Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử

Chia sẻ: Minh Van Thuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:179

Thêm vào BST

Báo xấu

276
lượt xem 98
download

Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử nhằm sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo giống lúa thuần ưu kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho Đồng bằng sông Hồng. Mời bạn đọc cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHÙNG TÔN QUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà nội - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHÙNG TÔN QUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 62.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Vũ Đức Quang TS Lưu Thị Ngọc Huyền Hà nội - 2014
i L()I C A M DOAN 'I6i xin cam doan day la kct qua cong tiinh nghicn cu'u cua loi. Toan bo so Hcu va kct qua nghicn cu'u trong luan an nay la trung thyc va chua tirng dugc su dung dc cong bo Irong cac cong trinh nghicn cuu de nhan hoc v i , cac thong tin trich dan trong luan an nay deu dugc chi ro nguon goc. Ha noi, ngay 22 thang 5 nam 2014 ac g aluan an f\ Phung Ton Quyen
ii LOI C A M O N Tru'dc hel loi x i n dugc gui loi biel an sau sac den P G S . T S . V u Du'c Quang, rS. Lu'u I'hi Ngoc Iluyen, V i e n D i Iruycn N o n g nghicp, da tan tinh hu'o'ng dan giiip d a va tao dicu kicn thuan Igi dc loi hoan thanh cong trinh nghicn cu'u nay. l o i xin chan thanh cam an tap the lanh dao va can bg B a n dao tao sau dai hgc, V i c n K h o a hgc N o n g nghicp V i c t N a m , B a n giam hieu nha truang va K h o a C N S I l & M T, l Y u a n g D a i hgc P h u a n g D o n g , da tao mgi dicu kien thuan Igi cho toi hoan thanh nhicm v u . I 01 xin chan thanh cam on tap the can bg nhan vicn B g mon Sinh hgc Phan lu', V i c n D i truycn N o n g nghicp, noi toi da sinh boat chuyen mon, da tao mgi dicu kicn tot nhat cho toi hgc tap va nghicn CLTU. I oi xin dugc cam an sy quan tarn chia se va dgng vicn, tir gia dinh, ban be va nguoi than. Ha noi, ngay 22 thdng 5 nam 2014 Phung Ion Quyen
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii MỤC LỤC........................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................viii DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................x DANH MỤC CÁC HÌNH...............................................................................xii MỞ ĐẦU……………………………………………………………………...1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu của đề tài : ...................................................................................... 2 3. Thời gian và địa điểm thực hịên đề tài:......................................................... 3 4. Tính mới và những đóng góp của đề tài: ..................................................... 3 5. Ý nghĩa của đề tài:......................................................................................... 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4 1.1. Rầy nâu và đặc tính kháng rấy nâu ở lúa ................................................... 4 1.1.1. Đặc tính sinh học của rầy nâu ................................................................. 4 1.1.1.1. Phân bố và ký chủ ................................................................................ 5 1.1.1.2. Đặc điểm sinh học của rầy nâu ............................................................ 5 1.1.1.3. Tình hình và mức độ gây hại ............................................................... 9 1.1.1.4. Phòng trừ rầy nâu ............................................................................... 11 1.1.2. Đặc tính kháng rầy nâu ở lúa: ............................................................... 12 1.1.2.1. Cơ chế tính kháng đối với côn trùng .................................................. 12 1.1.2.2. Các kiểu sinh học (BPH) rầy nâu ...................................................... 14 1.1.2.3. Di truyền tính kháng rầy nâu ở lúa..................................................... 16 1.2. Chỉ thị phân tử và những ứng dụng trong chọn tạo giống lúa ................. 18 1.2.1. Chỉ thị phân tử ....................................................................................... 18 1.2.1.1. Khái niệm chung về chỉ thị phân tử ................................................... 18 1.2.1.2. Phân loại các loại chỉ thị phân tử ....................................................... 20
iv 1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa ........... 26 1.2.2.1. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử.......................................................... 26 1.2.2.2. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu lập bản đồ QTL/gen ..................... 29 1.2.2.3. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền gen kháng rầy nâu……..37 1.2.2.4. Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt Nam. 50 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 55 2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 55 2.1.1. Các dòng/giống lúa làm vật liệu nghiên cứu………………………….55 2.1.2. Nguồn gốc các dòng/giống lúa làm vật liệu nghiên cứu………...……55 2.1.2.1. Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor)……………..….......55 2.1.2.2. Giống nhận gen (recipient) ....................................................................................59 2.1.3. Các nguyên vật liệu phục vụ nghiên cứu…………………………….60 2.1.3.1. Các chỉ thị phân tử SSR liên kết gen Bph3 và BphZ(t) ………..…..60 2.1.3.2. Nguồn rầy nâu ………………………………………………..…….61 2.1.3.3. Thiết bị, vật tư hóa chất………………………………………..……61 2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 62 2.2.1. Phương pháp đánh giá khả năng kháng/nhiễm rầy nâu các dòng/giống lúa ... 62 2.2.2. Phương pháp lai hồi giao, qui tụ gen kháng rầy .................................. 63 2.2.3. Phương pháp thu thập thông tin các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu. 65 2.2.4. Phương pháp chọn tạo dòng lúa kháng rầy nâu bằng chỉ thị phân tử ... 65 2.2.4.1. Chọn tạo dòng lúa ưu tú từ quần thể phân ly (F2 trở đi đến F6) ......... 65 2.2.4.2. Chọn tạo các dòng lúa ưu việt trên cơ sở hồi giao . ........................... 65 2.2.5. Một số kỹ thuật dùng trong phòng thí nghiệm..................................... 65 2.2.5.1.Tách chiết ADN và tinh sạch theo phương pháp CTAB .................... 65 2.2.5.2. Kiểm tra ADN bằng điện di trên gel agorose 0.8%............................68 2.2.5.3. Kỹ thuật PCR………………………………………………………..69 2.2.5.4. Kỹ thuật làm gel và điện di kiểm tra sản phẩm Gel Agarose…..….70 2.2.6. Chọn giống truyền thống: ..................................................................... 72 2.2.6.1. Cơ sở lý luận: ..................................................................................... 72
v 2.2.6.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng ................................................. 74 2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu ................................................... 77 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 78 3.1. Nghiên cứu nguồn vật liệu và tập đoàn dòng/giống lúa kháng rầy nâu.. 78 3.1.1. Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu bố mẹ cho các tổ hợp lai ............. 78 3.1.2. Đánh giá phản ứng của một số dòng/giống, năm 2008. ...................... 79 3.1.3. Đánh giá phản ứng của các dòng/giống Long An và Hà Nội, 2011. ... 80 3.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu ......... 86 3.2.1. Kết quả thiết lập các tổ hợp lai trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu......... 87 3.2.2. Kết quả tách chiết và tinh sạch ADN tổng số ....................................... 88 3.2.3. Kiểm tra kết quả sản phẩm PCR trên gel agarose 1% .......................... 89 3.2.4. Xác định các chỉ thị phân tử trợ giúp trong chọn giống lúa kháng rầy90 3.2.4.1. Xác định chỉ thị trợ giúp cho đa hình giữa cây bố mẹ đối với gen Bph3 .. 90 3.2.4.2. Xác định chỉ thị phân tử trợ giúp đối với gen BphZ(t)……………..91 3.2.5. Phân tích xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu trong các con lai…...95 3.2.5.1. Phân tích xác định của gen kháng rầy nâu Bph3 trong các dòng BC…….96 3.2.5.2. Phân tích xác định của gen kháng rầy nâu BphZ(t) trong các dòng BC...100 3.2.5.3. Phân tích xác định cá thể mang gen Bph3 trong quần thể chọn tạo giống..103 3.2.5.4. Phân tích xác định cá thể mang gen BphZ(t) trong quần thể CTG………105 3.3. Khảo sát một số dòng triển vọng ngoài đồng ruộng………………………107 3.3.1. Đặc điểm sinh trưởng và năng suất của các dòng triển vọng ............ 107 3.3.2. Kết quả khảo sát đặc tính nông sinh học của 3 dòng ưu tú................. 113 3.3.2.1. Kết quả khảo sát đặc tính kháng rầy nâu của dòng ưu tú trong nhà lưới.. 113 3.3.2.2. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học ............................. 116 3.4. Kết quả khảo nghiệm VCU dòng DTR64 và dòng KR8 ....................... 130 3.4.1. Kết quả khảo nghiệm quốc gia VCU dòng lúa DTR64, vụ xuân năm 2011. 130 3.4.2. Khảo nghiệm quốc gia VCU dòng lúa KR8, vụ xuân năm 2012 ....... 132 KẾT LUẬN ................................................................................................... 135 ĐỀ NGHỊ....................................................................................................... 135
vi NHỮNG CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ . 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 137 PHỤ LỤC PHỤ LỤC BẢNG (Bảng xử lý số liệu IRRI START) PHỤ LỤC ẢNH
vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa của chữ viết tắt ANP Anaerobic protein ADN Deoxyribonucleic Axit ARN Ribonucleic Axit Bp Cặp bazơ nitơ Bph Brown plant hopper Gen kháng rầy nâu BVTV Bảo vệ thực vật Ctv Cộng tác viên CTPT Chỉ thị phân tử Chr Nhiễm sắc thể CS Cộng sự CTAB Cetyltrimethyl amonium bromide CTPT Chỉ thị phân tử CV% Hệ số biến động DTNN Di truyền nông nghiệp Đ/C Đối chứng ĐBSH Đồng bằng sông Hồng ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu long EDTA Ethylenediaminetetra acetic acid IRRI Viện nghiên cứu lúa Quốc tế Kb Kilo base KD18 Khang dân 18 KL Khối lượng KL1000 hạt Khối lượng nghìn hạt KHNN Khoa học nông nghiệp
viii LSD Sự sai khác có ý nghĩa MABC Marker Assisted Backrossing (Lai lại nhờ chỉ thị phân tử) MAS Marker Assisted selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) NS Năng suất NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu NST Nhiễm sắc thể PCR Polymerase Chian Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) QTLs Quantitative Trait Loci (Locut kiểm soát tính trạng số lượng) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài đoạn phân cắt) RGA Resistance Gene Analog ( Vùng tương đồng gen kháng) RPG Recurrent parent genotip (Kiểu gen bố mẹ phục hồi) SSR Simple Sequence Repeats (Lặp lại của trình tự đơn giản) TB Trung bình TBE Tris-Boric acid-EDTA TGST Thời gian sinh trưởng TE Tris-EDTA
ix DANH MỤC CÁC BẢNG TT BẢNG TÊN BẢNG TRANG 1.1. Các gen kháng rầy nâu và giống chỉ thị mang gen kháng…………....…17 1.2. Mối liên hệ giữa biotype rầy nâu và gen kháng rầy ở lúa........................ 17 1.3. Sự tương quan giữa số thế hệ BCnF1 với tỷ lệ kiểu gen của dòng ưu tú nhận gen kháng được chuyển vào con lai BCnF1 ................................... 46 2.1. Danh sách các chỉ thị sử dụng trong chọn giống ..................................... 60 2.2. Trình tự các mồi liên kết với gen kháng Bph3 và BphZ(t) ...................... 60 2.3. Thang điểm đánh giá rầy nâu theo IRRI .................................................. 62 2.4. Thang điểm đánh giá rầy nâu theo viện BVTV ....................................... 63 2.5. Thành phần dung dịch EB (Extraction buffer) ....................................... 66 2.6. Thành phần dung dịch CTAB Buffer và dung dịch TE (10 : 0,1) ........... 66 2.7. Dung dịch (10 x TBE) .............................................................................. 68 2.8. Thành phần của mỗi phản ứng PCR ........................................................ 69 2.9. Chương trình chạy phản ứng PCR ........................................................... 70 2.10. Dung dịch gốc 40% acrylamide ............................................................. 71 2.11. Dung dich acrylamide 4.5% ................................................................... 71 2.12. Phương pháp bón phân đạm và kali ..................................................... 74 3.1. Phản ứng của một số dòng giống vật liệu nghiên cứu với quần thể rầy nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long ................... 79 3.2. Kết quả đánh giá phản ứng của các dòng/giống trong nhà lưới với quần thể rầy nâu Long an và Hà nội năm 2011 ............................................. 80 3.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng triển vọng ........................... 108 3.4. Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng vụ mùa 2010 (mật độ 50 khóm/m2) ............................................................................. 109 3.5. Kết quả đánh giá tính kháng/nhiễm rầy nâu năm 2011 ........................ 114 3.6. Kết quả đánh giá tính kháng/nhiễm rầy nâu năm 2012 ......................... 115
x 3.7. Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng/giống lúa, vụ xuân năm 2011, 2012, ............................................................................................ 118 3.8. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng/giống lúa, vụ xuân năm 2011, 2012 ....................................................................................................... 119 3.9. Độ thuần đồng ruộng và các chỉ tiêu cấu thành năng suất của các dòng/giống vụ xuân năm 2011, 2012 tại Hà Nội ................................. 120 3.10. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống, vụ xuân năm 2011, 2012 ............................................................................ 120 3.11. Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng/giống lúa vụ mùa năm 2011, 2012 tại Hà Nội (mật độ 50 khóm/m2)…..………………………….122 3.12. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng/giống lúa, vụ mùa năm 2011, 2012 tại Hà Nội (mật độ 50 khóm/m2)…………………........................….123 3.13. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống vụ mùa năm 2011, 2012 ............................................................................. 126 3.14. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống vụ mùa năm 2011, 2012 ............................................................................. 126 3.15. Đặc điểm sinh trưởng của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011 .............. 131 3.16. Độ thuần đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011 ................................................................... 131 3.17. Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011........... 131 3.18. Năng suất thực thu của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011 ................. 1310 3.19. Đặc điểm sinh trưởng của dòng KR8, vụ xuân năm 2012 ................... 132 3.20. Độ thuần đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng KR8, trong khảo nghiêm VCU vụ xuân năm 2012 ........................................ 133 3.21. Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng KR8 trong khảo nghiêm VCU vụ xuân năm 2012 (đvt : điểm) .................................................................. 133 3.22. Năng suất thực thu của dòng KR8 trong khảo nghiệm VCU .............. 134
xi DANH MỤC CÁC HÌNH TT HÌNH TÊN HÌNH TRANG 1.1. Các giai đoạn sinh trưởng của rầy nâu: (a) trứng, (b) ấu trùng, (c) rầy cánh dài, (d) rầy cánh ngắn ........................................................... 6 1.2. Vòng đời rầy nâu ........................................................................................ 9 1.3 Sự phân bố kiểu gen của dòng tái tục ở quần thể BC1F1. ........................ 47 1.4. Sơ đồ Quy trình ........................................................................................ 49 2.1. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu Bph3 ..................................... 57 2.2. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu BphZ(t) ................................. 58 2.3. Cấu tạo hoa lúa ........................................................................................ 64 3.1 Ảnh thí nghiệm đánh giá phản ứng kháng rầy của một số dòng lúa được chọn lọc của Viện Di truyền trong nhà lưới, năm 2007.......................... 78 3.2. Sơ đồ chọn tạo giống lúa KR8 bằng chỉ thị phân tử ................................ 88 3.3. Ảnh thí nghiệm kiểm tra nồng độ và chất lượng ADN........................... 89 3.4. Kiểm tra kết quả sản phẩm PCR trên gel agarose 1%.............................90 3.5. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3)…………………………………………………91 3.6. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM190 liên kết gen Bph3)……………………………………………… ...91 3.7. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM5757 liên kết gen BphZ(t))………………………………………………92 3.8. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM 3367 liên kết gen BphZ(t))………………………………………………..…92 3.9. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM 3288 liên kết gen BphZ(t))…………………………………………..……93 3.10. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM6997 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………..93
xii 3.11. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM 3735 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………...93 3.12. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM5714 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………..94 3.13. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ(Chỉ thị RM5757 liên kết gen BphZ(t))...............................................................94 3.14. Ảnh kết quả sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM588) liên kết gen Bph3 xác định con lai BC1F1 mang gen kháng ................................................ 97 3.15. Sử dụng chỉ thị phân tử RM588 liên kết với gen Bph3 để xác định cá thể mang gen kháng ở thế hệ F2...................................................................98 3.16. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng BC ................................................................ 99 3.17. Kết quả xác định cá thể BC3F3 mang chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3 của tổ hợp IR64/IS1.2 ............................................................................ .99 3.18. Ảnh sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM5757) liên kết với gen BphZ(t) xác định con lai BC1F1 mang gen kháng .............................................. 101 3.19. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng BC........................................................102 3.20. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng BC .................................................... 102 3.21. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng 64R8-1 (KR8) của tổ hợp IR64/IS1.2 ..………103 3.22. Kết quả sử dụng chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3 của tổ hợp IR64/IS, trong chọn lọc các cá thể dòng 64R8-2 (KR8a) mang gen kháng. ...... 104 3.23. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết gen Bph3, trong chọn lọc các cá thể của dòng DTR64 mang gen kháng ............................................. 104
xiii 3.24. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ (t) trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng KR8.................................................. 105 3.25. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá thể mang gen kháng của dòng KR8...............................................................106 3.26. Ảnh dòng DT64R trên ruộng thí nghiệm tại Hà Nội, .......................... 111 3.27. Hình ảnh so sánh hình thái bông lúa 64R8-1 và 64R8-2 và IR64 ...... 112 3.28. Hình ảnh so sánh hình thái bông lúa DTR64 và IR64 ........................ 112 3.29. Ảnh thí nghiệm đánh giá phản ứng kháng rầy của 3 dòng lúa có triển vọng trong nhà lưới, năm 2011 ............................................................. 114 3.30. Ảnh dòng lúa KR8 vụ xuân năm 2012 tại Hà Nội, .............................. 123 3.31. Ảnh dòng KR8 vụ mùa năm 2011 tại Hà Nam .................................... 129
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa (Oryza sativa L.) là một cây lương thực quan trọng ở Việt Nam, đồng thời cũng là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho một nửa dân số thế giới. Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan. Lúa gạo là nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu Việt Nam và cũng là nguồn thức ăn chính của 90 triệu dân số trong nước. Đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long có sản lượng gạo lần lượt là 17% và 50%. Diện tích đất dành cho canh tác lúa hầu như không tăng trong khi dân số thế giới liên tục tăng. Do vậy, vấn đề lương thực được đặt ra như một mối đe dọa đến sự an ninh và ổn định của thế giới nói chung và nước ta nói riêng trong tương lai. Theo dự đoán của các chuyên gia về dân số học, nếu dân số thế giới tiếp tục tăng trong vòng 20 năm tới thì sản lượng lúa gạo phải tăng 80% mới đáp ứng đủ nhu cầu. Vì thế, năng suất lúa luôn là điều quan tâm hàng đầu. Để đảm bảo năng suất lúa vượt trần, một trong những chiến lược quan trọng là ứng dụng công nghệ sinh học vào việc chọn tạo giống mới đảm bảo nhu cầu lương thực của con người. Trong thực tế, việc trồng lúa luôn bị đe dọa bởi thiên tai, dịch bệnh như đạo ôn, bạc lá, rầy nâu… Theo ước tính thì sản lượng lúa hiện nay chỉ bằng 53,6% sản lượng có khả năng đạt được nếu không bị dịch bệnh. Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là một trong số các côn trùng gây hại trên lúa làm giảm nghiêm trọng sản lượng lúa trồng ở hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới, nhất là các nước nhiệt đới. Từ những năm 70 của thế kỷ XX, rầy nâu đã nổi lên như một vấn đề thời sự trong nghề trồng lúa ở châu Á (Bộ NN&PTNT, 2010)[3]. Những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm giảm khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa tại vùng dịch, có khi “cháy rầy” làm mất trắng như ở Bắc Bộ năm 1986-1987, 1992-1993, năm 2000 hơn 2000 ha lúa bị nhiễm rầy.
2 Sự thay đổi độc tính của các quần thể rầy nâu diễn ra thường xuyên để thích nghi với ký chủ mới, hoặc tạo ra các dạng “biotype mới” do sức ép chọn lọc từ việc độc canh một giống lúa trồng. Sử dụng giống lúa kháng là biện pháp ưu việt, một mặt giảm chi phí phòng trừ, hạn chế dùng thuốc hoá học gây ô nhiễm môi trường, mặt khác góp phần ổn định môi trường sinh thái. Trong công tác chọn giống lúa kháng rầy nâu thì việc sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu được coi là hiệu quả và ưu việt. Cho đến nay, biện pháp chủ yếu để ngăn chặn dịch rầy nâu là sử dụng thuốc hoá học. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu hay sử dụng thuốc trừ sâu không đúng liều còn là nguyên nhân gây bùng phát của loại côn trùng này như kết quả của sự thích nghi có chọn lọc (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang,2007) [4]. Các phương pháp chọn giống truyền thống thông thường để chọn thành công một giống lúa mới ít nhất phải mất từ 5 - 10 năm. Hơn nữa, quá trình chọn lọc gặp nhiều khó khăn, tốn kém về sức người, sức của. Hiện nay, nhờ sự phát triển của công nghệ sinh học nói chung và công nghệ chỉ thị phân tử (CTPT) nói riêng đã tạo ra một công cụ hữu ích cho các nhà chọn giống (Bùi Bá Bổng, 2007)[7]. Phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS - Marker-Assisted Seletion) sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn vừa nâng cao hiệu quả chọn lọc, vừa rút ngắn thời gian chọn giống (Bộ NN&PTNT, 2013) [1]. Đến nay đã có hơn chục nghìn chỉ thị phân tử SSR ở lúa được phát hiện và thiết kế. Các nghiên cứu về tìm chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng rầy nâu đã được tiến hành ở một số phòng thí nghiệm trên thế giới. Để góp phần vào công tác chọn giống lúa kháng rầy nâu, thì việc sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu được coi là hiệu quả và ưu việt. Vì vậy chúng tôi tiến hành thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử” 2. Mục tiêu của đề tài : Sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo giống lúa thuần ưu việt kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho Đồng bằng sông Hồng.
3 3. Thời gian và địa điểm thực hịên đề tài: - Từ năm 2007 đến năm 2013 - Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Bảo vệ Thực vật, Trung tâm CGCN&KN Thanh Trì - Hà Nội - Tại Tỉnh Nam Định, Thái Bình, Hà Nam, Hà Nội. 4. Tính mới và những đóng góp của đề tài: - ĐÒ tµi ®· cã nh÷ng ®ãng gãp tÝch cùc trong viÖc nghiên cứu chọn t¹o giống lúa kháng rầy nâu b»ng chỉ thị phân tử ở Việt Nam. - Trong đề tài này đã qui tụ được 2 gen kháng rầy nâu vào 1 giống lúa, có sử dụng chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen kháng. - §Ò tµi ®· phối hợp chọn t¹o giống lúa kháng rầy nâu b»ng chỉ thị phân tử với chọn giống truyền thống vµ đã chọn tạo được giống lúa thuần kháng rày nâu KR8 để đưa vào sản xuất. - §Æc ®iÓm cña gièng lóa KR8: Điểm kháng rầy nâu trong nhà lưới của giống từ 1-3 với quần thể rầy nâu của ĐBSH và ĐBSCL; thuéc nhãm gièng có thời gian sinh trưởng ng¾n; năng suất trung bình cao h¬n giống Khang Dân 18, thích hợp với nhiều vùng sinh thái khác nhau của các tỉnh phía Bắc nước ta. 5. Ý nghĩa của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: Sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo ra 2 dòng lúa mang 2 gen kháng rầy nâu. - Ý nghĩa thực tiễn: Dòng lúa KR8 thu được như kết quả của đề tài là dòng triển vọng có thể đưa ra sản xuất.
4 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Rầy nâu và đặc tính kháng rầy nâu ở lúa 1.1.1. Đặc tính sinh học của rầy nâu Rầy nâu (brown plant hopper) là một loại côn trùng có tên khoa học là Nilaparvata lugens Stal. Đây là loài côn trùng có vòng đời tương đối ngắn và khả năng sinh sản của chúng tương đối cao, dễ phát triển thành các quần thể sinh học mới. Rầy nâu gây hại trực tiếp bằng cách hút nhựa cây, dẫn đến cháy rầy. Ngoài ra rầy nâu còn gây hại gián tiếp thông qua việc truyền các bệnh virút cho cây như bệnh vàng lùn và lùn xoăn lá (Ngô Vĩnh Viễn, 2007)[46]. Loại côn trùng này đã làm giảm đáng kể sản lượng lúa trên thế giới. Nạn dịch rầy nâu được coi là loại dịch côn trùng quan trọng nhất trên cây lúa ở Malaysia sau sự bùng nổ và lan rộng của dịch rầy nâu năm 1977 (Ooi, 1992) [115]. Ngoài ra, dịch rầy còn phá hại nghiêm trọng mùa màng tại nhiều nước trồng lúa khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Bangladesh, Srilanka, Thái Lan v.v... Tại Việt Nam, những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm mất khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa. Trước kia, rầy nâu không phải là đối tượng gây hại chính trên cây lúa, mật số rầy nâu luôn bị khống chế bởi các loài thiên địch, ký sinh và ít khi xảy ra hiện tượng bộc phát trên diện rộng. Nhưng kể từ cuộc cách mạng "xanh" cách mạng về giống lúa, các giống lúa ngắn ngày được lai tạo để đáp ứng nhu cầu thâm canh tăng vụ, giải quyết nhu cầu lương thực cho con người. Do thâm canh tăng vụ, bón nhiều phân hoá học, đặc biệt là phân đạm đã tạo điều kiện thuận lợi cho sâu bệnh phát sinh gây hại. Việc phòng trừ sâu hại, đặc biệt là sâu ăn lá ở giai đoạn đầu của cây lúa (0 - 40 ngày sau sạ) đã giết chết các loài thiên địch, ký sinh và rầy nâu đã trở thành đối tượng gây hại chính trên cây lúa. Trong những thập niên gần đây, ở nước ta, rầy nâu đã bộc phát vào những năm 1980, 1990; những giống trồng phổ biến năng suất và chất lượng thì khả năng kháng rầy nâu lại thấp (Bộ NN&PTNT, 2012) [2].
5 Theo Ikeda R (1985)[75] cho rằng rầy nâu hiện nay có 4 lo¹i h×nh sinh häc (BPH): BPH 1 phân bố rộng ở Ðông Á và Ðông Nam Á; BPH 2 có nguồn gốc ở Philippines phát sinh sau khi sử dụng rộng rãi các giống có gen Bph 1; BPH 3 phát sinh tại các phòng thí nghiệm ở Nhật Bản và Philippines; biotype 4 chØ thấy ở vùng Nam Á. Theo công bố mới đây của Jena KK và cs (2010) [82] tại IRRI đã phát hiện ra gen kháng rầy Bph18 cã phæ kh¸ng réng tõ quÇn thÓ lúa hoang Oryza australiensis. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy, quần thể rầy nâu ở Đồng bằng sông Cửu Long có thể là sự pha trộn giữa hai loại BPH 2 và BPH 3. 1.1.1.1. Phân bố và ký chủ Rầy nâu có mặt trên khắp các nước trồng lúa. Dịch rầy bùng phát mạnh từ năm 1977 đến nay gây thiệt hại trầm trọng tại Philippines, Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ, Mã Lai, Đài Loan, Trung Quốc, Srilanka và Việt Nam. (Lu ThÞ ngäc HuyÒn vµ cs, 2001,2003) [19]; [20] Ngoài cây lúa, rầy nâu còn tác hại trên các cây trồng khác ngô, lúa mì, lúa mạch, kê, cỏ gấu, cỏ lồng vực (Huyen LTN, 2012) [72]. 1.1.1.2. Đặc điểm sinh học của rầy nâu * Thành trùng Có 2 dạng cánh dài và cánh ngắn. Dạng cánh dài: con cái dài 4,5-5,0 mm, bụng màu nâu vàng, đỉnh đầu nhô ra phía trước. Cánh trong suốt, giữa cạnh sau của mỗi cánh có một đốm đen, khi hai cánh này xếp lại hai đốm chồng lên nhau tạo thành một đốm đen to trên lưng. Mắt kép màu nâu nhạt, mắt đơn màu nâu đỏ. Gốc râu có hai đốt phình to, con đực dài 3,6-4,0 mm, màu nâu đậm bé hơn con cái, cuối bụng dạng loa kèn. Dạng cánh ngắn: con cái dài 3,5-4 mm, cánh trước kéo dài đến đốt thứ sáu. Con đực dài 2,0-2,5 mm, mình nhỏ màu đen nâu, cánh trước kéo dài tới 2/3 chiều dài bụng. * Ấu trùng