Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp đặc sản và cao sản bằng chiếu xạ tia gamma (co60) vào hạt nảy mầm

Nhằm góp phần cải tạocác giống này để trở thành giống lúa nếp mới có cây thấp và cứng hơn, chonăng suất cao hơn, gieo cấy được nhiều vụ trong năm, cho xôi dẻo và thơmđặc trưng; cải tiến

MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài.

Lúa gạo là cây lương thực chính, cung cấp lương thực cho hơn một nửadân số thế giới (G.Li et al., 2017)[116], nhất là cho người dân các nước châu

Á Trong những năm qua, khi nhu cầu về gạo dẻo và thơm tăng mạnh, cácnước xuất khẩu gạo chính trên thế giới đã chuyển sang nghiên cứu, phát triểncác giống lúa chất lượng, chống chịu sâu bệnh thì ở Việt Nam vẫn phát triểncác giống lúa năng suất cao, ít chú trọng đến chất lượng Do đó, mặc dù luônđứng trong tốp đầu thế giới về xuất khẩu gạo nhưng giá trị ngoại tệ thu đượcchưa tương xứng với vị trí đó

Từ lâu, lúa nếp đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sốngkinh tế, xã hội và đời sống tinh thần của người dân Việt Nam Lúa nếp chủyếu phục vụ nhu cầu lương thực ở các vùng cao, sử dụng trong các lễ hội cổtruyền (lễ hội, cưới hỏi, nhất là không thể thiếu trong ngày tết nguyên đán).Tuy nhiên, diện tích gieo trồng lúa nói chung và lúa nếp nói riêng ngày càngthu hẹp (chiếm khoảng 7% diện tích trồng lúa), đặc biệt là các giống lúa nếp

cổ truyền, cho xôi dẻo và thơm đặc trưng Do năng suất thấp, cây cao, dễ đổ,lại chỉ gieo trồng được ở vụ mùa nên nhiều giống đã bị loại bỏ trong sản suất,một số khác chỉ được trồng trên diện tích rất nhỏ, phục vụ nhu cầu của giađình Các giống lúa nếp được gieo trồng nhiều với diện tích lớn đều là cácgiống cải tiến cho năng suất khá cao (N97, N98, IRi352, ) nhưng không thơmhoặc thơm rất nhẹ; các giống lúa nếp thơm, có chất lượng như: TK106, DT21,DT23, BM9603,… nhưng năng suất còn hạn chế (Nguyễn Văn Vương, 2013)[64]

Hiện nay, nguồn vật liệu trong chọn giống lúa nếp còn nhiều hạn chế,tập đoàn lúa nếp kém đa dạng Do đó, mặc dù các tác giả thực hiện các nghiên

cứu độc lập nhưng sử dụng cùng nguồn vật liệu và phương pháp nghiên cứutương tự nhau nên các giống lúa nếp mới được tạo ra có nhiều đặc điểm giốngnhau làm giảm giá trị của giống trên thị trường Đột biến thực nghiệm có thểtạo nguồn biến dị di truyền vô cùng phong phú cung cấp nguyên liệu có giá trịcao cho công tác chọn tạo giống lúa mới.

Nếp cái Hoa vàng và nếp Đuôi trâu là các giống lúa nếp địa phương, cổtruyền cho xôi dẻo và rất thơm ngon Tuy nhiên, các giống này đều cảm ứngquang chu kỳ nên chỉ gieo cấy được ở vụ mùa, cây cao dễ đổ lại cho năngsuất thấp nên diện tích gieo trồng còn nhiều hạn chế Nhằm góp phần cải tạocác giống này để trở thành giống lúa nếp mới có cây thấp và cứng hơn, chonăng suất cao hơn, gieo cấy được nhiều vụ trong năm, cho xôi dẻo và thơmđặc trưng; cải tiến giống lúa nếp thơm, cao sản mới được tạo chọn để trở

thành giống lúa ngắn ngày, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu cải tiến một

số giống lúa nếp đặc sản và cao sản bằng chiếu xạ tia gamma (Co 60 ) vào hạt nảy mầm”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu chung

Xác định được phương pháp xử lý, quy trình thu thập, đánh giá và xử dụng thích hợp các đột biến thực nghiệm góp phần nâng cao hiệu quả chọn giống phóng xạ đối với cây lúa nói chung và lúa nếp nói riêng

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

i. Xác định được ảnh hưởng của mùa vụ (vụ xuân và vụ mùa) gieo trồngthế hệ thứ nhất (M1) đến sự phát sinh một số đột biến về hình thái, nônghọc có ý nghĩa cải tiến giống lúa cũ và tạo giống lúa mới ở thế hệ thứ hai(M2).

ii. Xác định được có hay không sự tương quan giữa tần số của một số kiểu

đột biến diệp lục với tần số phát sinh một số đột biến có ý nghĩa cải tiếngiống lúa cũ và tạo giống lúa mới ở M2.

iii. Xác định được sự khác nhau về hiệu quả gây đột biến khi chiếu xạ bằng tiagamma (Co60) vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến

iv. Đánh giá được một số dòng đột biến phát sinh từ hai giống lúa (nếp cái Hoavàng và nếp Đuôi trâu), xác định được một số dòng ưu tú và tuyển chọnđược dòng ưu tú nhất, từ đó phát triển thành giống lúa nếp đột biến mới

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sử dụng 7 giống lúa nếp: nếp cái Hoa vàng, Đuôi Trâu, Phú Quý,N98, Lang Liêu, TK90, 415 và 3 dòng đột biến HV-H, M50 và TK97

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

với 3 giống lúa: nếp cái Hoa vàng, nếp Đuôi trâu và nếp Phú Quý

- Nghiên cứu so sánh hiệu quả gây đột biến của chiếu xạ bằng tia

gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của dòng đột biến và giống gốc (sửdụng 3 giống lúa: nếp cái Hoa vàng, 415, TK90 và 3 dòng đột biến từchúng: HV-H, M50, TK97)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của mùa vụ gieo trồng thế hệ thứ nhất (M1) tới

sự phát sinh các đột biến có ý nghĩa chọn giống phát sinh ở thế hệ thứhai (M2) trên 3 giống lúa: nếp Phú Quý, Lang Liêu và N98

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Về khoa học

Kết quả của đề tài là cơ sở khoa học cho việc chọn vật liệu mang xử lý

(hạt của dòng đột biến cho hiệu quả hơn so với hạt giống gốc), phương pháp

xử lý (hạt lúa ở thời điểm nảy mầm 69-72h), quy trình thu nhận đột biến (gieo trồng M 1 ở vụ mùa cho hiệu quả cao hơn ở vụ xuân) và đánh giá hợp lý các

dòng đột biến gây tạo để tuyển chọn được các dòng ưu tú nhất(so sánh sự biểu hiện, tính thích nghi và ổn định về năng suất của mỗi dòng đột biến ở vụ xuân và vụ mùa) Những kết quả nói trên là đóng góp mới về lý luận cho khoa

học chọn giống đột biến, góp phần nâng cao hiệu quả của phương pháp chọngiống phóng xạ đối với cây lúa nói chung và lúa nếp nói riêng

Về thực tiễn

Việc phát hiện nhiều dòng đột biến đã mất tính cảm quang và trở thành cảm ôn, gieo cấy được 2 vụ trong năm là nguồn vật liệu có giá trị cho công tác chọn tạo giống lúa nếp thơm mới

Việc tạo ra giống lúa nếp mới có chất lượng đặc sản, rút ngắn thời gian sinh trưởng và tăng khả năng chống đổ của một số giống lúa nếp thơm, cao sản đã góp phần mở rộng diện tích gieo trồng và tăng sản lượng gạo nếp có chất lượng cao và gạo đặc sản

1.5 Những đóng góp mới của luận án

Luận án đã có những đóng góp mới về lý luận và thực tiễn cho khoa họctrong lĩnh vực Di truyền và chọn giống lúa đột biến như sau:

M2) so với khi gieo trồng M1 ở vụ xuân

- Tổng tần số đột biến diệp lục và tần số kiểu bạch tạng (albina) phátsinh ở M2 có mối tương quan thuận và chặt với tổng tần số và phổ của một sốđột biến có ý nghĩa cải tiến giống lúa cũ và tạo giống lúa mới cùng phát sinh

ở thế hệ này

- Chiếu xạ hạt của các dòng đột biến cho hiệu quả phát sinh đột biếncao hơn so với trường hợp chiếu xạ vào hạt giống gốc Khi chiếu xạ vào hạt

của dòng đột biến (thuần chủng) thì ngoài các đột biến cũ còn phát hiện

được một số đột biến mới, mở ra khả năng tăng dần số lượng đột biến có ý

nghĩa chọn giống (khi chiếu xạ nhiều lần vào hạt của cùng một dòng đột biến ở nhiều thế hệ).

- Những đóng góp về các khía cạnh nói trên trực tiếp góp phần hoànthiện quy trình tạo chọn giống lúa đột biến nói chung và lúa nếp nói riêng

* Về thực tiễn

- Đã cải tiến thành công giống lúa nếp Đuôi Trâu (dòng ĐT4) về các đặcđiểm như: mất tính cảm quang, cây thấp và cứng hơn, lá đòng đứng và xanhthẫm hơn, năng suất cao hơn nhưng vẫn giữ được phẩm chất của gạo đặc sản,cho xôi dẻo và thơm tương tự giống gốc

- Đã cải tiến được giống nếp Phú Quý về giảm chiều cao cây, rút ngắn thời gian sinh trưởng góp phần đưa giống này từ nhóm giống có thời gian sinhtrưởng trung ngày vào nhóm giống có thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp hơn với cơ cấu gieo trồng 2 vụ lúa 1 vụ mầu, cho năng suất cao nhưng vẫn giữ được chất lượng gạo và mùi thơm

- Đã tạo chọn được giống lúa nếp thơm mới (nếp cái Hoa vàng đột biến),mất tính cảm quang, gieo trồng được nhiều vụ trong năm, cho năng suấttương tự giống nếp cao sản, ngắn ngày (N97), không có mùi thơm, đang đượcgieo trồng phổ biến ở nhiều vùng trong cả nước nhưng vẫn duy trì chất lượnggạo và mùi thơm của gạo đặc sản

- Kết quả cải tiến các giống lúa nếp thơm và tạo thành công giống lúanếp thơm mới góp phần mở rộng diện tích gieo trồng giống lúa nếp thơm chogạo có chất lượng cao và đặc sản

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp.

1.1.1 Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp.

Lúa trồng (O.sativa L) thuộc họ hoà thảo (Poaceae), chi Oryza Ngoài loài lúa trồng O.sativa L và O.glaberrima còn 21 loài lúa dại phân bố khắp

các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới Hầu hết các giống lúa trồng hiện

nay thuộc loài O.sativa L Từ O.sativa L phân hoá thành lúa Tiên (Indica), lúa Cánh (Japonica) và một dạng trung gian (Javanica)

Có nhiều quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây lúa Theo Sampth và

Rao (1951), Ting (1993), lúa trồng châu Á (O.sativa L) có nguồn gốc từ

Trung Quốc và Ấn Độ; Chang T.T (1985) cho rằng: lúa trồng châu Á cónguồn gốc từ vùng núi phía Nam dãy Hymalaya, miền Nam và đông Namchâu Á Theo Phan Phước Hiền (2008)[20], lúa trồng châu Á xuất hiệnkhoảng 8000 năm trước, nhưng chưa có kết luận chắc chắn về tổ tiên trực tiếpcủa nó Theo Civsavn et al., (2015)[77], Huang et al., (2015)[99], lúa trồngchâu Á đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài để thích ứng với các môi trường

khác nhau với 3 nhóm chính: Indica, Japonoca và Javanica, có thể dùng một

số đặc điểm về hình thái: thân, lá, hạt hoặc hàm lượng amyloza, amylopectin,

khả năng chịu hạn, lạnh để nhận biết Các giống lúa thuộc nhóm Japonica thường có năng suất cao hơn Indica khoảng 0,5-1tấn/ha (Hoang Tuyết Minh

và cs 2016)[32]

Theo Takane Matsuo (1997), lúa nếp nương là dạng khởi nguồn của lúatrồng, được tìm thấy đầu tiên ở Assam-Yunnan, nơi lúa nếp chiếm ưu thế.Watabe (1976) cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào và vùng Bắc, đông BắcThái Lan Ngoài ra, vùng Shan và Kachin của Myanmar; Kwangsichuang và

Yunnan của Trung Quốc; khu vực biên giới Campuchia, Thái Lan và Lào; vùngnúi, khu vực biên giới giữa Việt Nam và Lào là những vùng trồng nhiều lúa nếp.Cùng quan điểm đó, Chaudhary và D.V.Tran (2001)[73], cho rằng: lúa nếp cónguồn gốc từ Lào và đông Bắc Thái Lan Tuy nhiên, quan điểm của Khush(1997), về sự tiến hóa của 2 loại lúa trồng phổ biến hiện nay được nhiềunhà khoa học thừa nhận.

Tổ tiên chung

Nam và Đông Nam Á Tây Phi Châu

Lúa dại đa niên O rufipogon O longistaminata

Lúa dại hàng niên O nivara O breviligulata

Lúa trồng O Sativa O sativa O glaberrima

Indica Japonica

ôn đới nhiệt đới

Hình 1.1 Nguồn gốc của lúa trồng (Khush (1997)

1.1.2 Phân loại lúa, lúa nếp.

Theo Đặng Quang Hào và cs (2006) [18], từ lâu các nhà khoa học đãdựa vào dạng nội nhũ để phân biệt lúa nếp với lúa tẻ, dựa trên các đặc điểmhình thái, sinh lý để nhận biết các dạng lúa Theo IRRI (2013) [103], gạo nếp

có hàm lượng amyloza thấp (< 5%), việc phân biệt dạng nội nhũ của cácgiống lúa địa phương giúp cho các nhà quản lý nguồn gen xác định kỹ thuậtbảo quản phù hợp (lúa nếp có tuổi thọ ngắn hơn so với lúa tẻ trong bảo quản)

Theo Nguyễn Văn Vương (2013)[64], cấu tạo tinh bột của nội nhũ làcăn cứ chủ yếu để phân chia thành lúa nếp và lúa tẻ Nội nhũ lúa tẻ tích luỹtinh bột dạng amyloza, mỗi phân tử amyloza gồm 200 đến 1000 đơn vịglucose, nối với nhau bởi các liên kết a-1,4 glycozid Amyloza có cấu trúcxoắn, cứ 6 phân tử glucose nối thành vòng, chuyển thành màu xanh khinhuộm với Iốt Nội nhũ lúa nếp tích luỹ tinh bột dạng amyloza pectin có phân

tử lớn, gồm từ 2.000 đến 200.000 đơn vị glucose xếp thành nhánh liên kết vớinhau bởi liên kết a- 1,4 và 1,6- glycozid, phản ứng với Iốt chuyển màu đỏ tía

Vì vậy, để phân biệt lúa nếp và lúa tẻ người ta nhuộm tinh bột bằng dung dịchKaliIotđua (KI) 1%

Amyloza

Amylopectin

Hình 1.2 Cấu trúc hoá học của amyloza và Amylopectin

Hình 1.3 Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI

1.2 Tình hình sản xuất, nghiên cứu chọn tạo lúa, lúa nếp

1.2.1 Trên thế giới.

Trong những năm qua, sản suất lúa gạo trên thế giới không ngừng tăng

cả về diện tích, sản lượng và năng suất (hình 1.4) Theo thống kê của tổ chứclương thực thế giới (FAO), tổng sản lượng lúa gạo thế giới năm 2015 khoảng749,1 triệu tấn, tăng 1% so với năm 2014 (741,8 triệu tấn) Trong đó, chủ yếu

ở khu vực châu Á với 677,7 triệu tấn, chiếm khoảng 90% tổng sản lượng

Hình 1.4 Diện tích và sản lượng lúa toàn cầu giai đoạn 2006 - 2015

Hiện nay, có khoảng 114 nước trồng lúa, tập trung chủ yếu ở châu Ávới hơn 90% về diện tích cũng như sản lượng lúa hàng năm Do đó, châu Áđược xem như vựa lúa của thế giới, sản suất lúa gạo tại châu Á tập trungnhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Việt Nam

Theo Nguyễn Thị Sinh (2016) [39], hiện nay, cứ sau 14 năm dân số thếgiới tăng 1 tỷ người, dự kiến đến 2050 tăng gần 3 tỷ người (Joshua C Stein et

al, 2018)[108] với mức tiêu thụ 65 triệu tấn gạo cho 1 tỷ người/năm (khoảng

100 triệu tấn thóc) Để đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu thì đến năm

2035, tổng sản lượng thóc phải tăng thêm 114 triệu tấn/năm Tuy nhiên, doảnh hưởng của biến đổi khí hậu nên trong những năm tới diện tích trồng lúa

sẽ giảm, năng suất trung bình tăng chậm, vấn đề đặt ra với ngành sản xuất lúagạo nói chung và các nhà nghiên cứu chọn tạo giống lúa nói riêng là phải tiếptục duy trì năng suất, lấy chất lượng bù số lượng Đặc biệt là cải tiến cácgiống lúa có sẵn, thêm các tính trạng chống chịu với sâu bệnh và điều kiện bấtthuận, rút ngắn thời gian sinh trưởng,…

Trong những năm qua, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) đã tạo rahàng ngàn giống lúa mới Trong đó, giống nếp Iri352 đang được trồng kháphổ biến ở Việt Nam

Ở Thái Lan, gieo trồng nhiều giống lúa cổ truyền chất lượng cao, cácgiống lúa cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao chiếm tỷ lệ thấp Thái Lan đứngđầu thế giới về xuất khẩu gạo với các loại gạo hạt thon dài, trắng trong, cơmthơm, ngon và gạo nếp với 4/6 loại gạo chất lượng chính trên thị trường thế

giới là Indica hạt dài chất lượng tốt, Indica hạt dài trung bình chất lượng tốt,

gạo thơm và gạo nếp

Chaudhary và Tran D.V., (2001)[73], ở Lào chủ yếu gieo trồng cácgiống lúa nếp cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao tại các vùng đất thấp, chủđộng nước tưới, các giống cổ truyền được trồng với diện tích nhỏ ở vùng đấtcao không chủ động được nước tưới Đây là nguyên nhân chính gây hiệntượng xói mòn nguồn gen lúa nếp ở Lào Với khoảng 85% sản lượng lúa cảnước, Lào là nước có sản lượng lúa nếp lớn nhất khu vực Đông Nam Á

Ở Campuchia gieo trồng rất nhiều giống lúa nếp với khoảng 8% tổng

số các giống lúa gieo cấy, các giống lúa nếp đều cảm quang, trỗ bông vào đầutháng 10 với chất lượng gạo cao

1.2.2 Ở Việt Nam.

1.2.2.1 Tình hình sản xuất lúa nếp.

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài, địa hình phứctạp nên hình thành nhiều vùng canh tác lúa khác nhau Tùy theo mùa vụ, điềukiện tự nhiên, tập quán canh tác và phương pháp gieo trồng mà nghề trồng lúanước ta hình thành và phát triển với 3 vùng chính: đồng bằng sông Hồng,đồng bằng ven biển miền Trung và đồng bằng Nam Bộ

Bảng 1.1 Diện tích và sản lượng lúa của Việt Nam giai đoạn 2010- 2016

Năm TổngĐông xuân Hè thu Mùa Tổng Đông xuân Hè thu MùaDiện tích (triệu ha) Sản lượng (triệu tấn)

Ghi chú: ĐX: đông xuân; HT: hè thu; M: mùa (Niên giám thống kê 2016[35])

Trong những năm qua, diện tích trồng lúa của nước ta hàng năm đạthơn 7 triệu ha với năng suất trung bình đạt hơn 40 triệu tấn/năm Do ảnhhưởng của biến đổi khí nên diện tích trồng lúa năm 2014 và 2015 có phầngiảm so với 2013 Tuy nhiên, do sử dụng các giống lúa cải tiến, năng suất caovới kỹ thuật thâm canh phù hợp nên sản lượng lúa vẫn tăng, từ 44,039 triệutấn (năm 2013) đến 45,105 triệu tấn (năm 2015) Lúa gạo ở nước ta được sảnsuất chủ yếu ở vụ đông xuân (chiếm khoảng 45%), ngoài ra còn có vụ hè thu

và mùa (bảng 1.2)

Ở nước ta, sản xuất lúa gạo không chỉ tạo ra giá trị kinh tế mà còn làmột phần không thể thiếu trong đời sống tinh thần của nhân dân Trong nhữngnăm qua, nước ta có những bước tiến vượt bậc về sản xuất lúa gạo, từ nước

thiếu đói trở thành nước xuất khẩu gạo hàng đầu trên thế giới Theo NguyễnVăn Bộ (2016) [5], trong nhiều năm nay, Việt Nam luôn đứng trong tốp 2-3nước xuất khẩu gạo hàng đầu trên thế giới, với thị phần toàn cầu gần 20%

Trong 35 năm qua năng suất lúa trung bình của Việt Nam tăng 3,68 tấn/

ha, tương đương 169,6%, gấp 5,75 lần Thái Lan, 46 lần Ấn Độ và bằng 3 lầntrung bình của thế giới (bảng 1.4.)

Bảng 1.2 Năng suất lúa Việt Nam và Thế giới

Quốc gia/vùng

Năng suất (tấn/ha) Năm 2015 so với năm1980

Theo Nguyễn Văn Bộ, 2016,[5],

Tuy nhiên, giá trị xuất khẩu lại thấp hơn đáng kể so với các nướckhác, do hạn chế về chất lượng nên giá gạo xuất khẩu loại 5% tấm và 25%tấm của nước ta luôn thấp hơn Thái Lan và thấp hơn nhiều so với gạobasmatis của Pakistan (bảng 1.5)

Bảng 1.3 Giá gạo xuất khẩu của một số nước, USD/tấn

Năm

Thái5%

tấm

Việt 5%

tấm

Thái25%

tấm

Việt25%

tấm

US 1.4%

tấm

Pakistanbasmatis

Thái HomMali grade A

nên không được thống kê (chủ yếu là các giống lúa nếp) Theo thống kê, cả

nước đang gieo cấy 18 giống lúa nếp với diện tích khoảng 176 ngàn ha Trong

đó, 5 giống (N97, N98, N87, nếp cái Hoa càng và nếp Bè) có diện tích trên10.000 ha, N97 đang được gieo trồng với diện tích lớn nhất (58.000 ha)

Lúa nếp được trồng chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, trung du miền núiphía Bắc và Bắc Trung Bộ Trong đó, đồng bằng sông Hồng gieo cấy 17giống với diện tích 78,6 nghìn ha, chiếm 7% diện tích, trung du miền núi phíaBắc gieo cấy 14 giống với diện tích 35,5 nghìn ha, chiếm 5,61% diện tích,(bảng 1.6) các vùng như: Tây nguyên, đông Nam Bộ lúa nếp được gieo cấyvới diện tích nhỏ (Trần Xuân Định và cs, 2016)[17]

Bảng 1.4 Số lượng, diện tích và tỉ lệ% gieo trồng của lúa nếp

Khu vực/ vùng Số giống lúa Diện tích

(103 ha)

Tỷ lệ% theokhu vực

Trung du miền núi phía Bắc 14 144 35,5 5,61

Bảng 1.5 Diện tích gieo cấy các giống lúa nếp chủ lực ở các khu vực chủ

yếu

STT Tên giống Diện tích gieo trồng (1000 ha)

Tổng Đông xuân Mùa Hè thu Thu đông

-1.2.2.2 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa, lúa nếp.

Theo Trần Xuân Định (2013)[16], số giống lúa gửi khảo nghiệm tăng

nhanh trong những năm gần đây (nhanh nhất trong tất cả các giống cây trồng) với số lượt giống trong vụ xuân 2010; 2011 và 2012 là: 149 - 156 - 243

và 132 -161-188 trong vụ mùa Điều này cho thấy, công tác nghiên cứu, chọntạo giống lúa đã và đang được chú trọng, hơn nữa việc nghiên cứu, chọn tạo

giống lúa mới không chỉ ở các cơ quan nghiên cứu, Viện và Trung tâm mà mộtlượng lớn giống tham gia khảo nghiệm do các công ty sản suất, kinh doanh tronglĩnh vực giống cây trồng, các công ty liên doanh và do cá nhân thực hiện

Theo Nguyễn Văn Tuất và cs (2013)[60], giai đoạn 2011 – 2013, Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam được công nhận chính thức 10 giốnglúa mới (PC6; CH208; P371; P6ĐB; PĐ211; P9; HDT8; HT18; gia lộc 102 vàDT57) và nhiều dòng triển vọng đang đề nghị công nhận giống Trong giaiđoạn này, Viện di truyền Nông nghiệp đã chọn tạo được 6 dòng lúa triển vọngmang gen kháng bạc lá bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn (NC24; NC39;NC93; NC 96; NC 97; NC 198) và 11 dòng lúa đột biến triển vọng từ 237dòng đột biến kháng bạc lá, đạo ôn, chịu mặn Đặc biệt giống lúa đột biếntriển vọng, chịu mặn DT80 đang được đăng ký khảo nghiệm [62] Năm 2015,giống lúa nếp N98 được công nhận là giống tiến bộ kỹ thuật cho khu vựcmiền Bắc (Lê Quốc Thanh, 2016)[42]

Theo báo cáo của Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam [63], thànhtựu nổi bật trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa nếp của Viện Cây lương thực

và Cây thực phẩm là tạo ra các giống như: N87, N98, N100… Đây là cácgiống có thời gian sinh trưởng ngắn (105-115 ngày), năng suất khá cao (55-70tạ/ha/vụ), gieo cấy được nhiều vụ trong năm, với khoảng 80% diện tích canhtác lúa nếp tại các tỉnh miền Bắc và miền Trung đang được gieo cấy bằng cácgiống lúa nếp của Viện

Gần đây, khi đời sống kinh tế có nhiều chuyển biến, nhu cầu sử dụnggạo dẻo và thơm ngày càng tăng, đặc biệt là gạo nếp, đã thu hút được sự quantâm của các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chọn tạo giống cây trồng ÔngHuỳnh Nguyệt Ánh và cs, (2012)[1], nghiên cứu mức độ ổn định của 18giống lúa nếp tại đồng bằng sông Cửu Long, đã xác định được các giống lúanếp thích ứng cho từng vùng, ở mỗi mùa vụ, phụ vụ cho việc bảo tồn và phát

triển các giống lúa nếp ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long Ngô Thị HồngTươi và cs (2014)[61], nghiên cứu đa dạng di truyền của 46 dòng/giống lúacẩm, trong đó có 32 giống nếp cẩm địa phương; 12 giống tẻ cẩm và 2 giống

nhập nội đã có kết luận: hầu hết các giống nếp cẩm thuộc loại hình Japonica,

một số có hàm lượng anthocyanin cao, kết quả này cung cấp những thông tinhữu ích cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa đặc sản

Nhằm cung cấp các thông tin hữu ích cho công tác phục tráng cũng nhưchọn tạo các giống lúa nếp mới từ nguồn nếp cổ truyền, Trần Văn Minh, ĐỗThị Diệu Hạnh (2015)[31], đánh giá thực trạng sản xuất và xác định các đặc

điểm Nông-sinh học của các giống lúa nếp địa phương (nếp Ba tháng, nếp Lân và nếp Ngự) được trồng lâu đời tại Ninh Bình Từ đó, đề xuất phương án

phục tráng nhằm bảo tồn và phát triển chúng trong sản xuất; Đoàn ThanhQuỳnh và cs (2016)[38], nghiên cứu đánh giá 42 mẫu giống lúa nếp địaphương tại Điện Biên đã có nhận xét: các mẫu nghiên cứu rất đa dạng về kiểuhình và kiểu gen, là nguồn vật liệu quý cho các nghiên cứu chọn tạo giống lúanếp mới; Trần Thị Lợi và cs (2013)[29], đã nghiên cứu, phục tráng thànhcông giống lúa nếp đặc sản “nếp Ba tháng” cho tỉnh Ninh Bình, xây dựngthành công quy trình kỹ thuật gieo cấy, nhằm tiếp tục mở rộng trong sản xuất;Phan Hữu Tôn (2016)[52], khảo sát đánh giá khả năng kháng bệnh đạo ôn,bạc lá và rầy nâu của giống lúa nếp Đèo Đàng bằng cách lây nhiễm nhân tạo

10 chủng gây bệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam, 2 quần thể rầy nâu và 3isolate nấm gây bệnh đạo ôn, đồng thời sử dụng chỉ thị phân tử xác định các

gen kháng Kết quả cho thấy: giống nếp Đèo đàng có gen xa7 (kháng bạc lá), pilta (kháng đạo ôn) và có khả năng kháng tốt với các bệnh tương ứng;

Nguyễn Thị Hảo và cs (2015)[19], nghiên cứu xác định ảnh hưởng của lượngphân bón và mật độ cấy đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của giốngnếp Cẩm ĐH6, đã xác định được liều lượng phân bón và mật độ cấy thích

hợp, cung cấp tư liệu quý cho việc hoàn thiện quy trình kỹ thuật phục vụ chosản xuất Lê Quốc Thanh, Phạm Văn Dân (2016)[44], đánh giá 9 dòng/giốngjaponi ca nhập nội tại đồng bằng sông Hồng và miền núi phía Bắc đã chọnđược 4 giống (ĐS1, ĐS3, J01 và J02) có năng suất cao và khả năng chốngchịu tốt với sâu bệnh và các điều kiện bất thuận Nguyễn Xuân Dũng và cs

(2016)[13], đã chọn tạo được giống lúa nếp thơm ngắn ngày N31 (110- 115 ngày ở vụ mùa, 130 – 135 ngày ở vụ xuân), có năng suất cao, cho xôi dẻo và

thơm, khả năng chống bệnh khá

Theo Lã Tuấn Nghĩa, Vũ Đăng Toàn (2016)[33], trong giai đoạn

2011-2015, Trung tâm Tài nguyên Thực vật đã xác định và bình tuyển được nhiềugiống cây trồng triển vọng phục vụ sản xuất như: lúa Tám đa dòng (T3), lúachịu hạn, lúa tẻ thơm (LT3), lúa KD19 và lúa nếp

Sản xuất lúa nếp ở nước ta trong những năm qua chưa được quy hoạchhợp lý, chủ yếu do nhu cầu tự phát của nông dân Gần đây, do nhu cầu sửdụng tăng cao, đặc biệt là giá trị của lúa nếp cao hơn từ 1,2- 1,5 lần so với lúa

tẻ nên người dân đã chuyển sang trồng lúa nếp thay cho lúa tẻ, khiến diện tíchgieo trồng lúa nếp tăng mạnh ở một số địa phương như: An Giang, ĐồngTháp, Cần Thơ, Tiền Giang…

Trong vài năm gần đây, sản lượng xuất khẩu lúa nếp tăng nhanh, từ 0,5triệu tấn (năm 2015) đến khoảng 1 triệu tấn (năm 2016), dự kiến năm 2017,diện tích gieo trồng lúa nếp có thể đạt 356.000ha với sản lượng xuất khẩukhoảng 1,2-1,3 triệu tấn (tăng 20-30% so với 2016)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

2015 2016 2017(dự kiến) Triệu tấn

Hình 1.5 Sản lượng lúa nếp xuất khẩu của Việt Nam 2015-2017

Theo báo cáo của ngân hàng thế giới tại Hội nghị thường niên củaHiệp hội các Viện nghiên cứu Nông nghiệp châu Á Thái Bình Dương(APAARI) tại Bangkok, tháng 9/2015 thì Việt Nam đầu tư cho nghiên cứu,phát triển trong lĩnh vực Nông nghiệp hàng năm thấp (chiếm 0,2% GDP), tỷ

lệ này ở Braxin là 1,8% (2006), Trung Quốc là 0,5% (2007); hiệu quả sảnxuất trong lĩnh vực trồng trọt còn thấp, đầu ra bấp bênh, giá cả không ổn địnhnên thu nhập của nông dân, đội ngũ cán bộ làm công tác nghiên cứu vàChuyển giao tiến bộ kỹ thuật trong Nông nghiệp thấp hơn nhiều so với cácngành khác

Trong những năm tới, việc nghiên cứu chọn tạo các giống cây trồng nóichung và giống lúa nói riêng tập trung theo hướng năng suất cao, chất lượngtốt, theo yêu cầu thị trường, có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu,chống chịu tốt với điều kiện bất thuận của môi trường như: hạn, úng, mặn,

phèn; chống chịu tốt với các loại sâu bệnh hại chính (đạo ôn, khô vằn, bạc lá, sâu đục thân,…), đồng thời phục hồi, khai thác và phát triển các giống địa

phương và đặc sản

1.3 Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến.

Theo Vũ Văn Liết và cs (2013) [26], đột biến là sự thay đổi trong vậtchất di truyền của tế bào, ở mức lớn hơn là phá vỡ sự sắp xếp của nhiễm sắcthể (NST), có thể di truyền lại cho con cái ở các thế hệ sau

Đột biến tự nhiên được phát hiện đầu tiên năm 1900 – 1905 bởi nhàkhoa học người Áo Hugo De Vries ở cây Oenothera lamarkiana Từ đó,ông đã nghiên cứu quy luật phát sinh các đột biến và khái quát thành thuyếtđột biến

Năm 1927, Muller chứng minh hiện tượng đột biến có thể gây ra mộtcách nhân tạo, ông đề nghị chiếu xạ (tia X) để gây đột biến nhân tạo trongcông tác chọn tạo giống cây trồng

Năm 1928, Stadler đã mô tả hiệu ứng gây đột biến của tia X và tiagamma trên lúa mạch và ngô Đây là công trình nền tảng, mở đầu cho khoahọc chọn tạo giống cây trồng bằng đột biến

Trần Duy Quý và cs., 2009) [36] cho rằng: chọn giống đột biến tạo ra

sự đa dạng về di truyền của vật liệu khởi đầu nhanh và hiệu quả, chỉ làm thayđổi một hoặc một vài tính trạng mà không làm ảnh hưởng tới những tính trạngkhác của cây trồng Theo Shua Q.Y et al (2012)[142], phương pháp đột biến

có thể làm xuất hiện một đặc tính hoàn toàn mới một cách tức thời từ giống

đã có mà không làm ảnh hưởng đến các đặc tính khác của giống

Hiện nay, đột biến thực nghiệm đang được áp dụng rộng rãi trong chọntạo giống cây trồng bằng xử lý tác nhân vật lý (tia gamma, rơntghen, alpha,beta), hóa học (các hợp chất alkyl hóa, các đồng đẳng của base nitơ…) nhằmtạo ra những đột biến có ý nghĩa chọn giống

1.3.1 Tác nhân phóng xạ gây đột biến.

Tia X, tia gamma, tia tử ngoại,… là những tác nhân phóng xạ đã vàđang được sử dụng phổ biến trong công tác chọn tạo giống lúa Trong khi cáctác nhân hóa học chủ yếu được sử dụng để gây đột biến điểm thì tác nhân vật

lý gây nên những biến đổi lớn như làm đứt, gãy và cấu trúc lại nhiễn sắc thể(Kharkwal et al, 2009) [111] Dựa vào đặc tính oxi hóa mà tác nhân phóng xạđược chia thành 2 nhóm.

 Nhóm bức xạ không ion hóa: khi xuyên qua các mô sống, không gây ion

hóa mà chỉ kích động các phân tử, mang năng lượng thấp, sức xuyên thấukém nên thường được dùng để xử lý với hạt phấn và bào tử

 Nhóm phóng xạ ion hóa: mang năng lượng cao, có khả năng xuyên sâu vào

các mô sống gây ra các phản ứng hóa phóng xạ, tạo các cặp ion hóa trong môitrường mà chúng thâm nhập đồng thời gây ra sự kích động đối với các phân

tử Nhóm phóng xạ ion hóa gồm 2 nhóm phụ là nhóm bức xạ hạt và nhómbức xạ sóng điện từ

Tia gamma thuộc nhóm bức xạ sóng điện từ, các tia phóng xạ thuộcnhóm này có độ dài bước sóng ngắn, mang năng lượng lớn nên có thể xuyênsâu vào các mô sống nên được sử dụng để chiếu xạ với hạt và các bộ phậnkhác của cây

Năng lượng gamma tùy thuộc vào tần số sóng và được biểu thị bằngcông thức: E = h.T Hay E =h.c/

Trong đó: T: Tần số sóng; c: Tốc độ ánh sáng;

: Bước sóng; h = 6,62 10-27erg/s (hằng số plăng)Nguồn phóng xạ thường dùng để tạo bức xạ gamma là Coban 60 (Co60),được đo bằng đơn vị rơntghen(r) hoặc gray (1gray = 10 rơnghen), được tínhbằng số nguyên tử ion hóa trên một đơn vị thể tích Trong thực tế, 1 Rơntghen(r) được tính bằng lượng chiếu xạ ion hóa tạo ra 2,038 x 10-9 cặp ion trên1cm3 khí ở 0oC và áp xuất 760 mmHg Đặc biệt, liều chiếu xạ có sự tích lũytheo thời gian, nghĩa là: chiếu xạ liều thấp trong thời gian dài có thể tươngđương với chiếu xạ liều cao trong thời gian ngắn liều xạ được vật mẫu hấpthụ trong một đơn vị thời gian được gọi là xuất liều

Như vậy, chiếu xạ tia gamma (Co60) vào vật mẫu ở liều xạ nhất định cóthể chiếu với xuất liều lớn trong thời gian ngắn hoặc xuất liều nhỏ trong thờigian dài Mặc dù liều xạ tích lũy trong vật mẫu tương tự nhau nhưng trongmột đơn vị thời gian lượng bức xạ tác động đến vật mẫu là khác nhau nên sẽgây ra những tác động không giống nhau Tùy theo mục đích của việc chiếu

xạ mà chọn hình thức chiếu phù hợp

1.3.2 Cơ chế tác dụng của tia gamma lên vật chất di truyền.

1.3.2.1 Tác động của tia gamma lên cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ phân tử

Chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) lên dung dịch ADN gây những biến

đổi đa dạng như: đứt, gãy ADN (mạch đơn hoặc mạch kép); phá hủy cấu trúc

không gian của ADN; phá hủy gốc nhị vòng chứa Nitơ; gây hiện tượng nhịtrùng phân timin hay hidrat hóa các bazơ nitơ… Sau đó, các phân tử ADNnày liên kết với nhau theo nhiều kiểu, tạo cấu trúc mới như: tạo cầu; các phân

tử phân nhánh, liên kết protein – ADN hoặc biến tính protein Tia gamma cóthể gây hiện tượng hỗ biến, làm thay đổi vị trí của nguyên tử hydro, dẫn tới sựhình thành gốc lactin hay imin, gây ra sự sao chép sai của ADN, tạo ADN độtbiến ở các thế hệ sau Tia gamma có thể làm tăng hiện tượng hỗ biến lên hàngngàn lần so với trong tự nhiên

Các nghiên cứu về tác động của tia gamma (Co60) đến sự biến đổi củaADN là sở phân tử của sự phát sinh các đột biến ở mức độ cơ thể Có thể chorằng, sự phát sinh các biến đổi trên cơ thể là do các tổn thương trực tiếp haygián tiếp xảy ra ở gen hay nhóm gen quy định tính trạng của cơ thể

1.3.2.2 Tác động của tia gamma lên cơ sở vật chất di truyền ở cấp độ tế bào.

Khi tác động đến tế bào, tia gamma làm biến đổi cấu trúc NST và hủyhoại quá trình phân chia tế bào

 Tác động của tia gamma (Co 60 ) lên cấu trúc nhiễm sắc thể.

Bức xạ ion hóa có thể gây ra sự đứt đoạn NST hoặc gây tổn thươngNST ở các mức độ khác nhau Những tổn thương này có thể chuyển thành

đột biến thực sự hoặc được phục hồi về trạng thái ban đầu Dubini n (1970),cho rằng: tần số sai hình NST phụ thuộc vào sự phục hồi những biến đổitiềm tàng hay hiện thực hóa các biến đổi đó thành những biến đổi thực sựtheo các giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: xảy ra các phản ứng hóa phóng xạ, tạo các cặp ion hóa trong môitrường và kích động NST

Giai đoạn 2: trạng thái không ổn định của NST với những biến đổi tiềm tàng.Giai đoạn 3: chuyển từ những biến đổi tiềm tàng thành các đột biến thực sự.Như vậy, dưới tác động của tia gamma (Co60), sợi NST có thể bị biến đổitheo nhiều kiểu khác nhau, những biến đổi trên NST là cơ sở cho sự phát sinhcác đột biến ở mức độ cơ thể

 Tác động của tia gamma (Co 60 ) lên quá trình phân chia tế bào

Theo Lagoda P.J.L (2012)[114], tế bào thực vật phản ứng rất nhanh vớinhững tác động gây ra bởi phóng xạ Hầu hết các tổn thương ADN gây ra bởiphóng xạ cần được sửa chữa trước khi tế bào phân chia Những biến đổi lớn,nghiêm trọng có thể gây chết tế bào, trong khi những biến đổi nhỏ, ít nghiên

trọng có thể được sửa chữa (chính xác hoặc không chính xác), làm chậm sự

phân chia của tế bào, tạo các tế bào bất thường và xuất hiện đột biến

+ Với nguyên phân: tia gamma có thể kìm hãm hoặc dừng hoàn toànquá trình nguyên phân nhưng không gây chết tế bào; làm tăng độ nhớt củadịch tế bào, tăng độ kết dính NST hoặc gây hiện tượng “hậu kỳ đa cực” dẫnđến sai hình NST một cách phức tạp Đôi khi bức xạ liều thấp làm tăng quátrình phân bào

+ Với giảm phân: các kiểu sai hình NST trong giảm phân thường thấylà: đứt NST, tạo 1 hoặc 2 đoạn NST và cầu NST; đứt crômatit, tạo cầu, vòngcrômatit ở trạng thái kép hay lặp đoạn trên NST; tạo NST 2 tâm, hình thànhcác đoạn riêng rẽ và cầu crômatit ở kỳ sau I

Theo Lagoda P.J.L (2012)[114], tác dụng gây chết tế bào của phóng xạtia gamma có thể do dự phá hủy trực tiếp các thành phần cấu tạo tế bào hoặckích hoạt cơ chế chết theo chương trình của tế bào.

Như vậy, tia gamma có thể dừng tạm thời hay hoàn toàn quá trình phânchia của tế bào, gây ra các sai hình trên NST thậm chí gây chết đối với tế bào

Đây là cơ sở góp phần lý giải tại sao sau khi chiếu xạ, mẫu vật (hạt, mô sẹo,

…) có sức sống giảm, tốc độ sinh trưởng phát triển chậm, tỷ lệ chết cao.

1.3.3 Tác dụng của phóng xạ đối với thực vật.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng: có thể xử lý phóng xạ với thực vật ở các

giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau (hạt khô, hạt ướt, hạt nảy mầm, cây non, đỉnh sinh trưởng,…), với các bộ phận khác nhau (hạt, phấn hoa, mô sẹo…) bằng các cách khác nhau (chiếu xạ, ngâm trong dung dịch đồng vị phóng xạ, đưa chất đồng vị phóng xạ vào vật mẫu,…) Tùy nồng độ, liều

lượng, thời điểm và cách thức xử lý mà có hiệu quả khác nhau

Tác dụng của phóng xạ với thực vật tăng dần khi tăng liều chiếu xạ đếnliều lượng gây chết Ở liều xạ thấp, đôi khi phóng xạ làm tăng quá trình sinhtrưởng, phát triển của thực vật

Cơ chế kích thích sinh trưởng do xử lý phóng xạ được kuzin A.M (1963)giải thích như sau: ở liều xạ thấp, bức xạ gây nên sự hình thành các gốc tự do

ở những khu vực nhất định trong tế bào (khu vực mẫm cảm với phóng xạ) Các gốc tự do có thể tồn tại 1 thời gian nhất định (thường là khá dài trong điều kiện yếm khí, thiếu nước và không bị tác động bởi điều kiện tối thích) và

được bảo tồn trong cấu trúc của lipoprotein- dạng cấu trúc là thành phần chủyếu của màng tế bào, ít tan trong nước, nhất là trong cấu trúc của lớp aloron

và màng của vỏ quả Để hạt nảy mầm cần các điều kiện thiết yếu như: nhiệt

độ, nước, không khí, sau khi thấm vào màng hạt, nước và oxy tác dụng với

các hợp chất của màng (chủ yếu là lipoprotein) hình thành các phản ứng dây

truyền và tạo các gốc tự do

Kết quả của quá trình này là sự phá hủy màng, giải phóng enzim cần thiếtcho sự nảy mầm và sinh trưởng của cây non như: amylaza, proteaza,peroxydaza… các enzin này xúc tác cho các phản ứng cần thết cho sự nảymầm của hạt, sinh trưởng và phát triển của cây non

Phóng xạ gamma còn ảnh hưởng đến mọi giai đoạn trong quá trình sinhtrưởng và phát triển của cây, ảnh hưởng đến chiều hướng và tốc độ của cácphản ứng sinh lý, sinh hóa nội bào; dừng tạm thời hay hoàn toàn quá trìnhphân bào làm suy giảm sức sống của phôi mầm dẫn đến gây chết ở các thời

kỳ khác nhau hoặc không gây chết mà tạo những biến đổi về hình thái, sinhtrưởng, phát triển của cơ thể

Như vậy, kể từ thời điểm xử lý, tia gamma có ảnh hưởng đến mọi giaiđoạn trong quá trình phát triển của cá thể, mức độ ảnh hưởng rất đa dạng.Ảnh hưởng của tia gamma lên cơ thể thực vật không chỉ phụ thuộc vào liềulượng và thời điểm chiếu xạ mà còn phụ vào bản chất của giống Chiếu xạ vớiliều lượng thấp đôi khi kích thích sự sinh trưởng, chiếu xạ với liều lượng caolàm hủy hoại tế bào ở nhiều mức độ, gây ra những biến đổi về mặt sinh lý,hóa sinh cuối cùng có thể gây chết hoặc biến đổi về mặt hình thái, sinhtrưởng, phát triển của cơ thể Những biến đổi này có thể có lợi cho cơ thểnhưng phần lớn là có hại Ứng dụng điều này trong công tác cải tạo giống câytrồng, các nhà chọn giống có thể cải tiến một hay một số đặc điểm nào đó củagiống, thậm chí tạo giống cây trồng mới từ giống đó

R| O|

R

O *

O2RH

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gây đột biến

Việc nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả gây đột biến ở lúanói chung và các giống cây trồng nói riêng khi chiếu xạ bằng tia gamma(Co60) có ý nghĩa lớn trong việc định hướng hiệu quả đột biến đặc biệt là cácđột biến có ý nghĩa cải tiến giống lúa cũ và tạo giống lúa mới

Các nghiên cứu có hệ thống của Đào Xuân Tân (1995)[41], trên cácgiống lúa nếp; Đỗ Hữu Ất (1996)[2], trên các giống lúa tẻ đặc sản cho thấy:chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm cho hiệu quả cao hơn so vớichiếu xạ vào hạt khô, chiếu xạ vào hạt nảy mầm ở khoảng thời điểm 69-72hcho hiệu quả đột biến cao hơn so với các thời điểm khác, liều xạ 100gy và

150 gy cho hiệu quả đột biến cao hơn so với liều 50gy và 200gy

Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã chỉ ra rằng: hiệu quả gây đột biếnkhông chỉ phụ thuộc vào thời điểm và liều lượng xử lý mà còn phụ thuộc vào

bản chất của giống Có những giống bền vữa khó xảy ra đột biến (giống hoang dại, giống cổ truyền,…), ngược lại có những giống kém ổn định, dễ xảy ra đột biến (giống cải tiến) Ngoài ra, hiệu quả gây đột biến đối với lúa

còn chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như:

có gen Dt thì alen này rất bền vững, khó xảy ra đột biến (Rhoade MM, 1938).

Đây là cơ sở để lựa chọn đối tượng (giống, tính trạng), giai đoạn sinh trưởng,

phát triển, thời điểm và liều lượng xử lý nhằm đạt hiệu quả cao nhất

Nghiên cứu của Idmoderop (1962), khi xử lý bức xạ ion hóa trên 18giống cây trồng khác nhau đã cho thấy: hiệu quả gây đột biến không chỉ phụthuộc vào gen mà còn phụ thuộc vào mức độ bội thể Khi xử lý phóng xạ lêncác giống lúa khác nhau Yamaguchi và Andro (1959) cho rằng: dạng tam bội(3n) có tính bền vữa hơn dạng lưỡng bội (2n) về các chỉ tiêu chiều cao cây và

số bông trên khóm Volodin (1975) cho rằng: trong các tế bào đa bội có hệthống sửa chữa các cấu trúc bị hư hỏng, do đó các biến đổi xảy ra phần lớnđược sửa chữa nên tần số đột biến thấp hơn

 Giai đoạn sinh trưởng phát triển của cơ thể

Nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước đã chỉ ra rằng: hạtnon mẫm cảm với tác nhân gây đột biến hơn hạt đã già, tần số và phổ đột biếncũng khác nhau khi chiếu xạ vào hạt có độ chín khác nhau (Nudin,Pasrusenco, Sangin, Bederopxki-1965); giai đoạn nhú mầm và giai đoạn mạmẫn cảm hơn với hạt khô và cây trưởng thành (Yamguchi 1963, Phan Phải

1971, Sakharop và Ph Andreev 1972 - 1974, 1976; S.Omura 1979; Secbacop1981- 1982), hạt được bảo quản lâu ngày đễ bị đột biến hơn hạt mới thu hoặchoặc mới được bảo quản

 Độ ẩm của hạt

Để gây đột biến, các nhà khoa học thường chiếu xạ với hạt khô hoặchạt đã ngâm nước, các nghiên cứu cho thấy: độ ẩm của hạt có liên quan mậtthiết đến sự phát sinh các biến dị và đột biến Khi chiếu xạ bằng tia gammalên hạt lúa khô và hạt ướt Trần Duy Quý và cs (1977-1987, 1981-1988,) đã

kết luận: tần số sai hình NST, đột biến diệp lục và các đột biến nhìn thấy ở M2

khi xử lý hạt ướt cao hơn nhiều so với xử lý hạt khô; Đào Xuân Tân (1995)[41], Đỗ Hữu Ất (1997)[2], cũng cho rằng: chiếu xạ hạt ướt cho tần số cáckiểu đột biến cao hơn nhiều so với chiếu xạ hạt khô Các nghiên cứu củaViado 1968, Escuro và cs 1961, Soriano 1971, Li Hu and Woo 1971, Miahand Awan 1971, cho kết quả tương tự

Ngoài ra, hiệu quả gây đột biến còn liên quan đến nồng độ của các chấtkháng đột biến tồn tại trong các tế bào Đặc biệt tính cảm ứng với tác nhângây đột biến còn phụ thuộc vào các yếu tố của môi trường bên ngoài như:điều kiện chăm sóc (Orav 1960; Fuji 1960; Yanuskevich 1962-1963,

Bantrigin 1965); điều kiện bất thuận (nóng, lạnh, hạn hán,…) không chỉ vậy, thành phần cơ giới của đất cũng ảnh hưởng đến tần số và phổ đột biến (khi trồng ở phòng ấm, tỷ lệ nảy mầm và tỷ lệ sống sót tăng lên, khả năng bất thụ giảm do đó làm tăng tần số đột biến)

1.3.5 Sự cạnh tranh trong M 1 để hình thành đột biến ở M 2

Theo Prina A.R et al (2012)[138], ở thực vật, khi các dòng tế bào cókiểu di truyền khác nhau cùng chung sống trong một cơ thể sẽ cạnh tranh lẫnnhau để tồn tại và tăng trưởng Theo quan điểm này, một alen đột biến mớisinh cần trải qua 2 sự sàng lọc để được truyền lại cho thế hệ thứ 2 Sàng lọcthứ nhất sảy ra ở mức độ soma (sinh dưỡng) của cây M1, nó phụ thuộc vàokhả năng phân chia của tế bào mang đột biến để tạo thành dòng tế bào độtbiến và khả năng cạnh tranh của dòng tế bào đột biến với dòng tế bào khác

(không mang đột biến, hoặc mang đột biến khác) trong quá trình phát triển

của cây M1 và kết thúc ở mô sinh sản Sàng lọc thứ 2 xảy ra trong cơ quansinh sản của cây M1, để truyền được sang thế hệ thứ 2, alen đột biến cần phảicạnh tranh được trong mô sinh sản để hình thành giao tử và hợp tử

Sàng lọc thứ nhất sảy ra trong pha lưỡng bội nên còn được gọi là sànglọc lưỡng bội (gaul, 1964) hay chọn lọc nội bộ soma (Kaplan); sàng lọc thứ 2sảy ra trong mô sinh sản nên còn gọi là sàng lọc đơn bội.

Bằng chứng về chọn lọc lưỡng bội đã được quan sát thấy ở lúa, lúamạch và lúa mỳ (Gaul,1964) Tuy nhiên, các allel đột biến có lợi có thể bị loại

bỏ do chọn lọc lưỡng bội khi nằm trong tế bào bị ảnh hưởng bởi những thayđổi có hại chọn lọc đơn bội và lưỡng bội được nghiên cứu khá kỹ ở lúa mỳ,lúa mạch và đậu, nhưng các nghiên cứu còn rất hạn chế trên lúa Tuy nhiên,trong sự hình thành giao tử, các đột biến trội được thể hiện ra cho chọn lọc lầnđầu và thường thể hiện ngay ở thế hệ thứ nhất Trong trường hợp các alen độtbiến thể hiện ở trạng thái dị hợp tử, các chức năng của thể bào tử và thể giao

tử có thể khác biệt đáng kể, sự phù hợp alen có thể khác nhau từ pha này tớipha khác Nhiều nhà khoa học đã lấy tỷ lệ bất thụ ở M1 để đánh giá hiệu quảcủa tác nhân gây đột biến

1.4 Ưu nhược điểm của chọn giống bằng đột biến

Theo Shua Q.Y et al (2012)[142], chọn giống đột biến đem lại hiệu qủa

to lớn, cũng như các phương pháp chọn giống khác, chọn giống nhờ đột biến

có những thuận lợi và khó khăn nhất định

Những thuận lợi của chọn giống bằng đột biến

 Có thể đạt được hiệu quả tức thời từ các vật liệu ưu tú

 Có thể cải tiến được một đặc điểm nào đó mà không ảnh hưởng đến đặctính khác của giống

 Có thể sử dụng làm giống trực tiếp hoặc sử dụng làm nguyên liệu chocông tác tạo giống

 Có thể tạo ra đặc tính hoàn toàn mới từ giống đem xử lý

 Không có bức xạ hay hóa chất tồn dư trong vật liệu sau xử lý

 Có thể xác định được các tính trạng cụ thể cần cải tiến và tính toán đượctần số đột biến.

Tuy nhiên, chọn giống đột biến có một số tồn tại nhất định

 Sự xuất hiện của các đột biến là ngẫu nhiên, không định hướng

 Các đột biến hữu ích chủ yếu là đột biến lặn xuất hiện với tần số thấp

 Để sàng lọc được đột biến hiếm (có lợi) cần có quần thể lớn, phương pháp

sàng lọc hiệu quả và yêu cầu trình độ nhất định của người sàng lọc

 Sự xuất hiện của các đột biến hữu ích có thể kèm theo các biến đổi bất lợi

 Giống/dòng đột biến thường tương tác không rõ ràng với các yếu tố củamôi trường, hiệu xuất có thể thay đổi đáng kể trong các môi trường khácnhau

 Hầu hết các đột biến không thể sử dụng để nhân thành giống ngay

 Nhiều đột biến có thể bị loại bỏ sau thế hệ thứ nhất

1.5 Một số thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến

1.5.1 Trên thế giới.

Theo thống kê của tổ chức lương thực thế giới IAEA, tính đến tháng 7năm 2015, trên toàn thế giới có 3222 giống cây trồng đột biến được đăng ký,thuộc 323 loại cây trồng khác nhau, trong đó có 815 giống lúa [100], gần 90%

do đột biến từ phóng xạ (Theo Lê Đức Thảo, Lê Huy Hàm (2017)[46]), hơn67% số giống thu được thông qua đột biến trực tiếp (Ahloowalia et al 2004[67]) Theo Nakagawa H (2009 )[135], tỷ lệ cao của các giống tạo ra nhờ bức

xạ tia gamma cho thấy sự biến đổi đột biến qua chiếu xạ tia gamma là phươngpháp hiệu quả và thành công cao đối với việc tạo ra các giống thương mại.Quốc gia đứng đầu trong việc phát triển các giống mới nhờ đột biến là TrungQuốc với 810 giống, tiếp theo là Nhật Bản (481) và Ấn Độ (330) Gần đây,các nhà khoa học Trung Quốc đã áp dụng phương pháp kích thích đột biến vàlai tạo giữa nhiều giống lúa, đã tạo ra được giống lúa khổng lồ với năng suất

cao hơn 50% so với các giống lúa thông thường, kết quả thử nghiệm trên 3thửa ruộng cho thấy năng suất trung bình đạt 17,2 tấn/ha, cao nhất là 17,7tấn /ha vượt ngưỡng kỷ lục thế giới[153]

Việc tạo ra các giống lúa mới bằng đột biến thực nghiệm đã tạo ranhững bước phát triển vượt bậc ở nhiều nước trên thế giới như: các giốngShada, Shua-92, Sarshar và Khushboo-95 của Pakistan; Shwewartun củaMyanma, RD6 and RD15 của Thái Lan; Zhefu 80, Jiahezazhan và Jiafuzhancủa Trung quốc; VND-95-20, TNDB-100 và THDB của Việt Nam,… 18giống lúa đột biến của Nhật Bản, PNR-102 và PNR-381 của Ấn Độ, Camago

8 của Costa Rica

Tại Thái Lan, các nghiên cứu về đột biến gen ở lúa được bắt đầu từ

những năm 1965, hai giống lúa indica thơm 'RD6' và 'RD15' được tạo ra do

chiếu xạ gamma vào hạt của giống lúa 'Khao Dawk Mali 105' ('KDML 105')năm 1977 và 1978 Ngày nay, sau hơn 50 năm những giống này vẫn đượctrồng phổ biến ở Thái Lan Theo Cục thống kê kinh tế và Nông nghiệpBangkok, trong giai đoạn 1995-1996, RD6 đã được trồng trên 2.429.361 ha,chiếm 26,4% diện tích trồng lúa ở Thái Lan với sản lượng 4.343.549 tấn lúa

Theo Mohammad et al (2012)[131], trong thời gian ngắn "Viện nghiêncứu hạt nhân Bangladesh" (BINA) đã tạo được 59 giống cây trồng bằngphương pháp đột biến với 9 giống lúa Trong đó, Iraton- 24 và Iraton-38 đượctạo ra năm 1974 do chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt khô của giống IR8 ởliều xạ 300Gy; Binasal tạo ra năm 1978 do chiếu xạ tia gamma vào hạt khôcủa giống Nizersail ở liều xạ 250Gy; Binadhan-4, Binadhan-5 và Binadhan-6được tạo ra năm 1998 bằng cách chiếu xạ tia gamma vào hạt lai F2 của BR-4'với 'Iratom-24' (Binadhan-4) và 'Iratom-24' và 'Dular' (Binadhan-5 vàBinadhan-6); Binadhan-7 được tạo ra do chiếu xạ tia gamma vào hạt M3 của

giống TNĐB (thu nhận từ Việt Nam), tiếp tục chọn lọc ở thế hệ M4 đến M7,

được công nhận chính thức năm 2007; Binadhan-9 được tạo ra do lai giữadòng đột biến không có mùi thơm, hạt dài với dòng có mùi thơm, hạt ngắnđược công nhận chính thức năm 2012 Theo tác giả, các giống này chủ yếuđược cải tiến về các đặ điểm như: rút ngắn thời gian sinh trưởng, giảm chiềucao cây, tăng năng suất và chất lượng.

1.5.2 Ở Việt Nam

Với 55 giống đột biến được đăng ký trong giai đoạn 1975-2011, ViệtNam hiện đang đứng thứ 8 trên thế giới về tạo giống đột biến Năm 2014,IAEA đã trao giải thưởng “thành tựu xuất sắc” về đột biến tạo giống cho Viện

Di truyền Nông nghiệp là một trong các đơn vị đi đầu trong lĩnh vực tạogiống bằng đột biến phóng xạ 2 giải thưởng khác trao cho tập thể Viện Khoahọc Nông nghiệp Miền Nam, Trung tâm Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh vàcho 2 cá nhân (Hồ Quang Cua và Trần Tấn Phương) thuộc Sở KH&CN Long

An đã đạt được các thành tích trong lĩnh vực đột biến tạo giống[152]

Theo Vinh MQ et al (2009) [145], việc sử dụng rộng rãi các giống năngsuất cao đã đưa Việt Nam trở thành nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai trên thếgiới với khoảng 4,3 triệu tấn/năm Hiện nay, các giống đột biến chiếm khoảng15% sản lượng gạo hàng năm

Ở Việt Nam, nghiên cứu chọn giống đột biến được cố GS Lương ĐịnhCủa khởi xướng từ những năm đầu của thập niên 1960, sau đó hướng nghiêncứu này tiếp tục được tiến hành bởi Phan Phải, Trần Duy Quý, Nguyễn MinhCông, Nguyễn Hữu Đống, Đỗ Hữu Ất, Lâm Quang Dụ, Nguyễn Văn Bích,…

đã tạo được nhiều giống lúa mới và nhiều dòng đột biến có triển vọng

Theo thống của Viện Di truyền Nông nghiệp, tính đến 2015 cả nước có

63 giống cây trồng mới được tạo ra nhờ đột biến, đã được công nhận và đưavào sản xuất Trong đó, có 41 giống lúa; Viện Di truyền Nông nghiệp tạo ra

27 giống; Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Miền nam 6 giống; Viện cây

lương thực và Cây thực phẩm 4 giống; Viện công nghệ sinh học 1 giống(NĐ5); Viện lúa Đồng bằng sông cửu long 2 giống (TNDDB100 và Tép hànhđột biến) và Trường đại học Sư phạm 1 giống (PĐ1) (Theo Lê Đức Thảo, LêHuy Hàm, 2017)[46] Tuy nhiên, còn một số giống lúa mới chưa được thống

kê như: Tám thơm đột biến, TK106 (PGS TS Nguyễn Minh Công và cs,Trường Đại học sư phạm Hà nội tạo chọn) Các giống đột biến được tạo ratrước những năm 90 chủ yếu do xử lý hóa chất (MNU, EMS,…) sau năm 90,chủ yếu do xử lý phóng xạ tia gamma (Co60)

Theo Trần Duy Quý và cs., 2009) [36], bằng đột biến Việt Nam đã tạođược nhiều giống lúa có chất lượng, năng suất cao và sức chống chịu tốt như:DT10, DT11, DT13, A20, CM1, DT33, DT21, Tám thơm đột biến, Khangdân đột biến, CL9, PD2, VND 95-20, VND 99-33, Tài nguyên đột biến 100,

OM 2717, OM 2718, OM 2496, VN 121, VN 124… ở mỗi giống này đều cómột hoặc một số tính trạng được cải tiến so với giống gốc về năng suất, chấtlượng, tính cảm quang, thời gian sinh trưởng ngắn ngày, độ cứng cây, khả năngchống chịu

Theo Lê Văn Huy và cs, (2017)[23], bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vàohạt của giống nếp N99 (năm 2008) đã tạo được giống nếp mới N621, có thờigian sinh trưởng 106 – 110 ở vụ mùa và 132-138 ngày ở vụ xuân, cho xôi dẻo vàthơm, năng suất khá cao (5,5 – 6,0 tấn/ha) Thời gian qua, nhiều giống và dòngđột biến lúa nếp đã được tạo ra bằng đột biến và đưa vào sản xuất như: nếpĐV2, TK106, Phú Quý,…

Như vậy, đột biến thực nghiệm đã, đang là công cụ hữu hiệu phục vụcho công tác chọn tạo giống cây trồng nói chung và giống lúa nói riêng Hiệnnay, đột biến thực nghiệm đang được ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia nhưNhật Bản, Ấn Độ, Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế - IRRI (Philippin), Mỹ,Trung Quốc, Pháp, Nga, Thái Lan và Việt Nam

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặcbiệt là công nghệ gen và công nghệ thông tin, công nghệ chỉnh sửa hệ gen(CRISPR/Cas) đã mở ra một cách tiếp cận mới trong cải thiện di truyền câynông nghiệp nói chung và cây lúa nói riêng, hứa hẹn có tiềm năng ứng dụnglớn (Lê Tiến Dũng, Lê Ngọc Quỳnh, 2017[14]).

1.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của cây lúa

Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa,nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng không tốt với đời sống của câylúa, nhiệt độ giới hạn với cây lúa là 20-360C (Lê Xuân Trình (2001)[54] Tuynhiên, nhiệt độ tới hạn thay đổi tùy giai đoạn sinh trưởng và phát triển của câylúa, tùy giống và tình trạng sinh lý của cây (Togari, Mattsuo, 1977) Ở miềnBắc Việt Nam, đầu vụ xuân thường có hiện tượng rét đậm, rét hại kéo dài,nhiệt độ trung bình thường thấp hơn 150C, gây thiệt hại rất lớn, nhất là chi phí

về giống trên 1 đơn vị canh tác, nguyên nhân là do cây lúa rất mẫn cảm vớinhiệt độ thấp đặc biệt trong giai đoạn nảy mầm (Han et al, 2006)[92], Cruzand Milash, (2004)[78] Theo Yoshida, (1981), mầm lúa có thể bị chết trongtrường hợp nhiệt độ thấp (dưới 100C) kéo dài trong nhiều ngày Ngoài ra,nhiệt độ thấp (dưới 150C) ảnh hưởng nghiêm trọng tới sự sinh trưởng và pháttriển của mầm lúa (Jiang et al., 2008 [107]; Sharifi, 2010 [140]) và làmgiảm đáng kể năng suất lúa thu hoạch trên một đơn vị diện tích (Sava S, 2013)[139] Nguyễn Văn Lộc và cs (2014)[28], nghiên cứu đánh giá khả năng chịulạnh của các dòng lúa khi xử lý lạnh ở nhiệt độ 13oC trong vòng 7 ngày ở giaiđoạn nảy mầm, sau đó chuyển sang điều kiện ban đầu (28oC như đối chứng)trong 3 ngày, kết quả cho thấy: nhiệt độ thấp làm giảm 55-100% chiều dài rễmầm, 82-100% chiều dài thân mầm và trên 60% lượng chất khô tích lũy.Theo Lyons (1973)[121], điều kiện bất thuận (lạnh) sẽ ức chế sự kéo dài vàphân chia của tế bào

Bảng 1.6 Giới hạn nhiệt độ và nhiệt độ tối thích với các giai đoạn

sinh trưởng và phát triển của cây lúa

ST

T Giai đoạn sinh trưởng

Ngưỡng nhiệt phát triển Nhiệt độ

Ở giai đoạn nảy mầm và mạ, nhiệt độ thấp làm chậm sự nảy mầm và pháttriển của mạ, hay nói cách khác, nhiệt độ làm chậm quá trình phân bào Nhiệt

độ quá thấp làm ngừng phân bào thậm chí giết chết tế bào

Nhiệt độ còn ảnh hưởng lớn trong giai đoạn phân hóa đòng, ở giai đoạnnày nếu gặp nhiệt độ thấp (<100C), làm giảm sức sống và mất khả năng nảymầm của hạt phấn, nhiệt độ quá cao làm hạt phấn bị khô và mất khả năng thụtinh dẫn đến tăng tỷ lệ hạt lép từ đó ảnh hưởng đến năng suất của giống

1.7 Nghiên cứu về tương tác kiểu gen và môi trường

Phân tích tương tác giữa kiểu gen và môi trường là lĩnh vực quan trọngtrong nghiên cứu di truyền và chọn giống, nhằm xác định nguồn gen thích hợpvới mỗi mùa vụ, vùng sinh thái Trong bất kỳ chương trình nhân giống nào, cầnphải sàng lọc và xác định các kiểu gen có kiểu hình ổn định trong các điều kiệnmôi trường khác nhau Nỗ lực gây giống như vậy đòi hỏi những thông tin cầnthiết về tương tác kiểu gen và môi trường (G x E) (Ghritlahre et al, 2011)[86]

Theo Islam et al., (2015) [105], chọn lọc dựa trên đánh giá tính ổn địnhcho hiệu quả cao hơn so với hiệu suất trung bình trong nhiều mùa vụ Vì vậy,ngoài việc tiến hành chọn lọc trong nhiều môi trường, các giống lúa trước khiđưa vào sản xuất cần được đánh giá tính ổn định và thích nghi của giống

Ổn định là sự phù hợp của kiểu gen đối với các môi trường thể hiện quahiệu suất của tính trạng, thích nghi là khả năng sống tốt hơn của một kiểu gentrên mỗi môi trường nghiên cứu Sự tương tác giữa kiểu gen với môi trườngxác định hiệu suất kiểu hình và sự thích nghi của kiểu gen với môi trường.Nhiều nghiên cứu cho thấy: tương tác kiểu gen với môi trường có ảnh hưởnglớn hơn tác dụng của chính kiểu gen đối với hiệu suất sinh khối và tính ổnđịnh, cho năng suất hạt cao trong các hệ sinh thái khác nhau (Balakrishnan etal., 2016) [69]

Tương tác kiểu gen với môi trường đã được nghiên cứu khá kỹ ở cảtrong và ngoài nước dựa trên các mô hình tuyến tính và không tuyến tính

1.7.1 Trên thế giới

Yates và Cochran là những người đầu tiên sử dụng phân tích tuyến tính

để khảo sát sự ổn định về các tính trạng số lượng, sau đó được phát triển bởiFinley và Wilkinson (1963), Eberhart và Russell (1966), Perkins và Jinks(1968), Freeman và Perkins (1971) Từ đó đến nay, mô hình này đã trải quanhiều cải tiến trong phân tích tuyến tính, để ước đoán các thông số thích nghi

và ổn định(Balakrishnan et al., 2016[69] Theo đó, kiểu gen được coi là ổnđịnh khi hệ số hồi quy (bi) = 1 và hệ số ổn định (S2di) nhỏ Theo Bose et al.,2012) [71], sự ổn định về năng suất ở lúa chịu tác động của nhiều yếu tố như:kiểu gen, môi trường, kỹ thuật canh tác và thiệt hại do sâu bệnh gây ra Chỉ sốmôi trường (Ij) được sử dụng để đánh giá mức độ thuận lợi của môi trường đốivới giống nghiên cứu, chỉ số môi trường (Ij) là giá trị trung bình một tính trạngnào đó của tất cả các kiểu gen ở 1 môi trường trừ đi giá trị trung bình chung củatất cả các kiểu gen trên tất cả các môi trường

Trong những năn gần đây, nghiên cứu tương tác kiểu gen với môitrường ngày càng được quan tâm và thực hiện nhiều trên các giống lúa, làmsáng tỏ vai trò của kiểu gen, môi trường và tương tác kiểu gen với môi trườngđối với độ ổn định và thích nghi của giống Từ đó, đưa ra các khuyến cáo vềviệc gieo trồng các giống ở môi trường phù hợp nhất nhằm thu được lợi íchcao nhất (Bose et al., 2012) [71], Balakrishnan et al., 2016 [69], Sharifi et al,

2017 [141])

1.7.2 Ở Việt Nam

Nghiên cứu tương tác kiểu gen-môi trường, tính ổn định và thích nghicủa giống mới nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học đặc biệt trongbối cảnh biến đổi khí hậu như hiện nay

Ông Huỳnh Nguyệt Ánh và cs, (2012) [1], đánh giá tính ổn định và

thích nghi của các giống lúa nếp MTL (miền tây lúa) ở 2 mùa vụ, trên 5 địa

điểm ở đồng bằng sông Cửu Long đã xác định được: giống lúa nếp MTL 681cho năng suất ổn định trong cả 2 mùa vụ; MTL 669, MTL 673, MTL 675 thíchnghi với điều kiện gieo trồng ở vụ Đông Xuân

Nguyễn Thị Lang và cs (2012) [24], phân tích tương tác kiểu gen vàmôi trường trên 12 giống lúa chịu khô hạn tại 11 địa điểm, ở vụ đông xuân

2010 – 2011 và thu đông 2011, đã có kết luận: hầu hết các giống lúa đều ổn

định, trong đó, giống OM7398 và OM8928 có năng suất ổn định nhất.Nguyễn Thị Lang và cs (2014) [25], phân tích tương tác kiểu gen và môitrường với 14 giống lúa phẩm chất xuất khẩu tại 11 địa điểm thuộc đồng bằngsông Cửu Long ở vụ đông xuân 2012-2013, đã xác đinh được: giốngOMCS2012, OM28L và OM10041 cho năng suất cao và ổn đinh nhất.

Lê Xuân Thái và cs (2014)[45], bằng phân tích tương tác kiểu gen vàmôi trường đã tuyển chọn được các giống lúa mới thích nghi trên vùng đấtnhiễm phèn và cho năng suất cao như: giống lúa MTL 480, MTL 844 Trầnvăn Mạnh (2015)[30], đánh giá tính ổn đinh và thích nghi của 10 giống lúa ởkhu vực Duyên hải Nam Trung Bộ, đã xác định được giống PY1, MT18cs vàLTH134 ổn định và thích nghi ở vụ Đông Xuân và Hè Thu

Tuy nhiên, các nghiên cứu mới chỉ tập trung nghiên cứu đánh giá tính

ổn định và thích nghi của các giống lúa đang sản suất mà chưa thấy các côngtrình đánh giá các dòng đột biến mới tạo ra

1.8 Nghiên cứu về đa dạng di truyền phục vụ công tác tạo chọn giống lúa mới

1.8.1 Vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền

Nguyễn minh Anh Tuấn (2017) [59], cho rằng, đa dạng di truyền là sự

đa dạng của các biến dị có khả năng di truyền được trong quần thể, loài vàgiữa các loài

Đối với con người, đa dạng di truyền cung cấp nguồn nguyên liệu giátrị cho chọn tạo giống mới, phục vụ lợi ích của con người, là nguồn dự trữtiềm năng các tài nguyên sinh vật, đặc biệt có giá trị chọn lọc, khai thác và sửdụng các tính trạng quý như: chịu nóng, chịu hạn, chịu ngập, phù hợp với cácvùng sinh thái, giúp ổn định hệ thống nông nghiệp trên quy mô địa phương,quốc gia và quy mô toàn cầu, nhất là trong điều kiện môi trường đang biếnđổi ngày càng phức tạp như hiện nay

Có nhiều phương pháp được áp dụng trong nghiên cứu đa dạng di

truyền (phương pháp nghiên cứu dựa trên các chỉ thị hình thái, chỉ thị đẳng men và chỉ thị phân tử), mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng,

tùy mục đích và các điều kiện khách quan mà nhà nghiên cứu lựa chọnphương pháp đánh giá cho phù hợp

1.8.2 Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền

1.8.2.1 Phương pháp nghiên cứu dựa trên các chỉ thị hình thái

Là phương pháp đơn giản, dễ làm và không đòi hỏi trang thiết bị đắttiền nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả nhất định Đặc biệt, có thể giúp các nhànghiên cứu phân biệt các giống một cách nhanh chóng ngay trên đồng ruộng(Nguyễn văn Vương 2013)[64]

Theo Nguyễn Đức Thành (2014) [44], đây là phương pháp truyềnthống, thực hiện bằng việc miêu tả những đặc điểm cấu tạo, hình thái bên

ngoài (chiều cao cây, TGST, số bông/khóm, khối lượng 1000 hạt, chiều dài

lá, chiều rộng lá ) được sử dụng trong công tác khảo nghiệm giồng cây

trồng, bảo hộ quyền tác giả ở nước ta

Hiện nay, trong nghiên cứu nói chung và nghiên cứu đa dạng di truyềnlúa nói riêng có thể sử dụng bảng mô tả tính trạng cây lúa của IRRI (2013)[103] hoặc bảng mô tả của Trung tâm Khảo- Kiểm nghiệm giống, sản phẩmCây trồng quốc gia, với 65 tính trạng đặc trưng về mặt hình thái của lúa.Trong đó, 32 tính trạng quan trọng có thể được dụng để phân biệt giống (TrầnĐình Long, 2010)[27] Các nghiên cứu đều cho rằng: nguồn gen càng phongphú về các tính trạng thì việc ứng dụng trong chọn tạo giống lúa càng có hiệuquả

1.8.2.2 Phương pháp nghiên cứu dựa trên chỉ thị đẳng men.

Men (enzym) là dạng protein có khả năng xúc tác cho những phản ứnghóa-sinh học, có tính đặc thù cao Isozym hay các đẳng men thực chất lànhững trạng thái khác nhau của một enzym, các Isozym của một enzym đều

xúc tác cho một phản ứng, chỉ khác nhau ở một số tính chất như nồng độ cơchất hay độ pH mà ở đó nó có hoạt tính cao nhất (Phan Hữu Tôn 2005; PhanHữu Tôn và cs 2010) [50], [51]

Phương pháp này xác định sự có mặt của các alen trên NST thông quasản phẩm của chúng là protein enzyme Vì vậy, sự có mặt của isozyme nào đóchứng tỏ sự hiện diện của alen quy định chúng trong bộ NST của tế bào Phântích isozyme dễ tiến hành hơn các phương pháp phân tích ADN Tuy nhiên,

do số lượng hạn chế của các isozyme và sự biểu hiện mang tính giai đoạn củaquá trình phát triển cá thể, là sản phẩm của gen nên phản ánh chưa thật chínhxác bản chất di truyền của các cá thể Do vậy, việc sử dụng chỉ thị isozyme cónhững hạn chế nhất định (Nguyễn Văn Vương, 2013)[64]

1.8.2.3 Phương pháp nghiên cứu dựa trên các chỉ thị phân tử.

Chỉ thị phân tử (ADN) là công cụ hiệu quả trong đánh giá đa dạng ditruyền, có thể xác định được những khác biệt nhỏ nhất ở mức ADN, phát hiệnđược nhiều alen ở mỗi locus Tuy nhiên, các kỹ thuật có liên quan đến chỉ thịADN đòi hỏi đầu tư lớn và tốn kém (Nguyễn Minh Anh Tuấn, 2017)[59]

Trong nghiên cứu, đánh giá đa dạng di truyền, thì chỉ thị phân tử làcông cụ mạnh, có lượng thông tin cũng như tính chính xác của thông tin vượt

xa phương pháp đẳng men hay hình thái Lợi thế lớn nhất của nó là phát hiện

sự sai khác ở mức ADN một cách nhanh chóng, có thể tiến hành ở giai đoạn

mạ nên rút ngắn được thời gian nghiên cứu (Nguyễn Văn Vương, 2013)[64]

Có nhiều chỉ thị được sử dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền, mỗichỉ thị có những ưu và nhược điểm riêng

- Chỉ thị RFLP (đa hình đoạn phân cắt giới hạn), được sử dụng chủ yếu

để lập bản đồ di truyền, lập bản đồ QTLs cho tính trạng chất lượng và năngsuất lúa, các gen kháng đạo ôn, kháng rầy nâu và phân tích quan hệ di truyền,tiến hoá và phân loại (Huang và cs., 2013b)[98]