Luận án Tiến sĩ Di truyền và chọn giống cây trồng: Phát triển vật liệu di truyền phục vụ chọn tạo giống lúa chịu mặn cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:185

Thêm vào BST

Báo xấu

3
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Di truyền và chọn giống cây trồng "Phát triển vật liệu di truyền phục vụ chọn tạo giống lúa chịu mặn cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam" trình bày các nội dung chính sau: Đánh giá và sàng lọc khả năng chịu mặn của nguồn vật liệu lúa thu thập trong nước và nhập nội bằng gây mặn nhân tạo và ứng dụng chỉ thị phân tử; Tạo biến dị và chọn lọc được một số dòng lúa chịu mặn có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt, thích ứng với điều kiện nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Di truyền và chọn giống cây trồng: Phát triển vật liệu di truyền phục vụ chọn tạo giống lúa chịu mặn cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN ANH DŨNG PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN CHO CÁC TỈNH VEN BIỂN PHÍA BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2024
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN ANH DŨNG PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN CHO CÁC TỈNH VEN BIỂN PHÍA BẮC VIỆT NAM Ngà nh: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 9 62 01 11 Người hướng dẫn: GS.TS. Vũ Văn Liết HÀ NỘI – 2024
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày … tháng .... năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Anh Dũng i
LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin trân trọng cảm ơn: Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Quản lý đào tạo, Khoa Nông học, Khoa Công nghệ sinh học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng – Khoa Nông học, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa thuần, Bộ môn Công nghệ sinh học, Sinh lý sinh hóa và Công nghệ sau thu hoạch - Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án này. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Vũ Văn Liết đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tận tình trong quá trình học tập, nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và đóng góp nhiều ý kiến cho việc hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, quan tâm và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án này. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2024 Tác giả luận án Nguyễn Anh Dũng ii
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ........................................................................................................................... iii Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................... vi Danh mục bảng ............................................................................................................... vii Danh mục hình .................................................................................................................. x Danh mục sơ đồ ................................................................................................................ x Trích yếu luận án ............................................................................................................. xi Thesis abstract................................................................................................................ xiii Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 2 1.2.1. Mục tiêu tổng quát .............................................................................................. 2 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ................................................................................................... 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 3 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 3 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 3 1.4. Những đóng góp mới của luận án ....................................................................... 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 4 1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài................................................................................ 4 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................................ 4 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 5 2.1. Hiện trạng đất nhiễm mặn ở Việt Nam ............................................................... 5 2.1.1. Đất mặn ở Đồng bằng sông Hồng ...................................................................... 6 2.1.2. Đất mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long ............................................................... 7 2.2. Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng của cây trồng ........................................... 9 2.2.1. Ảnh hưởng của mặn đến các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây lúa .... 11 2.2.2. Ảnh hưởng của mặn đến đặc điểm hình thái, đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây lúa ........................................................................................................ 12 2.3. Cơ chế chịu mặn của cây lúa ............................................................................ 13 2.3.1. Cơ chế gây hại .................................................................................................. 13 2.3.2. Cơ chế vượt qua nguy hại của mặn .................................................................. 16 2.3.3. Cơ sở sinh lý chống chịu mặn .......................................................................... 19 iii
2.4. Nghiên cứu di truyền tính chống chịu mặn ở lúa ............................................. 22 2.4.1. Nguồn gen lúa chống chịu mặn ........................................................................ 22 2.4.2. Di truyền phân tử tính chống chịu mặn ............................................................ 25 2.4.3. Biểu hiện khả năng chịu mặn của cây lúa ........................................................ 29 2.4.4. Tính chịu mặn qua các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa ................................ 31 2.5. Một số kết quả chọn tạo giống lúa chịu mặn trên thế giới và việt nam ............ 33 2.5.1. Chọn tạo giống lúa chịu mặn trên thế giới ....................................................... 33 2.5.2. Chọn tạo giống lúa chịu mặn ở Việt Nam ........................................................ 36 2.6. Một số vấn đề rút ra từ tổng quan ..................................................................... 40 Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 42 3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ..................................................................... 42 3.1.1. Địa điểm nghiên cứu ......................................................................................... 42 3.1.2. Thời gian nghiên cứu ........................................................................................ 42 3.2. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................... 43 3.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 44 3.3.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu mặn của các mẫu giống lúa ........................................................................................................... 44 3.3.2. Tạo biến dị và chọn lọc dòng lúa thuần chịu mặn ............................................ 44 3.3.3. Đánh giá, so sánh và khảo nghiệm các dòng lúa chịu mặn có triển vọng ........ 44 3.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 45 3.4.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu mặn của các mẫu giống lúa ........................................................................................................... 45 3.4.2. Tạo biến dị và chọn lọc dòng lúa thuần chịu mặn ............................................ 49 3.4.3. Đánh giá, so sánh và khảo nghiệm các dòng lúa chịu mặn triển vọng ............. 51 3.4.4. Phương pháp thu thập và phân tích số liệu ....................................................... 53 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận .................................................................. 54 4.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu mặn của các mẫu giống lúa ........................................................................................................... 54 4.1.1. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa ................................... 54 4.1.2. Kết quả phân nhóm các mẫu giống lúa ............................................................. 78 4.1.3. Khả năng chịu mặn của các mẫu giống lúa trong điều kiện xử lý mặn nhân tạo bằng dung dịch Yoshida có muối NaCl ............................................. 85 4.1.4. Ứng dụng chỉ thị phân tử đánh giá vật liệu nghiên cứu liên quan tính trạng chịu mặn .................................................................................................. 87 4.2. Kết quả lai tạo biến dị và chọn lọc dòng lúa chịu mặn ........................................ 89 4.2.1. Kết quả lai tạo biến dị phục vụ chọn lọc .......................................................... 89 4.2.2. Kết quả chọn lọc các dòng lúa chịu mặn, chất lượng tốt .................................. 91 iv
4.3. Kết quả đánh giá, so sánh và khảo nghiệm các dòng lúa chịu mặn có triển vọng .................................................................................................................. 94 4.3.1. Kết quả khảo sát một số dòng thuần có triển vọng ........................................... 94 4.3.2. Kết quả so sánh một số dòng thuần có triển vọng .......................................... 107 4.3.3. Kết quả khảo nghiệm sản xuất một số dòng thuần có triển vọng ................... 124 Phần 5. Kết luận và đề nghị ....................................................................................... 130 5.1. Kết luận........................................................................................................... 130 5.2. Đề nghị ........................................................................................................... 131 Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án ....................................... 132 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 133 Phụ lục ........................................................................................................................ 148 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt D/R Dài/rộng DNA Deribo Nucleic Acid (Axit đêoxiribonuclei) Đ/C Đối chứng ĐBSH Đồng bằng sông Hồng ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long VNM Điều kiện mặn VKNM Điều kiện thường FAO Food and Agriculture Oganization (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế) NST Nhiễm sắc thể NT Nhân tạo PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng lặp) QTL Quantitative Trait Loci (Locus tính trạng số lượng) SSR Simple Sequence Repeates (Đa hình các đoạn lặp lại đơn giản) TB Trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TGST Thời gian sinh trưởng VM Vụ Mùa VX Vụ Xuân vi
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Phân loại độ mặn của đất theo 2 chỉ tiêu kết hợp ............................................... 5 2.2. Phân loại đất mặn ở vùng đồng bằng ven biển để trồng lúa ............................... 6 2.3. Thống kê diện tích đất mặn vùng Đồng bằng sông Hồng .................................. 7 2.4. Thống kê diện tích đất mặn vùng Đồng bằng sông Cửu Long ........................... 8 2.5. Ảnh hưởng của các cấp độ mặn khác nhau lên năng suất cây trồng ................ 11 3.1. Danh sách các mẫu giống lúa tham gia nghiên cứu.......................................... 43 3.2. Thang đánh giá mức độ chống chịu mặn (SES) ở giai đoạn tăng trưởng (Gregorio & cs., 1997) ...................................................................................... 47 4.1. Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các mẫu giống lúa trong năm 2016 tại Hải Dương .......................................................................................... 55 4.2. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa trong năm 2016 tại Hải Dương ............................................................................................................... 59 4.3. Một số đặc điểm cấu trúc cây của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2016 tại Hải Dương .......................................................................................... 62 4.4. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và khả năng chống đổ của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân 2016 tại Hải Dương .................................................. 66 4.5. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và khả năng chống đổ của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa 2016 ........................................................................... 67 4.6. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2016 ............................................................................................ 69 4.7. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2016 ............................................................................................. 71 4.8a. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2016 .................................................................................................................. 74 4.8b. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2016 .................................................................................................................. 76 4.9. Phân nhóm các mẫu giống lúa theo thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và số nhánh hữu hiệu ........................................................................................ 79 4.10. Phân nhóm các mẫu giống lúa theo kích thước và khối lượng 1000 hạt .......... 80 4.11. Phân nhóm các mẫu giống lúa theo hàm lượng amylose, hàm lượng protein và nhiệt độ hóa hồ ................................................................................ 81 vii
4.12. Phân nhóm các mẫu giống lúa theo màu sắc lá, màu sắc hạt thóc và kiểu cây ..................................................................................................................... 82 4.13. Phân nhóm quan hệ di truyền của các mẫu giống dựa vào tính trạng nông học và đặc điểm hình thái ................................................................................. 84 4.14. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của các mẫu giống lúa sau 10 ngày và 16 ngày xử lý mặn nhân tạo bằng dung dịch Yoshida có muối NaCl ......... 85 4.15. Thống kê các mẫu giống mang băng gen tương tự với QTL Saltol ................. 88 4.16. Danh sách các tổ hợp lai có định hướng nhằm tạo vật liệu khởi đầu phục vụ chọn tạo giống lúa chịu mặn ........................................................................ 89 4.17. Kết quả đánh giá các tổ hợp lai đơn ở thế hệ F1 trong vụ Mùa năm 2017 ...... 90 4.18. Kết quả đánh giá các tổ hợp lai trở lại ở thế hệ BC3F1 trong vụ Mùa năm 2018 .................................................................................................................. 91 4.19. Kết quả chọn lọc dòng từ các tổ hợp lai đơn trong 2 năm 2019, 2020 tại Hải Dương ........................................................................................................ 93 4.20. Kết quả chọn lọc dòng từ các tổ hợp lai trở lại trong 2 năm 2019, 2020 tại Hải Dương ........................................................................................................ 94 4.21. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa trong vụ Xuân năm 2021 .................................................................................................................. 95 4.22. Một số đặc điểm thân, lá và bông của các dòng, giống lúa ở vùng không nhiễm mặn trong vụ Xuân năm 2021 ............................................................... 98 4.23. Một số đặc điểm hình thái của các dòng, giống lúa ở vùng không nhiễm mặn trong vụ Xuân năm 2021 .......................................................................... 99 4.24. Một số đặc điểm liên quan đến khả năng chịu mặn của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2021 .......................................................................... 101 4.25. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của các dòng, giống lúa ở vùng không nhiễm mặn trong vụ Xuân năm 2021 ........................................................................ 102 4.26. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2021 ................................................................................ 104 4.27. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các dòng, giống lúa ở vùng không nhiễm mặn trong vụ Xuân năm 2021 ............................................................. 106 4.28. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 ........................................................................................................ 108 4.29. Một số đặc điểm hình thái của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 ................................................................................................................ 111 4.30. Một số đặc điểm cấu trúc bông của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 ........................................................................................................ 111 viii
4.31. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và chống đổ của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021.................................................................................. 113 4.32. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 ................................................................................................ 113 4.33. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021.................................................................................. 114 4.34. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 ........................................................................................................ 116 4.35. Một số chỉ tiêu chất lượng cơm của các dòng, giống lúa trong vụ Mùa năm 2021 (điểm) ............................................................................................. 117 4.36. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ........................................................................................................ 118 4.37. Một số đặc điểm cấu trúc bông của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ........................................................................................................ 119 4.38. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn trong điều kiện đồng ruộng của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ...................................................... 120 4.39. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính và chống đổ của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ................................................................................ 120 4.40. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ................................................................................ 121 4.41. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các dòng, giống lúa vụ Xuân năm 2022 ................................................................................................................ 123 4.42. Một số chỉ tiêu chất lượng cơm của các dòng, giống lúa trong vụ Xuân năm 2022 ........................................................................................................ 123 4.43. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống lúa chịu mặn tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2022 .......................................................... 125 4.44. Khả năng chịu mặn của các dòng, giống lúa có triển vọng tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2022 .................................................................... 126 4.45. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa chịu mặn tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2022 ...................................... 127 4.46. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của các dòng, giống lúa chịu mặn tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2022 ................................................... 128 ix
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 4.1. Phân phối tần suất về thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các mẫu giống lúa năm 2016 .................................................................................. 57 4.2. Phân phối tần suất về đặc điểm cấu trúc cây của các mẫu giống lúa vụ Xuân năm 2016 ................................................................................................. 65 4.3. Phân phối tần suất về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống trong năm 2016 ............................................................................... 73 4.4. Sơ đồ quan hệ di truyền của 39 mẫu giống lúa dựa vào các tính trạng nông học và đặc điểm hình thái ........................................................................ 83 4.5. Ảnh điện di sản phẩm PCR của một số mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM3412 ..................................................................................................... 88 DANH MỤC SƠ ĐỒ TT Tên sơ đồ Trang 3.1. Quá trình đánh giá, lai tạo và chọn lọc dòng lúa thuần chịu mặn .................... 42 3.2. Phép lai và quá trình chọn lọc dòng lúa thuần chịu mặn .................................. 50 x
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Anh Dũng Tên luận án: Phát triển vật liệu di truyền phục vụ chọn tạo giống lúa chịu mặn cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam Ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 9 62 01 11 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu - Đánh giá và sàng lọc khả năng chịu mặn của nguồn vật liệu lúa thu thập trong nước và nhập nội bằng gây mặn nhân tạo và ứng dụng chỉ thị phân tử. - Tạo biến dị và chọn lọc được một số dòng lúa chịu mặn có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt, thích ứng với điều kiện nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu - Đánh giá đặc điểm nông sinh học, đặc điểm hình thái, sâu bệnh, năng suất và phân nhóm các tính trạng theo tiêu chuẩn “Hệ thống đánh giá nguồn gen cây lúa – SES” của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI (2002 và 2013). Đánh giá khả năng chịu mặn trong điều kiện xử lý mặn nhân tạo bằng dung dịch Yoshida có muối theo quy trình chuẩn (Gregorio & cs., 1997) của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI). Bố trí thí nghiệm khảo sát, so sánh giống theo phương pháp của Gomez & Gomez (1984). - Phân tích tỷ lệ gạo lật, tỷ lệ gạo nguyên, kích thước hạt gạo, mùi thơm nội nhũ theo TCVN1643:2008; Phân tích nhiệt độ hóa hồ theo TCVN5715:1993; Xác định hàm lượng amylose theo TCVN5715-2:2008 và ISO6647-2007; Xác định hàm lượng protein theo TCVN 8133-2:2011 và ISO/TS16634-2:2009; Đánh giá chất lượng cơm theo TCVN8373:2010. - Quy trình PCR: Tách chiết ADN theo phương pháp Potassium acetate (Dellaporta & cs., 1983). Chu trình nhiệt cho PCR: 95C trong 5 phút; 35 chu kỳ (95C trong 30 giây; 55C trong 1 phút; 72C trong 1 phút); 72C trong 5 phút; giữ mẫu ở 4C. Điện di: sản phẩm chạy PCR được điện di trên gel agarose 2,5%, hiệu điện thế 80V và nhuộm với Ethilium Bromide 0,5 µg/ml sau đó quan sát bằng máy soi gel UV (Mullis, 1990). Sử dụng chỉ thị SSR được cung cấp bởi hãng IDT, Mỹ là RM3412. Chỉ thị RM3412 sử dụng để xác định QTL Saltol nằm trên NST số 1; trình tự: RM3412-F: TGATGGATCTCTGAGGTGTAAAGAGC; RM3412-R: TGCACTAATCTTTCTGCCACAGC. - Số liệu thí nghiệm được tính toán bằng chương trình Excel và xử lý thống kê ANOVA bằng phần mềm IRRISTAT 5.0. Phân cụm được phân tích bằng phần mềm SPSS 16, sử dụng phương pháp của Ward dựa trên khoảng cách Euclide bình phương. xi
Kết quả chính và kết luận - Nguồn vật liệu 39 mẫu giống lúa gồm: 8 mẫu giống địa phương, 13 mẫu giống chọn tạo trong nước và 18 mẫu giống nhập nội có sự đa dạng về thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, chiều dài lá đòng, chiều dài bông và khả năng chịu mặn. Thông qua đánh giá đã xác định được 01 mẫu giống địa phương (Lúa sỏi), 01 mẫu giống chọn tạo trong nước (M3) và 05 mẫu giống nhập nội (HHZ8-SAL6-SAL3-SAL1, HHZ8-SAL6-SAL3- Y2, HHZ12-SAL8-Y1-SAL1, Hasawi IRGC 16817 và FL478) có khả năng chịu mặn tốt (điểm 1); 13 mẫu giống lúa chịu mặn khá (điểm 3) gồm 02 mẫu giống lúa địa phương, 03 mẫu giống lúa chọn tạo trong nước và 08 mẫu giống lúa nhập nội; Ứng dụng chỉ thị RM3412 đã xác định được 22 mẫu giống lúa có băng gen trùng với QTL Saltol là Lúa sỏi, Đốc phụng, Lốc Nghệ An, M1, M3, M14, MT6, HHZ5-SAL10-DT3- Y2, HHZ5-SAL10-DT1-DT1, HHZ5-SAL12-DT3-Y2, HHZ8-Y7-DT2-SAL1, HHZ8- SAL6-SAL3-SAL1, HHZ8-SAL6-SAL3-Y2, HHZ8-SAL9-DT2-Y2, HHZ8-SAL12- Y2-DT1, HHZ8-SAL14-SAL1-SUB1, HHZ11-DT7-SAL1-SAL1, HHZ12-SAL2-Y3- Y1, HHZ12-DT10-SAL1-DT1, HHZ12-SAL8-Y1-SAL1, Hasawi IRGC 16817, IR80340-23-B-13-1-B-B. - Đã đánh giá và xác định 03 giống lúa địa phương (Lúa Sỏi, Đốc Phụng, Lốc Nghệ An); 04 giống lúa chọn tạo trong nước (M1, M3, M6, M14); 03 giống lúa nhập nội (HHZ8-SAL6-SAL3-SAL1, HHZ12-SAL8-Y1-SAL1, FL478) có khả năng chịu mặn tốt và tiềm năng sử dụng làm vật liệu trong chọn tạo và cải tiến giống lúa chịu mặn. - Đã chọn tạo được 01 dòng lúa triển vọng (CM2018) có khả năng chịu mặn khá (điểm 3) từ tổ hợp lai giữa giống lúa địa phương Đốc Phụng và giống lúa chất lượng M2. Đây là vật liệu quý cho nghiên cứu di truyền tính trạng chịu mặn và chọn tạo giống lúa mới chịu mặn, chất lượng. - Kết quả đánh giá 23 dòng lúa thuần được chọn phân ly từ các tổ hợp lai giữa các giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt, không mang QTL Saltol với các giống lúa chịu mặn tốt và mang băng gen trùng với QTL Saltol, đã chọn được 8 dòng triển vọng, có thời gian sinh trưởng ngắn 103-109 ngày (vụ Mùa), 135-138 ngày (vụ Xuân), nhiễm nhẹ sâu bệnh hại chính, năng suất trong VKNM đạt từ 59,6-74,9 tạ/ha và từ 47,8-62,1 tạ/ha (VNM), tỷ lệ gạo nguyên cao, hàm lượng amylose từ thấp đến trung bình. - Ba dòng lúa triển vọng nhất là CM2025, CM2033 và CM2045 có thời gian sinh trưởng từ 135-138 ngày (vụ Xuân) và từ 103-107 ngày (vụ Mùa), nhiễm nhẹ sâu bệnh hại chính, năng suất từ 63,6-74,9 tạ/ha (VKNM) và 53,4-62,1 tạ/ha (VNM); tỷ lệ gạo xát đạt 68,3-70,2%, tỷ lệ gạo nguyên đạt 82,1-87,6%, hàm lượng amylose 15,9-19,7%, chịu mặn tốt. Khảo nghiệm sản xuất tại một số địa phương trong vụ Mùa cho thấy, ba dòng lúa trên có thời gian sinh trưởng từ 99-108 ngày (VKNM) và từ 104-113 (VNM), khả năng chịu mặn tốt (điểm 1), năng suất từ 59,5-66,1 tạ/ha (VKNM) và 49,5-54,3 tạ/ha (VNM). xii
THESIS ABSTRACT PhD. candidate: Nguyen Anh Dung Thesis title: Develop genetic materials for breeding of salt-tolerant rice varieties for the northern coastal provinces of Vietnam. Major: Plant Genetics and Breeding Code: 9 62 01 11 Education organization: Vietnam National University of Agriculture Research Objectives - Evaluate and select the initial rice genetic materials originated from both domestic and international sources by using salty artificial conditions and molecular markers. - Create variation and select several salt-tolerant promising lines with short growth duration, high yield, good quality and adaptable to the saline conditions of the northern coastal provinces of Vietnam. Materials and Methods - The evaluation of agronomical characteristics, morphology, pest and yield according to the method of the International Rice Research Institute (2002 and 2013). The evaluation of salt tolerance under artificial conditions using Yoshida nutrient solution according to standard procedures (Gregorio et al., 1997) of the International Rice Research Institute (IRRI). The design of experiment for survey, comparison according to the method of Gomez & Gomez (1984). - The quality analysis for brown rice, mill rice, heading rice, grain size and fragance by TCVN1643:2008 standard; Gelatinization temperature by TCVN5715:1993 standard; Amylose content by TCVN5715-2:2008 and ISO6647-2007 standards; Protein content by TCVN 8133-2:2011 and ISO/TS16634-2:2009 standards; The evaluation of boil rice quality and scoring according to the TCVN8373:2010 of Ministry of Science and Tecnology. - PCR reaction: extract DNA by Potassium acetate method (Dellaporta & al., 1983). Thermal cycling for PCR reaction: 95°C for 5 minutes; 35 cycles (95°C for 30 seconds; 55°C for 1 minute; 72°C for 1 minute); 72°C for 5 minutes; Keep sample at 4°C. Electrophoresis: PCR products were electrophoresed on a 2.5% agarose gel, 80 voltage and stained with 0.5 µg/ml Ethilium Bromide then observed with an UV gel scanner (Mullis, 1990). RM3412, an SSR marker provided by IDT, USA was used to identify Saltol QTL located on chromosome 1; sequence: RM3412-F: TGATGGATCTCTGAGGTGTAAAGAGC; RM3412-R: TGCACTAATCTTTCTGCCACAGC. - Experimental data were statistically analyzed by Excel and IRRISTAT ver 5.0. softwares. A hierachical cluster was analyzed by SPSS 16, using Ward's method based on square Euclidean distances. xiii
Main findings and Conclusions - 39 initial breeding materials (including: 8 local varieties, 13 domestically improved varieties and 18 imported varieties) were determined to be diverse in term of growth duration, plant height, length of flag leaf, panicle length and salt tolerance. Through evaluating, 01 local variety (Lua soi), 01 improved variety (M3) and 05 imported varieties (HHZ8-SAL6-SAL3-SAL1, HHZ8-SAL6-SAL3-Y2, HHZ12-SAL8- Y1-SAL1, Hasawi IRGC 16817 và FL478) were identified to have very high salt tolerance (score 1); 13 varieties with high salt tolerance (score 3) included 02 local varieties, 03 improved varieties and 08 imported varieties; After running electrophoresis to detect molecular marker RM3412, 22 rice varieties carrying genetic band at the position of Saltol QTL were Lua soi, Doc phung, Loc Nghe An, M1, M3, M14, MT6, HHZ5-SAL10-DT3-Y2, HHZ5-SAL10-DT1-DT1, HHZ5-SAL12-DT3-Y2, HHZ8-Y7- DT2-SAL1, HHZ8-SAL6-SAL3-SAL1, HHZ8-SAL6-SAL3-Y2, HHZ8-SAL9-DT2- Y2, HHZ8-SAL12-Y2-DT1, HHZ8-SAL14-SAL1-SUB1, HHZ11-DT7-SAL1-SAL1, HHZ12-SAL2-Y3-Y1, HHZ12-DT10-SAL1-DT1, HHZ12-SAL8-Y1-SAL1, Hasawi IRGC 16817, IR80340-23-B-13-1-B-B. - Three local varieties (Lua Soi, Doc Phung, Loc Nghe An), four domestically improved varieties (M1, M3, M6, M14), three imported varietes (HHZ8-SAL6-SAL3- SAL1, HHZ12-SAL8-Y1-SAL1, FL478) were evaluated to have high salt tolerance and to have potential to be used as parents in breeding programs for new salt-tolerant rice varieties - After evaluating 23 pure rice lines selected from hybrid combinations which were crossed between rice varieties with high yield potential, good quality, not carrying Saltol QTL and rice varieties with good salt tolerance, carrying Saltol QTL, eight promising lines were selected. They have short growth duration (103-109 days in summer season; 135-138 days in spring season), light infection of main pests and diseases, harvested yield from 59.6-74.9 quintals/ha in non-salinity areas and 47.8-62.1 quintals/ha in salinity areas; high milling ratio, high whole grain ratio, low to moderate amylose. - CM2025, CM2033 and CM2045 are the three most promising lines. Their growth durations are from 135-138 days in spring season and from 103-107 days in summer season, light infection of pests and diseases. Their harvested yields vary from 63.6-66.1 quintals/ha in non-salinity areas and 53.4-55.8 quintals/ha in salinity areas, and from 69.7-74.9 quintals/ha in non-salinity areas and 58.6-62.1 quintals/ha in salinity areas in spring season; milling ratio 68.3-70.2%, whole grain ratio 82.1- 87.6%, amylose content 15.9-19.7%, good salt tolerance. Testing the adaptability for the three rice lines in some regions at summer season show that they have growth duration from 99-108 days in non-salinity areas and 104-113 days in salinity areas, high salt tolerance (score 1), harvested yield from 29.5-66.1 quintals/ha in non-salinity in salinity areas and 49.5-54.3 quintals/ha in salinity areas. xiv
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây ngũ cốc quan trọng nhất, cung cấp lương thực cho 50% dân số thế giới và tập trung chính ở các nước châu Á (Rasheed & cs., 2020; 2021c). Mặc dù vậy, năng suất lúa bị ảnh hưởng nghiêm trọng do đất mặn và đất mặn là trở ngại phổ biến lớn thứ hai sau bất thuận hạn ở những vùng trồng lúa trên thế giới (Sabouri & cs., 2008; Islam & cs., 2011). Đặc biệt, mặn làm suy yếu quá trình sinh trưởng, giảm năng suất, diện tích canh tác lúa ở nhiều quốc gia (Islam & cs., 2021). Ước tính toàn cầu có 1.000 triệu hecta đất bị ảnh hưởng bởi tình trạng nhiễm mặn và trong số đó khoảng 30% diện tích có tưới (Shahid & cs., 2018). Xấp xỉ 21,5 triệu ha đất canh tác ở châu Á đang đối mặt với vấn đề mặn và ước thiệt hại đến 50% trồng trọt của vùng đất màu mỡ vào thế kỷ 21 (Nazar & cs., 2011; Huyen & cs., 2013). Theo dự báo, mặn sẽ gây ra những tác động thảm khốc trên toàn cầu, dẫn đến việc mất 30% diện tích đất trong 25 năm tới, và tăng lên 50% vào năm 2050 (Bannari & Al-Ali, 2020). Khi dân số thế giới tăng lên, cần có thêm lương thực để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và việc sử dụng đất nhiễm mặn để bù đắp cho tình trạng thiếu lương thực đang trở nên cấp bách hơn (Qin & Huang, 2020). Ở Việt Nam hiện nay, dưới tác động của biến đổi khí hậu, các hoạt động khai thác, sử dụng nước và phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực đã làm cho tình hình hạn hán, xâm nhập mặn ngày càng diễn biến phức tạp. Phạm vi các khu vực khô hạn gia tăng, xâm nhập mặn lấn sâu vào vùng đồng bằng gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng và lượng nước cấp cho các nhu cầu nước sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và các ngành kinh tế khác. Kết quả đo đạc năm 2014 cho thấy, xâm nhập mặn lấn sâu vào các sông vùng hạ du đồng bằng Bắc bộ với chiều dài so với cửa sông từ 28 đến 33 km. Diễn biến của hạn hán, xâm nhập mặn ở đồng bằng sông Hồng - Thái Bình có xu thế gia tăng trong tương lai làm dấy lên sự lo ngại về nguy cơ thiếu nước trầm trọng cho khu vực. Theo ước tính sơ bộ của Bộ Nông nghiệp và PTNT, đến năm 2050 mực nước biển dâng cao 0,22 m sẽ làm cho toàn bộ các hệ thống thủy lợi ven biển thiếu nước ngọt (khoảng 30% diện tích canh tác của vùng đồng bằng sông Hồng - Thái Bình). Bên cạnh đó là sự tác động đến 1
của môi trường sinh thái, đời sống kinh tế xã hội và sinh kế của hàng triệu người, mà đặc biệt là khu vực đồng bằng ven biển Bắc bộ (Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia, 2022). Một trong những giải pháp có tính bền vững để hạn chế ảnh hưởng của mặn đến sản xuất lúa là nghiên cứu chọn tạo và phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu mặn tốt, thời gian sinh trưởng phù hợp, năng suất và phẩm chất tốt. Để đạt được mục tiêu này, trước tiên cần có nguồn vật liệu với đặc điểm nông sinh học tốt, mang gen chịu mặn phục vụ cho công tác lai tạo nguồn biến dị mới. Thành công của một chương trình chọn tạo giống lúa chịu mặn phụ thuộc vào biến dị di truyền và phản ứng với bất thuận mặn của nguồn vật liệu cho gen và nguồn gen mới tạo ra (Teresa & cs., 2015). Hầu hết các giống lúa địa phương chịu mặn có đặc điểm nông sinh học không phù hợp như cao cây, chất lượng và năng suất thấp, phản ứng quang chu kỳ. Nguồn gen nhập nội mặc dù chưa thích nghi với môi trường địa phương nhưng là nguồn gen quan trọng để cải tiến cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Hơn nữa, nguồn gen sớm được đưa vào chương trình tạo giống mới, ngoài đánh giá về kiểu hình cần sử dụng kỹ thuật di truyền ở mức phân tử. Kế thừa những thành tựu về nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn trong và ngoài nước; nhằm ứng phó với sự biến đổi khí hậu toàn cầu, giảm bớt chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế, đảm bảo an ninh lương thực và xây dựng được hệ thống “nông nghiệp mặn”; việc chọn tạo giống lúa mới có khả năng chịu mặn tốt, ngắn ngày, năng suất cao, nhiễm nhẹ sâu bệnh, chất lượng tốt, thích ứng vùng canh tác lúa ven biển Việt Nam nói chung và vùng ven biển phía Bắc Việt Nam nói riêng là hết sức cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Phát triển vật liệu tạo giống lúa chịu mặn và chọn lọc dòng, giống lúa thuần có khả năng chịu mặn, năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ sản xuất tại các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá và sàng lọc khả năng chịu mặn của nguồn vật liệu lúa thu thập trong nước và nhập nội bằng gây mặn nhân tạo và ứng dụng chỉ thị phân tử. 2
- Tạo biến dị và chọn lọc được một số dòng lúa chịu mặn có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt, thích ứng với điều kiện nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu này gồm các dòng, giống lúa trong nước do Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm thu thập, duy trì, chọn lọc và phát triển, cùng với các giống lúa được nhập nội ở nước ngoài. Đối chứng: giống IR29 chuẩn nhiễm mặn; giống FL478 chuẩn chịu mặn và giống Bắc thơm 7 là giống lúa chất lượng được trồng phổ biến tại các tỉnh phía Bắc. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu - Đề tài tập trung đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng và khả năng chịu mặn của nguồn vật liệu; đồng thời ứng dụng chỉ thị phân tử xác định vật liệu mang gen chịu mặn của QTL Saltol. - Lai hữu tính và tiến hành đánh giá, chọn lọc các thế hệ phân ly sau lai hữu tính, khảo sát, so sánh và khảo nghiệm sinh thái các dòng lúa chịu mặn triển vọng tại một số tỉnh ven biển miền Bắc Việt Nam. - Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm, nhà lưới, đồng ruộng của Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, các cơ quan nghiên cứu trong nước và một số tỉnh ven biển miền Bắc Việt Nam. - Thời gian triển khai các thí nghiệm từ năm 2016 đến năm 2022. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu dựa trên kiểu hình, đồng thời xác định được các mẫu giống lúa có băng gen trùng với QTL Saltol để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa chịu mặn mới cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. - Thông qua sử dụng phương pháp lai đơn và lai trở lại giữa các giống lúa có tiềm năng năng suất cao, chất lượng tốt được chọn tạo tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm nhưng không có khả năng chịu mặn với các giống lúa địa phương, các giống chọn tạo trong nước và các giống nhập nội có khả năng 3
chịu mặn tốt và có băng gen trùng với QTL Saltol có thể chọn tạo được giống lúa chịu mặn tốt, năng suất cao, phẩm chất tốt cho các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. - Chọn tạo thành công một số dòng lúa có khả năng chịu mặn tốt, năng suất cao, chất lượng tốt (CM2025, CM2033, CM2045), góp phần vào công tác chọn tạo các giống lúa chịu mặn ở các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đây là công trình nghiên cứu được thực hiện có hệ thống từ việc đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu dựa trên kiểu hình, đồng thời xác định được các mẫu giống lúa có băng gen trùng với QTL Saltol; sử dụng phương pháp lai hữu tính giữa các dòng bố, mẹ có sự khác xa về nguồn gốc, yếu tố cấu thành năng suất cũng như khả năng chịu mặn; kết hợp phương pháp chọn lọc (phả hệ) và gây mặn nhân tạo chọn lọc được các dòng, giống lúa có khả năng chịu mặn tốt, năng suất cao và chất lượng tốt. - Kết quả nghiên cứu của đề tài bổ sung thêm cơ sở lý luận và phương pháp đánh giá khả năng chịu mặn, đồng thời là dẫn liệu khoa học có giá trị phục vụ tốt cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn ở Việt Nam. 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Cung cấp thêm thông tin về nguồn vật liệu để các nhà chọn giống định hướng trong chọn tạo giống lúa thuần chịu mặn có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ sản xuất ở Việt Nam. - Các dòng lúa CM2025, CM2033 và CM2045 có thời gian sinh trưởng, năng suất cao, nhiễm nhẹ sâu bệnh, chịu mặn tốt góp phần làm đa dạng bộ giống lúa chịu mặn cho sản xuất ở các tỉnh ven biển phía Bắc Việt Nam. 4