồng lúa và phân bố ở tất
cả các Châu lục Theo vùng lãnh thổ, Châu Phi có 41 nước trồng lúa, tiếp đến Châu Á có
30 nước, Bắc Trung Mỹ có 14 nước, Nam Mỹ có 13 nước, Châu Âu có 11 nước và Châu
Đại Dương chỉ có 5 quốc gia trồng lúa
Tính từ năm 2001 đến năm 2007, sản lượng lúa thế giới tăng 8,7%, từ 597,981 triệutấn năm 2001 lên 650,193 triệu tấn năm 2007 Năm 2007, sản lượng lúa Châu Á đạt590,170 triệu tấn chiếm 90,8%; tương tự ở Nam Mỹ- 21,40 triệu tấn chiếm 3,3 %; ở ChâuPhi- 23,48 triệu tấn chiếm 3,6 %; ở Bắc Trung Mỹ- 11,45 triệu tấn chiếm 1,7 %; ở Châu
Âu và Châu Đại Dương – 3,68 triệu tấn chiếm 0,6%
Sản lượng lúa Thế giới và Châu lục giai đoạn 2001- 2007
( Số liệu thống kê của FAO, 9/2008 )
Đơn v tính: Tri u t n ị tính: Triệu tấn ệu tấn ấn
Năm Thế giới Châu Á ChâuÂu Nam Mỹ TrungBắc,
Mỹ
ChâuPhi
Châu ĐạiDương
Lúa cạn là một bộ phận cấu thành trong sản xuất lúa, được trồng bởi các nông hộ nhỏ,sinh sống ở các vùng nghèo nhất trên thế giới trong hệ thống canh tác nhờ nước trời, nhữngnơi không thể cung cấp nước chủ động hoặc hạn hán là phổ biến Tuy năng suất không caonhưng lúa cạn vẫn là loại cây trồng không thể thay thế ở những vùng cao, vùng khó khăn vềnước tưới; đồng thời là nguồn cung cấp lương thực tại chỗ quan trọng của người dân tộcthiểu số
Ở châu Á, khoảng 50% đất trồng lúa là canh tác nhờ nước trời và năng suất lúa thấp.Ngoài giống lúa cạn địa phương, các giống lúa chịu hạn mới còn ít về số lượng, cũng nhưkhả năng thích nghi còn chưa cao [53] Tuy nhiên, năng suất lúa cạn có thể được cải tiếnhơn trong điều kiện thâm canh và chăm sóc tốt Trong điều kiện lý tưởng của thí nghiệm,người ta đã thu được năng suất 7 tấn/ha ở Philippine (De Datta và Beachell, 1972), ở Peru là7,2 tấn/ha (Kawano, 1972) và 5,4 tấn/ha ở Nigieria (Abifarin, 1972) [44], [64]
Trang 41.2.2 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới:
Trong 30 năm trở lại đây, công tác nghiên cứu, chọn tạo các giống lúa cạn, lúa chịu hạnđang là một mục tiêu quan trọng của nhiều Viện, Trung tâm nghiên cứu quốc tế cũng nhưtrong các chương trình chọn tạo giống quốc gia [7] Năm 1970, Viện nghiên cứu lúa quốc tế(IRRI) thành lập ngành lúa cạn do Tiến sĩ T.T Chang đứng đầu [7] Năm 1973, IRRI bắtđầu đưa ra “Chương trình đánh giá và ứng dụng di truyền (GEU)” với mục đích thu thậpnguồn gen, nghiên cứu vật liệu và chọn giống lúa chống chịu hạn
Năm 1983, Ban điều hành các trung tâm nghiên cứu lúa cạn (UREDCO) được thànhlập Theo đó, chương trình nghiên cứu lúa cạn ở các nước được mở rộng [24], [35] và đạtđược những kết quả dưới đây:
* Nhu cầu nước và khả năng chịu hạn của cây lúa:
Theo Huke [61], lúa nước, lúa cạn, lúa chịu nước sâu hay lúa nổi có nhu cầu nướckhác nhau Nhu cầu nước của lúa cũng khác nhau giữa các thời kỳ sinh trưởng, phát triểncủa cây Cây lúa thiếu nước ở giai đoạn sinh trưởng sinh thực, có thể ảnh hưởng nghiêmtrọng đến năng suất lúa ở cả lúa cạn và lúa nước Giống lúa cạn có thể phục hồi khi tướinước hay có mưa, còn giống lúa nước có khả năng phục hồi kém hoặc không thể phục hồi
* Nghiên cứu về đặc trưng hình thái và sinh trưởng:
Hesagawa (1963) [64] đã tổng hợp số liệu từ nhiều nguồn khác nhau và rút ra kếtluận: trong giai đoạn nảy mầm, hạt lúa cạn có khuynh hướng hút nước nhanh hơn cácgiống lúa nước Theo T.T.Chang và ctv., (1972) [64], hầu hết các giống lúa cạn địaphương thường có thân to và dày, bị già cỗi nhanh chóng khi lúa chín, nên chúng dễ đổngã vào giai đoạn chín Một nghiên cứu về chiều cao cây của 252 giống lúa cạn trong mùamưa cho thấy: chiều cao cây dao động từ 80 cm ở các giống lúa cạn Nhật Bản đến 175 cm ởmột vài giống lúa nương Thái Lan Các giống lúa cạn châu Phi và Philippine nhìn chung caotrên 150 cm khi trồng trong điều kiện ruộng cạn [64]
Các nghiên cứu ở IRRI (1971) và nhiều tác giả khác khẳng định: rễ của một sốgiống lúa cạn sẽ phát triển dài hơn và dầy hơn khi xảy ra khủng hoảng về độ ẩm Nhữngnghiên cứu lúa ở giai đoạn sinh thực trong điều kiện trồng cạn cho thấy: bộ rễ của cácgiống lúa cạn (như OS4 hay Palawan) vừa dài, vừa to mập, còn các giống lúa bán lùn (IR8hay IR20) lại có số rễ ít và nhỏ [7], [37], [44], [54]
Bashar, Chang và cộng sự (1989) [37], nghiên cứu về di truyền tính trạng chịu hạn chorằng: các đặc điểm của bộ rễ có liên quan đến khả năng chịu hạn ở các giống lúa cạn và lúanương rẫy là kích thước bộ rễ lớn, số mạch dẫn trong rễ nhiều Còn Namuco và ctv., (1993)[37], khi nghiên cứu về tương quan giữa đường kính bộ rễ với tính chịu hạn đã kết luận:đường kính rễ lớn nhất ở các giống chịu khô và nhỏ nhất ở các giống mẫn cảm Độ dày đặccủa rễ cũng có tương quan cao với tính chống chịu hạn Kết quả phân tích phương sai đã chỉ
ra rằng mật độ rễ và số mạch dẫn trực tiếp điều chỉnh áp tính chống chịu hạn
Nghiên cứu thời gian sinh trưởng của 284 giống lúa cạn chịu hạn ở IRRI thấy, có sựbiến động từ 80 đến hơn 170 ngày trong mùa mưa Ví dụ giống lúa cạn Rikuto Norin 21 cóthời gian sinh trưởng 95 ngày còn C22 là 125 ngày Với những giống không phản ứng ánhsáng, thời gian sinh trưởng biến động từ 90-145 ngày trong mùa khô Theo Chang T.T vàBenito S.V (1975), lúa cạn thường trỗ muộn 1-15 ngày trong điều kiện ruộng cạn Phần lớncác giống lúa cạn có kiểu bông to, dài và khoe bông, có khả năng chống chịu với tác nhângây hại Theo các tác giả này, đây là đặc tính mong muốn của bất kỳ giống lúa trồng cạnnào Nhìn chung, hạt lúa cạn thường tròn và to nên khối lượng 1000 hạt cao Mặc dù vậyvẫn có loại hạt thon dài[64]
Hàm lượng Amylose của các giống lúa cạn châu Phi và Đông Nam Á khá cao vàđạt 22-26% Nhiệt độ hoá hồ biến động từ thấp đến cao nhưng hầu hết là trung bình Riêngcác giống lúa cạn Nhật Bản có hàm lượng Amylose thấp (15%) (IRRI, 1974) [37], [64]
Trang 5Về tiềm năng năng suất và tính ổn định của các giống lúa cạn, những nghiên cứucủa Jana và De Datta (1971); IRRI (1971, 1972, 1973) [7], [37], [64] đều cho thấy: khixảy ra hạn nghiêm trọng, năng suất của tất cả các giống lúa đều thấp cho dù có đầy đủdinh dưỡng kết hợp với trừ cỏ hiệu quả Do vậy, năng suất hạt thuần chỉ phản ánh mức độtránh hạn hơn là tính chịu hạn, đặc biệt nếu lúa được thu hoạch trước khi thời kỳ hạn kếtthúc (Levitt, 1972) Nhưng nếu hạn kết thúc trước khi thu hoạch thì năng suất hạt lại phụthuộc nhiều hơn vào khả năng phục hồi của giống lúa [46], [64].
Từ kết quả nghiên cứu tập đoàn 4000 giống lúa cạn địa phương, các nhà khoa họcIRRI tổng kết: các giống lúa cạn địa phương thường cao cây; bộ rễ ăn sâu và phân bố dàyđặc; khả năng đẻ nhánh kém và không tập trung; bộ lá màu xanh nhạt, lá dài, rộng bản và
rủ xuống, chỉ số diện tích lá không cao; bông to và dài; hầu như không phản ứng với ánhsáng Thời gian sinh trưởng từ 95-140 ngày Hạt to, tròn, hàm lượng tinh bột từ thấp đếncao trung bình (18-25%); nhiệt độ hoá hồ trung bình Tỉ lệ lép thấp Chống chịu giỏi vớihạn và bệnh đạo ôn; mẫn cảm với rầy và bệnh virus Chống chịu với điều kiện đất thiếulân, thừa nhôm và mangan Chịu phân kém, đặc biệt là phân đạm Năng suất rất thấpnhưng ổn định [6], [37], [51], [52], [58], [64]
* Nghiên cứu về cấu tạo giải phẫu và hoạt động sinh lý chống chịu hạn:
Nhiều tác giả cho rằng, sự đóng khí khổng ở thực vật khi xảy ra hạn là một đặc điểmthích ứng Ngược lại, Ludlow (1980) lại cho rằng: phần lớn các gen kháng mất nước khônglàm đóng khí khổng là do có sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào khí khổng trongđiều kiện hạn [7], [37] Trong điều kiện hạn, cây trồng có áp suất thẩm thấu cao luôn duytrì được lượng nước trong tế bào, sự mở của khí khổng, đồng thời duy trì quá trình hô hấp
có áp suất thẩm thấu cao và ngược lại
Một trong những cơ chế tạo nên tính chống hạn của thực vật là quá trình hình thành
và tích luỹ proline Nhiều tác giả như Singh (1973); Blum và Ebercon (1976); Withers vàKing (1979); Hanson (1980); Stewart và Hanson (1980); Rajagopal và Sinha (1980) [7],[38], [48], [75] đã nghiên cứu và chứng minh vai trò của proline trong việc cân bằng nước
và giữ nước ở các mô tế bào Bernand (1989) đã xây dựng được phương pháp xác định được
hàm lượng proline trong lá lúa [47] Ở đây, có thể nói rằng proline như là một yếu tố chống
lại sự mất nước ở cây trồng trong giai đoạn thiếu nước Các biểu hiện chống hạn của câytrồng:
- Khi bộ lá bị stress nước thì khối mô tế bào có sự xâm nhập của proline điều khiểngiữ lại hàm lượng nước cao hơn và lá được cứng lên
- Proline kích thích hoạt động của phản ứng nitrat hoá, bảo vệ và kìm hãm hoạtđộng của enzim trong suốt giai đoạn hạn thiếu nước
- Proline tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất ở giới hạn mất nướcnhất định
Theo những nghiên cứu của Perrier (1961); Gates (1968); Blum (1980) [7], [37],[46] trên cây lúa mì, có một bộ lá hẹp và xu hướng giảm diện tích lá là sự thích nghi vớitình trạng thiếu nước của cây, làm hạn chế tối đa nhu cầu sử dụng nước
* Nghiên cứu về di truyền tính chịu hạn:
Nhờ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật bản đồ gen, nhiều nhà khoa học đã xác địnhđược vị trí và vai trò của một số vùng gen liên quan đến khả năng chống chịu hạn Các đặc
Trang 6trưng như bộ rễ khoẻ, ăn sâu, khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu, khả năng duy trì thếnước ở lá trong điều kiện khô hạn đều quyết định quan trọng đến khả năng chịu hạn ởcây trồng [2], [7], [37].
Protein LEA (late embryogenesis abundant) cũng được chú ý trong điều kiện bịstress do thiếu nước (Xu và ctv., 1996; Maqbool và ctv., 2002; Goyal và ctv., 2005) [56],[70], [84] Protein LEA được phân chia thành 5 nhóm chính trên cơ sở chuỗi trình tự aminoacid của nó (Bake và ctv., 1988; Dure và ctv., 1989) và chúng được xét nghiệm lại thôngqua công cụ tin sinh học (Wise 2003) Những protein như vậy đã đóng góp phần nào vào sựtiến hóa của nhóm protein có tên gọi là “hydrophilins” khi chúng đáp ứng với điều kiệnthẩm thấu cực trọng (hyperosmotic) (Garay-Arroyo và ctv., 2000) Vai trò chính của proteinLEA là hoạt hóa những amino acid ưa nước và đã nạp năng lượng Sự thể hiện của các genLEA thường xảy ra dưới dạng abscisic acid độc lập Nó không những chỉ được phát hiệntrong hạt mà còn trong các mô tăng trưởng khi cây bị stress do thiếu nước, do mặn, và dolạnh (Ingram và Bartels, 1996; Thomashow, 1998; Cuming, 1996; Grelet và ctv., 2005) [2],[57] Sự thể hiện của protein LEA và đặc điểm cấu trúc đại phân tử của nó cho thấy vai tròbảo vệ cây chống chịu sự kiện mất nước (Ingram và Bartels, 1996) [2]
Hầu hết các nghiên cứu về marker phân tử đều quan tâm đến những thành phần rấtđặc biệt trong sự kiện chống chịu khô hạn, đó là [2]:
- Khả năng của rễ cây phát triển sâu xuống tầng đất bên dưới,
- Hiện tượng trỗ bông và tung phấn với thời gian cách quãng được xác định (ASI =anthesis to silking interval)
- Sự điều tiết áp suất thẩm thấu (OA = osmotic adjustment)
- Hiện tượng biến dưỡng ABA (abscisic acid)
- Hiện tượng nông học WUE (water use efficiency có nghĩa là hiệu quả sử dụng nước)
Mục tiêu cơ bản của bản đồ QTL là tìm hiểu cơ sở di truyền của những tính trạng sốlượng bằng cách xác định số lượng, các vị trí, những ảnh hưởng của gen và hoạt động củanhững loci bao gồm tương tác gen (epistasis) và tương tác QTL x E (môi trường) Một mụcđích khác của bản đồ QTL là xác định những marker mang tính chẩn đoán đối với những kiểuhình đặc thù nào đó, sao cho việc áp dụng MAS trở nên có hiệu quả, phục vụ yêu cầu chọndòng (giống) chống chịu khô hạn, chống chịu mặn, v.v Mục tiêu lâu dài của thí nghiệm vềbản đồ QTL là “cloning” các gen điều khiển tính trạng số lượng vô cùng phức tạp, thông quatiếp cận kỹ thuật “map-based cloning” (Li, 1999) [2], [74]
Trong một vài trường hợp, có những QTL định vị trên cùng một nhóm liên kết gen,điều khiển nhiều tính trạng quan trọng như khả năng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA), khảnăng chống chịu sự thủy phân, chúng liên kết với tính trạng hình thái học của rễ lúa(Lilley và ctv., 1996) Biến thiên kiểu hình đối với từng tính trạng xét trên mỗi vị trí QTLxoay quanh giá trị 10% Trong trường hợp ngoại lệ, QTL đối với tính trạng chiều dài rễ ởgiai đoạn 28 ngày tuổi biến thiên 30% (Price và Tomas 1997) [69]
Mối quan hệ giữa năng suất và QTL thường cho kết qủa âm tính trong vài trườnghợp, nhưng đối với tính trạng ASI, kết qủa chống chịu hạn không đối kháng với năng suất(Ribaut và ctv., 1996) Những QTL đối với tính trạng ASI có tính ổn định nhiều năm,trong điều kiện mức độ stress khác nhau, sẽ được xem như là những ứng cử viên trongchiến lược áp dụng MAS [2]
Thành tựu của công nghệ sinh học trong việc thực hiện xây dựng bản đồ di truyềnphân tử cho phép chúng ta xem xét những tính trạng di truyền phức tạp như tính chốngchịu khô hạn và năng suất (Zhang và ctv., 1999) [86] Tại Đại học Texas Tech, nhóm tácgiả này đã thực hiện bản đồ di truyền QTL đối với 2 tính trạng quan trọng liên quan đến sựkiện chống chịu khô hạn, đó là: khả năng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA) và những tínhtrạng hình thái của rễ lúa [2]
Trang 7Theo Ray Wu và Ajay Garg (2003)[81] thuộc trường Đại học Cornell (Mỹ), hợpchất có khả năng cải tiến tính chống chịu hạn, chịu mặn và nhiệt độ thấp ở cây lúa là mộtloại đường đơn, gọi là trehalose Trehalose có thể hoạt động như nước thay thế trên bề mặtcủa các protein ở lớp màng tế bào khi xảy ra thiếu hụt nước trầm trọng, ngăn chặn sự kếttinh hay biến chất các protein, giữ cho các hoạt động sinh hoá, sinh lý diễn ra bình thường.Các gen mã hoá enzyme tổng hợp trehalose là trehalose-6-phosphate synthase (TPS) vàtrehalose-6-phosphate phosphatase (TPP).
Ngoài trehalose, Robert Locy và Narendra Singh (1996) [76] thuộc trường Đại họcAuburn (Mỹ) cho rằng, còn nhiều hợp chất hoá học khác có vai trò tương tự trehalosetrong việc bảo vệ cây trồng chống lại hạn như: các axit amin (proline), polyamine, protein,glycine betaine, sorbitol, marnitol Các loài thực vật khác nhau thì sử dụng loại hoá chấtkhác nhau
Tuy nhiên, các nhà khoa học chưa hiểu rõ yếu tố nào chi phối hiện tượng và đónggóp tích cực nhất vào tính chống chịu khô hạn ở thực vật Hiện nay, tiến độ cải tiến giốngchống chịu hạn chậm nhưng khả thi Trở ngại chính là tính trạng năng suất cao và tínhtrạng chống chịu có khả năng tương hợp nhất Một câu hỏi đang được các nhà khoa họcđặt ra: Liệu có sự đối kháng giữa năng suất và tính trạng chống chịu hay không?
Tại Thái Lan, Toojinda và ctv đã xây dựng bản đồ QTL điều khiển tính trạng chống
chịu khô hạn với các tính trạng mục tiêu như: năng suất hạt, sinh khối, chỉ số thu hoạch
HI, số hạt chắc và lép, số hạt/bông, tỉ lệ bất thụ, khối lượng 1000 hạt, số bông, số nhánh,chiều cao, số ngày từ gieo đến trỗ,v.v QTL định vị trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 4, 5, 7,
8, 9 của quần thể DH thuộc tổ hợp lai IR62266/CT9993 đã được phân tích tại 3 địa điểmkhác nhau trong 3 năm liên tục Kết quả cho thấy, QTL liên quan đến tính chống chịu khôhạn có nhiều ở nhiễm sắc thể số 3 và 5 (Bùi Chí Bửu, 2005) [2], [3]
* Nghiên cứu chọn tạo giống lúa cạn và lúa chịu hạn trên Thế giới:
Vấn đề sử dụng giống chống chịu hạn trở thành sự lựa chọn tối ưu ở các vùngtrồng lúa thiếu nước Những năm 1950-1960, tại Philippine đã tiến hành thu thập, so sánh vàlai tạo các giống lúa cạn địa phương Tới năm 1970, các giống lúa như C22, UPLRi3,UPLRi5 được tạo ra với chiều cao cây vừa phải, đẻ nhánh trung bình, nhưng năng suất khá vàchất lượng gạo tốt Tiếp theo là giống UPLRi6 có tiềm năng năng suất khá, thấp cây, khảnăng phục hồi tốt [37] Tại Indonesia, công tác lai tạo, tuyển chọn phối hợp với nhập nội cũngđược tiến hành và đưa ra hai giống là Gata, Gatifu phục vụ sản xuất đạt hiệu quả
Đầu những năm 50, Thái Lan tiến hành chương trình thu thập và làm thuần các giốngđịa phương, đã chọn lọc và phổ biến ở miền Nam được hai giống lúa tẻ là Muang huang vàDowk payon, có tiềm năng năng suất 20 tạ/ha; một giống lúa nếp là Sew maejan phổ biến ởmiền Bắc với năng suất 28 tạ/ha [7] Năm 1966, Trạm nghiên cứu lúa Yagambi thuộc Việnquốc gia phát triển Công-gô (nay là INEAL, Zaire) giới thiệu giống R66 và OS6, cho năngsuất cao và chống chịu hạn khá hơn Agbele (Jacquot, 1978) Giống OS6 được trồng rộngrãi ở Tây Phi [37] Cũng vào năm 1966, Viện IRAT, IITA và WARDA đã chọn tạo đượccác giống như TOX 86-1-3-1; TOX 356-1-1; TOX 718-1 và TOX 78-2 (Dasgusta, 1983).Những giống này có khả năng chịu hạn và chống chịu bênh tốt [37]
Năm 1980, Trung tâm Nông nghiệp Ibaraki, Nhật Bản đã chọn tạo được giống lúanếp cạn Sakitamochi, có khả năng chống đổ, chống chịu sâu bệnh, năng suất cao và chấtlượng tốt Năm 1991, chọn được giống Kantomochi 168 chất lượng nấu ăn nổi tiếng vàchịu hạn tốt Năm 1992, chọn được giống Kantomochi 172 cho năng suất rất cao [37] Viện Nông nghiệp Campinas (IAC) Brazin đã tạo ra một loạt giống lúa cao câynhưng chịu hạn tốt như: IAC1246; IAC47; IAC25 Giống IAC25 có thời gian sinh trưởngngắn hơn 10 ngày so với hai giống trước và thoát được thời kỳ hạn, ở địa phương còn
được biết với tên gọi là Veranico [37], [65].
Trang 8Trong thời gian từ 1972-1980, IRRI đã tiến hành 3839 cặp lai để chọn giống Trongnăm 1982, có trên 4000 dòng, giống được IRRI gửi đến và thí nghiệm tại các nước vớimục đích đánh giá và chọn lọc giống lúa chịu hạn [37]
1.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa hạn trong nước:
1.3.1 Sản xuất lúa cạn và lúa chịu hạn ở Việt Nam:
Ở Việt Nam, diện tích canh tác lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong đó có 2,2 triệu ha là đấtthâm canh, chủ động tưới tiêu nước, còn lại hơn 2,1 triệu ha là đất canh tác lúa có những khókhăn Trong 2,1 triệu ha có khoảng 0,5 triệu ha lúa cạn và 0,8 triệu ha nếu gặp mưa to, tậptrung sẽ bị ngập úng và còn lại 0,8 triệu ha là đất bấp bênh nước (Vũ Tuyên Hoàng, 1995)[19] Năng suất lúa cạn, lúa nương hay năng suất lúa ở các vùng bấp bênh nước tưới rất thấp,chỉ đạt trên dưới 10-12 tạ/ha, bằng 30-50% năng suất bình quân của cả nước
Theo kết quả điều tra của Trung tâm KKN giống cây trồng Trung ương năm 2006,diện tích gieo trồng lúa cạn của cả nước là 132.662 ha, chiếm 1,93 diện tích lúa 2 vụ, trong
đó vụ Mùa, Hè thu năm 2003 là 125.923 ha, chiếm 3,25% diện tích vụ và vụ Đông xuânnăm 2004 là 6.739 ha chiếm 0,22% diện tích vụ Diện tích lúa cạn nhờ nước trời tập trungvào vụ Mùa, vụ Hè thu và phân bố chủ yếu ở vùng miền núi phía Bắc (47,41%), TâyNguyên (23,455), Bắc trung Bộ (19,61%), Duyên hải NTB (9,37%)
Diện tích lúa cạn gieo trồng trên cả nước năm 2003-2004
Tỷ lệ % diện tích lúa cạn của từng vùng sinh thái năm 2003-2004
(Số liệu điều tra của Trung tâm KKN giống cấy trồng Trung ương năm 2005)
Theo báo cáo của các địa phương, sản lượng lúa cạn toàn quốc năm 2001 đạt khoảng
241 nghìn tấn Tuy chiếm một diện tích không lớn so với diện tích lúa nước nhưng lúa cạn
là cây trồng truyền thống, là phương thức giải quyết lương thực tại chỗ đối với đồng bào
Trang 9các dân tộc ít người vùng núi Phát triển lúa cạn góp phần ổn định đời sống, hạn chế ducanh du cư đốt nương làm rẫy, giữ gìn, bảo vệ môi trường sinh thái, nhất là đối với cáctỉnh có tỷ lệ lúa cạn cao so với tổng diện tích lúa của tỉnh như: Lai Châu: 52,83%, Sơn La:48,35%, Lào Cai: 27,08% Tuy có vai trò quan trọng song sản xuất lúa cạn hiện còn rấtnhiều hạn chế Các giống lúa cạn hiện nay chủ yếu là các giống địa phương (99%) caocây, năng suất thấp, bấp bênh (trên dưới 10 tạ/ha) và có xu hướng giảm dần Nguyên nhânchủ yếu là do lúa cạn được trồng theo phương thức quảng canh, đất bị khai thác cạn kiệt,không được bón phân bổ sung Phần lớn đất trồng lúa cạn là đất dốc, hàng năm bị rửa trôimạnh, độ phì đất bị giảm nhanh chóng làm cho nguồn dinh dưỡng tự nhiên bị cạn kiệt [3].
Trong những năm gần đây do ảnh hưởng của sự biến đổi khí hậu, nắng nóng kéodài đã gây hiện tượng thiếu nước tưới cho các diện tích trồng lúa, kể cả những vùng trồnglúa chủ động nước Đặc biệt tháng 6 vừa qua, diện tích trồng lúa đang bị thiếu nước lênđến hơn 71.000ha, trong đó có 13.000ha có khả năng mất trắng hoặc giảm năng suất Nếuthời tiết tiếp tục nắng nóng gay gắt, không mưa, diện tích hạn nặng có thể lên 56.000ha
Hạn nặng đang tập trung tại các tỉnh: Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh…(Báo NN ngày 25 tháng 06 năm 2010)
1.3.2 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn tại Việt Nam:
Ở nước ta, công tác chọn tạo giống lúa cho vùng khó khăn (hạn, úng, mặn ) đượctiến hành từ cuối những năm của thập niên 70 Đến năm 2000, đã có nhiều đề tài cấp Nhànước về lúa khó khăn được thực hiện; đã có hàng chục giống lúa chịu hạn, chịu mặn vàchịu ngập úng được chọn tạo và đưa vào sản xuất, góp phần nâng cao năng suất và sảnlượng lúa của cả nước Dưới đây là một số phương pháp và kết quả nghiên cứu chọn tạogiống lúa chịu hạn đã đạt được trong những năm gần đây
* Về phương pháp nghiên cứu:
Để xây dựng chỉ tiêu chọn giống lúa chịu hạn, Trần Nguyên Tháp (2001) [37] đãnghiên cứu các đặc trưng cơ bản của giống lúa chịu hạn.Từ kết quả thu được, Tác giả đã
đề xuất một mô hình chọn giống lúa chịu hạn Trên cơ sở đánh giá khả năng chống chịuhạn nhân tạo của cây lúa ở trong phòng, tác giả khuyến cáo nên chọn nồng độ muối KClO33% hoặc nồng độ đường Saccarin 0,8-1,0% để xử lý hạt
Kết quả nghiên cứu của Trần Nguyên Tháp,Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn Tấn Hinh,Trương Văn Kính (2002) [38] cũng cho thấy, vai trò của gen chống hạn trong sự điềuchỉnh hàm lượng proline ở lá lúa khi điều kiện môi trường thay đổi Trong điều kiệnkhủng hoảng nước, hàm lượng proline có sự khác nhau giữa các giống lúa cạn và lúanước Các giống chịu hạn tốt được biểu thị bởi hàm lượng proline trong lá cao, đặc điểmchịu hạn và mức suy giảm năng suất thấp Sự khác nhau về hàm lượng proline của cácgiống lúa cạn và lúa nước làm sáng tỏ vai trò của gen đối với cơ chế chống lại sự mấtnước ở điều kiện gieo trồng cạn
Phát hiện tiềm năng thích ứng tự nhiên của tế bào phôi lúa đối với stress muối NaCltrong nuôi cấy in vitro dài hạn (Binh DQ et al., 1993, 1995) Đã tạo được nhiều dòng lúa
có khả năng chịu hạn bằng việc kết hợp phương pháp gây đột biến nhân tạo, nuôi cấy mô,
tế bào và các phương pháp sinh học phân tử hiện đại (Nguyen Duc Thanh et al., 2007; LêThị Bích Thủy và cs., 2007)
Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Hữu Nghĩa, Nguyễn Duy Bảo và Tạ Minh Sơn[37] về khả năng chịu nóng, hệ thống rễ và mối tương quan giữa khả năng chống hạn vớisinh trưởng thân lá và bộ rễ của 20 giống lúa thuộc 3 nhóm chịu hạn giỏi, khá và kém chothấy:
+ Có thể sử dụng phương pháp định ôn ở nhiệt độ 380C trong thời gian 3 giờ đểđánh giá khả năng chịu nóng của các giống lúa cạn
+ X11, MW-10, OS6 là 3 giống lúa có khả năng chịu nóng tốt và chịu hạn khá
Trang 10+ Ở giai đoạn 20 ngày lúa cạn cổ truyền và lúa cạn cải tiến không có sự sai khác vềchiều cao cây và chiều dài rễ; ở giai đoạn 60 ngày thì có sự khác biệt có ý nghĩa.
+ Ở giai đoạn 20 ngày lúa cạn và lúa nước không có sự sai khác về chiều cao câynhưng sự sai khác có ý nghĩa về chiều dài rễ, nên có thể coi đây là chỉ tiêu chọn giống
+ Chiều cao cây có tương quan nghịch với khả năng mẫn cảm hạn Chiều cao câycàng thấp thì nhiễm hạn tăng và ngược lại
* Về nghiên cứu và sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu hạn:
Theo Bùi Chí Bửu (2005) QTL định vị trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 đãđược phân tích, trên cơ sở quần thể DH của tổ hợp lai IR62266/CT9993 tại 3 địa điểmkhác nhau trong 3 năm liên tục Đặc biệt chú ý nhiễm sắc thể số 3 và số 5, nó tập hợpnhiều QTL có liên quan đến tính chống chịu khô hạn
Đã phát triển được chỉ thị STSG20 để đánh giá tính chịu hạn ở lúa (Lê Thị Bích Thuỷ
và cs., 2004) Với dự án do tổ chức Rockefeller (Mỹ) tài trợ lần đầu tiên ở Việt Nam, phòng
Di truyên tế bào thực vật đã thành công trong việc lập bản đồ di truyền phân tử và định vị một
số locus kiểm soát tính chịu hạn ở lúa cạn Việt Nam (Nguyễn Đức Thành và cs., 1999,Nguyễn Thị Kim Liên và Nguyễn Đức Thành, 2002, Nguyễn Thị Kim Liên và cs., 2003,Nguyễn Đức Thành và cs., 2003) Đây là công trình mang tầm cỡ thế giới được thực hiện tạiViệt Nam Bản đồ di truyền phân tử được xây dựng dựa trên sự phân ly các chỉ thị phân
tử SSR và AFLP trong quần thể tự phối giữa hai giống lúa cạn Việt Nam Bản đồ được xâydựng với 239 chỉ thị phân tử (36 chỉ thị SSR và 203 chỉ thị AFLP) phủ trên 3971,1 cM, vớikhoảng cách trung bình giữa các chỉ thị là 16,62 cM (Thanh et al., 2006)
Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu (2008), qua đánh giá quần thể lai OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB (với 229 cây BC2F2) và quần thể lai OM1490/WAB881SG9 229 BC2F2 và OM4495 / IR65195-3B-2-2-2-2 (100 F2) Sự thể hiện tính chống chịukhô hạn được quan sát thông qua những tính trạng cụ thể như hình thái rễ cây, lá, chồithân, phản ứng co nguyên sinh, bao phấn, qúa trình trỗ bông Khi phân tích quần thểOM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB ở thế hệ F1, có 86,6% cá thể nghiêng lệch về bố và15,3% nghiêng lệch về mẹ OM1490 Tần suất biến thiên của tính trạng DRR trong phân
bố chuẩn Locus RM201 trên nhiễm sắc thể số 9, được xác định liên kết chặt chẽ với tínhtrạng mục tiêu DRR, với gía trị R2 = 20,73 % Ở tổ hợp lai OM1490/WAB881 SG9, biếnthiên của kiểu hình được giải thích bởi quãng giữa RM201-RM238 là 32,28%, rất đángchú ý Quãng giữa này đều được ghi nhận trong cả hai quần thể của OM1490 / WAB880-1-38-18-20-P1-HB và OM1490/WAB881 SG9 Tổng chiều dài được bao phủ bởi marker
đa hình trên nhiễm sắc thể số 9 là 290,4 cM Đa hình của quần thể phân ly tại locusRM201trên nhiễm sắc thể số 9, với băng của bố ở vị trí 225 bp, và băng của mẹ ở vị trí
210 bp RM201 được đề nghị sử dụng cho nội dung chọn tạo giống lúa chống chịu khôhạn nhờ chỉ thị phân tử
* Về kết quả chọn tạo giống lúa cạn và lúa chịu hạn:
Trong giai đoạn 1986 – 1990, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đãchọn lọc được 3 giống lúa từ nguồn nhập nội, trong đó UPLRi 5 từ Phi-lip-pin năm 1985,BG35-2 từ Srilanka năm 1985 và KN96 từ Indonesia năm 1986 Cũng trong thời gian này,Viện đã chọn tạo theo hướng lai hữu tính và chọn tạo thành công giống lúa X11 từ tổ hợplai Thiết cốt 31/IR30 năm 1990 Đây là giống lúa ngắn ngày chống chịu hạn tốt, năng suấtcao và thích ứng vùng hạn
Năm 1991, Nguyễn Hữu Nghĩa và cộng sự đã tuyển chọn được dòng BR 4290-3-35thuộc tổ hợp lai C22/IR9752-136-2 trong tập đoàn lúa cạn H3 của Viện Nghiên cứu lúa quốc
tế Đây là một giống chịu hạn ngắn ngày (63-70 ngày), gieo được ở nhiều vụ, thích hợp trênđất nghèo dinh dưỡng, hoàn toàn nhờ nước trời, năng suất khoảng 34 tạ/ha [18], [19]
Trang 11Tính đến năm 1994, Việt Nam đã nhận được 270 bộ giống thử nghiệm của INGER
có nguồn gốc từ 41 nước và 5 trung tâm nghiên cứu lúa quốc tế Từ 1975 đến 1994, ViệtNam đã xác định và đưa vào sản xuất 42 giống lúa và nhiều dòng triển vọng, đặc biệt làgiống lúa cạn C22 có nguồn gốc từ Philippine Giống lúa cạn C22 đã được chọn lọc từnguồn INGER và được gieo trồng phổ biến ở vùng hạn năm 1985, đồng thời là nguồncung cấp gen chịu hạn cho chương trình chọn tạo giống lúa chịu hạn ở Việt Nam [37]
Từ năm 1978, Viện Cây lương thực và cây thực phẩm đã tiến hành chọn tạo giốnglúa chịu hạn, thời gian sinh trưởng ngắn, chống chịu sâu bệnh, đạt năng suất cao hơn cácgiống lúa chịu hạn và lúa cạn địa phương Giai đoạn từ 1986-1990, có 3 giống thuộc dòng
CH đã được công nhận giống Nhà nước là CH2, CH3, CH133 và hàng loạt các dòng,giống chịu hạn có triển vọng (Vũ Tuyên Hoàng và cộng sự, 1995) [15-20]
Từ năm 1986, Viện Cây lương thực đã phối hợp với trường Trung cấp nông nghiệpViệt Yên, Hà Bắc (nay là Trường đại học Nông lâm Việt Yên, Bắc Giang) tiến hành mộtloạt các thí nghiệm so sánh giống và nghiên cứu các đặc tính nông sinh học của các giốnglúa CH, đặc biệt là các đặc tính liên quan đến khả năng chịu hạn Tiếp theo, xây dựngthành công quy trình kỹ thuật thâm canh các giống lúa cạn, áp dụng cho những vùng trồnglúa cạn và trồng các giống chịu hạn trên chân đất không chủ động nước Kết quả thínghiệm về so sánh năng suất chỉ ra rằng, năng suất của các giống CH đều cao hơn cácgiống lúa cạn C22, CK 136, lúa thơm địa phương Hà Bắc từ 5-9 tạ/ha, trung bình tăng20% Ngoài ra, chúng có khả năng chịu hạn và phục hồi sau hạn tốt Trong điều kiện vùnghạn cho năng suất 35-45 tạ/ha, có thể đạt 50-60 tạ/ha trong điều kiện được tưới 60-70%lượng nước của lúa nước Như vậy, chúng thuộc loại hình tiết kiệm nước [17]
Trong giai đoạn 1995-1997, Vũ Tuyên Hoàng và cộng sự [18], [19] đã công bốthêm 3 giống lúa chịu hạn mang những đặc tính tốt như năng suất cao, chống chịu hạnkhá, dễ thích ứng với vùng đất nghèo dinh dưỡng bị hạn và thiếu nước tưới Đó là cácgiống CH5, CH7 và giống CH132 Năm 2002, giống CH5 được công nhận là giống quốcgia với những ưu điểm về khả năng chống chịu hạn, sâu bệnh và cho năng suất cao ởnhiều vùng khó khăn về nước
Hiện nay, Viện vẫn đang đẩy mạnh nghiên cứu và chọn tạo các giống lúa cạn, lúachịu hạn mới, trong số đó có một số dòng triển vọng đã và đang được tiến hành thửnghiệm và cho kết quả tương đối khả quan như CH207, CH208, CH209, CH210, CH211
và CH16…[10], [11], [22]
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội cũng đẩy mạnh việc thu thập, đánh giá và chọn
lọc bồi dục nguồn vật liệu địa phương phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa hạn ở vùngnúi Tây Bắc Việt Nam Kết quả là đã thu thập được 60 mẫu giống địa phương, đánh giá vàchọn lọc được một số dòng triển vọng như G4, G6, G10, G13, G14, G19, G22, G24… (VũVăn Liết và cs., 2004) [25]
Đến năm 1993, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã chọn được cácgiống lúa cạn địa phương và chịu hạn tốt từ nguồn INGER như: LC88-66; LC88-67-1; LC90-14; LC90-12; LC90-4; LC90-5 Đây là những giống lúa đang được phát triển mạnh ở caonguyên, miền Đông Nam bộ và một số tỉnh miền núi và trung du Bắc bộ [7], [35], [37]
Từ năm 2004 và 2008, Viện Bảo vệ thực vật đã lần lượt đưa ra các giống lúa cạnmới: LC93-1, LC93-2, LC93-4 Các giống lúa cạn cải tiến này tỏ ra ưu thế vượt trội hơncác giống lúa cạn thế hệ trước và giống lúa cạn địa phương Điển hình như LC93-1, làgiống được trồng rộng rãi ở các tỉnh miền núi phía Bắc và các tỉnh miền Trung, TâyNguyên LC93-1 có năng suất cao gấp rưỡi đến gấp đôi giống lúa cạn địa phương, chấtlượng tốt, hạt gạo trong, cơm dẻo [36], [22]
Theo Giáo sư Võ Tòng Xuân (1995) [42], các giống LC88-66; LC89-27; LC90-5;IRAT1444 đã được trồng và đạt năng suất 28-30 tạ/ha tại Tây Nguyên
Trang 12Theo Lê Thị Bích Thủy (2004), đã chọn được ba dòng chịu hạn triển vọng gồm:C71.5.2, C71.5.15 và C71.30.6 Tác giả cho rằng, cần tiếp tục đánh giá dòng để phát triểnthành giống chịu hạn dựa trên kết quả đánh giá khả năng chịu hạn bằng chỉ thị phân tử, gâyhạn nhân tạo và hàm lượng proline trong điều kiện hạn Các dòng này có tính chịu hạn hơnhẳn giống C71, thời gian sinh trưởng ngắn, chiều cao cây thấp, khối lượng 1000 hạt và năngsuất khóm cũng như hàm lượng protein đều cao hơn so với giống C71 gốc, đồng thời bướcđầu đề xuất quy trình tạo chọn lúa chịu hạn bằng đột biến bức xạ và chỉ thị phân tử.
Nhìn chung, các kết quả nghiên cứu khoa học trong nước đã giải quyết được và làm
rõ một số vấn đề dưới đây:
- Đánh giá được thực trạng sản xuất, duy trì và phát triển giống lúa cạn, điều kiệnkinh tế - xã hội, nhu cầu và tình trạng thiếu lương thực của người dân tại một số tỉnh phíaBắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên
- Giống lúa cạn địa phương có phẩm chất và khả năng chịu hạn tốt, song do thời giansinh trưởng dài và năng suất thấp nên việc duy trì, bảo tồn và phát triển lúa cạn địaphương ít được quan tâm, thậm chí không được gieo trồng trong sản xuất Sự suy giảm về
số lượng và chủng loại giống lúa cạn ngày càng tăng vào những năm gần đây
- Bằng phương pháp chọn giống truyên thống (nhập nội, lai tạo và gây đột biến), cácViện nghiên cứu khoa học nông nghiệp Việt Nam đã chọn tạo thành công một loạt dòng,giống lúa chịu hạn cải tiến như C22, LC93-1, LC93-2, LC93-4, LC88-66, LC88-67-1,LC90-14, LC90-12, LC90-4, LC90-5, cho vùng đất cạn nhờ nước trời tại một số tỉnh miềnnúi phía Bắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên hoặc X11, CH2, CH3, CH5, CH7, CH133,CH207 và CH208 cho vùng có điều kiện khó khăn, bấp bênh nước tại các tỉnh Trung du
và miền núi phía Bắc, Trung Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ Các giống lúa chịu hạncải tiến có năng suất 30- 45 tạ/ha, đã được gieo trồng và thay thế một phần diện tích lúacạn tại một số tỉnh miền núi phía Bắc, Bắc Trung bộ, DHNTB và Tây Nguyên Tuy nhiên,
do thời gian sinh trưởng dài, năng suất kém ổn định và phổ thích ứng chưa rộng nên việcứng dụng và phát triển giống lúa chịu hạn mới còn hạn chế trong sản xuất tại các tỉnh miềnnúi phía Bắc và các tỉnh miền núi khác
- Về phương pháp, còn thiếu sự kết hợp giữa các phương pháp chọn giống truyềnthống với công nghệ sinh học, cũng như với nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử nhằmđẩy nhanh quá trình và giảm chi phí trong việc chọn tạo giống lúa chịu hạn mới
4 Đào Xuân Học (chủ biên) (2002), Hạn hán và những giải pháp giảm thiệt hại, NXB
Nông nghiệp, Hà Nội
5 Hoàng Giang (2002), Hội thảo tiềm năng, thách thức và triển vọng phát triển cây lúa cạn ở những vùng sinh thái khô hạn, không chủ động nước, Tạp chí Nông nghiệp và
phát triển nông thôn số 4/2002
Trang 136 K.S Fischer, R Lafitte, S Fukai, G Atlin và B Hardy (2003), Chọn tạo giống lúa cho môi trường hạn (Vũ Văn Liết dịch), Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2008.
7 Lê Thị Bích Thuỷ, Nguyễn Đức Thành (2004), Phát triển chỉ thị phân tử STS trong chọn tạo giống lúa chịu hạn Tạp chí Sinh học, 26(1), 55-62.
8 Nguyễn Văn Hiển (2000), Giáo trình chọn giống cây trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội
9 Nguyễn Đức Ngữ (chủ biên) (2002), Tìm hiểu về hạn hán và hoang mạc hoá, NXB
Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
10 Nguyễn Đức Thạch (2000), Đánh giá vật liệu khởi đầu để tuyển chọn giống lúa cạn cho vùng Cao Bằng Bắc Thái, Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học kỹ thuật
Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội
11 Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn Tấn Hinh, Trương Văn Kính (1995), Chọn tạo giống lúa cho các vùng khó khăn, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
12 Vũ Văn Liết và cs (2004), "Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa địa
phương sau chọn lọc", Tạp chí phát triển khoa học nông nghiệp, Trường Đại học Nông
sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội
15 Trần Nguyên Tháp, Nguyễn Quốc Khang, Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn Tấn Hinh,Trương Văn Kính (2002), Nghiên cứu vai trò gen chống hạn trong sự điều chỉnh hàm
lượng Proline trong lá lúa trong điều kiện môi trường thay đổi", Nghiên cứu cây lương thực và cây thực phẩm (1999 - 2001) NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
18 FAO (2002), FAO statistics, http://apps.fao.org/
19 Gale M (2002), Applications of molecular biology and genomics to geneticenhancement of crop tolerance to abiotic stress – a discussion document FAO –Consultative Group on International Agricultural Research Interim Science Council.Rome, Italy 26-30 August 2002
20 Gupta P.C, O'Toole J.C (1986), Upland rice a global perspective, IRRI Los Banos
Philippines
21 IRRI (1996), Reference Guide Standard Evaluation System for Rice
22 IRRI (2005), International Network for Genetic Evaluation of rice (INGER)
23 Li Z (1999), DNA markers and QTL maping in rice In: Genetic Improvement of Ricefor Water-Limited Environments (Eds.) O Ito, JC O’Toole, and B Hardy IRRI,Philippines
24 Milan MAR, DA Aswey, HR Boerma.(1998), An additinal QTL for efficiency in soybean Crop Sci 38
water-use-25 Nguyen HT, RC Babu, A Blum (1997), Breeding for drought tolerance in rice (Oryza sativa): physiology and molecular genetic considerations Crop Sci 37.
26 Shen L, B Courtois, K McNally, SR McCouch, Z Li.(1999), Developing nera-isogenic
Trang 14lines of IR64 introgressed with QTLs for deeper and thicker roots through marker-aidedselection In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments (Eds.) OIto, JC O’Toole, and B Hardy IRRI, Philippines.
27 Wang H, H Zhang, F Gao, J Li, Z Li (2007), Comparision of gene expression betweenupland rice cultivars under water stress using cDNA microarray TAG 115:1109-1126
28 Xu D, X Duan, B Wang, B Hong, THD Ho, R Wu.(1996), Expression of a late
embryogenesis abundant protein gene, HVA1, from barley confers tolerance to water
deficit and salt stress in transgenic rice Plant Physiol 110
29 Yinong Yang and Lizhong Xiong (2003), A key gene that controls tolerance to drought, salt and cold in rice, The mocecular biologist for the Arkansas Agricutural
Experiment Station, http://www.plantcell.org/cgi/content/full/15/3/745
30 Zhang J, HG Zheng, ML Ali, JN Triparthu, A Aarti, MS Pathan, AK Sarial, S Robin,Thuy Thanh Nguyen, RC Babu, Bay duy Nguyen, S Sarkarung, A Blum, Henry TNguyen 1999 Progress on the molecular mapping of osmotic adjustment and root traits
in rice In: Genetic Improvement of Rice for Water-Limited Environments (Eds.) O Ito,
JC O’Toole, and B Hardy IRRI, Philippines
31 Hoang TB and Kobata T (2009), Stay-green in rice (Oryza sativa L.) of drought-prone
areas in desiccated soils Plant Production Science, Vol 12, 397-408
32 Zheng K., Hoang N., Bennett J.F.E.T., Khush G.S (1995), PCR-Based marker
assisted selection in rice breeding, IRRI.
11.4 Phân tích, đánh giá cụ thể những vấn đề KH&CN còn tồn tại, hạn chế của sản phẩm, công nghệ nghiên cứu trong nước và các yếu tố, các nội dung cần đặt ra nghiên cứu, giải quyết ở đề tài này (nêu rõ, nếu thành công thì đạt được những vần đề gì)
Lúa cạn là một bộ phận cấu thành trong sản xuất lúa, được trồng bởi các nông hộnhỏ, sinh sống ở các vùng nghèo nhất trên thế giới Tuy năng suất không cao song lúa cạnvẫn là loại cây trồng không thể thay thế ở những vùng cao hay những vùng khó khăn vềnước tưới, đồng thời là nguồn cung cấp lương thực quan trọng của các dân tộc thiểu số
Do tính đặc thù và khác biệt của các vùng sinh thái khác nhau, lúa cạn địa phương đư ợc hình thành, tồn tại và phát triển, đ ồng thời là nguồn gen quý về tính chịu rét, chống chịusâu bệnh và chống chịu hạn, đ ối với công tác chọn tạo giống lúa mới
Có nhiều công trình khoa học về cây lúa cạn và chịu hạn đư ợc các nhà khoa họcThế giới và Việt Nam nghiên cứu Kết quả nghiên cứu đ ã tập trung giải quyết và làm sáng
tỏ một số vấn đ ề về nguồn gốc, sự phân bố, đặc điểm nông sinh học, di truyền học và chọngiống lúa cạn Từ đó, đ ã đề xuất đư ợc một số phương pháp đánh giá, lai tạo và chọn lọchữu hiệu Nhiều giống địa phương lẫn tạp được làm thuần, các giống lúa cạn được cải tiến
về năng suất hoặc các giống lúa thâm canh mang gen chịu hạn được chọn tạo và đưa vàophục vụ sản xuất Bằng ph ươ ng pháp nhập nội, lai tạo và đ ột biến thực nghiệm, các ViệnTr
ư ờng đ ã chọn tạo đư ợc một số giống lúa hạn cải tiến mới, giải quyết và đ áp ứng phầnnào nhu cầu của sản xuất tại một số vùng khó kh ă n về n ư ớc.Tuy nhiên, bộ giống lúa chịuhạn còn rất ít và ch ư a đ a dạng Một số giống chịu hạn có n ă ng suất ch ư a cao và kém ổn
đ ịnh, phẩm chất trung bình và khả n ă ng thích nghi với sinh thái vùng bấp bênh về n ư ớc còn hạn chế Đ ặc biệt, còn ít không chỉ kết quả nghiên cứu mà còn giống lúa chịu hạn mớicho vùng nhờ n ư ớc trời Một số giống lúa cạn C22, LC93-1, LC88-66 có n ă ng suất cònthấp và ch ư a ổn đ ịnh tại vùng nhờ n ư ớc trời thuộc các tỉnh phía Bắc, Bắc Trung bộ, DHNTB
và Tây Nguyên Về ph ươ ng pháp, còn thiếu sự kết hợp giữa các ph ươ ng pháp chọn giốngtruyền thống với công nghệ sinh học, cũng nh ư với nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tửnh
ằm đ ẩy nhanh quá trình và giảm chi phí trong việc chọn tạo giống lúa chịu hạn mới
Trang 15Vì vậy, ch ươ ng trình chọn tạo giống lúa chống chịu hạn, có n ă ng suất cao, chất
l ư ợng khá và chống chịu sâu bệnh cho vùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấpbênh về n ư ớc cần đư ợc giải quyết theo h ư ớng sau:
- Duy trì và đ ẩy mạnh việc thu thập, đ ánh giá và tuyển chọn các giống lúa chịu hạn
đ ịa ph ươ ng, đ ồng thời sử dụng các giống lúa chịu hạn trên làm vật liệu khởi đ ầu cho côngtác chọn tạo giống lúa chịu hạn mới
- Sử dụng và khai thác giống lúa chịu hạn hiện có đ ể chọn tạo giống lúa chịu hạnmới cho vùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấp bênh về n ư ớc
- Bên cạnh ph ươ ng pháp chọn giống truyền thống (nhập nội, lai tạo, đ ột biến thựcnghiệm), cần đ ẩy mạnh và ứng dụng ph ươ ng pháp công nghệ sinh học, chỉ thị phân tử,cũng nh ư kết hợp giữa ph ươ ng pháp truyền thống với hiện đ ại trong việc chọn tạo giốnglúa chịu hạn mới
- Giống lúa chống chịu hạn mới cần có và thoả mãn các yêu cầu về n ă ng suất cao
và ổn đ ịnh, chất l ư ợng khá, chống chịu sâu bệnh, thích nghi tốt với đ iều kiện sinh tháivùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấp bênh về n ư ớc của các tỉnh miền núiphía Bắc, Bắc Trung bộ, DHNTB, Tây Nguyên và Đ ông Nam bộ
đ ề tài khác nhau của các Viện, Tr ư ờng tham gia thực hiện đề tài (lúa chịu hạn, lúa bản
đ ịa, .) đ ể phục vụ công tác chọn tạo giống chống chịu hạn cho vùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấp bênh n ư ớc
- Theo vùng sinh thái: Thu thập, đ ánh giá, sử dụng và khai thác các giống lúa cạn đ ịa ph
ươ ng, cũng nh ư các giống lúa chịu hạn cải tiến hiện có tại đ ịa ph ươ ng đ ể phục vụ chocông tác chọn tạo giống lúa chịu hạn mới Mặt khác, cần xác đ ịnh vùng sinh thái hạn đ ể
đ ịnh h ư ớng chọn tạo, đ ồng thời tiến hành khảo nghiệm và tuyển chọn dòng, giống chịuhạn triển vọng tại các vùng sinh thái hạn đ ã lựa chọn đ ể có những kết quả xác đ áng vàthực tiễn, có khả thi và hiệu quả kinh tế
- Ph ươ ng pháp chọn giống: Sử dụng các ph ươ ng pháp thu thập, nhập nội, lai tạo, đ ột biếnthực nghiệm, công nghệ sinh học và đ ặc biệt đ ẩy mạnh ph ươ ng pháp ứng dụng chỉ thịphân tử ( phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR) đ ể chọn tạo giống chốngchịu hạn cho vùng đất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấp bênh n ư ớc của các tỉnhmiền núi phía Bắc, Bắc Trung bộ, DHNTB, Tây Nguyên và Đ ông Nam bộ
- Khảo nghiệm và sản xuất thử các giống chịu hạn mới đ ể đ ánh giá tiềm n ă ng n ă ng suất, chất l ư ợng, chống chịu hạn, chống chịu sâu bệnh và khả n ă ng thích ứng tại các vùngđất cạn nhờ n ư ớc trời và vùng khó khăn, bấp bênh n ư ớc của các tỉnh miền núi phía Bắc,Bắc Trung bộ, DHNTB, Tây Nguyên và Đ ông Nam bộ
Chương 2 VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng:
14.1 Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo:
- Ứng dụng chỉ thị phân tử là nội dung mới, có ý nghĩa quan trọng đối với công tác
chọn giống lúa chịu hạn ở Việt Nam Theo đó, có thể loại trừ được ảnh hưởng của mốitương tác giữa các alen khác nhau của một locus hoặc giữa các locus khác nhau đối vớibiểu hiện của tính trạng Áp dụng phương pháp này, có thể tăng được hiệu quả và độ chínhxác của chọn lọc, đặc biệt đối với những tính trạng khó biểu hiện ra kiểu hình
Trang 16- Sử dụng chỉ thị phân tử liên kết QTL chịu hạn là một bước tiến mới, hiệu quả hơn,nhanh chóng hơn và chính xác hơn trong công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn, mà trướcđây được thực hiện bởi phương pháp lai tạo truyền thống Ở nước ta, chọn tạo giống lúabằng chỉ thị phân tử liên kết với các đặc tính nông học giá trị đã được tiến hành khá rộngrãi và đạt được nhiều thành công Tuy nhiên, các nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạnbằng chỉ thị phân tử chưa nhiều và đặc biệt chưa có nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịuhạn cho vùng đồng bằng Bắc Bộ Việc tiến hành đề tài sẽ chọn tạo được giống/dòng lúachịu hạn có tiềm năng năng suất, chất lượng và đặc biệt không chỉ phù hợp với đất cạn, đấtbấp bênh về nước thuộc vùng cao, mà còn phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng khí hậu hoặckhô hạn kéo dài ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và các vùng có điều kiện tương tự.
- Nguồn vật liệu khởi đầu được đánh giá toàn diện bởi các phương pháp lây nhiễmsâu, bệnh nhân tạo trong phòng và nhà lưới, cũng như đánh giá tính chống chịu hạn bởi sự
kết hợp của các phương pháp hình thái học, di truyền số lượng và sinh học phân tử (sử dụng marker phân tử để xác định sự có mặt của các gen hữu ích) Từ sự đánh giá này, sẽ
xây dựng chương trình lai tạo hợp lý, chọn lọc có định hướng và chính xác Trên cơ sở đó,
sẽ nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian chọn giống lúa chịu hạn
- Kết hợp giữa các phương pháp chọn giống kinh điển (phương pháp chọn lọc quần
thể có cải tiến (bulk), chọn lọc phả hệ (pedigree)) với các phương pháp hiện đại (lai hữu tính-sử dụng chỉ thị phân tử, sử dụng chỉ số chọn lọc SELINDEX tham gia quá trình chọn lọc giống lúa mới ) để chọn tạo các dòng lúa chống chịu hạn tốt Chọn lọc ngoài đồng chỉ
còn là những thí nghiệm quan sát, đánh giá các đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năngsuất, ưu tiên đặc tính có mùi thơm và tính thích ứng của các dòng triển vọng SANGPHẦN BÌNH LUẬN
14.2 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng:
14.2.1 Vật liệu nghiên cứu:
- Các giống lúa chịu hạn địa phương, các giống lúa nhập nội từ IRRI, Trung Quốc,
- Các dòng chịu hạn, là sản phẩm của các đề tài do Viện Cây lương thực & CTP chủ trì
thực hiện như: “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa cho vùng khó khăn”, “Điều tra, thu thập, duy trì và phát triển các giống lúa bản địa vùng sâu vùng xa ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam” và “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa và kỹ thuật cho vùng đồng bằng sông Hồng”.
- Các dòng chịu hạn, là sản phẩm của các đề tài do các đơn vị phối hợp tham gia thực
hiện
14.2.2 Địa điểm nghiên cứu:
- Các tỉnh miền núi phía Bắc
- Các tỉnh trung du và miền núi Bắc trung Bộ
- Các tỉnh trung du và miền núi Duyên hải Nam trung Bộ
- Các tỉnh Tây Nguyên
- Các tỉnh trung du và miền núi Đông Nam Bộ
14.2.3 Phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng:
* Phương pháp đánh giá tính chịu hạn ở lúa:
- Phương pháp 1: Đánh giá gián tiếp khả năng chịu hạn trong điều kiện hạn nhân tạo
thông qua tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ rễ mầm đen (héo), tỷ lệ rễ mạ đen (héo) sau khi xử lý ở cácnồng độ muối khác nhau
Xử lý hạt bằng dung dịch Kaliclorate:
