Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và mức độ phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến được tạo ra từ giống lúa ST19 và Q2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái, các yếu tố cấu thành năng suất, chất lượng và đa dạng di truyền ở mức độ phân tử để xác định mối quan hệ di truyền của tập đoàn các dòng lúa được tạo ra từ đột biến của giống ST19 và Q2.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và mức độ phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến được tạo ra từ giống lúa ST19 và Q2

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT NGUYỄN THÁI DƯƠNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN Ở MỨC ĐỘ HÌNH THÁI VÀ MỨC ĐỘ PHÂN TỬ TẬP ĐOÀN CÁC DÒNG LÚA ĐỘT BIẾN ĐƯỢC TẠO RA TỪ GIỐNG LÚA ST19 VÀ Q2 Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã ngành: 8420114 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Khuất Hữu Trung Đơn vị công tác: Viện Di Truyền Nông Nghiệp Việt Nam Hà Nội – 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Khuất Hữu Trung. Kết quả đề tài là một phần kết quả của đề tài NCS. Hoàng Thị Loan: “Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử và đột biến thực nghiệm để nâng cao chất lượng lúa ST19 và Q2”. Các số liệu và tài liệu trích dẫn nêu trong luận văn là trung thực. Kết quả nghiên cứu trong luận văn này không trùng với bất kì công trình nào đã được công bố trước đó. Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình. Tác giả luận văn Nguyễn Thái Dương i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Khuất Hữu Trung, người hướng dẫn đề tài, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ, cung cấp tài liệu, kiến thức quý báu và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Sinh thái – Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Ban Lãnh đạo Viện Di Truyền Nông Nghiệp, các anh chị em bộ môn Kĩ Thuật Di Truyền – Viện Di Truyền Nông Nghiệp đã tạo điều kiện và hỗ trợ cho quá trình học tập, nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn đề tài độc lập cấp nhà nước, mã số ĐT.ĐL- G36.2012, cảm ơn NCS – Hoàng Thị Loan đã thiết kế, hướng dẫn và trực tiếp bố trí các thí nghiệm cho tôi, động viên, giúp đỡ, cung cấp tài liệu, và tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện đề tài. Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã yêu thương, thông cảm, chia sẽ, an ủi, khích lệ tôi trong những lúc khó khăn khi thực hiện luận văn, giúp tôi có thêm động lực để hoàn thành chương trình học và thực hiện nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Thái Dương ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii MỤC LỤC ............................................................................................................................iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................ v DANH SÁCH BẢNG ..........................................................................................................vii DANH SÁCH HÌNH ..........................................................................................................viii PHẦN I: MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 PHẦN II. NỘI DUNG ........................................................................................................... 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................................ 4 1.1.Tổng quan về cây lúa ....................................................................................................... 4 1.1.1.Nguồn gốc và phân loại cây lúa .................................................................................... 4 1.1.2.Đặc tính nông học của các giống lúa ............................................................................ 5 1.2.Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái về năng suất, chất lượng ....................... 7 1.2.1.Một số các chỉ tiêu đánh giá của đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất cây lúa........................................................................................................................................... 7 1.2.2.Phương pháp đánh giá đặc tính nông học ở lúa ............................................................ 9 1.3.Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử ............................................................... 10 1.3.1.Sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa ...................................................... 10 1.3.2.Nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa ở mức độ phân tử trên thế giới ...................... 14 1.3.3.Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền cây lúa mức độ phân tử của Việt Nam ........ 15 1.3.4.Một số thành tựu trong chọn tạo giống lúa chất lượng ............................................... 16 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 20 2.1.Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................................ 20 2.2.Nội dung nghiên cứu ...................................................................................................... 20 2.3.Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 21 2.3.1.Phương pháp nghiên cứu đồng ruộng ......................................................................... 21 2.3.1.1.Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử ..................................................... 30 2.3.2.phân tích số liệu .......................................................................................................... 33 2.4.Địa điểm và thời gian thực hiện ..................................................................................... 34 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 35 3.1.Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái ............................................................. 35 iii
3.1.1.Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng lúa đột biến và đối chứng....................................................................................................................................41 3.2.Đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu và giống gốc dựa vào các đặc điểm hình thái........................................................................................................................................47 3.3.Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử ............................................................... 52 3.3.1.Kết quả tách chiết DNA tổng số ................................................................................. 52 3.3.2.Kết quả phân tích đa hình DNA bằng các chỉ thị phân tử SSR .................................. 53 3.5.3.Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của các dòng lúa nghiên cứu....60 3.5.3.1.Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 20 dòng lúa đột biến và giống gốc ST19 .................................................................................................................... 60 3.5.3.2. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 4 dòng lúa đột biến và giống gốc Q2 ........................................................................................................................ 64 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 65 1. Kết luận ............................................................................................................................ 65 2. Kiến nghị.......................................................................................................................... 66 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ..................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 68 iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AMY Amylose Content of the Grain AlkD Alkali Digestion CDS Coding sequence CTPT Chỉ thị phân tử CS Culm Strength DNA Deoxyribonucleic acid ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long EAP External Antisense Primer ESP External Sense Primer EXS Panicle Exsertion HT Plant Height H% Tỷ lệ dị hợp tử IFAP Internal Fragrant Antisense Primer INSP Internal Non-fragrant Sense Primer IRRI International Rice Research Institute NBCI National Center for Biotechnology Information M% Tỷ lệ số liệu khuyết thiếu NST Nhiễm Sắc Thể NCS Nghiên cứu sinh PCR Polymerase Chain Reaction QTL Quantitative Trait Loci RAPD Random Amplified Polymorphic DNAs RFLP Restriction Fragment Length Polymorphisms SCT Scent SEN Leaf Senescence SES Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa v
SNP Single Nucleotide Polymorphism SSR Simple Sequence Repeats STS Sequence Tagged Sites TGST Thời gian sinh trưởng TLC Thin layer chromatography USDA United States Department of Agriculture vi
DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa ...... 5 Bảng 2.1. Tên và liều đột biến của các dòng đột biến và giống gốc được nghiên cứu.. ..................................................................................................... 20 Bảng 2.2: Tên và vị trí các mồi trên nhiễm sắc thể......................................... 26 Bảng 2.3. Hệ thống đánh giá chuẩn hàm lượng amylose cho lúa (IRRI, 1988) ……………………………………………………………………………… 29 Bảng 2.4. Bảng phân cấp độ trở hồ (IRRI, 1979) ........................................... 29 Bảng 2.5. Đánh giá độ trở hồ theo thang điểm của IRRI (1979) .................... 30 Bảng 2.6. Thành phần các chất dùng cho mỗi phản ứng PCR với mồi SSR...32 Bảng 2.7. Chương trình chạy của phản ứng PCR .......................................... 32 Bảng 2.8. Các tính trạng hình thái nông học và thang điểm ........................... 24 Bảng 3. 1. Kết quả đánh giá các chỉ tiêu đặc tính nông học của các dòng đột biến và đối chứng được gieo trồng vào vụ mùa năm 2016 ............................. 37 Bảng 3. 2. Kết quả đánh giá mật độ chỉ tiêu đặc tính chất lượng của các dòng đột biến và đối chứng được gieo trồng vào vụ mùa năm 2016 ....................... 41 Bảng 3. 3. Kết quả kiểm tra gen BAD2 của các dòng lúa nghiên cứu ........... 44 Bảng 3. 4. Số alen thể hiện và hệ số PIC của 20 cặp mồi SSR trên các dòng đột biến từ giống ST19 .................................................................................... 56 Bảng 3 5. Số alen thể hiện và hệ số PIC của 20 cặp mồi SSR trên các dòng đột biến từ giống Q2 .............................................................................................. 57 Bảng 3 6.Tỷ lệ dị hợp tử (H%) và tỷ lệ số liệu khuyết (M%) của các dòng lúa đột biến từ giống ST19 .................................................................................... 59 Bảng 3 7.Tỷ lệ dị hợp tử (H%) và tỷ lệ số liệu khuyết (M%) của các dòng lúa đột biến từ giống Q2........................................................................................ 60 Bảng 3 8. Hệ số tương đồng di truyền giữa giống ST19 và 20 dòng đột biến 62 vii
DANH SÁCH HÌNH Hình 3.1. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các dòng lúa nghiên cứu với mồi BADH2………………………………………………………………………43 Hình 3.2. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các dòng lúa nghiên cứu với mồi W-xy…………..………………………………………………………….….46 Hình 3.3. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền dựa vào các đặc điểm hình thái của 20 dòng đột biến và giống ST19....................................................... .49 Hình 3.4. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền dựa vào các đặc điểm hình thái của 4 dòng đột biến và giống Q2 ............................................................. 51 Hình 3.6. ảnh điện di sản phẩm PCR các mồi SSR với các dòng đột biến và đối chứng.........................................................................................................54 Hình 3.7. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các dòng lúa nghiên cứu với cặp mồi RM224…………………………………………………………………..56 Hình 3.8. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các dòng lúa nghiên cứu với cặp mồi RM234......................................................................................................58 Hình 3.9. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 21 dòng lúa nghiên cứu...................................................................................................................63 viii
PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng đứng thứ ba trên thế giới sau ngô và lúa mì. Tuy nhiên, gạo lại là lương thực chính cho khoảng 3,7 tỷ người trên hành tinh vào thời điểm hiện tại. Do được con người thuần hóa và phát triển từ hàng ngàn năm về trước nên lúa có sự phân bố rộng trên trái đất. Có đến 114 quốc gia coi lúa và cây trồng quan trọng, phân bố ở tất cả các châu lục trên thế giới. Việc sản xuất lúa gạo tập trung chủ yếu ở các nước châu Á, nơi chiếm hơn 91% về diện tích gieo trồng cũng như về sản lượng, khoảng 9% còn lại được phân bố ở Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Phi. Do đó, các chương trình chọn tạo giống lúa luôn được chú trọng và phát triển nhằm tăng năng suất và chất lượng lúa, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ đang tăng trên toàn cầu. Từ buổi đầu của nền văn minh, cây lúa là cây trồng được gắn liền với quá trình phát triển của loài người và đã trở thành cây lương thực chính của Châu Á nói chung, người Việt Nam ta nói riêng. Diện tích trồng lúa trên thế giới không ngừng tăng, theo số liệu từ FAO đến năm 2016 diện tích trồng lúa khoảng gần 163,3 triệu ha. Tại Việt Nam từ năm 1945 đến nay, theo tổng cục thống kê diện tích trồng lúa gạo không ngừng được mở rộng, năng suất ngày một tăng đến năm 2016 đạt 7,79 triệu ha. Từ những năm đầu thực hiện công cuộc đổi mới của đất nước (1986), chúng ta vẫn nằm trong danh sách các nước thiếu lương thực trầm trọng, song với đường lối đổi mới của Đảng ngành nông nghiệp đã có bước khởi sắc, chúng ta từ một nước nhập khẩu lương thực đã trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới (Nguyễn Thị Anh Hạnh, 2008) [7]. Hiện nay do tác động của biến đổi khí hậu, tình hình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn như: Mất diện tích đất nông nghiệp do mực nước biển dâng, xâm lấn những cánh đồng thấp trũng ven biển. 1
- Mùa đông có những đợt rét kéo dài, mùa hè thì hạn hán, nắng nóng, thiếu nước dẫn đến hoang mạc hóa, sa mạc hóa trên những vùng đất cát, đất trống, đồi trọc ảnh hưởng sự sinh trưởng phát triển của cây trồng dẫn đến giảm năng suất sản lượng cây trồng, hiệu quả kinh tế và đe dọa đến an ninh lương thực. - Biến đổi khí hậu làm thay đổi điều kiện sinh sống của các loài sinh vật, dẫn đến tình trạng biến mất của một số loài và ngược lại làm xuất hiện nguy cơ gia tăng các loài “gây hại”. - Biến đổi khí hậu có thể tác động đến thời vụ, làm thay đổi cấu trúc mùa mang gây thất thu, mất mùa. Nhiệm vụ của công tác chọn tạo giống cây trồng là phải làm thế nào trong thời gian ngắn nhất tạo ra được những giống cây trồng mới có năng suất cao, phẩm chất tốt ổn định, khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất thuận, đáp ứng được yêu cầu sản xuất nông nghiệp và của nền kinh tế quốc dân. Tiến hành thí nghiệm chọn, tạo ra các giống mới đưa ra sản xuất để bổ sung vào cơ cấu giống là nhiệm vụ rất quan trọng. Bên cạnh đó việc đánh giá về năng suất, chất lượng cũng như khả năng chống chịu sâu bệnh, đặc điểm hình thái, các đặc tính nông học và phân tử của các dòng giống lúa đang được tạo ra là điều cần thiết để chọn lọc ra những giống lúa phù hợp với điều kiện về địa lý và cho năng suất và chất lượng gạo cao nhất. Vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và mức độ phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến được tạo ra từ giống lúa ST19 và Q2.” nhằm tìm ra những dòng lúa triển vọng có năng suất cao, chất lượng tốt kháng sâu bệnh khá thích ứng được với các điều kiện môi trường biến đổi khí hậu phức tạp hiện nay và góp phần bảo đảm an ninh lượng thực trong nước và trên thế giới. 2. Mục tiêu của nghiên cứu Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái, các yếu tố cấu thành năng suất, chất lượng và đa dạng di truyền ở mức độ phân tử để xác định mối 2
quan hệ di truyền của tập đoàn các dòng lúa được tạo ra từ đột biến của giống ST19 và Q2. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: 20 dòng lúa được phát triển từ giống ST19 và 4 dòng lúa được phát triển từ giống Q2 qua xử lí đột biến phóng xạ và chọn lọc đến thế hệ M6 và đối chứng lần lượt là giống gốc ST19 và Q2. - Thời gian nghiên cứu: từ tháng 5/2016 đến tháng 8/2018. - Địa điểm nghiên cứu: Thực hiện các thí nghiệm phân tử tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền, Viện Di truyền Nông nghiệp. Thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện tại: Khu nhà lưới Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên. Khu khảo nghiệm lúa Trường Cao đẳng nghề Kinh tế Kỹ thuật Tô Hiệu Hưng Yên. 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Cung cấp thêm nhiều dữ liệu thông tin về đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và phân tử của các dòng đột biến tạo từ giống ST19 và Q2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài góp phần chọn lọc các dòng ưu tú về tiềm năng năng suất cũng như chất lượng từ 20 dòng đột biến từ ST19 và 4 dòng đột biến từ Q2. 3
PHẦN II. NỘI DUNG CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về cây lúa 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa Lúa trồng (Oryza sativa L.) là cây trồng có từ lâu đời và gắn liền với quá trình phát triển của xã hội loài người, nhất là vùng châu Á. Theo Mai Thọ Trung (1990) [15], lúa trồng hiện nay có nguồn gốc từ lúa dại (Oryza fatua, Oryza off Cinalis, Oryza minuta) do quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo lâu dài tạo nên. Lúa trồng thuộc: Giới : thực vật (Plantae), Ngành : thực vật có hoa (Angios permes), Lớp : một lá mầm (Mono Cotyledones), Bộ : hoà thảo có hoa (Poales), Họ : hoà thảo (Poaceae) trước đây gọi là họ Graminae, Chi : Oryza, Chi Oryza có 23 loài phân bố rộng khắp thế giới. Loài Orazy sativa L. được trồng phổ biến ở khắp các nước trên thế giới và phần lớn tập trung ở châu Á. Loài Oryza glaberrima S. được trồng). Loài Oryza sativa L. được chia làm ba loài phụ: - Loài phụ Japonica phân bố ở những nơi có vĩ độ cao (bắc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên), có những đặc điểm như chịu rét cao nhưng ít chịu sâu bệnh. - Loài phụ Indica được trồng ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới (Việt Nam, Ấn Độ, Mianma, Philippin). Loài phụ Indica có đặc điểm: hạt dài, thân cao, mềm, dễ đổ, chịu sâu bệnh khá, năng suất thấp, mẫn cảm với chu kỳ 4
ánh sáng. - Loài phụ Javanica có hình thái trung gian giữa Indica và Japonica. Hạt dài nhưng dày và rộng hơn hạt của Indica, chỉ được trồng ở một vài nơi thuộc Indonesia. Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa Đặc Indica Javanica Japonica tính Thân - Thân cao - Thân cao trung bình - Thân thấp Chồi - Nở bụi mạnh - Nở bụi thấp - Nở bụi trung bình - Lá rộng, xanh - Lá rộng, cứng, xanh Lá - Lá hẹp, xanh đậm nhạt nhạt - Hạt thon dài, dẹp - Hạt tròn, ngắn - Hạt to, dầy - Hạt hầu như - Hạt không đuôi tới - Hạt không có đuôi không có đuôi có đuôi dài Hạt hoặc có đuôi dài - Trấu ít lông và - Trấu có lông dài và - Trấu có lông dài lông ngắn dày - Ít rụng hạt - Hạt dễ rụng - Ít rụng hạt Sinh - Tính quang cảm - Tính quang cảm rất - Tính quang cảm rất học rất thay đổi yếu thay đổi 1.1.2. Đặc tính nông học của các giống lúa Lúa là cây thân thảo sinh sống hàng năm. Thời gian sinh trưởng của các giống dài ngắn khác nhau và trong khoảng 60 - 250 ngày tuỳ theo giống, vụ lúa chiêm hay mùa, cấy sớm hay muộn. Chu kỳ sinh trưởng, phát triển của cây lúa bắt đầu từ hạt và cây lúa cũng kết thúc một chu kỳ của nó khi tạo ra hạt mới. Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa có thể được chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn sinh trưởng được tính từ thời kì mạ đến đẻ nhánh; Giai đoạn sinh thực tính từ thời kì làm đốt đến hạt chín. Các nhân tố sinh thái (nhiệt độ, ánh sáng, nước, đất…) thường xuyên ảnh 5
hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa, trong đó nhiệt độ có tác dụng quyết định. Ở mỗi giai đoạn sinh trưởng, cây lúa yêu cầu nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ thích hợp nhất là 280C - 320C, ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ dưới 130C. Nhiệt độ tối thích cho nảy mầm là 200C - 350C, ra rễ là 250 C - 280 C, vươn lá là 310C (Lê Trần Bình và cộng sự, 1995) [1]. Ánh sáng tác động tới cây lúa thông qua cường độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng. Quang hợp của lúa nước tiến hành thuận lợi ở điều kiện chiếu sáng 250 - 400 cal/cm2/ngày (Trần Kim Đồng và cộng sự, 1991) [5]. Cường độ ánh sáng trong ngày ảnh hưởng đến quá trình ra hoa, kết quả ở lúa. Dựa vào phản ứng quang chu kỳ người ta chia cây lúa làm 3 loại: loại phản ứng với ánh sáng ngày dài, yêu cầu thời gian chiếu sáng trên 13 giờ/ngày; loại phản ứng với ánh sáng ngày ngắn, yêu cầu thời gian chiếu sáng dưới 13 giờ/ngày; loại phản ứng trung tính có thể ra hoa trong bất cứ điều kiện ngày ngắn hay ngày dài (Lê Trần Bình và Lê Thị Muội, 1998) [2]. Lúa yêu cầu nhiều nước hơn các cây trồng khác, để tạo ra 1g chất khô cây lúa cần 628g nước. Lượng nước cần thiết cho cây lúa trung bình 6 - 7mm/ngày trong mùa mưa, 8 - 9mm/ngày trong mùa khô. Đất trồng lúa tốt nhất là đất thịt, trung tính đến sét, có hàm lượng N, P, K tổng số cao; pH = 4,5 - 7,0, độ mặn nhỏ hơn 0,5% tổng số muối tan [5, 4]. Đặc điểm hình thái dòng lúa ST19 Giống lúa ST19 là giống lúa thuộc loài phụ Indica, có thời gian sinh trưởng 115-120 ngày vụ xuân, vỏ trấu có màu nâu. Hạt gạo trong, cơm mềm, dẻo, hàm lượng amylose 18%- 21% có mùi thơm. Hạt gạo ST19 dài 7,5mm, đang được trồng phổ biến ở các tỉnh phía Nam, nhất là các tỉnh Sóc Trăng và Cà Mau. Giống có năng suất khá, đặc biệt là chất lượng cao, chịu phèn mặn khá, có kiểu hình đẹp, lá hình lòng mo, chịu thâm canh, năng suất khá, chỉ thích ứng ở phía Nam, khi giống mang ra trồng ở phía Bắc thì giống có 4 nhược điểm lớn cần khắc phục: Dài ngày, năng suất thấp; Bông thưa, tỷ lệ lép 6
cao; Nhiễm sâu bệnh nặng, nhất là bạc lá và rầy nâu; Chịu rét kém vào vụ đông xuân. Đặc điểm hình thái dòng lúa Q2 Giống Q2 có thời gian sinh trưởng 130-140 ngày vụ xuân, hàm lượng amylose 25%, năng suất cao đạt 60-65 tạ/ha nhưng cơm cứng và dài ngày. 1.2. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái về năng suất, chất lượng 1.2.1. Một số các chỉ tiêu đánh giá của đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất cây lúa Trong sản xuất lúa, năng suất là mục tiêu cuối cùng và là một chỉ tiêu kinh tế quan trọng, có ý nghĩa quyết định đến sự tồn tại hay không tồn tại của một giống lúa. Mặt khác năng suất là chỉ tiêu tổng hợp phản ánh kết quả của một giống. Khả năng cho năng suất của các giống lúa được thể hiện qua các yếu tố cấu thành năng suất như: Số bông/m2, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt, các yếu tố này liên quan chặt chẽ với nhau. Số bông/m2 phụ thuộc vào quá trình đẻ nhánh hữu hiệu và số cây trên đơn vị diện tích. Dựa vào điều kiện đất đai, dinh dưỡng, khí hậu của địa phương và đặc điểm của từng giống để quyết định mật độ cấy, tỷ lệ đẻ nhánh từ đó sẽ quyết định số bông, số hạt, tỷ lệ hạt chắc và năng suất cuối cùng. Khả năng đẻ nhánh: Đẻ nhánh là tập tính sinh học của cây lúa, nhanh được hình thành từ các mắt trên thân. Các mầm này có thể phát triển thành nhánh khi gặp điều kiện thuận lợi. Khả năng đẻ nhánh nhiều hay ít phụ thuộc và đặc điểm của từng giống, tùy thuộc vào tuổi mạ, kỹ thuật cấy, điều kiện dinh dưỡng, nước, điều kiện ngoại cảnh. Cây lúa càng nhiều nhánh, tỉ lệ nhánh hữu hiệu cao thì cho năng suất càng cao. Độ cứng cây: Ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của lúa. Trong thời kì hạt bắt đầu chín, độ cứng cây cần đạt yêu cầu để giữ cho cây lúa không bị đổ gục trước những đợt gió hoặc mưa to. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng cây 7
như bón phân, ánh sáng và chất lượng giống. Cây càng yếu thì khả năng nâng đỡ bông lúa càng kém. Chiều cao cây: Chiều cao cây là một chỉ tiêu quan trọng, ảnh hưởng tới năng suất, những giống có chiều cao cây thấp, thân rạ cứng thường là những giống chịu thâm canh cao, khả năng tích luỹ vật chất khô lớn, có tiềm năng cho năng suất cao. Chiều cao cây là đặc trưng của từng giống. Chiều cao cây phụ thuộc vào điều kiện canh tác, chăm sóc, thời vụ gieo trồng,... khác nhau thì chiều cao cây cũng khác nhau, ngoài ra chiều cao cây còn phụ thuộc vào chiều dài lóng và số lóng trên thân. Xu hướng chọn tạo hiện nay của Việt Nam cũng như trên thế giới là chọn lọc ra nhiều giống lúa mới có năng suất cao, phẩm chất tốt, cây thấp chịu thâm canh, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh và sâu bệnh hại. Độ thoát cổ bông: Khả năng không trỗ thoát cổ bông nhìn chung được coi là một nhược điểm di truyền, có ảnh hưởng đến năng suất lúa nếu giống lúa có tỉ lệ thoát cổ bông thấp, nhiều hạt lúa không thoát ra khỏi bẹ lá đòng dẫn tới hình thành hạt lép. Thời gian sinh trưởng: Thời gian sinh trưởng của các giống lúa bắt đầu từ khi gieo đến khi thu hoạch được chia làm nhiều giai đoạn khác nhau, các giai đoạn sinh trưởng luôn biến động theo giống, mùa vụ tác động của con người thông qua các biện pháp kỹ thuật trong quá trình sản xuất. Sinh trưởng, phát triển là một chỉ tiêu quan trọng liên quan chặt chẽ với năng suất lúa. Quá trình sinh trưởng, phát triển của lúa thể hiện trên đồng ruộng là kết quả của sự phản ánh tính bền vững của giống về mặt di truyền, đồng thời cũng phản ánh được khả năng phản ứng của giống với điều kiện ngoại cảnh. Hay nói cách khác, các giống khác nhau thì đặc tính của từng giống là khác nhau. - Năng suất hạt: Trên ruộng lúa số bông/m2 phụ thuộc rất nhiều vào khả năng đẻ nhánh và sức đẻ nhánh hữu hiệu. Như vậy, muốn nâng cao số bông trên đơn vị diện tích nhất thiết phải tác động, thúc đẩy hai yếu tố trên một 8
cách hài hoà nhất. Thực tế ta thấy rằng quần thể ruộng lúa có quy luật tự điều tiết, không cho phép cấy dày hay thưa quá vì không phù hợp với những lợi ích về kinh tế và kỹ thuật. Số hạt/bông nhiều hay ít tuỳ thuộc vào số gié, hoa phân hoá cũng như số gié, hoa thoái hoá, các quá trình này nằm trong thời kỳ cây lúa sinh trưởng sinh thực (làm đòng). Hạt chắc/bông là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến năng suất. Thời kỳ quyết định hình thành số hạt chắc/bông bắt đầu từ thời kỳ phân hoá đòng đến cuối thời kỳ vào chắc (từ trước trỗ 30 ngày đến sau trỗ 15 ngày). 1.2.2. Phương pháp đánh giá đặc tính nông học ở lúa Để đánh giá các các yếu tố về đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng lúa trên thế giới thường sử dụng hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa (SES) theo tiêu chuẩn IRRI (1996) [21]. Riêng tại Việt Nam còn có thêm hệ thống đánh giá theo thang điểm của tiêu chuẩn ngành quy phạm khảo nghiệm giống lúa 10 TCN 558 - 2002. Phương pháp đánh giá theo IRRI (1996) [21] giúp các nhà nghiên cứu lúa trên thế giới có một tiếng nói chung trong công tác đánh giá đặc tính của cây lúa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu thập, xử lý và phân tích các số liệu trong những thí nghiệm đa môi trường, tăng cường phương pháp tiếp cận đa lĩnh vực trong công tác cải thiện giống lúa, thang điểm SES đánh giá hàng loạt các đặc tính di truyền nhằm phân nhóm xếp hạng các tập đoàn quỹ gen cây lúa hoặc các dòng lai. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế trong cách đánh giá này là phức tạp trong các phương pháp thang điểm và đánh giá sự giao động giữa các tính trạng. Với phương pháp khảo nghiệm DUS theo tiêu chuẩn ngành của Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Quy phạm này quy định nguyên tắc, nội dung và phương pháp khảo nghiệm tính khác biệt (Distinctness), tính đồng nhất (Uniformity), tính ổn định (Stability) - gọi tắt là khảo nghiệm DUS - của các giống lúa mới, bao gồm giống thuần (true line varieties), các dòng bố mẹ lúa 9
lai và giống lai F1 (hybrid varieties), thuộc loài Oryza sativa Linn. Hiện nay có nhiều vùng, địa phương tiến hành đánh giá chất lượng giống lúa dựa trên năng suất và phẩm chất của giống lúa, đánh giá các đặc tính nông học như chịu hạn, chịu mặn, thời gian sinh trưởng, khả năng chống chịu sâu bệnh được cho là những ưu tiên khi đánh giá một giống lúa, xem nó có phù hợp với địa lý và điều kiện ở địa phương, khu vực gieo trồng hay không. Abifarin và cộng sự (1972) [16], nghiên cứu đặc điểm nông sinh học và năng suất trong điều kiện nước trời và có tưới nước tiến hành theo dõi các đặc điểm liên quan đến khả năng chịu hạn như độ cuốn lá, độ khô lá, độ tàn lá, khả năng trỗ thoát, khả năng chịu hạn, khả năng phục hồi sau 7 ngày khi kết thúc đợt hạn tự nhiên (khi có mưa trở lại) theo thang điểm của IRRI. Theo Nguyễn Thanh Tuyền (2006) [14], kết quả nghiên cứu về một số đặc điểm nông sinh học và chỉ tiêu chất lượng của các dòng giống lúa tẻ thơm ngắn ngày năng suất cao. Thời gian sinh trưởng của các dòng giống lúa trong các vụ xuân dao động từ 128 ngày (KD18) đến 142 ngày (D30, D23, DTT05) vụ mùa từ 110 ngày (KD18) đến 119 ngày (D30, D23). Như vậy các dòng này thuộc nhóm có thời gian sinh trưởng ngắn thích hợp với trà xuân muộn và sớm. Các dòng lai đều có TGST dài hơn cả 2 bố mẹ (LT2, KD18). 1.3. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử 1.3.1. Sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa Chỉ thị phân tử (CTPT) là các chỉ thị chọn lọc trực tiếp dựa trên cấu trúc phân tử DNA. Các chỉ thị di truyền được phát hiện thông qua phương pháp đánh dấu các đoạn oligonucleotit và đều có một số đặc điểm chung là không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, thường liên kết với các tính trạng trội hoặc siêu trội, mang tính ổn định và di truyền qua các thế hệ. Số lượng các chỉ thị DNA là rất lớn, cây trồng có khoảng 108 - 1010 Nucleotit trong DNA tổng số và vì thế nếu giữa 2 cá thể chỉ cần có sự sai khác nhỏ thì giữa chúng sẽ có một 10
số lượng khổng lồ các chỉ thị DNA để phân biệt sự sai khác đó. Theo lý thuyết, một chỉ thị DNA lý tưởng phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sau: - Cho đa hình cao - Di truyền đồng trội - Xuất hiện nhiều trong bộ gen - Tập tính chọn lọc trung tính - Dễ tiếp cận - Phân tích nhanh, dễ dàng Tuy nhiên, việc tìm được một chỉ thị phân tử có thể thoả mãn được tất cả các yêu cầu trên là điều rất khó khăn. Tuỳ thuộc vào từng nghiên cứu mà người ta sử dụng hệ thống các chỉ thị phù hợp cho mục đích của mình. Các chỉ thị phân tử được phân loại dựa trên phương pháp thực hiện với chúng bao gồm: chỉ thị dựa trên cơ sở lai DNA (chỉ thị RFLP) và chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản DNA (chỉ thị RADP, SSR,…)  Chỉ thị RFLP RFLP là một kỹ thuật áp dụng để phân biệt các sinh vật với nhau bằng cách phân tích các kiểu dẫn xuất hình thành từ việc cắt nhỏ DNA của chúng. Nếu hai sinh vật khác nhau về các khoảng cách giữa các vị trí phân cắt vốn thực hiện bởi các enzymes cắt giới hạn giữa chuỗi đặc hiệu (particular Restriction Endonucleases), chiều dài của các đoạn hình thành sẽ khác nhau khi mà DNA bị phân giải bởi các enzyme cắt giới hạn đó. Sự giống nhau hay không giữa các mẫu khảo sát dựa trên RFLP có thể được sử dụng để phân biệt ra các loài (và thậm chí các dòng) trong số các sinh vật được nghiên cứu. Bằng kỹ thuật RFLP thì sự khác nhau giữa các sinh vật có nguồn gốc từ sự sắp xếp lại DNA xảy ra trong quá trình tiến hóa hoặc đột biến điểm xảy ra trong trình tự DNA tại vị trí nhận dạng để hoạt động của Restriction Endonuclease hoặc việc thêm, mất một hay nhiều nucleotides hay giao chéo không cân bằng. Như thế, một đa hình có thể sử dụng để phân biệt các loài 11