Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:205

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án nhằm xác định được ảnh hưởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến tần xuất của một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở thế hệ M2. Xác định được tương quan giữa tần xuất xuất hiện biến dị diệp lục với tần xuất xuất hiện một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở M2. Xác định được sự khác biệt về hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ========== NGUYỄN VĂN TIẾP NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN MỘT SỐ GIỐNG LÚA NẾP BẰNG CHIẾU XẠ TIA GAMMA (Co60) VÀO HẠT NẢY MẦM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ========== NGUYỄN VĂN TIẾP NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN MỘT SỐ GIỐNG LÚA NẾP BẰNG CHIẾU XẠ TIA GAMMA (Co60) VÀO HẠT NẢY MẦM Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 9.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Minh Công HÀ NỘI - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả Nguyễn Văn Tiếp
LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Minh Công, ngƣời thầy, đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, và hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban đào tạo, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực nhiện đề tài luận án. Tôi xin trân thành cảm ơn Ban giám đốc (TS. Lê Quốc Thanh – hiện là PGĐ Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam; TS. Phạm Văn Dân phó giám đốc phụ trách Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông, TH.S. NCS. Nguyễn Xuân Dũng phó giám đốc Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông), cán bộ và nhận viên Phòng khoa học và Hợp tác Quốc tế; Phòng dịch vụ tổng hợp Trung tâm Chuyển giao công nghệ và Khuyến nông, đã tạo mọi điều kiện cần thiết, giúp tôi hoàn thành luận án. Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn trân thành tới PGS.TS. Nguyễn Huy Hoàng, Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông, PGS.TS. Trần Văn Quang khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc phân tích và xử lý thống kê các kết quả nghiên cứu. Xin trân thành cảm ơn GS.TSKH. Trần Duy Quý, ngƣời thầy đã có rất nhiều góp ý, cung cấp tài liệu và định hƣớng giúp tôi hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn trân thành tới toàn thể gia đình hai bên nội, ngoại và những ngƣời bạn của tôi đã luôn động viên, giúp đỡ và truyền nhiệt huyết cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án. Xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, tháng 1 năm 2018 Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Tiếp
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Nghĩa là 1 2AP 2-acetyl-1-pyrroline 2 2AT 2-acetyl-2-thiazoline 3 ADN Axit deoxyribonucleic Amplification Fragment Length Polymorphism: đa hình 4 AFLP chiều dài đoạn nhân bội 5 BADH2 Betaine Aldehyde Dehydrogenase 2 6 CS Cộng sự 7 CV Coefficient of variation: Hệ số biến động 8 ĐT1- ĐT12 Các dòng đột biến từ giống lúa nếp Đuôi Trâu 9 BDDL Biến dị diệp lục 10 ĐT Đuôi Trâu 11 FLL Flag leaf length: Chiều dài lá đòng 12 FLW Flag leaf width: Chiều rộng lá đòng 13 GDP Gross Domestic Product (tổng sản phẩm quốc dân) 14 Gr Gram (đơn vị đo khối lƣợng) 15 Gy Gray (đơn vị đo liều phóng xạ) 16 H Giờ 17 ha Hét ta (đơn vị đo diện tích, 1ha = 10.000m2) 18 HV Hoa Vàng Các dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa 19 HV1-HV15 Vàng 20 H1-H17 Các dòng đột biến phát sinh từ dòng đột biến HV-H 21 HSTĐ Hệ số tƣơng đồng
International Rice Research Institute: Viện nghiên cứu 22 IRRI lúa Quốc tế 23 KH&CN Khoa học và Công nghệ Least Significant Difference: sai khác nhỏ nhất có ý 24 LSD nghĩa 25 NST Nhiễm sắc thể 26 OAC Odor active compounds: Hợp chất có mùi thơm Random Amplified Polymorphic DNA : ADN đa hình 27 RAPD được nhân bội ngẫu nhiên Restriction Fragment Length Polymorphism: đa hình 28 RFLP chiều dài đoạn phân cắt giới hạn Standard Evaluation System for Rice: Hệ thống tiêu 29 SES chuẩn đánh giá cây lúa 30 TGST Thời gian sinh trƣởng 31 TLSS Tỷ lệ sống sót 32 VOC Volatile organic compounds: Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 5 1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp. ................................................. 5 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp. ............................................................. 5 1.1.2. Phân loại lúa, lúa nếp. ...................................................................... 6 1.2. Nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp ....................................... 7 1.2.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp trên thế giới. ........................................................................................... 7 1.2.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất lúa, lúa nếp ở Việt Nam. ............... 9 1.3. Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến và nghiên cứu đa dạng di truyền ở lúa. ....................................................................................................... 16 1.3.1. Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến. .................................... 16 1.3.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền phục vụ công tác tạo chọn giống lúa mới. .......................................................................................... 26 1.4. Nghiên cứu hiệu quả gây đột biến khi xử lý tia gamma lên hạt lúa khô, ƣớt và hạt nảy mầm ................................................................................ 28 1.5. Cơ sở khoa học lựa chọn mùa vụ gieo trồng hạt lúa bị chiếu xạ bằng tia gamma – thế hệ thứ nhất (M1) ở miền Bắc nhằm nâng cao hiệu biểu hiện của biến dị biểu hiện ở M2. .................................................................... 29 1.6. Một số thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến ........................................ 33 1.6.1. Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến trên thế giới. ..................... 33 1.6.2. Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến ở Việt Nam ...................... 35 1.7. Cơ sở sinh lý, di truyền của mùi thơm và một số đột biến ở lúa. ........... 37 1.7.1. Cơ sở sinh lý, di truyền của tính trạng mùi thơm .......................... 37 1.7.2. Sự di truyền một số đột biến trên lúa nếp. ..................................... 41
1.8. Nghiên cứu về tƣơng tác kiểu gen và môi trƣờng................................... 43 1.8.1. Trên thế giới ................................................................................... 43 1.8.2. Ở Việt Nam .................................................................................... 44 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................. 47 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 49 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu. ........................................................................ 49 2.3.1. Phƣơng pháp chiếu xạ và chọn lọc sau đột biến. ........................... 49 2.3.2. Phƣơng pháp triển khai thí nghiệm đồng ruộng. ........................... 52 2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ảnh hƣởng liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh các biến dị ở thế hệ thứ 2. .............................................. 52 2.3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu xác định hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến. ........................ 53 2.3.5. Phƣơng pháp nghiên cứu mối tƣơng quan giữa sự phát sinh biến dị diệp lục ở giai đoạn mạ với biến dị có ý nghĩa chọn giống. .......... 54 2.3.6. Phƣơng pháp nghiên cứu cải tiến giống nếp Đuôi Trâu và nếp Cái Hoa Vàng ....................................................................................... 54 2.3.7. Phƣơng pháp đánh giá các đặc điểm hình thái, nông học và chất lƣợng lúa gạo của một số dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng, nếp Đuôi Trâu và dòng đột biến tự nhiên HV-H. . 56 2.3.8. Phƣơng pháp đánh giá tính ổn định về năng suất của các dòng đột biến có triển vọng........................................................................... 59 2.3.9. Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu .......................................... 61 2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................... 63 2.4.1. Thời gian nghiên cứu ..................................................................... 63 2.4.2. Địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 66
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................... 67 3.1. Ảnh hƣởng liều xạ và vật liệu xử lý đến tỷ lệ sống sót ở hệ thứ nhất .... 67 3.1.1. Tỷ lệ sống sót giai đoạn mạ: ........................................................... 68 3.1.2. Tỷ lệ sống sót giai đoạn đẻ nhánh. ................................................ 68 3.1.3. Tỷ lệ sống sót giai đoạn trỗ-chín. .................................................. 69 3.2. Ảnh hƣởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh biến dị ở thế hệ thứ hai ..................................................................................................... 70 3.2.1. Ảnh hƣởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến biến dị diệp lục ...... . 70 3.2.2. Ảnh hƣởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh một số biến dị có ý nghĩa chọn giống ở thế hệ thứ hai ...................................... 73 3.2.3. Mối tƣơng quan giữa sự phát sinh biến dị diệp lục ở giai đoạn mạ với các biến dị có ý nghĩa chọn giống. .......................................... 81 3.3. Sự phát sinh một số biến dị ở M2 khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60)vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến ........................................ 83 3.3.1. Sự phát sinh một số biến dị diệp lục. ............................................. 83 3.3.2. Sự phát sinh một số biến dị có ý nghĩa chọn giống ....................... 85 3.4.3. Tổng tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2 phát sinh từ giống gốc và dòng đột biến. ....................................................... 97 3.3.4. Mối tƣơng quan giữa BDDL và các biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2. .................................................................................................. 99 3.4. Đánh giá đa dạng tập đoàn dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu .................................................................................. 100 3.4.1. Đánh giá đa dạng tập đoàn dòng đột biến phát sinh từ nếp Đuôi Trâu .................................................................................... 100 3.4.2. Đa dạng kiểu hình các dòng đột biến phát sinh từ nếp cái Hoa Vàng . 118 3.5. Kết quả giải phẫu thân của các dòng đột biến và giống gốc. ................ 132
3.6. Mức độ biểu hiện mùi thơm của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu. ............................. 134 3.7. Đánh giá tính ổn định và thích nghi của các dòng đột có triển vọng phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu ....................................... 137 3.7.1. Tính ổn định và thích nghi về năng suất ở vụ Mùa 2016 ........... 137 3.7.2. Tính ổn định và thích nghi của năng suất ở vụ Xuân 2017 ........ 140 3.8. Một số kết quả nghiên cứu chọn tạo các dòng đột biến phát sinh từ dòng đột biến HV-H ...................................................................................... 142 3.8.1. Một số đặc điểm hình thái, nông học của các dòng đột biến....... 143 3.8.2. Tính ổn định và thích nghi của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ dòng đột biến HV-H ......................................................... 147 3.8.3. Một số kết quả khảo nghiệm cơ bản giống nếp cái Hoa Vàng đột biến ....................................................................................... 151 3.9. Kết quả sản suất thử giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến ................. 154 3.10. Một số đặc điểm hình thái, nông học chính của các dòng đột biến ƣu tú đƣợc tuyển chọn ................................................................................... 156 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................... 159 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................................................... 162 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 163 PHỤ LỤC
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Diện tích và sản lƣợng lúa của Việt Nam giai đoạn 2010- 2016. 9 Bảng 1.2. Năng suất lúa của Việt Nam và Thế giới ................................... 10 Bảng 1.3. Diện tích và tỉ lệ gieo trồng của lúa nếp .................................... 11 Bảng 1.4. Diện tích gieo cấy các giống lúa nếp chủ lực ở các khu vực chủ yếu .............................................................................. 12 Bảng 2.1. Nguồn gốc và một số đặc điểm cơ bản của các giống và dòng đột biến sử dụng trong nghiên cứu. ................................................. 47 Bảng 3.1. Tỷ lệ sống sót ở M1 do chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của các giống lúa nếp ở vụ Xuân vụ Mùa 2013 tại Thanh Trì, Hà Nội ................................................................................. 67 Bảng 3.2. Tần xuất và phổ biến dị diệp lục ở M2 phát sinh từ ba giống lúa nếp khi chiếu xạ tia gamma ....................................................... 72 Bảng 3.3. Ảnh hƣởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến sự phát sinh các biến dị thấp cây, lá đòng dài và bông dài ở M2 ................................. 75 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến sự phát sinh các biến dị hạt to, hạt xếp xít và tăng số hạt/ bông ở M2 .......................... 77 Bảng 3.5. Ảnh hƣởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến sự phát sinh biến dị chín sớm, đẻ nhánh nhiều và tăng bông hữu hiệu ở M2 ............ 80 Bảng 3.6 Hệ số tƣơng quan giữa tần xuất BDDL với tổng tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2 .......................................... 81 Bảng 3.7. Tổng tần xuất và phổ biến dị diệp lục phát sinh từ giống gốc và dòng đột biến ở M2 khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm ..................................................................................... 83 Bảng 3.8. Biến dị thấp cây, lá đòng dài và lá đòng đứng ở M2 phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến ................................................ 88
Bảng 3.9. Biến dị bông dài, hạt to, hạt xếp xít và tăng số hạt trên bông ở M2 phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến . ........................... 89 Bảng 3.10. Biến dị chín sớm, tăng khả năng đẻ nhánh và tăng bông hữu hiệu ở M2 phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến .................... 94 Bảng 3.11. Tổng tần số và phổ biến dị (số loại biến dị) có ý nghĩa chọn giống ở M2 phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến .................... 97 Bảng 3.12. Hệ số tƣơng quan giữa BDDL với tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2 ). ........................................................... 99 Bảng 3.13. Một số đặc điểm hình thái, nông học của các dòng đột biến ở M6 (vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Đuôi Trâu tại Thanh Trì, Hà Nội .................................................................... 102 Bảng 3.14. Một số đặc điểm nông học của các dòng đột biến ở M6 (vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Đuôi Trâu tại Thanh Trì, Hà Nội ...................................................................................... 105 Bảng 3.15. Tỷ lệ lép, P1000, năng suất và chất lƣợng của các dòng đột biến ở M6 vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Đuôi Trâu, tại Thanh Trì, Hà Nội ............................................................... 111 Bảng 3.16. Một số đặc điểm hình thái nông học của thân và lá của các dòng đột biến ở thế hệ M6 (vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Cái Hoa Vàng tại Thanh Trì, Hà Nội ................................ 120 Bảng 3.17. Một số đặc điểm hình thái nông học và chất lƣợng của các dòng đột biến ở thế hệ M6 (vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Cái Hoa Vàng tại Thanh Trì, Hà Nội ................................ 124 Bảng 3.18. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng đột biến ở thế hệ M6 (vụ Mùa 2015) và M7 (vụ Xuân 2016) từ nếp Cái Hoa Vàng tại Thanh Trì, Hà Nội ....................................... 127 Bảng 3.19. Biểu hiện mùi thơm của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ từ nếp Cái Hoa vàng và nếp Đuôi Trâu thế hệ M8 (vụ Mùa 2016) và M9 (vụ xuân 2017) tại 5 địa điểm nghiên cứu ......... 135
Bảng 3.20. Năng suất, chỉ số ổn định và thích nghi của các dòng đột biến có triển vọng thế hệ M8 ở vụ Mùa 2016 tại 5 địa điểm nghiên cứu . 137 Bảng 3.21. Năng suất, chỉ số ổn định và thích nghi của các dòng đột biến có triển vọng thế hệ M9 ở vụ Xuân 2017 tại 5 địa điểm nghiên cứu 140 Bảng 3.22. Một số đặc điểm hình thái, nông học của các dòng đột biến thế hệ M5 (vụ Mùa 2016) và M6 (vụ Xuân 2017) từ HV-H tại Thanh Trì, Hà Nội ............................................................................... 144 Bảng 3.23. Thời gian sinh trƣởng, các yếu tố năng suất, năng suất và mùi thơm của các dòng đột biến thế hệ M5 (vụ Mùa 2016) và M6 (vụ Xuân 2017) từ HV-H tại Thanh Trì, Hà Nội .......................... 145 Bảng 3.24. Thời gian sinh trƣởng, các yếu tố năng suất, năng suất và mùi thơm của các dòng đột biến thế hệ M5 (vụ Mùa 2016) và M6 (vụ Xuân 2017) từ HV-H tại Thanh Trì, Hà Nội .......................... 146 Bảng 3.25. Năng suất, chỉ số ổn định (S2di) và chỉ số thích nghi (bi) của các dòng đột biến có tiển vọng ở vụ Xuân 2017 (M6). ................ 147 Bảng 3.26: Năng suất, chỉ số ổn định (S2di) và chỉ số thích nghi (bi) của các dòng đột biến có triển vọng (M7) ở vụ Mùa 2017 ................. 150 Bảng 3.27. Một số đặc điểm nông sinh học của giống lúa khảo nghiệm nếp cái Hoa Vàng đột biến (dòng H6, thế hệ M7) ở vụ Mùa 2017 tại Văn Lâm, Hƣng Yên. ............................................................... 152 Bảng 3.28. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến(dòng H6, thế hệ M7) ở vụ Mùa 2017 tại Văn Lâm, Hƣng Yên ....................................................................... 153 Bảng 3.29. Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng đột biến khảo nghiệm (dòng H6, thế hệ M7) ở vụ Mùa 2017 tại Văn Lâm, Hƣng Yên ...... 153 Bảng 3.30. Một số kết quả sản suất thử giống lúa nếp cái Hoa Vàng đột biến ở vụ Xuân và mùa 2017. ......................................................... 155 Bảng 3.31. Một số đặc điểm cơ bản của các dòng đột biến ƣu tú và giống gốc ở vụ Mùa 2017 ........................................................................ 158
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc hoá học của amyloza và Amylopectin .......................... 6 Hình 1.2. Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI ............................... 7 Hình 1.3. Diện tích và sản lƣợng lúa toàn cầu giai đoạn 2006 - 2015 ........ 7 Hình 1.4. Cấu trúc phân tử 2AP................................................................. 38 Hình 1.5. Sơ đồ mô tả con đƣờng sinh tổng hợp 2AP ............................... 38 Hình 2.1. Sơ đồ xử lý và chọn giống đột biến ........................................... 51 Hình 2.2. Sơ đồ tóm tắt quá trình chiếu xạ, phân lập và tuyển chọn dòng đột biến ....................................................................................... 55 Hình 3.1. Biểu đồ mối tƣơng quan giữa biến dị diệp lục với tổng tần xuất các biến dị có ý nghĩa chọn giống phát sinh từ 3 giống lúa nếp 82 Hình 3.2. Biểu đồ tổng tần xuất biến dị diệp lục phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến ở liều xạ 100Gy ............................................ 84 Hình 3.3. Biểu đồ tần xuất biến dị diệp lục phát sinh từ giống gốc và các dòng đột biến ở liều xạ 150Gy ................................................... 84 Hình 3.4. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu ở vụ Mùa 2015 (thế hệ M6) ............................ 113 Hình 3.5. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu ở vụ Xuân 2016(thế hệ M7). .......................... 114 Hình 3.6. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu ở vụ Mùa 2015 và vụ Xuân 2016 .................. 117 Hình 3.7. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến từ nếp Cái Hoa Vàng ở vụ Mùa 2015(M6) ................................................................... 128 Hình 3.8. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng ở vụ Xuân 2016 (M7) .................................................... 129
Hình 3.9. Phân nhóm di truyền các dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng và giống gốc ở cả vụ Mùa 2015 và vụ Xuân 2016 ...... 132 Hình 3.10. Cấu tạo giải phẫu thân của dòng đột biến HV1, HV3 và giống gốc ... 132 Hình 3.11. Mức độ ổn định về năng suất của các dòng đột biến nghiên cứu thế hệ M8 ở vụ Mùa 2016 ....................................................... 139 Hình 3.12. Mức độ ổn định về năng suất của các dòng đột biến nghiên cứu thế hệ M9 ở vụ Xuân 2017 ...................................................... 141 Hình 3.13. Độ ổn định về năng suất của các dòng đột biến có triển vọng (thế hệ M6) phát sinh từ dòng đột biến HV-H ở vụ Xuân 2017 148 Hình 3.14. Độ ổn định về năng suất của các dòng đột biến có triển vọng(M7) từ dòng đột biến HV-H ở vụ Mùa 2017 ................ 150
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Lúa gạo là cây lƣơng thực chính, cung cấp lƣơng thực cho hơn một nửa dân số thế giới (Li G et al., 2017)[106], nhất là cho ngƣời dân các nƣớc khu vực châu Á. Từ lâu, gạo nếp đã trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống kinh tế và tinh thần không chỉ của ngƣời dân Việt Nam mà của nhiều nƣớc trong khu vực và trên Thế giới. Lúa nếp chủ yếu phục vụ nhu cầu lƣơng thực ở các vùng cao, không thể thiếu trong ngày tết nguyên đán và trong nhiều lễ hội cổ truyền vì là nguồn nguyên liệu phục vụ chế biến các loại xôi và bánh. Cùng với sự phát triển của đời sống kinh tế xã hội, nhu cầu lƣơng thực của ngƣời dân cũng ngày một tăng cao, từ nhu cầu ăn đủ no đến ăn ngon và đẹp (mầu sắc, hình dạng của đồ ăn). Ở nƣớc ta hiện nay nhu cầu về gạo dẻo, gạo thơm đặc biệt là gạo nếp không ngừng tăng cao. Tuy nhiên, các giống lúa nếp đặc sản có chất lƣợng cao, cho xôi dẻo và có mùi thơm đặc trƣng thƣờng cảm ứng chặt với quang chu kỳ; cây cao, dễ đổ, khả năng đồng hóa đạm thấp nên cho năng suất thấp nên chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu của sản xuất, diện tích gieo trồng ngày càng thu hẹp, nhiều giống đã không còn trong sản xuất. Các giống lúa nếp cải tiến có năng suất cao nhƣng không thơm hoặc thơm rất nhẹ nên việc mở rộng diện tích gieo trồng còn nhiều hạn chế. Nguồn vật liệu cho chọn tạo giống lúa nếp thơm kém đa dạng. Do đó, trong thực tiễn, mặc dù các tác giả thực hiện các nghiên cứu độc lập nhƣng do sử dụng cùng nguồn vật liệu, lại sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu chọn tạo giống tƣơng tự nhau nên một số giống lúa nếp mới đƣợc tạo ra có nhiều đặc điểm tƣơng tự nhau, làm giảm giá trị của giống. Các giống lúa nếp mới
2 đặc biệt là các giống lúa nếp thơm đƣợc tạo ra ít, chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu của sản xuất cả về số lƣợng và chất lƣợng. Chọn tạo giống lúa bằng phƣơng pháp đột biến đã đƣợc đƣợc sử dụng khá thành công ở nhiều Quốc gia và tạo ra các giống lúa nếp mới, đặc biệt thành công ở Việt Nam, Thái Lan và Trung Quốc. Tuy nhiên, chủ yếu thành công ở các giống lúa thâm canh, lúa chất lƣợng, lúa thơm còn ít nghiên cứu trên lúa nếp. Nhằm tạo ra nguồn vât liệu mới đa dạng hơn, cung cấp nguồn nguyên liêu phong phú cho chọn tạo giống lúa nếp thơm mới, nâng cao hiệu quả sử dụng của các giống lúa nếp, đặc biệt là các giống lúa nếp cổ truyền, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm”. 2. Mục tiêu nghiên cứu. 2.1.Mục tiêu chung. Xác định ảnh hƣởng của liều lƣợng chiếu xạ và vật liệu xử lý đến hiệu quả gây biến dị ở lúa nếp, phục vụ cho cải tạo giống lúa nếp ở Việt Nam. 2.2. Mục tiêu cụ thể. i. Xác định đƣợc ảnh hƣởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến tần xuất của một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở thế hệ M2. ii. Xác định đƣợc tƣơng quan giữa tần xuất xuất hiện biến dị diệp lục với tần xuất xuất hiện một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở M2. iii. Xác định đƣợc sự khác biệt về hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến. iv. Đánh giá và tuyển chọn đƣợc từ 1 đến 2 dòng đột biến ƣu tú có khả năng cải tiến giống, phục vụ sản xuất.
3 3. Phạm vi nghiên cứu. - Nghiên cứu ảnh hƣởng của vật liệu chiếu xạ và liều lƣợng xử lý đến sự phát sinh các biến dị có ý nghĩa chọn giống ở thế hệ thứ 2 (chỉ sử dụng 3 giống lúa nếp: Phú Quý, Lang Liêu và N98, tiến hành chiếu xạ ở vụ Xuân và mùa 2013, xác định hiệu quả gây biến dị ở vụ Mùa 2013, vụ Xuân và vụ Mùa 2014). - Nghiên cứu so sánh hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của dòng đột biến và giống gốc (sử dụng 3 giống lúa nếp: Cái Hoa Vàng, 415, TK90 và 3 dòng đột biến từ chúng: HV-H, M50, TK97). Các thí nghiệm đƣợc thực hiện ở vụ Mùa 2014, vụ Xuân và vụ Mùa 2015, vụ Xuân và Mùa 2016. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Về khoa học: Các kết quả của đề tài về: chọn vật liệu mang xử lý (chiếu xạ hạt của dòng đột biến cho hiệu quả gây biến dị cao hơn so với chiếu xạ hạt giống gốc), phƣơng pháp xử lý (chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) với liều lượng 150Gy vào hạt lúa ở khoảng thời điểm nảy mầm 71H30 phút), quy trình thu nhận biến dị ở M2 (chỉ lấy hạt từ các bông chính của cây ở M1 để gieo sang M2) và đánh giá hợp lý các dòng đột biến gây tạo (sự biểu hiện khác biệt của các tính trạng ở vụ Xuân và vụ Mùa) để tuyển chọn đƣợc các dòng ƣu tú nhất là những đóng góp mới về lý luận cho khoa học chọn giống đột biến, góp phần nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp chọn giống phóng xạ đối với cây lúa nói chung và lúa nếp nói riêng. Việc xác định đƣợc hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ vào các dòng đột biến có hiệu quả cao hơn so với chiếu xạ vào các giống gốc là cơ sở lý luận cho việc lựa chon vật liệu xử lý đột biến nhằm nâng cao hiệu quả của phƣơng pháp chọn giống phóng xạ. Về thực tiễn: Việc phát hiện nhiều dòng đột biến đã mất tính cảm quang và trở thành cảm ôn, gieo cấy đƣợc 2 vụ trong năm là nguồn vật liệu có giá trị cho công tác chọn tạo giống lúa nếp thơm mới.
4 Việc cải tạo thành công các giống lúa nếp: Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu về các đặc điểm: phá vỡ cảm ứng quang chu kỳ, tăng khả năng chống đổ, tăng năng xuất, có khả năng gieo cấy đƣợc 2 vụ/năm đã góp phần mở rộng diện tích gieo trồng và tăng sản lƣợng gạo nếp có chất lƣợng và gạo đặc sản. 5. Những đóng góp mới của luận án - Việc phát hiện mối tƣơng quan thuận và chặt giữa tổng tần xuất biến dị diệp lục và tần xuất kiểu abinal ở giai đoạn mạ với tổng tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2 là cơ sở khoa học cho việc dự báo hiệu qủa phát sinh biến dị khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60). Chiếu xạ vào hạt của dòng đột biến cho hiệu quả phát sinh biến dị cao hơn so với khi chiếu xạ vào hạt giống gốc. Khi chiếu xạ vào hạt của dòng đột biến thì ngoài các đột biến cũ còn phát hiện đƣợc một số đột biến mới, mở ra khả năng tăng dần số lƣợng đột biến có ý nghĩa chọn giống. - Đã cải tiến thành công giống lúa nếp Đuôi Trâu (dòng ĐT4) về các đặc điểm nhƣ: mất tính cảm quang, cây thấp và cứng hơn, lá đòng đứng và xanh thẫm hơn, năng suất cao hơn nhƣng vẫn giữ đƣợc phẩm chất của gạo đặc sản, cho xôi dẻo và thơm tƣơng tự giống gốc. - Đã tạo chọn đƣợc giống lúa nếp thơm mới (nếp Cái Hoa Vàng đột biến), mất tính cảm quang, gieo trồng đƣợc nhiều vụ trong năm, cho năng suất tƣơng tự giống nếp cao sản, ngắn ngày, không có mùi thơm (N97), nhƣng vẫn giữ đƣợc chất lƣợng gạo và mùi thơm. 6. Bố cục luận án Luận án gồm 183 trang không kể phụ lục), phần mở đầu (4 trang); chƣơng 1: tổng quan tài liệu (40 trang); chƣơng 2: vật liệu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu (20 trang); chƣơng 3: kết quả nghiên cứu và thảo luận (90 trang); kết luận và kiến nghị (2 trang). Luận án gồm 36 bảng , 21 hình, 152 tài liệu tham khảo. Trong đó: 56 tài liệu tiếng việt và 96 tài liệu tiếng anh, 110 tài liệu mới trong 5 năm trở lại đây (từ 2013- 2018) chiếm 72,36 %; phần phụ lục gồm 92 trang với 35 hình ảnh thí nghiệm, 33 bảng và các kết quả phân tích thống kê và xử lý số liệu thí nghiệm .
5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp. 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp. Lúa trồng (O.sativa L) thuộc họ hoà thảo (Poaceae), chi Oryza. Ngoài loài lúa trồng O.sativa L và O.glaberrima còn 21 loài lúa dại phân bố khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới. Hầu hết các giống lúa trồng hiện nay thuộc loài O.sativa L. Từ O.sativa L phân hoá thành 3 kiểu hình là: Indica (trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới), Japonica (trồng ở Nhật Bản, Hàn Quốc và Bắc Trung Quốc) và Javanica (Sharma A và Singh S.K. 2013)[135]. Có nhiều quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây lúa. Theo Sampth và Rao (1951), Ting (1993) thì lúa trồng châu Á (O.sativa L) có nguồn gốc từ Trung Quốc và Ấn Độ; Chang T.T (1985), lại cho rằng: lúa trồng châu Á có nguồn gốc từ vùng núi phía Nam dãy Hymalaya, miền Nam và đông Nam châu Á (dẫn theo Nguyễn Tiến Thăng 2012)[41]. Lúa trồng châu Á xuất hiện khoảng 8000 năm trƣớc nhƣng chƣa có kết luận chắc chắn về tổ tiên trực tiếp của nó. Theo Civsavn P et al., (2015)[67], Huang X và Han B (2015)[88], lúa trồng châu Á đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài để thích ứng với các môi trƣờng khác nhau từ đó hình thành 3 nhóm chính: Indica, Japonoca và Javanica, có thể dùng một số đặc điểm về hình thái: thân, lá, hạt hoặc hàm lƣợng amyloza, amylopectin, khả năng chịu hạn, lạnh để nhận biết. Các giống lúa thuộc nhóm Japonica thƣờng có năng suất cao hơn Indica khoảng 0,5- 1tấn/ha (Hoàng Tuyết Minh và cs 2016)[27]. Theo Takane Matsuo (1997), lúa nếp nƣơng là dạng khởi nguồn của lúa trồng, đƣợc tìm thấy đầu tiên ở Assam-Yunnan, nơi lúa nếp chiếm ƣu thế. Watabe (1976) cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào và vùng Bắc, đông Bắc Thái Lan. Ngoài ra, vùng Shan và Kachin của Myanmar; Kwangsichuang và Yunnan của Trung Quốc; khu vực biên giới Campuchia, Thái Lan và Lào; vùng núi khu vực biên giới giữa Việt Nam và Lào là những vùng trồng nhiều lúa nếp.