Luận văn thạc sĩ ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm

Luận văn thạc sĩ phân tích ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Vũ Thị Thu Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Lưu Thị Ngọc Huyền
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Di truyền học
• Đề tài: Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử Liên Kết Gần Trong Chọn Giống Lúa Chịu Ngập Chìm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO
• 1.1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới
• 1.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng đến sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
• 1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
• 1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng
• 1.2.2. Vùng trồng lúa có khả năng ngập ở Đồng bằng Sông Cửu Long
• 1.3. NGHIÊN CỨU VỀ CƠ CHẾ TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA
• 1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động
• 1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa
• 1.3.3. Di truyền tính chống chịu ngập của cây lúa
• 1.4. MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƯỜNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT
• 1.4.1. Chỉ thị phân tử ADN
• 1.4.2. Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN
• 1.4.3. Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN
• 1.4.4. Chỉ thị dựa trên những cơ sở những chuỗi có trình tự lặp lại
• 1.4.5. Tính ưu việt và những ứng dụng của chỉ thị phân tử
• 1.4.5.1. Tính ưu việt của chỉ thị phân tử
• 1.4.5.2. Những ứng dụng của chỉ thị phân tử
• 1.5. NHỮNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CHỊU NGẬP
• 1.5.1. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập trên thế giới
• 1.5.2. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập ở Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Các giống lúa nghiên cứu
• 2.1.2. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Phương pháp lai hữu tính - lai trở lại giữa giống cho và nhận gen chịu ngập
• 2.2.2. Phương pháp tách chiết ADN tổng số
• 2.2.3. Phương pháp PCR với mồi SSR
• 2.2.4. Phương pháp điện di trên gel agarose 0,8%
• 2.2.5. Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide
• 2.2.6. Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide biến tính
• 2.2.7. Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide không biến tính
• 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH ADN TỔNG SỐ
• 3.2. KHẢO SÁT ĐA HÌNH GIỮA HAI GIỐNG BỐ MẸ
• 3.3. QUY TỤ GEN CHỊU NGẬP CHÌM SUB1 VÀO GIỐNG LÚA AS996
• 3.3.1. Xác định con lai F1
• 3.3.2. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC1F1
• 3.3.3. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC2F1
• 3.3.4. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC3F1
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về chọn giống lúa chịu ngập chìm bằng chỉ thị phân tử

Chọn giống lúa chịu ngập chìm là một trong những giải pháp quan trọng nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu và tình trạng ngập lụt ngày càng gia tăng. Việc áp dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống giúp xác định nhanh chóng các giống lúa có khả năng chịu ngập, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích cho nông dân mà còn góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.

1.1. Khái niệm về giống lúa chịu ngập

Giống lúa chịu ngập là những giống lúa có khả năng sống sót và phát triển trong điều kiện ngập nước kéo dài. Những giống này thường có các gen đặc biệt giúp chúng thích nghi với môi trường ngập lụt, từ đó giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp.

1.2. Vai trò của chỉ thị phân tử trong chọn giống

Chỉ thị phân tử là công cụ hữu hiệu trong việc xác định các gen liên quan đến tính trạng chịu ngập. Việc sử dụng chỉ thị phân tử giúp rút ngắn thời gian chọn giống và tăng độ chính xác trong việc phát hiện các giống lúa có khả năng chống chịu tốt.

II. Thách thức trong việc chọn giống lúa chịu ngập chìm

Việc chọn giống lúa chịu ngập chìm gặp nhiều thách thức do sự biến đổi khí hậu và tình trạng ngập lụt ngày càng nghiêm trọng. Các nhà khoa học phải đối mặt với việc xác định các gen chịu ngập và khả năng di truyền của chúng. Hơn nữa, việc chuyển giao gen từ giống lúa hoang dại sang giống lúa thương mại cũng gặp nhiều khó khăn.

2.1. Biến đổi khí hậu và tác động đến sản xuất lúa

Biến đổi khí hậu dẫn đến sự gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như lũ lụt, hạn hán. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lúa và làm gia tăng nhu cầu về giống lúa chịu ngập.

2.2. Khó khăn trong việc chuyển giao gen

Việc chuyển giao gen từ các giống lúa hoang dại có khả năng chịu ngập sang giống lúa thương mại thường gặp khó khăn do sự khác biệt về di truyền và tính trạng không mong muốn đi kèm. Điều này đòi hỏi các nhà chọn giống phải có những phương pháp tiên tiến hơn.

III. Phương pháp chọn giống lúa chịu ngập bằng chỉ thị phân tử

Phương pháp chọn giống lúa chịu ngập bằng chỉ thị phân tử (MABC) đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu. Phương pháp này cho phép các nhà khoa học xác định nhanh chóng các giống lúa có gen chịu ngập, từ đó tăng cường khả năng chống chịu cho cây trồng.

3.1. Quy trình chọn giống bằng chỉ thị phân tử

Quy trình chọn giống bằng chỉ thị phân tử bao gồm các bước như xác định gen chịu ngập, lai tạo giữa các giống lúa, và sử dụng chỉ thị phân tử để theo dõi sự di truyền của gen trong các thế hệ sau.

3.2. Lợi ích của phương pháp MABC

Phương pháp MABC giúp rút ngắn thời gian chọn giống, tăng độ chính xác trong việc xác định các giống lúa có khả năng chịu ngập. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giống lúa chịu ngập

Giống lúa chịu ngập đã được ứng dụng rộng rãi tại nhiều vùng trồng lúa ở Việt Nam. Những giống này không chỉ giúp nông dân giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt mà còn nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc phát triển giống lúa chịu ngập còn góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

4.1. Kết quả nghiên cứu về giống lúa chịu ngập

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng giống lúa chịu ngập có thể sống sót và phát triển tốt trong điều kiện ngập nước kéo dài. Các giống này đã được thử nghiệm và cho thấy khả năng chống chịu tốt, từ đó nâng cao năng suất cho nông dân.

4.2. Tác động đến đời sống nông dân

Việc áp dụng giống lúa chịu ngập đã giúp nông dân giảm thiểu thiệt hại do ngập lụt, từ đó tăng thu nhập và cải thiện đời sống. Điều này cũng góp phần vào việc phát triển bền vững cho ngành nông nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của giống lúa chịu ngập

Chọn giống lúa chịu ngập chìm bằng chỉ thị phân tử là một hướng đi đúng đắn trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Việc phát triển và ứng dụng các giống lúa này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn đảm bảo an ninh lương thực cho tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện các giống lúa chịu ngập để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tương lai của nghiên cứu giống lúa chịu ngập

Nghiên cứu về giống lúa chịu ngập sẽ tiếp tục được đẩy mạnh, với mục tiêu phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu tốt hơn. Các công nghệ mới sẽ được áp dụng để nâng cao hiệu quả chọn giống.

5.2. Định hướng phát triển bền vững

Định hướng phát triển bền vững cho ngành nông nghiệp cần chú trọng đến việc phát triển các giống lúa chịu ngập, nhằm đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cây lúa (Oryza sativa) là nguồn lương thực chính cho khoảng 2/3 dân số thế giới, với diện tích trồng khoảng 156,1 triệu ha và sản lượng đạt 697,9 triệu tấn, trong đó 90% diện tích và 92% sản lượng thuộc các nước châu Á. Ở Việt Nam, diện tích trồng lúa khoảng 7,4 triệu ha, sản lượng năm 2010 đạt 39,71 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,49 triệu tấn, đứng thứ hai thế giới. Hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) với 3,79 triệu ha (chiếm 50% sản lượng) và Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) với 1,18 triệu ha (chiếm 17% sản lượng).

Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đang gây ra những thách thức nghiêm trọng cho sản xuất lúa gạo, đặc biệt là ở các vùng đồng bằng thấp như ĐBSCL và ĐBSH. Nhiệt độ trung bình ở Việt Nam tăng 0,1°C mỗi năm, mực nước biển dâng 2,5–3 cm/năm, dự báo đến cuối thế kỷ 21 nhiệt độ tăng khoảng 2,3°C và mực nước biển dâng 75 cm. Ước tính khoảng 10,8% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng 1 m, với hàng triệu ha đất nông nghiệp bị ngập và giảm năng suất lúa đáng kể.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần để chọn giống lúa chịu ngập chìm, cụ thể là quy tụ gen chịu ngập Sub1 vào giống lúa năng suất cao phổ biến ở Việt Nam nhằm tạo ra giống lúa vừa có năng suất cao, vừa chịu được ngập úng, thích nghi với biến đổi khí hậu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các giống lúa chủ lực ở ĐBSCL và ĐBSH trong giai đoạn từ năm 2009 đến 2011. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển giống lúa bền vững, góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Gen chịu ngập Sub1: Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 9, gồm ba gen con Sub1A, Sub1B, Sub1C, trong đó Sub1A đóng vai trò chủ đạo giúp cây lúa chịu ngập đến 17 ngày bằng cách làm cây "ngủ nghỉ", tiết kiệm năng lượng và duy trì diệp lục trong thời gian ngập.

• Cơ chế sinh lý chống chịu ngập: Bao gồm duy trì hàm lượng diệp lục, sử dụng carbohydrate hiệu quả, hoạt động peroxidase tăng trong giống chịu ngập, giúp cây phục hồi sau ngập.

• Chỉ thị phân tử SSR (Simple Sequence Repeats): Là kỹ thuật nhân bản các đoạn ADN lặp lại đơn giản, có tính đa hình cao, ổn định, được sử dụng để phát hiện gen mục tiêu và khảo sát đa hình giữa các giống.

• Phương pháp chọn giống lai trở lại kết hợp chỉ thị phân tử (MABC): Cho phép quy tụ gen mục tiêu vào giống nhận gen nhanh chóng, chính xác, rút ngắn thời gian chọn lọc so với phương pháp truyền thống.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng các giống lúa IR64Sub1 (giống cho gen chịu ngập) và AS996 (giống nhận gen chất lượng cao phổ biến ở ĐBSCL). Tổng cộng 372 chỉ thị SSR được khảo sát để tìm đa hình giữa hai giống.

• Phương pháp phân tích: Tách chiết ADN bằng phương pháp CTAB cải tiến, kiểm tra độ tinh sạch bằng điện di gel agarose 0,8%. Phản ứng PCR với các cặp mồi SSR liên kết với gen Sub1 và các chỉ thị phân bố trên 12 nhiễm sắc thể để chọn lọc gen mục tiêu và đánh giá nền gen. Điện di gel polyacrylamide biến tính và không biến tính để phân tích sản phẩm PCR. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Graphical Genotyper để đánh giá đa hình và phần trăm nền gen giống nhận.

• Timeline nghiên cứu: Từ năm 2009 đến 2011, tiến hành lai hữu tính, lai trở lại qua các thế hệ BC1F1, BC2F1, BC3F1, tách chiết ADN, phân tích chỉ thị phân tử và chọn lọc cá thể mang gen chịu ngập với nền gen tối đa của giống nhận.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tách chiết ADN thành công: Phương pháp CTAB cải tiến cho kết quả tách chiết ADN tinh sạch, nồng độ 200–300 ng/μl, không bị phân mảnh, đủ điều kiện cho các thí nghiệm phân tử tiếp theo.

2. Khảo sát đa hình SSR giữa hai giống bố mẹ: Trong 372 chỉ thị SSR khảo sát, có 53 chỉ thị cho đa hình rõ rệt giữa IR64Sub1 và AS996, phân bố trên 12 nhiễm sắc thể, tạo cơ sở để phát hiện gen chịu ngập Sub1 trong các thế hệ lai trở lại.

3. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996: Qua các thế hệ lai trở lại BC1F1, BC2F1, BC3F1, các cá thể mang gen Sub1 được chọn lọc bằng chỉ thị SSR liên kết chặt, đồng thời đánh giá nền gen giống nhận đạt trên 90% ở thế hệ BC3F1, cho thấy hiệu quả của phương pháp MABC trong việc duy trì nền gen gốc và chuyển gen chịu ngập.

4. So sánh năng suất và khả năng chịu ngập: Giống AS996 mang gen Sub1 có khả năng chịu ngập chìm đến 14 ngày, phục hồi nhanh sau ngập, năng suất không giảm so với giống gốc, trong khi giống không mang gen Sub1 bị chết hoặc giảm năng suất trên 50% khi ngập kéo dài.

Thảo luận kết quả

Việc tách chiết ADN tinh sạch là bước nền tảng đảm bảo độ chính xác cho phân tích chỉ thị phân tử. Đa hình SSR giữa hai giống bố mẹ cho phép phát hiện chính xác gen mục tiêu trong các thế hệ lai trở lại, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về gen Sub1 trên nhiễm sắc thể số 9.

Phương pháp lai trở lại kết hợp chọn lọc bằng chỉ thị phân tử (MABC) đã rút ngắn thời gian chọn lọc từ 6 thế hệ xuống còn 3–4 thế hệ, đồng thời giữ được nền gen giống nhận cao, phù hợp với mục tiêu tạo giống lúa chịu ngập có năng suất cao. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về chuyển gen Sub1 vào các giống lúa phổ biến như Swarna-Sub1 ở Ấn Độ và BR11-Sub1 ở Bangladesh.

Biểu đồ thể hiện tỷ lệ nền gen giống nhận qua các thế hệ BC1F1, BC2F1, BC3F1 sẽ minh họa rõ sự tăng dần của nền gen gốc, đồng thời bảng so sánh năng suất và tỷ lệ sống sót sau ngập giữa giống mang gen Sub1 và giống gốc sẽ làm nổi bật hiệu quả của gen chịu ngập.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Mở rộng ứng dụng MABC trong chọn tạo giống chịu ngập: Khuyến khích các viện nghiên cứu và trung tâm giống áp dụng phương pháp lai trở lại kết hợp chỉ thị phân tử để quy tụ gen Sub1 vào các giống lúa chủ lực khác, nhằm tăng diện tích giống chịu ngập trong vòng 5 năm tới.

2. Phát triển hệ thống chỉ thị phân tử đa dạng: Nghiên cứu và phát triển thêm các chỉ thị SSR, SNP liên kết với gen chịu ngập và các gen chống chịu khác để nâng cao hiệu quả chọn lọc đa gen, giảm thiểu sai số trong chọn giống.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật sinh học phân tử và chọn giống hiện đại cho cán bộ kỹ thuật và nhà khoa học tại các vùng trọng điểm sản xuất lúa, nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng trong 3 năm tới.

4. Thử nghiệm và đánh giá giống mới trên đồng ruộng: Triển khai các mô hình thử nghiệm giống lúa mang gen Sub1 tại các vùng ngập lụt ĐBSCL và ĐBSH để đánh giá khả năng thích nghi, năng suất và chất lượng, từ đó đề xuất chính sách hỗ trợ nông dân áp dụng trong 2 năm tiếp theo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Di truyền học và Công nghệ sinh học: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về gen chịu ngập Sub1, phương pháp chọn giống hiện đại, giúp phát triển nghiên cứu và giảng dạy.

2. Chuyên gia chọn giống và cán bộ kỹ thuật nông nghiệp: Áp dụng phương pháp MABC và chỉ thị phân tử trong công tác chọn tạo giống lúa chịu ngập, nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian chọn giống.

3. Quản lý chính sách và nhà hoạch định chiến lược nông nghiệp: Hiểu rõ tác động của biến đổi khí hậu đến sản xuất lúa, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển giống lúa chịu ngập, đảm bảo an ninh lương thực.

4. Nông dân và doanh nghiệp sản xuất giống lúa: Nắm bắt thông tin về giống lúa chịu ngập mới, áp dụng kỹ thuật canh tác phù hợp, nâng cao năng suất và thu nhập trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Gen Sub1 là gì và vai trò của nó trong cây lúa?
   Gen Sub1 là locus trên nhiễm sắc thể số 9 gồm các gen con Sub1A, Sub1B, Sub1C, trong đó Sub1A giúp cây lúa chịu ngập chìm đến 17 ngày bằng cách làm cây tạm ngưng phát triển, tiết kiệm năng lượng và duy trì diệp lục. Ví dụ, giống lúa mang gen này có thể sống sót và phục hồi sau ngập dài ngày.

2. Phương pháp MABC giúp gì trong chọn giống lúa chịu ngập?
   MABC (Marker Assisted Backcrossing) kết hợp lai trở lại với chọn lọc bằng chỉ thị phân tử giúp chuyển gen mục tiêu vào giống nhận nhanh chóng, giữ được nền gen gốc cao, rút ngắn thời gian chọn giống từ 6 thế hệ xuống còn 3–4 thế hệ, tăng hiệu quả chọn lọc.

3. Tại sao chọn chỉ thị SSR để phát hiện gen chịu ngập?
   Chỉ thị SSR có tính đa hình cao, ổn định, dễ thực hiện và cho kết quả chính xác trong việc phát hiện sự khác biệt ADN giữa các giống, đặc biệt là trong việc xác định sự có mặt của gen chịu ngập Sub1 trong các thế hệ lai.

4. Khó khăn chính trong chọn tạo giống lúa chịu ngập là gì?
   Khó khăn bao gồm tính đa gen của tính trạng chịu ngập, ảnh hưởng của môi trường đến kiểu hình, thời gian chọn lọc dài, và việc duy trì các tính trạng nông học khác như năng suất, chất lượng khi chuyển gen chịu ngập vào giống gốc.

5. Ứng dụng của giống lúa mang gen Sub1 trong sản xuất?
   Giống lúa mang gen Sub1 đã được trồng rộng rãi ở nhiều nước châu Á, giúp nông dân giảm thiệt hại do ngập úng, duy trì năng suất ổn định, tăng thu nhập và góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Kết luận

• Gen Sub1 là gen chủ lực giúp cây lúa chịu ngập chìm đến 17 ngày, có vai trò quan trọng trong chọn tạo giống lúa thích nghi với biến đổi khí hậu.
• Phương pháp lai trở lại kết hợp chọn lọc bằng chỉ thị phân tử SSR (MABC) đã thành công trong việc quy tụ gen Sub1 vào giống lúa chất lượng cao AS996, giữ được nền gen gốc trên 90% sau 3 thế hệ.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và vật liệu cho công tác chọn tạo giống lúa chịu ngập ở Việt Nam, góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa vùng ngập lụt.
• Đề xuất mở rộng ứng dụng MABC, phát triển hệ thống chỉ thị phân tử đa dạng, đào tạo nhân lực và thử nghiệm giống mới trên đồng ruộng trong thời gian tới.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật, quản lý chính sách và nông dân tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để thích ứng với biến đổi khí hậu, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia.

---

Nếu quý độc giả quan tâm đến công nghệ chọn giống hiện đại và giải pháp ứng phó biến đổi khí hậu trong nông nghiệp, hãy tiếp tục theo dõi các nghiên cứu mới và áp dụng các phương pháp chọn giống phân tử để nâng cao hiệu quả sản xuất lúa gạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng cho khoảng 2/3 dân số thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, thế giới có khoảng 156,1 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lƣợng là 697,9 triệu tấn, 90% diện tích này thuộc các nƣớc châu Á với 651 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lƣợng lúa gạo thế giới. (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2010)[3] Ở Việt Nam lúa là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn 89 triệu dân với diện tích khoảng 7,4 triệu ha, năm 2010 sản xuất đƣợc 39,710 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,493 triệu tấn đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo sau Thái Lan. Ƣớc tính năm 2011 sản xuất khoảng 41,05- 41,5 triệu tấn.

Nƣớc ta có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) diện tích 3,79 triệu ha chiếm 50% sản lƣợng lúa cả nƣớc và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) diện tích 1,18 triệu ha chiếm 17% sản lƣợng. (Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2009); MPI, 2009)[2][60] Trên thế giới, an ninh lƣơng thực không chỉ là vấn đề với các nƣớc nghèo mà nó đang trở thành vấn đề có tính toàn cầu. Dân số thế giới liên tục tăng (khoảng 7 tỷ ngƣời năm 2011) trong khi diện tích đất dành cho việc trồng lúa hầu nhƣ không tăng mà ngày càng giảm do đất đƣợc chuyển sang sử dụng cho các mục đích khác nhƣ xây dựng khu công nghiệp, trƣờng học, nhà ở, khu du lịch. Bên cạnh đó, các dấu hiệu về sự biến đổi khí hậu hiện nay đã có thể nhận thấy nhƣ trái đất đang nóng lên, băng tan ở hai cực, bão lũ xảy ra thƣờng xuyên.

Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình hàng năm tăng 0,10C và mực nƣớc biển tăng 2,5 – 3,0 cm mỗi năm trong thập kỷ qua. Tính đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở Việt Nam sẽ tăng khoảng 2,30C và mực nƣớc biển tăng 75 cm tính theo mức trung bình các năm 1980 – 1999. Hàng năm có tới trên 20 triệu hecta chịu ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng tại Nam và Đông Nam châu Á, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh hƣởng do hậu quả của nƣớc biển dâng vào cuối thế kỷ (MONRE, 2009)[61] 1 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Do vậy, để ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, các nhà khoa học trên thế giới ở các lĩnh vực khác nhau không ngừng nghiên cứu các khả năng làm giảm thiểu những yếu tố, tác nhân gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng trái đất, quan tâm tới các nguồn năng lƣợng sạch trong tƣơng lai, tạo ra và phát triển các loại cây lƣơng thực vừa có năng suất, chất lƣợng cao, vừa thân thiện, thích nghi và bền vững trong điều kiệu môi trƣờng thay đổi khắc nghiệt. Hầu hết các loại cây trồng đều có tiềm năng chống chịu với các điều kiện sinh học và phi sinh học bất lợi.

Tuy nhiên, các giống cây trồng có khả năng chống chịu này thƣờng thuộc loài hoang dại, đi kèm với một số tính trạng không mong muốn khác nhƣ năng suất rất thấp, cao cây. Các nhà chọn giống hiện nay đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc đƣa gen quy định tính chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất lợi từ giống này sang giống khác do sự đổ vỡ tính kháng và bản chất đa gen liên quan đến tính kháng của các tính trạng. Thêm vào đó, các chƣơng trình chọn giống cây trồng đặt ra hiện nay còn phải tính đến khả năng đối phó với các tác động kép của nhiều yếu tố phi sinh học bất lợi, xảy ra đồng thời trong cùng một thời vụ cây trồng do tác động của biến đổi khí hậu. Nhƣ vụ lúa Đông Xuân năm 2011 ở Việt Nam, cây trồng phải đối phó với thời tiết lạnh đầu vụ ở miền Bắc làm ảnh hƣởng tới khả năng sinh trƣởng phát triển của cây và thời tiết khô nóng ở thời điểm trỗ muộn, ĐBSCL đầu vụ hạn hán cuối vụ thiếu nƣớc ngọt do xâm nhập mặn sâu vào nội đồng với nồng độ mặn cao, điều này sẽ có khả năng ảnh hƣởng tới năng suất.

Định hƣớng chọn tạo giống chống chịu với điều kiện phi sinh học và sinh học nói chung trong thời gian tới là tạo giống bằng cách quy tụ nhiều gen khác nhau vào một giống lúa ƣu việt nhờ công nghệ sinh học. Do vậy, việc chọn tạo nhanh những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lƣợng tốt, mang nhiều gen chống chịu với các điều kiện phi sinh học là công việc đƣợc quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác. Bƣớc đột phá trong việc chọn giống chịu ngập chìm trở nên có thể thực hiện đƣợc sau khi các vùng chính trên nhiễm sắc thể (Quantitative trait loci- QTLs) điều 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học khiển tính chống chịu ngập chìm đƣợc xác định. Việc phát triển và sử dụng chỉ thị phân tử để đẩy nhanh quá trình quy tụ gen đó vào những giống mới năng suất cao thông qua phƣơng pháp chọn giống lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử (marker assisted backcrossing - MABC; Thomson và ctv., 2009; Septiningsih và ctv., 2009; Singh và ctv., 2009) [87][77][78] đã đạt đƣợc các kết quả bƣớc đầu.

Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) cho phép rút ngắn thời gian chọn lọc, và chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều gen cùng một lúc. Bằng con đƣờng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại nhiều gen chống chịu mặn, hạn, lạnh, chống chịu độc tố nhôm, sắt và gen quy định chất lƣợng đã đƣợc quy tụ thành công vào một số dòng lúa ở các nƣớc có nền công nghệ sinh học phát triển. Đối với gen chống chịu ngập cho đến nay các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã xác định đƣợc một số các chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen có thể ứng dụng trong chọn giống, sử dụng phƣơng pháp MABC để chọn giống chịu ngập chìm. Để góp phần tạo ra giống lúa có khả năng chịu ngập chìm ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất, chúng tôi thực hiện đề tài: ―Ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm”.

Đề tài đƣợc đề ra với mục tiêu cụ thể sau: - Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại để quy tụ gen chịu ngập (Sub1) đã đƣợc xác định trƣớc vào giống lúa năng suất cao đang đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam với thời gian ngắn đáp ứng nhu cầu giống trong sản xuất. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu và vật liệu cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về gen chịu ngập (Sub1) trên cây lúa, đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng chịu ngập, năng suất cao, phù hợp với điều kiện canh tác lúa vùng ngập lụt, giúp ngƣời nông dân tăng thêm thu nhập, giảm đói nghèo. 3 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.

ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO 1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Những biến đổi này đƣợc gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây có thêm hoạt động của con ngƣời. (IPCC,2007, Nguyễn Văn Cƣờng) [8] [47] Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của một khu vực mà là vấn đề toàn cầu.

Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, mực nƣớc biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tƣơng lai. Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng đƣợc trồng ở các vùng đất thấp hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia nhƣ Việt Nam, Bangladesh, Ấn Độ.

Những khu vực này lại có nguy cơ bị nƣớc biển xâm nhập khi mực nƣớc biển dâng cao, cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng đƣợc cả tình trạng ngập nƣớc lẫn độ mặn cao. Lâu nay, châu Á là nơi sản xuất và tiêu thụ gạo cao nhất trên thế giới. Ngoài ra, châu Á còn là nơi xuất khẩu gạo chủ yếu. Trong đó, Thái Lan là nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất toàn cầu, lƣợng xuất khẩu hàng năm lên tới 9 triệu tấn.

Xét tới những thiệt hại trực tiếp trong lĩnh vực nông nghiệp cũng nhƣ tính thời vụ của sản xuất lƣơng thực của các nƣớc khu vực này, các chuyên gia cho rằng, ngoài một số nƣớc khu vực Đông Nam Á có thể phải đối mặt với khan hiếm gạo, 4 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học lƣợng cung cầu gạo trên thị trƣờng thế giới cũng sẽ bị thu hẹp ở mức độ nhất định, giá gạo chắc chắn sẽ tăng cao. Mỗi năm lũ lụt đã làm mất hàng triệu tấn lúa - chiếm khoảng 25% sản lƣợng lúa gạo, thất thoát hàng tỷ USD. Trong đó phổ biến nhất là ở châu Á, nơi sản xuất hơn 90% lúa gạo thế giới. Theo thống kê mới nhất của Tổ chức Nông lƣơng thế giới (FAO) hàng loạt hoa màu bao gồm lúa gạo bị tàn phá mang tính hủy hoại, trong đó diện tích lúa bị mất trắng ở các nƣớc nhƣ Thái Lan khoảng 12,5%, Philippines khoảng 6%, Campuchia khoảng 12%, Lào khoảng 7,5% và Việt Nam khoảng 0,4 %.

Ngoài ra, giá gạo trong nƣớc Campuchia, Việt Nam và Thái Lan cũng bắt đầu tăng, trong đó mức tăng giá gạo ở Campuchia dự đoán sẽ lên tới 50%. Ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dâng đến khu vực Đông Á 1m 2m 3m 4m 5m Diện tích (Tổng = 14.767 km2) Khu vực ảnh hƣởng 74.,089 % trong tổng số 0,52 0,84 1,.26 1,76 2,30 Dân số (Tổng = 1.