Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu tích hợp một số gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15 phục vụ công tác chọn tạo giống

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:92

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm sử dụng kỹ thuật marker phân tử kết hợp với lai hồi giao (backcross) để nhanh chóng đưa các gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa ưu tú BC15 đang trồng phổ biến (mega variety) phục vụ cho các chương trình nghiên cứu chọn tạo giống lúa và trực tiếp cho sản xuất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học thực nghiệm: Nghiên cứu tích hợp một số gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15 phục vụ công tác chọn tạo giống

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Thị Trang Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP MỘT SỐ GEN KHÁNG BẠC LÁ VÀ KHÁNG ĐẠO ÔN VÀO GIỐNG LÚA BC15 PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS. Khuất Hữu Trung Hướng dẫn 2: PGS.TS. Phạm Bích Ngọc Hà Nội - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các Thầy cô hướng dẫn, kế thừa tiểu Dự án: “Nâng cao năng lực nghiên cứu, làm chủ công nghệ genom học (Genomics – Assisted Breeding- GAB) và công nghệ chọn giống ứng dụng chỉ thị phân tử (Marker Assisted Backcrossing-MABC) để chọn tạo các giống lúa kháng đa yếu tố ứng phó với biến đổi khí hậu”. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi luôn nhận được sự giúp nhiệt tình về nhiều mặt của các thầy cô giáo, lãnh đạo của đơn vị công tác, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới PGS.TS. Khuất Hữu Trung và PGS.TS. Phạm Bích Ngọc, là những người thầy, cô giáo hướng dẫn khoa học luôn tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu để đi đến hoàn thành luận văn này; Tôi xin chân thành cảm ơn Ban đào tạo, Học viện Khoa học và Công nghệ đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu; Tôi cũng xin bày tỏ lời cảm ơn đến lãnh đạo và đồng nghiệp thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp đã luôn giúp đỡ, động viên và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để tôi thực hiện hoàn thành đề tài nghiên cứu luận văn; Tôi vô cùng biết ơn gia đình, cha mẹ đã sinh thành và chịu nhiều vất vả để nuôi dưỡng tôi nên người, đã tạo mọi điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn!
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism Bộ NN-PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn Bp Base pair Cs Cộng sự LRR Lecine rich repeats MABC Marker assisted backcrossing MAS Marker assisted selection NBS Nucleotide binding site NST Nhiễm sắc thể PCR Polymerase chain reaction SSR Simple Sequence Repeats
Danh mục các bảng Bảng 1.1. Các giống lúa mang gen kháng bạc lá được chọn tạo nhờ sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử (MAS) và đã thương mại hóa ở Châu Á...........................16 Bảng 2.1. Danh sách các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu............................37 Bảng 3.1. Bảng thống kê số cây BC2F1 mang gen của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4..................................................................................................52 Bảng 3.2. Danh sách các cá thể BC2F1, gen và đặc điểm nông sinh học........53 Bảng 3.3. Bảng thống kê các cá thể BC2F2 mang gen đồng hợp của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4.................................................................................62 Bảng 3.4. Đặc điểm nông sinh học các cá thể BC2F2 mang gen đồng hợp của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4................................................................66
Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1. Sản lượng gạo thế giới năm 2017/2018.............................................6 Hình 1.2. Tình hình xuất khẩu gạo của top 5 năm 2017 và dự đoán năm 2018……………………………………………………………………….....9 Hình 2.1. Sơ đồ lai hồi giao tích hợp cacdidate gen/ gen Pikp, Xa4, Xa7, Xa21 vào giống nền BC15........................................................................................39 Hình 3.1. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Pita sử dụng cặp mồi PitaTaq1……………………………………………………………………...47 Hình 3.2. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Pikp sử dụng cặp mồi Pikpdel16...............47 Hình 3.3. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Xa4 sử dụng cặp mồi MP1-MP2..............48 Hình 3.4. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Xa7 sử dụng cặp mồi P3...........................49 Hình 3.5. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Xa21 sử dụng cặp mồi pTA248................50 Hình 3.6. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F2 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Pita sử dụng cặp mồi PitaTaq1..................55 Hình 3.7. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F2 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Pikp sử dụng cặp mồi Pikpdel16...............57 Hình 3.8. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F2 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Xa7 sử dụng cặp mồi P3...........................58 Hình 3.9. Ảnh điện di sản phẩm PCR các cá thể BC2F2 của tổ hợp lai (BC15/Tẻ tép) x BC15-4 với gen Xa21 sử dụng cặp mồi pTA248................60
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................................... 1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU............................................................................................ 3 a) Đối tượng và vật liệu nghiên cứu .................................................................................... 3 b) Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................. 4 1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA SẢN XUẤT LÚA GẠO ................................................ 4 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM ......................................................................................................................... 5 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thự lúa gạo trên thế giới ................................................. 5 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo Việt Nam ...................................................... 6 1.3. TỔNG QUAN VỀ BỆNH BẠC LÁ Ở LÚA ............................................................... 9 1.3.1. Lịch sử phát hiện bệnh .............................................................................................. 9 1.3.2. Triệu chứng bệnh bạc lá ............................................................................................ 9 1.3.3. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa .................................................................................. 10 1.3.3.1. Vị trí phân loại ..................................................................................................... 10 1.3.3.2. Đặc điểm di truyền liên quan đến tính gây bệnh ................................................. 11 1.3.3.3. Các chủng sinh lý ở Việt Nam .............................................................................. 12 1.3.4. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá .......................................... 14 1.3.4.1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá trên thế giới .................. 14 1.3.4.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá ở Việt Nam ................... 17 1.4. TỔNG QUAN VỀ BỆNH ĐẠO ÔN Ở LÚA. ........................................................... 18
1.4.1. Lịch sử phát hiện bệnh. ........................................................................................... 18 1.4.2. Triệu trứng bệnh đạo ôn. ......................................................................................... 19 1.4.3. Vi khuẩn gây bệnh đạo ôn. ...................................................................................... 20 1.4.4. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng đạo ôn. ........................................ 21 1.4.4.1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng đạo ôn trên thế giới. ................ 21 1.4.4.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng đạo ôn ở Việt Nam. ................. 23 1.5. ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA ..................................................................................................................... 24 1.5.1. Ứng dụng phương pháp chọn lọc nhờ sự hỗ trợ của marker trong chọn tạo giống lúa (Marker Assisted Selection – MAS) ................................................................. 25 1.5.2. Phương pháp MABC (Marker-assisted backcrossing) ........................................... 32 1.6. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU QUY TỤ CÁC GEN KHÁNG BẠC LÁ /ĐẠO ÔN VÀO 1 GIỐNG LÚA ........................................................................................................ 33 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 36 2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: ..................................................................................... 36 2.2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 36 2.2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................. 36 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 37 2.2.2.1. Phương pháp lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử. ........................................... 37 2.2.2.2. Kỹ thuật lai tạo ..................................................................................................... 40 2.2.2.3.Các phương pháp sinh học phân tử ...................................................................... 41 2.2.2.3.1. Phương pháp tách chiết ADN ........................................................................... 41 2.2.2.3.2. Phương pháp PCR ............................................................................................ 42 2.2.2.3.3. Phương pháp sử dụng enzyme cắt giới hạn Taq1 ........................................... 43 2.2.2.3.4. Phương pháp điện di sản phẩm PCR............................................................... 43
2.2.2.4. Phương pháp đánh giá các tính trạng nông sinh học chính của các dòng BC2F2 mang đa gen. .......................................................................................................... 44 2.2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu.................................................................................... 45 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 46 3.1. KẾT QUẢ CHỌN LỌC DÒNG MANG GEN KHÁNG BẠC LÁ/ĐẠO ÔN THẾ HỆ CON LAI BC2F1 ( VỤ MÙA 2018) .................................................................. 46 3.2. KẾT QUẢ CHỌN LỌC DÒNG MANG GEN KHÁNG BẠC LÁ/ĐẠO ÔN THẾ HỆ BC2F2, VỤ XUÂN 2019 .................................................................................... 54 3.3. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG BC2F2 MANG ĐA GEN KHÁNG BẠC LÁ VÀ ĐẠO ÔN ............................................................................ 62 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 68 4.1. KẾT LUẬN. ............................................................................................................... 68 4.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 69 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 78
1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Gạo đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp lương thực cho dân số thế giới, chiếm gần 44% tổng lượng lương thực thực phẩm (http://www.worldriceproduction.com, 2014-2015) [1]. Trong 20 năm tới, cứ trung bình 1 tỷ dân sẽ tiêu thụ 65 triệu tấn gạo (tương đương 100 triệu tấn thóc). Năm 2035, tổng sản lượng thóc phải tăng thêm so với bây giờ là 114 triệu tấn. Năng suất trung bình có xu hướng đứng lại (hoặc tăng rất chậm). Nhưng có 3 điều đáng lo: đất lúa mất dần, người lao động trồng lúa giảm dần, nước tưới cho lúa thiếu, khiến cho mục tiêu tăng them 114 triệu tấn: trở nên vô cùng khó khăn. Điều đáng lo nữa là chỉ có ít hơn 5% vật liệu di truyền trong ngân hàng gen của IRRI được sử dụng trong các chương trình cải tiến giống lúa (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2014) [2]. Việc sản xuất gạo phải được nhân đôi để đáp ứng yêu cầu dân số ngày càng gia tăng. Thách thức này đã được khắc phục nhờ sự ra đời và phát triển các giống lúa năng suất cao có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi sinh học (sâu bệnh hại) và phi sinh học (mặn, hạn, lạnh..). Trong đó, việc nghiên cứu chọn, tạo các giống lúa kháng các bệnh đạo ôn và kháng bệnh bạc lá là rất cần thiết và đã được nghiên cứu từ khá sớm. Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012) [3], dự báo đến năm 2100 mực nước biển sẽ dâng cao 1m và sẽ có khoảng 2,5% diện tích đất nông nghiệp ven biển miền Trung bị ngập lụt, GDP giảm 10%, tác động trực tiếp đến 8,9% dân số và đói nghèo sẽ tăng từ 21,2 - 35,0%. Theo Hossain MA và cs (2012) [4], nước biển dâng là một trong những nguyên nhân chính làm tăng nhanh diện tích đất nhiễm mặn và là một thách thức lớn đối với sản xuất lúa bền vững. Để đảm bảo sự ổn định về năng suất của các giống lúa, các nhà nghiên cứu trước đây đã nỗ lực tạo ra các giống lúa có khả năng kháng bạc lá, nhưng đa số họ đã không thành công do sự biến đổi đa dạng quần thể bệnh và sự phát triển rộng rãi các chủng, nòi trong các vùng trồng lúa (Sreewongchai và
2 cs., 2010) [5]. Việc chọn tạo các giống lúa có phổ kháng rộng là rất cần thiết để cải thiện tính kháng bệnh bạc lá và đạo ôn ở lúa. Các gen kháng có thể đặc hiệu đối với các tác nhân gây bệnh. Các gen kháng bệnh ban đầu được đưa vào nền di truyền duy nhất mà có thể tạo ra tính kháng bền vì nhiều gen kháng được tích hợp vào các kiểu gen đơn (Koide và cs., 2010) [6]. Trước đây, các nhà chọn tạo giống thường tạo ra các giống lúa kháng bạc lá và kháng đạo ôn bằng phương pháp nhân giống truyền thống. Nhưng nhược điểm của phương pháp này là tốn thời gian do phải tạo ra số lượng lớn cá thể để xác định hiệu quả và chọn lọc các kiểu gen mong muốn. Mặt khác phương pháp nhân giống truyền thống không phân biệt được kiểu gen dị hợp tử, mà điều này là cần thiết trong các chương trình chọn giống. Gần đây, kỹ thuật MAS (Marker-assisted selection) và MABC (Marker-assisted backcrossing) là 2 kỹ thuật sử dụng chỉ thị phân tử đã được ứng dụng thành công và được triển khai rộng rãi trong chương trình chọn giống. Kỹ thuật MAS và MABC được ứng dụng để chọn lọc các tính trạng chất lượng trong các quần thể phân ly. Đó là các tính trạng quy định bởi đơn gen mà có thể có bản đồ vật lý gần với marker. Hiện nay, phương pháp MAS được sử dụng rộng rãi để hỗ trợ giúp quy tụ các gen đích vào các giống lúa ưu tú đã được chứng minh bằng cách lai hồi giao tạo ra giống cây trồng có sức kháng bệnh bền hơn (Win và cs 2012 [7], Win và cs 2013 [8], Singh và cs 2013 [9], Fatah A. Tanweer và cs 2015 [10], Abhilash Kumar V và cs 2017 [11], Xiao và cs 2017 [12], Jairin và cs 2017 [13]). Xuất phát từ những lý do nêu trên chúng tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tích hợp một số gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15 phục vụ công tác chọn tạo giống” nhằm sử dụng kỹ thuật marker phân tử kết hợp với lai hồi giao (backcross) để nhanh chóng đưa các gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa ưu tú BC15 đang trồng phổ biến (mega variety) phục vụ cho các chương trình nghiên cứu chọn tạo giống lúa và trực tiếp cho sản xuất.
3 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tích hợp gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15 đang phổ biến trong sản xuất tạo được vật liệu mang 2-3 gen kháng phục vụ công tác chọn tạo giống lúa. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng và vật liệu nghiên cứu Giống lúa BC15 đang phổ biến trong sản xuất, thích ứng rộng với các vùng sinh thái khác nhau có năng suất cao, chất lượng tốt ( giống nền nhận gen) và các giống lúa mang gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn (nguồn cho gen). b) Phạm vi nghiên cứu - Địa điểm nghiên cứu: + Thí nghiệm đồng ruộng: Tại xã Đại Đồng, Thạch Thất, Hà Nội; + Thí nghiệm về sinh học phân tử: Thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền, Viện Di truyền Nông nghiệp. - Thời gian thực hiện: Từ tháng 08/2018 - 08/2019
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA SẢN XUẤT LÚA GẠO An ninh lương thực, khủng hoảng năng lượng, biến đổi khí hậu toàn cầu, ô nhiễm môi trường là ba vấn đề lớn của nhân loại. Việt Nam với trên 75% dân số phụ thuộc chủ yếu vào sản xuất nông nghiệp và 100% người Việt Nam sử dụng lúa gạo làm lương thực chính. Năm 2018, thời tiết khá thuận lợi cho phát triển trồng trọt. Trong năm, nông dân gieo trồng 185.037ha lúa, sản lượng thu hoạch 1.110.551 tấn, đạt 101,4% kế hoạch, tăng 4,07% so với cùng kỳ năm 2017[14]. Lúa 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 khoản 3,7 tỷ người trên hành tinh vào thời điểm hiện tại. Hiện nay trên thế giới có 114 nước trồng lúa và phân bố ở tất cả các châu lục trên thế giới. Việc sản xuất lúa gạo vẫn tập trung chủ yếu ở các nước châu Á, nơi chiếm hơn 90% về diện tích gieo trồng cũng như về sản lượng. Hiện nay lúa rất đa dạng về chủng loại cũng như hình thái, chất lượng để phù hợp với từng khu vực, địa phương. Ngoài tầm quan trọng của gạo như một loại lương thực chủ yếu thì việc sản xuất lúa gạo còn gắn liền với những nền văn minh lúa nước lâu đời ở nhiều khu vực khác nhau trên thế giới, đứng đầu là các quốc gia châu Á như Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc... Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, sản xuất lúa gạo trên thế giới ngày càng được nâng cao.Tuy nhiên sản lượng lúa gạo tạo ra vẫn chưa đủ cung cấp cho nhu cầu ngày càng tăng của con người, đặc biệt là sự gia tăng dân số và thương mại hóa toàn cầu. Vì vậy việc sản xuất lúa gạo để đảm bảo an ninh lương thực là vấn đề cấp thiết đặt ra cho mọi quốc gia, tổ chức quan tâm giải quyết.Trong tình trạng tác động của biến đổi khí hậu ngày một tăng như các hiện tượng thời tiết cực đoan (bão, lũ, hạn hán).
5 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thự lúa gạo trên thế giới Diện tích trồng lúa ở châu Á dẫn đầu về thế giới, nhưng năng suất lúa không cao, đạt trên 5 tấn/ha chỉ có ở Việt Nam và Trung Quốc. Từ năm 1990 đến nay, năng suất lúa thế giới vẫn liên tục tăng và trung bình đạt 4,38 tấn/ha năm 2010. Mặc dù năng suất lúa ở các nước Châu Á còn thấp, nhưng do có diện tích sản xuất lớn nên Châu Á vẫn là khu vực đóng góp lúa gạo chủ yếu và quan trọng trên thế giới (trên 90%). Theo Hiệp hội lượng thực Việt Nam (2014) [15], gạo thơm, hạt dài luôn có giá cao hơn gạo trắng hạt dài từ 2-3 lần và gạo thơm Jasmine của Việt Nam cũng chỉ có giá trị tương đương với mức giá cao nhất của chủng loại gạo trắng, hạt dài chất lượng cao của thế giới. Các giống lúa thơm của Thái Lan, Ấn Độ và Pakistan là giống lúa Khao Dawk Mali 105 và Basmati.. Riêng xuất khẩu gạo của hai nước Thái Lan và Việt Nam sẽ chiếm khoảng nửa tổng lượng gạo xuất khẩu của thế giới. Theo FAO (2012) [16], dự báo thị phần xuất khẩu gạo của Hoa Kỳ trên thị trường thế giới sẽ giảm từ 12% năm 2007 xuống chỉ còn khoảng 10% vào năm 2017. Trong các nước xuất khẩu gạo với khối lượng nhỏ hơn như Úc, Achentina, các nước Nam Mỹ khác (Uruguay, Guyana, Surinam) dự kiến sẽ tăng xuất khẩu trong giai đoạn tới. Úc dự kiến sẽ tăng xuất khẩu từ 150 nghìn tấn năm 2007/08 lên 220 nghìn tấn vào năm 2008/09. Xuất khẩu gạo Achentina dự kiến sẽ tăng 3-4% năm trong giai đoạn 2007/08 đến 2016/17, do sản lượng gạo tăng dự kiến vượt nhu cầu gạo nội địa. Xuất khẩu gạo của các nước Nam Mỹ (chủ yếu từ Uruguay) dự báo tăng 2-3% mỗi năm, do tăng trưởng sản lượng thấp hơn mức tăng tiêu dùng. Rejesus, I và Soest, H (2012) [17], đã sử dụng mô hình AutoRegressive Model (AR) để nghiên cứu và dự báo nhu cầu tiêu thụ gạo trên toàn cầu. Theo Đào Thế Anh (2012) [18], việc đánh giá diễn biến, xu hướng sản xuất tiêu thụ gạo của các nước sẽ giúp Việt Nam hiểu và có được định hướng chung cho các sản phẩm lúa gạo của mình.
6 Hình 1.1. Sản lượng gạo thế giới năm 2017/2018 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa gạo Việt Nam So sánh diện tích canh tác và sản lượng giữa lúa và các cây lương thực khác ở Việt Nam thì lúa gạo vẫn là cây lương thực chủ lực được ưu tiên hàng đầu với diện tích nhiều nhất hơn hẳn ngô và sắn, sản lượng cao hơn khoai lang và sắn. Việt Nam vượt trội trong khu vực Đông Nam Á nhờ hệ thống thủy lợi được đầu tư cải thiện đáng kể cũng như việc ứng dụng nhanh các tiến bộ kỹ thuật mới về giống, phân bón và bảo vệ thực vật. Theo đánh giá của Bộ Nông nghiệp và PTNT (2011) [19], việc sản xuất lúa của các địa phương đã tập trung và có bước đột phá mạnh mẽ trong khâu tổ chức sản xuất, nhất là chú trọng việc xây dựng cánh đồng mẫu lớn. Lợi nhụân bình quân chung của bà con nông dân vẫn đạt được 30%. Năm 2012, diện tích sản xuất lúa của cả nước đạt khoảng 7,76 triệu ha, tăng 117.000 ha so với năm 2011. Tổng sản lượng ước đạt khoảng 43,96 triệu tấn, tăng 1,64 triệu tấn so với năm 2011. Đặc biệt, xuất khẩu gạo đạt sản lượng cao nhất từ trước đến nay với hơn 7,7 triệu tấn gạo, tăng hơn 630.000 tấn so với năm 2011. Theo Bộ Nông nghiệp và PTNT (2011) [19], giai đoạn 1989 - 1995, Việt Nam xuất khẩu bình quân hàng năm trên 3 triệu tấn gạo sang 128 quốc gia, đạt mức đỉnh 5.2 triệu tấn vào năm 2005 và năm 2006- nay đã có một kỷ lục mới trên 7.0 triệu tấn gạo xuất khẩu. Năm 1989, kinh ngạch xuất khẩu trên
7 300 triệu USD, sau 10 năm phá mốc 1 tỉ USD và đạt mức kỷ lục 2.9 tỉ USD vào năm 2008, và đến 2012 đã đạt 3,8 tỉ (chưa tính gạo xuất tiểu ngạch khoảng gần 1 triệu tấn). Ngành hàng lúa gạo không chỉ tạo an ninh lương thực vững chắc để Việt Nam yên tâm đẩy mạnh công nghiệp hoá mà còn trực tiếp đóng góp vào tiến trình này thông qua tạo ra một lượng ngoại tệ thặng dư cho đất nước nhập khẩu máy móc, trang thiết bị hiện đại hoá cho nhiều ngành công nghiệp. Năm 2011, Việt Nam thắng lợi trong xuất khẩu gạo, đạt kỷ lục hơn 7 triệu tấn với kim ngạch xuất khẩu hơn 3,7 tỷ USD. Số lượng xuất khẩu tăng, nhưng giá trị lại thấp hơn so với các đối thủ cạnh tranh. Làm sao để nâng cao chất lượng và giá trị gạo xuất khẩu? là câu hỏi và là thách thức trong những mùa vụ mới. Theo Hiệp hội lương thực Việt Nam (2014) [15], những năm tới đây Việt Nam vẫn giữ được vị trí thứ 2 thế giới về xuất khẩu gạo, thế nhưng cũng như hơn 20 năm qua Việt Nam xuất khẩu gạo xếp vào hạng nhất nhì thế giới với hàng trăm giống lúa nhưng vẫn chưa tạo dựng được một loại gạo chất lượng cao có thương hiệu tầm cỡ quốc gia. Từ đầu năm đến nay, trong khi thị trường gạo trầm lắng, thì ngược lại, chỉ với hai loại gạo chất lượng cao mang thương hiệu đặc trưng của mình, Thái Lan, Ấn Độ vẫn xuất khẩu khá mạnh với giá lên đến 700 - 1.000 USD/tấn, cao hơn gấp đôi so với loại gạo trắng hạt dài vốn chiếm 80 - 90% sản lượng của Việt Nam. Theo Hiệp hội lương thực Việt Nam (2014) [15], hiện nay cơ hội cho xuất khẩu gạo của Việt Nam vào thị trường Trung Quốc, Hongkong là rất lớn: xuất khẩu gạo, đặc biệt là gạo thơm của Việt Nam vào thị trường Hồng Kông trong 2 năm 2011-2012 đã có một cuộc bứt phá ngoạn mục. Số liệu của Hiệp hội nhập khẩu gạo Hồng Kông cho biêt: từ chỗ chỉ chiếm khoảng 1% lượng nhập khẩu vào Hồng Kông trong năm 2008, đến hết năm 2011, Việt Nam đã chiếm một thị phần tương đương 30%, khoảng 100.000 tấn gạo. Nhập khẩu gạo Việt Nam vào thị trường này chủ yếu dành cho tiêu 28 thụ nội địa. Người tiêu dùng Hồng Kông ưa chuộng gạo thơm, và gạo thơm Thái đã chiếm lĩnh thị trường trong suốt một thời gian dài. Tuy nhiên tình hình đã thay đổi trong 3 năm trở lại. So với gạo Thái thì chất lượng của gạo Việt Nam còn thấp hơn gạo thơm Thái nhưng vấn đề quan
8 trọng là giá cả thì giá gạo Việt Nam đang ngày càng trở nên hấp dẫn so với gạo Thái. Ưu thế này đang ngày càng trở nên đáng kể trong bối cảnh chính phủ Thái tuyên bố duy trì chính sách trợ giá lúa, khiến giá gạo không có khả năng giảm giá. Theo Hiệp hội lương thực Việt Nam (2014) [15], với thị trường Trung Quốc trong 3 năm gần đây gạo Việt Nam đã chiếm thị phần đáng kể và phát triển ổn định: thị trường xuất khẩu gạo thời gian qua có nhiều thay đổi, trong đó thị trường Trung Quốc tăng gấp 5,2 lần về lượng và 4,4 lần về giá trị so với cùng kỳ năm trước và trở thành thị trường nhập khẩu gạo lớn nhất của Việt Nam. Theo các chuyên gia nông nghiệp, sắp tới, gạo Việt sẽ phải chịu rất nhiều sức ép về giá, sản lượng và chất lượng. Nhiều nước xuất khẩu gạo đã xây dựng được thương hiệu gạo quốc gia, bảo đảm chất lượng nên gặt hái lợi nhuận khá cao. Từ thực tế trên, chiến lược phát triển của ngành hàng lúa gạo là không nên tiếp tục đi theo hướng tăng khối lượng gạo xuất khẩu. Những năm tới, cần tập trung vào tăng chất lượng để nâng cao giá bán, đồng thời cơ cấu lại chuỗi tiêu thụ lúa gạo để tăng lợi nhuận cho nông dân. Có như vậy, sản xuất và tiêu thụ lúa gạo Việt nam mới bền vững và ổn định lâu dài. Về xuất khẩu, theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) ước tính Việt Nam xuất khẩu được 6,6 triệu tấn trong năm 2017 [20]. Con số này dự báo sẽ cải thiện hơn nữa khi bước sang năm 2018 nhờ nhu cầu mua hàng từ các nước châu Á tăng mạnh, đặc biệt là từ các thị trường truyền thống như Philippines và Indonesia. USDA dự đoán, xuất khẩu gạo năm 2018 của Việt Nam đạt 7,2 triệu tấn.
9 Hình 1.2. Tình hình xuất khẩu gạo của top 5 năm 2017 và dự đoán năm 2018 1.3. TỔNG QUAN VỀ BỆNH BẠC LÁ Ở LÚA 1.3.1. Lịch sử phát hiện bệnh Bệnh bạc lá lúa được phát hiện đầu tiên ở Fukuoka - Nhật Bản vào năm 1884. Ban đầu người ta lầm tưởng nguyên nhân gây nên triệu chứng bệnh là do acid đất. Nhưng không lâu sau đó, người ta đã công nhận nguyên nhân của nó là do vi khuẩn gây nên và theo Ishiyama, 1922 thuộc loại Bacillus oryzae. Vi khuẩn này sau đó được Tagami, Mizukami, 1962 và Mizukami, Wakimoto, 1969 đặt tên là Pseudomonas oryzae, cuối cùng Ezuka, 1974 đã xác định là do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây nên. Bệnh bạc lá lúa trở nên phổ biến ở tất cả các vùng trồng lúa trên khắp thế giới vào cuối thập kỉ 60 đến đầu thập kỉ 80 của thế kỉ XX, đặc biệt trên các nước trồng lúa ở Châu Á như: Ấn Độ (1990), Philippin (1918), Indonexia (1950), Trung Quốc (1957). có xu hướng tăng trở lại và gây hại cả ở vụ xuân (David O.N et al., 2006) [21]. Hiện nay, bệnh đã gây hại phổ biến ở hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới. 1.3.2. Triệu chứng bệnh bạc lá Vi khuẩn Xoo gây ra 3 triệu chứng điển hình của bệnh bạc lá lúa là: bạc lá, vàng nhợt, héo xanh (còn được gọi là Kresek). Cho đến nay mối quan hệ giữa 3 triệu chứng này vẫn chưa được làm sáng tỏ, nhiều thí nghiệm trong nhà
10 lưới đã chứng minh hiện tượng Kresek và bạc lá khác nhau rõ rệt mặc dù chúng đều là triệu chứng ban đầu của sự nhiễm bệnh. Các giống lúa khác nhau có thể biểu hiện triệu chứng nhiễm Kresek hoặc bạc lá. Triệu chứng vàng nhợt là ảnh hưởng sau, là hậu quả của sự bạc lá hay Kresek gây nên hoặc cũng có thể là do độc tố (toxin) của vi khuẩn sản sinh ra. Trên mạ, triệu chứng thể hiện không đặc trưng như ở trên lúa, do đó cũng dễ nhầm lẫn với các triệu chứng khác. Chủ yếu vi khuẩn hại mạ gây ra triệu chứng ở mút lá hoặc mép lá mạ những vết dài ngắn khác nhau màu xanh vàng rồi nâu bạc,lá dễ bị khô. Trên lá lúa, triệu chứng bệnh thể hiện rõ hơn, tuy có thể biến đổi ít nhiều tuỳ theo giống lúa và điều kiện bên ngoài nhưng nói chung vết bệnh có những đặcđiểm điển hình sau đây: - Vết bệnh ở mép lá, mút lá lan dần vào phiến lá hoặc lan thẳng xuống gân chính, ở một số trường hợp vết bệnh có khi bắt đầu ở ngay giữa phiến lá. - Vết bệnh lan rộng theo đường gợn sóng hoặc thẳng, mô bệnh xanh tái vàng lục, cuối cùng cháy khô có màu nâu xám. - Thông thường ranh giới giữa mô bệnh với mô khỏe trên phiến lá rất rõ rệt, có giới hạn theo đường gợn sóng vàng hoặc không vàng, có khi chỉ một đường viền màu nâu sẫm, đứt quãng hay không đứt quãng. Có thể căn cứ vào những đặc điểm triệu chứng trên để phát hiện bệnh. Tuy nhiên nhiều khi vết bệnh quá cũ hoặc biến đổi quá nhiều theo giống và điều hiệnbên ngoài, nhất là ở mạ do vậy có thể nhầm lẫn với những hiện tượng khô đầu lásinh lý (Bùi Trọng Thủy và cs., 2007) [22]. 1.3.3. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa 1.3.3.1. Vị trí phân loại Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa được nhiều nhà nghiên cứu, phân lập nên nó được gọi với nhiều tên khác nhau. Trước đây vi khuẩn bạc lá lúa có tên là Pseudomonas oryzae Uyeda et Ishiyama, hoặc Phytomonas oryzae Magrou. Đến năm 1982 vi khuẩn được đặt tên là Xanthomonas campestris pv.oryzae
11 (Uyeda et Ishiyama) Dowson. Về sau Dowson đổi tên lại là Xanthomonas oryzae pv. Oryzae (Ishiyama) Dowson. Dựa theo hệ thống phân loại của Bergey (1939) và Gorlenco (1966) thì loài Xanthomonas oryzae thuộc chi Xanthomonas, họ Pseudomonadaceae, bộ Eubacteriales, lớp Schizomycetes (Eubacteria). Tuy nhiên hệ thống phân loại này còn có nhiều tiêu chí chưa được nghiên cứu đầy đủ nên hệ thống chưa có được sự thống nhất toàn diện. Trong những năm gần đây, phân loại vi khuẩn hiện đại dựa trên các nghiên cứu và phân tích trực tiếp cấu trúc ADN. Các cá thể, các isolate khác nhau nhưng cùng một loài sẽ có cấu trúc di truyền tương tự nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng các nucleotit G+C đặc trưng cho mỗi loài và được sử dụng làm 1 trong những chỉ tiêu phân loại. Theo đó, các kế quả nghiên cứu cũng cho thấy hàm lượng G+C của những loài trong chi Erwinia là 50-54%; Corynebacterium: 54-55%; Pseudomonas: 58-63%; còn ở Xanthomonas là 63-69% (Vũ Triệu Mân, 2007) [23]. 1.3.3.2. Đặc điểm di truyền liên quan đến tính gây bệnh Trong hệ thống phân loại, Xanthomonas bao gồm 3 loài là X. Oryzae pv. oryzae, X. Axonopodis pv. citri, và X. Campestris pv. campestris. Hệ gen của Xanthomonas oryzae pv. oryzae (gọi tắt là Xoo) có chiều dài xấp xỉ 5 triệu bp (4.940.217 bp), trong đó thành phần G+C chiếm 63.72% và vùng mã hoá protein chiếm tới 84.12% (Ochiai và cs, 2005) [24]. Về đặc tính gây bệnh của vi khuẩn, các nghiên cứu chỉ ra rằng có liên quan đến 3 nhóm gen là: nhóm hrp, avr và hrpX. - Nhóm gen hrp mã hoá cho hệ thống các enzyme tiết, có chức năng chuyển các protein thụ thể vào tế bào cây chủ. Ở Xanthomonas oryzae pv. oryzae, nhóm này bao gồm 27 gen khác nhau. - Nhóm gen avr đóng vai trò quyết định sự đặc hiệu ký sinh - ký chủ. Chúng mã hoá ra các yếu tố tạo nên độc lực của vi khuẩn, giúp vi khuẩn ký sinh, gây bệnh. Xanthomonas oryzae pv. oryzae bao gồm 17 bản copy các