Giải pháp phát triển thị trường cá tra ở Đồng bằng sông Cửu Long [Toàn văn]

ii TÓM TẮT Bằng cách tạo đột biến cảm ứng, một giống lúa mùa chịu mặn cao đã biết trước có thể tạo ra giống/dòng ngắn ngày, cung cấp đa dạng các thể đột biến phục vụ cho việc chọn lọc g

KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD

QUAN THỊ ÁI LIÊN

TẠO GIỐNG LÚA ĐỘT BIẾN NGẮN NGÀY

CHỊU MẶN CÓ NĂNG SUẤT VÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD

QUAN THỊ ÁI LIÊN

TẠO GIỐNG LÚA ĐỘT BIẾN NGẮN NGÀY

CHỊU MẶN CÓ NĂNG SUẤT VÀ

i

LỜI CẢM TẠ

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

PGs.Ts Võ Công Thành đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho những lời khuyên và kinh nghiệm hết sức quí báu trong việc nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án nầy

PGs.Ts Lê Việt Dũng đã động viên, gợi ý và giúp đỡ tôi góp phần hoàn chỉnh luận án

Xin chân thành cám ơn

Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Khoa Sau Đại học

Quý Thầy Cô, anh chị em Bộ môn Di truyền Giống Nông Nghiệp và Khoa học Cây Trồng

Gs.Ts Nguyễn Bảo Vệ, Gs.Ts Ngô Ngọc Hưng, PGs.Ts Lê Văn Hòa đã hướng dẫn, gợi ý, góp ý và cung cấp rất nhiều thông tin để tôi có thể hoàn thành tốt luận án này

KS Trần Thị Kim Loan Trạm khuyến nông huyện Cần Giuộc, tỉnh Long

An đã nhiệt tình giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi tại địa phương để tôi có thể hoàn thành tốt phần thí nghiệm ngoài đồng trong luận án này

Xin chân thành cám ơn gia đình tôi đã ủng hộ cho tôi cả về mặt vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi có thể yên tâm học tập

và công tác

Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh em mà tôi không thể liệt kê hết trong trang cảm tạ nầy

ii

TÓM TẮT

Bằng cách tạo đột biến cảm ứng, một giống lúa mùa chịu mặn cao đã biết trước có thể tạo ra giống/dòng ngắn ngày, cung cấp đa dạng các thể đột biến phục vụ cho việc chọn lọc giống/dòng có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu độ mặn cao thích nghi với mô hình tôm lúa vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, Việt Nam Nghiên cứu này đã được thực hiện bằng cách xử lý 1000 hạt lúa Sỏi mùa vào giai đoạn hạt nảy mầm ở nhiệt độ 500C trong suốt thời gian 5 phút Kế đến những hạt đã xử lý được trồng và chọn dòng đột biến từ thế hệ

M1 đến M4 trong nhà lưới Qua mỗi thế hệ, chọn lọc những cá thể ngắn ngày (< 110 ngày) có khả năng chống chịu mặn với độ dẫn điện muối NaCl là 12,

15 và 18 dSm-1 Các tính trạng khác như kháng rầy nâu, đặc tính nông học, thành phần năng suất, chất lượng và độ thuần của các dòng đột biến nhờ kỹ thuật SDS-PAGE Vụ Thu Đông 2013, hai thể đột biến có tên là CTUSM1 (LSĐB-1-2-2-4) và CTUSM2 (LSĐB-1-2-7-5) được trắc nghiệm sơ khởi trong vùng đất bị nhiễm mặn thuộc huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An Thí nghiệm được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên 6 nghiệm thức với

3 lần lặp lại Kết quả cho thấy, đột biến bằng nhiệt độ có tỉ lệ đột biến trội hữu ích là 1‰, dạng hạt thay đổi từ ngắn (6,0 mm) đến tương đối dài (6,9 – 7,1 mm), năng suất từ 5,5 – 6,6 tấn/ha trong điều kiện đất phì nhiêu, chống chịu mặn giai đoạn mà là 12 dSm-1, tương đối kháng rầy nâu, mềm cơm Hơn nữa, thí nghiệm ngoài đồng cho thấy thể đột biến CTUSM1 đã tỏ ra là dòng ưu tú nhất có khả năng chống chịu độ mặn đất với độ dẫn điện ECe bão hòa từ 1,49 đến 4,57 dSm-1, vào 35 ngày sau khi gieo độ mặn nước đạt tối đa EC = 3,1 dSm-1, năng suất đạt được là 4,43 tấn/ha, hàm lượng amylose là 16,56%, hàm lượng protein là 6,78% và chiều dài hạt gạo là 7,1 mm

Từ khóa: độ dẫn điện, đột biến cảm ứng bằng nhiệt độ, lúa chống chịu mặn, lúa mùa, mô hình lúa tôm, SDS-PAGE

iii

SUMMARY

Following mutation induction, a traditional rice having high salt tolerance could obtain short maturity, versatile salt tolerance for selecting variety/line with high yield and good quality, those rapidly requires reliable screening techniques of salt-tolerant varieties adapted well to the model of rice-shrimp farming in the Mekong Delta of Viet Nam This study was carried out by exposing 1000 seeds at germinating stage at temperature “50°C for 5 minutes” Subsequently, the treated seeds together with the control were continuouly grown until M4 generations in the green house In each generation, selection was based on short-maturity individuals (< 110 days), salt tolerant ability obtained at 12, 15, and 18 dSm-1 electrical conductivity of NaCl Other traits such as brown plant-hopper (BPH), agronomic traits, yield components, quality and genetic purity of mutant lines using SDS-PAGE technique were also applied In 2013 Autumn-Winter season, two elite induced mutant M4 lines named CTUSM1 (LSĐB-1-2-2-4) and CTUSM2 (LSĐB-1-2-7-5) were preliminary tested in salt-affected soil of Can Giuoc district, Long An province The experiment was designed as randomized complete block design (RCBD) for 6 treatments with three replications The results showed that induced useful dominant mutation occurred at the ratio of 1‰, grain shape changed from short (6,0 mm) to relative long (6,9 – 7,1 mm), high yields at 5,5 – 6,5 tons/ha in fertile soil, tolerance to salt up to 12 dSm-1 at seedling stage, slightly resistance to BPH, soft taste Additionally, in the paddy field the mutant CTUSM1 proved to be the best line tolerant to saline soil conditions ranged from ECe = 1,49 to 4,57 dSm-1 , at 35 after sowing saline water got maximum EC = 3,1 dSm-1, its yield was achieved at 4,43 tons/ha, amylose content of 16,56%, protein content of 6,78%, and kernel length of 7,1 mm

Keywords: electrical conductivity, salt tolerant rice, SDS-PAGE, rice farming system, temperature induced mutation, traditional rice

shrimp-iv

TRANG CAM KẾT KẾT QUẢ

Tôi xin cam kết luận án này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận

MỤC LỤC

Lời cảm tạ i

Tóm tắt Tiếng Việt ii

Sumary iii

Trang cam kết kết quả iv

Mục lục v

Danh sách bảng ix

Danh sách hình xi

Danh mục từ viết tắt xiii

Chương 1: Giới thiệu 1

1.1 Tính cấp thiết 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Nội dung nghiên cứu 3

1.6 Ý nghĩa khoa học của luận án 3

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án 3

1.8 Điểm mới của luận án 3

Chương 2: Tổng quan tài liệu 4

2.1 Cơ sở khoa học của hiện tượng đột biến 4

2.1.1 Đột biến 4

2.1.2 Phân loại đột biến 4

2.1.3 Ưu và nhược điểm của hiện tượng đột biến gen 5

2.1.4 Phương pháp gây đột biến nhân tạo 5

2.2 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa trên thế giới 6

2.2.1 Trung Quốc 6

2.2.2 Ấn Độ 6

2.2.3 Indonesia 7

2.2.4 Nhật Bản 8

2.2.5 Pakistan 9

2.3 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa ở Việt Nam 10

2.3.1 Giống lúa đột biến ở miền Bắc Việt Nam 10

2.3.2 Chọn giống lúa đột biến ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 10

2.4 Cơ sở chọn giống lúa đột biến bằng nhiệt độ 12

2.5 Một số quan điểm về dạng hình cây lúa lý tưởng 13

2.6 Đất mặn 14

vi

2.6.1 Khái niệm 14

2.6.2 Các thông số đánh giá đất mặn 14

2.7 Ngưỡng chống chịu mặn 17

2.7.1 Ngưỡng chống chịu mặn của cây trồng 17

2.7.2 Ngưỡng chống chịu mặn của cây lúa 18

2.8 Cơ sở về sinh lý về tính chống chịu mặn 19

2.8.1 Ảnh hưởng của ion Na+, K+ 19

2.8.2 Tỉ lệ Na+/K+ 20

2.8.3 Ảnh hưởng của các ion khác 21

2.8.4 Ảnh hưởng của ABA 21

2.8.5 Tích lũy proline và khả năng chống chịu mặn của lúa 21

2.9 Cơ sở di truyền của tính chống chịu mặn 22

2.9.1 Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn 22

2.9.2 Một số ứng dụng sinh học phân tử trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn 24

2.10 Một số kết quả nghiên cứu về tính chống chịu mặn qua các giai đoạn phát triển của cây lúa 26

2.10.1 Thanh lọc giai đoạn cây con 26

2.10.2 Thanh lọc giai đoạn tăng trưởng và giai đoạn sinh sản 29

2.11 Một số nghiên cứu trong nước ứng dụng kỹ thuật thanh lọc khả năng chống chịu mặn trên lúa 29

2.12 Đặc điểm của vùng nghiên cứu 30

2.12.1 Vị trí địa lý 30

2.12.2 Điều kiện khí hậu thời tiết 30

2.12.3 Địa hình 31

2.12.4 Tài nguyên đất 31

2.12.5 Tài nguyên nước và chế độ thủy văn 32

2.12.6 Mô hình canh tác, cơ cấu giống, mùa vụ xã Phước Lại, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An 34

2.13 Kỹ thuật canh tác trên vùng đất nhiễm mặn trong mô hình lúa tôm 36

2.13.1 Kỹ thuật canh tác lúa 36

2.13.2 Bón phân 36

2.13.3 Quản lý mực nước 37

2.13.4 Thời vụ canh tác lúa – tôm 37

2.13.5 Một số hạn chế của canh tác lúa trong hệ thống lúa – tôm 37

2.14 Một số hệ thống đánh giá tính chất hóa học đất 38

2.14.1 Độ chua hiện tại pHH2O 38

2.14.2 Dung tích hấp phụ cation (CEC) 38

2.14.3 Đạm tổng số 39

vii

2.14.4 Lân tổng số 39

2.14.5 Kali tổng số 39

2.14.6 Hàm lượng Fe2O3 tự do 40

2.14.8 Al trao đổi 40

2.14.9 Sulfate 40

Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 41

3.1 Vật liệu nghiên cứu 41

3.1.1 Thời gian và địa điểm 41

3.1.2 Vật liệu thí nghiệm 41

3.1.3 Thiết bị, hóa chất 42

3.2 Phương pháp nghiên cứu 43

3.2.1 Phương pháp xử lý đột biến 43

3.2.2 Phương pháp chọn dòng đột biến 43

3.2.3 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất (Bộ Nông Nghiệp & PTNT, 2002) 44

3.2.4 Phương pháp đánh giá khả năng chống chịu mặn (Gregorio et al., 1997) 44

3.2.5 Phương pháp đánh giá khả năng kháng rầy nâu 48

3.2.6 Phương pháp đánh giá phẩm chất hạt gạo 49

3.2.7 Phương pháp điện di protein SDS-PAGE (Laemmli, 1970) 53

3.2.8 Khảo nghiệm cơ bản 54

3.2.9 Chỉ tiêu và phương pháp đánh giá 56

3.2.10 Phương pháp đo nước mặn và phân tích đất mặn 60

3.2.11 Phương pháp phân tích số liệu 61

Chương 4: Kết quả và thảo luận 62

4.1 Kết quả xử lý đột biến giống lúa Sỏi mùa 62

4.1.1 Thế hệ M1 62

4.1.2 Thế hệ M2 64

4.1.3 Thế hệ M3 72

4.1.4 Thế hệ M4 78

4.2 Kết quả khảo nghiệm cơ bản trong mô hình lúa-tôm 88

4.2.1 Diễn biến độ mặn đất và một số thành phần hóa học đất 88

4.2.2 Diễn biến độ mặn nước ruộng và pH nước ruộng 90

4.2.3 Kết quả đánh giá khả năng chống chịu mặn qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây lúa 91

4.2.4 Đặc tính nông học, thành phần năng suất, năng suất và sâu bệnh 92

4.2.5 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo của 4 giống/dòng lúa thí nghiệm 100

viii

Chương 5 : Kết luận và đề nghị 104

5.1 Kết luận 104

5.2 Kiến nghị 104

Các công trình công bố kết quả nghiên cứu của luận án 105

Tài liệu tham khảo 106

Phụ lục A: Bảng phân tích phương sai 125

Phụ lục B : Bảng các tính trạng đặc trưng của giống lúa 128

Phụ lục C: Một số hình ảnh thí nghiệm 131

Phụ lục D: Các giống lúa đột biến trên thế giới và Việt Nam 138

Phụ lục E: Số liệu phân tích đất ngoài đồng 146

ix

DANH SÁCH BẢNG

2.2 Liều lượng chiếu tia γ và tia X để gây đột biến ở một số loại cây

2.3 Nồng độ các tác nhân hóa học dùng để xử lý hạt 6 2.4 Giống lúa phát triển sử dụng kỹ thuật đột biến ở Indonesia 7 2.5 Lúa giống đột biến được phát triển bởi Viện Di truyền Nông

2.6 Một số quan điểm về kiểu hình cây lúa lý tưởng 13

2.8 Đặc điểm hóa học đất phân biệt đất mặn và đất sodic 16 2.9 Ngưỡng ECe (dSm-1) và độ dốc (% sản lượng giảm/dSm-1) theo

phân tích hồi quy của các nghiệm thức xử lý mặn (Maas và

2.10 Phân cấp đất mặn và sự phát triển của cây trồng 18 2.11 Độ mặn đánh giá theo dung dịch dinh dưỡng mặn và năng suất

hạt dưới điều kiện nông dân canh tác trên đất mặn và đất bình

2.12 Cấp chịu mặn và trung bình của Na+, K+ và tỉ lệ Na+/K+ trong

chồi của một vài giống lúa indica phát triển trong môi trường

2.13 Phân cấp độ chua đất theo pHH2O (USDA, 1983) 38 2.14 Bảng đánh giá đất theo trị số CEC (meq/100g đất) 38 2.15 Đánh giá đất theo hàm lượng Đạm tổng số (%) 39 2.16 Đánh giá đất theo hàm lượng lân tổng số P2O5 (%) 39 2.17 Đánh giá đất theo hàm lượng K2O tổng số (%) 39 2.18 Đánh giá đất theo hàm lượng Fe2O3 tự do 40 2.19 Đánh giá đất theo hàm lượng Al3+ trao đổi 40

3.1 Một số đặc tính quí của giống lúa Sỏi mùa 41

3.3 Sơ đồ chọn dòng đột biến bằng hạt đối với cây trồng tự thụ phấn

3.5 Thành phần nguyên tố của dung dịch dinh dưỡng 45 3.6 Tiêu chuẩn đánh giá cấp của các tổn thương mặn ở giai đoạn mạ 47 3.7 Tiêu chuẩn đánh giá cấp kháng rầy nâu (IRRI, 1996) 48 3.8 Tiêu chuẩn đánh giá khả năng kháng rầy (IRRI, 1996) 48 3.9 Thang đánh giá hàm lượng amylose (IRRI, 1988) 49 3.10 Bảng phân cấp độ độ trở hồ (Jennings et al., 1979) 51

3.12 Tiêu chuẩn đánh giá chiều dài và hình dạng hạt gạo theo IRRI

3.14 Phân nhóm giống lúa theo thời gian sinh trưởng (ngày) 54 3.15 Tỉ lệ bón đạm và kali theo thời điểm (% khối lượng) 56

4.1 Chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất thế hệ M1 62 4.2 Chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất thế hệ M2 64 4.3 Khả năng chống chịu mặn các dòng thế hệ M2 66 4.4 Khả năng kháng rầy nâu của 4 dòng đột biến thế hệ M2 67 4.5 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo của 4 dòng lúa đột biến thế hệ

4.6 Chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất các dòng đột biến thế

4.7 Khả năng chống chịu mặn các dòng thế hệ M3 74 4.8 Khả năng kháng rầy nâu của các dòng đột biến thế hệ M3 75 4.9 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo các dòng đột biến thế hệ M3 76 4.10 Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây các dòng thế hệ M4 79 4.11 Thành phần năng suất, năng suất của các dòng thế hệ M4 79 4.12 Khả năng chống chịu mặn của các dòng lúa đột biến thế hệ M4 81 4.13 Khả năng kháng rầy nâu của các dòng đột biến thế hệ M4 82 4.14 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt các dòng đột biến thế hệ M4 83 4.15 Độ mặn đất qua các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa 88 4.16 Một số tính chất hóa học đất của vùng nghiên cứu 89 4.17 Một số đặc tính nông học của 4 giống/dòng lúa thí nghiệm 92 4.18 Đặc tính nông học của 6 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ Thu

4.19 Thành phần năng suất và năng suất của 4 giống/dòng lúa thí

4.20 Tình hình sâu, bệnh gây hại trên 4 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ

4.21 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo của 4 giống/dòng lúa thí

xi

DANH SÁCH HÌNH

2.1 Tỉ lệ phần trăm của tổng số 242 giống cây trồng phát triển bởi giống

đột biến bằng cách sử dụng các loại phương pháp tại Nhật Bản

2.2 So sánh thóc, xay và nấu chín hạt của đột biến hạt dài cùng với các

2.3 Biến thiên nhiệt độ và hoạt động của enzyme (McDonald, 1999) 12 2.4 Phân loại đất mặn và khả năng chống chịu của cây trồng (Mass và

2.5 Mối quan hệ giữa độ mặn và các thành phần năng suất của lúa (Oryza

2.8 Hiện trạng sử dụng đất năm 2005 ấp Lũy, xã Phước Lại 35 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm giống lúa chống chịu mặn vụ Thu Đông 2013

3.2 Cách lấy mẫu đất theo quy tắc “đường thẳng góc” 60 4.1 So sánh chiều dài, hình dạng, màu sắc hạt của dòng đột biến LSĐB-1

4.2 Các dòng thế hệ M1 nhân dòng trong nhà lưới vào vụ nghịch (tháng 3

4.10 Phổ điện di protein SDS-PAGE các dòng đột biến thế hệ M3 78

4.12 Đánh giá khả năng kháng rầy nâu các dòng đột biến thế hệ M4 theo

phương pháp khay mạ của IRRI (Heinrichs et al., 1985) 82 4.13 Độ bền thể gel của 4 dòng lúa đột biến thế hệ M4 và giống Lúa Sỏi

xii

4.20 Tổng số chồi của 6 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ Thu Đông 2013

qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển 95 4.21 Độ bền thể gel của 6 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ Thu Đông 2013 101 4.22 Nhiệt trở hồ của 6 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ Thu Đông 2013 101 4.23 Chiều dài và hình dạng hạt gạo của 6 giống/dòng lúa thí nghiệm vụ

xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AC (%) Hàm lượng amylose

Bộ NN & PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

BVP Basic Vegetative Phase (giai đoạn sinh dưỡng cơ bản)

EC Electrical Conductivity (Độ dẫn điện)

ECe Electrical Conductivity of the extract (Độ dẫn điện bão

hòa) ESP Exchangable Sodium percentage (Phần trăm natri trao

đổi) FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

(Tổ chức thực phẩm và nông nghiệp của Liên hợp quốc)

IRRI International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu

lúa gạo quốc tế)

SES Standard Evaluation Score (Tiêu chuẩn đánh giá cấp) TGST Thời gian sinh trưởng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết

Ứng dụng kỹ thuật đột biến trong chọn tạo giống lúa là rất hữu ích đặc biệt là cải tạo các giống lúa truyền thống đối với một số đặc điểm mà không thể được cải thiện khi sử dụng phương pháp lai (Ismachin, 2006) [119] Trong nhiều năm qua, việc chọn tạo giống lúa đột biến đã đạt được nhiều thành tựu trên thế giới cũng như trong nước chủ yếu là cải thiện các đặc tính như năng suất, thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, kháng sâu bệnh, màu sắc phôi hoặc chọn giống đột biến chống chịu các stress của môi trường như hạn hán, ngập, mặn…(Siwi, 1973; Favret, 1983; Kawai, 1991; Yamaguchi, 2001; Patnaik, 2006; Tran Duy Quy, 2006) [230, 84, 135, 264, 187, 254]

Theo Nguyễn Thị Lang và ctv (2001) [17], vùng trồng lúa bị nhiễm mặn

ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) ước khoảng 700.000 ha, mặn xâm nhập từ tháng 12 đến tháng 5, nông dân đã tranh thủ lấy nước mặn để nuôi tôm; từ tháng 6 đến tháng 12 rửa mặn bằng nước mưa để trồng lúa, tuy nhiên

độ mặn trong đất vẫn còn do quá trình nuôi tôm lấy nước mặn Vì vậy, việc chọn giống lúa chống chịu mặn cao ở giai đọan mạ và ngắn ngày (< 120 ngày)

để né mặn vào cuối vụ là yêu cầu cấp thiết hiện nay Việc xác định cơ chế kháng mặn ở giai đoạn mạ và giai đoạn trổ đến chín là mục tiêu của nhiều chương trình chọn giống Theo Senadhira (1987) [221], giống chống chịu mặn nổi tiếng Nona Bokra được ghi nhận tốt ở giai đoạn mạ và giai đoạn tăng tưởng, tuy nhiên ở giai đoạn phát dục thì giống chuẩn kháng Pokkali được ghi nhận tốt Giống Đốc Đỏ, và Đốc Phụng chống chịu mặn ở 12 dSm-1 đã được

đánh giá như nguồn cho gen kháng ở ĐBSCL (Bùi Chí Bửu và ctv., 1995) [3]

Năm 2012, diện tích đất trồng lúa bị nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) tăng nhanh làm thất thu hàng trăm ngàn hecta diện tích canh tác lúa trong mô hình lúa tôm như Cần Giuộc, Cần Đước, Tân Trụ, Châu Thành tỉnh Long An; Gò Công Tây và Tân Phú Đông tỉnh Tiền Giang; Hồng Dân, Giá Rai tỉnh Bạc Liêu; Cái Nước, Phú Tân tỉnh Cà Mau Nguyên nhân là do diễn biến mặn thất thường không theo qui luật hàng năm, năm 2012 mặn lên nhanh và nồng độ mặn cao hơn so với các năm trước (Viện khoa học thủy lợi miền Nam, 2012) [32]

Vùng hạ huyện Cần Giuộc tỉnh Long An có trên 7000 ha diện tích đất canh tác, trong đó có khoảng 1300 ha diện tích lúa ngoài đê mô hình canh tác chủ yếu là lúa 1 vụ và lúa tôm thời gian cấy khoảng tháng 6 âm lịch Giống lúa sản xuất 1 vụ là giống Nhỏ Đỏ, OM1352 thuộc nhóm trung vụ Giống lúa sản xuất trong mô hình lúa tôm thuộc nhóm giống ngắn ngày như: OM4900,

OM6976, OM5629, Hầm Trâu…năng suất trung bình của các giống lúa này khoảng 3 - 4 tấn/ha (Trạm khuyến nông huyện Cần Giuộc, 2012) [26] Tuy nhiên, diễn biến xâm nhập mặn thất thường không theo qui luật hằng năm nên nếu mưa trễ, nông dân xuống giống trễ thì sẽ bị mặn cuối vụ cũng dẫn đến thất thu, nếu xuống giống sớm thì sẽ bị mặn đầu vụ bị mặn giai đoạn mạ do nước sông mặn nông dân không bơm nước vào ruộng mà chỉ chờ mưa, kết quả trong ruộng bị khô hạn dẫn đến lúa chết Chình vì những nguyên nhân trên nên việc chọn tạo được giống lúa chống chịu mặn giai đoạn mạ là có thể giúp người nông dân chủ động trong việc gieo sạ đúng lịch thời vụ

Qua đánh giá khả năng chống chịu mặn trong dung dịch dinh dưỡng, giống lúa mùa “Sỏi” có khả năng chịu mặn giai đoạn mạ 20 dSm-1 (Nguyễn

Thị Huyền Nhung, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2012) [16, 24], đã được

trồng khảo nghiệm ở Huyện Hồng Dân, Bạc Liêu cho năng suất cao (Nguyễn

Văn Cường, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2013) [20, 23] Tuy nhiên, đây là

giống lúa mùa chịu ảnh hưởng quang kỳ, chỉ trồng được một năm một vụ nhưng thời gian sinh trưởng lại quá dài không phù hợp với điều kiện tại các vùng đất nhiễm mặn ở ĐBSCL đặc biệt là mô hình lúa tôm

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là xử lý đột biến giống lúa mùa “Sỏi” nhằm chọn được dòng lúa đột biến ngắn ngày < 110 ngày, có khả năng chống chịu mặn ≤ 12 dSm-1, năng suất cao, hàm lượng amylose < 20%

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Giống lúa mùa “Sỏi” có khả năng chống chịu mặn cao 20 dSm-1 (Nguyễn

Thị Huyền Nhung, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2012) [16, 24], được chọn

làm đối tượng để xử lý đột biến nhằm rút ngắn thời gian sinh trưởng mà vẫn giữ được đặc tính chống chịu mặn

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Thí nghiệm xử lý đột biến và chọn dòng đột biến (từ thế hệ M1 đến thế

hệ M4) được thực hiện từ tháng 03 năm 2011 đến tháng 03 năm 2013 tại phòng thí nghiệm Chọn giống thực vật, bộ môn Di truyền Giống Nông nghiệp, khoa Nông nghiệp & SHƯD, trường Đại học Cần Thơ

Thí nghiệm khảo nghiệm cơ bản các dòng lúa đột biến ưu tú chọn trong nhà lưới được tiến hành vào vụ Thu Đông năm 2013 từ tháng 7 đến tháng 11 năm 2013 tại vùng đất nhiễm mặn thuộc xã Phước Lại, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An

1.5 Nội dung nghiên cứu

Xử lý đột biến giống lúa “Sỏi” mùa bằng nhiệt độ, nhân chọn dòng lúa đột biến ngắn ngày < 110 ngày, đánh giá khả năng chống chịu mặn, khả năng kháng rầy nâu, các đặc tính nông học và phẩm chất của các dòng đột biến từ thế hệ M1 đến thế hệ M4

Khảo nghiệm cơ bản các giống/dòng lúa đột biến chống chịu mặn trong

mô hình canh tác lúa tôm tại vùng đất nhiễm mặn thuộc xã Phước Lại vùng hạ huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An

Đánh giá diễn biến độ mặn đất, độ mặn nước ruộng qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây lúa tại địa điểm thí nghiệm

Đánh giá phẩm chất hạt gạo của 6 giống/dòng lúa sau vụ khảo nghiệm Kết quả của nghiên cứu là chọn được giống/dòng lúa chống chịu mặn có năng suất cao

1.6 Ý nghĩa khoa học của luận án

Với phương pháp chọn giống gây đột biến bằng nhiệt độ cho phép chọn tạo nhanh các dòng lúa chống chịu mặn ở nồng độ cao mà các phương pháp lai tạo truyền thống không làm được

1.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Đáp ứng nhu cầu giống lúa chống chịu mặn cho mô hình canh tác lúa tôm các tỉnh ven biển vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long

1.8 Điểm mới của luận án

Một số điểm mới của đề tài so với tiêu chuẩn trong nước và thế giới được trình bày qua Bảng 1.1

Bảng 1.1 Một số điểm mới của đề tài

Trong nước Thế giới

5 Tác nhân gây đột biến Nhiệt độ Tia gamma (Co60),

hóa chất (EMS, NEU, NMU )

Tia gamma (Co60), hóa chất… Phương pháp tạo giống lúa đột biến bằng nhiệt độ là cơ sở cho việc khai thác tập đoàn giống lúa mùa chống chịu mặn đã thích nghi với điều kiện địa phương với ưu điểm của phương pháp này là nhanh, rẻ tiền, dễ áp dụng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học của hiện tượng đột biến

2.1.1 Đột biến

Quan điểm của nhà chọn giống cho rằng đột biến là những biến đổi di truyền hợp thành cơ sở di truyền của tính biến dị, nó là hiện tượng thường xuyên gắn liền với sự sống và tiến hóa của sinh vật Tác động của các đột biến rất đa dạng, nó có thể gây ra những biến đổi trên bất kỳ tính trạng nào với những mức độ khác nhau, từ những biến đổi rõ rệt đến những sự sai lệch rất nhỏ khó nhận thấy Một số đột biến biểu hiện ra kiểu hình có thể quan sát được, nhưng có những đột biến chỉ ảnh hưởng đến sức sống Có những đột biến lặn nhưng cũng có những đột biến trội Sự thay đổi kiểu hình do đột biến

có thể biểu hiện ra ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau như phôi, hạt, cây con, cây trưởng thành (Trần Thượng Tuấn, 1992) [29]

Quan điểm của nhà di truyền cho rằng đột biến là tiến trình mà trong đó chuỗi trình tự của những cặp base của phân tử DNA bị thay đổi Sự thay đổi như vậy khá đơn giản thí dụ như thêm vào một base, hoặc chèn vào, hoặc mất

đi, hoặc một sự phối hợp phức tạp hơn như: tái sắp xếp lại, lặp đoạn, hoặc mất đoạn của cả một phần lớn trong nhiễm sắc thể Hiện tượng đột biến có thể xảy

ra tự phát do ảnh hưởng của phóng xạ trong tự nhiên, hoặc do sai sót trong tự tái bản, hoặc do chúng ta cố ý gây đột biến bằng lý học và hóa học để có những thể đột biến (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007) [5]

2.1.2 Phân loại đột biến

Căn cứ vào sự biến đổi cấu trúc di truyền, người ta phân ra làm 2 dạng đột biến:

- Đột biến gen hay còn gọi là đột biến điểm là những biến đổi cấu trúc của gen dẫn tới sự xuất hiện alen mới có chức năng biến đổi Đột biến gen liên quan đến sự thay đổi hóa học trong thành phần của gen

- Đột biến thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể Sự thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể có thể quan sát dưới kính hiển vi Dạng đột biến này thường dẫn đến những biến đổi có hại cho cơ thể sinh vật

Chính vì ưu điểm của đột biến gen mà các nhà chọn giống chú trọng chủ yếu đến đột biến gen

Một số đặc điểm của đột biến gen:

- Quá trình đột biến diễn ra một cách ngẫu nhiên nên các đột biến không mang tính định hướng Bằng cách sử dụng các tác nhân gây đột biến nhân tạo người ta có thể gia tăng tần số đột biến lên gấp nhiều lần nhưng cho đến nay người ta vẫn chưa thể nhận được các đột biến tốt theo ý muốn

- Trong mọi thời kỳ của đời sống tế bào đều có thể phát sinh đột biến gen, nhưng tần số đột biến cao nhất thường gặp trong thời kỳ phân bào giảm nhiễm

- Các loại cây trồng khác nhau, các gen khác nhau có tần số đột biến khác nhau (Stadler, 1942) [233] Tần số đột biến tự nhiên trung bình ở sinh vật thượng đẳng là 10-5-10-8 Các nhà chọn giống xác định được một số tác nhân gây đột biến nhân tạo cho phép nâng cao tần số đột biến lên hàng trăm, hàng ngàn lần

2.1.3 Ưu và nhược điểm của hiện tượng đột biến gen

* Ưu điểm

Hiện tượng đột biến chỉ xảy ra ở một gen, không đụng chạm đến các gen khác nên có ưu điểm là cải thiện từng nhược điểm riêng lẻ của giống mà không làm ảnh hưởng đến các đặc tính tốt khác

* Khuyết điểm

Không xác định trước được hướng biến dị và phần lớn các đột biến đều

có hại, tỉ lệ đột biến có ích rất thấp

2.1.4 Phương pháp gây đột biến nhân tạo

* Đặc điểm của phương pháp gây đột biến

Các kết quả nghiên cứu cho thấy tần số đột biến và các đặc điểm đột biến phụ thuộc vào tác nhân gây đột biến được dùng để xử lý cũng như phụ thuộc vào đặc điểm di truyền của chúng Vì lý do đó việc lựa chọn nguồn vật liệu khởi đầu cũng như tác nhân gây đột biến có ý nghĩa quyết định sự thành bại của công việc

Xử lý đột biến vào lúc hạt nảy mầm, cây con cho hiệu quả cao hơn so với

xử lý lúc hạt ở trạng thái nghỉ và cây trưởng thành Xử lý tế bào ở thời kỳ phân bào giảm nhiễm dễ phát sinh đột biến hơn ở các thời kỳ khác Xử lý giai đoạn tiền phôi cho tần số đột biến cao nên được phổ biến rộng

* Các tác nhân gây đột biến

Có 2 tác nhân gây đột biến chính là tác nhân lý học và tác nhân hóa học

- Tác nhân vật lý:

Có thể liệt kê như sau: tia X, tia γ, bức xạ cực tím ion, nhiệt độ…

Nhiệt độ cũng là một phương pháp gây đột biến vật lý, theo phương pháp này cây xử lý được đưa vào môi trường nhiệt độ cao đột ngột và giữ ở điều kiện đó trong một khoảng thời gian nhất định Sự gia tăng nhiệt độ đột ngột này có thể ảnh hưởng đến cả sự phân bào nguyên nhiễm và phân bào giảm nhiễm, dẫn đến việc hình thành tế bào đột biến

Bảng 2.1 Nhiệt độ để gây đột biến ở cây trồng

Cây trồng Giai đoạn Cơ quan Liều lượng Thời gian

Nguồn: Randolph (1932) [203]

Bảng 2.2 Liều lượng chiếu tia γ và tia X để gây đột biến ở một số loại cây trồng

Cây trồng Liều lượng (kR) Cây trồng Liều lượng (kR)

Nguồn: Kharkwal (1996) [137]

- Tác nhân hóa học: gồm những hóa chất gây đột biến phổ biến như: EMS, NEU, NMU…nồng độ và tác nhân hóa học thường được dùng để xử lý hạt được trình bày qua Bảng 2.3

Nguồn: Chahal và Gosal, 2002 [66]

2.2 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa trên thế giới

2.2.1 Trung Quốc

Việc ứng dụng các kỹ thuật đột biến bắt đầu vào đầu những năm 1960, từ năm 1991 đến năm 2004 có khoảng 77 giống lúa đột biến mới, kỹ thuật đột biến đã được sử dụng thành công để tạo ra giống có các đặc điểm mới quan trọng (Chen, 2006) [71] Tác nhân gây đột biến thường được sử dụng nhất là tia gamma, chùm ion, kết hợp giữa tia gamma và nuôi cấy mô, hóa chất N-methyl-N-nitroso urethane (NMU)…(Wang, 1992) [258] Các tính trạng đột biến mới được công bố như đột biến thời gian sinh trưởng ngắn, đột biến màu

lá, đột biến axit phytic thấp, đột biến hạt gạo phôi khổng lồ, đột biến chịu

hạn… (Zhang et al., 2005) [277] Tần số độ biến khoảng 2,66 - 4,36% tùy thuộc vào từng đột biến (Zhu et al., 2003) [278]

2.2.2 Ấn Độ

Taroari Basmati là giống lúa truyền thống của Ấn Độ có chiều cao cây cao, nên việc chọn giống lúa Basmati tập trung vào hướng giống lúa cải tiến,

tuy nhiên, những giống lúa này rất nhạy cảm với bệnh đạo ôn, đó là nguyên nhân gây ra thiệt hại năng suất nghiêm trọng Các nghiên cứu hiện nay với sự phát triển của giống lúa kháng đổ ngã, năng suất cao, gạo thơm hạt dài sử dụng phương pháp gây đột biến bằng tia gamma Dòng đột biến được chọn lọc

từ ba giống Basmati ưu tú là Basmati 370, Basmati Pusa, Basmati 1 và Basmati Pakistan cho năng suất vượt trội và có tất cả các đặc điểm chất lượng hạt Basmati mong muốn so với giống Taroari Basmati (Patnaik, 2006) [187]

Sử dụng đột biến bằng tia gamma để tạo giống lúa kháng rầy nâu từ các giống nhiễm rầy nặng như Safri, Mahsuri, Dubraj và Mahamaya (Kalode, 1979) [132]

2.2.3 Indonesia

Từ năm 1982 đến năm 2004, đã có 14 giống lúa đột biến (11 vùng đất thấp, 2 vùng cao, và 1 thủy triều) đã được chính thức công bố tại Indonesia, chiếm hơn 10% tổng số các giống lúa công bố trong khoảng thời gian này Số lượng của các giống đột biến có thể không hoàn toàn phản ánh các đóng góp đáng kể của các kỹ thuật đột biến vào việc cải thiện của các giống lúa ở Indonesia; quan trọng hơn, là những đặc điểm được cải thiện trong các giống mới, tức là khả năng kháng với loại biotypes khác nhau của rầy nâu, chống chịu với các điều kiện đất (độ mặn, nồng độ axit, và nồng độ Fe cao), ngoài ra

để những đặc điểm phổ biến khác chẳng hạn như thời gian sinh trưởng sớm (sớm hơn so với giống bố mẹ lên đến hai tháng) và năng suất cao Kỹ thuật đột biến đã chứng minh đặc biệt hữu ích trong cải thiện giống lúa truyền thống, bởi vì các kỹ thuật khác đã không thành công trong việc nâng cao năng suất, khả năng kháng bệnh, hoặc thời gian sinh trưởng, trong khi vẫn giữ đặc tính chất lượng không thay đổi (Ismachin, 2006) [119]

Bảng 2.4 Giống lúa phát triển sử dụng kỹ thuật đột biến ở Indonesia (Ismachin, 2006)

Tính trạng được cải tiến

1 Atomita 1 1982 Pelita I/1; 0.2 kGy Kháng rầy nâu biotype1 và GLH, thời

gian sinh trưởng sớm

2 Atomita 2 1983 Pelita I/1; 0.2 kGy Kháng rầy nâu biotype1, chống chịu

mặn, thời gian sinh trưởng sớm

3 Danau Atas* 1988 Seratus Malam*; 0.2

kGy

Chống chịu bệnh cháy lá và pH đất thấp

4 Atomita 4 1991 Cisadane; 0.2 kGy TGST sớm, chống chịu Fe đất cao

2.2.4 Nhật Bản

Các loại đột biến mới lạ như phôi khổng lồ, giảm hàm lượng amylose cho lúa nếp và giảm hàm lượng protein Đột biến phôi khổng lồ chứa dầu thực vật nhiều hơn so với các loài hoang dã và gạo nâu nảy mầm chứa nhiều GA3hơn so với gạo bình thường Đột biến với hàm lượng amylose thấp có thể cải thiện chất lượng gạo ở Hokkaido, nhất là khu vực phía bắc, so sánh với hàm lượng amylose ở các khu vực khác ở Nhật Bản Nhìn chung, các mục tiêu của chương trình nhân giống lúa bao gồm giống đột biến là gia tăng hàm lượng protein trong hạt lúa Tuy nhiên, đột biến cảm ứng với protein thấp là đặc biệt hữu ích cho bệnh nhân thận, những người cần các mức thấp của protein (Amano, 2006) [45]

Đổ ngã của cây lúa là một vấn đề nghiêm trọng với một số giống, đặc biệt là những giống được đánh giá cao như Koshihikari, giống này đã tồn tại qua 50 năm tại Nhật Bản do chất lượng đặc biệt cao của nó và vẫn tiếp tục duy trì như một giống hàng đầu tại Nhật Bản Trong các nỗ lực nghiên cứu để phát triển một khả năng kháng đổ ngã ở Koshihikari, Fukui Agric Gần đây đã phát triển và đăng ký một giống mới, “Ikuhikari”, được phát triển thông qua gen

đột biến của Reimei của sd1 vào Koshihikari (Yamaguchi, 2001) [264]

Phương pháp xử lý đột biến chủ yếu là sử dụng 60Co, ngoài ra đột biến, 74wx2N1, gây ra bởi hóa chất EMS, cũng được sử dụng để phát triển hai

giống lúa, “Snow-Pearl” và “Takitate” (Higashi et al., 1999) [102] Tiếp theo

đột biến vật lý (bức xạ ion hóa và tia cực tím) và đột biến hóa học (ví dụ như EMS: ethyl methanesulfonate), nghiên cứu gần đây đã chỉ ra đột biến của các loài thực vật thông thường thông qua quy trình sinh học (Hirochika năm 1995,

96, 97) [105, 107, 106]

Hóa học gây đột biến không bao gồm colchicin (Nakagawa, 2008) [213]

Hình 2.1 Tỉ lệ phần trăm của 242 giống cây trồng được chọn tạo bằng cách sử

dụng các phương pháp gây đột biến tại Nhật Bản (2008)

Tần số đột biến cho carbon-ion chùm chiếu xạ là 9,0% và đối với các tia gamma là 8,4% với một cây giống có tỉ lệ sống 40-60% Đối với tỉ lệ đột biến gây ra mỗi hạt phóng xạ, giá trị cao nhất thu được là 6,8% ở 20 Gy sử dụng chùm carbon-ion và 7.1% tại 200 Gy sử dụng tia gamma (Yamaguchi, 2006) [263]

2.2.5 Pakistan

Giống lúa thơm Basmati được xem là lúa chất lượng cao và bán với giá cao hơn so với các giống quốc gia và quốc tế Tuy nhiên, năng suất trên một đơn vị diện tích lúa Basmati là rất thấp chủ yếu là do chiều cây cao và thời gian sinh trưởng muộn Tại NIAB, hai giống chất lượng cao, ví dụ như, Kashmir Basmati và NIAB-IRRI-9 là rất phát triển và được áp dụng rộng rãi Kashmir Basmati, với thời gian sinh trưởng ngắn và đột biến chống chịu lạnh,

có nguồn gốc từ Basmati-370; NIAB-IRRI-9, một giống không thơm, chất lượng gạo tốt, chống chịu mặn và năng suất cao, dòng đột biến có nguồn gốc

từ IR-6 Trong số nhiều giống lúa đột biến khác nhau phát triển trong quá khứ, một giống lúa đột biến hạt dài thêm từ giống Basmati-Pak, đã cho thấy tiềm năng rất lớn để tiếp tục nâng cao chất lượng của gạo Basmati Các giống đột biến EF-6 hạt dài được chọn lọc bằng cách chiếu tia gamma với liều lượng

350 Gy trên giống Basmati-Pak (Baloch, 2006) [53]

Nguồn: Baloch, 2006

Hình 2.2 So sánh thóc, xay và nấu chín hạt của đột biến hạt dài

cùng với các loại giống thương mại khác

2.3 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa ở Việt Nam

2.3.1 Giống lúa đột biến ở miền Bắc Việt Nam

Từ năm 1960 đến năm 1985, giống đột biến được thực hiện trên ngô và lúa Các kỹ thuật để tạo ra đột biến đã chủ yếu dựa vào hóa chất Thiết bị chiếu xạ là không có sẵn tại địa phương Từ năm 1986, giống đột biến đã được nhắm mục tiêu đa dạng hơn các loại cây trồng, trong đó có lúa, ngô, cà chua, táo, hoa và cây cảnh Năm 1995, Việt Nam chính thức trở thành một thành viên của Hiệp hội giống đột biến Châu Á Thái Bình Dương (Bảng 2.5)

Bảng 2.5 Lúa giống đột biến được phát triển bởi Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam

Giống Đột

Biến

Năm công bố

Vật liệu Phương pháp

xử lý ĐB

Đặc tính cải thiện DT10 1990 a C4-63 hạt khô, tia γ

200 Gy + 0,025% NEU 2

Năng suất cao, chống chịu lạnh, chịu bệnh tốt, hạt to DT11 1995 a C4-63 hạt khô, tia γ

200 Gy + 0,025% NEU 2

Chất lượng tốt, mềm cơm và hạt to

mặn và chất lượng hạt tốt CM1 1994 a Chiembau Hạt khô, tia γ

NEU 0.025% Không ảnh hưởng quang kỳ

thời gian sinh trưởng ngắn

2.3.2 Chọn giống lúa đột biến ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

Cho đến năm 1992 ở miền Nam Việt Nam chọn giống lúa bằng tác nhân gây đột biến mới bắt đầu được thực hiện Tuy nhiên, không giống lúa đột biến nào đã được trồng tại khu vực này cho đến năm 1995 Ngày nay, giống đột biến đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất lúa gạo ở khu vực này, đặc biệt là xuất khẩu Tại Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam Việt Nam, hạt khô và nảy mầm của giống IR64, IR50404, IR59606 và giống lúa mùa địa phương Nàng Hương, Tám Xoan được xử lý với tia gamma 60Co Các đặc tính

đột biến được xác định cho đến nay bao gồm kháng đổ ngã, kháng bệnh và thiệt hại côn trùng, cải thiện chống chịu phèn, hạn hán, thời gian sinh trưởng sớm và tiềm năng năng suất cao hơn Kỹ thuật đột biến đã chứng minh là rất hữu ích trong việc cải thiện lúa, đặc biệt là cho các đặc tính điều khiển bởi gen

liên kết chặt chẽ khó có thể phá vỡ bằng cách tái tổ hợp (Do et al., 2006) [79]

IR64 là giống chất lượng tốt nhưng có thời gian sinh trưởng khá dài (95

-105 ngày) và không thích hợp cho mùa mưa VND95-19 và VND95-20 là hai giống lúa đột biến bằng 60Co từ giống lúa IR64 đươc đem khảo nghiệm (Thinh

Do Khac et al., 1999) [250] có một số ưu khuyết điểm như sau:

VND95-19 có tiềm năng năng suất cao, chống chịu tốt với đất phèn và điều kiện bất lợi, có khả năng kháng rầy nâu và bệnh đạo ôn nhưng do bạc bụng cao nên giống này bị loại

VND95-20 đã được đưa vào sản xuất và đã được Bộ NN & PTNT trong năm 1999 phê duyệt Ưu điểm của loại đột biến này là thời gian ngắn 90-100 ngày (rút ngắn 7 ngày so với giống IR64 đối chứng), thích ứng cao và có thể trồng được trong mùa đa dạng và địa điểm Nói chung, các giống đột biến là chịu được với đất phèn Đặc điểm này rất quan trọng vì đất chua trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long nhiều hơn 41% tổng diện tích đất canh tác

VND99-3 là một giống đột biến thu được từ giống Nàng Hương mùa, một loại giống lúa thơm địa phương Giống Nàng Hương có thời gian dài, năng suất thấp, ảnh hưởng quang kỳ và được giới hạn trong sản xuất VND99-

3 đã được đưa vào sản xuất từ năm 2006 Có chiều cao cây rất cao nhưng được chấp nhận do có thời gian ngắn (92-100 ngày), khả năng chống chịu cao với

các điều kiện bất lợi như phèn và tình trạng hạn hán (Thinh Do Khac et al.,

2005) [249]

TNDB100 là một đột biến gây ra từ giống Tài Nguyên mùa, được tạo ra bởi các tia gamma Giống này có thời gian rất ngắn (95-100 ngày), chất lượng tốt, năng suất cao (5-8 tấn/ha) và chống chịu trung bình với rầy nâu và bệnh bạc lá TNDB100 được nghiên cứu bởi Viện Lúa ĐBSCL (CLRRI) vào năm

1997 và phát triển 50.000 ha/năm từ năm 2000 - 2005 (Ro Pham Van, 1998) [207]

VN121 là một giống mới được tạo ra từ đột biến cảm ứng kết hợp với lai VN121 được chấp nhận rộng rãi bởi người nông dân, bởi vì trong thời gian ngắn đặc trưng của nó, năng suất cao, chất lượng tốt (hương thơm, hạt dài, không bạc bụng) và chống chịu rầy nâu, bệnh cháy bìa lá

Giống VN124 cũng đã được chấp nhận cho sản xuất do thời gian sinh trưởng rất ngắn, có mùi thơm, chất lượng tốt để xuất khẩu, chống chịu được

rầy nâu, bệnh cháy bìa lá Giống đã được mở rộng mạnh ở Long An, Tây Ninh, Đồng Nai và các tỉnh khác

2.4 Nhận xét về cơ sở chọn giống lúa đột biến bằng nhiệt độ

Sự thành công trong xử lý đột biến các giống lúa trên thế giới và Việt Nam đối với việc cải thiện các tính trạng của lúa như: thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây, năng suất hạt, phẩm chất hạt, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường…là cơ sở của việc chọn phương pháp chọn giống bằng phương pháp đột biến

Phương pháp gây đột biến bằng nhiệt độ cũng đã có nghiên cứu trên lúa

và một số giống cây trồng khác Tuy nhiên, tác dụng gây đột biến trong các phương pháp xử lý nhiệt là quá thấp trong các thí nghiệm xử lý đột biến nên ít được áp dụng trong chọn tạo giống đột biến (Amano, 2004) [44] Phương pháp này nhanh, rẻ tiền, dễ áp dụng, không độc hại như các phương pháp xử lý tia (tia X, tia γ…) và hóa chất (EMS…)

Theo McDonald (1999) [161], trong quá trình hạt nảy mầm thì nhiệt độ tối hảo cho enzyme hoạt động là 30 – 350C, nhiệt độ từ 40 – 450C là khoảng nhiệt độ cao làm enzyme biến tính nhanh chóng (Hình 2.3)

Hình 2.3 Biến thiên nhiệt độ và hoạt động của enzyme (McDonald, 1999) [161] Nhìn chung về phẩm chất gạo, các phương pháp xử lý đột biến bằng phương pháp vật lý, hóa học đều cho gạo cứng cơm Với đà phát triển kỹ thuật SDS-PAGE sẽ giúp cho việc chọn tạo giống lúa đột biến theo hướng mềm

cơm, chất lượng và năng suất cao được nhanh hơn nhờ vào dấu chỉ thị waxy

protein

Như trình bày ở trên cho đến nay ở Việt Nam và trên thế giới chủ yếu gây đột biến bằng phương pháp vật lý và hóa học, việc này đòi hỏi phải có nhà máy hạt nhân và hóa chất đắt tiền, độc hại gây ung thư

2.5 Một số quan điểm về dạng hình cây lúa lý tưởng

Sự liên kết chặt chẽ giữa một số đặc điểm hình thái và khả năng cho năng suất để đáp ứng với N dẫn đến “khái niệm dạng hình cây lúa ” như một hướng dẫn để nhân giống các giống lúa cải tiến (Yoshida, 1972) [268] Từ đó các nhà chọn giống đã đề suất ra một mô hình về cây lúa cao sản lý tưởng (Bảng 2.6)

Bảng 2.6 Một số quan điểm về kiểu hình cây lúa lý tưởng

Tính trạng Một số quan điểm về kiểu hình cây lúa cao sản lý tưởng

Vergara,

1988 [257]

Peng

et al.,

1994 [192]

Yu và Lei,

2001 [272]

Yamagishi

et al., 1996 [262]

Min et

al.,

2002 [164]

Peng và

Khush,

2003 [190]

Peng et

al.,

2004 [194]

Peng

et al.,

2005 [193]

hoạch

0,60

Dày, xanh đậm, dựng đứng

- Dày, ngắn, nhỏ, đứng, xanh đậm

đứng, dày

2.6 Đất mặn

2.6.1 Khái niệm

FAO (1985) [82], định nghĩa đất mặn là loại đất chứa một lượng muối hòa tan trong nước ở vùng rễ cây, làm thiệt hại đến hoạt động sinh trưởng của cây trồng Mức độ gây hại của đất mặn tùy thuộc vào loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường đi kèm theo nó, và tính chất của đất

Độ mặn trong đất là một thước đo tổng số lượng muối hòa tan trong đất

Độ mặn của đất cao cũng có thể gây ra sự mất cân bằng dinh dưỡng, dẫn đến

sự tích tụ các độc tố có hại cho cây trồng nhất là sự gia tăng ion Na+ (Jan Kotuby-Amacher, 2000) [122]

2.6.2 Các thông số đánh giá đất mặn

Đất mặn là đất có độ dẫn điện ECe cao hơn 4 dSm-1 ở điều kiện nhiệt độ

250C, phần trăm natri trao đổi ESP kém hơn 15, và pH nhỏ hơn 8,5 (US Salinity Laboratory Staff, 1954) [255] Công thức tính phần trăm natri trao đổi

đã được nhiều tác giả nghiên cứu như sau: x100

CEC

Na ESP



 (Richards, 1954; FAO, 1970, Hesse, 1971; Mohsen Seilsepour, 2009) [206, 81, 99, 170] Trong

đó CEC là khả năng trao đổi cation đơn vị tính là milliequivalents per 100 grams (meq/100g)

Richards (1954) [206], phân đất mặn thành có 2 loại là: đất mặn và đất mặn-kiềm Cả hai loại đất mặn và đất mặn-kiềm trích bão hòa lớn hơn 4 mmhoscm-1 tại 250C Đất mặn có thể có phần trăm natri trao đổi (ESP) ít hơn 15% nhưng giá trị này trong đất mặn-kiềm lớn 15, giá trị pH của đất mặn là dưới 8,5 trong khi giá trị này của đất mặn-kiềm cao hơn 8,5 Tuy nhiên, cách tính độ mặn đất qua chỉ số ESP có nhiều lỗi không chính xác, không thể hiện được độ mặn thật sự của đất nên để khắc phục các lỗi (Richards, 1954) [206]

đề xuất tỉ lệ hấp thu natri (SAR) cho biết đầy đủ vấn đề nhiễm mặn của đất và được định lượng liên quan đến tỉ lệ phần trăm natri trao đổi trong đất, được

tính theo công thức

2/)( 2 2







Mg Ca

Na

Hội Khoa Học Đất của Mỹ (SSSA, 1979) [232] đã xác định đất mặn là đất có độ dẫn điện (ECe) lớn hơn 2 dSm-1, không kể đến hai gía trị khác: tỉ lệ hấp thu sodium (SAR) và pH

Tuy nhiên theo FAO (1985) [82], phân loại đất mặn dựa vào nồng độ muối trong nước được chiết xuất từ đất bão hòa xác định độ mặn của đất (Bảng 2.7)

Bảng 2.7 Phân loại đất mặn (FAO, 1985) [82]

Nồng độ muối của đất ECe (trích bão hòa) Độ mặn

Các tác giả khác phân loại đất mặn và mặn-sodic như sau: đất mặn có

ECe trích bão hòa > 4 dSm-1 (SAR <13) và chứa Na+, Mg2+, và Ca2+ là các cation chiếm ưu thế và Cl- và SO42- là các anion chi phối với ECe trích bão hòa (bão hòa extract) > 4 dSm-1 và SAR> 13 được phân loại là-sodic đất mặn

(Mavi et al, 2012) [159]

Szabolcs (1974); FAO (1988) [236, 83], Có 2 loại đất được phân nhóm là

có ảnh hưởng đến tăng trưởng của thực vật đó là: (1) đất mặn (saline soil) là đất có chứa đủ muối trung tính hòa tan ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của hầu hết các loại cây trồng Các muối hòa tan chủ yếu là natri clorua và natri sulfat Tuy nhiên, đất mặn cũng chứa một lượng đáng kể của clorua, sulfat canxi và magiê (2) Đất sodic là đất có chứa muối natri có khả năng thủy phân kiềm, đặc điểm phân biệt đất mặn và đất sodic được thể hiện qua Bảng 2.8

Bảng 2.8 Đặc điểm hóa học đất phân biệt đất mặn và đất sodic (FAO, 1988) [83]

a Bị chi phối bởi muối trung tính

hòa tan bao gồm clorua và sulfat

canxi, natri và magiê

a Số lượng đáng kể của các muối trung tính hòa tan thường vắng mặt

Mà số lượng đáng kể của các muối có khả năng thủy phân kiềm có mặt, ví dụ như Na2CO3

b pH đất trích bão hòa ít hơn 8,2 b pH đất trích bão hòa là hơn 8,2

c Độ dẫn điện của đất trích bão

hòa hơn 4 dSm-1 ở 250C là giới

hạn thường được chấp nhận ở trên

đất được phân loại là “mặn”

c Tỉ lệ natri trao đổi (ESP) 15 hoặc hơn là giới hạn thường được chấp nhận trên các loại đất này được xếp vào loại là “sodic” Độ dẫn điện của đất trích bão hòa thường là ít hơn 4 dSm-1 ở 250C, nhưng có thể nhiều hơn nếu số lượng đáng kể của Na2CO3 có mặt

d Nhìn chung không có mối quan

hệ được xác định rõ ràng giữa pH

đất trích bão hòa và tỉ lệ phần trăm

natri trao đổi (ESP) của đất hoặc tỉ

lệ hấp thụ natri (SAR) của đất trích

bão hòa

d Có một mối quan hệ được xác định

rõ giữa độ pH của đất trích bão hòa và

tỉ lệ natri trao đổi (ESP) của đất hoặc SAR của đất trích bão hòa cho một nhóm khác tương tự của đất như vậy

mà độ pH có thể xem như là một chỉ

số gần đúng của đất nhiễm mặn (kiềm)

e Natri là cation hòa tan chiếm ưu thế

pH cao đất có thể hòa tan Ca và Mg

do vậy mà nồng độ của chúng trong dung dịch đất là rất thấp

a Chủ yếu thông qua các tác động

của mặn vượt quá áp suất thẩm

thấu của dung dịch đất sẵn có giảm

bớt nước;

a Chủ yếu thông qua các ảnh hưởng natri trao đổi đến tính chất vật lý nghèo;

b Thông qua độc tính của các ion

cụ thể, ví dụ như Na, Cl, B…

b Thông qua ảnh hưởng của độ pH của đất cao về sự mất cân bằng dinh dưỡng bao gồm cả sự thiếu hụt canxi

c Thông qua độc tính của các ion cụ thể, ví dụ như Na, CO3, Mo,

2.7 Ngưỡng chống chịu mặn

2.7.1 Ngưỡng chống chịu mặn của cây trồng

Ngưỡng chống chịu mặn có nghĩa là độ mặn tối đa cho phép mà không giảm năng suất của cây trồng và độ dốc là tỉ lệ phần trăm năng suất giảm cho mỗi đơn vị tăng độ mặn vượt quá ngưỡng (Maas và Hoffman, 1977) [157] Bảng 2.9 Ngưỡng ECe (dSm-1) và độ dốc (% sản lượng giảm/dSm-1) theo phân tích hồi quy của các nghiệm thức xử lý mặn (Maas và Hoffman, 1977) [157]

4 - 8 dSm-1 nhóm đất mặn ít thích hợp với các loại cây trồng nhạy cảm với mặn trung bình (đậu nành, cây bo bo, lúa mì ); từ 8 - 15 dSm-1 thuộc nhóm mặn nhiều thích hợp với các loại cây trồng chống chịu mặn trung bình (lúa mạch, cải dầu hoặc hạt cải dầu ) và > 15 thuộc nhóm đất rất mặn thích hợp với các loại cây chông chịu mặn (cây Đước, Mắm, Bần )

Nguồn: Mass và Hoffman (1977)

Hình 2.4 Phân loại đất mặn và khả năng chống chịu của cây trồng

FAO (1985) [82], phân cấp đất mặn và ảnh hưởng đến cây trồng (Bảng 2.10), qua đó cho thấy ngưỡng chống chịu mặn của nhóm cây trồng nhiễm mặn là < 2 dSm-1

Bảng 2.10 Phân cấp đất mặn và sự phát triển của cây trồng (FAO, 1985; Jan Kotuby-Amacher, 2000; Ngô Ngọc Hưng, 2004) [82, 122, 9]

Phân cấp đất mặn ECe (dSm-1) Ảnh hưởng đến cây trồng

Không mặn 0 – 2 Độ mặn ảnh hưởng không đáng kể

Hơi mặn 2 – 4 Sản lượng các loại cây trồng nhạy cảm có

thể bị hạn chế Mặn vừa 4 – 8 Sản lượng nhiều loại cây trồng bị hạn chế Rất mặn 8 – 16 Chỉ có cây trồng chống chịu mới cho năng

suất thỏa đáng Quá mặn >16 Chỉ có một vài cây trồng chống chịu mới cho

năng suất thỏa đáng

2.7.2 Ngưỡng chống chịu mặn của cây lúa

Lúa giảm 50% năng suất ở độ mặn đất ECe là 3,6 dSm-1 và sẽ không cho năng suất ở 18 dSm-1 (Mass, 1986) [158] Có 2 thông số thể hiện khả năng chống chịu mặn đất (ECe): Ngưỡng chịu mặn có nghĩa là độ mặn tối đa cho phép mà không giảm năng suất và độ dốc là tỉ lệ phần trăm năng suất giảm cho mỗi đơn vị tăng độ mặn vượt quá ngưỡng Ngưỡng chịu mặn và độ dốc

của lúa (Oryza sativa) là 3 dSm-1 và 12%/1 dSm-1 (Mass và Hoffman, 1977) [157] Theo phân nhóm chống chịu mặn thì lúa là cây nhạy cảm với mặn từ 0-

8 dSm-1 (Mass, 1986) [158] Ngưỡng chống chịu NaCl của cây lúa là EC = 4 dSm-1 (Sathish et al., 1997) [215] Lúa được đánh giá như một loại cây trồng đặc biệt nhạy cảm với mặn (Shannon et al., 1998) [228]

Trong một nghiên cứu, các nhà khoa học đã tìm thấy sự giảm tuyến tính trong một số thành phần năng suất với độ mặn tăng bao gồm cả tỉ lệ phần trăm hoa bất thụ, số chồi/cây và hạt chắc/bông từ đó làm giảm trọng lượng hạt trên cây (Zeng và Shannon, 2000) [276] (Hình 2.5)

Nguồn: Zeng và Shannon, 2000

Hình 2.5 Mối quan hệ giữa độ mặn và các thành phần năng suất

của lúa (Oryza sativa L cv M-202)

2.8 Cơ sở về sinh lý về tính chống chịu mặn

Hans Lambers et al., 2008 [94] khi nghiên cứu về sinh lý của thực vật đã

có những nhận định như sau: Các loài cây trồng nhiễm mặn (glycophytes), chống chịu mặn (halophytes) Các vấn đề sinh lý liên quan đến độ mặn cao do

3 nguyên nhân:

1 Độ mặn cao liên kết với tiềm năng đất nước thấp, dẫn đến các triệu chứng tương tự như các stress nước;

2 Các Ion đặc biệt là Na+ và Cl- có thể gây độc;

3 Mức độ NaCl cao có thể dẫn đến sự mất cân bằng ion (chủ yếu là Ca)

và dẫn đến các triệu chứng thiếu Ca2+

2.8.1 Ảnh hưởng của ion Na + , K +

Thiệt hại do mặn được gây ra bởi sự mất cân bằng áp suất thẩm thấu và

sự tích tụ nhiều ion Cl- (Ota và Yasue, 1958; Tagawa và Ishizaki, 1963; Murty

và Janardhan, 1971; Gregorio et al.,1997) [185, 237, 174, 89]

Thiệt hại do mặn còn được ghi nhận bởi hiện tượng hấp thu một lượng quá thừa Na+ và độc tính của Na+ làm cho clor trở thành anion trơ (neutral), có

tác dụng bất lợi với một phổ rộng về nồng độ (Gregorio et al.,1997) [89]

Sự mất cân bằng Na-K cũng là yếu tố làm hạn chế năng suất (Gregorio et

al., 1997) [89] Ion K+ có một vai trò quan trọng làm kích hoạt enzyme và đóng mở khí khẩu tương ứng với tính chống chịu mặn của cây trồng, thông qua hiện tượng tích lũy lượng kali trong chồi thân (Ponnamperuma, 1984) [195]

Nelson (1978) [178], cho rằng K+ có một vai trò tích cực trong sự phát triển của thực vật trong điều kiện mặn, bởi vì yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong quang hợp, sự thích nghi thực vật đối với stress nước bằng cách điều chỉnh áp suất thẩm thấu Kali (K+) là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây tăng trưởng và phát triển Đó là cation phong phú nhất trong tế bào thực vật và có thể bao gồm 10% trọng lượng cây trồng khô (Leigh và Wyn Jones,

1984; Sentenac et al., 2003) [153, 223]

Hiệu ứng độc tính có thể bao gồm sự cạnh tranh của Na+ với K+ trong quá trình sinh hóa và ức chế sự hấp thu NO3- bởi Cl-, vì cả hai anion được vận chuyển qua màng tế bào tương tự nhau Tác dụng độc tính của Na+ vượt xa Cl-(Tester và Davenport, 2003) [247]

Ảnh hưởng môi trường khác như kim loại độc tính, độ mặn, và hạn hán, được biết là ảnh hưởng xấu đến sự hấp thụ và vận chuyển K+ bởi cây trồng

(Schroeder et al., 1994; Amtmann et al., 2006 ; Shabala và Cuin, 2008) [219,

46, 227]

Sự liên kết giữa K+ và cây trồng sản xuất đã được nêu bật trong hai nghiên cứu gần đây đánh giá: (1) vai trò của K+ trong việc giảm ảnh hưởng

của sâu bệnh và dịch bệnh trên cây trồng (Amtmann et al., 2008) [47] (2) tầm

quan trọng của K+ trong sự khởi đầu của natri (Na+) độc tính (Shabala và Cuin, 2008) [227]

Mohammad Reza Amirjani (2010) [169], nghiên cứu cây lúa chống chịu mặn ở nồng độ NaCl (0, 25, 50, 100 và 200 mM), kết quả, trọng lượng tươi, trọng lượng khô của cây mạ giảm, gia tăng NaCl dẫn đến gia tăng ion Na+ và giảm tương ứng ion K+

- Hiện tượng ngăn cách từ lá đến lá - Lượng muối dư thừa được chuyển

từ lá non sang lá già, muối được định vị tại lá già không có chức năng, không thể chuyển ngược lại

- Chống chịu ở mô – Cây hấp thu muối và được ngăn cách trong các không bào (vacuoles) của lá, làm giảm ảnh hưởng độc hại của muối đối với hoạt động sinh trưởng của cây

- Ảnh hưởng pha loãng – Cây hấp thu muối nhưng sẽ làm loãng nồng độ muối nhờ tăng cường tốc độ phát triển nhanh và gia tăng hàm lượng nước trong chồi

Tất cả những cơ chế này đều nhằm hạ thấp nồng độ Na+ trong các mô chức năng, do đó làm giảm tỉ lệ Na+/K+ trong chồi (< 1)

Mỗi một giống lúa đều có một hoặc hai cơ chế nêu trên, không phải có tất cả (Yeo và Flowers, 1984) [267] Phản ứng của cây trồng đối với tính chống chịu mặn vô cùng phức tạp, đó là hiện tượng tổng hợp từ những yếu tố riêng lẽ Yeo và Flowers (1984) [267], kết luận rằng phản ứng tốt nhất làm gia tăng tính chống chịu mặn phải gắn liền với việc tối ưu hóa nhiều đặc điểm sinh

lý, có tính chất độc lập tương đối với nhau

Tỉ lệ Na+/K+ trong chồi được xem như là chỉ tiêu chọn lọc giống lúa

chống chịu mặn (Gregorio et al., 1997) [89] Chỉ số Na+/K+ thường được dùng

như một giá trị chỉ thị cho khả năng chống chịu mặn của cây trồng (Mishra et

al., 1998) [166]

Tuy nhiên, theo các nghiên cứu của Gregorio et al (1997) [89], trong

thanh lọc nhanh các giống/dòng có khả năng chống chịu mặn cho rằng không nhất thiết phải phân tích tỉ lệ Na+/K+ vì mất thời gian và tốn kém, chỉ cần xác định cấp chống chịu mặn là đủ

Qua nghiên cứu về các ion Na+, ion K+, tỉ lệ Na+/K+ cho chúng ta hiểu rõ hơn cơ chế sinh lý của các ion này ảnh hưởng đến khả năng chống chịu mặn của lúa như thế nào Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu mối quan hệ của K+,

Na+ trong tế bào thực vật ở mức độ tế bào

2.8.3 Ảnh hưởng của các ion khác

Ca2+ làm giảm sự hấp thu Na+, nếu Ca2+ bị ức chế thì nó sẽ cho phép Na+vào rễ (White, 1999) [261]

Lượng Na+ cao có thể thay thế Ca2+ trên màng tế bào rễ, có thể dẫn đến thất thoát ion K+ từ các tế bào rễ Nó cũng có thể làm giảm sự hấp thu Ca2+ Lượng Ca2+ giảm trên thành tế bào sẽ làm giảm nồng độ protein trong màng tế bào từ đó làm tăng độc tính của các ion sau đó có thể dẫn đến sự mất cân bằng ion (Munns, 2002) [173]

Ngoài ra, Ca đã được nghiên cứu là hạn chế sự xâm nhập của Na+ vào

trong tế bào thực vật (Kader và Lindberg, 2008; Hussain et al., 2010) [131,

110]

Canxi và Magiê, hai nguyên tố quan trọng đối với cây trồng, hiện tại trong dung dịch đất và trên phức hợp trao đổi có thể thay đổi đáng kể Một số anion khác như clorua, nitrat, sunfat và một lượng nhỏ bicarbonate và các muối hòa tan khác có thể hiện diện trong đất mặn (Richards, 1954; Laudicina

et al., 2009) [206, 152]

2.8.4 Ảnh hưởng của ABA

Abscisic acid (ABA) được xem như một yếu tố rất quan trọng của cây

trồng phản ứng với những stress gây ra do mặn, do nhiệt độ cao (Gupta et al.,

2006) [90] Do đó ABA còn được xem như là gen cảm ứng (inducible genes) trong cơ chế chống chịu mặn của cây trồng

2.8.5 Tích lũy proline và khả năng chống chịu mặn của lúa

Ảnh hưởng mặn đến việc sản sinh ra proline được báo cáo ở một số giống lúa Pokkali tích lũy proline trong chồi gấp 13 lần khi bị nhiễm mặn hơn

so với điều kiện bình thường (IRRI, 1978; 1979) [114, 117] Tuy nhiên, nhiều báo cáo cho thấy mối tương quan nghịch giữa tích lũy proline và khả năng

chịu mặn (Handa et al., 1986) [93]

Proline tăng cường xuất hiện trong tiến trình sinh lý của giống (Bhattacharya, 1991) [56] và đã được liên hệ đến một sự thay đổi trong hoạt động của các enzym quy định proline như pyproline-5-carboxylate reductase

và dehydrogenase L-proline (Roy et al., 1992) [209] Các hoạt động của

enzyme trước đây được kích thích bởi giống chống chịu mặn trong điều kiện nhiễm mặn Do đó, đã có đề xuất rằng hàm lượng proline (Prakash và Padayatty, 1989) [197] hoặc hoạt động của pyrroline-5-carboxylate reductase

(Roy et al., 1992) [209] có thể được sử dụng như điểm đánh dấu sinh học để

thanh lọc các giống cây trồng nhạy cảm và chống chịu trong giai đoạn nảy mầm sớm

Các phản ứng hình thái và sinh hóa của mô sẹo và cây giống của các giống lúa khác nhau được so sánh trong điều kiện mặn Mô sẹo của giống chống chịu và nhạy cảm cho thấy triệu chứng stress nghiêm trọng như có màu nâu và hoại tử, tuy nhiên giống Pokkali không biểu hiện Giai đoạn mạ của Pokkali cho thấy các triệu chứng stress như quăn và già yếu của các lá già trong độ mặn cao hơn Mặc dù thực vật có thể hồi phục lại sau stress, cây con của các giống cây trồng khác cho thấy các triệu chứng stress nghiêm trọng ngay cả ở độ mặn thấp và cây chết ở độ mặn cao hơn Stress mặn gây ra sự tích tụ của proline trong mô sẹo và cây giống của tất cả các giống Proline tích lũy cao trong các giống nhạy cảm hơn trong Pokkali Những kết quả này cho thấy rằng tích lũy proline không liên quan trực tiếp đến khả năng chống chịu

mặn của lúa (Renuka et al., 1997) [204]

2.9 Cơ sở di truyền của tính chống chịu mặn

2.9.1 Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn

Chu kỳ sinh trưởng của cây lúa bị ảnh hưởng bởi mặn qua 2 giai đoạn chính: (1) Giai đoạn mạ của cây lúa: các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá khả năng chống chịu mặn là các tính trạng như: chiều cao chồi, trọng lượng khô của chồi và rễ (2) Giai đoạn trưởng thành của cây lúa: các tính trạng được đánh giá như chiều cao cây, năng suất lúa trong điều kiện xử lý mặn thể hiện

sự khác biệt có ý nghĩa giữa giống kháng và giống nhiễm Tất cả các tính trạng trên trong chu kỳ sinh trưởng của cây được khảo sát di truyền cho thấy chúng chủ yếu được điều khiển do hoạt động của nhóm gen cộng tính Hệ số di truyền tính chống chịu thông qua các tính trạng như vậy rất thấp (Akbar, 1986;

Mishra et al., 1990; Narayanan et al., 1990; Moeljopawiro và Ikehashi, 1993;

Teng, 1994) [41, 165, 176, 167, 246] Vậy di truyền tính chống chịu mặn của các tính trạng nông học là do nhóm gen cộng tính kiểm soát tức là do đa gen kiểm soát, năng suất lúa bị giảm là do ảnh hưởng của mặn Một giống lúa có

ưu thế hoạt động gen cộng tính đối với năng suất sẽ là điều kiện thuận lợi cho chọn lọc giống trong môi trường mặn

Để đánh giá khả năng chống chịu mặn của cây lúa, người ta sử dụng chỉ tiêu đánh giá về sinh lý cây lúa như tỉ lệ Na+/K+ để chọn giống chống chịu mặn Tuy nhiên, để hiểu rõ về cơ sở di truyền của tỉ lệ Na+/K+ trong cây lúa, một nghiên cứu về phân tích di truyền số lượng thông qua lai diallel 9x9 được thực hiện, tính trạng chống chịu mặn được xem xét qua tỉ lệ thấp của Na+/K+ ở trong chồi, tính trạng này được kiểm soát bởi hoạt động của cả hai nhóm gen cộng tính và không cộng tính Tính trạng Na+/K+ thấp còn thể hiện qua ảnh hưởng siêu trội và được kiểm soát bởi ít nhất hai nhóm gen trội Ảnh hưởng

của môi trường rất có ý nghĩa và hệ số di truyền thấp (19,18%) (Gregorio et

al., 1997) [89] Từ đó, các tác giả đề nghị quần thể con lai đang phân ly phải

thật lớn và việc tuyển chọn nên được thực hiện ở các thế hệ sau cùng, dưới điều kiện mặn được kiểm soát chặt chẽ, giảm thiểu thấp nhất ảnh hưởng biến động của môi trường Vì vậy, tỉ lệ Na+/K+ khó áp dụng trong công tác thanh lọc nhanh các giống/dòng lúa chống chịu mặn

Trong một nghiên cứu về di truyền tính chống chịu mặn bao gồm các bố

mẹ có tính trạng tương phản nhau: giống CSR10 và CSR11 được chọn làm bố (có tính trạng chống chịu mặn), giống Basmati 370 được chọn làm mẹ (không

có gen kháng mặn) (Mishra et al., 1998) [166] Thế hệ F1 được xử lý ở độ

mặn có EC = 10 dSm-1, điều kiện trồng trong chậu Thế hệ F2 được gieo trồng trong điều kiện bình thường trên đồng ruộng, chọn theo phương pháp trồng dồn (bulk) Thế hệ F3 được xử lý mặn ở giai đoạn mạ (EC = 10 dSm-1) Quần thể cây trồng của các cặp lai được chia thành nhóm tùy theo phản ứng chống chịu đối với mặn ở các cấp 1, 3, 5, 7, 9 Kết quả cho thấy F1 của tất cả các cặp lai đều nằm gần ở cấp giữa của phân bố hình chuông, cho thấy tính trội không hoàn toàn đối với phản ứng nhiễm cũng như phản ứng chống chịu Nhưng nếu cấp chống chịu của F1 là 5,8 (tổ hợp 1) và 4,6 (tổ hợp 2) cho thấy ảnh hưởng thay thế của cây bố (CSR10 hoặc CSR11) đối với cây mẹ gần như giống nhau Thí nghiệm này cho thấy tính trạng chống chịu mặn là một tính trạng di truyền

đa gen, không có ảnh hưởng của cây mẹ (Mishra et al., 1998) [166]

Nhận xét chung, qua các kết quả nghiên cứu về di truyền số lượng tính chống chịu mặn cho thấy, các tính trạng nông học như: chiều cao chồi, trọng lượng khô của chồi và rễ, chiều cao cây, năng suất lúa, khả năng chống chịu mặn của lúa là do đa gen kiểm soát Tỉ lệ Na+/K+ là do cả 2 nhóm gen cộng tính và không cộng tính kiểm soát nên việc dựa vào tỉ lệ này để thanh lọc nhanh các giống/dòng lúa chống chịu mặn là rất khó áp dụng

2.9.2 Một số ứng dụng sinh học phân tử trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn

Nguyễn Thị Lang và ctv., (2001) [18], dùng maker phân tử xác định gen

chống chịu mặn của cây lúa ở giai đoạn sinh dưỡng và sinh sản Giống lúa Đốc Phụng (Việt Nam) được xem là giống chịu mặn cao lai với giống cải tiến, giống nhiễm mặn IR28 ADN được trích từ lá của quần thể 257 cá thể F3, những cá thể có khả năng chịu mặn ở giai đoạn sinh dưỡng và sinh sản ở nước thường có độ dẫn điện 10 dSm-1 Tất cả những đoạn ADN trong nhân tế bào ở các cá thể F3 được kiểm tra bằng primer RM223 Kết quả chỉ ra chính xác sự

dò tìm cây trồng kháng ở giai đoạn sinh dưỡng và sinh sản với tỉ lệ mong đợi 82-92% Sự hữu ích của primer nằm ở locus kháng ở 6.3 cM

Nguyễn Thị Lang và ctv., (2001) [18], ứng dụng marker phân tử, RM315

cho gen chống chịu mặn trên bộ giống lúa cải tiến nhằm đánh giá bộ giống lúa cao sản cho gen chống chịu mặn xác định và ứng dụng marker phân tử cho gen kháng mặn, với vật liệu bao gồm 49 giống lúa cao sản giống chuẩn nhiễm

là IR28 và giống chuẩn kháng là pokkali Thời điểm xử lý mặn được thực hiện trên cây mạ 3 tuần tuổi, trong môi trường dinh dưỡng Yoshida, có thêm vào 50ml NaCl sao cho nồng độ đạt 0,5% và 1,0% mỗi một tuần Kết quả thí nghiệm cho thấy ở tất cả các giếng đều có dạng đơn hình, xuất hiện với hai băng có kích thước 163 bp tương ứng với IR28 và 120 bp tương ứng với Đốc

Đỏ cho gen chống chịu mặn (OM4089, OM2417, OM4190, OM4218)

Nguyễn Trung Tiền (2006) [19], nghiên cứu phân nhóm di truyền 40 giống lúa địa phương triển vọng chống chịu mặn qua thanh lọc mặn các giai đoạn bằng phương pháp SSR sử dụng 17 primer trên cơ sở kỹ thuật PCR cho thấy sự biểu hiện đa hình của: RM22, RM44, RM205, RM207, RM214, RM232, RM234, RM289, RM317, RM319, RM315, RM307, RM13, RM116, RM42, OSR2 và RM223 qua hình chụp sản phẩm điện di và được phân 3 nhóm: (i) nhóm thứ nhất: có 19 giống, là nhóm có tính chống chịu mặn khá, tương đương với giống chuẩn kháng Pokkali, nhóm này được chia làm 2 nhóm phụ ở hệ số tương đồng 0,84, như giống Thuận Yến, Cẩn Lùn 1, Cẩn Lùn 2… (ii) Nhóm thứ hai: có 18 giống, là nhóm có giống có tính chống chịu mặn cao, nhóm này cũng chia ra 2 nhóm phụ, trong đó nhóm phụ thứ nhất với 17 giống

có tính chống chịu mặn cao và cho năng suất tốt, trong đó có giống cải tiến MTL119; MTL145; Một Bụi… (iii) Nhóm thứ 3: có 3 giống, là nhóm hầu như

bị nhiễm mặn, tương đương với giống chuẩn nhiễm IR29

Lang et al (2011) [151], khi nghiên cứu về việc nâng cao và ổn định

năng suất của các khu vực bị nhiễm mặn bởi tổ hợp gen khả năng chống chịu các stress phi sinh học trên lúa đã có một số tổng kết các nghiên cứu như sau:

Năm 1999, khi nghiên cứu trên tổ hợp lai IR28/Đốc Phụng thì cho rằng RM223 liên kết với gen chống chịu mặn với khoảng cách di truyền là 6,3 cM trên NST số 8 vào giai đoạn tăng trưởng ở độ mặn EC = 10 dSm-1 Năm 2001, thì lại kết luận rằng RM223 định vị tại khoảng cách di truyền là 7,2 cM vào giai đoạn cây con với EC=18 dSm-1 từ BC2F2 của tổ hợp lai IR68552-55-3-2/OM1706 Đến năm 2011, khi nghiên cứu trên tổ hợp lai OM1490/AS996 thì

sử dụng marker RM315 để kiểm tra tính chống chịu mặn ở giai đoạn cây con với EC=18 dSm-1, khoảng cách di truyền giữa RM315 và gen chống chịu mặn

là 21.2, 1.9 và 0.0 cM trên NST số 1 và kết luận là NST số 1 và số 8 chứa gen chống chịu mặn của cây lúa

Trong những năm gần đây, tại IRRI có nhiều nghiên cứu về gen Saltol đối với các giống lúa chống chịu mặn Saltol là QTL chính qui định tính chống chịu mặn của các giống lúa có nguồn gốc từ giống Pokkali, Saltol được định vị

là nằm trên NST số 1 (Arzani, 2008) [48] Giống lúa FL478 là giống được chọn từ THL IR29/Pokkali, giống này chứa QTL saltol qui định tính kháng

mặn ở nồng độ 6‰ (Thomson et al., 2007) [252]

Nguyen Thi Lang et al (2010) [182], khi phân tích thế hệ F1, F2 và cha

mẹ của 2 tổ hợp lai OMCS2000/Pokkali và OM2395/Pokkali các tác giả đã chỉ

ra tất cả các con lai F1 đều biểu hiện tính kháng mặn ở nồng độ muối 6‰, tỉ lệ này với thế hệ F2 ở nồng độ muối tương tự là 3 kháng: 1 nhiễm Như vậy theo kết quả của các tác giả thì tính kháng mặn có từ giống Pokkali là tính kháng đơn gen, vậy gen Saltol qui định tính kháng mặn có từ giống Pokkali là một gen trội

Sử dụng AFLP marker trên 80 dòng tự phối của tổ hợp lai IR29/Pokkali

ở IRRI đã định vị được gen qui định tính chống chịu mặn của giống Pokkali nằm trên NST số 1, gọi là gen Saltol Sau này đã xác định được 02 marker vệ tinh là RM23 và RM9 định vị cho locus Saltol, khoảng cách của chúng với locus Saltol là 30 cM (1 cM = ~300 kbp)

Bản đồ locus Saltol gồm 30 SSR marker đa hình Trong đó RM8094 và RM3412 là 02 marker thường được sử dụng cho phương pháp Backcross

chuyển gen Saltol sang các giống lúa cải tiến (Thomson et al., 2010) [251]