Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Cải tiến một số giống lúa địa phương và nhập nội bằng gây đột biến phóng xạ phục vụ phát triển lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:186

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp "Cải tiến một số giống lúa địa phương và nhập nội bằng gây đột biến phóng xạ phục vụ phát triển lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc" trình bày các nội dung chính sau: Tạo được nguồn vật liệu bằng đột biến phóng xạ (Co60) phục vụ công tác chọn tạo giống lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc; Chọn tạo được một số dòng lúa chất lượng có thời gian sinh trưởng ngắn ngày, thấp cây, năng suất khá, phù hợp với điều kiện khí hậu và canh tác ở các tỉnh phía Bắc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Cải tiến một số giống lúa địa phương và nhập nội bằng gây đột biến phóng xạ phục vụ phát triển lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ MIỀN CẢI TIẾN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI BẰNG GÂY ĐỘT BIẾN PHÓNG XẠ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA CHẤT LƯỢNG TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2022
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ MIỀN CẢI TIẾN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI BẰNG GÂY ĐỘT BIẾN PHÓNG XẠ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN LÚA CHẤT LƯỢNG TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC Ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 9 62 01 11 Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Văn Quang TS. Nguyễn Trọng Khanh HÀ NỘI - 2022
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 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Miền i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Trần Văn Quang, TS. Nguyễn Trọng Khanh đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức của Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Miền 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 ............................................................................................................... xi Trích yếu luận án ............................................................................................................ xii Thesis abstract................................................................................................................ xiv Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 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 đề tài ............................................................................. 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. Nguồn gen và đa dạng di truyền cây lúa ................................................................ 5 2.1.1. Nguồn gốc cây lúa .................................................................................................. 5 2.1.2. Đa dạng di truyền nguồn gen cây lúa ..................................................................... 6 2.2. Lịch sử phát triển của chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến.................. 9 2.2.1. Khái niệm đột biến ................................................................................................. 9 2.2.2. Phân loại đột biến ................................................................................................. 10 2.2.3. Phương pháp gây đột biến nhân tạo ..................................................................... 11 2.2.4. Lịch sử phát triển của chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến................ 12 iii
2.3. Cơ sở khoa học phát sinh đột biến phóng xạ ...................................................... 13 2.3.1. Tác nhân phóng xạ gây đột biến ......................................................................... 14 2.3.2. Các dạng phóng xạ ứng dụng trong chọn giống ................................................. 15 2.3.3. Cơ chế gây đột biến của các tia phóng xạ .......................................................... 15 2.3.4. Di truyền đột biến trên cây lúa ........................................................................... 19 2.3.5. Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đột biến gamma ............................................... 21 2.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thông qua đột biến trên thế giới ......................... 21 2.4.1. Tình hình nghiên cứu chung ................................................................................. 21 2.4.2. Phương pháp xử lý đột biến................................................................................ 27 2.4.3. Liều lượng xử lý đột biến ................................................................................... 27 2.5. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thông qua đột biến ở Việt Nam ........................ 33 2.5.1. Tình hình nghiên cứu chung ............................................................................... 33 2.5.2. Nghiên cứu về liều lượng phóng xạ.................................................................... 35 2.6. Đặc điểm di truyền một số tính trạng liên quan đến chất lượng ở lúa................ 37 2.6.1. Đặc điểm di truyền một số tính trạng liên quan đến chất lượng .......................... 37 2.6.2. Đặc điểm di truyền một số tính trạng liên quan đến năng suất ............................ 42 Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 47 3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................................ 47 3.1.1. Địa điểm nghiên cứu........................................................................................... 47 3.1.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................................... 47 3.2. Vật liệu nghiên cứu............................................................................................. 47 3.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 49 3.3.1. Đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ ....... 49 3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng cao..................................................................................................... 49 3.3.3. Tuyển chọn, khảo nghiệm sinh thái một số dòng lúa thuần có triển vọng ................ 49 3.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 49 3.4.1. Đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ ....... 49 3.4.2. Đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng ........................................................................................................... 52 3.4.3. Tuyển chọn, khảo nghiệm sinh thái một số dòng lúa thuần có triển vọng ................ 54 3.5. Phương pháp phân tích số liệu............................................................................ 57 iv
Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................... 58 4.1. Kết quả đánh giá nguồn vật liệu thu thập phục vụ công tác xử lý đột biến phóng xạ ............................................................................................................... 58 4.1.1. Một số đặc điểm sinh trưởng của các mẫu giống lúa ........................................... 58 4.1.2. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa ............................................... 60 4.1.3. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của các mẫu giống lúa ............................................. 62 4.1.4. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa .................. 62 4.1.5. Một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các mẫu giống lúa ........................................ 64 4.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và chọn lọc dòng lúa thuần chất lượng cao ............................................................................................ 67 4.2.1. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ tia gamma Co60 lên các mẫu giống lúa ở thế hệ M1 ............................................................................. 67 4.2.2. Kết quả đánh giá hiệu ứng chiếu tia gamma (nguồn Co60) lên các mẫu giống lúa ở thế hệ M2 ........................................................................................... 69 4.2.3. Kết quả đánh giá các biến dị đã được chọn lọc khi chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60) lên các mẫu giống lúa ở thế hệ M3 ................................................. 79 4.3. Kết quả tuyển chọn, khảo nghiệm sinh thái một số dòng lúa thuần triển vọng ......... 86 4.3.1. Kết quả khảo sát sơ bộ các dòng lúa thuần .......................................................... 86 4.3.2. Kết quả so sánh một số dòng lúa thuần có triển vọng ........................................ 105 4.3.3. Kết quả khảo nghiệm sinh thái dòng lúa thuần có triển vọng ............................ 116 Phần 5. Kết luận và đề nghị ....................................................................................... 123 5.1. Kết luận .............................................................................................................. 123 5.2. Đề nghị ............................................................................................................... 124 Danh mục các công trình đã được công bố liên quan đến luận án........................ 125 Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 126 Phụ lục ......................................................................................................................... 141 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 ĐR Đồng ruộng FAO Food and Agriculture Oganization (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) IAEA International Atomic Energy Agency (Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế) KM Khẩu mang M Mềm M19 Vụ mùa 2019 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 TGST Thời gian sinh trưởng VM Vụ Mùa VX Vụ Xuân X20 Vụ xuân năm 2020 vi
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Quá trình hình thành và phát triển đột biến ở lúa trên thế giới ............................ 13 2.2. Số giống lúa đột biến được đăng ký qua các năm của các nước .......................... 23 2.3. Các giống lúa mới được đăng ký năm 2019, 2020 ............................................... 24 4.1. Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016 ................................................................................. 59 4.2. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016 .............................................................................................. 60 4.3. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016 ..................................................................................................... 60 4.4. Một số đặc điểm cấu trúc bông của các mẫu giống lúa địa phương và nhập nội trong năm 2016 .............................................................................................. 61 4.5. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại và điều kiện bất thuận của các mẫu giống trong năm 2016 ..................................................................................................... 62 4.6. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống trong năm 2016 ...................................................................................................................... 63 4.7. Một số chỉ tiêu cơ lý về gạo của các mẫu giống lúa (Mẫu phân tích trong vụ Mùa năm 2016) ............................................................................................... 64 4.8. Một số chỉ tiêu hóa sinh của gạo của các mẫu giống lúa (Mẫu phân tích trong vụ Mùa năm 2016) ...................................................................................... 65 4.9. Một số chỉ tiêu chất lượng cơm của các mẫu giống lúa (Mẫu phân tích trong vụ Mùa năm 2016) ...................................................................................... 65 4.10. Tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót và tỷ lệ lép ở thế hệ M1 khi chiếu xạ tia gamma (Co60) lên các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2017 .......................... 68 4.11. Tần suất đột biến ở thế hệ M2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017 ...................................................................................................................... 70 4.12. Phổ biến dị hình thái của các mẫu giống lúa ở thế hệ M2 .................................... 71 4.13. Tần suất đột biến thời gian sinh trưởng ngắn ngày, thấp cây ở thế hệ M2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017 .................................................. 74 4.14. Tần suất đột biến lá đòng đứng, tăng khả năng đẻ nhánh ở thế hệ M2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017 ......................................................... 76 vii
4.15. Tần suất đột biến tăng số hạt/bông, tăng số bông/khóm ở thế hệ M2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017 ............................................................... 78 4.16. Tần suất đột biến tăng chiều dài bông, chiều dài hạt ở thế hệ M2 của các mẫu giống lúa trong vụ Mùa năm 2017 ............................................................... 79 4.17. Phạm vi biến động các dạng đột biến về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây ở thế hệ M3 của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2018 ....................... 80 4.18. Phạm vi biến động các dạng đột biến chiều dài lá đòng và số nhánh tối đa ở thế hệ M3 của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2018 ................................. 82 4.19. Phạm vi biến động các dạng đột biến về số bông/khóm và số hạt/bông ở thế hệ M3 của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2018....................................... 83 4.20. Phạm vi biến động các dạng đột biến về chiều dài bông và chiều dài hạt thóc ở thế hệ M3 của các mẫu giống lúa trong vụ Xuân năm 2018 ...................... 84 4.21. Kết quả chọn lọc dòng thuần từ các mẫu giống lúa được xử lý đột biến phóng xạ tia gamma (nguồn co60) ........................................................................ 87 4.22. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019 ...................................................................................................................... 89 4.23. Một số đặc điểm hình thái của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019........ 90 4.24. Mức độ chống chịu sâu bệnh hại và chống đổ của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân 2019 .............................................................................................. 92 4.25. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng lúa thuần mới trong vụ Xuân năm 2019 ...................................................................................... 94 4.26. Một số chỉ tiêu cơ lý về gạo của các dòng lúa trong vụ Xuân năm 2019 ........... 96 4.27. Một số chỉ tiêu hóa sinh của gạo của các dòng lúa triển vọng trong vụ Xuân năm 2019 .............................................................................................................. 98 4.28. Một số chỉ tiêu chất lượng cơm của của các dòng triển vọng vụ Xuân năm 2019 ...................................................................................................................... 99 4.29. Đặc điểm nông sinh học của các dòng thuần triển vọng trong vụ Mùa 2019 và vụ Xuân 2020 ................................................................................................ 107 4.30. Mức độ chống chịu sâu bệnh hại và điều kiện bất thuận của các dòng triển vọng vụ Mùa 2019 và vụ Xuân 2020 ................................................................. 109 4.31. Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng trong vụ Mùa 2019 và vụ Xuân 2020 ................................................................................................ 111 4.32. Một số chỉ tiêu cơ lý của gạo các dòng triển vọng trong vụ Mùa 2019 và vụ Xuân 2020 .......................................................................................................... 112 viii
4.33. Một số chỉ tiêu hóa sinh của gạo các dòng triển vọng trong vụ Mùa 2019 và vụ Xuân 2020 ................................................................................................ 113 4.34. Kết quả đánh giá chất lượng cơm của các dòng triển vọng trong vụ Mùa 2019 và Xuân 2020 ............................................................................................ 114 4.35. Một số đặc điểm nông sinh học của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2020 ........................................................................ 116 4.36. Mức độ chống chịu bệnh hại và điều kiện bất thuận của dòng lúa NN1-2-6- 55 tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2020 ............................................ 117 4.37. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2020 ...................................................... 118 4.38. Kết quả đánh giá chất lượng cơm của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Mùa năm 2020 ........................................................................ 118 4.39. Một số đặc điểm nông sinh học của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Xuân năm 2021 ....................................................................... 119 4.40. Mức độ chống chịu sâu bệnh hại và điều kiện bất thuận của dòng lúa NN1- 2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Xuân năm 2021 .................................... 120 4.41. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Xuân năm 2021 ..................................................... 121 4.42. Kết quả đánh giá chất lượng cơm của dòng lúa NN1-2-6-55 tại một số địa phương trong vụ Xuân năm 2021 ....................................................................... 122 ix
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 2.1. Mô tả tóm tắt tiến hóa của lúa dại thành lúa trồng ........................................... 5 Hình 4.1. Cá thể đột biến thấp cây ở thế hệ M2 của mẫu giống gốc NN1 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ mùa năm 2017 ................................... 75 Hình 4.2. Cá thể đột biến tăng khả năng đẻ nhánh ở thế hệ M2 của mẫu giống gốc NN1 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ mùa năm 2017............. 77 Hình 4.3. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa các dòng đột biến có nguồn gốc từ việc xử lý đột biến mẫu giống gốc NN1 trong vụ Xuân năm 2019 ...................................................................................................... 101 Hình 4.4. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa các dòng đột biến có nguồn gốc từ việc xử lý đột biến mẫu giống gốc NN3 vụ Xuân năm 2019 .............................................................................................................. 102 Hình 4.5. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa các dòng đột biến có nguồn gốc từ việc xử lý đột biến mẫu giống gốc NN1, NN3 vụ Xuân năm 2019 ...................................................................................................... 104 Hình 4.6. Dòng NN3-2-223-179 so với mẫu giống gốc NN3 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ mùa năm 2019 ................................................... 108 Hình 4.7. Dòng NN1-2-6-55 so với mẫu giống gốc NN1 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ mùa năm 2019 ........................................................... 108 Hình 4.8. Dòng NN1-2-6-55 so với mẫu giống gốc NN1 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ xuân năm 2020 .......................................................... 115 Hình 4.9. Dòng NN1-2-6-55 so với mẫu giống gốc NN1 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vụ mùa năm 2019 ........................................................... 115 x
DANH MỤC SƠ ĐỒ TT Tên sơ đồ Trang 3.1. Quá trình chọn tạo dòng lúa thuần chất lượng bằng đột biến phóng xạ tia gamma nguồn Co60 ............................................................................................... 48 3.2. Sơ đồ chọn tạo giống lúa bằng đột biến phóng xạ ............................................... 53 xi
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Thị Miền Tên luận án: Cải tiến một số giống lúa địa phương và nhập nội bằng gây đột biến phóng xạ phục vụ phát triển lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc. Ngành: Di truyền 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 Mục tiêu chung: Cải tiến được một số giống lúa địa phương và nhập nội thông qua đột biến phóng xạ (chiếu tia gamma nguồn Co60). Mục tiêu cụ thể: Tạo được nguồn vật liệu bằng đột biến phóng xạ (Co60) phục vụ công tác chọn tạo giống lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc. Chọn tạo được một số dòng lúa chất lượng có thời gian sinh trưởng ngắn ngày, thấp cây, năng suất khá, phù hợp với điều kiện khí hậu và canh tác ở các tỉnh phía Bắc. Phương pháp nghiên cứu Đánh giá các đặc điểm nông sinh học, đặc điểm hình thái, sâu bệnh và năng suất theo tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen cây lúa của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI, 2013). Đánh giá chất lượng gạo, cơm: 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 TCVN5716-2:2008; Đánh giá chất lượng cơm theo TCVN8373:2010. Bố trí thí nghiệm khảo sát, so sánh giống theo phương pháp của Gomez & Gomez (1984). Tần suất đột biến được xác định bằng tỷ lệ giữa số cá thể mang đột biến với tổng số cá thể trong lô còn sống đến giai đoạn đó (tính theo %). f f% = n . 100 f %(100  f %) Sai số (%): m% =  n Trong đó: f- Số thể đột biến trong lô; n- Tổng số cá thể trong lô Số liệu thí nghiệm được tính toán bằng chương trình Excel và xử lý thống kê ANOVA bằng phần mềm IRRISTAT 5.0. Phân tích sự sai khác di truyền được xử lý theo phần mềm NTSYSpc 2.0. xii
Kết quả chính và kết luận Đã đánh giá được 3 mẫu giống lúa: Khẩu Mang (giống địa phương), NN1, NN3 (giống nhập nội) có chất lượng gạo khá, năng suất trung bình, nhiễm nhẹ sâu bệnh hại để xử lý đột biến tia gamma Co60 nhằm cải tiến nhược điểm về thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, tạo nguồn vật liệu đa dạng phục vụ công tác chọn tạo giống lúa chất lượng cao tại các tỉnh phía Bắc. Hiệu ứng chiếu xạ tia gamma Co60 lên hạt khô của các mẫu giống lúa biểu hiện rất khác nhau. Ở thế hệ M1, tỷ lệ nảy mầm và tỷ lệ sống sót của các mẫu giống lúa đều giảm khi tăng liều lượng chiếu xạ ở cả giai đoạn mạ, giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ đến chín; tỷ lệ lép đều tăng khi tăng liều lượng chiếu xạ. Ở thế hệ M2, các tính trạng như thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây, lá đòng đứng có tần suất xuất hiện đột biến cao ở liều lượng chiếu xạ 200 Gy, 300 Gy đối với mẫu giống nhập nội NN1. Đột biến thấp cây, đẻ nhánh tốt, số bông/khóm cao, lá đòng đứng xuất hiện với tần suất cao khi chiếu xạ mẫu giống nhập nội NN3 với liều lượng 200 Gy và 300 Gy. Đột biến hầu như không xuất hiện hoặc với tần suất rất thấp khi chiếu xạ mẫu giống địa phương Khẩu Mang. Ở thế hệ M3 thu được nhiều cá thể cải tiến có thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây, đẻ nhánh khá từ việc chiếu xạ tia gamma với liều lượng 200 Gy và 300 Gy trên hai mẫu giống lúa nhập nội NN1 và NN3. Kết quả đánh giá 20 dòng lúa được chọn lọc từ các quần thể phân ly sau xử lý đột biến phóng xạ tia gamma (Co60) hai mẫu giống lúa nhập nội đã lựa chọn được 03 dòng triển vọng có thời gian sinh trưởng ngắn 90 - 106 ngày trong vụ Mùa, 125 - 136 ngày trong vụ Xuân, thấp cây, nhiễm nhẹ sâu bệnh, năng suất thực thu từ 54,8 - 60,7 tạ/ha trong vụ Mùa và từ 65,9 - 67,5 tạ/ha trong vụ Xuân, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên cao, hàm lượng amylose thấp, nhiệt độ hóa hồ thấp. Thông qua đột biến phóng xạ tia gamma (Co60) đối với 2 mẫu giống nhập nội NN1 và NN3 đã chọn được các dòng lúa thuần có thời gian sinh trưởng ngắn hơn, cây thấp hơn và năng suất cao hơn giống gốc. Tuy nhiên, đối với những tính trạng liên quan đến chất lượng gạo, cơm xử lý đột biến phóng xạ tia gamma (Co60) hầu như không có hiệu quả. Dòng lúa thuần NN1-2-6-55 được chọn từ quần thể phân ly sau đột biến mẫu giống nhập nội NN1 được đánh giá triển vọng nhất. Tại các điểm khảo nghiệm sản xuất, dòng NN1-2-6-55 có thời gian sinh trưởng ngắn ngày 126 - 132 ngày trong vụ Xuân, 98 - 105 ngày trong vụ Mùa, nhiễm nhẹ các loại sâu bệnh hại, chống đổ tốt, năng suất thực thu đạt 67,5 tạ/ha trong vụ Xuân và 60,7 tạ/ha trong vụ Mùa, tỷ lệ gạo xát đạt trên 70,0%, hàm lượng amylose 14,0%, cơm mềm, dẻo, đậm thơm. Dòng NN1-2-6-55 thích ứng tốt với các điều kiện sinh thái khác nhau, phù hợp canh tác tại các tỉnh phía Bắc. xiii
THESIS ABSTRACT PhD.candidate: Nguyen Thi Mien Thesis title: Improvement of some local and imported rice varieties by causing radioactive mutations for the development of quality rice in the Northern Vietnam. Major: Plant Genetics and Breeding Code: 9 62 01 11 Education organization: Vietnam National University of Agriculture. Research Objectives: General Objectives: To improve agronomical characteristics of local and imported rice varieties by using radioactive mutations (irradiation gamma rays of Co60). Specific objectives: To create materials for breeding new quality rice varieties in the Northern provinces by using radioactive mutations (irradiation gamma rays of Co60). To select quality rice lines with short growing duration, low plant height, high yield, suitable for weather and cultivation conditions in the Northern provinces. Research Methods: Evaluation of agro-biological characteristics, morphological characteristics, pests, diseases and yield according to the Standard evaluation system for rice of the International Rice Research Institute (IRRI, 2013). Evaluation of the quality of rice: analysis of the percentage of milled rice, the percentage of head rice, the size of rice grains, the aroma of the endosperm according to TCVN1643:2008 ; analysis of gelatinization temperature according to TCVN5715:1993; determination of amylose content according to TCVN571 6 -2 :2008; evaluation of quality rice follow TCVN8373 :2010. Design experimental survey, varieties comparison and cultivation techniques follow the method of Gomez & Gomez (1984). The frequency of mutations is determined by the ratio between the number of individuals have the mutation to the total number of individuals which are still alive up in the period that (unit %). f f% = n . 100 f %(100  f %) Error (%): m% =  n In which: f- the number of individuals have the mutation in the batch; n- Total number of individuals in the batch Experimental data were calculated by Excel software and ANOVA statistically processed by using IRRISTAT 5.0 software. Genetic variance analysis by using NTSYSpc 2.0 software. xiv
Main results and conclusions The rice accessions were chosen as following: Khau Mang (Vietnamese local variety), NN1, NN3 (imported from China and Mozambique) with good quality rice, medium yield, slight infection with pests and diseases to handle gamma-ray mutation Co60 with target to improve the disadvantages of growth duration, plant height, and create a diverse materials source for the selecting of high-quality rice varieties which are suitable to Northern condition . The effects irradiation of gamma-ray Co60 on dry seeds of rice varieties showed very different expressions. In the M1 generation, the germination rate and survival rate of the rice varieties decreased with increasing irradiation dose at both seedling – tillering and flowering - maturing stage; the percentage of empty grains increased with increasing radiation dose. In the M2 generation, traits such as short growth duration, short plant height, and erect flag leaves had a high frequency of mutation occurrence at irradiated doses of 200 Gy, 300 Gy for the imported cultivar NN1. Similarly, the traits as a low plant, good tillering, high number of panicles/cluster, and erect flag leaves appeared with high frequency when NN3 was introduced with the dosage of 200 Gy and 300 Gy. It is hardy appear or with very low frequency when irradiating local varieties Khau Mang. In the M3 generation, selected many improved individuals with short growth duration, low plants and good tillering were obtained from gamma-ray irradiation with doses of 200 Gy and 300 Gy on two imported rice varieties NN1 and NN3. The evaluation results of 20 lines selected from isolated populations after treatment of gamma-ray mutations (Co60) showed that from two mutated population of NN1, NN3 , these are 03 promising lines were selected which have a short growth duration of 90 - 106 days in summer and 125 - 136 days in spring season, a low plant height and a slight infection with pests and diseases, the harvested yield of 5.48 – 6.07 tons/ha in the summer and 6.59 – 6.75 tons/ha in the spring season. Some other traits as percentage of milled rice, percentage of head rice is high. Opposite, the amylose content and gelatinization temperature is low. By way of gamma radiation mutation (Co60) for 2 imported varieties NN1 and NN3 were selected pure rice lines which had shorter growing duration, lower plants and higher yield than the original varieties. However, for traits related to quality rice, treated with gamma-ray (Co 60 ) mutant was almost ineffective. The new line NN1-2-6-55 was selected from population segregation after mutating of NN1 which is the most promising. At the production trial areas, the NN1- 2-6-55 line has a short growth duration, between 126 and 132 days in the spring, 98 - 105 days in the summer crop season, slight infected with pests and diseases, and has good resistance to lodging, the harvested yield of 6.75 tons/ha in the spring and 6.07 tons/ha in the summer crop. Another characteristics as the percentage of milled rice was over 70.0%, amylose content 14.0%, rice was soft, supple and aroma. The NN1- 2-6-55 line had been shows that it was adapted well to different ecological conditions, suitable for cultivation in the Northern provinces of Vietnam. xv
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay sản xuất lúa của các tỉnh phía Bắc có nhiệm vụ chính là đảm bảo an ninh lương thực, đáp ứng tiêu thụ nội địa. Tuy nhiên, do sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế vùng, thu nhập tăng lên trong những năm qua nên đòi hỏi của người tiêu dùng về gạo chất lượng cao cũng ngày càng tăng. Trước thực tế các giống lúa địa phương ở trong và ngoài nước thường có chất lượng gạo cao, khả năng thích ứng tốt với điều kiện sinh thái của địa phương. Tuy nhiên các giống này thường cao cây, thời gian sinh trưởng dài ngày, năng suất thấp nên đã hạn chế việc mở rộng diện tích gieo cấy. Áp lực chọn lọc cao trong quá trình chọn tạo giống lúa đã thu hẹp khả năng tạo biến dị di truyền. Việc có được các giống lúa mới trở thành thách thức lớn đối với các nhà chọn giống và việc tăng tính biến dị di truyền đã đòi hỏi sự cố gắng cao của các nhà nghiên cứu. Hiểu được các đột biến và ứng dụng của chúng đã mở đường cho những tiến bộ trong việc làm sáng tỏ cơ sở di truyền, sinh lý và sinh hóa của các tính trạng ở lúa. Do đó, tạo ra sự biến đổi thông qua các đột biến đã trở thành một trong những công cụ quan trọng để cải thiện lúa gạo (Viana & cs., 2019). Chương trình chọn giống nhờ đột biến trên toàn thế giới đã chọn tạo và phát triển 3250 giống cây trồng, trong đó đóng góp của các nước châu Á khoảng 63%, riêng Ấn Độ có 341 giống (gồm 75 giống cây lương thực, 85 giống cây họ đậu, 19 giống cây có dầu, 24 giống cây công nghiệp, 12 giống rau, 105 giống cây cảnh, và 20 giống cây trồng khác) (Sanjay, 2016). Tính đến tháng 7 năm 2021 thế giới có 3365 giống đột biến, trong đó có 853 giống lúa được đăng ký chính thức từ 76 Quốc gia và vùng lãnh thổ (IAEA, 2021). Đột biến phóng xạ đã tạo ra các giống cây trồng chống chịu điều kiện bất thuận sinh học, phi sinh học, có năng suất cao. Tuy nhiên, đột biến tạo ra các biến dị không định hướng như lai hữu tính nên xác suất thành công phụ thuộc vào tần suất xuất hiện đột biến và phương pháp chọn lọc (Ali & cs., 2016). Đột biến thực nghiệm có thể được áp dụng như một trong những phương pháp tạo vật liệu khởi đầu cho chọn giống và cải tiến một số tính trạng ở cây trồng. Mặc dù sự xuất hiện đột biến mang tính ngẫu nhiên, song những hiểu biết 1
về cơ chế phát sinh đột biến, đặc điểm tác động của tác nhân gây đột biến giúp chúng ta có những biện pháp ứng dụng hiệu quả và phù hợp cho đối tượng sinh vật cụ thể (Nguyễn Hồng Minh, 1999). Đột biến về thời gian sinh trưởng ngắn thường xảy ra trong quá trình đột biến và dễ dàng xác định (Spencer-Lopes & cs., 2018). Tại Thuỵ Điển là nơi đầu tiên các nhà khoa học tạo ra được biến dị đột biến có thời gian sinh trưởng ngắn ngày khi xử lý đột biến chiếu xạ trên mẫu giống lúa mạch Mari (Lundqvist, 2014). Tính trạng chiều cao cây cũng có thể thay đổi tương tự như thời gian sinh trưởng khi xử lý đột biến. Việc giảm chiều cao được quan sát qua giảm số lượng lóng và lóng ngắn lại khi xử lý đột biến phóng xạ lúa mạch (Gottschalk & Wolff., 1983). Tại Việt Nam, thống kê của Viện Di truyền Nông nghiệp, tính đến 2015 cả nước có 63 giống cây trồng mới được tạo ra nhờ đột biến, đã được công nhận và đưa vào sản xuất, trong đó có 41 giống lúa (Lê Đức Thảo & Lê Huy Hàm, 2017). Việt Nam có khoảng 15% diện tích trồng giống lúa được chọn tạo thông qua đột biến (Le Huy Ham & cs., 2020). Bằng phương pháp đột biến phóng xạ, Việt Nam đã tạo được 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, Khang dân 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 có một hoặc một số tính trạng được cải tiến so với giống gốc về: năng suất, chất lượng, tính cảm quang, thời gian sinh trưởng, độ cứng cây, khả năng chống chịu,... (Trần Duy Quý & cs., 2009). Theo Trần Bích Ngọc (2021), đến cuối năm 2020, Việt Nam đã tạo ra và đưa vào sản xuất 71 giống cây trồng đột biến bằng phương pháp chiếu xạ, trong đó chủ yếu là giống lúa, còn lại là một số giống khác như đậu tương, ngô, hoa, táo, bạc hà. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu chung: Cải tiến được một số giống lúa địa phương và nhập nội thông qua đột biến phóng xạ (chiếu tia gamma nguồn Co60). 2
Mục tiêu cụ thể: Tạo được nguồn vật liệu bằng đột biến phóng xạ (Co60) phục vụ công tác chọn tạo giống lúa chất lượng tại các tỉnh phía Bắc. Chọn tạo được một số dòng lúa chất lượng có thời gian sinh trưởng ngắn ngày, thấp cây, năng suất khá, phù hợp với điều kiện khí hậu và canh tác ở các tỉnh phía Bắc. 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu gồm 3 mẫu giống lúa chất lượng: Khẩu mang (giống lúa địa phương tại tỉnh Hà Giang), NN1 (nhập nội từ Trung Quốc), NN3 (nhập nội từ Mozambique). 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Các nghiên cứu tập trung đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu; xử lý đột biến phóng xạ (chiếu tia gamma nguồn Co60 liều lượng 200 Gy, 300 Gy, 400 Gy) lên các mẫu giống lúa thu thập ở trạng thái mẫu khô; đánh giá hiệu ứng chiếu xạ; chọn lọc và khảo nghiệm sinh thái các dòng lúa chất lượng cao triển vọng tại một số tỉnh phía Bắc. Các thí nghiệm đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu, xử lý đột biến phóng xạ, đánh giá hiệu ứng chiếu xạ, chọn lọc dòng thuần được thực hiện tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm. Khảo nghiệm sinh thái dòng lúa thuần có triển vọng được thực hiện tại một số tỉnh phía Bắc (Điện Biên, Hải Dương, Hà Tĩnh). Thời gian triển khai các thí nghiệm từ năm 2016 đến năm 2021. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI Xác định được hiệu quả chọn lọc khi chiếu xạ tia gamma (Co60) ở liều lượng 200, 300, 400 Gy vào hạt khô đối với giống lúa nhập nội (NN1, NN3) là cao hơn so với chiếu xạ vào mẫu giống lúa địa phương (Khẩu Mang). Đối với các mẫu giống lúa nhập nội (NN1, NN3) chiếu xạ bằng tia gamma 60 (Co ) ở liều lượng 200 Gy vào hạt khô có hiệu quả chọn lọc tốt hơn so với liều lượng 300 Gy và 400 Gy. Ngược lại, chiếu xạ ở liều lượng 300 Gy và 400 Gy vào hạt lúa khô phát sinh đột biến cao hơn, phổ đột biến rộng hơn so với liều lượng 200 Gy. 3