Công nghệ sinh học Chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị phân tử cho vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Nội dung 1 ANLT An ninh lương thực 2 BĐKH Biến đổi khí hậu 3 CNSH Công nghệ sinh học 5 CTAB Cetyl trimethyl amonium bromide 6 EB Extraction buffe

LÊ XUÂN PHƯƠNG

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN BẰNG

PHƯƠNG PHÁP CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO VÙNG

VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LÊ XUÂN PHƯƠNG

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO VÙNG VEN BIỂN

ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học

Mã số: 60 42 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ HÙNG LĨNH

Thái Nguyên - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự

hướng dẫn của TS Lê Hùng Lĩnh, sự giúp đỡ của các cán bộ tại Bộ môn Sinh

học phân tử - Viện Di truyền nông nghiệp Các số liệu, kết quả trong luận văn

là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn

này

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 9 năm 2014

Tác giả luận văn

Lê Xuân Phương

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới

TS Lê Hùng Lĩnh - Trưởng Bộ môn sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông Nghiệp, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn chỉnh luận văn của mình

Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu, nhiệt tình của tập thể cán bộ thuộc:

1 Bộ môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp

2 Khoa Khoa học sự sống, Đại học Khoa học Thái Nguyên Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 9 năm 2014

Tác giả luận văn

Lê Xuân Phương

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Dự báo mức gia tăng trung bình toàn cầu của nhiệt độ không khí và

mực nước biển theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau 9

Bảng 2.1 Thông tin về các chỉ thị phân tử trên NST1 29

Bảng 2.2 Thành phần dinh dưỡng của môi trường Yoshida 35

Bảng 2.3 Đánh giá tiêu chuẩn cải tiến (SES) qua quan sát mức hại của mặn ở giai đoạn mạ (IRRI, 1997) 37

Bảng 3.1 Kết quả thanh lọc mặn sau 2 tuần của các giống 43

Bảng 3.2 478 44 Bảng 3.3 Kết quả thanh lọc mặn sau 2 tuần của các dòng 50

Bảng 3.4 2013 tại Giao Thủy, Nam Định 51

Bảng 3.5 Năng suất và các yếu tố cấu tăng năng suất của các dòng tham g 2013 53

Bảng 3.6. 2014 tại Giao Thủy, Nam Định 55

Bảng 3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất các dòng tham gia thí nghiệm tại Giao Thủy, Nam Định 2014 57

DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình trang Hình 1.1 Dự báo sự thay đổi của mực nước biển đến năm 2100 6

Hình 1.2 Diễn biến nhiệt độ ở quy mô toàn cầu và khu vực 6

Hình 1.3 Diễn biến của nhiệt độ (a) và lượng mưa (b) ở Việt Nam 11

trong 50 năm 11

Hình 1.4 Diễn biến của mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu 12

Hình 2.1 Vị trí các chỉ thị trên NST1 và Locus gen Saltol 28

Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp MABC ……… ………33

3.1 6 (P1) và FL478 (P2) 46

Hình 3.2. 1F1 47

Hình 3.3. 1F1 48

Hình 3.4. 1F2 49

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Nội dung

1 ANLT An ninh lương thực

2 BĐKH Biến đổi khí hậu

3 CNSH Công nghệ sinh học

5 CTAB Cetyl trimethyl amonium bromide

6 EB Extraction buffer

7 ENSO El Nino Southern Oscillation

8 FAO Tổ chức lương thực thế giới

9 IPCC Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên

hiệp quốc

10 IRRI The International Rice Research Institute - Viện Nghiên cứu lúa quốc tế

11 MABC Marker assisted backcrossing - Chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử

12 MAS Marker assisted selection - Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử

13 NST Nhiễm sắc thể

14 PCR Polymerase Chain Reaction - Phản ứng trùng hợp chuỗi

15 QTL/QTLs Quantitative Trait Loci(s) - Locus kiểm soát tính trạng số lượng

16 SSR Simple Sequence repeat - Sự lặp lại của trình tự đơn

giản

17 TBE Tris - Bric Acid - EDTA

18 TE Tris - EDTA

19 TGST Thời gian sinh trưởng

20 WB Ngân hàng thế giới

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cám ơn ii

Danh mục bảng iii

Danh mục hình iv

Danh mục các từ viết tắt v

Mục lục vi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Nội dung Nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa của đề tài 3

4.1 Ý nghĩa khoa học 3

4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4

5.1 Đối tượng nghiên cứu 4

5.2 Phạm vi nghiên cứu 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Tình hình của BĐKH trên Thế giới và Việt Nam 5

1.1.1 Tình hình của BĐKH trên Thế giới 5

1.1.2 Ảnh hưởng của BĐKH tại Việt Nam 10

1.2 Nghiên cứu di truyền và chọn giống lúa chịu mặn 13

1.2.1 Cơ sở di truyền tính chống chịu mặn ở cây lúa 13

1.2.3 Nghiên cứu lập bản đồ QTL/gen Saltol chịu mặn từ giống lúa Pokkali 18

1.2.4 Ứng dụng phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử trong tạo giống lúa chịu mặn 19

1.2.5 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn trong nước 23

Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.1 Vật liệu nghiên cứu 28

2.2 Địa điểm nghiên cứu 30

2.3 Nội dung nghiên cứu 30

2.4 Phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Phương pháp lai hữu tính giữa giống lúa cho và nhận gen 30

2.4.2 Phương pháp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) 32

2.4.3 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 34

2.4.4 Phương pháp thử độ mặn nhân tạo 34

2.4.5 Phương pháp tách chiết DNA và phân tích di truyền chỉ thị phân tử 37

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Kết quả đánh giá xác định vật liệu bố mẹ trong nghiên cứu chọi tạo giống lúa chịu mặn 43

3.1.1 Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của các giống lúa trong điều kiện nhân tạo 43

3.1.2 Kết quả ịnh vật liệu bố mẹ 44

3.2 Kết quả chọn tạo dòng lúa chịu mặn từ tổ hợp lai TL6/FL478 45

3.2.1 Kết quả kiể ữa FL478 và TL6 45 ử dụng chỉ thị phân tử xác định các cá thể mang locus gen 3.2.3 Sử dụng chỉ thị phân tử xác định các cá thể mang locus gen chịu mặn trong quần thể BC1F2 48

3.3 Đánh giá vật liệu sử dụng trong nghiên cứu và chọn tạo giống lúa chịu mặn 49

3.3.1 Đánh giá tính chịu mặn của các dòng lúa chọn tạo trong điều kiện nhân tạo 49

3.3.2 Đánh giá các đặc tính nông sinh học, yếu tố cấu thành năng suất và khả năng chịu mặn của các dòng được tạo ra mang QTL/Saltol trong vụ mùa 2013 51

3.3.3 Đánh giá các đặc tính nông sinh học, yếu tố cấu thành năng suất và khả năng chịu mặn của các dòng được tạo ra mang QTL/Saltol trong vụ xuân 2014 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

1 Kết luận 59

2 Kiến nghị 59

Tài liệu tham khảo 60

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu (BĐKH) là một trong những thách thức lớn nhất đối

với nhân loại trong thế kỷ 21 BĐKH dẫn đến nhiều thay đổi bất thường của

thời tiết, tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường BĐKH

còn làm tăng tính biến động và tính cực đoan của các hiện tượng thời tiết

nguy hiểm như bão, tố, lốc, các thiên tai thời tiết khô nóng, lũ, ngập úng, hay

hạn hán, rét hại, xâm nhập mặn, sâu bệnh, làm ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất

nông nghiệp Hậu quả của BĐKH đối với Việt Nam là nghiêm trọng và là

một nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xoá đói giảm nghèo, cho việc thực hiện

các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của đất nước

Cây lúa là cây trồng quan trọng nhất ở Việt Nam, đồng thời cũng là

nguồn thức ăn quan trọng nhất cho một nửa dân số thế giới Việt Nam là

nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan Lúa gạo là

nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu Việt Nam và

cũng là nguồn thức ăn chính của 86 triệu dân số trong nước Đồng bằng Sông

Hồng và đồng bằng sông Cửu Long có sản lượng gạo lần lượt là 17% và 50%

[5] Đáp ứng sản lượng lúa ở Việt Nam là rất cần thiết cho ứng phó với điều

kiện biến đổi khí hậu Do vậy, chọn tạo giống lúa năng suất cao chống chịu

mặn là hết sức cần thiết và có ý nghĩa cho an toàn lương thực và tăng thu

nhập của nông dân tại vùng chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Chọn giống bằng chỉ thị phân tử (Marker assisted selection - MAS) là

phương pháp thiết thực, hiệu quả trong việc chuyển locus gen quy định tính

trạng di truyền số lượng (Quantitative Trait Loci - QTL) hay gen đích vào

giống mới Phương pháp MAS cho phép rút ngắn quá trình chọn lọc, chọn lọc

được những tính trạng khó và đắt tiền hay nhiều gen cùng một lúc Chọn

giống bằng MAS sẽ giảm được giá thành và thời gian Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là kỹ thuật hiệu quả cho phép chọn lọc trực tiếp hệ gen của từng cá thể trong quần thể Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử có thể sử dụng chỉ thị để kiểm tra di truyền của dòng bố mẹ và các cá thể con lai Từ đó có thể kiểm soát được các alen đặc biệt trong các cá thể của quần thể

Bằng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (Marker assisted backcrossing - MABC), các nhà chọn giống các nước pháp triển trên thế giới đã thành công mang lại kết quả trong việc tạo ra các giống lúa vừa có năng suất cao, vừa có khả năng chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất lợi như ngập chìm, mặn và chống chịu sâu bệnh Những giống lúa này có thể giúp cho các vùng bờ biển giảm bớt thiệt hại do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu [21], [22] Từ những vấn đề nêu trên, việc ứng dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa có năng suất cao, có khả năng chống chịu mặn là một vấn đề cấp thiết Vì vậy chúng tôi xây dựng đề tài:

“Chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị phân tử cho vùng

ven biển Đồng bằng sông Hồng”

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử chọn tạo giống lúa chịu mặn đáp ứng nhu cầu giống lúa cho vùng ven biển Đồng bằng Sông Hồng ứng phó với tác động biến đổi khí hậu

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đánh giá vật liệu bố mẹ trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn

- Ứng dụng chỉ thị phân tử xác định cá thể mang locus gen Saltol

- Đánh giá và trồng thử nghiệm các dòng chịu mặn được chọn tạo bằng

phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Xác định các dòng chịu mặn

triển vọng phục vụ công tác phát triển giống lúa chịu mặn cho sản xuất

4 Ý nghĩa của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử để chọn tạo giống

lúa chịu mặn giúp chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen chịu mặn ở các thế

hệ chọn tạo giống, nhờ vậy có thể rút ngắn thời gian chọn lọc trên đồng

ruộng, giảm số lượng cá thể gieo trồng hàng vụ, giảm diện tích gieo trồng,

giảm lao động nặng nhọc, giảm chi phí cho những thí nghiệm đồng ruộng

góp phần tăng đầu tư cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm một cách chuẩn

mực

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Những thành công bước đầu trong việc ứng dụng chỉ thị phân tử để chọn

lọc các cá thể lai sẽ mở ra hướng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo

giống nói chung, không chỉ với đặc tính chịu mặn mà còn đối với nhiều đặc

tính nông sinh học quý khác

- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ chọn tạo ra một số dòng/giống lúa chịu

mặn cho các vùng ven biển Đồng bằng Sông Hồng nơi chịu ảnh hưởng nặng

nề của biến đối khí hậu

- Bổ sung thêm cơ sở lý luận trong công tác chọn tạo giống lúa bằng chỉ

thị phân tử nhưng vẫn kế thừa các phương pháp chọn giống truyền thống

5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 5.1 Đối tƣợng nghiên cứu

- Giống lúa FL478 là thuần mang QTL/Saltol (gen chịu mặn) được nhập

từ Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (The International Rice Research Institute - IRRI)

- Giống TL6 Là giống lúa chịu thâm canh khá, chống chịu tốt với một số sâu bệnh hại chính như: bệnh Đạo ôn, khô vằn và bạc lá Phẩm chất gạo ngon, thơm, cơm mềm, nhưng không dính Gieo cấy được 2 vụ trong năm, có tiềm năng cho năng suất cao

- Các chỉ thị phân tử có liên quan được sử dụng trong nghiên cứu

5.2 Phạm vi nghiên cứu

Thí nghiệm được triển khai tại: Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội); Huyện Giao Thuỷ, Nam Định

Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2012 đến năm 2014

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình của BĐKH trên Thế giới và Việt Nam

1.1.1 Tình hình của BĐKH trên Thế giới

Biến đổi khí hậu là do các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con

người gây ra, nó làm thay đổi các thành phần trong khí quyển toàn cầu

BĐKH đã và đang gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến cuộc sống của con

người trên mọi lĩnh vực, cả về môi trường và kinh tế-xã hội Trong 150 năm

qua, nhiệt độ bình quân bề mặt trái đất giai đoạn 1900-2005 tăng khoảng 0,80

C; nhiệt độ đại dương tăng 0,50 C nhiệt độ bình quân bề mặt toàn cầu đã tăng

0,760C [20] Sự nóng lên toàn cầu đã gây nên khí hậu thay đổi nhiều hơn, như

những biến đổi của mưa và gia tăng tần suất, cường độ và tính biến động và

tính cực đoan của các hiện tượng thời tiết nguy hiểm như bão, lốc, các thiên

tai liên quan đến nhiệt độ và mưa như thời tiết khô nóng, lũ, ngập lụt, hạn

hán, rét hại, xâm nhập mặn, dịch bệnh và dẫn đến mực nước biển bình quân

toàn cầu dâng cao

Theo các nhà khoa học về BĐKH toàn cầu và nước biển dâng cho thấy,

đại dương đã nóng lên đáng kể từ cuối thập kỷ 1950 Các nghiên cứu từ số

liệu quan trắc trên toàn cầu cho thấy, mực nước biển trung bình toàn cầu

trong thời kỳ 1961-2003 đã dâng với tốc độ 0,5 - 1,8mm/năm [20] Dự báo sự

thay đổi của mực nước biển và diễn biến nhiệt độ ở quy mô toàn cầu đến năm

2100 thể hiện ở hình 1.1 và hình 1.2

Hình 1.1 Dự báo sự thay đổi của mực nước biển đến năm 2100

(Nguồn: IPCC, 2007) [20]

Hình 1.2 Diễn biến nhiệt độ ở quy mô toàn cầu và khu vực

(Nguồn: IPCC AR4 WG-I Report, 2007) [20]

Các từ viết tắt:

- CCSR/NIES: Trung tâm nghiên cứu hệ thống khí hậu và Viện nghiên

cứu môi trường Quốc gia; Sử dụng mô hình CCSR/NIES AGCM + CCSR

OGCM Models 1890-2100

- CCCma: Trung tâm phân tích và xây dựng mô hình khí hậu Canada

Sử dụng mô hình CGCm2 Model 1900-2100

- CSIRO: Tổ chức nghiên cứu công nghiệp và khoa học về sức khỏe Sử

dụng mô hình CSIRO-Mk2 model 1961-2100

- Hadley Centre: Trung tâm nghiên cứu và dự báo khí hậu Hadley Sử

dụng mô hình HADCM3 model 1950-2099

- GFDL: Phòng nghiên cứu biến động các chất lỏng theo địa vật lý Sử

dụng mô hình R30 Model 1961-2100

- MPI-M: Viện khí tượng Max Planck Sử dụng mô hình

ECHAM4/OPYC coupled model 1990-2100

- NCAR PCM: Trung tâm nghiên cứu khí quyển Quốc gia Mỹ Sử dụng

mô hình PCM model 1980-2099

- NCAR CSM: Trung tâm cứu khí quyển Quốc gia Mỹ Sử dụng mô

hình CSM Model 2000-2099

Tuy nhiên, mực nước biển thay đổi không đồng đều trên toàn bộ đại

dương thế giới: Một số vùng tốc độ dâng có thể gấp một vài lần tốc độ dâng

trung bình toàn cầu trong khi mực nước biển ở một số vùng khác lại có thể hạ

thấp Xu thế tăng của mực nước trung bình xuất hiện hầu hết tại các trạm

quan trắc trên toàn cầu, mặc dù, vẫn xuất hiện một số khu vực có xu hướng

giảm như ở bờ biển phía Đông của Nam Mỹ và khu vực ven biển phía Nam

Alaska và Đông Bắc Canada, vùng biển Scandinavia Theo một số báo cáo

của các nhà khoa học, trong thập kỷ vừa qua, mực nước biển dâng nhanh nhất

ở vùng phía Tây Thái Bình Dương và phía Đông Ấn Độ Dương [20] BĐKH đã ảnh hưởng trực tiếp đến ngành nông nghiệp, đây là ngành cung cấp lương thực chính cho con người đang phải đứng trước thách thức vô cùng to lớn, những khu vực tập trung trồng lúa nhiều nhất trên thế giới lại có nguy cơ bị xâm nhiễm mặn khi mực nước biển dâng cao Do đó, cần phải có các giống lúa có khả năng chịu được ngập và độ mặn cao

Bên cạnh đó, theo báo cáo của FAO (2010), trên 800 triệu ha đất trên toàn thế giới bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi muối và khoảng 20% diện tích tưới (khoảng 45 triệu ha) được ước tính bị vấn đề xâm nhiễm mặn theo mức

độ khác nhau Mặt khác, tài liệu “Tác động của mực nước biển dâng cao đến các nước đang phát triển: Phân tích so sánh” của Ngân hàng Thế giới (WB)

thực hiện tháng 2/2007 đã đánh giá các tác động của mực nước biển dâng cao đối với tất cả các nước đang phát triển bằng cách sử dụng bộ chỉ số đồng nhất các chỉ thị và với các kịch bản khác nhau về mực nước biển dâng cao WB đã chia 84 nước đang phát triển ở ven biển thành 5 nhóm theo 5 văn phòng khu vực của WB gồm: Mỹ Latin và Caribê (25 nước); Trung Đông và Bắc Phi (13 nước); Châu Phi cận Xahara (29 nước); Đông Á (13 nước); và Nam Á (4 nước) Các kết quả nghiên cứu cho thấy 0,31% (194.309 km2) vùng lãnh thổ của 84 nước đang phát triển bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng cao 1m

Tỷ lệ bị ngập có thể tăng lên 1,2% theo kịch bản nước biển dâng cao 5m Cho

dù tỷ lệ này nhỏ song sẽ có khoảng 56 triệu người (hay 1,28% dân số) ở 84 nước đang phát triển bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng cao 1m Với kịch bản nước biển dâng cao 1m, Bahamas (khu vực Mỹ latinh và Caribê) là nước

bị ảnh hưởng nặng nhất xét về diện tích bị ảnh hưởng (12% tổng diện tích) Việt Nam đứng đầu danh sách 10 nước bị ảnh hưởng về dân số, khu vực đô

thị và đất ngập nước (khoảng 10%) Nông nghiệp của Ai Cập bị ảnh hưởng

nhiều nhất, gần 13% 28% diện tích đất ngập nước của Việt Nam, Jamaica và

Belize có thể bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng cao 1m Xét về tất cả các

chỉ thị, theo Báo cáo của WB, Việt Nam nằm trong danh sách 5 nước bị ảnh

hưởng nhiều nhất cùng với Ai Cập, Suriname và Bahamas [14]

Dự báo mức gia tăng trung bình toàn cầu của nhiệt độ không khí và

mực nước biển theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau được thể hiện ở

bảng 1.1

Bảng 1.1 Dự báo mức gia tăng trung bình toàn cầu của nhiệt độ không

khí và mực nước biển theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau

(Nguồn: IPCC 2007) [20]

Trường hợp

Biến đổi của nhiệt độ ( 0 C) (Giai đoạn 2090 – 2099 so với giai đoạn 1980-1999) a

Mức dâng cao của mục nước biển(m) (Giai đoạn 2090 –

2099 so với giai đoạn 1980 – 1999)

Đánh giá tốt nhất Phạm vi có thể

xảy ra

Phạm vi mô hình cơ

sở ngoai trừ sự biến đổi động lực của dòng chảy băng trong tương lai Hàm lượng KNK không đổi ở

và số lớn mô hình hoàn lưu toàn cầu khí quyển – đại dương (AOGCMs)

- b: Hàm lượng khí nhà kính (KNK) cố định năm 2000 được lấy từ AOGCMs

1.1.2 Ảnh hưởng của BĐKH tại Việt Nam

Cũng như các nước khác trên thế giới, khí hậu đã, đang và sẽ biến đổi trên lãnh thổ Việt Nam Kết quả phân tích các số liệu khí hậu cho thấy những

biến đổi chủ yếu của các yếu tố khí hậu và mực nước biển như sau:

- Nhiệt độ: Trong 50 năm qua (1958 - 2007), nhiệt độ trung bình năm ở

Việt Nam tăng lên khoảng từ 0,50C đến 0,70C Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa hè và nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc tăng nhanh hơn

ở các vùng khí hậu phía Nam (hình1.3a) Nhiệt độ trung bình năm của 4 thập

kỷ gần đây (1961 - 2000) cao hơn trung bình năm của 3 thập kỷ trước đó (1931 - 1960) Nhiệt độ trung bình năm của thập kỷ 1991 - 2000 ở Hà Nội,

Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931 -

1940 lần lượt là 0,8; 0,4 và 0,60C Năm 2007, nhiệt độ trung bình năm ở cả 3 nơi trên đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931 - 1940 là 0,8 - 1,30

C và cao hơn thập kỷ 1991 - 2000 là 0,4 - 0,50

C

Hình 1.3 Diễn biến của nhiệt độ (a) và lượng mưa (b) ở Việt Nam

trong 50 năm

- Lượng mưa: Trên từng địa điểm, xu thế biến đổi của lượng mưa trung

bình năm trong 9 thập kỷ vừa qua (1911 - 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ

và trên các vùng khác nhau: có giai đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm

xuống Lượng mưa năm giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng ở các

vùng khí hậu phía Nam (hình 1.3b) Tính trung bình trong cả nước, lượng

mưa năm trong 50 năm qua (1958 - 2007) đã giảm khoảng 2%

- Tần suất và cường độ El Nino tăng lên rõ rệt trong những thập niên

gần đây Trong 5 thập niên gần đây, tác động của hiện tượng ENSO ngày

càng mạnh mẽ đối với chế độ thời tiết và khí hậu trên nhiều khu vực ở Việt

Nam Biến đổi của ENSO và tác động của nó đến sự biến đổi của gió mừa sẽ

ảnh hưởng mạnh hơn đối với sự biến đổi của mưa Hiện tượng ENSO cũng

ảnh hưởng đến sự thay đổi sự xuất hiện, cường độ và các đặc trưng của xoáy

thuận nhiệt đới và sự biến đổi của nó giữa các năm

- Mực nước biển: Số liệu quan trắc tại các trạm hải văn dọc ven biển

Việt Nam cho thấy tốc độ dâng lên của mực nước biển trung bình ở Việt Nam hiện nay là khoảng 3mm/năm (giai đoạn 1993 - 2008), tương đương với tốc

độ tăng trung bình trên thế giới Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu dâng lên khoảng 20cm (hình 1.4)

Hình 1.4 Diễn biến của mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu [20]

Mực nước biển dâng cao dẫn đến mặn xâm nhập sâu vào hệ thống sông ngòi, kênh rạch và tầng chứa nước ngầm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng – Thái Bình, Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng ven biển miền Trung, làm cho nước nhạt (nước ngọt) bị nhiễm mặn và do đó làm giảm lượng nước nhạt có thể khai thác, sử dụng Theo kết quả các kịch bản biến đổi khí hậu đã được đưa ra, nếu mực nước biển có thể dâng cao 0,75 – 1 m

so với thời kỳ 1980 – 1999, thì khoảng 20 – 38% diện tích Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng bị ngập, là hai vùng sản xuất lúa chính

của Việt Nam và do đó ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất lương thực để

cung cấp cho hơn 86 triệu dân Việt Nam và gần 100 triệu dân trên thế giới

Việt Nam có bờ biển dài khoảng 3260 km, hơn một triệu km2

lãnh hải và trên 3000 hòn đảo gần bờ và hai quần đảo xa bờ là Hoàng Sa và Trường Sa,

nhiều vùng đất thấp ven biển Nước biển dâng cùng với nước dâng do bão,

sóng lớn, triều cường ảnh hưởng lớn đến hạ tầng cơ sở (hệ thống đê biển,

bờ bao, giao thông, du lịch, công trình dân sinh và quốc phòng…) vùng ven

bờ biển và những vùng đất thấp nằm dọc theo bờ biển Nước biển dâng

cũng sẽ tác động đến các đầm phá, vũng vinh, đảo nhỏ, các cồn cát và bãi

tắm, các bãi phù sa, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản

Ở Việt Nam là một trong 5 nước trên thế giới được đánh giá là sẽ chịu

ảnh hưởng nghiêm trọng của BĐKH và nước biển dâng Trong đó, đồng bằng

châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long là hai vùng chịu tác động BĐKH và

nước biển dâng nhiều nhất Đây là hai vùng sản xuất nông nghiệp chính của

Việt Nam nhưng địa hình thấp, phần lớn chỉ cao hơn 1 m so với mực nước

biển, thậm chí có nơi thấp dưới mực nước biển Theo kết quả các kịch bản

biến đổi khí hậu đã được đưa ra, nếu mực nước biển có thể dâng cao 0,75

đến1m so với thời kỳ 1980 – 1999, thì khoảng 20 – 38% diện tích Đồng bằng

sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng bị ngập và do đó ảnh hưởng nghiêm

trọng đến sản xuất lương thực để cung cấp cho hơn 86 triệu dân Việt Nam và

gần 100 triệu dân trên thế giới

1.2 Nghiên cứu di truyền và chọn giống lúa chịu mặn

1.2.1 Cơ sở di truyền tính chống chịu mặn ở cây lúa

Lúa (Oryza sativa L.) là cây rất nhậy cảm với những yếu tố gây stress

phi sinh học như mặn, khô hạn, nhiệt độ Đất mặn là yếu tố chính làm giảm

năng suất, sản lượng của lúa Người ta tập trung sự chú ý vào đối tượng mặn

đây là dạng gây stress quan trọng đối với sản xuất lúa, và đặt ra mục tiêu hướng tới để cải tiến giống lúa trên qui mô toàn cầu Xác định gen chống chịu mặn là trọng tâm quan trọng trong chọn giống lúa, nó có những khó khăn nhất định mà nhà chọn giống phải đối mặt như: Nguồn gen kháng khan hiếm, tính trạng chống chịu mặn là tính trạng di truyền số lượng (Quantitative trait loci), cơ chế chống chịu mặn phức tạp, và rất khó để đánh giá chính xác những tính trạng sinh lý liên quan đến khả năng chịu mặn Có một số phương pháp chọn giống chống chịu mặn được các nhà chọn giống thường xuyên áp dụng như, cải tạo các giống lúa địa phương có khả năng chống chịu mặn bằng cách gây đột biến hay lai tạo rồi chọn lọc theo phương pháp truyền thống Sử dụng công nghệ sinh học bằng cách tạo mô sẹo (callus) từ phôi hay nuôi cấy bao phấn, sàng lọc và tái sinh cây trong môi trường bổ xung hàm lượng NaCl với nồng độ khác nhau, hay chuyển gen chịu mặn vào giống có tiềm năng năng suất nhưng mẫn cảm với mặn Biện pháp chọn tạo giống lúa chống chịu mặn nhờ chỉ thị phân tử (MAS) tỏ ra là phương pháp hiệu quả, chính xác đã được các nhà chọn giống sự dụng trong những năm gần đây trên thế giới Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh yếu tố di truyền tính chống chịu mặn biến động khác nhau giữa các giống lúa Vì vậy, muốn chọn giống lúa chống chịu mặn có hiệu quả, cần nghiên cứu sâu về cơ chế di truyền tính chống chịu mặn, từ đó loại bỏ ở ngay từ những thế hệ đầu, những dòng không đáp ứng được yêu cầu của người chọn giống Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn cho thấy, cả hai ảnh hưởng hoạt động của gen cộng tính

và gen không cộng tính đều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn [19], [25]

Bằng những thí nghiệm đánh giá tính chống chịu mặn tại giai đoạn mạ của cây lúa trong dung dịch dinh dưỡng Yoshida có độ mặn tương đối cao

(EC = 12 dSm-1) trong môi trường kiểm soát được các yếu tố ngoại cảnh;

người ta thấy, tính trạng chiều dài chồi, hàm lượng Na và K ở trong chồi,

khối lượng khô của chồi và rễ thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa

giống chống chịu và giống nhiễm, tính trạng này 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 này rất thấp [38] Trong giai đoạn trưởng thành của cây lúa tính

trạng chiều cao cây, năng suất trong điều kiện mặn được điều khiển bởi

những gen cộng tính [28]

Do ảnh hưởng lớn của môi trường bên ngoài, sự thể hiện di truyền là

rất thấp trong các tính trạng Phương pháp chọn giống chống chịu mặn có thể

dùng phương pháp trồng dồn có cải tiến hoặc có thể dùng phương pháp chọn

lọc cá thể (single seed descent) sẽ là thích hợp trong chọn giống chịu mặn

Bằng phương pháp lai diallel đầy đủ, Gregorio và Senadhina (1993) cho rằng,

có thể tìm ra một số cặp lai tốt phục vụ cho chương trình ưu thế lai Nghiên

cứu về di truyền số lượng tính chống chịu mặn thông qua lai diallel 6 x 6,

năng suất thể hiện hoạt động của nhóm gen cộng tính không có ý nghĩa trong

điều kiện bình thường, nhưng trở nên có ý nghĩa trong điều kiện xử lý mặn

Năng suất lúa bị giảm là do ảnh hưởng của mặn Trong một số giống lúa, ưu

thế hoạt động của gen cộng tính đối với năng suất là điều kiện thuận lợi cho

chọn lọc giống trong môi trường mặn [19]

Nghiên cứu về các thông số di truyền Mishra và cs, (1996) cho rằng,

chiều dài bông và khối lượng 1000 hạt chịu tác động rất ít bởi các yếu tố môi

trường, nếu như chọn giống chống chịu mặn dựa vào hai tính trạng này là

không có hiệu quả Khối lượng bông, số hạt chắc trên bông, chiều cao cây có

hệ số path rất cao trong môi trường mặn Chính ba tính trạng này đóng góp

phần lớn trong việc tăng năng suất lúa trong môi trường mặn, nhất là khối

lượng bông và số hạt chắc trên bông [29] Narayanan và cs., (1990) cho rằng,

số hạt chắc trên bông, chiều dài bông là tính trạng chính đóng góp vào năng suất của các giống lúa trong những vùng đất bị nhiễm mặn[32]

1.2.2 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn

Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền và phục vụ cho công tác chọn giống cây trồng đang được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới triển khai rộng rãi Nhiều bản đồ phân tử cùng vị trí các gen kiểm soát các tính trạng khác nhau đã được xác định và ứng dụng trong chọn giống Đi tiên phong trong lĩnh vực này là các nhà khoa học ở Trường Đại học tổng hợp Cornel (Mỹ), đã thiết lập lên bản đồ di truyền phân tử đầu tiên ở lúa Đến nay, hàng chục nghìn chỉ thị phân tử SSR (vi vệ tinh) ở lúa đã được xác định, trong đó có nhiều chỉ thị liên kết với gen có ý nghĩa kinh tế quan trọng Với việc sử dụng chỉ thị phân tử trong phân tích di truyền, hàng nghìn QTLs đã được phát hiện cho các tính trạng khác nhau ở cây lúa như chịu hạn, chịu mặn, chịu độc nhôm, chịu thiếu phốt-pho, bất dục đực nhân nhậy cảm quang chu kỳ, bất dục đực nhân nhậy cảm nhiệt độ, gen tương hợp rộng Phân tích, lập bản đồ di truyền phân tử đã được thiết lập rất phổ biến bằng việc sử dụng quần thể phân ly F2 hay dòng cập phối (RIL) từ tổ hợp lai xa về di truyền như

giữa hai loài phụ Indica và Japonica, thế hệ tái tổ hợp thu được nhiều đa hình

hơn là trong cùng loài phụ Như vậy đối với tính chịu mặn, việc phân tích các tính trạng phức tạp liên quan đến tính chịu mặn có nghĩa là việc hiểu rõ bản

đồ gen QTLs sẽ cung cấp thông tin hữu ích cho việc làm tăng tính chịu mặn cho lúa Các phân tích QTL về tính chịu mặn của lúa đã được tiến hành bằng các chỉ thị phân tử trong nhiều nhóm nghiên cứu Nhiều bản đồ di truyền phân tử đã được thiết kế với việc sử dụng quần thể F2 hoặc tái tổ hợp [31], [40], [41], [42], hoặc quần thể cây đơn bội kép [27], [43]

Năm 2000, Prasad và cs đã xác định được bẩy QTL cho tính trạng cây mạ

liên quan với khả năng chống chịu mặn trên các nhiễm sắc thể khác nhau

Zhang và cs (1995) đã phát hiện QTLs cho trọng lượng 1000 hạt trên nhiễm

sắc thể số 7 bằng cách sử dụng quần thể F2 dưới điều kiện có NaCl Năm

2000, Prasad và cs đã xác định được QTLs cho các tính trạng của cây giống

như sự nảy mầm của hạt, chiều dài rễ, trọng lượng khô và sức sống của cây

con dưới tác động của muối (salt stress) bằng cách sử dụng một quần thể đơn

bội kép xuất phát từ lai giữa các giống Indica và Japonica Năm 2001,

Koyama và cs đã phát hiện ra QTLs cho việc thu nhận Na+

,K+ và tỷ lệ Na+

:

K+ trong chồi non Tương tự như vậy Lin và cs (2004) đã công bố một số

QTLs cho các tính trạng lý sinh như thu nhận Na+,K+ và tỷ lệ Na+ : K+ trong

rễ và chồi bằng cách sử dụng quần thể F2, F3 bắt nguồn từ việc lai chéo giữa

hai giống Koshihikari và Nona Bokra Những nghiên cứu trước đây về tính

chịu mặn của lúa cũng đã được thực hiện bằng cách sử dụng các quần thể F2,

RILs hoặc DH Prasad và cs, (2000) đã lập bản đồ một số QTL liên kết khả

năng chịu mặn ở giai đoạn mạ trên các nhiễm sắc thể khác nhau Sử dụng

quần thể F2 từ giống lúa Japonica chịu mặn và giống lúa thường nhiễm mặn

liên kết với khả năng chịu mặn trên nhiễm sắc thể số 1[24], [26], [34], [35],

hoặc chất truyền vận Na+-K+ và giữ một vai trò quan trọng

trong điều hoà sự ổn định Na+

Gegorio và cs (2002) đã xác định QTL chính, tên là Saltol trên nhiễm sắc

thể số 1 tại vị trí giữa hai SSR marker RM23 và RM140 từ quần thể lai giữa

giống chịu mặn điển hình Pokkali và giống IR29 QTL Saltol có độ dài

Giống Pokkali là giống mang alleles trội với khả năng chịu mặn [18]

Mohammadi – Nejad và cs., (2008) đã lập bản đồ chi tiết cho QTL chịu

mặn Saltol bằng những chỉ thị phân tử vệ tinh SSR trên nhiễm sắc thể số 1 6

marker là: RM10745, RM1287, RM8094, RM3412, RM493 và RM140 liên kết chặt với đoạn Saltol ở vị trí 10.8 đến 12.28 Mb Xác định lập bản đồ QTL

Saltol chịu mặn đã được một số nhà khoa học Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI nghiên cứu và khẳng định lại khả năng chịu mặn của Saltol

Michael J Thomson và cs (2010) đã sử dụng 140 dòng tái tổ hợp (RILs)

từ tổ hợp lai giữa IR29/Pokkali xác định lại Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 và

xác định thêm một số QTL chịu mặn khác Kết quả đã xác định được 2 QTL chịu mặn, một trên nhiễm sắc thể số 4 và một trên nhiễm sắc thể số 9 QTL

QTL saltol cũng được tác giả xác định liên kết với những chỉ thị phân tử SSR

trên nhiễm sắc thể 1 [39]

1.2.4 Ứng dụng phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử

trong tạo giống lúa chịu mặn

Từ lâu, các nhà chọn giống đã quan tâm đến các chỉ thị hình thái liên kết

với một số tính trạng nông học quan trọng và sử dụng chúng như một phương

tiện hữu ích trong quy trình chọn tạo giống mới Ở đây, thay vì phải đánh giá

kiểu hình của cả một quần thể nhằm phát hiện những cá thể chứa gen mong

muốn, người ta chỉ cần đi tìm những cá thể riêng biệt mang các chỉ thị hình

thái liên kết với các gen đó Tuy nhiên các chỉ thị hình thái vốn có số lượng

không nhiều, còn những chỉ thị “may mắn” (liên kết với gen quan tâm) lại

càng hiếm gặp, vì thế giá trị thực tiễn của chỉ thị hình thái trong chọn giống

gặp nhiều hạn chế Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chỉ thị phân tử,

các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm mạnh mẽ hơn tới vấn đề “chọn giống

nhờ chỉ thị phân tử” (Marker-assisted selection = MAS) với ý đồ sử dụng các

chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới

So với chỉ thị hình thái, chỉ thị phân tử có những ưu thế sau:

a Kiểu gen của các lôcút chỉ thị phân tử có thể được xác định tại bất

kỳ giai đoạn nào và ở bất cứ mức độ nào: Tế bào, mô hay toàn bộ cơ thể,

trong khi kiểu hình của phần lớn các chỉ thị hình thái chỉ có thể phân biệt

được trong những giai đoạn nhất định và thường ở mức độ toàn bộ cơ thể

b Số lượng các chỉ thị phân tử là cực kỳ lớn, trong khi số lượng các

chỉ thị hình thái rất hạn chế

c Các alen khác nhau của chỉ thị phân tử thường không liên kết với các

hiệu ứng có hại, trong khi việc đánh giá các chỉ thị hình thái thường hay đi

kèm với những hiệu ứng kiểu hình không mong muốn

d Các alen của các chỉ thị phân tử phần lớn là đồng trội, vì thế cho

phép phân biệt mọi kiểu gen ở bất kỳ thế hệ phân ly nào, còn các alen của các chỉ thị hình thái thường tương tác theo kiểu trội-lặn, do đó bị hạn chế sử dụng trong nhiều tổ hợp lai

e Đối với chỉ thị hình thái, các hiệu ứng lấn át thường làm sai lệch việc đánh giá các cá thể phân ly ở trong cùng một quần thể phân ly, còn đối với chỉ thị phân tử, hiệu ứng lấn át hoặc cộng tính rất hiếm gặp

Ngày nay, phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là một phương tiện hữu hiệu trợ giúp đắc lực cho chọn giống truyền thống nhằm khắc phục những trở ngại mà công tác chọn giống truyền thống rất khó giải quyết Sự phát triển của công nghệ chỉ thị phân tử đã giải phóng các nhà chọn giống khỏi một lượng lớn công việc khi phải chọn lọc, phát hiện một lượng ít ỏi những cá thể quan tâm trong số vô vàn các cá thể khác nhờ việc xác định sự

có mặt hay vắng mặt của những chỉ thị phân tử liên kết với những alen đặc hiệu mà không cần đánh giá kiểu hình Phương pháp này còn có thể giúp ta chọn lọc những cá thể mang những tổ hợp gen cần thiết và loại bỏ các nhiễu

do các tương tác trong cùng alen hay giữa các alen gây ra - những tương tác này thường không thể phát hiện được bằng các phân tích kiểu hình Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong trường hợp cần đưa gen lặn hoặc thậm chí đưa cùng lúc nhiều gen khác nhau vào một genôm đích

Như vậy, chỉ thị phân tử làm tăng thêm hiệu quả sàng lọc trong các chương trình chọn giống với các ưu điểm sau:

- Khả năng chọn lọc ngay từ giai đoạn cây con đang nẩy mầm trong khi nhiều dấu hiệu chỉ có thể sàng lọc khi chúng được biểu hiện ở những giai đoạn muộn hơn trong quá trình sống nếu chỉ sử dụng phương pháp chọn giống cổ điển (ví dụ: chất lượng quả và hạt, tính bất dục đực, khả năng phản ứng chu kỳ quang)

- Khả năng sàng lọc những dấu hiệu mà việc đánh giá các đặc tính này

khó khăn, đắt tiền, tốn thời gian (ví dụ như hình thái rễ, tính kháng nhiễm đối

với các dịch hại hoặc đối với những nòi, những bệnh đặc hiệu, hay tính kháng

những điều kiện gây sốc sinh học như hạn, mặn, thiếu muối, các chất độc)

- Khả năng phân biệt trạng thái đồng hợp tử hay dị hợp tử của nhiều

lôcut trong cùng một thế hệ mà không cần kiểm tra thế hệ sau

- Khả năng chọn lọc đồng thời vài đặc tính trong cùng một thời gian, do

vậy mà có thể đưa vào cùng lúc vài gen có giá trị về mặt nông học, ví dụ đưa

vào cùng một lúc nhiều gen kháng dịch hại khác nhau Trong trường hợp này,

các phương pháp sàng lọc kiểu hình các cá thể thông qua sự lây nhiễm (đồng

thời hoặc thậm chí lần lượt từng thể gây bệnh hay từng côn trùng gây hại) rất

khó đạt được kết quả, nếu không muốn nói là không thể được Nhưng nếu ta

áp dụng công nghệ chỉ thị phân tử, ta có thể kiểm tra sự có mặt hay vắng mặt

của từng alen kháng (hay nhiễm) khác nhau ở từng cá thể riêng biệt

Phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử (MAS) là sử dụng chỉ

thị phân tử liên kết chặt với lôcut gen đích để xác định các cá thể mang gen

trong quần thể phân ly thay cho chọn lọc đánh giá kiểu hình Bằng phương

pháp này cho phép tạo được giống mới mang một hay một vài tính trạng

mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác Nhược điểm của phương

pháp MAS là giống mới được tạo ra không còn giữ được đặc tính quý của

giống ban đầu Phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại

(MABC) có thể khắc phục được nhược điểm này Với mục tiêu chuyển một

tính trạng đặc biệt vào một giống cây trồng Chọn giống bằng chỉ thị phân tử

và lai trở lại là phát triển tiềm năng của lai trở lại trong nghiên cứu và du

nhập gen đích vào giống nhận gen Bằng phương pháp này, chỉ cần chọn lọc

đến thế hệ BC3 thì có thể chọn lọc được cá thể mang gen đích và có nền di

truyền đạt 99.6 - 100% hệ gen của cây nhận gen Từ đó có thể thấy rằng đây

là phương pháp thiết thực, hiệu quả trong việc chuyển lôcut gen quy định tính trạng di truyền số lượng (QTL) hay gen vào giống đồng thời rút ngắn quá trình chọn lọc

Phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại có ba bước sau:

* Bước thứ nhất: Sử dụng chỉ thị phân tử liên kết chặt với locus hay gen đích để chọn lọc trực tiếp lôcut hay gen tính trạng đó từ các cá thể trong quần thể BC1F1, BC2F1, BC3F1, BC3F2

* Bước thứ hai: Sử dụng chỉ thị phân tử quanh vùng locus gen, chọn lọc cá thể tái tổ hợp mang gen đích, giảm tối thiểu các locus gen không mong muốn quang vùng gen đích Bước này còn gọi là chọn lọc tái tổ hợp (recombinant selection)

* Bước thứ ba: Sử dụng chỉ thị phân tử đa hình, không liên kết với gen đích trên 12 nhiễm sắc thể để chọn lọc cá thể có nền di truyền lớn nhất của giống nhận gen Bằng phương pháp này có thể giảm ít nhất là 2 nhưng có thể

3 thậm chí là 4 thế hệ lai lại so với chọn lọc lai lại truyền thống

Những năm gần đây, IRRI đã sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) và đã thành công trong việc chọn tạo giống

lúa chịu mặn bằng việc chuyển QTL Saltol có khả năng chịu mặn nằm trên

nhiễm sắc thể số 1 vào ba giống lúa trồng đại trà Kết quả đã tạo được một số dòng triển vọng như: IR72046-B-R-8-3-1-3, IR52713-2B-8-2B-1-2, IR77674-3B-8-2-2-8-3-AJY5, IR45427-2B-2-2B-1-1, IR55179-3B-11-3, IR64197-3B-3-1, IR74099-3R-3-3, IR66946-3R-178-1-1 (FL478)

Phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC)

chuyển gen chịu mặn vào giống lúa trồng đại trà trong sản xuất, với phương

pháp này chỉ mất ba năm trong khi phương pháp truyền thống có thể tới 10

đến 15 năm [12] Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là kỹ thuật hiệu quả, rút

ngắn thời gian và rẻ tiền so với phương pháp chọn giống truyền thống Bởi

vì, chọn giống nhờ chỉ thị phân tử cho phép chọn lọc trực tiếp hệ gen của

từng cá thể trong quần thể Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử có thể sử dụng

một lượng lớn chỉ thị để kiểm tra di truyền của dòng bố mẹ Từ đó có thể

kiểm soát được các alen đặc biệt trong các cá thể của quần thể Kiểm tra theo

phương pháp đó kết hợp lai trở lại 2 đến 3 thế hệ là có thể thu được cá thể với

nền di truyền của dòng mẹ và mang gen chuyển Các dòng này có thể cho tự

thụ, thu hạt để làm thí nghiệm thử nghiêm trên đồng ruộng

1.2.5 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn trong nước

Việt Nam có đường bờ biển 3.620 km nằm trải dài từ Bắc vào Nam, hiện

tượng xâm thực của nước biển ngày càng trở lên nghiêm trọng làm ảnh

hưởng đến năng suất cây trồng nông nghiệp đặc biệt là cây lúa, một cây trồng

chủ đạo trong nền nông nghiệp của nước ta Gần đây, phong trào nuôi tôm

nước mặn kết hợp trồn

0,3-0,4% thậm chí có nơi cao hơn cả chục lần

Theo báo cáo của Cục Thủy lợi - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

bằng sông Hồng lên cao và xâm nhập vào trong nội địa từ 30 - 40km làm cho

diện tích nhiễm mặn lên tới 100.000ha ở một số tỉnh: Hải Phòng, Nam Định,

Ninh Bình, Thanh Hoá

Hơn nữa nghề trồng lúa ở vùng nhiễm mặn đang phải đối mặt với những

tác động của sự biến đổi khí hậu Theo báo cáo về chỉ số rủi ro khí hậu toàn cầu năm 2010 do tổ chức Germanwatch công bố tại Đan Mạch thì Việt Nam

là một trong 10 quốc gia bị thiệt hại nhiều nhất do biến đổi khí hậu gây ra; các quốc gia khác đó là: Bangladesh, Myanma, Honduras, Nicaragoa, Haiti,

Ấn Độ, Cộng hòa Đôminica, Philippines và Trung Quốc Theo kết quả nghiên cứu và dự báo của Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên hiệp quốc (IPPC) và Ngân hàng Thế giới thì trong vòng 100 năm tới, nước biển sẽ dâng 1m, nhiệt độ sẽ tăng thêm 20

C Nếu nước biển dâng cao 1m thì vùng đồng bằng sông Cửu Long sẽ có 1,5 -2 triệu ha đất nông nghiệp bị ngập nước; còn ở vùng đồng bằng sông Hồng sẽ có 1.668 km2 đất bị ngập, trong

đó có khoảng 0,3-0,5 triệu ha đất chủ yếu là đất lúa bị ngập Sự biến đổi khí hậu ở nước ta cũng làm gia tăng thiên tai khiến năng suất cây trồng giảm, ước tính nếu tăng thêm 10

C thì năng suất lúa giảm 10% [20]

Trước những biến đổi nghiêm trọng đó, trồng các giống lúa chống chịu tốt với mức nhiễm mặn cao sẽ là giải pháp để khắc phục các hiện tượng trên Các biện pháp như xây dựng công trình thủy lợi bao đê ngăn mặn, hay bón các loại phân hữu cơ vào đất (bón vôi, thạch cao để cải thiện cấu trúc đất, cày sâu cải thiện tính thoát nước tốt nhằm giảm đóng váng trên mặt đất) thường tốn kém và hiệu quả không cao

Nhiều giống lúa chống chịu mặn như OM732, OM861,OM1314, OM

1490, OM2031, OM1314, OM576, IR42, OM344, OM924, Trắng Điệp, Móng Chim Rơi, Móng Chim, Nếp Áo Già, Nếp Bờ Giếng, Nàng Quốc Đỏ, Rồng Xanh, Đốc Phụng, Nhỏ Đỏ, Tám Vuốt, TD2, CM1, CM5 M6, MT6, MT163, BM9855, BM9820, BM9830.v.v đã được triển khai ở vùng đồng bằng Sông Cửu Long và Sông Hồng [2], [3], [9], [8]

-: lúa Tiêu, Ba Lê, Đốc Đỏ, Nàng Thước Dài, Chân Hương, Tam Sắc, Nàng Quốc Nhuyễn, Nàng Hương 2, Nàng Hương 3, Nàng

Co đỏ, Bảy Dảnh, Một Bụi Giống FRG67, có nguồn gốc từ Pakistan cho

Diện tích đất mặn nhiều và tập trung nhất ở nước ta là đồng bằng sông

Cửu Long, vào khoảng 0,7 triệu ha [4] Các nhà chọn giống lúa Viện lúa

đồng bằng sông Cửu Long đã đánh giá 418 giống lúa địa phương trong điều

kiện mặn với độ dẫn điện EC: 6 – 12 dS/m đã thu được 44 mẫu giống lúa

chống chịu tốt, trong đó có các giống điển hình: Nàng co đỏ, Sóc nâu, Đốc

đỏ, Đốc phụng, Trái mây, Cà đung trắng Đó là những mẫu giống cho gen

mục tiêu để cải tiến giống lúa chịu mặn có hiệu quả [5]

Nghiên cứu của Trường Đại học Cần Thơ (1997) cho thấy, ở nồng độ

muối EC = 10dS/

: Nếp Áo Già, Trắng Điệp, Móng Chim, Móng Chim Rơi và Nếp

Bờ Giếng [6] Theo Ngô Đình Thức (2006) đã 172 giống lúa mùa

địa phương và cao sản ở giai đoạn nẩy mầm với 1,5% NaCl và giai đoạn mạ

với EC = 12dS/m cho thấy có 8 giống lúa mùa địa phương chống chịu mặn

cấp 3, tương đương với giống Pokkali là Nàng Quốc Đỏ, Canh Nông Lùn,

Rồng Xanh, Đốc Phụng, Nhỏ Đỏ, Tám Vuốt, Trắng Điệp, TD2 Hai giống lúa

trung mùa chống chịu tốt với mặn tương đương với giống Pokkali là Thần

Nông Đỏ và OM1352-5 [9]

Đỗ Hữu Ất (2005) đã nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong cải tạo một số giống lúa địa phương vùng Đồng bằng ven biển Bắc Bộ Kết quả gây đột biến nguồn Coban (Co 60) đã tạo ra những biến dị có lợi cho chọn giống Các giống lúa CM1, CM5, là những giống tạo ra cho vùng mặn, kết hợp được những đặc tính chống chịu mặn, kháng đổ ngã, kháng bệnh và cho năng suất cao [1]

Tuy nhiên phần lớn các giống lúa có khả năng chịu mặn tốt thì năng suất lại thấp, tính thích nghi kém Do đó, hướng lai tạo tập trung vào chuyển gen chống chịu mặn ở giống lúa chịu mặn tốt và một số giống lúa mang đặc tính

ưu việt về năng suất, chất lượng đang được phát triển Thông thường phải mất đến 3 - 4 năm lai tạo để chuyển gen Ngoài ra, một khó khăn thường gặp trong lai tạo giống mới là đôi khi có mối liên kết khá chặt chẽ giữa tính trạng chống chịu mặn với các tính trạng xấu, không mong muốn thường được lai chuyển vào các con lai cùng lúc Các gen điều khiển tính trạng không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến biểu hiện của con lai Do đó lai tạo tính trạng chống chịu mặn có thể kéo dài đến 10 – 15 năm để phát triển một giống lúa mới [12] Vì vậy, phương pháp lai tạo truyền thống thường khó, mất nhiều thời gian và không hiệu quả

Năm 2000, Vương Đình Tuấn và cs đã xác định được 3 chỉ thị RFLP đó là: R1928, R674 và G257 liên kết với các QTL điều khiển tính chịu mặn trên các nhiễm sắc thể số 1, 6 và 11[10] Bùi

Chí Bửu và cs ,(2000) đã xác định được chỉ thị RM223 liên kết với gen chịu

mặn với khoảng cách là 6,3 cM trên nhiễm sắc thể số 8 [2]

Tác giả Nguyễn Thị Lang và cộng sự (2008), nghiên cứu ứng dụng

marker phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng kỹ thuật nuôi cấy túi

phấn, đã tạo ra được 72 dòng lúa bằng nuôi cấy túi phấn trong nhà lưới Từ

kết quả thanh lọc mặn ở giai đoạn mạ thông qua các dữ liệu marker SSR với

primer RM 223 sử dụng trên 72 dòng, kết quả, các băng hình thu được có sự

phân tách giữa giống chống chịu và giống nhiễm với kích thước phân tử có

chiều dài nằm trong khoảng 140 - 160bp Các dòng lúa tái sinh qua nuôi cấy

- Giống lúa FL478: Là giống chịu mặn nhập từ Viện lúa Quốc tế IRRI

Thông qua dự án hợp tác: “Tạo giống lúa chịu ngập chìm và chịu mặn thích nghi với điều kiện nước biển dâng cho các vùng bờ biển đồng bằng Việt Nam” do chính phủ Đan Mạch tài trợ giai đoạn 2010-2012

- Giống lúa TL 6 là giống lúa năng suất cao, thơm, chịu thâm canh khá, chống chịu tốt với một số sâu bệnh hại chính như: Bệnh đạo ôn, khô vằn và bạc lá Phẩm chất gạo ngon, thơm, cơm mềm, nhưng không dính Gieo cấy được 2 vụ trong năm, được chọn tạo tại Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam từ tổ hợp lai BT7 x KD18, nuôi cấy bao hạt phấn ở F1 tiếp tục chọn lọc đến F6 chọn ra được TL 6 Giống TL 6 được Hội đồng Khoa học Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận theo QĐ số 215 /QĐ-TT-CLT ngày 02/10/2008

Hình 2.1 Vị trí các chỉ thị trên NST1 và Locus gen Saltol [33]

Ghi chú: Bên trái là tên các chỉ thị phân tử, bên phải là vị trí trên NST1; Vùng đỏ QTL/Saltol; vùng gạch chéo: tái tổ hợp.)