Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống lúa (Oryza sativa L.) chịu nóng bằng chỉ thị phân tử cho Đồng bằng sông Cửu Long

Chia sẻ: Chuheodethuong 09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:204

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xác định được vật liệu bố mẹ cho công tác chọn giống chịu nóng. Xác định kiểu gen và kiểu hình của các giống lúa thử nghiệm và các dòng lai triển vọng. Xác định dòng con lai hồi giao để du nhập gen chịu nóng của giống N22 vào cây lúa.

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 (Oryza sativa L.) chịu nóng bằng chỉ thị phân tử cho Đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ----------- TRẦN VĂN LỢT NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA (Oryza sativa L.) CHỊU NÓNG BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP TP. Hồ Chí Minh - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------------- TRẦN VĂN LỢT NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA (Oryza sativa L.) CHỊU NÓNG BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Nguyễn Thị Lang 2. GS.TS. Bùi Chí Bửu TP. Hồ Chí Minh - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn tận tình của quí Thầy Cô hướng dẫn và sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Di truyền và Chọn giống - Viện nghiên cứu Lúa Đồng bằng sông Cửu Long và Phòng Công nghệ Sinh học - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam. Các số liệu và kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận án này. TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 16 năm 2018 Nghiên cứu sinh Trần Văn Lợt
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận án này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, quan tâm và tận tình giúp đỡ của rất nhiều thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: GS. TS. Nguyễn Thị Lang và GS.TS. Bùi Chí Bửu đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Quý thầy cô, các anh chị đang công tác tại Viện Khoa Học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập cũng như góp ý cho tôi những ý kiến bổ ích để tôi có những định hướng cụ thể trong quá trình thực hiện nghiên cứu và sinh hoạt chuyên môn tại cơ sở đào tạo. Các anh chị tại Bộ môn Di truyền và Chọn giống - Viện nghiên cứu Lúa Đồng bằng sông Cửu Long và Phòng Công nghệ Sinh học - Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận án. Các anh chị nghiên cứu sinh: Đỗ Đăng Giáp, Nguyễn Xuân Dũng, Bùi Văn Thế Vinh đã cùng tôi học tập, nghiên cứu, chia sẻ và động viên nhau trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu cũng như trong thời gian thực hiện luận án. Cuối cùng, xin gởi lòng biết ơn chân thành đến các đồng nghiệp và bạn bè gần xa đã luôn quan tâm giúp đỡ, động viên tinh thần cho tôi trong suốt những năm vừa qua. TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 16 năm 2018 Trần Văn Lợt
iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ............................................................................................................ i Lời cảm ơn ............................................................................................................... ii Mục lục .................................................................................................................... iii Danh sách chữ viết tắt ........................................................................................... viii Danh mục các bảng ................................................................................................. xi Danh mục các hình ................................................................................................ xiii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................1 2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................................3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................................4 3.1. Ý nghĩa khoa học ...............................................................................................4 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ........................................................4 4.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................4 4.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ......................................................................4 4.3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................4 5. Những đóng góp mới của luận án .........................................................................5 Chương 1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..............................................................................................................6 1.1. Đặc điểm diễn biến nhiệt độ không khí trong tình hình biến đổi khí hậu..........6 1.2. Ngưỡng chịu nóng một số cây trồng chính ........................................................7 1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí cao đối với cây lúa ....................................8 1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa ...................................................................................................................8 1.3.2.Cơ chế gây ra tính bất dục của cây lúa ở nhiệt độ cao ...................................10 1.3.3. Các tính trạng liên quan đến khả năng chống chịu nhiệt độ cao của cây lúa .................................................................................................................12
iv 1.4. Cơ sở di truyền tính chống chịu nóng cây trồng ..............................................13 1.4.1. Những định hướng trong chọn giống cây trồng chống chịu nóng ................13 1.4.2. Cơ sở di truyền phương pháp hồi giao trong chọn giống cây trồng. ............15 1.5. Ứng dụng MAS (Marker-assisted selection) trong chọn tạo giống lúa ...........16 1.5.1. Khái niệm về chọn giống nhờ chỉ thị phân tử ...............................................16 1.5.2. Mục đích của chọn giống nhờ chỉ thị phân tử ...............................................21 1.5.3. Những lợi ích của việc chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS)....................22 1.5.4. Những tiến bộ của việc ứng dụng MAS trong chọn tạo giống lúa ...............23 1.6. Một số kết quả nghiên cứu tính chống chịu nóng của cây lúa trên thế giới ....24 1.6.1. Giống lúa chống chịu nóng ...........................................................................24 1.6.2. Nghiên cứu cơ sở di truyền về tính trạng qui định tính chịu nóng cây lúa ...25 1.7. Nghiên cứu tính chống chịu nóng của cây lúa tại Việt Nam. ..........................28 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....31 2.1. Vật liệu nghiên cứu ..........................................................................................31 2.1.1. Bộ giống lúa vật liệu lai ................................................................................31 2.1.2. Phương tiện và hoá chất ly trích DNA ..........................................................31 2.1.3. Phương tiện và hoá chất cho điện di agarose gel ..........................................32 2.1.4. Phương tiện và hoá chất cho PCR .................................................................32 2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................33 2.2.1. Đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu của bộ giống lúa thử nghiệm ..................33 2.2.2. Đánh giá sự đa hình của bộ giống lúa thử nghiệm bằng chỉ thị SSR...........33 2.2.3. Tạo các quần thể hồi giao chuyển gen chống chịu nóng ..............................35 2.2.4. Phân tích tính ổn định, thích nghi về năng suất của các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng. ...........................................................................................35 2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................35 2.3.1. Đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu của bộ giống lúa thử nghiệm ..................35 2.3.2. Đánh giá sự đa hình của bộ giống lúa thử nghiệm bằng chỉ thị SSR............36 2.3.2.1. Ly trích DNA để phân tích PCR (theo quy trình mini DNA) ....................36 2.3.2.2. Phân tích PCR với chỉ thị SSR ...................................................................38
v 2.3.2.3. Chạy điện di các sản phẩm PCR ................................................................38 2.3.3. Tạo các quần thể hồi giao chuyển gen chịu nóng .........................................39 2.3.3.1. Tạo các quần thể hồi giao...........................................................................39 2.3.3.2. Đánh giá kiểu hình .....................................................................................40 2.3.3.3. Phân tích kiểu gen ......................................................................................40 2.3.4. Phân tích tính ổn định, thích nghi về năng suất của các dòng lúa chịu nóng triển vọng ............................................................................................43 2.3.5. Phương pháp phân tích số liệu ......................................................................45 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................47 3.1. Đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu của bộ giống lúa thử nghiệm .....................47 3.1.1. Đánh giá kiểu hình nguồn vật liệu của bộ giống lúa thử nghiệm .................47 3.1.1.1. Đánh giá các đặc tính nông học của các giống lúa thử nghiệm .................47 3.1.1.2 Phân tích mối tương quan giữa các đặc điểm nông học của các giống thử nghiệm ...................................................................................................53 3.1.1.3. Kết quả phân nhóm di truyền của các giống lúa thử nghiệm dựa trên đặc tính kiểu hình .........................................................................................54 3.1.2. Đánh giá sự đa hình của các giống lúa thử nghiệm bằng chỉ thị SSR ..........59 3.1.2.1. Sản phẩm PCR với các chỉ thị phân tử SSR ..............................................59 3.1.2.2. Kết quả phân nhóm kiểu gen của các giống lúa chịu nóng ........................67 3.2. Tạo các quần thể hồi giao chuyển gen chống chịu nóng trên cây lúa bằng phương pháp lai hồi giao..............................................................................71 3.2.1. Kết quả tạo hạt hồi giao lần thứ nhất (BC1) cho các quần thể ......................73 3.2.2. Kết quả đánh giá các quần thể BC1 và tạo hạt hồi giao lần 2 (BC2) .............73 3.2.3. Kết quả đánh giá thanh lọc cây mang gen chống chịu và chọn dòng thuần từ các quần thể hồi giao mang gen chịu nóng ...................................73 3.2.3.1. Đánh giá kết quả thanh lọc nóng của các cá thể thế hệ F1 và các quần thể lai của tổ hợp lai AS996/ N22//AS996 ..................................................74 3.2.3.2. Đánh giá kết quả thanh lọc nóng của các cá thể thế hệ F1 và các quần thể lai của tổ hợp lai AS996/ Dular//AS996 ..............................................74
vi 3.2.4. Kết quả đánh giá kiểu hình các dòng lai BC2F2 từ hai tổ hợp lai AS996/N22/AS996 và tổ hợp lai AS996/ Dular//AS996.............................75 3.2.4.1. Kết quả đánh giá kiểu hình các dòng lai BC2F2 từ tổ hợp lai AS996/N22/AS996 ......................................................................................75 3.2.4.2. Kết quả đánh giá kiểu hình các dòng lai BC2F2 từ tổ hợp lai AS996/Dular/AS996 ....................................................................................79 3.2.5. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc dòng lai mang gen chịu nóng .......84 3.2.5.1 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc dòng lai mang gen chịu nóng của tổ hợp lai AS996/N22//AS996 ..............................................................84 3.2.5.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc dòng lai mang gen chịu nóng của tổ hợp lai AS996/Dular//AS996 ............................................................93 3.3. Kết quả khảo sát các đặc tính nông học của các dòng lúa lai hồi giao chịu nóng triển vọng từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 ......................................99 3.3.1. Đặc tính nông học của các dòng lai mang gen chịu nóng từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ........................................99 3.3.2. Đặc tính nông học của các dòng/ giống lúa từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 vụ Hè Thu năm 2016 ................................................105 3.3.3. Kết quả đánh giá tổng hợp kiểu hình chịu nóng của các dòng lúa lai hồi giao (BC) qua hai vụ khảo sát ....................................................................109 3.4. Phân tích tính ổn định, thích nghi về năng suất của các dòng lúa chịu nóng triển vọng ...................................................................................................112 3.4.1. Phân tích tính ổn định, thích nghi về năng suất của các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng trồng vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ....................................113 3.4.1.1. Phân tích năng suất, chỉ số thích nghi và chỉ số ổn định của các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng trồng vụ Đông Xuân 2015 – 2016 ................113 3.4.1.2 Phân tích ổn định, thích nghi các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng về năng suất trồng vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ..............................................115 3.4.2. Đánh giá tính ổn định, thích nghi về năng suất các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng vụ Hè Thu năm 2016 .......................................................118
vii 3.4.2.1. Phân tích qua nhiều điểm các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng vụ Hè Thu năm 2016 ............................................................................................118 3.4.2.2 Phân tích ổn định, thích nghi các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng về năng suất vụ Hè Thu năm 2016 .................................................................119 3.4.2.3. Phân nhóm kiểu gen và môi trường của các dòng lúa lai chịu nóng triển vọng trồng vụ Hè Thu năm 2016 .......................................................121 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................................124 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ .........................................................126 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................127 PHỤ LỤC .............................................................................................................140
viii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT AFLP Amplicon fragment length polymorphism – Sự đa hình các đoạn khuếch đại AMMI Additive main effects and multiplicative interaction models ANCOVA Analysis of covariance – phân tích hợp phương sai ANOVA Analysis of variance – phân tích phương sai AYT Advanced yield trial - Bộ giống so sánh hậu kỳ BC Backcrossing - Hồi giao BĐKH Biến đổi khí hậu bi Chỉ số thích nghi cDNA Phân tử complementary deoxyribonucleic acid Chr. Chromosome - nhiễm sắc thể CV Coefficient of variance – hệ số biến thiên (%) ĐC Đối chứng ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long DMRT Duncan multiple range test – trắc nghiệm phân hạng Duncan. DNA Phân tử deoxyribonucleic acid DPE Direction of phenotypic effect - ảnh hưởng kiểu hình từ mẹ hoặc bố GA Genetic advance – hiệu quả chọn lọc (genetic gain) GCV Genotypic coefficient of variance – biến thiên kiểu gen GFD Grain filling duration - Giai đoạn vào chắc của hạt GFR Grain filling rate - tốc độ vào chắc của hạt GGT Graphic genotyping – phương pháp lập bản đồ bằng đánh giá kiểu gen “graphic” GM Grand mean – giá trị trung bình tổng GT Grand total – giá trị tổng số chung GW Grain weight (1,000 GW) – khối lượng 1.000 hạt
ix GxE Genotype x environment interaction - Tương tác giữa kiểu gen và môi trường GY Grain yield – năng suất hạt HSP Heat shock protein – protein sốc nhiệt HT Heat tolerance – chịu nóng TLH Tolerance line of heat – dòng lúa chịu nóng được chọn bằng chỉ thị phân tử Ij Environmental index - chỉ số môi trường IM Interval mapping – bản đồ cách quãng trong phân tích QTL IRRI International Rice Research Institute - Viện nghiên cứu lúa gạo quốc tế kDa kilo-Dalton, đơn vị đo lường độ lớn của protein. LOD Logarithm of odd number score - thang điểm tính theo logarithm số lẻ LSD Least significant difference – Sự khác biệt có ý nghĩa nhỏ nhất MABC Marker-assisted backcrossing – hồi giao nhờ chỉ thị phân tử MAS Marker-assisted selection – chọn giống nhờ chỉ thị phân tử MS Mass spectrometry - sắc ký khối phổ NIL Near-isogenic line – dòng gần như đẳng gen NST Nhiễm sắc thể NTSYSpc Phần mềm để xếp nhóm di truyền và phân tích đa dạng di truyền PA Phenotypical acceptability – dạng hình chấp nhận được PCR Polymerase chain reaction – phản ứng chuỗi polymerase PCV Phenotypic coefficient of variance – biến thiên kiểu hình PIC Polymorphic information content – chỉ số thông tin mức độ đa hình PYT Preliminary yield trial - bộ giống so sánh sơ khởi QTL Quantitative trait loci - các loci qui định tính trạng số lượng RCBD Randomized Completed Block Design - kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên RIL Recombinant inbred line - dòng cận giao tái tổ hợp RM Rice microsatellite - tên khởi đầu của chỉ thị microsatellite của cây lúa
x RNA Phân tử ribonucleic acid RT-PCR Reverse transcription PCR s2di Chỉ số ổn định SC Selection criteria – giá trị tiêu chuẩn chọn lọc của nhiều tính trạng. SES Standard evaluation system – hệ thống thang điểm chuẩn để đánh giá tính trạng SI Selection index – chỉ số chọn lọc của những tính trạng mục tiêu. SMA Single marker analysis – phân tích marker đơn trong QTL SNP Chỉ thị single nucleotide polymorphism SSR Chỉ thị phân tử “microstellite” hay “simple sequence repeat” TTOs Thermo-tolerance gene in Oryza sativa – gen chống chịu nóng của cây lúa UPGMA “Unweighted pair-group method with arithmetic mean” – phương pháp xếp nhóm
xi DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Ngưỡng ảnh hưởng nhiệt độ cao một số cây trồng chính .......................... 8 Bảng 1.2. Triệu chứng bị sốc nhiệt của cây lúa .......................................................... 9 Bảng 1.3. Phần trăm phục hồi bộ gen của giống tái tục sau 6 lần hồi giao .............. 16 Bảng 1.4. Các loại chỉ thị DNA thông dụng ............................................................. 18 Bảng 2.1. Dung dịch ly trích DNA ........................................................................... 31 Bảng 2.2. Thành phần dung dịch TE ........................................................................ 32 Bảng 2.3. Thành phần PCR buffer ........................................................................... 33 Bảng 2.4. Các SSR đánh dấu sử dụng trong đề tài ................................................... 34 Bảng 2.5. Thành phần hỗn hợp cho một mẫu DNA thực hiện phản ứng PCR......... 38 Bảng 2.6. Chu trình phản ứng PCR .......................................................................... 39 Bảng 2.7. Các dòng lúa chịu nóng tham gia thí nghiệm ........................................... 43 Bảng 3.1. Mối tương quan giữa các đặc điểm nông học của các giống lúa thử nghiệm ............................................................................................................ 53 Bảng 3.2. Kết quả phân nhóm di truyền của 50 giống lúa dựa trên đặc tính kiểu hình ......................................................................................................... 56 Bảng 3.3. Bảng tổng hợp các tính trạng nông học của 6 giống lúa được chọn ........ 58 Bảng 3.4. Tổng hợp các sản phẩm của các mồi SSR thực hiện dạng đa hình .......... 64 Bảng 3.5. Tỉ lệ đa hình và giá trị PIC của 24 cặp mồi SSR ..................................... 66 Bảng 3.6. Kết quả tổng hợp phân nhóm di truyền của giá sự các giống thử nghiệm bằng 24 cặp mồi SSR ........................................................................ 69 Bảng 3.7. Tóm tắt quá trình tạo các quần thể hồi giao đến thế hệ BC4 cho các giống lúa nghiên cứu ...................................................................................... 72 Bảng 3.8. Một số đặc tính nông học của quần thể con lai BC2F2 từ tổ hợp lai AS996/N22 ..................................................................................................... 75 Bảng 3.9. Các thành phần cấu thành năng suất và năng suất của quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai AS996/N22.............................................................. 77
xii Bảng 3.10. Kết quả theo dõi các chỉ tiêu sâu bệnh hại của quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai AS996/N22................................................................... 79 Bảng 3.11. So sánh kiểu gen và kiểu hình trên 2 chỉ thị phân tử RM3586 và RM160 trên quần thể BC3F2 tổ hợp lai AS996/N22//AS996....................... 88 Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả PCR với mồi RM 3586 và RM 160 và so sánh kiểu gen chống chịu nóng trên tổ hợp BC3 và BC4 của tổ hợp lai hồi giao AS996/N22//AS996 ............................................................................... 91 Bảng 3.13. Tổng hợp kết quả PCR với RM 3586 và RM 160 và so sánh kiểu gen chống chịu nóng trên quần thể BC2F2 của tổ hợp lai AS996/Dular //AS996 .......................................................................................................... 95 Bảng 3.14. So sánh kiểu gen và kiểu hình trên 2 chỉ thị phân tử RM3586 và RM160 nóng trên quần thể BC2F2 của tổ hợp lai AS996/Dular //AS996 ...... 97 Bảng 3.15. Tổng hợp kết quả so sánh kiểu hình chống chịu nóng trên tổ hợp lai hồi giao của AS996/N22//AS996 ........................................................... 110 Bảng 3.16. Năng suất (tấn/ha) của bộ giống lúa khảo nghiệm tại 5 điểm vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ............................................................................... 114 Bảng 3.17. Năng suất trung bình (tấn/ha), chỉ số ổn định và chỉ số thích nghi của các dòng lai vụ Đông Xuân 2015-2016 ................................................. 115 Bảng 3.18. Năng suất (tấn/ha) của bộ giống lúa khảo nghiệm tại 5 điểm vụ Hè Thu 2016 ...................................................................................................... 119 Bảng 3.19. Năng suất trung bình (tấn/ha), chỉ số ổn định và chỉ số thích nghi của các dòng lai trong vụ Hè Thu năm 2016 ............................................... 120
xiii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Vùng QTL giả định trên NST3 (RM3586) và NST4 (RM3735)............ 26 Hình 2.1. Máy Bio-rad.............................................................................................. 32 Hình 2.2. Sơ đồ mô tả quá trình tạo các quần thể hồi giao chuyển gen chống chịu nóng ........................................................................................................ 39 Hình 3.1. Biểu đồ phân bố chiều cao cây các giống lúa thử nghiệm ....................... 48 Hình 3.2. Biểu đồ phân bố số hạt chắc trên bông của các giống lúa ........................ 49 Hình 3.3. Biểu đồ phân bố tỷ lệ hạt lép/bông của các giống lúa .............................. 50 Hình 3.4. Biểu đồ phân bố tính chống chịu nóng của các giống lúa ........................ 52 Hình 3.5. Cây phân nhóm di truyền các giống lúa thử nghiệm ................................ 55 Hình 3.6. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 231 trên nhiễm sắc thể số 3... 59 Hình 3.7. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 160 trên NST số 3 .......... 60 Hình 3.8. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 3475 trên NST số 3 ........ 61 Hình 3.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 564 trên NST số 3 .......... 62 Hình 3.10. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 5626 trên NST số 3 ...... 62 Hình 3.11. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 3586 trên NST số 3 ...... 63 Hình 3.12. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM 520 trên NST số 3 ........ 63 Hình 3.13. Giản đồ phả hệ mối tương quan di truyền giữa 52 giống lúa dựa vào các sử dụng chỉ thị SSR (UPGMA) ........................................................ 67 Hình 3.14. Sự biến động của thời gian sinh trưởng (a), thời gian trổ 50% (b) và chiều cao cây (c) các dòng lai BC2F2 của tổ hợp AS996/N22; Ghi chú: đường kẻ xanh lá cây: AS996; đường kẻ nâu đỏ: N22 .................................. 76 Hình 3.15. Sự biến động của các thành phần năng suất của các dòng lai BC2F2 của tổ hợp lai AS996/N22; (a) Số bông/bụi; (b) Chiều dài bông; (c) Số hạt chắc/bông; (d) Tỷ lệ hạt chắc/bông; (e) Khối lượng 1 bụi; Ghi chú: đường kẻ xanh lá cây: AS996; đường kẻ nâu đỏ: N22 .................................. 78 Hình 3.16. Phân bố chiều cao cây trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 ............................................................................. 79
xiv Hình 3.17. Phân bố số chồi / bụi trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 ............................................................................. 80 Hình 3.18. Phân bố số hạt chắc / bông trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 .................................................................. 81 Hình 3.19. Phân bố tỉ lệ hạt lép (%) trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 ....................................................................... 82 Hình 3.20. Phân bố năng suất bụi trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 ............................................................................. 82 Hình 3.21. Phân bố tính chịu nóng trên quần thể con lai BC2F2 của tổ hợp lai hồi giao AS996/Dular//AS996 ....................................................................... 83 Hình 3.22. Sản phẩm PCR của RM3586 trên NST số 3 của quần thể BC2F2 từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 (P1: AS996; P2:N22; giếng 1 – 50: các dòng lai thí nghiệm) ....................................................................................... 85 Hình 3.23. Sản phẩm PCR của RM 160 trên NST số 3 của quần thể BC2 F2 từ tổ hợp lai......................................................................................................... 86 Hình 3.24. Sản phẩm PCR của RM3586 trên NST số 3 của quần thể BC3F2 từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 (P1: AS996; P2:N22; giếng 1 – 50: các dòng lai thí nghiệm) ....................................................................................... 87 Hình 3.25. Sản phẩm PCR của chỉ thị RM160 trên NST số 3 của quần thể BC3F2 từ tổ hợp lai AS996/N22//AS996 (P1: AS996; P2:N22; giếng 1- 50: các dòng lai thí nghiệm) .......................................................................... 87 Hình 3.26. Sản phẩm PCR của RM3586 trên NST số 3 của quần thể BC3F4 từ cặp lai AS996/N22/AS996 (P1: AS996; P2:N22; giếng 1- 50: các dòng lai thí nghiệm) ................................................................................................ 89 Hình 3.27. Sản phẩm PCR của RM 160 trên NST số 3 của quần thể BC3F4 từ cặp lai AS996/N22//AS996 (P1: AS996; P2:N22; giếng 1- 50: các dòng lai thí nghiệm) ................................................................................................ 90
xv Hình 3.28. Sản phẩm PCR của RM 3586 trên NST số 3 của quần thể BC2 F2 từ tổ hợp lai AS996/Dular//AS996 (P1:AS996; P2: Dular; giếng 1- 50: các dòng lai thí nghiệm) ....................................................................................... 93 Hình 3.29. Sản phẩm PCR của RM160 trên NST số 3 quần thể BC2 F2 từ tổ hợp lai AS996/Dular//AS996 (P1:AS996; P2: Dular; giếng 1- 50: các dòng lai thí nghiệm) ....................................................................................... 94 Hình 3.30. Chiều cao cây (cm) của 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015 - 2016 . 100 Hình 3.31. Số bông/bụi của 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ............. 101 Hình 3.32. Chiều dài bông (cm) của 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015 - 2016 .............................................................................................................. 101 Hình 3.33. Số hạt chắc/bông của 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015 - 2016 ..... 102 Hình 3.34. Khối lượng 1.000 hạt (g) 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015 - 2016 .............................................................................................................. 103 Hình 3.35. Năng suất (tấn/ha) của 50 dòng lúa BC vụ Đông Xuân 2015-2016 ..... 104 Hình 3.36. Chiều cao cây (cm) của 50 dòng lai BC vụ Hè Thu 2016 .................... 105 Hình 3.37. Số bông/bụi của 50 dòng lai BC vụ Hè Thu 2016 ............................... 106 Hình 3.38. Chiều dài bông của 50 dòng lai vụ Hè Thu 2016 ................................. 106 Hình 3.39. Số hạt chắc/bông của 50 dòng lai vụ Hè Thu 2016 .............................. 107 Hình 3.40. Tỷ lệ hạt lép/bông của 50 dòng lai vụ Hè Thu 2016 ............................ 108 Hình 3.41. Khối lượng 1.000 hạt (g) của 50 dòng lai vụ Hè Thu 2016 ................. 108 Hình 3.42. Năng suất (tấn/ha) của 50 dòng lai vụ Hè Thu 2016 ............................ 109 Hình 3.43. Dòng lai HTL5 ................................................................................. 115 Hình 3.44. Dòng lai HTL8 ................................................................................. 116 Hình 3.45. Giản đồ Biplot tương tác kiểu gen và môi trường theo mô hình AMM2 .......................................................................................................... 117 Hình 3.46. Phân nhóm môi trường (A) và kiểu gen (B) của các dòng lai qua 5 môi trường vụ Đông Xuân 2015-2016 ......................................................... 117 Hình 3.47. Dòng lai HTL7 ................................................................................. 119 Hình 3.48. Dòng lai HTL8 ................................................................................. 120
xvi Hình 3.49. Giản đồ Biplot tương tác kiểu gen và môi trường theo mô hình AMM2 .......................................................................................................... 121 Hình 3.50. Phân nhóm môi trường (A) và kiểu gen (B) của các dòng lai qua 5 môi trường trong vụ Hè Thu 2016 ............................................................... 122
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng đối với con người đứng thứ hai sau lúa mì trên thế giới về cả diện tích và sản lượng. Cây lúa được gieo trồng trên một diện tích khoảng 158 triệu ha, với năng suất trung bình 4,32 t/ha và có tổng sản lượng khoảng 685 triệu tấn/năm [150]. Lúa còn là lương thực chính cho hơn phân nửa số dân trên thế giới, tuy nhiên hơn 90% diện tích lúa trên thế giới được tập trung trồng và tiêu thụ tại Châu Á. Lúa gạo cung cấp từ 35% đến 59% nguồn năng lượng cho hơn 3 tỷ người trên thế giới [11]. Ở Việt Nam, cây lúa cũng được xem là cây lương thực quan trọng bậc nhất do lúa được gieo trồng trên diện rộng và được đa số người dân dùng làm lương thực chính trong bữa ăn hàng ngày. Lúa được gieo trồng trên một diện tích hơn 7,5 triệu ha, với năng suất bình quân là 5,32 t/ha, và tổng sản lượng cả năm đạt khoảng gần 40 triệu tấn/năm [27]. Trong những năm qua diện tích lúa có chiều hướng suy giảm nhưng sản lượng lúa của nước ta không ngừng gia tăng, vì vậy với sản lượng này không những chỉ đảm bảo được chiến lược an ninh lương thực mà còn duy trì lượng gạo được xuất khẩu năm 2014 khoảng 7 triệu tấn, đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan [27]. Trong điều kiện biến đổi khí hậu: nhiệt độ không khí nóng dần lên, hạn hán và tác động của nó trên các cây trồng có thể làm giảm từ 15% đến 50% năng suất, có thể dẫn đến tình trạng khan hiếm lương thực trên thế giới. Nhiều kết quả nghiên cứu cho rằng cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng đã phát triển một số cơ chế để thích nghi được với các tác động của hạn hán và nhiệt độ nóng của môi trường. Tuy nhiên cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng cũng cần một thời gian dài mới thích nghi được với môi trường biến đổi. Stress do nhiệt độ cao trên cây trồng là sự gia tăng nhiệt độ vượt qua ngưỡng chịu đựng trong một khoảng thời gian và gây ra những tác động có hại lên sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Stress do nhiệt độ cao có thể gây ảnh hưởng
2 nghiêm trọng đến năng suất cây trồng [55]. Ở mức độ tế bào, các hoạt động trong tế bào sẽ bị rối loạn và cấu trúc tế bào có thể phá hủy trong vài phút [110]. Những rối loạn trong trao đổi chất của tế bào được thể hiện qua sự biến tính protein, bất hoạt các enzyme ở ty thể và lục lạp, ức chế quá trình sinh tổng hợp protein [56] và cuối cùng là giảm thiểu sự sinh trưởng phát triển và cuối cùng ảnh hưởng đến năng suất, phẩm chất của cây trồng [116]. Đối với cây lúa ảnh hưởng của stress do nhiệt độ cao được thấy rõ nhất ở giai đoạn lúa ra hoa khi nhiệt độ môi trường trên 35°C. Sự ra hoa, thụ phấn, và sự phát triển ống phấn sẽ bị kìm hãm dẫn đến việc gây ảnh hưởng đến khả năng phát triển của hạt ([94]; [100]; [148]. Nếu nhiệt độ môi trường liên tục cao hơn 35°C trong 5 ngày sẽ dẫn đến bất thụ ở hoa và không có hạt. Ngược lại, stress do nhiệt độ cao xảy ra ở giai đoạn đầy hạt (grain filling) sẽ dẫn đến thiệt hại về mặt kinh tế qua việc giảm sút sản lượng và chất lượng hạt [148]. Chất lượng hạt giảm thể hiện qua biểu hiện bên ngoài của hạt lúa: ở giai đoạn trước và sau khi xay xát và khi nấu thành cơm, do cấu trúc của amylopectin, độ đàn hồi và độ dẻo của hạt bị biến đổi [30]. Giai đoạn chín của hạt lúa dưới điều kiện nhiệt độ cao sẽ làm cho hạt bị bạc bụng và khối lượng 1.000 hạt sẽ giảm. Trong thời gian gần đây, hiện tượng nhiệt độ nóng lên của trái đất đã và đang ảnh hưởng bất lợi đến sự sống của sinh vật và sự sinh trưởng - phát triển của cây trồng. Sản xuất nông nghiệp là lĩnh vực chịu tác động mạnh của biến đổi khí hậu (BĐKH) dẫn đến sự giảm sút sức sản xuất của cây trồng, thậm chí mất mùa làm gia tăng đói nghèo trên phạm vi toàn cầu, đặc biệt là ở vùng nhạy cảm với biến đổi khí hậu như Việt Nam. Mô phỏng về thay đổi khí hậu dự đoán rằng: nhiệt độ trung bình của khí quyển sẽ tăng theo thời gian, là vấn đề không đảo ngược. Nhiệt độ cao ở giai đoạn lúa trỗ sẽ làm tăng tỉ lệ hạt lép và làm giảm năng suất. Tại miền Nam Việt Nam, theo Trung tâm dự báo khí tượng thủy văn trung ương đã theo dõi trong 5 năm (2004 – 2008) ghi nhận rằng: nhiệt độ cao nhất và thấp nhất lần lượt là 38,3°C và 24,0°C. Nhiệt độ trung bình là trong năm 2008 dao động từ 26,4°C đến 27,6°C.