Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu và phát triển giống lúa Khang Dân 18 chịu ngập ứng phó với biến đổi khí hậu tại các tỉnh phía Bắc

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là cải tiến giống lúa Khang Dân 18 theo hướng chịu ngập bằng phương pháp lai trở lại có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử. Đánh giá được đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất, mức độ nhiễm sâu bệnh hại của giống được cải tiến. Hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác giống cải tiến trong điều kiện ngập úng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu và phát triển giống lúa Khang Dân 18 chịu ngập ứng phó với biến đổi khí hậu tại các tỉnh phía Bắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------------------------------------- ĐÀO VĂN KHỞI NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN GIỐNG LÚA KHANG DÂN 18 CHỊU NGẬP ỨNG PHÓ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9620110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2018
Công trình hoàn thành tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Lê Hùng Lĩnh 2. TS. Hà Quang Dũng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp viện họp tại: Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa gạo (Oryza sativa L.) là loại cây lương thực quan trọng hàng đầu, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp và giữ vai trò chủ đạo trong đảm bảo an ninh lương thực ở Việt Nam. Tuy nhiên, trong những năm gần đây biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa ở trên toàn cầu nói chung và tại các vùng trồng lúa của Việt Nam nói riêng. Một trong những vấn đề mà sản xuất lúa gạo ở Việt Nam đang đối mặt phải, đó là hiện tượng ngập úng diễn ra trong giai đoạn sinh trưởng của cây lúa. Cho đến nay, cơ chế chống chịu với điều kiện ngập úng ở thực vật và cây lúa gạo vẫn còn chưa hoàn toàn sáng tỏ. Gần đây, với thành tựu trong việc phát hiện Sub1 là locus kiểm soát tính trạng số lượng (Quantitative trait loci, QTL) chính liên quan đến cơ chế chống chịu ngập ở lúa, rất nhiều các nghiên cứu trong nước và quốc tế, dựa trên các kỹ thuật công nghệ sinh học hiện đại, đã được ghi nhận nhằm nâng cao tính chống chịu ngập ở cây lúa. Một điều rõ ràng có thể nhận thấy, đó là bên cạnh chọn giống truyền thống, phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (Marker-assisted backcrossing, MABC) được xem là một cách tiếp cận hiện đại, hiệu quả, tiết kiệm nhằm quy tụ gen mục tiêu từ giống cho vào giống nhận. Đến nay, phương pháp MABC đã được áp dụng rất thành công trên cây lúa, nhằm quy tụ các gen mục tiêu, chủ yếu liên quan đến tính trạng chống chịu điều kiện bất thuận vào giống mong muốn. Tuy nhiên, các nghiên cứu về tích hợp gen chịu ngập Sub1 vào các giống lúa phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là tại các tỉnh phía Bắc, cũng như đánh giá hiệu quả trong sản xuất của các giống lúa cải tiến này chưa được ghi nhận nhiều. Trong cơ cấu giống lúa tại các tỉnh phía Bắc, Khang dân 18 được biết đến là một trong những giống chủ lực trong nhiều năm gần đây. Đây là một giống lúa thuần nhập nội, ngắn ngày, năng suất cao và phù hợp với cơ cấu canh tác tại các tỉnh phía Bắc. Một điểm đáng chú ý là giống KD18 rất mẫn cảm với tình trạng ngập úng, đây được xem như một yếu tố tác động tiêu cực đến gieo trồng của giống lúa KD18 trên đồng ruộng. Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu và phát triển giống lúa Khang Dân 18 chịu ngập ứng phó với biến đổi khí hậu tại các tỉnh phía Bắc” 2. Mục tiêu đề tài - Cải tiến giống lúa KD18 theo hướng chịu ngập bằng phương pháp lai trở lại có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử. - Đánh giá được đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất, mức độ nhiễm sâu bệnh hại của giống được cải tiến. - Hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác giống cải tiến trong điều kiện ngập úng. 3. Tính mới và những đóng góp của đề tài - Phân tích đa hình vùng locus gen Sub1 đã xác định được 2 chỉ thị liên kết chặt với gen Sub1 là ART5 và SC3 cho đa hình giữu giống KD18 và PSB- 1
Rc68. Hai chỉ thị phân tử này được sử dụng để chọn lọc cá thể mang Sub1 trong các quần thể lai trở lại. - Cải tiến thành công giống lúa KD18 chịu ngập (được đặt tên mới là SHPT2) bằng phương pháp lai trở lại nhờ chỉ thị phân tử. Giống SHPT2 có đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu sâu bệnh hại tương tự giống KD18, đặc biệt có khả năng chịu ngập 10 ngày trong điều kiện ngập hoàn toàn. Giống SHPT2 đã được Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận sản xuất thử năm 2017. - Hoàn thiện kỹ thuật canh tác giống SHPT2 trong điều kiện ngập úng ở vùng đồng bằng sông Hồng, cấy 3 dảnh/khóm, mật độ cấy 50 khóm/m2 và bón phân với lượng 110 kg N + 100 kg P2O5 + 90 K20 kg/ha phù hợp để giống đạt năng suất cao nhất. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp những dẫn liệu khoa học nhằm bổ sung nguồn thông tin nghiên cứu tuyển chọn giống lúa được quy tụ gen mục tiêu bằng phương pháp MABC. - Đã bổ sung dữ liệu góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá giống mang gen mục tiêu được chọn tạo bằng phương pháp MABC tại Việt Nam. Từ đó đánh giá chính xác sự có mặt của gen mục tiêu về khả năng biểu hiện tính trạng chịu ngập đối với giống mới cải tiến. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn - Chọn tạo thành công giống SHPT2 chịu ngập bằng phương pháp MABC đã mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong việc cải tiến để nâng cao khả năng chống chịu của các giống đang sản xuất đại trà. - Giống SHPT2 có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, chịu ngập tốt, đã được đã được Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận sản xuất thử năm 2017, góp phần đa dạng bộ giống lúa gieo cấy ở những vùng đất trũng, ngập úng ở các tỉnh phía Bắc trong những năm tới. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5.1. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là giống lúa trồng đại trà có quy mô lớn trong sản xuất Khang dân 18. Giống lúa PSB-Rc68 mang locus gen chịu ngập Sub1 được nhập nội từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI). 5.2. Phạm vi nghiên cứu - Lai tạo và sử dụng chỉ thị phân tử xác định các cá thể mang locus gen mong muốn. - Đánh giá khả năng chịu ngập đối với các giống mới được chọn tạo. - Đánh giá các đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất và khả năng thích ứng, phát triển của giống tại một số tỉnh đại diện cho các vùng sinh thái phía Bắc. 2
- Thời gian nghiên cứu: từ năm 2010 đến 2017. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Thực trạng về biến đổi khí hậu và những thách thức với ngành nông nghiệp thế giới và Việt Nam Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí hậu toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Những biến đổi này được gây ra do quá trình vận động của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây có thêm hoạt động của con người. BĐKH trong thế kỷ 20 đến nay được gây ra chủ yếu do con người, do vậy thuật ngữ BĐKH (hoặc còn được gọi là sự ấm lên toàn cầu – global warming) được coi là đồng nghĩa với BĐKH hiện đại (DaMatta et al., 2010, Pandey et al., 2017). Theo các nhà khoa học, hiện tượng trái đất ấm dần lên sẽ kéo theo tình trạng tử vong, cũng như nhiều loại bệnh tật truyền nhiễm và dị ứng. Những khu vực khô hạn lâu nay sẽ trở nên khô kiệt hơn. Do thiếu nước, hạn hán gây mất mùa thì nguy cơ đói kém cũng sẽ gia tăng. Theo Savo và cs. (2016) có khoảng hơn 2.230 địa phương ở trên 137 quốc gia khác nhau bị ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (Savo et al., 2016). Năm 2050 sẽ có hơn một tỷ người trên thế giới thiếu nước ngọt, đặc biệt khi mà mức sống ở một số vùng như Trung Á, Nam Á, Đông Á, Đông Nam Á tăng lên thì tình trạng thiếu nước càng trở nên trầm trọng (Mahmoud and Gan, 2018). Với khoảng 3.260 km đường bờ biển chạy dài suốt từ Bắc xuống Nam, cùng với khoảng 50% dân số cả nước đều là các vùng đất thấp, Việt Nam được đánh giá là một trong các quốc gia dễ bị tổn thương và chịu nhiều tác động tiêu cực do nước biển dâng gây ra (Huong and Pathirana, 2013, Wassmann et al., 2004). Theo đánh giá của của Ngân hàng Thế giới (2016), khi mực nước biển dâng 50cm sẽ gây ngập lụt 5.304 km2, dâng 75cm thì ngập 10.350 km2, nếu mực nước biển dâng 1m sẽ bị ngập 17.423 km2 và 10,8% dân số bị ảnh hưởng trực tiếp, tổn thất đối với GDP khoảng 10%; 7% sản lượng nông sản bị mất (Hoang et al., 2018, Radhakrishnan et al., 2017). Có thể thấy, hậu quả của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng đối với Việt Nam là nghiêm trọng và là một nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói giảm nghèo, ảnh hưởng tiêu cực đến việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ cùng với việc mực nước biển dâng. Biến đổi khí hậu đe dọa nghiêm trọng đến an ninh lương thực và phát triển nông nghiệp: Thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, đặc biệt là một phần đáng kể ở vùng đất thấp đồng bằng ven biển, đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long bị ngập mặn do nước biển dâng; tác động lớn đến sinh trưởng, năng suất cây trồng, thời vụ gieo trồng, làm tăng nguy cơ lây lan sâu bệnh hại cây trồng…. Do tác động của biến đổi khí hậu, tài nguyên nước có nguy cơ suy giảm do hạn hán ngày một tăng ở một số vùng, mùa vụ, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp, cung cấp nước cho sinh hoạt ở nông thôn, thành thị và thủy điện. 3
Chế độ mưa thay đổi có thể gây lũ lụt nghiêm trọng vào mùa mưa, và hạn hán vào mùa khô, tăng mâu thuẫn trong khai thác và sử dụng tài nguyên nước. Nhận thức được các vấn đề về BĐKH, Chính phủ, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã có nhiều hoạt động triển khai các hoạt động ứng phó với BĐKH. Bộ đã và đang tích cực thực hiện Chương trình mục tiêu Quốc gia ứng phó với BĐKH (Quyết định số 158/2008/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 của Thủ tướng Chính phủ), công bố khung Chương trình hành động thích ứng với BĐKH của ngành, giai đoạn 2008-2020 vào ngày 05 tháng 9 năm 2008 (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2008); phê duyệt và thực hiện kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH theo Quyết định 543/QĐ-BNN-KHCN ngày 23 tháng 3 năm 2011 và phê duyệt đề án giảm phát thải khí nhà kính đến 2020 và tầm nhìn 2030 theo Quyết định số 3119/QĐ-BNN-KHCN ngày 16 tháng 9 năm 2011 2.1.3. Cơ chế chịu ngập ở cây lúa Các kết quả nghiên cứu biến dưỡng trên cây trồng khi bị ngập cho thấy (i) hô hấp: chuyển từ hiếu khí sang yếm khí gây ra sự khủng hoảng về mặt năng lượng vì chỉ tạo được 2ATP từ một glucose so với 36ATP trong điều kiện hiếu khí (Nishiuchi et al., 2012, Voesenek and Bailey-Serres, 2013). Chính sự lên men yếm khí đã dẫn tới sự tích lũy các hợp chất gây độc cho tế bào như ethanol và lactate; (ii) quang hợp: giảm rất nhanh ở những loài mẫn cảm, khí khẩu đóng làm giảm sự bốc thoát hơi nước, thay đổi sự phân bổ các sản phẩm quang hợp dẫn đến hiện tượng “đói carbohydrate” ở rễ; (iii) dinh dưỡng: giảm vận chuyển các nguyên tố dinh dưỡng đến lá, hàm lượng ATP thấp làm giảm quá trình hấp thu dinh dưỡng chủ động, điều kiện yếm khí trong đất dẫn đến sự thay đổi độ hữu dụng của các nguyên tố đa lượng; (iv) các chất điều hòa sinh trưởng: giảm sự vận chuyển cytokinin và gibberellin từ rễ đến lá nhưng đối với ABA và ethylene thì ngược lại, hàm lượng auxin gia tăng ở chồi nhưng giảm ở rễ (Fukao and Xiong, 2013, Nishiuchi et al., 2012, Steffens et al., 2013). Sự tương tác giữa các hormone thực vật trong điều kiện ngập nước phức tạp. Không giống các cây trồng khác, cây lúa có một số cơ chế chống chịu ngập được hình thành trong quá trình tiến hóa gồm: cơ chế “thoát lũ” ; cơ chế “chịu đựng ngập lũ”. Đối với cơ chế “thoát lũ” ở cây lúa gắn liền với việc vươn dài lóng thân để lá luôn ở trên mặt nước khi mực nước lũ dâng lên từ từ và kéo dài trong nhiều tháng. Một cơ chế khác là cơ chế “chịu đựng ngập lũ” (quiescence strategy): ở cơ chế này thực vật sẽ chịu đựng môi trường ngập nước bằng cách hạn chế sự tích lũy các chất gây độc đối với chúng và chịu đựng với các độc tố này. Cây lúa chống chịu được với ngập chìm hoàn toàn là do bảo tồn được năng lượng nhờ hạn chế sự kéo dài của rễ, thân và lá để cây tiếp tục tăng trưởng sau khi giảm mức nước (Ahmed et al., 2013, Pradhan et al., 2015). Những giống lúa như vậy có khả năng chịu được ngập úng từ 10-14 ngày. 4
Một trong những nguồn gen lúa chịu ngập nổi tiếng là giống lúa bản địa của Ấn Độ với tên gọi FR13A (Septiningsih et al., 2012, Singh et al., 2017a). Giống này được các nhà chọn giống trên thế giới sử dụng từ những năm 1970. Tuy nhiên, cơ sở di truyền của tính chống chịu ngập vẫn chưa được khám phá (Ahmed et al., 2013, Singh et al., 2017a). Đến nửa sau những năm 1990, hai nhóm tác giả nghiên cứu độc lập sử dụng các dòng tự thụ tái tổ hợp từ giống FR13A để lập bản đồ di truyền tính chịu ngập. Kết quả các tác giả đã tìm ra được QTL Sub1 nằm trên nhiễm sắc thể số 9 là QTL chính liên quan đến khả năng chống chịu ngập hoàn toàn 2-3 tuần ở cây lúa (Perata, 2018, Singh et al., 2017a). Sau đó, vùng QTL Sub1 đã được các tác giả tách dòng (clone) và chia thành ba gen theo yếu tố đáp ứng ethylene (Ethylene Responsive Factor) gồm: Sub1A, Sub1B, và Sub1C (Perata, 2018, Septiningsih et al., 2012, Sharma et al., 2018). Trong đó, Sub1A được chứng minh là gen chủ đạo giúp cây lúa chống chịu ngập hoàn toàn (Locke et al., 2018, Perata, 2018). Ngoài ra, gen Sub1A còn có tác dụng làm tăng sự biểu hiện của gen SLR1 và SLRL1 gây ức chế sự tổng hợp GA3 ở cây lúa dẫn đến giảm khả năng vươn lóng và kéo dài của chồi trong điều kiện ngập (Fukao and Bailey-Serres, 2008). 2.1.4. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp MABC trong chọn tạo giống lúa chịu ngập úng Với sự phát triển nhanh của sinh học phân tử phương pháp MABC (marker- assisted backcrossing) đã và đang là thanh công cụ hữu ích của các nhà chọn tạo giống cây trồng (Hasan et al., 2015). Trong đó, phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử kết hợp với lai trở lại (MABC) được ứng dụng rộng rãi hơn cả (Collard et al., 2005, Zhang, 2007). Năm 2011, chỉ thị phân tử RM23805 đã được sử dụng để tích hợp gen Sub1A vào giống mẫn cảm với ngập OM1490 (Lang và cs., 2011). Trong nghiên cứu này, các tác giả đã chọn IR64-Sub1A làm giống cho gen, và tại vị trí chỉ thị RM23805 ở giống IR64-Sub1A một allen có kích thước 230bp được nhân lên, còn ở giống OM1490 là 240bp. Kết quả thử nghiệm cho thấy, tất cả các dòng quy tụ gen Sub1A được tạo ra đều có tỷ lệ sống sót cao khi bị ngập úng . Một nghiên cứu khác, Neeraja et al. đã quy tụ thành công gen Sub1A vào giống Ấn Độ năng suất cao Swarna (Neeraja et al., 2007). Trong công trình của mình, các tác giả đã tiến hành lai giống Swarna với giống cho gen Sub1A là IR49830-7. Để chọn lọc cá thể tái tổ hợp từ quần thể BC1F1 Neeraja et al. đã sử dụng chỉ thị RM219 để xác định locus Sub1. Ở thế hệ BC2 các tác giả sử dụng chỉ thị RM316 để chọ lọc cá thể mang gen mục tiêu Sub1A. Kết quả của nghiên cứu này đã chứng minh rằng, có thể cải tiến hiệu quả tính chịu ngập của một giống sau 3 lần hồi giao (BC3) mà không làm giảm năng suất của chúng (Neeraja et al., 2007). 5
Ở Việt Nam, Cuc et al. (2012) đã chuyển thành công locus Sub1 từ giống IR64-Sub1 vào giống trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long AS996. Trong nghiên cứu này các tác giả đã sử dụng hai chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen mục tiêu ART5 và SC3 để xác định cá thể mang locus Sub1 (Cúc và cs., 2012). Trong một nghiên cứu khác của nhóm nghiên cứu Linh và cs, giống IR64-Sub1 cũng được chọn làm vật liệu cho QTL Sub1 để cải tiến tính chịu ngập của giống chất lượng trồng phổ biến ở miền Bắc nước ta là Bắc thơm số 7. Tuy nhiên, trong trường hợp này để chọn cá thể mang locus Sub1 các tác giả đã sử dụng hai chỉ thị phân tử là ART5 và RM23877 (Lĩnh và cs., 2012). Cùng thời gian này, gen Sub1A được chuyển thành công vào một loạt các giống như Samba Mahsuri và CR1009 (ở Ấn Độ), Thudakkam 1 or TDK1 (Lào), BR11 (Bangladesh). Theo kết quả khảo nghiệm đồng ruộng, các giống cải tiến này đều cho tỷ lệ sống sót cao trong điều kiện ngập úng từ 10-14 ngày. Còn ở điều kiện bình thường gen Sub1A không gây ảnh hưởng tới các tính trạng nông sinh học khác (Pucciariello and Perata, 2013, Schmitz et al., 2013, Singh and Sinha, 2016). Năm 2015, Toledo và cs. công bố kết quả quy tụ thành công locus AG1 (chịu ngập giai đoạn nảy mầm) vào giống Ciherang mang gen Sub1A. Trong nghiên cứu này các tác giả đã tiến hành tích hợp QTL AG1 và phục hồi nền di truyền của giống Ciherang ở thế hệ BC2. Để kiểm soát sự có mặt của gen Sub1A hai chỉ thị phân tử RM8300 và ART5 đã được sử dụng (Toledo et al., 2015). CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu - Giống lúa KD18: Đang gieo trồng phổ biến ở Việt Nam, có nguồn gốc nhập nội từ Trung Quốc. - Giống PSB Rc68 mang gen chịu ngập Sub1, nhập nội từ Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI). - Giống lúa IR42, giống lúa chuẩn mẫn cảm với ngập, nhập nội từ Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI. - Bộ 458 chỉ thị phân tử SSR chọn lọc ngẫu nhiên từ 12 NST của hệ gen lúa. Thông tin các chỉ thị phân tử được lấy từ trang web chuyên ngành GRAMENE (Phụ lục 1). 2.2. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá nguồn vật liệu, xác định chỉ thị liên kết và chọn lọc cá thể mang gen chịu ngập Sub1. - Phân tích kiểu gen, chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập và mang nền di truyền giống KD18 ở các thế hệ lai trở lại. - Đánh giá khả năng chịu ngập, đặc điểm nông sinh học và năng suất của 6
dòng/giống lúa mới được cải tiến. - Hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác dòng/giống lúa mới chịu ngập. - Khảo nghiệm sản xuất giống lúa chịu ngập SHPT2 tại một số tỉnh phía Bắc. 2.3. Địa điểm nghiên cứu - Các thí nghiệm xác định gen chịu ngập Sub1 bằng chỉ thị phân tử được thực hiện tại Phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp. - Đánh giá khả năng chịu ngập nhân tạo, đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống lúa chịu ngập trong nhà lưới, đồng ruộng tại Trạm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng Văn Lâm - Hưng Yên và Viện môi trường Nông nghiệp, Trung tâm Khảo nghiệm giống cây trồng Hải Dương. - Khảo nghiệm giống lúa chịu ngập được triển khai trong hệ thống khảo nghiệm Quốc gia tại các tỉnh đại diện cho 3 vùng sinh thái: Vùng Trung du miền núi phía Bắc (Yên Bái), Vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa; Nghệ An; Hà Tĩnh), Vùng Đồng bằng sông Hồng (Vĩnh Phúc; Hưng Yên; Hải Dương; Thái Bình). - Khảo nghiệm sản xuất giống lúa chịu ngập SHPT2 được thử nghiệm trong điều ngập và sản xuất đại trà tại các địa phương: Hải Dương; Hải Phòng, Hưng Yên, Thái Nguyên, Yên Bái, Thanh Hóa, Thừa Thiên Huế. 2.4. Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng Phương pháp lai hữu tính: Tiến hành lai giữa giống KD18 (làm mẹ) với giống mang gen chịu ngập Sub1 PSB-Rc68 (làm bố). Sử dụng các thế hệ lai F1, BC1F1, BC2F1 lai lại với giống KD18 để tạo quần thể lai trở lại thế hệ BC1F1, BC2F1, BC3F1 tương ứng. Một số kỹ thuật sử dụng trong phòng thí nghiệm: Phương pháp tách chiết ADN tổng số; Kiểm tra nồng độ và độ tinh sạch của ADN tách chiết bằng phương pháp điện di trên gel agarose; Phương pháp PCR với mồi SSR, Phương pháp điện di trên gel agarose 2,5%; Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide không biến tính, Cải tiến giống lúa KD18 về tính trạng chịu ngập giai đoạn sinh trưởng bằng phương pháp chọn giống chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC). Phương pháp thí nghiệm lúa chịu ngập * Phương pháp bố trí thí nghiệm lúa chịu ngập trong điều kiện nhân tạo (theo phương pháp Xu et al, 2000). - Thí nghiệm chịu ngập ngoài sản xuất: Chọn địa điểm thí nghiệm hay bị ngập úng trong điều kiện vụ mùa. Mật độ cấy 50 khóm/m2, cấy 3 dảnh/khóm. Sau khi rút nước 15 ngày, tính tỷ lệ cây sống theo công thức: Số cây sống sau ngập Tỷ lệ cây sống (%) = x 100 Tổng số cây theo dõi 7
Thí nghiệm xác định liều lượng phân bón thích hợp trên giống SHPT2 trong điều kiện bị ngập: Thí nghiệm được bố trí theo kiểu Split-plot với 2 nhân tố phân bón (ô lớn) và mật độ (ô nhỏ). Diện tích ô lớn là 45m2 (5m×9m), diện tích ô nhỏ là 15 m2 (3m×5m). Mức phân bón (kg/ha): P1 (90 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O); P2 (110 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O); P3 (130 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O) Mật độ cấy gồm 3 mức (khóm/m2), M1: 45 M2: 50 M3: 55. Cấy 3 dảnh/khóm Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lần nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 m2. Quan sát và đánh giá dựa theo “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống lúa” (QCVN 01-55:2011/BNNPTNT)” và “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng nhất và tính ổn định của giống lúa QCVN 01-65:2011/BNNPTNT”. 2.5. Phương pháp xử lý số liệu - Thí nghiệm đồng ruộng (khảo sát, đánh giá, hoàn thiện qui trình canh tác....) được xử lý theo chương trình IRRISTAT 5.0; Cropstat7.2; Statistic 8.2, Excel 2007. - Kỹ thuật thu thập số liệu và phân tích số liệu trong phòng thí nghiệm theo chương trình Graphical Genotyper (Van Berloo, 2008). CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá nguồn vật liệu, xác định chỉ thị liên kết và chọn lọc cá thể mang gen chịu ngập Sub1. 3.1.1. Đánh giá nguồn vật liệu lai tạo Vụ xuân và mùa 2009, nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá giống bố mẹ nhằm xác định một số thông tin cơ bản về đặc điểm nông sinh học, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất phục vụ cho các bước tiếp theo trong quá trình thực hiện luận án. Kết quả thể hiện tại bảng 3.1. Số liệu theo dõi tại bảng 3.1 cho thấy: Giống KD18 và giống PSP-Rc68 có thời gian sinh trưởng thuộc nhóm ngắn ngày (vụ xuân: 127-128; vụ mùa: 106- 107 ngày); chiều cao cây của các giống bố mẹ từ 110-117 cm và thuộc nhóm cao trung bình. Giống KD 18 được công nhận giống theo Quyết định số 1659 QĐ/BNN-KHCN, ngày 13 tháng 5 năm 1999. Kết quả điều tra, rà soát giống lúa năm 2015 của Cục Trồng trọt- Bộ Nông nghiệp và PTNT, giống KD 18 có diện tích gieo trồng đạt 389.030 ha/năm đứng đầu trong tốp 10 giống có diện tích gieo trồng lớn nhất tại các tỉnh phía Bắc (Trần Xuân Định và cs., 2015). Giống PSB- Rc68 là giống được nhập nội từ IRRI, qua kết quả khảo sát trong năm 2009 cho thấy: Giống đẻ nhánh trung bình; số hạt/bông đạt 141,4-152,8; tỷ lệ hạt lép cao 17,4-20,4%; năng suất thực thu của giống đạt 5,02 tấn/ha (vụ xuân) và 4,54 8
tấn/ha (vụ mùa). Song song với quá trình đánh giá các đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất, mức độ nhiễm sâu bệnh hại của 2 giống lúa bố mẹ, nghiên cứu sinh tiến hành đánh giá trong điều kiện ngập nhân tạo, kết quả theo dõi cho thấy: Giống mẫm cảm ngập IR42 và KD18 có tỷ lệ sống thấp (điểm 9); trong khi đó; giống PSB-RC68 có tỷ lệ sống cao 89,3-90,1% (điểm 5). Bảng 3.1. Một số đặc điểm nông sinh học, năng suất, yếu tố cấu thành năng suất của hai giống lúa bố mẹ vụ xuân và mùa 2009 Giống KD18 PSB-Rc68 TT Chỉ tiêu Vụ xuân Vụ mùa Vụ xuân Vụ mùa 1 Gen Sub1 Không Có 2 Tỷ lệ sống (%) 20,1 18,6 90,1 89,3 3 TGST (ngày) 128 106 127 107 4 Chiều cao cây (cm) 112,3 109,0 116,2 118,4 5 Số bông/khóm 5,3 5,0 5,0 4,8 6 Số hạt/bông 170,2 153,6 152,8 141,4 7 Tỷ lệ hạt lép 11,8 14,3 17,4 20,4 8 Khối lượng 1000 hạt (g) 19,3 19,9 21,6 22,2 9 Năng suất thực thu (tấn/ha) 6,01 5,46 5,02 4,54 10 Dạng hạt Thon Dài 11 Rầy nâu (điểm) 0 1 1 1 12 Bệnh đạo ôn (điểm) 1 0 1 1 13 Bệnh bạc lá (điểm) 0 1 0 1 Ghi chú: Tỷ lệ sống theo dõi trong điều kiện ngập nhân tạo là 14 ngày, giống mẫm cảm ngập IR42 có tỷ lệ sống 5%. Để tích hợp gen Sub1 vào giống KD18 làm tăng cường khả năng chịu ngập và giữ được các đặc tính khác của giống, phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại là phương pháp phù hợp nhất. Phép lai tạo quần thể F1 được tiến hành giữa giống mẹ KD18 và giống bố PSB-Rc68 mang gen chịu ngập Sub1 vào vụ Mùa 2009. Các cá thể F1 được sử dụng làm vật liệu lai trở lại với giống KD18 để tạo quần thể BC1F1 trong vụ Xuân 2010. Quần thể BC1F1 gồm 110 cá thể được gieo trồng trong nhà lưới Viện Di truyền Nông nghiệp vụ mùa năm 2010. ADN tổng số của các cá thể BC1F1 được tách chiết và phân tích chọn lọc những cá thể mang gen chịu ngập Sub1 và mang nền di truyền gần nhất với giống KD18. 3.1.2. Kết quả xác định chỉ thị phân tử liên kết với gen Sub1 của giống lúa PSB-Rc68 và KD18 Dựa vào kết quả lập bản đồ chi tiết locus gen Sub1 (Xu et al., 2006), các chỉ thị phân tử liên kết với Sub1 đã được sử dụng khảo sát chỉ thị phân tử đa hình giữa giống lúa PSB-Rc68 và KD18 (Hình 3.1). Kết quả phân tích đa hình ADN giữa giống PSB-Rc68 và KD18 tại vị trí locus gen đã xác định được 2 chỉ thị liên kết chặt và nằm hai phía với gen Sub1 là ART5 và SC3 (Hình 3.2). Chỉ thị ART5 có vị trí trên NST số 9 là 6,3Mb và chỉ thị SC3 ở vị trí 6,6Mb (Xu et al., 9
2006). Hai chỉ thị phân tử ART5 và SC3 sẽ được sử dụng lựa chọn cá thể mang Sub1 trong các quần thể lai trở lại Hình 3.1: Bản đồ locus gen Sub1 và các chỉ Hình 3.2: Kết quả điện di sản phẩm PCR của hai thị phân tử liên kết trên NST 9 giống lúa KD18 và PSB-Rc68 với hai chỉ thị SC3 Ghi chú: Vùng đỏ biểu thị locus gen Sub1 và ART5 liên kết chặt với gen Sub1 trên NST số 9 3.1.3. Kết quả xác định chỉ thị phân tử đa hình trên 12 nhiễm sắc thể giữa giống lúa PSB-Rc68 và KD18 Hình 3.3: Kết quả kiểm tra chỉ thị phân tử SSR đa hình giữa giống lúa KD18 và PSB-Rc68 (P1: KD18, P2: PSB-Rc68) Tổng số 458 chỉ thị phân tử SSR phân bố trên 12 NST của hệ gen lúa đã được sử dụng để khảo sát đa hình giữa hai giống lúa PSB-Rc68 và KD18. Kết quả đã xác định được 56 chỉ thị đa hình giữa hai giống lúa PSB-Rc68 và KD18 chiếm 12,22% tổng số chỉ thị phân tử dùng khảo sát. 3.2. Kết quả phân tích kiểu gen, chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập và mang nền di truyền giống KD18 ở các thế hệ lai trở lại 3.2.1. Kết quả phân tích kiểu gen và chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập và nền di truyền giống KD18 trong các quần thể BC1F1 Trong tổng số 110 cá thể của quần thể BC1F1, đã xác định được 46 cá thể mang gen Sub1 (Hình 3.4). Kết quả phân tích di truyền 46 cá thể mang locus gen Sub1 cho thấy cá thể số 14 có nền di truyền giống với KD18 là 80,5% (Hình 3.5, 3.6). 10
Hình 3.4. Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR các cá thể của quần thể BC1F1 với chỉ thị SC3 liên kết chặt với locus gen Sub1 trên gel agarose 2.5% Từ trái sang phải: 1-38: Các cá thể BC1F1; PSB: giống cho gen Sub1;KD: KD18; Thang ADN chuẩn 1kb+ A: Kiểu gen của giống nhận gen KD18; H: Kiểu gen dị hợp tử Hình 3.5. Kết quả phân tích nền di truyền 46 cá Hình 3.6. Kết quả phân tích nền di truyền của thể BC1F1 bằng phần mềm GGT v. 2.0 cá thể BC1F1 số 14 bằng phần mềm GGT v. 2.0 Ghi chú: Phía trên là số thứ tự nhiễm sắc thể; số Ghi chú: Bản đồ vị trí của 56 chỉ thị SSR trên 12 phía bên trái là số thứ tự 46 cá thể BC1F1 kiểm tra nhiễm sắc thể của cá thể BC1F1 số 14. Phần biểu nền di truyền, phần biểu thị mầu đỏ là nền di truyền thị mầu đỏ (A) là nền di truyền KD18, phần xanh KD18, phần xanh là dị hợp tử. (H) là dị hợp tử. Đơn vị bản đồ: cM 3.2.2. Kết quả chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập và nền di truyền giống KD18 trong các quần thể BC2F1 150 cá thể của quần thể BC2F1 được tách chiết ADN tổng số và phân tích kiểu gen với hai chỉ thị phân tử liên kết gen Sub1 là SC3 và ART5. Kết quả thu được 67 cá thể mang locus gen Sub1. Kết quả phân tích di truyền đã xác định cá thể số 59, 60 có nền di truyền của giống KD18 là 92,0% (Hình 3.7, 3.8). Cá thể số 60 được lựa chọn tiếp tục lai trở lại với giống KD18 để phát triển quần thể BC3F1. 11
Hình 3.7. Kết quả phân tích nền di truyền của 67 cá Hình 3.8. Kết quả phân tích nền di truyền của cá thể trong quần thể BC2F1 bằng phần mềm GGT v. 2.0 thể BC2F1 số 60 bằng phần mềm GGT v. 2.0 Ghi chú: Phía trên là số thứ tự nhiễm sắc thểsố phía bên Ghi chú: Bản đồ vị trí của 56 chỉ thị SSR trên trái là số thứ tự 67 cá thể BC2F1 kiểm tra nền di truyền, 12 nhiễm sắc thể của cá thể BC2F1 số 60. Phần phần biểu thị mầu đỏ là nền di truyền KD18, phần xanh biểu thị mầu đỏ (A) là nền di truyền KD18, là dị hợp tử. phần xanh (H) là dị hợp tử. Đơn vị bản đồ: cM 3.2.3. Kết quả chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập và nền di truyền giống KD18 trong các quần thể BC3F1 Hình 3.9. Kết quả phân tích nền di truyền của 54 Hình 3.10. Kết quả phân tích nền di truyền cá thể trong quần thể BC3F1 bằng phần mềm GGT của cá thể BC3F1 số 42 bằng phần mềm v. 2.0 GGT v. 2.0 Ghi chú: Phía trên là số thứ tự nhiễm sắc thể; số phía Ghi chú: Bản đồ vị trí của 56 chỉ thị SSR trên bên trái là số thứ tự 54 cá thể BC3F1 kiểm tra nền di 12 nhiễm sắc thể của cá thể BC3F1 số 42. Phần truyền, phần biểu thị mầu đỏ là nền di truyền KD18, biểu thị mầu đỏ (A) là nền di truyền KD18, phần xanh là dị hợp tử. phần xanh (H) là dị hợp tử. Đơn vị bản đồ: cM 12
Tổng số 100 cá thể BC3F1 được phân tích kiểu gen với các chỉ thị phân tử liên kết Sub1, kết quả thu được 54 cá thể mang locus gen Sub1. Kết quả phân tích nền di truyền của 54 cá thể trên cho thấy: Cá thể số 42 trong quần thể BC3F1 mang locus gen Sub1 và mang 99,5% nền di truyền của giống KD18. Cá thể này sẽ được chọn phát triển quần thể thế hệ BC3F2 (Hình 3.9, 3.10). Tại thế hệ BC3F2, hai chỉ thị phân tử liên kết gen Sub1 tiếp tục được sử dụng để xác định cá thể mang Sub1 đồng hợp tử. Kết quả phân tích trên Hình 3.11 cho thấy các cá thể 05, 06, 11, 13 và 15 mang gen Sub1 đồng hợp tử. Hình 3.11. Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR các cá thể của quần thể BC3F2 với chỉ thị SC3 liên kết chặt với gen Sub1 trên gel agarose 2.5% Chú thích: Từ trái sang phải: Thang ADN chuẩn 1kb+; PSB: giống cho gen Sub1; KD: KD18 Số 1-20: Các cá thể BC3F2; A: Kiểu gen của giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen của giống cho gen PSB Rc68; H: Kiểu gen dị hợp tử Các cá thể đồng hợp tử thế hệ BC3F2 được sử dụng để phát triển quần thể BC3F3 và tiếp tục được kiểm tra sự có mặt của gen Sub1 bằng hai chỉ thị phân tử SC3 và ART5 (Hình 3.12, Hình 3.13). Kết quả phân tích cho thấy các cá thể BC3F3 đều mang Sub1 đồng hợp tử. Hình 3.12. Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR các cá thể của quần thể BC3F3 với chỉ thị ART5 liên kết chặt với gen Sub1 trên gel agarose 2,5% Chú thích: Từ trái sang phải: 1-16: Các cá thể BC3F3; KD: KD18; Sub1: giống cho gen PSBRc68; A: Kiểu gen của giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen của giống cho gen PSB Rc68; Hình 3.13. Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR các cá thể của quần thể BC3F3 với chỉ thị SC3 liên kết chặt với gen Sub1 trên gel agarose 2,5% Chú thích: Từ trái sang phải: KD: KD18; Sub1: giống cho gen PSBRc68; 1-16: Các cá thể BC3F3; A: Kiểu gen của giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen của giống cho gen PSB Rc68; 13
3.2.4 Kết quả đánh giá khả năng chịu ngập, đặc điểm nông sinh học và năng suất trong khảo nghiệm tác giả dòng KD18-Sub1 3.2.4.1. Kết quả tuyển chọn dòng lúa chịu ngập có triển vọng Kết hợp đánh giá các đặc điểm nông sinh học ngoài đồng ruộng và khả năng chịu ngập trong điều kiện nhân tạo của 5 dòng 05, 06, 11, 13 và 15 tại thế hệ BC3F4, dòng số 06 đã thể hiện độ thuần đồng ruộng cao, các đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất khá, chịu ngập tương đương so với giống PSB- Rc68. Vì vậy, dòng số 06 được lựa chọn để phát triển thế hệ BC3F5 trong vụ mùa 2013 và đặt tên là KD18-Sub1. 3.2.4.2. Kết quả theo dõi, đánh giá các đặc điểm nông sinh học của giống KD18-Sub1 ngoài đồng ruộng trong Vụ Mùa 2013 Các đặc điểm chính về hình thái như dạng thân, dạng lá, hình dạng, màu sắc, kích thước, dạng hoa, hạt... được xem như là các tính trạng đặc trưng để phân biệt giữa các giống với nhau. Kết quả theo dõi cho thấy: Giống KD18- Sub1 và giống KD18 không có sự khác biệt rõ ràng và chắc chắn về đặc điểm hình thái và năng suất thực thu trong vụ mùa 2013. Bảng 3.7. Kết quả theo dõi các tính trạng đặc trưng hình thái của giống KD18-Sub1 và giống KD18 vụ mùa 2013 Giống KD18 KD18- Giống KD18 KD18 Chỉ tiêu (ĐC) Sub1 Chỉ tiêu (ĐC) -Sub1 Tính trạng chất lượng Tính trạng số lượng Xanh Màu sắc lá Xanh trung bình Chiều dài lá (cm) 43,66±2,8 43,13±3,2 trung bình Mức độ lông Trung bình Trung bình Chiều rộng lá (cm) 1,39±0,09 1,41±0,11 phiến lá Hình dạng thìa Xẻ Xẻ Đường kính thân (mm) 6,62±0,39 6,93±0,47 lìa Trạng thái lá Thẳng đến nửa Thẳng đến Chiều dài thân (cm) 94,64±3,31 93,58±4,06 đòng thẳng nửa thẳng Thời gian gieo đến trỗ Độ tàn của lá Trung bình Trung bình 75 75 (ngày) Thời gian sinh trưởng Thế cây Nửa đứng Nửa đứng 104 104 (ngày) Trạng thái trục Gục nhẹ Gục nhẹ Chiều dài bông (cm) 25,35±1,23 23,94±1,22 chính của bông Bông: Râu Không có Không có Chiều dài hạt thóc (mm) 7,86±0,26 7,66±0,42 Chiều rộng hạt thóc Mầu mỏ hạt thóc Vàng Vàng 2,55±0,18 2,62±0,12 (mm) Khối lượng 1000 hạt Mầu vỏ trấu Vàng Vàng 19,00±0,15 19,38±0,31 (g) Màu hạt gạo lật Nâu nhạt Nâu nhạt Chiều dài hạt gạo (mm) 5,96±0,23 5,81±0,29 Phản ứng phenol Trung bình Trung bình Chiều rộng gạo (mm) 2,30±0,09 2,32±0,11 của vỏ trấu Hương thơm Hàm lượng amylose Không có Không có 29,19 29,02 hạt gạo lật (%) 14
Bảng 3.8. Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của giống KD18-Sub1 so sánh với giống gốc KD 18 vụ mùa 2013 Chỉ tiêu Số bông Số hạt/ Tỷ lệ lép KL 1000 Năng suất Giống /khóm bông (%) hạt (g) (tấn/ha) KD18 5,5 170,4 13,5 19,8 6,38 KD18-Sub1 5,6 165,6 12,1 20,1 6,32 LSD0.05 2,0 52,2 3,7 - 1,69 CV (%) 10,3 9,0 8,4 - 7,7 3.2.4.3. Kết quả so sánh giống lúa KD18-Sub1 với giống KD18 trong điều kiện bị ngập và điều kiện thường Trong điều kiện canh tác bình thường giống KD18-Sub1 có đặc điểm nông sinh học tương tự giống KD18: Thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp với cơ cấu Xuân muộn- Mùa sớm tại các tỉnh phía Bắc; sinh trưởng và phát triển khá, quần thể đồng đều; chiều cao cây trung bình 110-115 cm, trỗ thoát cổ bông và tập trung, bền lá, khả năng chống đổ khá (điểm 5). Bảng 3.9: Đặc điểm sinh trưởng của giống KD18-Sub1 trong điều kiện canh tác bình thường tại các điểm khảo nghiệm Chỉ tiêu Sức Độ dài Độ Độ Độ thoát Chiều sống giai đoạn cứng tàn TGST cổ bông cao cây mạ trỗ cây lá (ngày) (điểm) (cm) Giống (điểm) (điểm) (điểm) (điểm) KD18 5 5 1 5 3 110-115 105 KD18-Sub1 5 5 1 5 3 110-115 104 Cùng điểm thí nghiệm tại Hưng Yên và Hải Dương, chúng tôi tiến hành xử lý ngập nhân tạo sau cấy 7 ngày. Giống KD18-Sub1 và KD18 được gây ngập trong thời gian 10 ngày, sau đó tháo nước để đánh giá khả năng chịu ngập. Kết quả đánh giá cho thấy trong điều kiện xử lý ngập, giống lúa KD18-Sub1 do được quy tụ gen Sub1 có khả năng chịu ngập rất cao. Tỷ lệ cây sống sau xử lý ngập của giống KD18-Sub1 đạt 83,2% (Hưng Yên); 85% (Hải Dương) trong khi giống KD18 chỉ đạt 12,8-14,3%. Khả năng phục hồi sau ngập của giống nhanh hơn so với giống KD18; chỉ trong vòng 7-8 ngày cây đã bắt đầu xuất hiện nhánh mới; trong khi giống KD18 phải mất 9-10 ngày. Như vậy giống KD18-Sub1 có chứa gen mục tiêu Sub1 đã thể hiện khả năng chịu ngập tốt hơn so với giống KD18. Sau khi phục hồi, giống KD18-Sub1 có các tính trạng đặc trưng như độ thoát cổ bông, độ cứng cây, độ tàn lá và chiều cao cây sai khác không nhiều so với giống KD18. Riêng thời gian sinh trưởng của giống KD18-Sub1 ngắn hơn giống KD18 do sau ngập giống hồi phục nhanh hơn, quần thể đồng đều hơn so với giống KD18 (Bảng 3.10). 15
Bảng 3.10: Đặc điểm sinh trưởng của giống KD18-Sub1 trong khảo nghiệm so sánh với điều kiện xử lý ngập úng vụ Mùa 2013 Chỉ tiêu Tỷ lệ cây sống (%) Thời gian Chiều TGST Hưng Hải phục hồi cao cây (ngày) Giống Yên Dương (ngày) (cm) KD18 12,8 14,3 9-10 110-115 122-126 KD18-Sub1 83,2 85,0 7-8 110-115 120-125 Ghi chú: Xử lý ngập nhân tạo sau cấy 10 ngày, cùng địa điểm thí nghiệm với khảo nghiệm so sánh tại Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm vụ Mùa 2013 Kết quả so sánh giống KD18-Sub1 và giống KD18 trong điều kiện thường và ngập: - Tại điểm thí nghiệm Hưng Yên, kết quả theo dõi đánh giá cho thấy: Số bông/ m2 là yếu tố bị ảnh hưởng lớn nhất làm giảm năng suất thực thu của giống. Trong cùng điều kiện bình thường số bông/ m2 của 2 giống chỉ chênh nhau 0,6 bông; trong điều kiện ngập nước số bông/ m2 giữa 2 giống chênh nhau 165,6 bông; các chỉ tiêu khác về yếu tố cấu thành năng suất chênh nhau không lớn. Về năng suất trong điều kiện bình thường hai giống chỉ chênh lệch nhau khoảng 0,11 tấn/ha; tuy nhiên trong điều kiện ngập nước, giống KD18-Sub1 do có khả năng chịu ngập nên năng suất cao hơn giống KD18 khoảng 3,36 tấn/ ha. - Tại Hải Dương, so sánh năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống KD18 và KD18-Sub1 trong điều kiện bình thường và điều kiện có xử lý ngập úng cho thấy: Yếu tố bị thiệt hại nhiều nhất ảnh hưởng lớn tới năng suất là số bông/ m2. Trong cùng điều kiện bình thường số bông/ m2 của 2 giống chỉ chênh nhau 4,6 bông. Tuy nhiên trong điều kiện ngập nước số bông/ m2 của giống KD18-Sub1 cao hơn nhiều so với giống KD18 (187,1 bông); các chỉ tiêu khác về các yếu tố cấu thành năng suất không có sự biến động nhiều. Trong điều kiện sản xuất đại trà năng suất của giống KD18-Sub1 và KD18 đạt 6,08- 6,12 tấn/ ha. Trong điều kiện ngập úng năng suất của giống KD18-Sub1 đạt 4,42 tấn/ ha, vượt so với giống KD18 là 3,79 tấn/ ha. Bảng 3.11. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của giống KD18-Sub1 với giống KD18 trong vụ mùa 2013 Số bông/m2 Số hạt/bông Tỷ lệ lép KL 1.000 hạt NSTT Chỉ tiêu (%) (g) (tấn/ha) Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên Giống thường ngập thường ngập thường ngập thường ngập thường ngập Trạm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng Văn Lâm KD18 256,3 35,7 170,6 160,0 13,2 15,6 19,2 19,0 6,04 0,75 KD18-Sub1 255,7 201,3 178,2 156,3 15,1 12,5 19,3 19,2 6,15 4,11 Chênh lệch -0,6 165,6 7,6 -3,7 1,9 -3,1 0,1 0,2 0,11 3,36 Trung tâm Khảo nghiệm giống cây trồng Hải Dương KD18 285,7 28,6 150,6 168,3 12,1 14,6 19,5 19,0 6,08 0,63 KD18-Sub1 290,3 215,7 155,7 155,7 14,3 15,0 19,8 19,2 6,12 4,42 Chênh lệch 4,6 187,1 5,1 -12,6 2,2 0,4 0,3 0,2 0,04 3,79 16
Tóm lại, kết quả đánh giá các đặc điểm hình thái, đặc điểm nông sinh học nhận thấy KD18-Sub1 không có sự sai khác so với giống gốc KD18 về kiểu hình cũng như năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. Tuy nhiên, giống KD18-Sub1 sau khi gây ngập tại Hưng Yên và Hải Dương có tỷ lệ sống cao (83,2-85,0%), giống KD18 có tỷ lệ sống thấp (12,8-14,3%). Như vậy nhờ quy tụ gen mục tiêu Sub1 giống lúa KD18-Sub1 có khả năng chịu ngập tốt hơn so với giống KD18, tỷ lệ chết thấp, khả năng phục hồi sau ngập nhanh hơn, tạo điều kiện cho giống duy trì được độ ổn định của quần thể, khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất cao hơn nhiều so với giống KD18 trong điều kiện bị ngập. Đây là yếu tố cơ bản để chọn lọc và phát triển các giống chịu ngập trong điều kiện biến đổi khí hậu đang diễn ra với tần suất ngày càng tăng như hiện nay. Để thực hiện các bước tiếp theo trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đổi tên giống KD18-Sub1 thành SHPT2. 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của lượng phân đạm và mật độ cấy đến sinh trưởng và phát triển của giống SHPT2 trong điều kiện bị ngập Khi cây mạ sân được 15 ngày tuổi (3,0-3,5 lá) bắt đầu tiến hành cấy thí nghiệm. Thí nghiệm được gây ngập sau cấy 10 ngày, khi đó cây lúa đã bén rễ hồi xanh và bắt đầu đẻ nhánh. Để đánh giá ảnh hưởng của liều lượng phân đạm và mật độ cấy trên giống SHPT2 trong điều kiện bị ngập chúng tôi gây ngập trong thời gian 10 ngày. Kết quả theo dõi cho thấy: Trong điều kiện bị ngập giống SHPT2 nhờ mang gen Sub1 nên có khả năng chịu ngập khá, tỷ lệ sống sau 15 ngày rút nước đạt 80,1-87,1% và không có sự sai khác lớn giữa các công thức tham gia thí nghiệm. Chiều cao cây của giống SHPT2 khi bị ngập tại vụ mùa 2014, mùa 2015 dao động trong khoảng 110-115 cm. Thời gian sinh trưởng của giống SHPT2 trong thí nghiệm từ 120-125 ngày, dài hơn so với điều kiện bình thường khoảng 10-15 ngày. Bảng 3.12: Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến thời gian sinh trưởng của giống lúa SHPT2 qua các giai đoạn sinh trưởng Thời Chiều Thời Chiều Tỷ lệ Tỷ lệ gian cao TGST gian cao TGST Công sống sống TT ngập cây (ngày) ngập cây (ngày) thức (ngày) (%) (cm) (ngày) (%) (cm) Vụ mùa 2014 Vụ mùa 2015 1 P1M1 10 80,6 111 123 10 83,9 112 120 2 P1M2 10 82,4 114 124 10 85,6 111 123 3 P1M3 10 85,3 110 123 10 86,1 110 121 4 P2M1 10 87,1 112 122 10 85,0 111 123 5 P2M2 10 86,0 113 124 10 86,0 110 124 6 P2M3 10 84,2 115 124 10 82,1 110 121 7 P3M1 10 85,2 114 125 10 86,4 113 120 8 P3M2 10 81,2 112 124 10 84,2 112 122 9 P3M3 10 82,6 114 125 10 80,1 112 124 17
3.3.2. Ảnh hưởng của lượng phân đạm và mật độ cấy đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống SHPT2 tham gia thí nghiệm trong điều kiện bị ngập Kết quả theo dõi các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống SHPT2 khi bố trí trên các nền phân bón và mật độ cấy khác nhau trong điều kiện bị ngập được thể hiện ở bảng 3.13. Bảng 3.13: Ảnh hưởng của liều lượng phân bón đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống lúa SHPT2 tham gia thí nghiệm Số Số Tỷ lệ KL Số Số Tỷ lệ KL Mức Mật bông/ hạt hạt lép 1000 bông/ hạt hạt lép 1000 phân độ khóm /bông (%) hạt (g) khóm /bông (%) hạt (g) Vụ mùa 2014 Vụ mùa 2015 M1 158,7 161,2 15,1 20,1 145,2 154,2 12,8 20,1 P1 M2 162,0 171,0 18,1 19,6 166,0 165,0 16,3 20,0 M3 159,0 160,0 16,7 20,1 160,6 169,3 13,4 20,2 M1 161,7 176,3 17,1 19,8 158,2 172,6 16,8 20,1 P2 M2 184,6 175,6 15,9 19,9 178,5 161,5 12,3 20,8 M3 165,0 170,1 18,5 19,8 154,2 155,4 16,3 20,0 M1 147,7 177,3 16,2 19,9 160,0 165,3 14,7 19,9 P3 M2 171,2 157,3 18,0 20,2 189,6 160,3 17,3 20,0 M3 177,7 165,5 19,6 19,5 170,3 154,7 19,1 19,8 Kết quả theo dõi thể hiện qua bảng 3.18 cho thấy: Số bông /m2 của các công thức thí nghiệm trong vụ mùa 2014 dao động từ 147,7 – 184,6 bông/m2, vụ Mùa 2015 từ 145,2 – 189,6 bông/m2. Giống SHPT2 trong điều kiện bị ngập khi bố trí trên ở 3 mật độ cấy và 3 nền phân bón có số hạt/bông khá cao (157,3 – 177,3 hạt trong vụ mùa 2014 và 154,2 – 172,6 hạt ở vụ mùa 2015) đây là đặc điểm tốt của giống khi mở rộng ra ngoài sản xuất đại trà. Trong vụ mùa 2014, tỷ lệ hạt lép thấp nhất tại công thức P 1M1 (15,1 %) và cao nhất ở công thức P3M3 (19,6%). Trong vụ mùa 2015 tỷ lệ hạt lép của giống dao động từ 12,3- 19,1% và cao nhất ở tại công thức P3M3. Giữa các công thức có sự biến động rất ít về khối lượng 1000 hạt trong cả 2 vụ thí nghiệm (19,5-20,8 gam). 3.3.3. Ảnh hưởng của lượng phân đạm và mật độ cấy đến năng suất thực thu của giống SHPT2 trong điều kiện bị ngập Kết quả theo dõi năng suất thực thu trong thí nghiệm hoàn thiện quy trình kỹ thuật giống lúa SHPT2 trong điều kiện bị ngập trên 3 mức phân bón và 3 mật độ cấy khác nhau trong vụ mùa 2014, 2015 cho thấy: Khi cấy với mật độ 50 khóm/m2 (cấy 3 dảnh/khóm) và bón với nền phân 110 kg N + 100 kg P 2O5 + 90 kg K2O năng suất thực thu của giống đạt cao nhất và sai khác có ý nghĩa so với các công thức khác tham gia thí nghiệm. Căn cứ vào kết quả thí nghiệm, chúng tôi sẽ khuyến cao ra sản xuất đại trà khi mở rộng diện tích gieo cấy. 18