Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 x Nhật và NK2 x Nhật

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:174

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm xác định nguyên nhân có liên quan đến tính kháng đổ ngã để có hướng chọn tạo ra giống mới cứng cây, kháng đổ ngã và hiệu quả của tính cứng cây đối với cây lúa nếp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 x Nhật và NK2 x Nhật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ THUỞ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỨNG CÂY KHÁNG ĐỔ NGÃ CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA NẾP THUỘC HAI TỔ HỢP LAI CK92 x NHẬT VÀ NK2 x NHẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: KHOA HỌC CÂY TRỒNG Mã số: 62 62 01 10 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ THUỞ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỨNG CÂY KHÁNG ĐỔ NGÃ CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA NẾP THUỘC HAI TỔ HỢP LAI CK92 x NHẬT VÀ NK2 x NHẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: KHOA HỌC CÂY TRỒNG Mã số: 62 62 01 10 Người hướng dẫn khoa học GS.TS. LÊ VĂN HÒA PGS.TS. VÕ CÔNG THÀNH 2018
LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Lê Văn Hòa và PGS.TS. Võ Công Thành đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ và cho những lời khuyên hữu ích, kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu để giúp tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng; quý thầy cô Bộ môn Khoa học cây trồng, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng đã tạo điều kiện thuận lợi và cung cấp nhiều kiến thức quý báu cho tôi học tập và nghiên cứu trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh. Xin chân thành cám ơn các em sinh viên, học viên, tập thể cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng công nghệ sinh học - Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Xin gửi lời cám ơn đến các ban, ngành huyện Phú Tân, tỉnh An Giang đã hỗ trợ, phối hợp, tạo điều kiện cho chúng tôi trong quá trình bố trí thí nghiệm ngoài đồng tại đây. Xin trân trọng tất cả những sự đóng góp, giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 x Nhật và NK2 x Nhật” của Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thuở là do chính tác giả thực hiện với sự hướng dẫn của GS.TS. Lê Văn Hòa và PGS.TS. Võ Công Thành, không trùng với bất cứ số liệu nào của các tác giả khác đã công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước. ii
TÓM LƯỢC Đổ ngã ở lúa đã làm giảm đáng kể năng suất, chất lượng của lúa gạo; gây thất thoát khi thu hoạch, không thể thu hoạch bằng cơ giới hóa. Hiện tượng đổ ngã trên lúa nói chung và lúa nếp nói riêng đã trở thành một vấn đề lớn ở Đồng bằng sông Cửu Long. Sử dụng một số loại phân bón, hóa chất cũng có thể hạn chế được tình trạng đổ ngã cho cây lúa nhưng lại ảnh hưởng đến tính bền vững của môi trường. Biện pháp hữu hiệu là chọn tạo giống mới cứng cây, kháng đổ ngã. Đề tài được thực hiện nhằm chọn ra được 1-2 dòng lúa nếp mới cứng cây, kháng đổ ngã, năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất. Hai tổ hợp lai đơn giữa các giống lúa nếp indica (NK2 và CK92 có nguồn gốc từ tỉnh An Giang) với lúa Nhật japonica cứng cây: THL1 (nếp NK2 x lúa Nhật) và THL2 (nếp CK92 x lúa Nhật) đã được thực hiện và chọn lọc từ năm 2010-2013 đến thế hệ F5. Đề tài kế thừa, tiếp tục chọn lọc từ F6 đến F8 và đánh giá ngoài đồng qua 3 vụ: Đông xuân 2014-2015, Hè thu 2015 và Đông xuân 2015-2016. Thí nghiệm được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lặp lại, giống đối chứng là nếp CK92. Các chỉ tiêu theo dõi, chọn lọc gồm cấp đổ ngã (9 cấp), đặc tính nông học, đặc tính kháng đổ ngã (chiều dài, đường kính, độ cứng lóng), năng suất, chất lượng hạt (độ bền gel, nhiệt trở hồ, amylose, protein, dài hạt và dạng hạt). Trong quá trình chọn lọc, ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE để kiểm tra độ thuần (band waxy). Kết quả đã xác định được đường kính lóng và độ dày thành lóng là hai yếu tố quyết định đến độ cứng của các lóng thân cây lúa nếp. Đã tuyển chọn được 2 dòng nếp mới là NL1 (từ THL CK92 x Nhật) và NL2 (từ THL NK2 x Nhật) có thời gian sinh trưởng thuộc nhóm A1, chiều cao cây trung bình 96- 100 cm; chiều dài lóng (cm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 28,1- 33,1; 16,8-20,0; 12,5-12,9 và 6,2-7,4; đường kính lóng (mm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 2,10-2,12; 3,46-3,64; 4,31 và 4,59-4,91; độ dày thành lóng (mm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 0,399-0,417; 0,438-0,499; 0,666-0,667 và 0,792-0,832; độ cứng lóng (N.cm-2) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 1,36-1,43; 2,48-2,82; 3,85-4,31 và 9,46-10,7; hàm lượng amylose dưới 3%, hàm lượng protein 8%, dài hạt 7,06-7,30 mm, dạng hạt thon dài đối với dòng NL1 và trung bình đối với dòng NL2, năng suất 8,4-9,3 t/ha cao hơn so với đối chứng nếp CK92 (8 t/ha). Từ khóa: chiều dài lóng, độ cứng lóng, độ dày thành lóng, đường kính lóng, kháng đổ ngã, lúa nếp. iii
SUMMARY Lodging in rice had significantly reduced yield and quality of rice; causing losses when harvesting, can not harvest by mechanization. Lodging on rice in general and sticky rice in particular had became a major problem in the Mekong Delta. Using some types of fertilizer, chemicals could reduce lodging resistance in rice, but affect the sustainability of the environment. Crossing and selecting for new stiff-culm rice varieties are one of the efficient sollutions for rice lodging. The thesis was carried out to select 1-2 new sticky rice lines stiff-culm, lodging resistant, high productivity, good quality for production. The two hybrid crosses betwen indica sticky rice varieties (NK2 and CK92 from An Giang province) with stiff-culm japonica rice - THL1 (sticky rice NK2 x Nhat rice) and THL2 (sticky rice CK92 x Nhat rice) - had been conducted and selected from 2010-2013 to the F5 generation. The study inherited and continued to selected from F6 to F8 through three field trial as Winter-Spring crop 2014-2015, Summer-Autumn 2015 and Winter-Spring 2015-2016. The experiment was a completely randomized block design with three replications and CK92 as a control variety. Indicators for monitoring and selecting included the lodging scale (9 levels), agronomy, lodging resistanse traits (length, diameter and breaking strength), yield, grain quality (gel strength, gelatinization temperature, amylose content, protein content, long grain and granular). In the selecting process, application of SDS-PAGE protein electrophoresis technique to check purity (band waxy). The results have determined the internode diameter and internode wall thickness determination to the breaking strength of sticky rice internodes. Two new sticky rice lines had been selected, NL1 (from cross CK92 x Nhat) and NL2 (from cross NK2 x Nhat) with growth duration of A1 group, average height of 96,1-100 cm; length of first, second, third and fourth internodes varied from 28,1-33,1; 16,8-20,0; 12,5-12,9 and 6,2-7,4 cm, respectively; diameter of first, second, third and fourth internodes varied from 2,10-2,12; 3,46-3,64; 4,31 and 4,59-4,91 mm, respectively; internode wall thickness of first, second, third and fourth internodes varied from 0,399-0,417; 0,438-0,499; 0,666-0,667 and 0,792-0,832 mm, respectively; breaking strength of first, second, third and fourth internodes was varied from 1,36-1,43; 2,48-2,82; 3,85-4,31 and 9,46- 10,7 N.cm-2, respectively; amylose content was below 3 percent, protein content of 8 percent, grain length of 7,06-7,30 mm; granules from long slender (NL1) to medium slender (NL2); the yield of 8,4-9,3 t/ha was higher than that of CK92 control variety (8 t/ha). iv
Keywords: internode length, breaking strength, culm thickness, internode diameter, lodging resistance, sticky rice. v
MỤC LỤC Trang Lời cảm tạ ......................................................................................................... i Lời cam đoan ..................................................................................................... ii Tóm lược ........................................................................................................ iii Summary ........................................................................................................ iv Mục lục ....................................................................................................... vi Danh sách bảng ................................................................................................. ix Danh sách hình .................................................................................................. xi Danh mục từ viết tắt ......................................................................................... xii Chương 1. Giới thiệu chung .............................................................................. 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 2 1.3. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 3 1.4. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 3 1.5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 3 1.6. Tính mới của luận án ............................................................................ 4 1.7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án .............................. 4 Chương 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................ 6 2.1. Khái quát về sự đổ ngã ở cây lúa ........................................................... 6 2.1.1. Đổ ngã do sự cong phần thân lúa ở phía ngọn ........................... 6 2.1.2. Đổ ngã do sự tét hoặc gãy các lóng thân ở phía gốc .................. 8 2.1.3. Đổ ngã do rễ ............................................................................. 10 2.2. Đặc điểm hình thái cây lúa cứng cây kháng đổ ngã ........................... 10 2.2.1. Chiều cao cây ............................................................................ 10 2.2.2. Chiều dài lóng thân ................................................................... 15 2.2.3. Đường kính lóng thân và độ dày thành lóng ............................ 18 2.2.4. Đặc điểm giải phẫu lóng ........................................................... 25 2.2.5. Thành phần vách tế bào ............................................................ 26 2.2.6. Độ cứng lóng thân .................................................................... 29 2.3. Yếu tố ngăn cản quá trình giảm độ cứng lóng thân từ sau trổ ............ 31 2.3.1. Đối với những lóng ngọn .......................................................... 31 2.3.2. Đối với những lóng gốc ............................................................ 35 Chương 3. Phương tiện và phương pháp ......................................................... 38 3.1. Thời gian và địa điểm ......................................................................... 38 3.2. Phương tiện nghiên cứu ...................................................................... 38 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm ................................................................... 38 3.2.2. Thiết bị, hóa chất thí nghiệm .................................................... 41 3.3. Phương pháp ....................................................................................... 41 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới ......................... 41 3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ngoài đồng .............................. 43 vi
3.3.3. Phương pháp đánh giá các đặc tính nông học và thành phần năng suất ................................................................................. 44 3.3.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đánh giá kháng đổ ngã ..... 45 3.3.4.1. Cấp đổ ngã ....................................................................... 45 3.3.4.2. Chiều dài, đường kính và độ cứng lóng .......................... 45 3.3.5. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng hạt .................. 46 3.3.5.1. Chiều dài và hình dạng hạt gạo ....................................... 46 3.3.5.2. Phân tích hàm lượng amylose ......................................... 47 3.3.5.3. Phân tích hàm lượng protein ........................................... 48 3.3.5.4. Phân tích độ bền thể gel .................................................. 49 3.3.5.5. Phân tích nhiệt trở hồ ...................................................... 49 3.3.6. Phương pháp giải phẫu lóng thân và xác định độ dày thành lóng ............................................................................... 50 3.3.7. Phương pháp điện di protein SDS-PAGE ................................ 51 3.3.8. Đánh giá các chỉ tiêu khảo nghiệm giống ................................ 52 3.3.9. Phương pháp phân tích số liệu .................................................. 56 Chương 4. Kết quả và thảo luận ...................................................................... 58 4.1. Kết quả chọn lọc trong điều kiện nhà lưới ......................................... 58 4.1.1. Cấp đổ ngã ................................................................................ 58 4.1.2. Chiều dài lóng ........................................................................... 58 4.1.2.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 58 4.1.2.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 60 4.1.3. Đường kính lóng ....................................................................... 63 4.1.3.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 63 4.1.3.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 65 4.1.4. Độ cứng lóng ............................................................................ 67 4.1.4.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 67 4.1.4.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 70 4.1.5. Nhận xét chung về chiều dài, đường kính và độ cứng lóng ...... 73 4.1.5.1. Chiều dài lóng ................................................................. 73 4.1.5.2. Đường kính lóng .............................................................. 76 4.1.5.3. Độ cứng lóng ................................................................... 78 4.1.6. Mối tương quan giữa chiều dài, đường kính và độ cứng lóng ................................................................................ 80 4.1.7. Đặc điểm giải phẫu ................................................................... 84 4.1.7.1. Độ dày thành lóng ........................................................... 85 4.1.7.2. Số lớp tế bào nhu mô và biểu bì thành lóng .................... 87 4.1.8. Các chỉ tiêu nông học, thành phần năng suất và chất lượng hạt ........................................................................ 89 4.1.8.1. Các đặc tính nông học chủ yếu ........................................ 89 4.1.8.2. Thành phần năng suất và chất lượng hạt ......................... 91 4.1.8.3. Kết quả điện di đánh giá chất lượng hạt của cây F8 ....... 96 vii
4.2. Kết quả đánh giá ngoài đồng của các dòng nếp lai ............................ 98 4.2.1. Một số đặc tính nông học chủ yếu ............................................ 98 4.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá kháng đổ ngã .......................................... 99 4.2.2.1. Cấp đổ ngã ....................................................................... 99 4.2.2.2. Chiều dài lóng ................................................................ 101 4.2.2.3. Đường kính lóng ............................................................ 102 4.2.2.4. Độ cứng lóng ................................................................. 103 4.2.3. Sự tương quan giữa các tính trạng chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân ở điều kiện ngoài đồng ........................ 106 4.2.4. Năng suất và các thành phần năng suất .................................. 107 4.2.4.1. Năng suất ....................................................................... 107 4.2.4.2. Các thành phần năng suất .............................................. 107 4.2.5. Dạng hạt và chất lượng gạo nếp ............................................. 110 4.2.5.1. Chiều dài và hình dạng hạt ............................................ 110 4.2.5.2. Chất lượng gạo nếp ........................................................ 110 Chương 5. Kết luận và đề nghị ...................................................................... 112 5.1. Kết luận ............................................................................................. 112 5.2. Đề nghị .............................................................................................. 112 Danh mục liệt kê các bài báo đã công bố ...................................................... 113 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 114 Phụ lục ................................................................................................ 122 viii
DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 2.1. Chiều cao cây và số lóng trên thân chính của một số giống lúa ngắn ngày kháng đổ ngã .......................................................................... 12 Bảng 2.2. Chiều dài lóng thân (cm) cây lúa ở các nghiệm thức xử lý với prohexadione – calcium ........................................................................... 16 Bảng 2.3. So sánh chiều dài thân và chiều dài lóng thân giữa cây lúa đổ ngã và không đổ ngã ........................................................................... 17 Bảng 2.4. Khối lượng vật chất khô các bộ phận của lúa với các mức độ của Si ...................................................................................................... 27 Bảng 2.5. Độ cứng lóng (N) của giống lúa Kasalath và Koshihikari ............. 30 Bảng 2.6. Độ cứng lóng thân (N) của một số giống lúa ngoài đồng lúc thu hoạch ........................................................................................................ 31 Bảng 2.7. Thành phần trong ngọn thân và chlorophyll trong lá dòng S1 ........ 34 Bảng 2.8. Những tính trạng nông học, đặc điểm và thành phần của phần gốc các dòng NIL ............................................................................ 37 Bảng 3.1. Một số đặc điểm nông học và chất lượng của các giống lúa bố mẹ ....................................................................................................... 38 Bảng 3.2. Đường kính và độ cứng lóng thân của các dòng nếp ưu tú ở thế hệ F4 ............................................................................................................. 39 Bảng 3.3. Đặc điểm nông học, thành phần năng suất và chất lượng của các dòng nếp ưu tú ở thế hệ F4 ................................................................ 40 Bảng 3.4. Một số đặc điểm của các dòng lúa nếp sử dụng trong thí nghiệm ngoài đồng ............................................................................................... 40 Bảng 3.5. Mô tả các vụ mùa của toàn thí nghiệm ............................................ 42 Bảng 3.6. Liều lượng và thời điểm bón phân cho thí nghiệm ngoài đồng ...... 44 Bảng 3.7. Phân loại cây lúa dựa vào thời gian sinh trưởng ............................ 44 Bảng 3.8. Đánh giá cấp đổ ngã trên lúa theo IRRI .......................................... 45 Bảng 3.9. Tiêu chuẩn đánh giá chiều dài và hình dạng hạt gạo theo IRRI ..... 47 Bảng 3.10. Thang đánh giá hàm lượng amylose ............................................ 48 Bảng 3.11. Thang đánh giá độ bền thể gel ..................................................... 50 Bảng 3.12. Bảng phân cấp độ trở hồ ............................................................... 50 Bảng 3.13. Công thức pha dung dịch tạo 1 gel ................................................ 52 Bảng 3.14. Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp đánh giá ............................ 53 Bảng 4.1. Chiều dài lóng thân (cm) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F7 .. 58 Bảng 4.2. Chiều dài lóng thân (cm) của các dòng nếp lai ở THL2 thế hệ F7 .. 60 Bảng 4.3. Chiều dài lóng thân (cm) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F8 .. 61 Bảng 4.4. Chiều dài lóng thân (cm) của các dòng nếp lai ở THL2 thế hệ F8 .. 62 Bảng 4.5. Đường kính lóng thân (mm) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F7 .................................................................................................. 63 Bảng 4.6. Đường kính lóng thân (mm) của các dòng nếp lai ở THL2 thế hệ F7 .................................................................................................. 65 ix
Bảng 4.7. Đường kính lóng thân (mm) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F8 .................................................................................................. 66 Bảng 4.8. Đường kính lóng thân (mm) của các dòng nếp lai ở THL2 thế hệ F8 .................................................................................................. 67 Bảng 4.9. Độ cứng lóng thân (N/cm2) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F7 .................................................................................................. 68 Bảng 4.10. Độ cứng lóng thân (N/cm2) của các dòng nếp lai ở THL2 thế hệ F7 .................................................................................................. 69 Bảng 4.11. Độ cứng lóng thân (N/cm2) của các dòng nếp lai ở THL1 thế hệ F8 ................................................................................................. 71 Bảng 4.12. Độ cứng lóng thân (N/cm2) của các dòng nếp lai ở THL2 hế hệ F8 .................................................................................................. 72 Bảng 4.13. Chiều dài lóng thân (cm) các dòng lai ở thế hệ F8 so với bố mẹ ....................................................................................................... 75 Bảng 4.14. Đường kính lóng thân (cm) các dòng lai ở thế hệ F8 so với bố mẹ ....................................................................................................... 77 Bảng 4.15. Độ cứng lóng thân (N/cm2) các dòng ưu tú ở thế hệ F8 so với bố mẹ ............................................................................................................ 79 Bảng 4.16. Tương quan giữa chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân ở thế hệ F7 và F8 ...................................................................................... 82 Bảng 4.17. Độ dày thành lóng (mm) của các dòng ưu tú tế hệ F8 .................. 85 Bảng 4.18. Tương quan giữa chiều dài, đường kính, độ cứng lóng thân với độ dày thành lóng .............................................................................. 87 Bảng 4.19. Số lớp tế bào nhu mô và độ dày lớp vỏ ngoài của thành lóng ....... 88 Bảng 4.20. Thời gian sinh trưởng và chiều cao cây của các dòng lai thế hệ F7 .................................................................................................. 89 Bảng 4.21. Thời gian sinh trưởng và chiều cao cây của các dòng lai thế hệ F8 .................................................................................................. 90 Bảng 4.22. Thành phần năng suất của các dòng lúa nếp lai thế hệ F8 ............ 92 Bảng 4.23. Chiều dài và dạng hạt của gạo nếp các dòng lai ........................... 93 Bảng 4.24. Một số đặc điểm chất lượng chủ yếu của gạo nếp các dòng lai ..... 94 Bảng 4.25. Một số đặc tính nông học của các dòng lúa nếp ngoài đồng ......... 99 Bảng 4.26. Đánh giá cấp đổ ngã ngoài đồng ................................................. 100 Bảng 4.27. Chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân của các dòng lúa nếp vụ Đông xuân 2014-2015 .......................................................... 101 Bảng 4.28. Chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân của các dòng lúa nếp vụ Hè thu 2015 và Đông xuân 2015-2016 ............................................ 103 Bảng 4.29. Kết quả phân tích tương quan giữa chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân ....................................................................................... 106 Bảng 4.30. Thành phần năng suất của các dòng lúa nếp ngoài đồng ............. 109 Bảng 4.31. Chiều dài hạt và dạng hạt của các dòng lúa nếp ngoài đồng ....... 110 Bảng 4.32. Một số đặc điểm chất lượng của các dòng lúa nếp ngoài đồng .. 111 x
DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 2.1. Vị trí oằn của thân ở cây lúa bị cong phần ngọn ............................... 7 Hình 2.2. Tiến trình gây ra sự đổ ngã ở cây lúa bị cong phần thân phía ngọn .. 8 Hình 2.3. Trạng thái của cây lúa lúc mới bị ngã và một tuần sau .................... 9 Hình 2.4. Mặt cắt ngang lóng thân lúa ............................................................. 19 Hình 2.5. Mặt cắt ngang lóng thân lúa mang QTL smos1 ............................... 19 Hình 2.6. Hình thái và giải phẫu của cây lúa mang smos1 so với cây lúa thường ...................................................................................................... 21 Hình 2.7. Kích thước vùng mô phân sinh ngọn cây lúa .................................. 22 Hình 2.8. Giải phẫu ngang của lóng thứ tư ...................................................... 23 Hình 2.9. Biểu đồ mô tả số tế bào nhu mô trên diện tích cắt ngang ................ 27 Hình 2.10. Giải phẫu ngang lóng thân thứ hai với mức độ ăn màu lignin ...... 28 Hình 2.11. Các giá trị đánh giá kháng đổ ngã của dòng lúa mang bsuc11....... 33 Hình 2.12. Biểu đồ giá trị kháng lại lực đẩy và kháng đổ ngã của phần gốc các dòng NIL ........................................................................................... 36 Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm vụ đông xuân 2014-2015 ........................... 44 Hình 3.2. Độ dày thành lóng của cây lúa nếp với trắc vi thị kính .................... 52 Hình 4.1. Biểu đồ trung bình chiều dài lóng thân các dòng lai F7-F8 ............ 74 Hình 4.2. Biểu đồ trung bình đường kính lóng thân các dòng lai F7-F8 ......... 76 Hình 4.3. Biểu đồ trung bình độ cứng lóng thân các dòng lai F7-F8 .............. 78 Hình 4.4. Biểu đồ mô tả chiều hướng biến thiên chung của đường kính lóng và độ cứng lóng từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư ................................... 81 Hình 4.5. Biểu đồ mô tả chiều hướng biến thiên chung của chiều dài lóng và độ cứng lóng từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư ................................... 81 Hình 4.6. Giải phẫu ngang lóng thân thứ ba cây lúa nếp ................................. 84 Hình 4.7. Thiết diện ngang thành lóng của lóng thân thứ nhất đến lóng thân thứ ba ........................................................................................................ 86 Hình 4.8. Chiều dài hạt và dạng hạt của một số dòng nếp lai ........................ 95 Hình 4.9. Độ trở hồ của một số dòng nếp thí nghiệm ..................................... 95 Hình 4.10. Độ bền thể gel của một số dòng nếp thí nghiệm ........................... 96 Hình 4.11. Phổ điện di protein tổng số ............................................................ 97 Hình 4.12. Hình ảnh đồng ruộng của các dòng lúa nếp vụ Đông xuân 2014-2015 .............................................................................................. 100 Hình 4.13. Biểu đồ đường kính (A) và độ cứng lóng (B) của các dòng nếp vụ Đông xuân 2014-2015 ..................................................................... 104 Hình 4.14. Biểu đồ độ cứng lóng thân thứ ba của các dòng nếp qua 3 vụ ở điều kiện ngoài đồng .......................................................................... 105 Hình 4.15. Biểu đồ độ cứng lóng thân thứ tư của các dòng nếp qua 3 vụ ở điều kiện ngoài đồng ......................................................................... 105 Hình 4.16. Biểu đồ năng suất của các dòng lúa nếp vụ Đông xuân 2014-2015 .............................................................................................. 108 xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT A Amylose APO1 aberrant panicle organization cm centimet Daylong Độ dày thành lóng DC Độ cứng lóng DL Chiều dài lóng ĐC Đối chứng ĐK Đường kính lóng KDa Kilo Dalton g gam GA Gibberellic acid Lóng I Lóng thứ nhất Lóng II Lóng thứ hai Lóng III Lóng thứ ba Lóng IV Lóng tứ tư mm milimet N Newton NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực tế P Protein r Hệ số tương quan Rep Lặp lại SCM2 STRONG CULM2 sd1 Semi dwarf 1 SDS-PAGE sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis smos1 small organ size 1 TGST Thời gian sinh trưởng THL Tổ hợp lai t/ha tấn/hecta VK Vật kính xii
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa gạo (Oryza sativa L.) là một trong những nguồn lương thực, thực phẩm quan trọng bậc nhất của con người, đảm bảo nhu cầu cho khoảng 40% dân số thế giới (Khush and Brar, 2002; Mahmood-ur-Rahman et al., 2012). Tại Việt Nam, lúa gạo còn là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng mang lại nguồn thu nhập cho quốc gia nói chung và người sản xuất nói riêng. Theo số liệu thống kê năm 2013, tổng diện tích lúa của nước đạt 7,89 triệu ha, tổng sản lượng 44,1 triệu tấn, năng suất lúa bình quân đạt 5,58 t/ha, kim ngạch xuất khẩu lúa gạo đạt 2,93 tỷ USD. Trong đó, vùng Đồng bằng sông Cửu Long chiếm 56,8% tổng sản lượng và 80,1% sản lượng xuất khẩu (Tổng cục Thống kê, 2014). Thời gian gần đây, do những cấp bách của vấn đề an ninh lương thực, các giống lúa mới với năng suất cao hơn đã và đang được lai chọn ra ngày càng nhiều. Năng suất cao cũng đồng thời với việc cây lúa phải gánh chịu một sức nặng lớn hơn, kết hợp với tình trạng biến đổi khí hậu đang ngày càng phức tạp đã làm tăng thêm nguy cơ đổ ngã cho cây lúa nhất là vào giai đoạn từ trổ đến cuối vụ. Nếu như trước cuộc Cách mạng xanh, năng suất lúa gạo là một thách thức lớn đối với những nhà chọn giống lúa thì hiện nay nó đã nhường chỗ cho vấn đề đổ ngã (Khush, 1999; Okuno et al., 2014). Đối với nghề trồng lúa, đổ ngã đã làm giảm đáng kể cả năng suất và chất lượng lúa gạo do nó ảnh hưởng đến bộ máy quang hợp vì khi ngã nằm chồng lên nhau và hủy hoại con đường dẫn truyền trong thân cây lúa khi thân cây bị tét, gãy (Weber and Fehr, 1966; Kono, 1995; Setter et al., 1997; Zhu et al., 2016). Đổ ngã còn gây khó khăn trong quản lý bệnh hại, cũng như dễ phát sinh thêm các bệnh hại mới làm khó khăn trong kiểm soát, phòng trị bệnh làm giảm năng suất và chất lượng lúa gạo. Lúa bị ngã thường bị dìm trong nước dễ bị hư thối, bị nấm bệnh tấn công và nảy mầm khi chưa thu hoạch làm thất thoát năng suất rất lớn, làm giảm giá trị dinh dưỡng và thương mại (Nakajima et al., 2008). Khi bị đổ ngã, ẩm độ hạt cao sẽ dễ hình thành vết rạn nứt, gia tăng hạt gãy trong quá trình xay xát (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008), hạt non nhiều; làm ảnh hưởng đến phẩm chất gạo, gây mùi, hạt bị biến dạng,… làm giảm chất lượng lúa gạo. Bên cạnh đó, đổ ngã còn là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây thất thoát nhiều khi thu hoạch cũng như gây khó khăn cho khâu thu hoạch, không thể thu hoạch cơ giới hóa, chi phí thu hoạch tăng làm giảm hiệu quả sản xuất (Nguyễn Thành 1
Hối và ctv., 2014). Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, do thu hoạch bằng thủ công và lúa bị đổ ngã trong mưa bão, tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) khoảng 14%, chỉ riêng khâu thu hoạch tổn thất từ 3-5%. Chỉ riêng năm 2017, do ảnh hưởng mưa, giông khá mạnh từ cơn bão số 16 đã khiến cho nhiều diện tích lúa sắp thu hoạch ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long bị ngã đổ hàng chục ngàn ha, gây thiệt hại cho nông dân từ 30-40% năng suất (http://www.sggp.org.vn/mua- lam-lua-do-nga-hang-loat-tai-dbscl-456049.html). Lúa nếp là một trong những đặc sản lúa gạo của Việt Nam, chỉ riêng Đồng bằng sông Cửu Long đã có khoảng 100.000 ha với các giống chủ lực như nếp Bè, nếp 84, nếp CK92, nếp NK2, nếp CK2003. Trước tình hình đó, nhiều nghiên cứu theo các hướng khác nhau đã được thực hiện từ việc đáp ứng bằng biện pháp canh tác, sử dụng phân bón có chứa Ca và/hoặc Si (Idris et al., 1975; Heldt, 1999; White and Martin, 2003; Fallah, 2012; Nguyễn Thành Hối và ctv., 2014), sử dụng prohexadione-calcium (Kim et al., 2007; Nguyễn Minh Chơn và ctv., 2010; Chae et al., 2011),… Nhìn chung, việc sử dụng phân bón, hóa chất có thể có tác dụng như mong muốn, tuy nhiên nó lại gây ra những ảnh hưởng không tốt đến tính bền vững của môi trường. Do đó, chọn giống lúa theo hướng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường là một trong ba hướng chính của công tác lai tạo giống lúa của cả nước nói chung và Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng trong giai đoạn hiện nay (Nguyễn Văn Hòa và ctv., 2006). Trong đó, chọn tạo giống mới cứng cây, kháng đổ ngã là một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm và đây cũng là hướng nghiên cứu mang tính bền vững, ít phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài nên có thể chủ động được trong sản xuất. Từ đó, nhiều nghiên cứu đã xác định tìm hiểu những kiểu hình cây lúa ít bị đổ ngã với kiểu hình cây lúa thấp cây, lóng thân ngắn, đường kính lóng thân lớn, độ cứng lóng thân cao đang được quan tâm. Ở nước ta, các nghiên cứu để tăng khả năng kháng đổ ngã cho cây lúa và nghiên cứu về đánh giá khả năng kháng đổ ngã của nhiều giống lúa địa phương đã được thực hiện ở một số nơi. Tuy nhiên công tác lai chọn giống lúa kháng đổ ngã vẫn chưa được thực hiện nhiều. Do đó, đề tài “Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 x Nhật và NK2 x Nhật” được thực hiện. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: xác định nguyên nhân có liên quan đến tính kháng đổ ngã để có hướng chọn tạo ra giống mới cứng cây, kháng đổ ngã và hiệu quả của tính cứng cây đối với cây lúa nếp. 2
Mục tiêu cụ thể: - Xác định được chiều dài, đường kính, độ cứng và độ dày thành lóng của các lóng thân từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư của cây lúa nếp cứng cây, kháng đổ ngã. - Xác định được các thành phần năng suất, năng suất và chất lượng của các dòng lúa nếp cứng cây, kháng đổ ngã được chọn. - Điện di protein SDS-PAGE đánh giá độ thuần của các dòng nếp ưu tú. - Trắc nghiệm đồng ruộng để tuyển chọn ra 2 dòng lúa nếp ưu tú cứng cây, kháng đổ ngã và có chất lượng tốt. 1.3. Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung vào một số dòng lúa nếp lai cứng cây, có khả năng kháng đổ ngã là con lai của giống lúa cứng cây japonica Nhật với giống lúa indica (được lai tạo tại Phòng thí nghiệm Chọn giống thực vật, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ). Các dòng nếp lai ở thế hệ F6 thuộc 2 tổ hợp lai: THL1 (lúa nếp NK2 x lúa Nhật); THL2 (lúa nếp CK92 x lúa Nhật). 1.4. Phạm vi nghiên cứu Khảo nghiệm cơ bản trong nhà lưới được tiến hành từ năm 2014 đến năm 2016 tại Phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng công nghệ sinh học, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ. Khảo nghiệm ngoài đồng được thực hiện trong vụ Đông xuân 2014-2015 tại 2 xã Phú Hưng và Phú Thọ, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang; vụ Hè thu 2015 và vụ Đông xuân 2015-2016 tại xã Phú Hưng, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang. Do những giới hạn về thời gian và kinh phí nghiên cứu, đề tài tập trung chủ yếu vào các đặc tính liên quan đến tính cứng cây như chiều dài, đường kính, độ cứng và độ dày thành lóng; đánh giá độ thuần qua điện di protein SDS-PAGE; và phân tích các chỉ tiêu về chất lượng hạt để làm cơ sở tuyển chọn dòng nếp có chất lượng tốt. 1.5. Nội dung nghiên cứu 1.5.1. Khảo sát đặc tính nông học, đánh giá các chỉ tiêu kháng đổ ngã của các dòng lúa nếp để tuyển chọn dòng lúa kháng đổ ngã tốt, gồm - Đánh giá các chỉ tiêu nông học, thành phần năng suất: thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, số bông/bụi, tỉ lệ chắc, trọng lượng ngàn hạt, năng suất. - Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng hạt: chiều dài, chiều rộng và hình dạng hạt gạo; hàm lượng amylose, hàm lượng protein, độ bền thể gel, nhiệt trở hồ. 3
- Đánh giá các chỉ tiêu kháng đổ ngã: cấp đổ ngã; chiều dài, đường kính, độ cứng và độ dày thành lóng thân từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư. 1.5.2. Điện di protein SDS-PAGE đánh giá độ thuần Các dòng lúa nếp ưu tú được đánh giá là cứng cây, kháng đổ ngã tiếp tục được phân tích chọn lọc tiếp bằng phương pháp điện di protein SDS- PAGE để chọn ra dòng thuần cho khảo nghiệm sản xuất. 1.5.3. Khảo nghiệm các dòng lúa nếp ở điều kiện ngoài đồng Khảo nghiệm ngoài đồng được thực hiện qua 3 vụ: - Vụ Đông xuân 2014-2015 tại 2 xã Phú Hưng và Phú Thọ, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang; - Vụ Hè thu 2015 tại xã Phú Hưng, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang - Vụ Đông xuân 2015-2016 tại xã Phú Hưng, huyện Phú Tân, tỉnh An Giang. Ở mỗi vụ, tiến hành đánh giá các đặc tính nông học và thành phần năng suất; đánh giá các chỉ tiêu cứng cây, kháng đổ ngã; phân tích chất lượng hạt; đánh giá các chỉ tiêu khảo nghiệm giống theo quy định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2004). 1.6. Tính mới của luận án Luận án có những đóng góp mới như sau: - Xác định được đặc điểm hình thái về chiều dài, đường kính, độ cứng, độ dày thành lóng của các lóng thân từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư của cây lúa nếp cứng cây. - Xác định được mối tương quan giữa các tính trạng liên quan đến tính kháng đổ ngã như chiều dài, đường kính, độ cứng, độ dày thành lóng của bốn lóng thân phía trên. Làm cơ sở cho công tác chọn tạo giống lúa kháng đổ ngã. - Đã điện di protein SDS-PAGE đánh giá độ thuần của các dòng lúa nếp ưu tú. - Đã trắc nghiệm ngoài đồng các dòng lúa nếp cứng cây và đã tuyển chọn được hai dòng lúa nếp ưu tú là NL1 và NL2 cứng cây, kháng đổ ngã, có năng suất và chất lượng cao. 1.7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học Đề tài cung cấp những thông tin khoa học cơ bản về đặc điểm hình thái của lóng thân liên quan đến tính cứng cây, kháng đổ ngã ở cây lúa nếp làm cơ 4
sở cho công tác chọn giống lúa kháng đổ ngã đối với những giống lúa và lúa nếp khác trong thời gian tới. Kết quả đạt được của luận án còn là cơ sở khoa học góp phần vào việc ứng dụng nguồn vật liệu trung gian quý làm nguồn để tuyển chọn theo hướng gạo tẻ hoặc sử dụng làm nguồn gen lúa cứng cây cho công tác lai tạo. - Ý nghĩa thực tiễn Đề tài cung cấp được 2 dòng lúa nếp mới cứng cây, kháng đổ ngã có năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất của khu vực Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh An Giang nói riêng. 5
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Khái quát về sự đổ ngã ở cây lúa Đổ ngã là tình trạng tư thế đứng thẳng bình thường của thân cây lúa bị thay đổi thành tư thế mới một cách vĩnh viễn. Đó là các tư thế ngã xiên với nhiều mức độ khác nhau hoặc ngã rạp, làm ảnh hưởng bất lợi đối với bản thân cây ở các mức độ nhiều hay ít tùy theo tình trạng, mức độ ngã xiên (Pinthus, 1973; Pete, 2013). Theo một số tác giả, cây lúa chỉ được cho là đổ ngã khi góc xiên của chúng với mặt đất từ 300 trở xuống. Đổ ngã đã làm giới hạn nghiêm trọng tiềm năng năng suất cây trồng và do đó làm giảm lợi nhuận của nhà nông (Pete, 2013). Để thuận tiện trong việc nghiên cứu tìm biện pháp khắc phục tình trạng đổ ngã ở lúa, các nhà nghiên cứu thường phân loại các dạng đổ ngã dựa vào tình trạng của cây lúa bị ngã. Có nhiều quan điểm khác nhau khi phân nhóm, nhưng cơ bản vẫn dựa vào những đặc điểm xảy ra trên thân cây ngã và do hai thành phần chính của cây gây ra là thân và rễ. Theo một số nghiên cứu trong nước, sự đổ ngã trên lúa được chia làm hai nhóm chính là đổ ngã ở rễ và đổ ngã do thân hay còn gọi là đổ ngã do những phần trên mặt đất (Nguyễn Minh Chơn, 2003). Đây là hai kiểu đổ ngã thường thấy tại các vùng canh tác lúa trong nước. Kono (1995) cho rằng sự đổ ngã ở ngũ cốc nói chung được chia làm ba loại, trong đó có hai loại do yếu tố của thân cây và một loại còn lại do yếu tố rễ của cây gây ra. Sau đây là những đặc điểm cơ bản của các loại đổ ngã ở cây lúa. 2.1.1. Đổ ngã do sự cong phần thân lúa ở phía ngọn Kiểu đổ ngã thứ nhất là do những lóng thân ở phần thân trên cây lúa bị cong và ngọn cây sẽ cúi xuống. Những lóng thân nằm ở phần ngọn là những lóng nằm gần cổ bông, từ lóng thứ nhất đến lóng thứ ba. Những lóng này thường mảnh và yếu hơn những lóng phía gốc nên dễ bị cong do sức nặng của bông nhất là vào giai đoạn chín và khi gặp phải những áp lực từ môi trường như mưa bão hay gió lớn (Kono, 1995; Kashiwagi et al., 2007; Kashiwagi, 2014). Do đó, kiểu đổ ngã này thường xảy ra khi cây lúa đang bước vào giai đoạn ngậm sữa đến chín, đồng thời nếu gặp những áp lực như mưa và gió lớn sẽ làm tăng thêm tình trạng đổ ngã. Khi sức nặng ở phần thân trên tăng lên sẽ làm cho vị trí chỗ đốt thân giữa lóng thứ nhất (lóng ngay dưới cổ bông) và lóng thứ hai bị gãy hay cong lại làm phần ngọn của cây cong xuống (Ishimaru et al., 2008). 6