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

trong sản suất như: N97, N98, ĐT52,… cho năng suất cao nhưng khôngthơm; TK106, DT21, DT23, BM9603,… cho xôi dẻo và thơm ở mức độ khácnhau nhưng năng suất còn hạn chế Nguyễn Văn Vương, 20

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)[96], 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 hướng tập trung nghiêncứu, phát triển các giống lúa chất lượng, chống chịu sâu bệnh thì ở Việt Namvẫn chủ yếu phát triển các giống lúa năng suất cao, ít chú trọng đến chấtlượng Do đó, mặc dù luôn đứng trong tốp 2-3 nước xuất khẩu gạo hàng đầutrên thế giới nhưng giá trị ngoại tệ thu được còn thấp, chưa tương xứng với vịtrí đó

Từ lâu, lúa nếp đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sốngkinh tế, xã hội đặc biệt là đời sống tinh thần của người dân Việt Nam Lúanếp chủ yếu được trồng nhằm phục vụ nhu cầu về lương thực, sử dụng trongcác lễ hội cổ truyền (lễ hội, cưới hỏi, đặc biệt không thể thiếu trong ngày tếtnguyên đán)

Tuy nhiên, diện tích gieo trồng lúa nếp ngày càng thu hẹp (chiếmkhoảng 7% diện tích trồng lúa), đặc biệt là các giống lúa nếp cổ truyền, choxôi dẻo, thơm và rất ngon Do năng suất thấp, cây cao, dễ đổ, lại chỉ gieotrồng được ở vụ mùa nên nhiều giống đã mất đi trong sản suất, một số khácchỉ được trồng trên diện tích rất nhỏ, phục vụ nhu cầu của gia đình Các giốnglúa nếp được gieo trồng nhiều với diện tích lớn đều là các giống cải tiến, năngsuất khá cao, gieo trồng được nhiều vụ trong năm như: N98, IRi352,… lạikhông thơm hoặc thơm rất nhẹ

Trong những năm qua, nhiều giống lúa nếp mới đã được tạo ra nhưngmỗi giống lại có những nhược điểm nhất định nên chưa thực sự được mở rộng

trong sản suất như: N97, N98, ĐT52,… cho năng suất cao nhưng khôngthơm; TK106, DT21, DT23, BM9603,… cho xôi dẻo và thơm ở mức độ khácnhau nhưng năng suất còn hạn chế (Nguyễn Văn Vương, 2013)[65]

Ứng dụng phương pháp gây đột biến thực nghiệm, hoặc đột biến thựcnghiệm kết hợp với phương pháp lai truyền thống và chọn lọc, các nhà khoahọc trên thế giới và ở Việt Nam đã tạo được nhiều giống cây trồng đột biếnmới phục vụ cho sản xuất như: Tám thơm đột biến, nếp Phú Quý, …

Nhằm góp phần tạo ra giống lúa nếp mới ngắn ngày, cho năng suất cao,gieo trồng được nhiều vụ trong năm, cho xôi dẻo và thơm 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

i. Xác định được ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng (vụ xuân và vụ mùa)thế 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 M2

ii. Xác định được mối tương quan giữa tần số phát sinh một số kiểu độtbiến diệp lục với sự phát sinh một số đột biến có ý nghĩa cải tiến giốnglúa cũ và tạo giống lúa mới ở M2

iii. Xác định được sự khác nhau về hiệu quả gây đột biến khi chiếu xạ bằngtia gamma (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 đặcsản (Nếp cái Hoa vàng và Nếp Đuôi trâu) khi chiếu xạ bằng tia gamma(Co60) vào hạt nảy mầm của hai giống lúa nói trên và tuyển chọn đượcmột số dòng ưu tú

v Tạo được một số dòng đột biến ưu tú phát sinh từ dòng đột biến tự nhiên, mất tính cảm quang (từ giống lúa Nếp cái Hoa vàng: HV-H) và tuyển chọn được dòng

ưu tú nhất được đặt tên là “giống lúa khảo nghiệm Nếp cái Hoa vàng đột biến”

1.3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sử dụng 2 giống lúa nếp đặc sản: Nếp cái Hoa vàng và Nếp Đuôitrâu; 3 giống lúa nếp cải tiến: Nếp Phú quý, Nếp N87, Nếp Lang liêu và 3dòng đột biến HV-H, M50 và TK97

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

i Nghiên cứu sự cạnh tranh giữa các tế bào bình thường và các tếbào đột biến khi gieo trồng M1 ở các mùa vụ khác nhau Mức độcạnh tranh được đánh giá bằng tần số và phổ đột biến (chỉ thựchiện trên 3 giống gieo trồng M1 ở vụ xuân và vụ mùa)

ii Nghiên cứu hiệu quả đột biến khi chiếu xạ bằng tia Gamma (Co60)vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến (chỉ sử dụng 3giống và 3 dòng đột biến)

iii Đánh giá đa dạng di truyền về mặt hình thái của 2 tập đoàn dòng độtbiến phát sinh từ 2 giống lúa nếp đặc sản

iv Đánh giá sự biểu hiện mùi thơm, tính ổn định và thích nghi của cácdòng đột biến có triển vọng tại các địa điểm nghiên cứu

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Tần số đột biến diệp lục kiểu bạch tạng (Albina) phát sinh ở M2 có mốitương quan thuận và chặt với tổng tần số và phổ của một số đột biến có ýnghĩa 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 biến caohơn so với trường hợp chiếu xạ vào hạt giống gốc Khi chiếu xạ vào hạt củadòng đột biến (thuần chủng) vẫn phát hiện được các đột biến cũ và một số độtbiến mới phát sinh mở ra khả năng tăng cường số lượng đột biến khi chiếu xạnhiều lần vào hạt của cùng một dòng đột biến

Ý nghĩa thực tiễn

- Đã cải tiến được giống lúa nếp Đuôi trâu (dòng ĐT4) về các đặc điểmnhư: mất tính cảm quang, có cây thấp hơn, lá đòng đứng và xanh thẫm hơn,năng suất cao hơn nhưng vẫn giữ được phẩm chất của gạo đặc sản, cho xôidẻo và thơm như giống gốc

- Đã cải tiến được giống Nếp Phú quý (dòng PQ3) về các đặc điểm như:

hạ thấp chiều cao cây và rút ngắn thời gian sinh trưởng để trở thành giống lúa nếp có thời gian sinh trưởng ngắn, cho năng suất cao nhưng vẫn giữ được chấtlượng gạo và mùi thơm

- Đã tạo chọn được giống lúa khảo nghiệm Nếp cái Hoa vàng đột biến đãmất tính cảm quang, cho năng suất tương tự với giống nếp cao sản không cómùi thơm được gieo trồng phổ biến ở các vùng trong cả nước nhưng vẫn duytrì chất lượng gạo và mùi thơm gần như giống gốc

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

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

1.1.1 Trên thế giới

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

về diện tích, sản lượng và năng suất (hình 1.1), theo thống kê của tổ chứclương thực thế giới (FAO) năm 2015, tổng sản lượng lúa gạo toàn thế giớikhoảng 749,1 triệu tấn, tăng 1% so với năm 2014 (741,8 triệu tấn) Trong đó,khu vực Châu Á (677,7 triệu tấn) chiếm khoảng 90% sản lượng toàn thế giới

Hình 1.1 Diện tích và sản lượng lúa toàn cầu giai đoạn 2006 - 2015

Hiện nay, có khoảng 114 nước trồng lúa, tập chung 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 chung chủyếu ở Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Việt Nam (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Sản lượng lúa của Việt Nam và một số nước chủ yếu trong

khu vực, giai đoạn 2010- 2014

Stt Quốc gia 2010 Sản lượng thóc (triệu tấn)2012 2013 2014

Niên giám thống kê, 2016 [36]

Theo Nguyễn Thị Sinh (2016) [41], hiện nay, cứ sau 14 năm dân số thếgiới tăng 1 tỷ người, 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 đếnnăm 2035, tổng sản lượng thóc phải tăng thêm 114 triệu tấn/năm Tuy nhiên,

do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu nên trong những năm tới diện tích trồnglúa sẽ giảm, năng suất trung bình tăng chậm, vấn đề đặt ra với ngành sản xuấtlúa gạo nói chung và với các nhà nghiên cứu nói riêng phải tiếp tục duy trìnăng suất, lấy chất lượng bù số lượng Đặc biệt là cải tiến các giống lúa cósẵn, thêm các tính trạng chống chịu với sâu bệnh và các mùa vụ bất thuận, rútngắn thời gian sinh, tăng vụ, luân canh cây trồng và phát triển nông nghiệpbền vững

Trong những năm qua, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) đã tạo rađược hàng ngàn giống lúa mới, với khoảng 65% diện tích lúa toàn thế giới,trong đó, giống Nếp Iri352 đang được trồng khá phổ biến ở một số vùng củaViệt Nam

Ở Thái Lan, các giống lúa cổ truyền chất lượng cao được gieo trồngnhiều trong khi các giống lúa cải tiến ngắn ngày, năng suất cao chiếm tỷ lệthấp Thái Lan đứng đầu thế giới về xuất khẩu gạo với các loại gạo hạt thondài, trắng trong, cơm thơm, 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, lúa thơm và lúa nếp

Ngược lại, ở Lào chủ yếu trồng các giống lúa nếp cải tiến, ngắn ngày,năng suất cao tại các vùng đất thấp, chủ động nước tưới, các giống cổ truyềnđược trồng với diện tích nhỏ ở vùng đất cao không chủ động được nước tưới.Đây là nguyên nhân chính gây hiện tượng xói mòn nguồn gen lúa nếp cổtruyền ở Lào Với khoảng 85 % sản lượng lúa cả nước, Lào là nước có sảnlượng lúa nếp lớn nhất khu vực Đông Nam Á (Chaudhary R.C và D.V.Tran,2001)[63]

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 cao

1.1.2 Ở Việt Nam

1.1.2.1 Tình hình sản xuất lúa nếp

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài (khoảng3000km), địa hình phức tạp nên hình thành nhiều vùng canh tác lúa khácnhau Tùy mùa vụ tự nhiên, tập quán canh tác, phương pháp gieo trồng vàmùa vụ mà nghề trồng lúa hình thành và phát triển với 3 vùng chính: Đồngbằng sông Hồng, Đồng bằng ven biển miền Trung và Đồng bằng Nam Bộ

Bảng 1.2 Diện tích và sản lượng lúa của Việt Nam giai đoạn 2005- 2016

Năm TổngDiện tích (Triệu ha)ĐX HT M TổngSản lượng (Triệu tấn)ĐX HT M

2005 7,329 2,942 2,349 2,037 35,832 17,331 10,436 8,065

2006 7,324 2,995 2,317 2,011 35,849 17,588 9,693 8,567

2007 7,207 2,988 2,203 2,015 35,942 17,024 10,140 8,777

Ghi chú: ĐX: đông xuân; HT: hè thu; M: mùa (Niên giám thống kê 2016[36])

Diện tích trồng lúa của nước ta hàng năm đạt hơn 7 (triệu ha) và khôngngừng tăng lên từ 7,207 triệu ha (năm 2007) đến 7,902 triệu tấn (năm 2013)

Do ảnh hưởng của biến đổi khí nên năm 2014, 2015 và 2016 có phần giảm sovới 2013 Tuy nhiên, do sử dụng các giống lúa cải tiến, năng suất cao với kỹthuật thâm canh phù hợp nên sản lượng lúa vẫn tăng, từ 35,942 triệu tấn (năm2007) đến 45,105 triệu tấn (năm 2015) Lúa được sản suất trong 3 vụ: đôngxuân, hè thu và mùa, trong đó vụ đông xuân chiếm khoảng 45% sản lượnghàng năm (bảng 1.2)

Việt Nam với nền văn minh lúa nước lâu đời, sản xuất lúa gạo khôngchỉ tạo ra giá trị kinh tế mà còn là một phần không thể thiếu trong đời sốngtinh thần của người Việt Nam Trong những năm qua, nước ta có những bướctiến vượt bậc về sản xuất lúa gạo, từ nước thiếu đói trở thành nước xuất khẩugạo hàng đầu trên thế giới Theo Nguyễn Văn Bộ, 2016,[5], Trong nhiều nămnay, Việt Nam luôn đứng trong tốp 2-3 nước xuất khẩu gạo hàng đầu trên thếgiới, với thị phần toàn cầu gần 20% (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Xuất khẩu gạo toàn cầu và của một số nước chủ lực (1.000 tấn)

Thái Lan 10.647 6.945 6.722 10.969 9.779 9.800

Toàn cầu 36.486 39.967 49.493 44.115 42.799 41.353Trong 35 năm qua năng suất 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 thế giới (bảng 1.4.)

Bảng 1.4 Năng suất lúa Việt Nam và Thế giới

Quốc gia/vùng

Năng suất (tấn/ha) 2015 so với 1980

Theo Nguyễn Văn Bộ, 2016,[5],

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

Bảng 1.5 Giá gạo xuất khẩu của một số nước, USD/tấn

5%

Việt5%

Thái25%

Việt25%

US, #1.4%

Pakistanbasmatis

Thái Hom,Mali grade A

Lúa nếp được trồng chủ yếu ở Đồng bằng sông Hồng, Trung du miềnnúi phía Bắc và Bắc Trung Bộ Trong đó, Đồng bằng sông Hồng gieo trồng

17 giống với diện tích 78,6 nghìn ha, chiếm 7% diện tích, Trung du miền núiphía Bắc gieo trồng 14 giống với diện tích 35,5 nghìn ha, chiếm 5,61% diệntích (bảng 1.6) theo Trần Xuân Định và cs (2016)[16]

Bảng 1.6 Số lượng, diện tích và tỉ lệ % gieo trồng của lúa nếp

(103 ha)

Tỷ lệ % theokhu vực

Ở mỗi khu vực, số giống, loại giống và diện tích gieo trồng khác nhau(bảng 1.6), lúa nếp được trồng chủ yếu ở vụ mùa và đông xuân, ít được gieotrồng ở vụ hè thu và thu đông Các giống nếp cổ truyền chiếm một tỷ trọngnhất định ở mỗi khu vực, đây là các giống được trồng lâu đời, do đó, thíchứng với mùa vụ khí hậu tại địa phương Tuy nhiên, do năng suất thấp và thờigian sinh trưởng dài, dễ đổ, nên diện tích ngày càng thu hẹp Theo chúngtôi, mỗi địa phương cần lựa chọn một hay một số giống chủ lực và gieo trồngtập chung để dễ quản lý và lúa nếp có thể trở thành mặt hàng có giá trị

Bảng 1.7 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

-1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa nếp

Theo Trần Xuân Định (2013)[15], trong những năm qua, số giống lúagửi khảo nghiệm tăng nhanh (nhanh nhất trong tất cả các giống cây trồng) với

số lượt giống trong vụ xuân 2010; 2011, 2012 là: 149 – 156 – 243 và 132 – 161– 188 trong vụ mùa Điều này cho thấy, công tác nghiên cứu, chọn tạo giống lúa

đã và đang được chú trọng, hơn nữa việc nghiên cứu, chọn tạo giống mới khôngchỉ ở các cơ quan nghiên cứu, các Viện, Trung tâm mà một lượng lớn giống

tham gia khảo nghiệm do các công ty sản suất, kinh doanh trong lĩnh vực giốngcây trồng, các công ty liên doanh và do cá nhân thực hiện

Theo Nguyễn Văn Tuất và cs (2013)[60], giai đoạn 2011 – 2013, Việnkhoa học nông nghiệp Việt Nam được công nhận chính thức 10 giống lúa mới(PC6; CH208; P371; P6ĐB; PĐ211; P9; HDT8; HT18; gia lộc 102 và DT57)

và nhiều dòng triển vọng đang đề nghị công nhận cho sản xuất 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.[67]

Theo báo cáo của Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam[68], thành tựunổi bật trong nghiên cứu tạo giống lúa nếp của Viện CLTCTP là đã tạo ra cácgiống lúa N87, N98, N100… Đây là các giống có TGST ngắn: 105-115 ngày,năng suất đạt 55-70 tạ/ha/vụ, có thể gieo cấy cả 2 vụ trong năm Hiện nay,khoảng 80% diện tích canh tác lúa nếp tại các tỉnh miền Bắc và miền Trungđược gieo cấy bằng các giống lúa nếp của Viện CLTCTP

Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung nghiên cứutheo hướng tăng năng suất, chưa thực sự chú trọng vào chất lượng, đặc biệt làlúa nếp

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 Do đó, đã thu hút được

sự quan tâm của một số nhà nghiên cứu trong lĩnh vực chọn tạo giống câytrồng Ông Huỳnh Nguyệt Ánh và cs, (2012)[1], nghiên cứu mức độ ổn địnhcủa 18 giống lúa nếp tại Đồng bằng sông Cửu Long, đã xác định được cácgiống lúa nếp thích ứng cho từng vùng ở mỗi mùa vụ, phụ vụ cho việc bảotồn và phát triển các giống lúa nếp ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

Ngô Thị Hồng Tươi và cs (2014)[64], Nghiên cứu đa dạng di truyền của 46dòng giống lúa cẩm, trong đó có 32 giống nếp cẩm địa phương, 12 giống tẻcẩm và 2 giống nhập nội Kết quả cho thấy: Hầu hết các giống nếp cẩm thuộcloại hình japonica, một số có hàm lượng Anthocyanin cao, kết quả này cungcấp những thông tin hữu ích cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa đặcsản Trần Văn Minh, Đỗ Thị Diệu Hạnh (2015)[30], Đánh giá thực trạng sảnxuất và xác định rõ đặc điểm Nông - sinh học của các giống lúa nếp địaphương (Nếp Ba tháng, Nếp Lân và Nếp Ngự) được trồng lâu đời tại tỉnhNinh Bình Từ đó, đề xuất phương án phục tráng lại các giống này nhằn bảotồn và tiếp tục phát triển chúng trong sản xuất.

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, Đoàn Thanh Quỳnh

và cs (2016)[40], đã nghiên cứu đánh giá 42 mẫu giống lúa nếp địa phươngtại Điện Biên Kết quả nghiên cứu cho thấy, các mẫu này 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)[27], đã nghiên cứu, phục tráng thànhcông giống lúa nếp đặc sản Nếp Ba tháng cho tỉnh Ninh Bình, xây dựng thànhcông quy trình kỹ thuật gieo cấy, nhằm tiếp tục mở rộng trong sản xuất; PhanHữu Tôn (2016)[54], khảo sát đánh giá khả năng kháng bệnh đạo ôn, bạc lá vàrầy nâu của giống lúa nếp Đèo Đàng bằng cách lây nhiễm nhân tạo 10 chủng gâybệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam, 2 quần thể rầy nâu và 3 isolate nấm gây bệnhđạo ôn, đồng thời sử dụng chỉ thị phân tử để xác định các gen kháng Kết quảcho thấy, giống Nếp Đèo đàng có gen xa7 kháng bạc lá và pi-ta kháng đạo ôn và

có khả năng kháng tốt với các bệnh tương ứng; Nguyễn Thị Hảo và cs (2015)[18], nghiên cứu xác định ảnh hưởng của lượng phân bón và mật độ cấy đến sinhtrưởng, phát triển và năng suất của giống nếp Cẩm ĐH6, đã xác định được liều

lượng phân bón và mật độ cấy thích hợp với giống nếp Cẩm ĐH6, cung cấp tưliệu quý cho việc hoàn thiện quy trình kỹ thuật phục vụ cho sản xuất.

Sản xuất lúa nếp ở nước ta trong những năm qua chưa được quy hoạchhợp lý, chủ yếu do nhu cầu tự phát, phục vụ nhu cầu sử dụng của gia đình.Gần đây, do nhu cầu sử dụng 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 bắt đầu chuyển sang trồng lúa nếpthay cho lúa tẻ khiến diện tích gieo trồng lúa nếp tăng mạnh ở một số địaphương như: An Giang, Đồng Tháp, 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

Triệu tấn

Hình 1.2 Sản lượng lúa nếp xuất khẩu của Việt Nam 2015-2017

Theo báo cáo của ngân hàng thế giới tại hội nghị thường niên của hiệphội các Viện nghiên cứu Nông nghiệp châu á Thái Bình Dương (APAARI) tạiBangkok tháng 9/2015 thì Việt Nam đầu tư cho nghiên cứu, phát triển tronglĩnh vực nông nghiệp hàng năm thấp (chiếm 0,2% GDP), tỷ lệ này ở Braxin là1,8% (2006), Trung Quốc là 0,5% (2007) Hiệu quả sản xuất trong lĩnh vựctrồng trọt còn thấp, đầu ra bấp bênh, giá cả không ổn định nên thu nhập củanông dân, đội ngũ cán bộ làm công tác nghiên cứu và chuyển giao tiến bộ kỹthuật trong nông nghiệp thấp hơn nhiều so với các ngành khác

Trong những năm tới, việc nghiên cứu chọn tạo các giống cây trồng nóichung và cây lúa nói riêng tập trung theo hướng năng suất cao, chất lượng tốt,theo yêu cầu thị trường, có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu, chốngchịu tốt với mùa vụ bất lợi của môi trường: hạn, úng, mặn, phèn và chốngchịu các loại sâu bệnh hại chính, đồng thời phục hồi, khai thác và phát triểngiống cây trồng bản địa, đặc sản.

1.2 Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp

1.2.1 Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp

Lúa trồng (O.sativa L) thuộc họ hoà thảo Poaceae (Gramineae), 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 ra 2 dạng điển hình là: lúa Tiên (Indica) và lúa Cánh (Japonica), ngoài ra còn một dạng trung gian (Javanica)

Có nhiều quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây lúa Theo Sampth vàRao (1951), Ting (1993), lúa trồng châu Á (O.sativa L) có nguồn gốc từTrung Quốc và Ấn Độ Chang T.T (1985), lại cho rằng tổ tiên của loài lúatrồng ở Châu Á xuất hiện vào thời kỳ đồ đá mới cách đây khoảng 10- 15nghìn năm tại vùng chân núi phía Nam dãy Hymalaya, miền Nam và ĐôngNam châu Á Theo Phan Phước Hiền (2008)[19], lúa trồng ở châu Á xuất hiệncách đây khoảng 8 nghìn năm, tuy nhiên vẫn chưa có kết luận chắc chắn về tổtiên trực tiếp của nó Theo Huang X et al., (2015)[106], Civsavn P et al.,(2015)[86], lúa trồng châu Á đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài để thíchứng với các môi trường khác nhau và được phân chia thành 3 nhóm chính là:

Indica, Japonoca (Sinica) và Javanica (Japonica nhiệt đới), giữa chúng có

một số đặc điểm về hình thái thân, lá, hạt có thể dùng để nhận biết, đặc biệt làhàm lượng Amyloza và Amylopectin và khả năng chị hạn, lạnh thể nhận biết

được Các giống lúa Japonica thường có năng suất cao hơn lúa indica khaongr0,5-1tấn/ha (Hoang Tuyết Minh và cs 2016)[32]

Takane Matsuo (1997), cho rằng lúa nếp Nương là dạng khởi nguồncủa lúa trồng vì nó được tìm thấy đầu tiên ở Assam-Yunnan, nơi lúa nếpchiếm ưu thế

Watabe (1976), cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào và vùng Bắc,Đông bắc Thái Lan Ngoài ra, vùng Shan và Kachin của Myanmar;Kwangsichuang và Yunnan của Trung Quốc; khu vực biên giới Campuchia,Thái Lan và Lào; vùng núi, khu vực biên giới Việt Nam và Lào là những vùngtrồng nhiều lúa nếp Cùng quan điểm đó, Chaudhary R.C và D.V.Tran (2001)[81], cho rằng: Lào và Đông Bắc Thái Lan là Trung tâm xuất xứ của lúa nếp

Tuy nhiên, quan điểm của Khush (1997), về sự tiến hóa của hai loạilúa trồng phổ biến hiện nay trên thế giới (hình 1.3) được nhiều nhà khoahọc 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 1.3 Nguồn gốc của lúa trồng (Khush (1997)

1.2.2 Phân loại lúa, lúa nếp

Theo Đặng Quang Hào và cs (2006) [17], 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 (1996) [109], gạo nếp

có hàm lượng Amylose thấp (< 5%) Việc phân biệt dạng nội nhũ của cácgiống địa phương giúp cho các nhà quản lý nguồn gen xác định kỹ thuật bảoquản phù hợp với nguồn gen đó (lúa nếp có tuổi thọ ngắn hơn so với lúa tẻtrong bảo quản)

Theo Nguyễn văn Vương, 2013)[65], cấu tạo tinh bột của nội nhũ là căn cứ chủ yếu để phân chia lúa thành lúa nếp và lúa tẻ Nội nhũ lúa tẻ tích luỹ tinh bột dạng amyloza, mỗi phân tử amyloza gồm 200 đến 1000 đơn vị glucose, nối với

nhau bởi các liên kết a-1,4 glocozit Amyloza có cấu trúc xoắn, cứ 6 phân tử glucose nối thành vòng với khối lượng phân tử dao động từ 10.000 đến 100.000 đơn

vị, amyloza chuyển thành màu xanh khi nhuộm với với Iốt Nội nhũ lúa nếp tích luỹ tinh bột dạng amyloza pectin có phân tử lớn, gồm từ 20 đến 25 đơn vị glucose xếp thành nhánh liên kết với nhau bởi liên kết a- 1,4 và 1,6- glocozit, 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 dịch KaliIotđua (KI) 1%

Amyloza

Amylopectin

Hình 1.4 Cấu trúc hoá học của amyloza và Amylopectin

Hình 1.5 Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI

1.3 Các phương pháp tạo chọn giống lúa mới

1.3.1 Lai hữu tính

Lai giống là sự giao phối (thụ phấn, thụ tinh) giữa hai hay nhiều dạng

bố mẹ có nền di truyền khác nhau nhằm tạo ra biến dị tái tổ hợp theo mục tiêuchọn giống Lai hữu tính tạo giống mới thường được áp dụng với các loại câytrồng có cấu tạo hoa hoàn chỉnh Hiện nạy, có rất nhiều phương pháp lai được

áp dụng để tạo các thể lai F1 như:

 Lai đơn (single cross): là lai một lần giữa 2 dạng bố mẹ với nhau (A x B)

 Lai ba (three – Way cross) là lai giữa con lai F1 của cặp lai đơn với 1 bố

hoặc mẹ khác (A x B) x C;

 Lai kép (double cross) là lai giữa 2 con F1 của 2 phép lai đơn (A x

B)x(CxD)

 Lai đỉnh (top cross) là lai tất cả các dòng/giống với vật liệu thử gọi là

tester, trong1 phép lai ít nhất phải có 2 tester, vật liệu thử luôn làm mẹ và phải

ổn định về mặt di truyền, có khả năng kết hợp chung thấp, phổ di truyền rộng

(Arnel R Hallauer và cs, 2010)

 Lai dialen (dialen cross) là lai lần lượt các dòng, giống với nhau nhằm xác định khả năng kết hợp riêng (SCA-Specific Combining Ability) hoặc luân giao

lần lượt thực hiện cả lai thuận, lai nghịch và tự phối;

 Lai trở lại (back cross) là sử dụng con lai F1 của phép lai đơn, lai trở lại với

bố mẹ của chúng Lai trở lại nhằm chuyển một gen mong muốn vào mộtgiống hay một dòng ưu tú nào đó, có thể tiến hành 1 hay nhiều lần, đến khiđạt mục tiêu thì dừng lại

 Lai trở lại nhờ marker (MAB- Marker Assisted Bachkcrossing) là phương

pháp kết hợp giữa phương pháp truyền thống với hiện đại, sau khi tiến hànhlai trở lại, ngay ở thế hệ đầu các con lai sẽ được sàng lọc bằng kỹ thuậtmarker phân tử

 Lai hồi quy (Conservatative cross) là thực hiện hai hãy phép lai trở lại, một

dãy lai trở lại với bố, một dãy lai trở lại với mẹ đến BC6F1 thì dừng lại và laicon lai của hai dãy với nhau

 Lai nhiều bậc (Convergent cross) là sử dụng con lai trong phép lai đơn, lai

với một giống có tính trạng mong muốn, con lai nhận được có thể tiến hànhlai với một giống khác có đặc tính mới Cứ như thế có thể tiếp tục lai vớinhiều giống khác nhau mà mỗi giống có ưu điểm riêng nhằm tập trung các ưuđiểm đó trong con lai

 Lai nhiều bố mẹ (multi – parent hibridization) là lai nhiều cặp bố mẹ với

nhau, sau đó lai các con lai của chúng với nhau theo từng cặp và cứ tiếp tụcnhư thế đến khi còn con lai duy nhất ở thế hệ sau cùng

 Lai quy tụ gen dụa trên marker phân tử (marker- assisted gene pyramiding)

là việc sử dụng các phép lai nhằm quy tụ các gen mong muốn Để thực hiệnđược việc này trước hết cần chọn được một giống có nền di truyền tốt, giốngnày được tiến hành lai lần lượt với các giống khác “thể cho” với các tính trạngcần quy tụ như: thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, kháng bệnh… Saumỗi phép lai nhờ marker phân tử lên kết chặt với các gen cần quy tụ kiểm tra

và sàng lọc để thu được con lai mong muốn

Ngoài các phương pháp lai nói trên còn có phương pháp lai tế bàoxoma (xomatic hibridization) cũng góp phần lớn trong công tác chọn tạogiống cây trồng

Ưu điểm: kỹ thuật đơn giản, dễ làm, không tốn kém

Nhược điểm: tạo nhiều biến dị tổ hợp, mức độ phân ly ở các thế hệ sau cao

1.3.2 Đột biến thực nghiệm

Đột biến là sự thay đổi trong vật chất di truyền của tế bào, ở mức lớnhơn là phá vỡ sự sắp xếp của nhiễm sắc thể (NST), có thể di truyền lại chocon cái ở các thế hệ sau (Vũ Văn Liết và cs, 2013 [24])

Ưu điểm:

Tạo ra nguồn biến dị di truyền vô cùng phong phú cho chọn giống

Có khả năng tạo ra giống mới, nhanh, ổn định, không phân ly, có nhiềuđặc tính, tính trạng quý như: chín sớm, không cảm quang (Tám Thơmđột biến), năng suất cao, chống chịu sâu bệnh, tăng hàm lượng protein,lipid, glucid trong sản phẩm; các dòng bất dục đực dùng trong tạo giống ưuthế lai

Làm mất đi mối liên kết cũ, xây dựng mối liên kết mới dẫn đếnlàm tăng khả năng tổ hợp của gen

Nhược điểm: Đột biến tạo ra các biến dị rời rạc, không định hướng;không xác định được vị trí hay số lượng gen bị biến đổi; phần lớn đột biến làcác biến dị có hại, tỷ lệ biến dị có lợi thấp

Hugo de Vries là người đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống vềđột biến, các nghiên cứu được thực hiện từ năm 1880 đến năm 1991 ông đãđưa ra “học thuyết đột biến” Từ đó đến nay rất nhiều các nhà khoa học trong

và ngoài nước nghiên cứu ứng dụng đột biến trong chọn giống cây trồng nóichung và giống lúa nói riêng với nhiều thành tựu đáng ghi nhận Đến nay,hàng trăm dòng/ giống lúa đã được tạo ra nhờ đột biến, riêng ở Việt Namhàng chục giống lúa đột biến đã được các nhà chọn giống tạo ra với nhiềugiống có giá trị như: Tám thơm đột biến, Khang Dân đột biến,…

1.3.3 Nuôi cấy bao phấn

Quy trình nuôi cấy bao phấn (Vũ Văn Liết và cộng sự (2013)[24]

Bước 1: Lựa chọn kiểu gen: có vai trò quan trọng quyết định đến sự thànhcông của việc nuôi cấy, bao phấn của các loài khác nhau có tỷ lệ tạo calluskhác nhau

Bước 2: Trồng và chăm sóc cây cho phấn trong mùa vụ thích hợp, trong một

số trường hợp có thể trồng và chăm sóc trong nhà kính, nhà lưới,

Bước 3: Chuẩn bị môi trường nuôi cấy: tùy theo đối tượng bao phấn của cácloài khác nhau mà sử dụng môi trường phù hợp

Bước 4: Thu nụ hoa, khử trùng và bảo quản: nụ hoa được thu trong giai đoạnhình thành tiểu bào tử đơn nhân Silva.T.D và W.J Ratnayakr (2009)[141]cho rằng: thời điểm thu hoa là khi bông lúa vẫn còn trong bẹ lá đòng Sau khithu hoa cần xác định thời điểm nuôi cấy cho phù hợp và khử trùng để bảoquản chờ nuôi cấy

Bước 5: Nuôi cấy callus và tái sinh cây: môi trường nuôi cấy bao phấn thường

là MS hoặc N6 có cải tiến phù hợp với mỗi loại cây trồng

Bước 6: Chuyển cây ra giá thể, ngoài đất và đánh giá chọn lọc dòng:

trồng cây ra chậu đất chứa dinh dưỡng phù hợp hoặc trong đất trong nhà kính,nhà lưới, quan sát đánh giá các dặc điểm hình thái, nông học và xác định độbội

Ưu điểm: Rút ngắn thời gian tạo dòng thuần và tạo giống cây trồng mới;giống mới sạch bệnh và có độ thuần di truyền cao

Nhược điểm: Kỹ thuật nuôi cấy phức tạp và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tốnhư: kiểu gen, tuổi hạt phấn, trạng thái sinh lý của túi phấn, hạt phấn, kếtquả nuôi cấy có thể hình thành nên cây đơn bội, lưỡng bội hay đa bội nên cầnsàng lọc sau nuôi cấy Cây đơn bội không có khả năng sinh sản hữu tính, do

đó, để tạo thành giống hoàn chỉnh cần tiến hành lưỡng bội hóa tạo cây đơnbội kép

Đặc biệt, nuôi cấy bao phấn ở lúa gặp nhiều khó khăn do khả năng tạocallus của hạt phấn rất thấp và sai khác lớn khi tái sinh cây (Niizeki vaf Oono,

1968, Harn, 1969, Iyer vaf Raina, 1972) Tuy nhiên, bằng phương pháp nuôicấy bao phấn đã tạo được một số giống như: Khao 85, Khao 1105, VH2,DR1, DR2, DR3

1.3.4 Nhập nội

Là phương pháp nhập giống của quốc gia, vùng lãnh thổ khác về trồngtrong nước, trong môi trường mới, các giống cây trồng này được trồng, chămsóc và chọn lọc nhằm tạo ra dòng, giống mới, phù hợp với mùa vụ gieo trồngtrong nước Lê Quốc Thanh và Cs (2015)[45], nghiên cứu đánh giá 9 dòng

/giống lúa japonica nhập nội tại các tỉnh Đồng bằng sông Hồng và miền núi

phía Bắc đã chọn được 4 giống lúa: ĐS1, ĐS3, J01, J02 có năng suất cao hơn

hẳn các giống Japonoca khác.

1.3.5 Tạo giống mới bằng kỹ thuật gen

Kỹ thuật di truyền hay kỹ thuật tái tổ hợp ADN (Recombinant DNA

technology) là hệ thống kỹ thuật nhằm kết hợp một gen hay một số gen của

loài này vào hệ gen của loài khác và chuyển ADN tái tổ hợp đến nơi nó sẽđược tái bản và biểu hiện

Ưu điểm: có thể chuyển một hay một số gen quý và cơ thể mới vẫn đảm bảo

sự hoạt động của nó như: gen kháng thuốc diệt cỏ, kháng côn trùng,…

Nhược điểm: đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, chi phí khá lớn Đặc biệt, khi mặc

dù chưa có bằng chứng về tác hại của các cây chuyển gen song vẫn tiềm ẩncác nguy cơ, do đó khó được thị trường chấp nhận

Ngoài ra, các nhà khoa học còn sử dụng các phương pháp khác như: dung hợp

tế bào trần (Lai tế bào) hay kết hợp giữa các phương pháp tạo giống truyềnthống với phương pháp phân tử đã đem lại những kết quả đáng ghi nhận như:tạo thành công giống Bắc thơm 7 kháng bạc lá (BT7 kháng bạ lá)

1.4 Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến

Đột biến tự nhiên được phát hiện đầu tiên năm 1900 – 1905 bởi nhà báchọc người Áo Hugo De Vries ở cây Oenothera lamarkiana, ông đã nghiên cứuquy luật phát sinh các đột biến tự nhiên và khái quát thành thuyết đột biến

Năm 1927, H.J Muller chứng minh hiện tượng đột biến có thể gây ramột cách nhân tạo, ông đề nghị sử dụng việc chiếu xạ (tia X) để gây đột biếnnhân tạo trong công tác chọn tạo giống cây trồng Năm 1928, L J Stadler đã

mô tả hiệu ứng gây đột biến của tia X và tia Gamma trên lúa mạch và ngô,đây là công trình nền tảng mở đầu cho khoa học chọn tạo giống cây trồngbằng đột biến

Trần Duy Quý và cs., 2009) [29] 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 Hiện nay, đột biến thực nghiệm được áp dụng rộng rãitrong chọn tạo giống cây trồng bằng xử lý các tác nhân vật lý - hóa học (tiaGamma, Rơntghen, Alpha, Beta và các hợp chất alkyl hóa, các đồng đẳng củabase nitơ…) nhằm tạo ra những đột biến có lợi cho chọn giống (Lê DuyThành, 2001 [34]; Khuất Hữu Thanh, 2003[33])

1.4.1 Tác nhân phóng xạ gây đột biến

Tia X, tia Gamma, tia tử ngoại,… là những tác nhân phóng xạ đã vàđang được xử dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống cây trồng Trongkhi các tác nhân hóa học chủ yếu được sử dụng để gây đột biến điểm thì tácnhân vật lý gây nên những biến đổi lớn như làm đứt, gãy và cấu trúc lại nhiễnsắc thể [114] Dựa vào đặc tính oxi hóa người ta chia thành 2 nhóm

 Nhóm bức xạ không ion hóa: khi xuyên qua các mô của cơ thể sinh vật,

không gây ion hóa mà chỉ kích động phân tử, sức xuyên thấu yếu nên thườngdùng để xử lý 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 phản ứng hóa phóng xạ, tạo các cặp ion hóa trong môitrường mà chúng thâm nhập, cũng như gây ra sự kích động phân tử Nhómphóng xạ ion hóa gồm 2 nhóm phụ là nhóm bức xạ hạt và nhóm bức xạ sóngđiện từ

Tia Gamma thuộc nhóm bức xạ sóng điện từ có độ dài bước sóng ngắn,mang năng lượng lớn nên có thể xuyên sâu vào các mô sống [71]

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

xạ có sự tích lũy theo thời gian, nghĩa là: chiếu liều xạ thấp trong thời gian dài

có thể tương đương với chiếu liều xạ cao trong thời gian ngắn

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 chiếu với xuất liều nhỏtrong thời gian dài Mặc dù liều xạ tích lũy trong vật mẫu là tương tự nhaunhưng trong một đơn vị thời gian lượng bức xạ tác động đến vật mẫu là khácnhau nên sẽ gây ra những tác động không giống nhau Tùy theo mục đích củaviệc chiếu xạ mà chọn hình thức chiếu trong thời gian ngắn hay dài

1.4.2 Cơ chế tác dụng của tia Gamma lên vật chất di truyền

1.4.2.1 Tác động của tia Gamma lên vật chất của sự di truyền ở cấp độ phân tử

Chiếu xạ bằng tia Gamma lên dung dịch ADN gây những biến đổi rất

đa dạng như: đứt, gãy ADN (mạch đơn hoặc mạch kép); phá hủy cấu trúckhông 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 các cấu trúc phân tử mới như: tạocầu giữa các phân tử; các phân tử phân nhánh, liên kết protein – AND hoặc

biến tính protein Cũng có thể gây hiện tượng hỗ biến, làm thay đổi vị trí củanguyên tử hydro, dẫn tới sự hình thành gốc lactin hay imin, gây ra sự sao chépsai của ADN, tạo ADN đột biến ở các thế hệ sau Tia gamma làm tăng hiệntượng hỗ biến lên hàng ngàn 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

1.4.2.2 Cơ chế tác động của tia gamma lên 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 (nguyên phân hay giảm phân)

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

Theo Xvenson, bức xạ ion hóa có thể gây ra sự đứt đoạn NST hoặc gây tổnthương NST ở các mức độ khác nhau Những tổn thương này có thể chuyểnthành đột biến thực sự hoặc được phục hồi về trạng thái ban đầu N.P Dubini(1970), cho rằng, tần số sai hình NST phụ thuộc vào sự phục hồi những biếnđổi tiềm tàng hay hiện thực hóa các biến đổi đó thành những biến đổi thực sự(đột biến) Theo đó, việc cấu trúc lại NST được diễn ra theo các giai đoạn sau:Giai đoạn 1: Tia gamma gây ra các phản ứng hóa phóng xạ, tạo các cặp ionhóa trong môi trường và kích động NST

Giai đoạn 2: Trạng thái không ổn định, xuất hiện những biến đổi tiềm tàng.Giai đoạn 3: Chuyển từ những biến đổi tiềm tàng thành các đột biến thực sự,không đảo nghịch

Nguyễn Minh Công (2000), cho rằng: khi xử lý phối hợp giữa tia gamma

và NMU sẽ cho tần số sai hình NST tăng lên đáng kể so với xử lý riêng rẽ.Nói chung, khi xử lý các tác nhân phóng xạ ion hóa thì ở kỳ sau củanguyên phân thấy xuất hiện cầu, đoạn, vòng khuyên, chuyển đoạn hay đảođoạn,… đó là các sai hình NST Các sai hình này tăng dần theo liều xạ, có thểcoi các sai hình ấy là các kiểu cấu trúc lại NST

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

+ Đối với nguyên phân: tia gamma có thể kìm hãm (dừng tạm thời)hoặc dừng hoàn toàn quá trình nguyên phân nhưng không gây chết mà làmmất khả năng phân chia của tế bào; làm tăng độ nhớt dịch tế bào, tăng độ kếtdính NST và làm chết tế bào; gây hiện tượng “hậu kỳ đa cực” dẫn đến saihình NST một cách phức tạp (tạo cầu, đoạn, vòng )

Đôi khi bức xạ liều thấp lại làm tăng quá trình phân bào

+ Đối với giảm phân: các kiểu sai hình NST trong giảm phân thườngthấy là: đứt NST, tạo 1 hoặc 2 đoạn NST và cầu NST; đứt crômatit, tạo cầu,vòng crômatit ở trạng thái kép hay lặp đoạn trên NST; tạo NST có 2 tâm, hìnhthành các đoạn riêng rẽ và cầu crômatit ở kỳ sau I

Như vậy, đối với quá trình phân chia của tế bào tia gamma có thể dừngtạm thời hay dừng hoàn toàn quá trình phân chia, có thể gây ra các sai hìnhtrên NST thậm chí gây chết đối với tế bào Đây là cơ sở góp phần lý giải tạisao sau khi chiếu xạ, mẫu vật (hạt, mô sẹo,…) lại có sức sống giảm, tốc độsinh trưởng phát triển chậm lại, tỷ lệ chết tăng cao

1.5 Khái quát một số tình hình nghiên cứu:

Các nghiên cứu của Đào Xuân Tân (1995)[44], trên các giống lúa nếp và

Đỗ Hữu ẤT (1996)[2] trên các giống lúa tẻ đặc sản cho thấy, chiếu xạ tiagamma (Co60) vào hạt nảy mầm cho hiệu quả cao hơn so với chiếu xạ vào hạtkhô, chiếu xạ vào hạt nảy mầm ở khoảng thời điểm 69-72h cho hiệu quả độtbiến cao hơn so với các thời điểm khác, liều xạ 100gy và 150 gy cho hiệu quảđột biến cao hơn so với liều 50gy và 200gy

Theo Old Ach KH (2011)[132], từ trước đến nay, các nhà khoa học vẫnthường sử dụng liều lượng gây chết 50% (LD50) để gây đột biến thực nghiệm.Tuy nhiên, ông cho rằng liều lượng này gây chết quá nhiều và ngẫu nhiên nênmột số đột biến có lợi có thể bị mất đi hoặc bị bỏ sót do tỷ lệ tử vong cao Do

đó, theo ông, sử dụng liều lượng gây chết thấp (20%) phù hợp hơn đối vớiviệc tạo ra các đột biến, đặc biệt ở các giống tụ thụ phấn Maluszynski et al(2009) [123] cũng cho rằng, để bổ sung thêm những đặc điểm mới vào nền ditruyền chất lượng cao nên sử dụng liều xạ thấp, các tác giả cho rằng, liều lượng

LD50 là quá cao nên hiệu quả thường thấp

1.6 Một số thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến trên thế giới và ở Việt Nam

Theo thống kê của tổ chức lương thực thế giới IAEA năm 2015, tính đếntháng 7 năm 2015 trên toàn thế giới có 3222 giống cây trồng đột biến đã đượcđăng ký, thuộc 323 loại cây trồng khác nhau, trong đó có 815 giống lúa [107],gần 90% do đột biến từ phóng xạ (Theo Lê Đức Thảo, Lê Huy Hàm (2017)[48]), Hơn 67% số giống đã thu được thông qua đột biến trực tiếp(Ahloowalia BS et al, [70]) Theo Nakagawa, H[131], tỷ lệ cao của các giốngtạo ra nhờ bức xạ tia gamma cho thấy sự biến đổi đột biến qua chiếu xạ tiagamma là phương pháp hiệu quả và thành công cao đối với việc tạo ra cácgiống thương mại [87] Quốc gia đứng đầu trong việc phát triển các giốngmới nhờ đột biến là Trung Quốc với 810 giống đã được đăng ký, tiếp theo làNhật Bản (481) và Ấn Độ (330) Gần đây, các nhà khoa học Trung Quốc đã

áp dụng phương pháp kích thích đột biến và lai tạo giữa nhiều giống lúa, đãtạo ra được giống lúa khổng lồ với năng suất cao hơn 50% so với các giốnglúa thông thường (năng suất trung bình khoảng 11,5 tấn/ha), kết quả thửnghiệm trên 3 thửa ruộng cho thấy năng suất trung bình đạt 17,2 tấn/ha, caonhất là 17,7 tấn /ha vượt ngưỡng kỷ lục thế giới[154] Với 55 giống đột biếnđược đăng ký trong giai đoạn 1975-2011, Việt Nam đứng thứ 8 trên thế giới

về tạo giống đột biến Theo thống kê của Viện di truyền Nông nghiệp, tínhđến 2015 Việt nam có 63 giống đột biến được công nhận và đưa vào sản xuất,trong đó có 41 giống lúa(Lê Đức Thảo, Lê Huy Hàm, 2017)[48].

Năm 2014, IAEA đã trao giải thưởng “thành tựu xuất sắc” về đột biếntạo giống cho Viện Di truyền Nông nghiệp là một trong các đơn vị đi đầutrong lĩnh vực tạo giống bằng đột biến phóng xạ Hai giải thưởng khác traocho tập thể Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam và Trung tâm Hạt nhânthành phố Hồ Chí Minh, và cho 2 cá nhân (Hồ Quang Cua và Trần TấnPhương) thuộc Sở KH&CN Long An đã đạt được các thành tích trong lĩnhvực đột biến tạo giống[153]

Việc tạo ra các giống lúa mới bằng đột biến thực nghiệm đã tạo ranhững bước phát triển vượt bậc không chỉ ở Việt Nam mà ở nhiều nước trênthế giới như các giống Shada, Shua-92, Sarshar và Khushboo-95 của Pakistan[64]; Shwewartun của Myanma [135], [70], RD6 and RD15 của Thái Lan[70]; Zhefu 80, Jiahezazhan và Jiafuzhan của Trung quốc[70], [149]; VND–95–20 , TNDB–100 và THDB của Việt nam [122], [134],… 18 giống lúa độtbiên của Nhật bản, PNR-102 và PNR-381 của Ấn độ, Camago 8 của CostaRica [70]

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

những năm 1965 [70] Hai giống lúa indica thơm 'RD6' và 'RD15' được tạo ra

do chiếu xạ gamma vào hạt của giống lúa 'Khao Dawk Mali 105' ('KDML105') năm 1977 và 1978 Ngày nay, sau hơn 30 năm những giống này vẫnđược trồng phổ biến ở Thái Lan Theo Cục thống kê kinh tế và nông nghiệpcủa Bangkok, trong giai đoạn 1995-1996, RD6 đã được trồng trên 2.429.361

ha, chiếm 26,4% diện tích trồng lúa ở Thái Lan và sản xuất 4.343.549 tấnlúa[114],[70]

Theo Vinh MQ et al (2009) [146], việc sử dụng rộng rãi các giống năngsuất cao đã cho phép Việt Nam trở thành nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai, xuấtkhẩu 4,3 triệu tấn / năm Hiện nay, các giống đột biến có sản lượng chiếmkhoảng 15% sản lượng gạo hàng năm ở Việt Nam Với những thành tựu tolớn do sử dụng kỹ thuật hạt nhân, đã phát triển hơn 55 giống đột biến, đa số làcác loại ngũ cốc, đặc biệt là gạo [144] Các giống này đóng góp đáng kể cho

sự tự cung tự cấp Các giống lúa đột biến đã được trồng trên hơn 1,0 triệu ha

ở các khu vực, bao gồm Hà Tây, Bắc Giang, Nghệ An, Vĩnh phúc, Hà nam,Thái bình và Hà Nội ở miền Bắc Việt Nam, chúng đã có những tác động kinh

tế xã hội đáng kể, góp phần xóa đói, giảm nghèo ở một số khu vực[70]

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 kê của Viện di truyền Nông nghiệp, tính đến 2015 cả nước

có 63 giống cây trồng mới được tạo nhờ đột biến, đã được công nhận và đưavào sản xuất, trong đó có 41 giống lúa (Theo Lê Đức Thảo, Lê Huy Hàm,2017)[48] Viện di truyền nông nghiệp có 27 giống; Viện khoa học kỹ thuậtNông nghiệp Miền nam 6 giống; Viện cây lương thực và Cây thực phẩm 4giống; Viện công nghệ sinh học 1 giống (NĐ5); Viện lúa Đồng bằng sông cửulong 2 giống (TNDDB100 và Tép hành đột biến) và Trường đại học Sư phạm

1 giống (PĐ1) Tuy nhiên, còn một số giống lúa mới chưa được thống kê nhưTám thơm đột biến, TK106 (do PGS TS Nguyễn Minh Công và cs, TrườngĐại học sư phạm Hà nội tạo chọn) Các giống đột biến được tạo ra trướcnhững năm 90 chủ yếu do xử lý hóa chất (MNU, EMS,…) sau năm 90, chủyếu do xử lý phóng xạ tia gamma (Co60)

Theo Trần Duy Quý và cs., 2009) [29] 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 như: năng suất caohơn, chất lượng tốt hơn, mất tính cảm quang, ngắn ngày, cứng cây, chống đổ,chịu hạn, chịu mặn, kháng bệnh bạc lá Bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạtcủa giống nếp N99 (năm 2008) đã tạo được giống nếp mới N621, có thời giansinh trưởng 106 – 110 trong vuju mùa và 132-138 ngày trong vụi xuân, cho xôidẻo và thơm, năng suất khá cao (5,5 – 6,0 tấn/ha) (Lê Văn Huy và cs, 2017)[21]

Thời gian qua, nhiều giống và dòng đột biến lúa nếp đã được tạo ra bằngđột biến và đưa vào sản xuất như: nếp ĐV2, TK106, Phú Quý,…

Như vậy, đột biến thực nghiệm vẫn là công cụ hữu hiệu phục vụ chocông tác chọn tạo giống cây trồng nói chung và giống lúa nói riêng Hiện nay,đột biến thực nghiệm vẫn được ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như NhậtBản, Ấn Độ, Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế - IRRI (Philippin), Mỹ, TrungQuốc, Pháp, Nga, Thái Lan…

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

Nhiệt độ có tác dụng quyết định đến sinh trưởng và phát triển của câylúa, nhiệt độ quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đối với đời sốngcủa cây lúa, nhiệt độ giới hạn với cây lúa là 20-36)0C (Lê Xuân Trình (2001)[57] Tuy nhiên, nhiệt độ tới hạn thay đổi tùy giai đoạn sinh trưởng và pháttriển của cây lúa, tùy giống và tình trạng sinh lý của cây (Togari, Mattsuo,1977) Ở miền Bắc Việt Nam, đầu vụ lúa xuân thường xảy ra hiệntượng rét đậm kéo dài, nhiệt độ trung bình thấp hơn 150C (Đoàn Văn Điếm

và cs., 1997)[14] Gây thiệt hại rất lớn đặc biệt là chi phí về giống trên 1 đơn

vị canh tác, nguyên nhân là do cây lúa rất mẫn cảm với nhiệt độ thấp đặc biệttrong giai đoạn nảy mầm (Han et al, 2006)[100], Cruz and Milash, (2004)[88] Theo Yoshida, (1981), mầm lúa có thể bị chết trong trường hợpnhiệt độ thấp (dưới 100C) kéo dài trong nhiều ngày Ngoài ra, nhiệt độthấp (dưới 150C) ảnh hưởng nghiêm trọng tới sự sinh trưởng, phát triểnmầm lúa (Jiang et al., 2008 [112]; Sharifi, 2010 [139]) và làm giảmđáng

kể năng suất lúa thu hoạch trên một đơn vị diện tích (Sava, 2013)[138].Nguyễn Văn Lộc và cs (2014)[128] nghiên cứu đánh giá khả năng chịu lạnhcủa các dòng lúa khi xử lý lạnh ở nhiệt độ 13oC trong vòng 7 ngày ở giai đoạnnảy mầm, sau đó chuyển sang điều kiện ban đầu (28oC như đối chứng) trong 3ngày, kết quả cho thấy, cho thấy nhiệt độ thấp làm giảm 55-100% chiềudài rễ mầm, 82-100% chiều dài thân mầm và trên 60% lượng chất khô tíchlũy, khối lượng chất khô tích lũy trong thân mầm có liên quan đến khả năngchịu lạnh và phục hồi sau lạnh của các dòng lúa nghiên cứu Theo Lyons(1973)[120] điều kiện bất thuận lạnh sẽ ức chế sự kéo dài và phân chia của tếbào

Bảng 1.8 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

ánh sang đầy đủ, và nhệt độ cao làm tăng số nhánh, lá ra nhanh hơn Vềphương diện tích ôn, sự sinh trưởng và phát triển của mỗi lá ở thời kỳ trướcphân hóa đòng là 1000C/ ngày, và 1700C/ ngày ở thời kỳ sau phân hóa đòng(Lê Xuân Trình, 2001)[57] Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng vàphát triển cảu cây lúa, đặc biệt là ở giai đoạn nảy mần và giai đoạn mạ, nhiệt

độ thấp làm chậm sự nảy mầm và phát triển của mạ hay nói cách khác, nhiệt

độ ảnh hưởng đến quá trình phân bào, làm chậm quá trình phân bào Nhiệt độquá thấp có thể làm ngưng quá trình phân bào thậm chí làm chết tế bào

Nhiệt độ còn ảnh hưởng rất lớn đến giai đoạn phơi màu (phân hóađòng), trong giai đoạn này nếu nhiệt độ quá thấp (<100C) làm giảm sức sốngcủa hạt phấn, làm cho hạt phấn không nảy mầm, nhiệt độ quá cao hạt phấn bịkhô, mất khả năng thụ tinh do đó, làm tăng tỷ lệ hạt lép ảnh hưởng đến năngsuất của giống

1.8 Nghiên cứu về tương tác kiểu gen và môi trường

Phân tích tương tác giữa kiểu gen với môi trường là lĩnh vực quan trọngtrong nghiên cứu di truyền và chọn giống nhằm xác định nguồn gen thích hợpvới mỗi mùa vụ sinh thái Trong bất kỳ chương trình nhân giống nào, cần phảisàng lọc và xác định các kiểu gen ổn định kiểu hình trong các điều kiện môitrường khác nhau Một nỗ lực gây giống như vậy đòi hỏi những thông tin cơ bản

về sự tương tác giữa genotype x môi trường (G x E)(Ghritlahre et al, 2011)[95]

Theo Ông Huỳnh Nguyệt Ánh và cs (2012)[1], phân tích tương tác giữakiểu gen và môi trường là phần đặc biệt quan trọng trong công tác chọn giốngcho nhiều vùng sinh thái khác, việc phân tích mối tương tác giữa kiểu gen vàmôi trường tập trung chủ yếu vào tính ổn định và tính thích nghi Nguyễn VănVương, 2013)[65], cho rằng: một giống lúa tốt, không chỉ quan trọng ở cácđặc tính hình thái và nông học mà còn ở khả năng thích ứng rộng và ổn địnhcủa giống trong các môi trường khác nhau, đặc biệt trong mùa vụ gieo trồng

dễ thay đổi Nguyễn Minh Anh Tuấn (2017)[63] cho rằng, chọn lọc kiểu gendựa trên hiệu suất trong một môi trường duy nhất thường không có hiệu quả

và không đủ cơ sở để xác định giống tốt Do đó, để đạt hiệu quả cao nhất cầntiến hành chọn lọc trong nhiều môi trường khác nhau Theo Islam et al.,(2015) [110] thì chọn lọc dựa trên đánh giá tính ổn định cho hiệu quả cao hơn

so với hiệu suất trung bình trong nhiều mùa vụ môi trường, vì vậy ngoài việctiến hành chọn lọc trong nhiều môi trường, các giống trước khi đưa vào sảnxuất cần được đánh giá tính ổn định 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 gạo trong các hệ sinh thái khác nhau (Balakrishnan etal., 2016) [75]

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 hoặc không tuyến tính

1.8.1 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[75] Theo đó, kiểu gen được coi là ổnđịnh khi hệ số hồi quy tuyến tính (bi) = 1 và chỉ số ổn định (S2di) nhỏ TheoBose et al., 2012) [78], sự ổn định về năng suất ở lúa chịu tác động của nhiều

yếu tố như: kiểu gen, các yếu tố môi trường, kỹ thuật canh tác và thiệt hại do sâubệnh gây ra Chỉ số môi trường (Ij) được sủ dụng để đánh giá mức độ thuận lợicủa môi trường đối với giống nghiên cứu, chỉ số môi trường (Ij) là giá trung bìnhmột tính trạng nào đó của tất cả các kiểu gen ở một môi trường trừ đi giá trịtrung bình chung của tất 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 và môi trườngđối với mức độ ổn định và thích nghi của giống Từ đó, đưa ra các khuyến cáo

về việc gieo trồng các giống ở môi trường phù hợp nhất nhằm thu được lợiích cao nhất (Bose et al., 2012) [78], Balakrishnan et al., 2016 [75], Sharifi et

al, 2017 [140])

1.8.2 Ở Việt Nam

Trong những năn gần đây, nghiên cứu tương tác giữa kiểu gen và môitrường, tính ổn định và thích nghi của giống giống mới nhận được sự quantâm của các nhà khoa học đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầunhư hiện nay

Ông Huỳnh Nguyệt Ánh và cs, (2012) [1], đánh giá tính ổn định vàthích nghi của các giống lúa nếp MTL (miền tây lúa) ở 2 mùa vụ, trên 5 địađiểm ở đồng bằng sông cửu long đã xác định được: giống lúa nếp MTL 681 chonăng suất ổn định trong cả 2 mùa vụ ở cả 5 địa điểm thí nghiệm; MTL 669,MTL 673, MTL 675 chỉ thích nghi với mùa vụ gieo trồng vụ Đông Xuân; MTL

677 thích nghi ở hầu hết các địa điểm thí nghiệm ở cả hai mùa vụ

Nguyễn Thị Lang và cs (2012) [22], phân tích tương tác kiểu gen vàmôi trường trên 12 giống lúa chịu khô hạn ở 11 địa điểm khác nhau thuộcĐồng bằng sông cửu long, vụ đông xuân 2010 – 2011 và thu đông 2011 Tácgiả nhận thấy, hầu hết các giống lúa nghiên cứu đều ổn định với chỉ số ổn

định có xu hướng tiến về 0, trong đó, các giống OM7398 và OM8928 có năngsuất ổn định nhất Nguyễn Thị Lang và cs (2014) [23], phân tích tương táckiểu gen và môi trường trên 14 giống lúa phẩm chất xuất khẩu tại 11 địa điểmthuộc đồng bằng sông Cửu Long, vụ đông xuân 2012-2013, đã xác đinh đượccác giống OMCS2012, OM28L, OM10041 cho năng suất cao và ổn đinh nhất

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 về các dòng đột biến mới tạo ra

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

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

Nguyễn minh Anh Tuấn (2017) [63] 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, xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của tổ hợptrình tự của bốn loại bazơ nitơric cơ bản tạo thành mật mã di truyền

Đối với con người, đa dạng di truyền ở các quần thể, loài cung cấpnguồn nguyên liệu giá trị cho chọn tạo giống mới, phù hợp với các mục tiêukhác nhau phục vụ lợi ích của con người, đặc biệt trong giai đoạn hiện nay

khi mùa vụ thời tiết phức tạp và biến đổi không ngừng Đa dạng di truyền còn

là nguồn dự trữ tiềm năng các tài nguyên sinh vật, đặc biệt có giá trị chọn lọc,khai thác và sử dụng các tính trạng quý như: chịu nóng, chịu hạn, chịu ngậpcúng, phù hợp với từng vùng giúp ổn định hệ thống nông nghiệp trên quy môđịa phương, quốc gia và quy mô toàn cầu, nhất là trong mùa vụ môi trườngđang ngày càng biến đổi phức tạp như hiện nay

Có nhiều phương pháp được áp dụng trong nghiên cứu đa dạng ditruyền như: phương pháp nghiên cứu dựa trên các chỉ thị hình thái, chỉ thịđẳng men và chỉ thị phân tử Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng,tùy mục đích các mùa vụ khách quan mà nhà nghiên cứu lựa chọn phươngpháp phù hợp

1.9.2 Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền

1.9.2.1 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 có thể phân biệt các giống một cách nhanh chóng ngay trên đồngruộng (Nguyễn văn Vương 2013)[65]

Theo Nguyễn Đức Thành, 2014 [46], đây là phương pháp truyền thống,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 tácgiả ở nước ta

Hiện nay, trong nghiên cứu nói chung và nghiên cứu đa dạng di truyềnnói riêng có thể sử dụng bảng mô tả tính trạng cây lúa của PGRI-IRRI(2013[109] hoặc bảng mô tả (bảng các tính trạng đặc trưng của giống lúa) củaTrung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng quốc gia, Bộ Nôngnghiệp và Phát triển nông thôn Có 65 tính trạng đặc trưng về mặt hình tháicủa lúa trong đó, có 32 tính trạng quan trọng có thể được dụng để phân biệt

giống (Trần Đình Long, 2010)[25] Các nghiên cứu đều cho rằng, nguồn gencàng phong phú về các tính trạng thì việc ứng dụng trong chọn tạo giống lúacàng có hiệu quả

1.9.2.2 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 và có tính đặc thù cao Isoenzym, Isozym hay các đẳng men thựcchất là những trạng thái khác nhau của một enzym Các Isozym của mộtenzym đều xúc tác cho một phản ứng, chỉ khác nhau ở một số tính chất nhưnồng độ cơ chất hay độ pH mà ở đó nó có hoạt tính cao nhất (Phan Hữu Tôn,2005; 2010)[52], [53] Trong nghiên cứu quần thể việc phát hiện biến dị đahình của các quần thể tự nhiên, xác định tần số alen, chỉ số tương đồng ditruyền và khoảng cách di truyền để có thể đo những sai khác di truyền giữacác quần thể (Phan Phước Hiền và cộng sự, 2008)[19]

Phương pháp phân tích enzyme đồng đẳng giúp xác định sự có mặt củacác alen trên nhiễm sắc thể thông qua sản phẩm của chúng là protein enzyme

Vì vậy, sự có mặt của isozyme nào đó chứng tỏ có sự hiện diện của alen quyđịnh chúng trong bộ nhiễm sắc thể của tế bào Phân tích isozyme là tương đối

dễ tiến hành hơn các phương pháp phân tích ADN Tuy nhiên, do số lượngcác isozyme ít và sự biểu hiện của chúng mang tính giai đoạn của quá trìnhphát triển cá thể và là sản phẩm của gen nên chưa phản ánh thật chính xác bảnchất di truyền của các cá thể Do vậy, việc sử dụng chỉ thị isozyme có nhữnghạn chế nhất định Nguyễn Văn Vương (2013)[65]

1.9.2.3 Phương pháp nghiên cứu dựa trên các chỉ thị phân tử

Chỉ thị phân tử ADN là công cụ hiệu quả trong việc đánh giá đa dạng

di truyền Chỉ thị phân tử ADN có thể xác định được những khác biệt nhỏnhất ở mức ADN, có khả năng phát hiện được nhiều alen ở mỗi locus; tuy

nhiên các kỹ thuật có liên quan đến chỉ thị ADN đòi hỏi phải đầu tư lớn vàtốn kém (Nguyễn Minh Anh Tuấn (2017)[63]

Trong nghiên cứu, đánh giá đa dạng di truyền chỉ thị phân tử dựa trênAND là công cụ mạnh, có lượng thông tin cung cấp cũng như tính chính xáccủa thông tin vượt xa phương pháp chỉ thị đẳng men hay dựa vào hình thái.Lợi thế lớn nhất của phương pháp là phát hiện sự sai khác ở mức AND và tiếtkiệm thời gian vì các nghiên cứu có thể tiến hành sớm khi lúa còn ở giai đoạn

mạ Phương pháp này được phát hiện từ những năm 80 của thế kỉ trước(Nguyễn Văn Vương, 2013)[65]

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 (Restriction Fragment Length Polymorphism), đa hìnhđoạn phân cắt giới hạn).Ở thực vật, chỉ thị RFLP được sử dụng để lập bản đồ

di truyền, lập bản đồ QTLs cho tính trạng chất lượng và năng suất lúa, cácgen kháng đạo ôn, gen kháng rầy nâu và phân tích quan hệ di truyền tiến hoá,phân loại (Huang và cs., 2013b)[105]

- Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA): ADN đa hình

được nhân bội ngẫu nhiên)

- Chỉ thị AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism): đa hình

chiều dài đoạn nhân bội).AFLP là chỉ thị di truyền trội, không có khả năngphân biệt giữa thể đồng hợp và dị hợp, giá thành cho nghiên cứu khá cao(Ibrahim và cs., 2010) [108]

- Chỉ thị SSR (Microsatellite hay Simple Sequence Repeate): lặp lại trình

tự đơn giản, chỉ thị SSR dùng để đánh giá đa dạng di truyền, xác lập quan hệ

di truyền của cây trồng, chọn lọc tính kháng bệnh, một số tính trạng có quan

hệ chặt chẽ với năng suất ở cây lúa, lập bản đồ, nghiên cứu locus tính trạng sốlượng (QTL)