Bước Đầu Thanh Lọc Gen Kháng Rầy Nâu Trên Một Số Giống Lúa Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long Bằng Dấu Phân

Thí nghiệm 1: Khảo sát tính đa hình của marker RM190 với gen kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL .... Thí nghiệm 2: Khảo sát tính đa hình của marker RM227 với gen kháng rầy nâu trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Cần Thơ, Tháng 11/2010

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ts Trần Nhân Dũng Phạm Thị Phương Thúy

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN

………

………

………

………

………

Cần Thơ, ngày tháng năm 2010

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Để có thể hoàn thành tốt luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ và động viên của nhiều người Em xin chân thành cảm tạ đến: Thầy Trần Nhân Dũng đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn, thăm hỏi và động viên em trong suốt quá trình làm luận văn

Cô Trần Thị Xuân Mai, anh Trần Văn Bé Năm, anh Nguyễn Vũ Linh, chị Liễu Như

Ý, anh Phạm Văn Một đã quan tâm, chỉ bảo và giúp đỡ từ khi em bắt đầu làm đề tài cho đến khi hoàn thành

Ban giám đốc Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học và các thầy cô của Viện đã quan tâm, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến:

Các bạn lớp Công Nghệ Sinh Học Tiên Tiến khóa 32, những người bạn đặc biệt và các bạn sinh viên trong Viện NC & PT Công nghệ Sinh học đã chia sẻ, động viên và giúp

đỡ nhiệt tình trong quá trình học tập và trong cuộc sống

Con xin gởi lòng tri ân sâu sắc đến ông bà, cha mẹ, những đấng sinh thành đã nuôi nấng, dạy bảo con nên người, và các em thương yêu đã động viên giúp đỡ trong suốt thời gian qua

TÓM TẮT

Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal.) là côn trùng gây hại lớn nhất ảnh hưởng tới

sản lượng lúa gạo ở nước ta cũng như các nước khác trên thế giới Ứng dụng marker

phân tử để xác định các gen kháng rầy nâu (BPH) là biện pháp hữu hiệu và quan trọng trong chọn tạo các giống lúa có khả năng kháng rầy nâu Trong nghiên cứu này, năm marker phân tử SSR (Simple Sequence Repeats) gồm RM190, RM227, RM260, RM17 và RM273 được sử dụng để khảo sát gen kháng rầy nâu trên lúa Phân tích sản phẩm trên gel agarose 3% cho thấy RM227, RM260 và RM273 cho ra kết quả đơn hình (có kích thước band DNA bằng nhau) trong khi đó RM190 và RM17 cho kết quả

đa hình Tuy nhiên, chỉ có marker RM190 cho thấy có sự liên kết với gen kháng rầy nâu trên lúa Marrker RM190 cho kích thước band DNA khoảng 130bp là mẫu thể hiện tính kháng rầy và kích thước khoảng 120bp là mẫu thể hiện tính nhiễm rầy Do

đó, RM190 có hiệu quả trong việc chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu ở Đồng bằng sông Cửu Long

Từ khóa: Rầy nâu, marker phân tử, giống lúa, SSR

MỤC LỤC

Trang

PHẦN KÝ DUYỆT

LỜI CẢM TẠ

TÓM TẮT i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu về cây lúa 3

2.1.1 Tầm quan trọng của cây lúa đối với nước ta 3

2.1.2 Nguồn gốc cây lúa 4

2.1.3 Phân loại 5

2.2 Sơ lược về rầy nâu 6

2.2.1 Phân bố 6

2.2.2 Ký chủ 6

2.2.3 Đặc điểm hình thái 6

2.2.4 Tập quán sinh sống 8

2.2.5 Đặc điểm gây hại 8

2.2.6 Đặc điểm truyền bệnh 9

2.2.7 Tình hình gây hại 10

2.2.9 Cách phòng trừ bệnh rầy nâu trên cây lúa 11

2.3 Sơ lược về tính kháng rầy nâu 13

2.3.1 Khái niệm về tính kháng rầy nâu của các giống lúa 13

2.3.2 Phân loại tính kháng 13

2.3.2.1 Tính kháng không di truyền 13

2.3.2.2 Tính kháng di truyền 13

2.3.3 Cơ chế của tính kháng 14

2.3.3.1 Cơ chế không ưa thích 14

2.3.3.2 Cơ chế kháng sinh 15

2.3.3.3 Cơ chế chịu đựng 15

2.4 Giống lúa kháng rầy nâu 15

2.5 Gen kháng và các loại hình sinh học của rầy nâu 16

2.5.1 Xếp hạng nhóm gen kháng đối với rầy nâu 16

2.5.2 Gen kháng rầy nâu 17

2.6 Kỹ thuật PCR 18

2.7 Kỹ thuật SSR (Simple Sequence Repeats - trình tự lặp lại đơn giản) 19

2.8 Một số nghiên cứu sử dụng dấu (marker) phân tử 20

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Địa điểm và thời gian 23

3.2 Phương tiện thí nghiệm 23

3.2.1 Thiết bị 23

3.2.2 Hóa chất 23

3.2.3 Nguyên liệu 23

3.3 Phương pháp thí nghiệm 23

3.3.1 Gieo lúa 23

3.3.2 Trích DNA 24

3.3.3 Xác định hàm lượng và độ tinh sạch của DNA bằng phương pháp đo quang phổ hấp thụ 26

3.3.4 Kỹ thuật PCR 27

3.3.5 Điện di 28

3.3.6 Gel Agarose 29

3.4 Thí nghiệm 1: Khảo sát tính đa hình của marker RM190 với gen kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 29

3.5 Thí nghiệm 2: Khảo sát tính đa hình của marker RM227 với gen kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 30

3.6 Thí nghiệm 3: Khảo sát tính đa hình của marker RM260 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 30

3.6.1 Nghiệm thức 1: Chu trình nhiệt PCR với nhiệt độ bắt cặp (nhiệt

độ gắn mồi) tăng dần 31 3.6.2 Nghiệm thức 2: Chu trình nhiệt PCR cho RM260 với nhiệt độ

bắt cặp 540C 31

3.7 Thí nghiệm 4: Khảo sát tính đa hình của marker RM17 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 31

3.7.1 Nghiệm thức 1: Thực hiện PCR cho RM17 có thành phần

phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 32 3.7.2 Nghiệm thức 2: Thực hiện PCR cho RM17 có thành phần

phản ứng theo công thức 3 ở bảng 9 32

3.8 Thí nghiệm 5: Khảo sát tính đa hình của marker RM273 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 33

3.8.1 Nghiệm thức 1: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần

phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt theo bảng 11 33 3.8.2 Nghiệm thức 2: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần

phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt theo bảng 12 33 3.8.3 Nghiệm thức 3: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần

phản ứng theo công thức 3 ở bảng 9 và chu trình nhiệt theo bảng 12 34

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tính đa hình của marker RM190 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 35 4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát tính đa hình của marker RM227 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 38 4.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát tính đa hình của marker RM260 với gen

kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 39

4.3.1 Nghiệm thức 1: Chu trình nhiệt PCR với nhiệt độ bắt cặp (nhiệt

độ gắn mồi) tăng dần 39

4.3.2 Nghiệm thức 2: Chu trình nhiệt PCR của RM260 với nhiệt độ

bắt cặp 540

C 39

4.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát tính đa hình của marker RM17 với gen kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 40

4.4.1 Nghiệm thức 1: Thực hiện PCR cho RM17 có thành phần phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt theo bảng 10 40

4.4.2 Nghiệm thức 2: Thực hiện PCR cho RM17 có thành phần phản ứng theo công thức 3 ở bảng 9 và chu trình nhiệt ở bảng 10 41

4.5 Thí nghiệm 5: Khảo sát tính đa hình của marker RM273 với gen kháng rầy nâu trên các giống lúa ở ĐBSCL 42

4.5.1 Nghiệm thức 1: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt theo bảng 11 42

4.5.2 Nghiệm thức 2: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần phản ứng theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt theo bảng 12 43

4.5.3 Nghiệm thức 3: Thực hiện PCR cho RM273 có thành phần phản ứng theo công thức 3 ở bảng 9 và chu trình nhiệt theo bảng 12 44

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Kiến nghị 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC Phụ lục 1 Đo nồng độ nucleic acid của các giống lúa (mỗi giống chọn

một mẫu có kết quả tốt nhất)

Phụ lục 2 Hình gel

Phụ lục 3 Danh sách giống lúa được thanh lọc và đánh giá tính kháng

rầy nâu

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 Danh sách các giống lúa 24

Bảng 2 Danh sách các primer sử dụng trong phản ứng PCR 27

Bảng 3 Thành phần hóa chất của phản ứng PCR 28

Bảng 4 Mối liên hệ giữa nồng độ gel và kích thước phân tử DNA 29

Bảng 5 Chu trình nhiệt PCR của RM190 29

Bảng 6 Chu trình nhiệt PCR của RM227 30

Bảng 7 Chu trình nhiệt PCR của RM260 theo nghiệm thức 1 31

Bảng 8 Chu trình nhiệt PCR của RM260 theo nghiệm thức 2 31

Bảng 9 Thành phần hóa chất phản ứng PCR của RM17 theo nghiệm thức 2 32

Bảng 10 Chu trình nhiệt PCR của RM17 32

Bảng 11 Chu trình nhiệt PCR của RM273 trong nghiệm thức 1 33

Bảng 12 Chu trình nhiệt PCR của RM273 trong nghiệm thức 2 33

Bảng 13 Danh sách lúa kháng rầy nâu đối với marker RM190 37

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 Cây lúa 4

Hình 2 Rầy nâu 7

Hình 3 Vòng đời của rầy nâu 8

Hình 4 Lúa bị bệnh VLLXL 9

Hình 5 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM190 có thành phần phản ứng theo công thức 1 (Bảng 3) 35

Hình 6 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM190 35

Hình 7 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3% sử dụng marker RM227 38

Hình 8 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM260 với nhiệt độ bắt cặp tăng dần 39

Hình 9 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM260 với nhiệt độ bắt cặp là 540C 40

Hình 10 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM17 theo công thức 2 ở bảng 3 và chu trình nhiệt bảng 11 41

Hình 11 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM17 theo công thức 3 ở bảng 9 và chu trình nhiệt bảng 10 41

Hình 12 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM273 theo công thức 2 bảng 3 và chu trình nhiệt bảng 11 43

Hình 13 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM273 theo công thức 2 bảng 3 và chu trình nhiệt bảng 12 43

Hình 14 Kết quả điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%sử dụng marker RM273 theo công thức 3 bảng 9 và chu trình nhiệt bảng 12 44

CÁC TỪ VIẾT TẮT

BiH2O Nước cất hai lần

Biotype loại hình sinh học

bp Base pair, cặp bazơ

Bph Brown planthopper

CTAB Cetyl trimethyl ammonium bromide DNA Deoxyribonucleic acid

dNTP Deoxyribonucleotide triphosphate ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

EB Extraction buffer

EDTA Ethylene diamine tetraacetic acid

OD Optical density

PCR Polymerase chain reaction

SDS Sodium dodecyl sulfate

SSR Simple sequence repeats

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Từ hàng nghìn năm qua cho đến ngày nay, lúa gạo có tầm quan trọng sống còn

đối với hơn một nửa dân số thế giới Nó là loại lương thực chủ yếu ở nhiều quốc gia

thuộc Châu Á, Châu Phi, Mỹ La Tinh và khu vực Trung Đông Việt Nam là quốc gia

thuộc khu vực Đông Nam Á và có nền nông nghiệp phát triển lâu đời Đối với Việt

Nam thì cây lúa là cây trồng lâu đời, là cây lương thực chủ yếu và là nguồn thu nhập

chính của nông dân Hiện nay, Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu gạo đứng

hàng thứ hai trên thế giới, trong đó Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) được xem là

vựa lúa chính và chiếm 57% sản lượng lúa và trên 90% lượng gạo xuất khẩu cả nước

(http://www.baocantho.com.vn/?mod=detnews&catid=72&p=&id=66639)

Thời xưa, khi nông dân trồng lúa một năm một vụ thì rầy nâu rất ít khi xuất hiện

Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển, cuộc sống ngày càng nâng cao nên nhu cầu

trồng lúa của nông dân cũng tăng lên từ một vụ lên đến hai hoặc ba vụ trong một năm

Trước tình hình thâm canh tăng vụ như hiện nay đã tạo điều kiện thuận lợi cho sâu

bệnh phát triển và rất có khả năng bùng phát thành dịch Bên cạnh đó, nước ta còn là

một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới quanh năm ẩm ướt, là điều kiện thích hợp

cho rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal.) phát triển Rầy nâu không phải là một vấn đề

mới đối với người trồng lúa, tuy nhiên, nó là côn trùng gây thiệt hại lớn nhất đối với

cây lúa ở nước ta cũng như các nước khác

Rầy nâu hại lúa là một vấn đề mang tính thời sự trong thời gian gần đây Chúng

bắt đầu bùng phát từ năm 1977 và gây hại ở nhiều nơi trên thế giới như: Philippine, Ấn

Độ, Indonesia, Thái Lan, Đài Loan, Trung Quốc và Việt Nam, chúng chích hút gây

bệnh cháy lá lúa và truyền bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá làm giảm năng suất đến 70%

hoặc làm mất trắng khi nhiễm rầy nặng và trên diện tích lớn Mặt khác, môi trường

sinh thái bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm bắt đầu lan rộng do người dân sử dụng các loại

thuốc hóa học để phun xịt trên đồng ruộng

Trong thời gian gần đây ở ĐBSCL dịch rầy nâu hoành hành kéo theo bệnh vàng

lùn và lùn xoắn lá gây thiệt hại rất lớn cho nông dân, làm hàng trăm ngàn ha bị tàn

phá Nhiều đột biến của rầy nâu đã được ghi nhận trong những năm 1990 - 1991 và

1996 - 1997, rộng khắp ở Nam Trung Bộ và ĐBSCL, đặc biệt là trong vụ hè thu năm

1998 (Nguyễn Văn Luật, 2002) Theo thống kê của cục Bảo Vệ Thực Vật, diện tích

lúa bị hại do rầy nâu ở các tỉnh phía Nam lên đến 150.000 ha, trong đó 14.000 ha bị

hại nặng (Nguyễn Văn Luật, 2002) Trong vụ đông xuân 2006 ở ĐBSCL rầy nâu gây

hại với diện tích 60.000 – 70.000 ha, làm mất trắng 3.000 – 4.000 ha (Bùi Chí Bửu,

2006) Từ đó làm giảm năng suất, phẩm chất gạo, ảnh hưởng lớn tới nền kinh tế của

nước ta

Để phòng trừ rầy nâu, người trồng lúa thường có thói quen sử dụng các loại

thuốc hóa học trừ sâu, việc này không chỉ làm tốn kém tiền của, công sức mà còn góp

phần làm ô nhiễm môi trường Để giải quyết vấn đề này, việc chọn giống lúa mang

gen kháng là con đường hiệu quả nhất trong quản lý dịch hại rầy nâu, kết hợp với biện

pháp quản lý tính kháng rầy ổn định trên đồng ruộng Do vậy việc chọn tạo nhanh

chóng những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lượng tốt, lại mang nhiều gen kháng

là công việc được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác

Việc chọn tạo giống theo kiểu truyền thống thường mất rất nhiều thời gian và chi

phí nghiên cứu Với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ Sinh học và Sinh học Phân

tử, việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật marker phân tử trong chọn giống lúa chống chịu

sâu bệnh hại chính đã và đang được phát triển

Hiện nay đã phát hiện có 21 gen kháng rầu nâu từ những dòng lúa hoang và lúa

địa phương (Alam và Cohen, 1998; Rahman et al., 2009; Soundararajan et al., 2004;

Su et al., 2002; Zhang, 2007 – Trích dẫn từ Lý Tiến, 2010) Do đó chọn lựa marker có

liên kết với một gen kháng sâu bệnh là điều cần thiết Chính vì thế đề tài “Sử dụng dấu

phân tử SSR (Simple sequence repeats) để phát hiện gen kháng rầy nâu trên một số

giống lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long” sẽ góp phần giải quyết một vài vấn đề cho bài

toán về chọn giống nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu về cây lúa

2.1.1 Tầm quan trọng của cây lúa đối với nước ta

Lúa gạo cung cấp nguồn lương thực cơ bản và tạo việc làm cho hàng triệu người,

do đó lúa gạo đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế, xã hội và chính trị trong

lịch sử phát triển đất nước Việt Nam Lúa gạo cung cấp dinh dưỡng chính: tinh bột, vi

lượng trong gạo lức có nhiều dạng protein cần thiết, chất béo, thiamin, robiflavin,

niacin, α-tecopherol, các hoạt chất cần cho bệnh nhân huyết áp cao, chống oxid hóa tế

bào ngăn ngừa ung thư, v.v… Ngược lại, những nước ăn cơm nhiều như Việt Nam,

thường xuyên phải chú ý đến các hội chứng do thiếu sắt và thiếu vitamin A trong

chương trình chọn tạo giống lúa

Thiếu sắt: Acid phytic là một chelate giữ chặt sắt không cho cơ thể hấp thu qua

ruột non Người Việt Nam ăn cơm như nguồn cung cấp calo chính hàng ngày, nên hội

chứng thiếu sắt “anemia” xảy ra rất phổ biến đối với phụ nữ và trẻ em Việc tạo ra

giống lúa có hàm lượng thấp của acid phytic là một yêu cầu bức thiết Nhiều năm qua,

Viện Lúa ĐBSCL hợp tác với IAEA (International Atomic Energy Agency – Cơ quan

năng lượng nguyên tử quốc tế) phát hiện một đột biến có gen lặn lpa-1, lpa-3 điều

khiển tính trạng hàm lượng phytic acid thấp Tuy nhiên, các phân tích về alen và xác

định vị trí gen mục tiêu, bản đồ di truyền vẫn chưa được hoàn thiện để phục vụ đắc lực

cho nhà chọn giống trong lai tạo giống lúa mới bằng chỉ thị phân tử (Bùi Chí Bửu và

Nguyễn Thị Lang, 2009)

Thiếu vitamin A: trong ngân hàng gen cây lúa, không có nguồn vật liệu nào biểu

hiện có vitamin A Theo thống kê của WHO (tổ chức y tế thế giới), 40% trẻ em ở lứa

tuổi 6 tháng đến 5 năm, và 30% trẻ em ở lứa tuổi cấp sách đến trường đều có triệu

chứng thiếu vitamin A Tương tự, 50% phụ nữ mang thai và cho con bú cũng có vấn

đề do thiếu vitamin A Do vậy, Dr Ingo Potrykus và Dr Peter Beyer đã tạo ra giống

biến đổi gen Golden Rice (lúa vàng) đầu tiên của thế giới vào năm 2000 Sau đó, hai

nhóm nghiên cứu của Syngenta đã tạo ra Golden Rice có hàm lượng beta carotene cao

hơn gấp nhiều lần Golden Rice-1 được phát triển vào năm 2003 và giống Golden

Rice-2 vào năm 2005 Công nghệ tạo ra lúa vàng dựa trên nguyên tắc lúa tích tụ beta

carotene trên lá, không bằng phương pháp chuyển gen, beta carotene này sẽ chuyển vị

được vào trong nội nhũ hạt gạo Dự kiến lúa vàng sẽ được thương mại hóa ở

Philippines và trên thế giới vào năm 2011 trong một dự án phát triển do “Bill and

Melinda Gate Foundation” tài trợ cho IRRI (International Rice Research Institute –

Viện nghiên cứu lúa quốc tế)

Cho đến nay, lúa gạo là thức ăn căn bản của 39 nước và vùng địa lý trên thế giới;

lúa gạo cung cấp từ 35 đến 59% nguồn năng lượng cho hơn 3 tỷ người Tốc độ tăng

trưởng dân số thế giới trung bình là thêm 1 tỷ người sau 14 năm Diện tích cây trồng

trên đầu người: 0,4ha/người (1996); 0,25ha/người (1998), và dự toán giảm còn 0,15

ha/người vào năm 2050 Ở Việt Nam, dân số hiện nay là 86,4 triệu người, với tốc độ

tăng gần đây là 1 triệu người /năm; so với 2001, diện tích gieo trồng lúa giảm trung

bình 58.700 ha/năm; diện tích canh tác lúa giảm 325.000 ha (Cục Trồng Trọt, 2008)

Sự thay đổi khí hậu sẽ còn diễn biến vô cùng phức tạp cho sản xuất lúa gạo trong

tương lai gần Công nghệ sinh học trong nông nghiệp sẽ phải đáp ứng được mục tiêu

giảm nghèo và an toàn lương thực (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2009)

2.1.2 Nguồn gốc cây lúa

Từ xa xưa cây lúa đã hiện diện trong cuộc sống của con người, cây lúa trồng hiện nay đã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài và khá phức tạp, với nhiều thay đổi rất lớn về đặc điểm hình thái, nông học, sinh lý và sinh thái

để thích nghi với điều kiện khác nhau của môi trường thay đổi theo không gian và thời gian Sự tiến hoá này bị ảnh hưởng rất lớn bởi 2 tiến trình chọn lọc: chọn lọc tự nhiên

và chọn lọc nhân tạo Hiểu biết về nguồn gốc cây lúa trồng giúp ta hình dung được quá trình tiến hóa và hiểu được điều kiện môi trường cùng những yêu cầu sinh thái

tự nhiên mà cây lúa cần cho nhu cầu sinh trưởng và phát triển đặc biệt của nó Điều này sẽ rất cần thiết cho công cuộc nghiên cứu cải tiến giống và biện pháp kỹ thuật để gia tăng năng suất lúa, cũng

như việc chọn tạo ra các giống có khả năng chống chịu sâu bệnh để hạn chế việc sử

dụng hóa chất, nhằm góp phần bảo vệ môi trường sinh thái (Nguyễn Ngọc Đệ, 2007)

Về nguồn gốc cây lúa, đã có nhiều tác giả đề cập tới nhưng cho tới nay vẫn chưa

có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất Có một điều là lịch sử cây lúa đã có từ lâu

và gắn liền với lịch sử phát triển của nhân dân các nước Châu Á

Hình 1 Cây lúa

(Nguồn:

Botanical.com)

Nơi xuất phát trồng lúa

Roschevicz (1931) phân các loài Oryza thành 4 nhóm: sativa, granulata,

coarctata và rhynchoryza, đồng thời khẳng định nguồn gốc của Oryza sativa là một

trường hợp của nhóm sativa, có lẽ là Oryza sativa f spontanea ở Ấn Độ, Đông Dương

hoặc Trung Quốc

Theo Chowdhury và Ghosh (1953) thì những hạt lúa hóa thạch cổ nhất của thế

giới đã được tìm thấy ở Hasthinapur (Bang Uttar Pradesh – Ấn Độ) vào khoảng năm

1000 – 750 trước công nguyên

Theo Grist D.H (1975), cây lúa xuất phát từ Đông Nam Á, từ đó lan dần lên phía

Bắc Nhiều tác giả khác thì cho rằng Đông Dương là cái nôi của lúa trồng De

Candolle (1883) và Rojevich (1931) lại quan niệm rằng Ấn Độ mới là nơi xuất phát

chính của lúa trồng Một số nhà nghiên cứu Việt Nam lại cho rằng nguồn gốc cây lúa

là ở Miền Nam nước ta và Campuchia

Sampath (1964) thì cho rằng sự hiện diện của nhiều loại lúa hoang ở Ấn Độ và

Đông Nam Á chứng tỏ rằng Ấn Độ, Miến Điện hay Đông Dương là nơi xuất xứ của

lúa trồng

Tuy có nhiều ý kiến nhưng chưa thống nhất, nhưng căn cứ vào các tài liệu lịch

sử, di tích khảo cổ, đặc điểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi

của các loài lúa hoang dại trong khu vực, nhiều người đồng ý rằng nguồn gốc cây lúa

là ở vùng đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần đi các nơi Thêm vào đó, sự kiện

thực tế là cây lúa và nghề trồng lúa đã có từ rất lâu ở vùng này, lịch sử và đời sống của

các dân tộc Đông Nam Á lại gắn liền với lúa gạo đã minh chứng nguồn gốc của lúa

trồng (Nguyễn Ngọc Đệ, 2007)

2.1.3 Phân loại

Hiện nay, có nhiều cách phân nhóm cây lúa: đặc tính thực vật học, sinh thái địa

lý, đặc tính sinh lý, điều kiện môi trường canh tác, đặc tính sinh hóa hạt gạo, đặc tính

của hình thái

Lúa là cây hằng niên có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24 Về mặt phân loại thực

vật, cây lúa thuộc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza Oryza có khoảng

20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu

Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Úc Châu (Chang, 1976 theo

De Datta, 1981) Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại là lúa hoang hằng niên và

đa niên Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện

tích lúa thế giới là Oryza sativa L Loài này hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến

sườn núi, từ vùng xích đạo, nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù xa nước ngọt đến

vùng đất cát sỏi ven biển nhiễm mặn phèn Một loài lúa trồng nữa là Oryza

glaberrima Steud., chỉ được trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Phi Châu và hiện

đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L (De Datta, 1981)

2.2 Sơ lược về rầy nâu

2.2.1 Phân bố

Rầy nâu có tên khoa học là Nilaparvata lugens Stal

Rầy nâu phân bố rất rộng trên thế giới, chúng có mặt ở Trung Quốc, Đông Nam

Á, Ấn Độ, Triều Tiên, Úc Trong nước rầy nâu có mặt khắp các vùng trồng lúa nhất là

các vùng lúa thâm canh Chúng có mặt ở vùng đồng bằng, ven biển, trung du cho đến

vùng núi cao Ở Việt Nam, do cách biệt về địa lý mà điểm ranh giới cách biệt là đèo

Hải Vân, nơi hướng gió Tây Nam đổi hướng ra biển Đông, ngăn chặn sự lây lan của

quần thể rầy nâu giữa hai miền đã hình thành nên hai quần thể rầy nâu ở miền Bắc và

miền Nam (Nguyễn Đức Khiêm, 2006)

2.2.2 Ký chủ

Theo Ying et al (2006) cho rằng rầy nâu là loài đơn thực chỉ sử dụng thức ăn là

lúa Tuy nhiên, Nguyễn Văn Huỳnh và Lê Thị Sen (2004) cho rằng ngoài lúa trồng,

rầy nâu có thể sống trên lúa hoang, cỏ gấu và lồng vực,…

2.2.3 Đặc điểm hình thái

a Rầy trưởng thành

Có hai dạng cánh ngắn và cánh dài

Dạng cánh dài

Con cái dài (kể cả cánh) 4,5 mm – 5 mm Mặt bụng màu nâu vàng, đỉnh đầu nhô

ra phía trước Mắt kép màu nâu non, mắt đơn màu nâu đỏ, phần gốc râu có hai đốt

phình to, nhiều đốm, bụng rộng, phía cuối dạng rãnh Con đực dài (kể cả cánh) 3,6 mm

– 4 mm Đa số có màu nâu tối, bé, gầy hơn con cái, cuối bụng dạng loa kèn (Nguyễn

Đức Khiêm, 2006)

Dạng cánh ngắn

Con cái dài 3,5 mm – 4 mm, thô, lớn Cánh trước kéo dài đến giữa đốt bụng thứ 6

bằng một nửa chiều dài cánh trước của dạng cánh dài

Con đực dài 2 mm – 2,5 mm, gầy, đa số màu nâu đen, cánh trước kéo dài tới 2/3

chiều dài của bụng (Nguyễn Đức Khiêm, 2006)

b Rầy non

Lưng màu nâu đậm Phần ngực có đốm dạng mây Đốt thứ 4 – 5 phần bụng có

vân ngang màu hổ phách, bụng màu trắng sữa, mầm cánh kéo dài tới đốt thứ 4 của

Hình 2.1 Rầy trưởng thành cánh dài; hình 2.2 Trứng xếp hình nải chuối; hình

2.3 Rầy non tuổi 1 có màu trắng, các tuổi sau có màu vàng nâu; hình 2.4 Rầy trưởng

thành cánh ngắn

Vòng đời của rầy nâu từ 25 - 28 ngày, trong điều kiện nhiệt độ 25 - 30oC

Hình 3 Vòng đời của rầy nâu

(Nguồn: http://chicucbvtvlamdong.com/cacquytrinhmohinh/raynau.pdf)

2.2.4 Tập quán sinh sống

Thành trùng cái bắt đầu đẻ trứng bằng cách rạch bẹ lá hoặc gân chính của phiến

lá ở gần cổ lá Các vết đẻ trên bẹ lúa có màu nâu do nấm bệnh xâm nhập vào thường

dài khoảng 8 – 10 mm chạy dọc theo bẹ lá

Rầy cái tập trung đẻ trứng ở gốc cây lúa, cách mặt nước từ 10 – 15 cm Rầy

trưởng thành bị thu hút nhiều bởi ánh sáng đèn nhất là vào lúc trăng tròn và thường

bay vào đèn nhiều nhất vào khoảng 8 – 11 giờ đêm

Cả thành trùng và ấu trùng rầy nâu đều thích sống dưới gốc cây lúa và có tập

quán nhảy xuống nước, lên tán lá hoặc bò quanh thân cây lúa khi bị khuấy động Rầy

nâu thích tấn công cây lúa còn nhỏ nhưng vẫn có khả năng gây hại mọi giai đoạn tăng

trưởng của cây lúa và gây nên hiện tượng cháy rầy (Lý Tiến, 2010)

2.2.5 Đặc điểm gây hại

Tác hại trực tiếp

Rầy cám và rầy trưởng thành cánh dài hoặc cánh ngắn đều chích hút nhựa cây lúa

gây ra hiện tượng cháy rầy khi mật số cao Rầy nâu gia tăng mật số nhanh và cao (bộc

phát) gây hại nặng cho cây lúa khi:

Trứng: đẻ bên trong

bẹ, nở sau 6 – 7 ngày Rầy cám: mới nở, lột xác 5 lần (5 tuổi) từ 12 – 14 ngày

Rầy trưởng thành cánh ngắn: sống 7 – 14

ngày (đẻ trứng sớm hơn)

Rầy trưởng thành cánh dài: sống 7 – 14 ngày

- Trồng lúa liên tục trong năm

- Dùng giống nhiễm rầy

- Gieo sạ mật độ dày

- Bón dư thừa phân đạm

- Phun thuốc trừ sâu không đúng cách (trộn nhiều loại thuốc, phun nhiều lần,…)

Tác hại gián tiếp

Là môi giới truyền vi rút gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá (VLLXL) cho cây lúa

Rầy nâu chích hút nhựa cây lúa bị bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá rồi mang mầm

bệnh virus này trong cơ thể để truyền sang cho cây lúa khoẻ mạnh khi chúng đến chích

hút cây lúa đó

Rầy nâu mang mầm bệnh có khả năng truyền bệnh cho đến khi chết

Cây lúa càng non càng dễ bị nhiễm bệnh, về sau có thể không trổ bông được,

năng suất giảm nghiêm trọng hoặc mất trắng Cây lúa già bị nhiễm bệnh thì năng suất

bị giảm ít hơn

Tóm lại, rầy nâu chỉ truyền bệnh khi có nguồn bệnh (lúa bị bệnh, lúa chét bị

bệnh, cỏ bị bệnh) tồn tại trên đồng ruộng

(Nguồn: http://chicucbvtvlamdong.com/cacquytrinhmohinh/raynau.pdf)

2.2.7 Tình hình gây hại

Theo báo cáo của chi cục Bảo vệ thực vật các tỉnh phía Nam, đến ngày

11/3/2010, diện tích lúa Đông Xuân 2009 – 2010 đã thu hoạch là 832.695 ha; diện tích

còn lại trên đồng ở các giai đoạn: đẻ nhánh là 21.425 ha; đòng trổ là 140.659 ha; chín

là 641.779 ha Lúa Hè Thu sớm 2010 đã xuống giống là 100.511 ha ở tỉnh Sóc Trăng,

Đồng Tháp, Tiền Giang, Vĩnh Long và Tây Ninh

Trong tuần từ 6 – 12/3/2010, diện tích lúa đông xuân bị nhiễm rầy nâu là 35.201

ha (tăng 104 ha so với tuần trước, kể cả diện tích nhiễm mới của tỉnh Lâm Đồng), phổ

biến trên trà lúa giai đoạn đòng trổ - chín Mật số rầy nâu trên đồng ruộng phổ biến

1000 – 2000 con/m2, nơi cao trên 3000 – 7000 con/m2 Rầy nâu trên đồng ruộng phổ

biến rầy cám mới nở tuổi 1 – 2 Diện tích nhiễm rầy nâu xuất hiện ở các tỉnh Long An,

Bạc Liêu, An Giang, Tiền Giang, Lâm Đồng, Bình Thuận

Diện tích lúa Hè Thu sớm 2010 bị nhiễm rầy nâu là 5.453 ha (trong đó diện tích

nhiễm nhẹ: 248 ha; nhiễm trung bình: 5.060 ha; nhiễm nặng: 145 ha) trên trà lúa giai

đoạn mạ – đẻ nhánh Mật số rầy nâu trên đồng ruộng phổ biến 1500 – 3000 con/m2,

nơi cao 3500 – 7000 con/m2, tuổi rầy phổ biến là rầy trưởng thành và rầy cám mới nở

tuổi 1 Diện tích nhiễm rầy nâu tập trung chủ yếu ở tỉnh Đồng Tháp (5.335 ha) và 2

tỉnh còn lại có diện tích nhiễm thấp là Vĩnh Long (40 ha), Tây Ninh (78 ha) Diện tích

phòng trừ rầy nâu trong tuần là 5.250 ha

Để phòng chống dịch rầy nâu, vàng lùn và vàng lùn xoắn lá, thời gian qua, các

đơn vị chức năng tại từng địa phương đã chỉ đạo nông dân gieo sạ lúa Xuân Hè theo

phương châm tập trung, đồng loạt và né rầy Đồng thời, tiếp tục theo dõi mật độ rầy

nâu ngoài đồng, bẫy đèn, dự tính dự báo rầy di trú rộ từ đầu tháng 3 đến nay Các đơn

vị cũng vận động nông dân trừ rầy tại các nơi có mật số rầy nâu cao, không có diện

tích bị cháy rầy Trong thời gian tới, ban chỉ đạo phòng chống dịch rầy nâu, vàng lùn

và vàng lùn xoắn lá các tỉnh phía Nam đề nghị địa phương tiếp tục theo dõi diễn biến

thời tiết và tình hình dịch hại để chỉ đạo phòng trừ kịp thời

(Nguồn:

http://www.khuyennongvn.gov.vn/g-ttdh/tinh-hinh-dich-ray-nau-benh-vang-lun-lun-xoan-la-cac-tinh-phia-nam/view)

2.2.8 Biotype (loại hình sinh học) rầy nâu

Ikeda và Vaughan (2006) cho rằng trên thế giới hiện nay rầy nâu có 4 Biotype

phân chia như sau: Biotype 1 phân bố rộng ở Đông và Đông Nam Á; Biotype 2 có

nguồn gốc ở Philippine; Biotype 3 phát sinh ở các phòng thí nghiệm ở Nhật và

Philippine còn Biotype 4 chủ yếu ở vùng Nam Á Các Biotype ở từng vùng phân cắt

địa lý với đặc điểm khí hậu, điều kiện sinh trưởng khác nhau sẽ tạo thành các quần thể

rầy nâu với các đặc tính (độc tính, sinh trưởng, sinh sản…) có thể khác nhau Ở Việt

Nam, quần thể rầy nâu được phân thành 2 vùng chính là đồng bằng sông Hồng và sông

Cửu Long với các Biotype khá đầy đủ (Biotype 1, 2, 3) Rongbai et al (2006) cho biết

quần thể rầy nâu ở ĐBSCL đa số thuộc Biotype 2 có độc tính cao nhất trong khu vực

Đông Nam Á Qua nghiên cứu của Bùi Chí Bửu (Viện nghiên cứu lúa ĐBSCL) cũng

cho biết ở miền Nam Việt Nam, quần thể rầy nâu có sự lai tạo phối trộn giữa Biotype 2

và 3 tạo nên những quần thể có độc tính rất cao Đặc biệt, quần thể rầy nâu ở Đồng

Bằng Sông Cửu Long có độc tính cao hơn Đồng Bằng Sông Hồng qua nghiên cứu của

Nguyễn Văn Đĩnh và Trần Thị Liên (2004) cụ thể trên 2 quần thể rầy nâu ở Tiền

Giang và Hà Nội Điều này được lý giải bởi việc thâm canh lúa cũng như kiến thức về

quản lý dịch hại thấp nên quần thể rầy ở Việt Nam có độc tính cao, khó quản lý Điều

này càng gây nhiều khó khăn và thách thức cho công tác chọn giống và càng làm rõ

tính cấp thiết của việc phân lập và tuyển chọn các giống lúa kháng rầy để hỗ trợ cho

công tác quản lý rầy nâu

2.2.9 Cách phòng trừ bệnh rầy nâu trên cây lúa

Theo kỹ sư Nguyễn Công Tú, Phó chi cục trưởng Chi cục Bảo vệ thực vật Đồng

Nai, rầy nâu phát triển nhanh rất dễ lây lan ra diện rộng và có thể di trú từ vụ này qua

vụ khác Rầy thường phát triển nhiều ở các ruộng gieo sạ dày, bón quá nhiều đạm và

khi thời tiết có ẩm độ và nhiệt độ không khí cao Chúng gây hại bằng cách chích hút

nhựa cây lúa làm cây bị úa vàng, sinh trưởng kém và ở mật độ cao gây cháy rầy Ngoài

ra, rầy nâu còn là tác nhân gây ra bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá cho cây lúa Cách phòng

trừ rầy nâu hữu hiệu nhất là:

- Dùng giống lúa kháng rầy

- Không sạ, cấy quá dày (chỉ dưới 120kg giống/hécta)

- Bón cân đối đạm, lân, kali và không bón đạm nhiều và muộn

- Hạn chế dùng thuốc trừ sâu để bảo vệ thiên địch (loại có ích cho cây lúa)

Nếu mật độ rầy cao thì có thể diệt bằng những cách sau:

- Dùng dầu nhớt rải xuống ruộng, quậy cho dầu loang đều xong kéo, khua cho

rầy rơi xuống nước, hoặc tháo nước lên ngập gốc lúa (chỉ áp dụng diện tích ít)

- Khi rầy trưởng thành nhiều tháo cạn nước 3 - 4 ngày cho rầy đẻ trứng ở bẹ lá

lúa, sau đó tháo nước vào làm hư trứng rầy

- Chỉ dùng thuốc hóa học khi mật độ rầy quá cao 2 - 3 con/tép lúa và nên dùng

các loại thuốc đặc trị Nếu rầy cám vừa mới nở hoặc rầy non bà con nên dùng thuốc

Butyl 400SC/10WP, Viappla 10BTN/25BTN, Applaud 25SC Nếu rầy trưởng thành

thì dùng thuốc Sachray 200WP, Vithoxam 350SC, Bascide 50EC Khi phun thuốc trừ

rầy phải theo nguyên tắc "4 đúng", cụ thể là:

+ Đúng thuốc: dùng các loại thuốc có tác dụng diệt rầy và có ghi trên nhãn thuốc

+ Đúng nồng độ và liều lượng nước thuốc: pha đúng nồng độ theo hướng dẫn

trên nhãn từng loại thuốc và sử dụng đúng lượng thuốc cần phun

+ Đúng lúc: phun khi rầy không quá non hoặc quá già

+ Đúng cách: rầy thường bu gốc lúa sát mặt nước, khi phun thuốc nên tháo nước

vào ruộng cho rầy di chuyển lên trên, hướng vòi phun vào dưới lá lúa, đồng thời phun

kỹ gốc lúa

(Nguồn:http://www.baodongnai.com.vn/default.aspx?tabid=564&idmid=2&Item

ID=48701)

Việc lạm dụng quá nhiều thuốc hóa học diệt rầy nâu sẽ có tác dụng ngược là mau

phục hồi quần thể rầy nâu có khả năng kháng thuốc mạnh hơn, không những thế, sử

dụng thuốc hóa học tốn nhiều chi phí và gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến các

loài thiên địch có lợi cũng như sức khỏe của người trồng lúa Do đó cần hạn chế sử

dụng chất hóa học và kết hợp nhiều biện pháp khác nhau để tránh tình trạng mất mùa

vì nhiễm rầy Một trong những biện pháp hiệu quả lâu dài là chọn tạo được giống lúa

trồng có tính kháng cao đối với rầy nâu

2.3 Sơ lƣợc về tính kháng rầy nâu

2.3.1 Khái niệm về tính kháng rầy nâu của các giống lúa

Tính kháng rầy nâu là đặc tính của giống lúa có khả năng chống lại sự tấn công

của rầy nâu hoặc làm giảm tác hại do rầy nâu gây ra Trên giống kháng rầy nâu sẽ

không có rầy nâu sinh sống hoặc có nhưng với mật độ rất thấp (Phạm Văn Lầm, 2006)

Trên giống lúa kháng rầy nâu, rầy nâu không thể sử dụng thức ăn trong thời gian

nhất định, có lẽ do nguồn thức ăn trong mô libe bị nghẽn, hoặc cây trồng thiếu các tác

nhân kích thích cần thiết hoặc bên trong cây trồng chứa một vài chất ức chế hóa học

Tính kháng giả đối với rầy nâu xuất hiện tạm thời ở giống lúa nhiễm rầy nâu

dưới ảnh hưởng của điều kiện sinh thái Bản chất của hiện tượng này là giai đoạn mẫn

cảm với rầy nâu của giống lúa không trùng với thời điểm rầy nâu có mật độ quần thể

cao mà lại trùng với thời điểm rầy nâu có mật độ quần thể thấp nhất hoặc giai đoạn

mẫn cảm với rầy nâu của giống lúa chỉ là một khoảng thời gian rất ngắn (Phạm Văn

Lầm, 2006)

Kích kháng

Đó là sự gia tăng khả năng tự vệ của cây trồng chống lại sự tấn công của rầy nâu

bằng cách phản ứng lại tác động của sự tấn công đó một cách vật lý hay hóa học

Ngoài ra, các yếu tố ngoại cảnh cũng có thể ảnh hưởng đến tính kháng này như việc

bón phân, phun thuốc, thay đổi nhiệt độ hay quang kỳ (Nguyễn Văn Huỳnh, 1997)

2.3.2.2 Tính kháng di truyền

Trên cơ sở di truyền, tính kháng được chia làm hai loại kháng: kháng dọc và

kháng ngang

Kháng dọc

Đây là tính kháng đơn gen và có thể kháng một loại Biotype mà thôi (Phạm Văn

Kim, 2000) Theo Nguyễn Văn Huỳnh (1997), tính kháng dọc thường là kháng mạnh

và được điều khiển bởi các gen chính, nhưng ít bền vững Các gen chính có thể là trội

nếu cây con F1 của một cha hay mẹ là kháng, ngược lại là lặn nếu cây con F1 là nhiễm

Nhưng theo Phạm Văn Kim (2000) thì tính kháng này do gen trội hoặc một vài gen

điều khiển nhưng các gen này có vị trí gần nhau nên khó phân ly trong khi lai tạo, và

nếu sử dụng giống kháng đơn gen thường xuyên rất dễ đưa đến sự chuyển đổi Biotype

mới Đối với rầy nâu thì Phạm Văn Lầm (2006) cho rằng tính kháng dọc thường biểu

hiện tính kháng rầy cao

Kháng ngang

Tính kháng ngang do các gen thứ quyết định Đây là tính kháng đa gen, có thể

kháng với nhiều Biotype khác nhau (Phạm Văn Lầm, 2006) Các gen kháng này có thể

có cả gen trội lẫn gen lặn Tính kháng của các giống này thường bền hơn, lâu bị phá vỡ

tính kháng hơn tính kháng dọc Tuy nhiên tính kháng của các giống này thường không

mạnh Khi lai tạo các giống kháng đa gen thường rất phức tạp do có nhiều gen kháng

và có cả gen lặn nên phân ly rất phức tạp và khó chọn lọc về sau (Phạm Văn Kim,

2000) Đối với rầy nâu thì tính kháng này chỉ biểu hiện tính kháng vừa hay chỉ biểu

hiện tính chịu đựng (Phạm Văn Lầm, 2006)

2.3.3 Cơ chế của tính kháng

Painter (1951) đã mô tả ba cơ chế của tính kháng đối với cây trồng: cơ chế không

ưa thích, cơ chế kháng sinh và cơ chế trốn tránh; tất cả những cơ chế này đều là đặc

tính tốt của cây trồng và những giống lúa khác nhau có thể có một trong các cơ chế

hoặc tất cả các cơ chế này

2.3.3.1 Cơ chế không ƣa thích

Cơ chế không ưa thích được hình thành do đặc tính của cây trồng tạo nên khả

năng xua đuổi, không hấp dẫn cho rầy nâu chọn làm thức ăn, tạo vùng sinh sống và

nơi đẻ trứng (Kogan và Ortman, 1978; Phạm Văn Lầm, 2006) Theo Trần Đình Long

(1997) hàm lượng asparagin trong lá thấp, mỏ hạt đỏ và nhị cái tím là một trong những

đặc tính tự nhiên của tính kháng rầy nâu trên các giống lúa

2.3.3.2 Cơ chế kháng sinh

Là hiện tượng làm giảm mật số, tỷ lệ sinh sản, khả năng sinh trưởng của rầy nâu

sau khi chúng hấp thụ mô ký chủ (Painter, 1951)

Đối với các giống rầy mang cơ chế kháng sinh có đặc điểm như sau:

- Trứng rầy không nở được hay nở rất ít khi chúng đẻ trên những giống lúa này

- Ấu trùng rầy nâu chết ngay từ tuổi một

- Con cái có tuổi thọ giảm sút và đẻ trứng ít hay không đẻ trứng được do trứng

không phát triển hoặc phát triển không đủ

- Thời gian tăng trưởng của ấu trùng kéo dài ra một cách bất thường

2.3.3.3 Cơ chế chịu đựng

Là khả năng mà cây trồng vẫn cho năng suất cao bất chấp sự tấn công của côn

trùng Nói cách khác, giống lúa có khả năng chịu đựng rầy nâu là giống lúa bị rầy nâu

sống trên đó và phát triển thành quần thể nhưng giống đó vẫn sinh trưởng và cho năng

suất bình thường (Phạm Văn Lầm, 2006)

Cơ chế chịu đựng được cho là có liên hệ nhiều với tính kháng trung bình đối với

sự tấn công của rầy nâu Cơ chế này có tính kháng không ổn định vì nó phụ thuộc vào

sinh thái nên tính kháng thay đổi theo từng địa phương, canh tác, mùa vụ… Ngược lại,

cơ chế không thích hợp và cơ chế kháng sinh thì tính kháng đòi hỏi phải có sự hiện

diện của một số đặc tính kháng rầy nâu trong lúa, đồng thời phản ứng của rầy nâu đối

với giống cũng không được thuận lợi Tính kháng sinh mà hiện nay đa số các giống

kháng rầy đều có là do ảnh hưởng bất lợi của giống lúa trên rầy nâu khi chúng ăn phải

Công tác sử dụng giống kháng được coi là biện pháp hàng đầu trong chương

trình phòng trừ tổng hợp rầy nâu hiện nay, chỉ có việc canh tác giống kháng mới có thể

làm giảm đồng loạt mật số của rầy nâu xuống ngưỡng kinh tế, từ đó các biện pháp

khác mới phát huy được hiệu quả cùng phối hợp để đi đến việc khống chế rầy nâu

2.4 Giống lúa kháng rầy nâu

Các giống lúa hoang (lúa ma) với các đặc tính chống chịu điều kiện khắc nghiệt,

dịch bệnh, sâu rầy là nguồn cung cấp gen quý để tạo các giống lúa kháng rầy Năm

1975, áp lực dân số bắt đầu tăng cao đòi hỏi ĐBSCL phải tăng diện tích lúa và thâm

canh tăng vụ (2 – 3 vụ/năm), cộng thêm phân hóa học và thuốc bảo vệ thực vật đã kéo

theo sự phát triển của dịch hại mới, đặc biệt là rầy nâu.Vì vậy các nhà chọn giống đã

chú trọng nghiên cứu các giống lúa kháng rầy như giống TN73-2 và IR 26 mang gen

kháng rầy nâu Bph1 chống chịu tốt với Biotype 1 Tuy nhiên tính kháng của 2 giống

này bị phá vỡ bởi Biotype 2 vào năm 1977 – 1978 gây nạn đói Sau đó, IRRI

(International Rica Research Institute) kịp thời cung cấp giống IR36 mang gen bph2

kháng Biotype 2 ngăn chặn được nạn dịch năm 1979 (Nguyễn Văn Huỳnh, 2008 –

Trích dẫn từ Tùng Anh, 2009) Năm 1997, Bùi Chí Bửu et al đã ứng dụng dấu phân tử

STS chọn lọc các giống lúa mang gen kháng Bph10 có khả năng kháng hai loại

Biotype (2 và 3) tồn tại chủ yếu ở ĐBSCL hiện nay thay thế cho các giống cũ do độc

tính rầy nâu đã thay đổi Năm 2003, Lang và Buu đã thiết lập được bản đồ di truyền và

bản đồ vật lý của gen Bph10 Đến năm 2006, Nguyễn Thị Lang et al tiếp tục sử dụng

dấu phân tử STS và SSR để đánh giá tính chống chịu rầy nâu trên cây lúa, việc sử

dụng phương pháp dấu phân tử SSR và dấu phân tử STS với các dấu chỉ thị RM227,

RM260 và RG457L-L để phát hiện gen kháng và nhiễm rầy nâu trên các giống lúa

khác nhau tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các cá thể đồng hợp tử và dị hợp

tử một cách chính xác Tiếp đó, Nguyễn Thị Giáng Đan (2008) dùng phương pháp

SSR khảo sát tiếp tục một số giống lúa của Viện nghiên cứu Lúa cũng cho thấy có sự

tồn tại của gen kháng Bph10 ở dạng dị hợp tử

Một số giống lúa kháng rầy

Để đối phó rầy nâu và các dịch bệnh khác, Viện Lúa ĐBSCL luôn đề ra chiến

lược phù hợp cũng như cung cấp giống lúa cho nông dân Vào vụ Đông Xuân 2006 –

2007, các giống OM576, VND95-20, AS996, OMCS2000, IR50404, OM2517,

OM4498 và OM2395 được đưa vào sử dụng với đặc điểm năng suất cao và tính kháng

trung bình với rầy nâu (Website Sở nông nghiệp An Giang, 6/2009) Các giống

AS996, IR50404, OM2517, OM4498 đã được kiểm chứng mang gen kháng và tính

kháng khá ổn định thể hiện qua thực nghiệm tính thanh lọc rầy nâu trên đồng ruộng

Ngoài ra cũng có một số giống kháng rầy có tính kháng cao đang được sử dụng để lai

tạo và nhân rộng như MTL98, MTL99, MTL119, IR72, OM269, OMCS97, OM1643,

OM2031, NCM16-27, NCM84 (Tùng Anh, 2009)

2.5 Gen kháng và các loại hình sinh học của rầy nâu

2.5.1 Xếp hạng nhóm gen kháng đối với rầy nâu

Theo phân loại của Nhật và Philippine gồm 4 nhóm sau:

Nhóm Bph1 thì kháng với Biotype 1 và 3, nhiễm với Biotype 2, gen chủ lực là

2.5.2 Gen kháng rầy nâu

Nhiều nghiên cứu đã tìm ra sự di truyền của tính kháng rầy nâu Người ta đã phát

hiện ra một gen trội Bph1 khống chế tính kháng rầy nâu ở giống Mudgo, MTU15,

Co22 và MGL2, trong khi 1 gen lặn bph2 truyền đạt tính kháng rầy vào ASD7 và

Ptb18 (Athwal et al., 1971) Giống Rathu Heenati ở Sri Lankan có 1 gen trội quy định

tính kháng, nó không cùng locus, độc lập với Bph1 và được xác định là Bph3

(Lakshminarayana và Khush, 1977) Những giống khác ở Sri Lankan là Babawee có 1

gen lặn quyết định tính kháng, gen này độc lập với bph2 và được xác định là bph4

(Lakshminaryana và Khush, 1977) Xác định được gen Bph5 ở giống ARC10550,

Bph6 ở giống Swarnalatha và Bph7 ở giống T12 bởi những loại rầy nâu từ Bangladesh

(Kabir và Khush, 1988) Xác định được 1 gen lặn mới bph8 ở giống Thia.Col.5,

Thai.Col.11 và Chin Saba và một gen trội mới Bph9 ở giống Pokkali, Balamavee và

Kaharamana (Nemamoto và et al., 1989) Gen kháng Bph10 đã được đưa vào một

dòng lai cận huyết Ấn Độ (Ishii và et al., 1994) Gần đây, hai gen nữa là bph11 và

bph12 đã được biết (Kawaguchi et al., 2001)

Người ta đã định vị được các gen kháng rầy nâu trên nhiễm sắc thể lúa Các gen

Bph1, bph2, Bph9, Bph10, Bph18 định vị trên nhiễm sắc thể số 12, các gen Bph3,

bph12, Bph15 định vị trên nhiễm sắc thể 4, gen bph4 định vị trên nhiễm sắc thể 6, gen

Bph6 định vị trên nhiễm sắc thể 11, các gen Bph11, Bph13, Bph14 định vị trên nhiễm

sắc thể số 3 (http://www.clrri.org/rice/var/raynau.pdf)

2.6 Kỹ thuật PCR

Kỹ thuật PCR (Polymerase Chain Reaction) là kỹ thuật tổng hợp nhân tạo các

đoạn DNA với tốc độ nhanh, chính xác cao được thực hiện trong máy chu trình nhiệt

(máy PCR)

Kỹ thuật PCR được Karry Mullis phát minh năm 1985 và được tiếp thu hoàn

thiện thông qua việc phát hiện và sản xuất được enzyme DNA polymerase chịu nhiệt

từ vi khuẩn Thermophilus aquaticus và một số vi khuẩn khác Máy PCR ngày càng

hoàn thiện cho phép thay đổi nhanh chóng, chính xác nhiệt độ cho từng giai đoạn phản

ứng nhân bản DNA Cho đến nay, kỹ thuật PCR được coi là phương pháp nền quan

trọng của công nghệ di truyền (Trịnh Đình Đạt, 2008)

Phản ứng PCR diễn ra qua ba giai đoạn cho mỗi chu kỳ dựa trên tính chất biến

tính, lai cặp, tổng hợp đoạn DNA đích

Một chu kỳ bao gồm ba bước sẽ được lặp đi lặp lại nhiều lần, và mỗi lần lại làm

tăng gấp đôi lượng mẫu của lần trước Đây là sự khuếch đại theo cấp số nhân; theo

tính toán sau 30 chu kỳ sự khuếch đại sẽ là 106 so với số lượng bản mẫu ban đầu (Hồ

Huỳnh Thùy Dương, 2003)

Ứng dụng của kỹ thuật PCR

Kỹ thuật PCR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên

cứu khoa học đến sản xuất và đời sống xã hội Những ứng dụng chính của kỹ thuật

PCR là:

- Tách nhanh chóng, chính xác từng gen, hoặc từng đoạn DNA riêng biệt

- Là kỹ thuật nền cho các nghiên cứu di truyền phân tử như xác định trình tự gen,

đa hình DNA, xác định marker phân tử cho chọn giống, phát hiện đột biến gen

- Xác định giới tính động vật ở giai đoạn phôi, thai

- Chẩn đoán nhanh, nhạy các bệnh di truyền, bệnh nhiễm trùng (virus, vi khuẩn,

nấm )

- Khôi phục gen của các sinh vật cổ cách đây hàng triệu năm

- Xác định nguồn gốc hài cốt, quan hệ họ hàng, xác định cá thể dùng trong việc

xác định huyết thống cũng như trong khoa học hình sự (Trịnh Đình Đạt, 2008)

2.7 Kỹ thuật SSR (Simple Sequence Repeats - trình tự lặp lại đơn giản)

Nguyên lý

Kỹ thuật SSR là kỹ thuật khuếch đại các đoạn lặp lại đơn giản, còn được gọi là

phương pháp vi vệ tinh (microsatellite) Các đoạn lặp lại gồm 2 đến 6 cặp nucleotide

được lặp đi lặp lại nhiều lần trong hệ gen Đoạn SSR điển hình là đoạn trình tự gồm 2

– 3 cặp nuleotide, lặp lại từ 9 đến 30 lần Các đoạn trình tự bảo thủ thường dùng trong

kỹ thuật SSR là ATT, AT, CTT, CT Các đoạn lặp lại có kích thước dài ngắn khác

nhau tùy theo từng loài, từng giống vật nuôi, cây trồng

Ví dụ, ở lúa có khoảng 1000 lần lặp lại trật tự AC/TG, khoảng 300 lần lặp lại trật

tự GAAT/CTTA

Ngay trong một genome cũng có mức độ lặp lại ở các nhiễm sắc thể (NST) khác

nhau Ở động vật có vú, một đoạn trình tự lặp lại một vài lần chiếm >50%, còn đoạn

trình tự lặp lại tới hàng trăm nghìn lần chỉ chiếm khoảng 20 – 25% Các đoạn SSR

thường ở vùng gần tâm động hoặc đầu mút của NST và có vai trò điều hòa hoạt động

của gen

Các bước tiến hành kỹ thuật SSR

- Tách chiết và tinh sạch DNA của các mẫu nghiên cứu

- Tiến hành phản ứng PCR: Tiến hành phản ứng PCR với các đoạn có trình tự bổ

sung với các trình tự ở hai đầu của vùng chứa SSR (vùng sườn) Do đó các vùng sườn

ở hai đầu SSR khá bảo thủ nên kỹ thuật SSR có tính ứng dụng cao đối với các loài, các

giống khác nhau

- Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose

- Chụp ảnh phổ điện di và phân tích số liệu, xác định mức độ giống và khác nhau

giữa các đoạn lặp DNA

Những ưu, nhược điểm và ứng dụng của kỹ thuật SSR

Ưu điểm

- Kỹ thuật SSR là loại marker chính xác và hữu hiệu trong nghiên cứu đa dạng di

truyền, phân loại các giống vật nuôi, cây trồng khác nhau trong cùng một loài

động vật hay thực vật

- Sử dụng kỹ thuật SSR để xây dựng bản đồ liên kết, phân lập (gene), xác định

quan hệ di truyền giữa các giống, dòng vật nuôi, cây trồng và chẩn đoán cặp lai

cho ưu thế lai

- Kỹ thuật SSR tương đối đơn giản, chi phí thấp, dễ thực hiện

Nhƣợc điểm

- Kỹ thuật SSR cần nhiều bước tiến hành, cần thiết kế các cặp mồi chính xác

tương ứng với các vùng sườn để nhân các SSR rải rác trong genome

Ứng dụng

- Sử dụng kỹ thuật SSR để xây dựng bản đồ liên kết

- Phân lập (gen)

- Xác định quan hệ di truyền giữa các giống, dòng vật nuôi, cây trồng và chẩn

đoán cặp lai cho ưu thế lai (Trịnh Đình Đạt, 2008)

2.8 Một số nghiên cứu sử dụng dấu (marker) phân tử

Bùi Chí Bửu et al (1997) đã công bố kết quả phân tích di truyền tính kháng rầy

nâu của giống lúa hoang nhờ marker và đã xác định được gen kháng rầy nâu Biotype 4

có liên kết chặt chẽ với marker RM18, định vị trên nhiễm sắc thể số 7, khoảng cách di

truyền là 1,3 cM và liên kết với marker RM168, định vị trên nhiễm sắc thể số 3,

khoảng cách di truyền 1,9 cM

Lang et al (1999) đã sử dụng marker STS để chọn lọc dòng kháng rầy nâu trong

quần thể đang phân ly Từ RG457 (marker RFLP) đã thiết kế thành marker STS thành

hai cặp mồi tương ứng là RF457FL, RG457RL, và RG457FB, RG457RB Marker này

có giá trị liên kết với gen kháng rầy Bph10 là 1,7 cM Nguyên liệu sử dụng trong

nghiên cứu này là hai quần thể F2 và F3 của cặp bố mẹ IR54742

(kháng)/IR31917-45-3-2 (nhiễm)

Kawaguchi et al (2001) đã sử dụng marker RFLP và SSR để xác định gen kháng

rầy nâu Bph4 nằm trên cánh ngắn của nhiễm sắc thể số 6

Lưu Thị Ngọc Huyền et al (2003) đã định vị các gen kháng rầy nâu Bph4 và

Bph6 trên nhiễm sắc thể lúa bằng phương pháp SSR

Lang và Buu (2003) đã nghiên cứu và thiết lập bản đồ di truyền và bản đồ vật lý

của gen Bph10

Jena et al (2005) đã xây dựng bản đồ độ phân giải cao của gen kháng rầy nây

mới Bph18(t), và ứng dụng trong chọn những giống lúa (Oryza sativa L.) kháng rầy

Gen Bph18(t) nằm trên nhiễm sắc thể số 12

Nguyễn Thị Lang et al (2006) đã ứng dụng marker STS và SSR để đánh giá tính

chống chịu rầy nâu trên cây lúa Oryza sativa L., việc sử dụng phương pháp marker

SSR và marker STS với RM227, RM260 và RG457FL/RL để phát hiện gen kháng và

nhiễm rầy nâu trên các giống lúa khác nhau cho thấy marker này tách biệt đa hình giữa

các giống lúa có tỷ lệ đa hình tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định các cá thể đồng

hợp tử và dị hợp tử một cách chính xác

Chen et al (2006) đã phân tích di truyền và bản đồ của rầy nâu (Nilaparvata

lugens Stal) có gen kháng bph19(t) Gen này định vị trên cánh ngắn của nhiễm sắc thể

số 3, có khoảng cách di truyền là 1.0 cM, liên kết giữa hai marker RM6308 và

RM3134

Li-Hong et al (2006) khảo sát 134 dòng F2:3 lai từ giống lúa ASD7 mang gen

bph2 và C418 là giống chuẩn nhiễm Dấu phân tử SSR và phân tích liên kết được sử

dụng để phát hiện bph2 Kết quả chỉ ra rằng gen kháng bph2 trong giống lúa ASD7 đã

được lập bản đồ thành công và có vị trí nằm giữa RM7102 và RM463 trên nhiễm sắc

thể số 12, với khoảng cách di truyền lần lượt là 7,6 cM và 7,2 cM

Rahman et al (2009) xây dựng bản đồ độ phân giải cao của gen kháng rầy nâu

mới Bph20(t) và Bph21(t) có nguồn gốc từ giống lúa Oryza minuta Gen Bph20(t) nằm

trên nhiễm sắc thể số 4 và Bph21(t) nằm trên nhiễm sắc thể số 12

Luy et al (2008) khai thác gen kháng rầy nâu từ nguồn lúa hoang Oryza

rufipogon Nguồn kháng rầy nâu từ hai loài hoang dại Oryza rufipogon, Oryza

officinalis đã được điều tra bằng chỉ thị phân tử Đây là những quần thể lúa hoang đã

được thu thập ở Nam Bộ Hai marker RM13, RM270 thể hiện hiệu quả cao trong tìm

kiếm đa hình

Những nghiên cứu mới gần đây như của Lưu Thị Ngọc Huyền et al (2009) đã

ứng dụng dấu phân tử SSR trong việc đánh giá và phân tích sự có mặt của gen kháng

rầy nâu trong phép lai quy tụ các gen kháng rầy trên một số giống lúa ở Đồng bằng

sông Hồng và ĐBSCL Từ đó đã chọn được hai dòng (OM-DT2) và (OM-DT3) sẽ đưa

vào bộ giống kháng rầy cho ĐBSCL

Nghiên cứu mới từ Trần Nhân Dũng, Lý Tiến, Nguyễn Vũ Linh và Trần Thị

Xuân Mai (2010) đã ứng dụng chỉ thị phân tử SSR và STS với các primer RM190,

RM13, RM270, B43, S4019A và 7312.T4 để khảo sát khả năng liên kết của các

marker này với tính kháng rầy nâu của các dòng lúa ở ĐBSCL nhằm phục vụ cho công

tác chọn giống Kết quả cho thấy, chỉ thị RM190 cho sự đa hình giữa các mẫu Chỉ thị

này khuếch đại đoạn DNA với kích thước 130bp từ các giống lúa kháng rầy nâu và

120bp từ các giống lúa nhiễm rầy nâu