TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD QUAN THỊ ÁI LIÊN TẠO GIỐNG LÚA ĐỘT BIẾN NGẮN NGÀY CHỊU MẶN CÓ NĂNG SUẤT VÀ PHẨM CHẤT TỐT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD QUAN THỊ ÁI LIÊN TẠO GIỐNG LÚA ĐỘT BIẾN NGẮN NGÀY CHỊU MẶN CÓ NĂNG SUẤT VÀ PHẨM CHẤT TỐT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. PGs. Ts. VÕ CÔNG THÀNH 2. PGs. Ts. LÊ VIỆT DŨNG 2014 i LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGs.Ts. Võ Công Thành đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho những lời khuyên và kinh nghiệm hết sức quí báu trong việc nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án nầy. PGs.Ts. Lê Việt Dũng đã động viên, gợi ý và giúp đỡ tôi góp phần hoàn chỉnh luận án. Xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Khoa Sau Đại học Quý Thầy Cô, anh chị em Bộ môn Di truyền Giống Nông Nghiệp và Khoa học Cây Trồng. Gs.Ts. Nguyễn Bảo Vệ, Gs.Ts. Ngô Ngọc Hưng, PGs.Ts. Lê Văn Hòa đã hướng dẫn, gợi ý, góp ý và cung cấp rất nhiều thông tin để tôi có thể hoàn thành tốt luận án này. KS. Trần Thị Kim Loan Trạm khuyến nông huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An đã nhiệt tình giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi tại địa phương để tôi có thể hoàn thành tốt phần thí nghiệm ngoài đồng trong luận án này. Xin chân thành cám ơn gia đình tôi đã ủng hộ cho tôi cả về mặt vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi có thể yên tâm học tập và công tác. Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh em mà tôi không thể liệt kê hết trong trang cảm tạ nầy. ii TÓM TẮT Bằng cách tạo đột biến cảm ứng, một giống lúa mùa chịu mặn cao đã biết trước có thể tạo ra giống/dòng ngắn ngày, cung cấp đa dạng các thể đột biến phục vụ cho việc chọn lọc giống/dòng có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu độ mặn cao thích nghi với mô hình tôm lúa vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, Việt Nam. Nghiên cứu này đã được thực hiện bằng cách xử lý 1000 hạt lúa Sỏi mùa vào giai đoạn hạt nảy mầm ở nhiệt độ 50 0 C trong suốt thời gian 5 phút. Kế đến những hạt đã xử lý được trồng và chọn dòng đột biến từ thế hệ M 1 đến M 4 trong nhà lưới. Qua mỗi thế hệ, chọn lọc những cá thể ngắn ngày (< 110 ngày) có khả năng chống chịu mặn với độ dẫn điện muối NaCl là 12, 15 và 18 dSm -1 . Các tính trạng khác như kháng rầy nâu, đặc tính nông học, thành phần năng suất, chất lượng và độ thuần của các dòng đột biến nhờ kỹ thuật SDS-PAGE. Vụ Thu Đông 2013, hai thể đột biến có tên là CTUSM1 (LSĐB-1-2-2-4) và CTUSM2 (LSĐB-1-2-7-5) được trắc nghiệm sơ khởi trong vùng đất bị nhiễm mặn thuộc huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An. Thí nghiệm được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên 6 nghiệm thức với 3 lần lặp lại. Kết quả cho thấy, đột biến bằng nhiệt độ có tỉ lệ đột biến trội hữu ích là 1‰, dạng hạt thay đổi từ ngắn (6,0 mm) đến tương đối dài (6,9 – 7,1 mm), năng suất từ 5,5 – 6,6 tấn/ha trong điều kiện đất phì nhiêu, chống chịu mặn giai đoạn mà là 12 dSm -1 , tương đối kháng rầy nâu, mềm cơm. Hơn nữa, thí nghiệm ngoài đồng cho thấy thể đột biến CTUSM1 đã tỏ ra là dòng ưu tú nhất có khả năng chống chịu độ mặn đất với độ dẫn điện EC e bão hòa từ 1,49 đến 4,57 dSm -1 , vào 35 ngày sau khi gieo độ mặn nước đạt tối đa EC = 3,1 dSm -1 , năng suất đạt được là 4,43 tấn/ha, hàm lượng amylose là 16,56%, hàm lượng protein là 6,78% và chiều dài hạt gạo là 7,1 mm. Từ khóa: độ dẫn điện, đột biến cảm ứng bằng nhiệt độ, lúa chống chịu mặn, lúa mùa, mô hình lúa tôm, SDS-PAGE. iii SUMMARY Following mutation induction, a traditional rice having high salt tolerance could obtain short maturity, versatile salt tolerance for selecting variety/line with high yield and good quality, those rapidly requires reliable screening techniques of salt-tolerant varieties adapted well to the model of rice-shrimp farming in the Mekong Delta of Viet Nam. This study was carried out by exposing 1000 seeds at germinating stage at temperature “50°C for 5 minutes”. Subsequently, the treated seeds together with the control were continuouly grown until M 4 generations in the green house. In each generation, selection was based on short-maturity individuals (< 110 days), salt tolerant ability obtained at 12, 15, and 18 dSm -1 electrical conductivity of NaCl. Other traits such as brown plant-hopper (BPH), agronomic traits, yield components, quality and genetic purity of mutant lines using SDS-PAGE technique were also applied. In 2013 Autumn-Winter season, two elite induced mutant M 4 lines named CTUSM1 (LSĐB-1-2-2-4) and CTUSM2 (LSĐB-1-2-7-5) were preliminary tested in salt-affected soil of Can Giuoc district, Long An province. The experiment was designed as randomized complete block design (RCBD) for 6 treatments with three replications. The results showed that induced useful dominant mutation occurred at the ratio of 1‰, grain shape changed from short (6,0 mm) to relative long (6,9 – 7,1 mm), high yields at 5,5 – 6,5 tons/ha in fertile soil, tolerance to salt up to 12 dSm -1 at seedling stage, slightly resistance to BPH, soft taste. Additionally, in the paddy field the mutant CTUSM1 proved to be the best line tolerant to saline soil conditions ranged from EC e = 1,49 to 4,57 dSm -1 , at 35 after sowing saline water got maximum EC = 3,1 dSm -1 , its yield was achieved at 4,43 tons/ha, amylose content of 16,56%, protein content of 6,78%, and kernel length of 7,1 mm. Keywords: electrical conductivity, salt tolerant rice, SDS-PAGE, shrimp- rice farming system, temperature induced mutation, traditional rice. iv TRANG CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2014 Tác giả luận án Quan Thị Ái Liên v MỤC LỤC Lời cảm tạ i Tóm tắt Tiếng Việt ii Sumary iii Trang cam kết kết quả iv Mục lục v Danh sách bảng ix Danh sách hình xi Danh mục từ viết tắt xiii Chương 1: Giới thiệu 1 1.1 Tính cấp thiết 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.3 Đối tượng nghiên cứu 2 1.4 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Nội dung nghiên cứu 3 1.6 Ý nghĩa khoa học của luận án 3 1.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án 3 1.8 Điểm mới của luận án 3 Chương 2: Tổng quan tài liệu 4 2.1 Cơ sở khoa học của hiện tượng đột biến 4 2.1.1 Đột biến 4 2.1.2 Phân loại đột biến 4 2.1.3 Ưu và nhược điểm của hiện tượng đột biến gen 5 2.1.4 Phương pháp gây đột biến nhân tạo 5 2.2 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa trên thế giới 6 2.2.1 Trung Quốc 6 2.2.2 Ấn Độ 6 2.2.3 Indonesia 7 2.2.4 Nhật Bản 8 2.2.5 Pakistan 9 2.3 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa ở Việt Nam 10 2.3.1 Giống lúa đột biến ở miền Bắc Việt Nam 10 2.3.2 Chọn giống lúa đột biến ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 10 2.4 Cơ sở chọn giống lúa đột biến bằng nhiệt độ 12 2.5 Một số quan điểm về dạng hình cây lúa lý tưởng 13 2.6 Đất mặn 14 vi 2.6.1 Khái niệm 14 2.6.2 Các thông số đánh giá đất mặn 14 2.7 Ngưỡng chống chịu mặn 17 2.7.1 Ngưỡng chống chịu mặn của cây trồng 17 2.7.2 Ngưỡng chống chịu mặn của cây lúa 18 2.8 Cơ sở về sinh lý về tính chống chịu mặn 19 2.8.1 Ảnh hưởng của ion Na + , K + 19 2.8.2 Tỉ lệ Na + /K + 20 2.8.3 Ảnh hưởng của các ion khác 21 2.8.4 Ảnh hưởng của ABA 21 2.8.5 Tích lũy proline và khả năng chống chịu mặn của lúa 21 2.9 Cơ sở di truyền của tính chống chịu mặn 22 2.9.1 Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn 22 2.9.2 Một số ứng dụng sinh học phân tử trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn 24 2.10 Một số kết quả nghiên cứu về tính chống chịu mặn qua các giai đoạn phát triển của cây lúa 26 2.10.1 Thanh lọc giai đoạn cây con 26 2.10.2 Thanh lọc giai đoạn tăng trưởng và giai đoạn sinh sản 29 2.11 Một số nghiên cứu trong nước ứng dụng kỹ thuật thanh lọc khả năng chống chịu mặn trên lúa 29 2.12 Đặc điểm của vùng nghiên cứu 30 2.12.1 Vị trí địa lý 30 2.12.2 Điều kiện khí hậu thời tiết 30 2.12.3 Địa hình 31 2.12.4 Tài nguyên đất 31 2.12.5 Tài nguyên nước và chế độ thủy văn 32 2.12.6 Mô hình canh tác, cơ cấu giống, mùa vụ xã Phước Lại, huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An 34 2.13 Kỹ thuật canh tác trên vùng đất nhiễm mặn trong mô hình lúa tôm 36 2.13.1 Kỹ thuật canh tác lúa 36 2.13.2 Bón phân 36 2.13.3 Quản lý mực nước 37 2.13.4 Thời vụ canh tác lúa – tôm 37 2.13.5 Một số hạn chế của canh tác lúa trong hệ thống lúa – tôm 37 2.14 Một số hệ thống đánh giá tính chất hóa học đất 38 2.14.1 Độ chua hiện tại pH H2O 38 2.14.2 Dung tích hấp phụ cation (CEC) 38 2.14.3 Đạm tổng số 39 vii 2.14.4 Lân tổng số 39 2.14.5 Kali tổng số 39 2.14.6 Hàm lượng Fe 2 O 3 tự do 40 2.14.8 Al trao đổi 40 2.14.9 Sulfate 40 Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 41 3.1 Vật liệu nghiên cứu 41 3.1.1 Thời gian và địa điểm 41 3.1.2 Vật liệu thí nghiệm 41 3.1.3 Thiết bị, hóa chất 42 3.2 Phương pháp nghiên cứu 43 3.2.1 Phương pháp xử lý đột biến 43 3.2.2 Phương pháp chọn dòng đột biến 43 3.2.3 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất (Bộ Nông Nghiệp & PTNT, 2002) 44 3.2.4 Phương pháp đánh giá khả năng chống chịu mặn (Gregorio et al., 1997) 44 3.2.5 Phương pháp đánh giá khả năng kháng rầy nâu 48 3.2.6 Phương pháp đánh giá phẩm chất hạt gạo 49 3.2.7 Phương pháp điện di protein SDS-PAGE (Laemmli, 1970) 53 3.2.8 Khảo nghiệm cơ bản 54 3.2.9 Chỉ tiêu và phương pháp đánh giá 56 3.2.10 Phương pháp đo nước mặn và phân tích đất mặn 60 3.2.11 Phương pháp phân tích số liệu 61 Chương 4: Kết quả và thảo luận 62 4.1 Kết quả xử lý đột biến giống lúa Sỏi mùa 62 4.1.1 Thế hệ M 1 62 4.1.2 Thế hệ M 2 64 4.1.3 Thế hệ M 3 72 4.1.4 Thế hệ M 4 78 4.2 Kết quả khảo nghiệm cơ bản trong mô hình lúa-tôm 88 4.2.1 Diễn biến độ mặn đất và một số thành phần hóa học đất 88 4.2.2 Diễn biến độ mặn nước ruộng và pH nước ruộng 90 4.2.3 Kết quả đánh giá khả năng chống chịu mặn qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây lúa 91 4.2.4 Đặc tính nông học, thành phần năng suất, năng suất và sâu bệnh 92 4.2.5 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo của 4 giống/dòng lúa thí nghiệm 100 viii Chương 5 : Kết luận và đề nghị 104 5.1 Kết luận 104 5.2 Kiến nghị 104 Các công trình công bố kết quả nghiên cứu của luận án 105 Tài liệu tham khảo 106 Phụ lục A: Bảng phân tích phương sai 125 Phụ lục B : Bảng các tính trạng đặc trưng của giống lúa 128 Phụ lục C: Một số hình ảnh thí nghiệm 131 Phụ lục D: Các giống lúa đột biến trên thế giới và Việt Nam 138 Phụ lục E: Số liệu phân tích đất ngoài đồng 146 [...]... Shabala và Cuin, 2008) [219, 46, 227] 20 Sự liên kết giữa K+ và cây trồng sản xuất đã được nêu bật trong hai nghiên cứu gần đây đánh giá: (1) vai trò của K+ trong việc giảm ảnh hưởng của sâu bệnh và dịch bệnh trên cây trồng (Amtmann et al., 2008) [47] (2) tầm quan trọng của K+ trong sự khởi đầu của natri (Na+) độc tính (Shabala và Cuin, 2008) [227] Mohammad Reza Amirjani (2010) [169], nghiên cứu cây lúa... cũng là một phương pháp gây đột biến vật lý, theo phương pháp này cây xử lý được đưa vào môi trường nhiệt độ cao đột ngột và giữ ở điều kiện đó trong một khoảng thời gian nhất định Sự gia tăng nhiệt độ đột ngột này có thể ảnh hưởng đến cả sự phân bào nguyên nhiễm và phân bào giảm nhiễm, dẫn đến việc hình thành tế bào đột biến 6 Bảng 2.1 Nhiệt độ để gây đột biến ở cây trồng Cây trồng Bắp Lúa Giai đoạn... loại cây trồng chống chịu mặn trung bình (lúa mạch, cải dầu hoặc hạt cải dầu ) và > 15 thuộc nhóm đất rất mặn thích hợp với các loại cây chông chịu mặn (cây Đước, Mắm, Bần ) Nguồn: Mass và Hoffman (1977) Hình 2.4 Phân loại đất mặn và khả năng chống chịu của cây trồng 18 FAO (1985) [82], phân cấp đất mặn và ảnh hưởng đến cây trồng (Bảng 2.10), qua đó cho thấy ngưỡng chống chịu mặn của nhóm cây trồng. .. gồm sự cạnh tranh của Na+ với K+ trong quá trình sinh hóa và ức chế sự hấp thu NO3- bởi Cl-, vì cả hai anion được vận chuyển qua màng tế bào tương tự nhau Tác dụng độc tính của Na+ vượt xa Cl(Tester và Davenport, 2003) [247] Ảnh hưởng môi trường khác như kim loại độc tính, độ mặn, và hạn hán, được biết là ảnh hưởng xấu đến sự hấp thụ và vận chuyển K+ bởi cây trồng (Schroeder et al., 1994; Amtmann et... chịu mặn của cây trồng Ngưỡng chống chịu mặn có nghĩa là độ mặn tối đa cho phép mà không giảm năng suất của cây trồng và độ dốc là tỉ lệ phần trăm năng suất giảm cho mỗi đơn vị tăng độ mặn vượt quá ngưỡng (Maas và Hoffman, 1977) [157] Bảng 2.9 Ngưỡng ECe (dSm-1) và độ dốc (% sản lượng giảm/ dSm-1) theo phân tích hồi quy của các nghiệm thức xử lý mặn (Maas và Hoffman, 1977) [157] Loại cây trồng Củ cải... 2.10 Phân cấp đất mặn và sự phát triển của cây trồng (FAO, 1985; Jan Kotuby-Amacher, 2000; Ngô Ngọc Hưng, 2004) [82, 122, 9] Phân cấp đất mặn Không mặn Hơi mặn ECe (dSm-1) 0–2 2–4 Mặn vừa Rất mặn 4–8 8 – 16 Quá mặn >16 Ảnh hưởng đến cây trồng Độ mặn ảnh hưởng không đáng kể Sản lượng các loại cây trồng nhạy cảm có thể bị hạn chế Sản lượng nhiều loại cây trồng bị hạn chế Chỉ có cây trồng chống chịu mới... thấy sự giảm tuyến tính trong một số thành phần năng suất với độ mặn tăng bao gồm cả tỉ lệ phần trăm hoa bất thụ, số chồi /cây và hạt chắc/bông từ đó làm giảm trọng lượng hạt trên cây (Zeng và Shannon, 2000) [276] (Hình 2.5) Nguồn: Zeng và Shannon, 2000 Hình 2.5 Mối quan hệ giữa độ mặn và các thành phần năng suất của lúa (Oryza sativa L cv M-202) 19 2.8 Cơ sở về sinh lý về tính chống chịu mặn Hans Lambers... hưởng của ion Na+, K+ Thiệt hại do mặn được gây ra bởi sự mất cân bằng áp suất thẩm thấu và sự tích tụ nhiều ion Cl- (Ota và Yasue, 1958; Tagawa và Ishizaki, 1963; Murty và Janardhan, 1971; Gregorio et al.,1997) [185, 237, 174, 89] Thiệt hại do mặn còn được ghi nhận bởi hiện tượng hấp thu một lượng quá thừa Na+ và độc tính của Na+ làm cho clor trở thành anion trơ (neutral), có tác dụng bất lợi với một... đột biến ở Indonesia Lúa giống đột biến được phát triển bởi Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam Một số quan điểm về kiểu hình cây lúa lý tưởng Phân loại đất mặn (FAO, 1985) Đặc điểm hóa học đất phân biệt đất mặn và đất sodic Ngưỡng ECe (dSm-1) và độ dốc (% sản lượng giảm/ dSm-1) theo phân tích hồi quy của các nghiệm thức xử lý mặn (Maas và Hoffman, 1977) Phân cấp đất mặn và sự phát triển của cây trồng. .. giống lúa trên thế giới và Việt Nam đối với việc cải thiện các tính trạng của lúa như: thời gian sinh trưởng ngắn, thấp cây, năng suất hạt, phẩm chất hạt, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường…là cơ sở của việc chọn phương pháp chọn giống bằng phương pháp đột biến Phương pháp gây đột biến bằng nhiệt độ cũng đã có nghiên cứu trên lúa và một số giống cây trồng khác Tuy nhiên, . Vùng hạ huyện Cần Giuộc tỉnh Long An có trên 7000 ha diện tích đất canh tác, trong đó có khoảng 1300 ha diện tích lúa ngoài đê mô hình canh tác chủ yếu là lúa 1 vụ và lúa tôm thời gian cấy khoảng. ngàn hecta diện tích canh tác lúa trong mô hình lúa tôm như Cần Giuộc, Cần Đước, Tân Trụ, Châu Thành tỉnh Long An; Gò Công Tây và Tân Phú Đông tỉnh Tiền Giang; Hồng Dân, Giá Rai tỉnh Bạc Liêu;. ix DANH SÁCH BẢNG Bảng Tựa Trang 1.1 Một số điểm mới của đề tài 3 2.1 Nhiệt độ để gây đột biến ở cây trồng 6 2.2 Liều lượng chiếu tia γ và tia X để gây đột biến ở một số loại cây trồng