Luận văn thạc sĩ đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và mức độ phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến được tạo ra từ giống lúa st19 và q2

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đa dạng di truyền hình thái và phân tử ở các dòng lúa đột biến từ giống ST19 và Q2, đóng góp vào phát triển nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thái Dương
• Người hướng dẫn: PGS.TS Khuất Hữu Trung
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến được tạo ra từ giống lúa ST19 và Q2
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH
• PHẦN I: MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về cây lúa
• 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa
• 1.1.2. Đặc tính nông học của các giống lúa
• 1.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái về năng suất, chất lượng
• 1.1.3.1. Một số các chỉ tiêu đánh giá của đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất cây lúa
• 1.1.3.2. Phương pháp đánh giá đặc tính nông học ở lúa
• 1.2. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử
• 1.2.1. Sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa
• 1.2.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa ở mức độ phân tử trên thế giới
• 1.2.3. Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền cây lúa mức độ phân tử của Việt Nam
• 1.3. Một số thành tựu trong chọn tạo giống lúa chất lượng
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu đồng ruộng
• 2.3.2. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử
• 2.3.3. Phân tích số liệu
• 2.4. Địa điểm và thời gian thực hiện
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái
• 3.1.1. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng lúa đột biến và đối chứng
• 3.1.2. Đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu và giống gốc dựa vào các đặc điểm hình thái
• 3.2. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử
• 3.2.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số
• 3.2.2. Kết quả phân tích đa hình DNA bằng các chỉ thị phân tử SSR
• 3.2.3. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của các dòng lúa nghiên cứu
• 3.2.3.1. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 20 dòng lúa đột biến và giống gốc ST19
• 3.2.3.2. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 4 dòng lúa đột biến và giống gốc Q2
• PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đa dạng di truyền

Nghiên cứu tập trung vào đa dạng di truyền của các dòng lúa đột biến từ giống ST19 và Q2. Các dòng lúa này được tạo ra thông qua phương pháp đột biến phóng xạ và chọn lọc đến thế hệ M6. Đa dạng di truyền được đánh giá ở cả mức độ hình thái và phân tử, nhằm xác định mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa. Kết quả cho thấy sự biến đổi đáng kể về các đặc điểm hình thái như chiều cao cây, số bông, và khối lượng hạt, cũng như sự đa dạng về trình tự phân tử thông qua các chỉ thị SSR.

1.1. Đa dạng hình thái

Đa dạng hình thái được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như chiều cao cây, số bông/m2, và khối lượng 1000 hạt. Các dòng lúa đột biến từ ST19 và Q2 cho thấy sự biến đổi rõ rệt so với giống gốc. Ví dụ, một số dòng có chiều cao cây thấp hơn, phù hợp với mô hình thâm canh, trong khi các dòng khác có số bông/m2 cao hơn, tiềm năng năng suất lớn. Đa dạng hình thái này phản ánh sự biến đổi di truyền do quá trình đột biến và chọn lọc.

1.2. Đa dạng phân tử

Đa dạng phân tử được phân tích thông qua các chỉ thị SSR, cho phép xác định mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa. Kết quả phân tích cho thấy sự đa hình cao giữa các dòng đột biến, với số lượng alen và hệ số PIC (Polymorphism Information Content) đa dạng. Đa dạng phân tử này không chỉ giúp xác định mối quan hệ di truyền mà còn hỗ trợ trong việc chọn lọc các dòng ưu tú có tiềm năng năng suất và chất lượng cao.

II. Đánh giá di truyền

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp đánh giá di truyền để phân tích sự biến đổi di truyền ở các dòng lúa đột biến. Các chỉ tiêu hình thái và phân tử được kết hợp để đưa ra bức tranh toàn diện về sự đa dạng di truyền. Đánh giá di truyền không chỉ giúp xác định các dòng lúa có tiềm năng năng suất cao mà còn hỗ trợ trong việc bảo tồn và phát triển nguồn gen lúa.

2.1. Đánh giá hình thái

Đánh giá hình thái tập trung vào các yếu tố cấu thành năng suất như số bông/m2, số hạt chắc/bông, và khối lượng 1000 hạt. Các dòng lúa đột biến từ ST19 và Q2 được so sánh với giống gốc để xác định sự cải thiện về năng suất và chất lượng. Kết quả cho thấy một số dòng có năng suất cao hơn đáng kể, phù hợp với điều kiện canh tác hiện đại.

2.2. Đánh giá phân tử

Đánh giá phân tử sử dụng các chỉ thị SSR để phân tích sự đa hình DNA. Kết quả cho thấy sự biến đổi đáng kể về trình tự DNA giữa các dòng lúa đột biến, phản ánh sự đa dạng di truyền cao. Đánh giá phân tử này giúp xác định các dòng lúa có tiềm năng di truyền tốt, phục vụ cho công tác chọn giống và cải thiện chất lượng lúa.

III. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn lọc và phát triển các giống lúa mới có năng suất cao và chất lượng tốt. Đa dạng di truyền và đánh giá di truyền giúp xác định các dòng lúa ưu tú, phù hợp với điều kiện canh tác hiện đại và biến đổi khí hậu. Các dòng lúa đột biến từ ST19 và Q2 có tiềm năng ứng dụng cao trong sản xuất nông nghiệp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực.

3.1. Chọn giống lúa

Kết quả nghiên cứu hỗ trợ công tác chọn giống lúa bằng cách cung cấp thông tin về đa dạng di truyền và đánh giá di truyền. Các dòng lúa đột biến có tiềm năng năng suất cao và chất lượng tốt được chọn lọc để đưa vào sản xuất, góp phần cải thiện năng suất và chất lượng lúa gạo.

3.2. Bảo tồn nguồn gen

Nghiên cứu cũng góp phần vào việc bảo tồn nguồn gen lúa thông qua việc đánh giá và lưu trữ các dòng lúa đột biến có giá trị di truyền cao. Bảo tồn nguồn gen là yếu tố quan trọng trong việc duy trì và phát triển đa dạng sinh học, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và suy giảm đa dạng sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cây lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực thiết yếu nuôi sống hơn 3,7 tỷ người trên toàn cầu, với tổng diện tích canh tác thế giới đạt xấp xỉ 163,3 triệu ha theo thống kê của FAO. Tại Việt Nam, diện tích gieo trồng lúa duy trì ở mức 7,79 triệu ha, giữ vị thế xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, tình trạng biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp với hiện tượng xâm nhập mặn, hạn hán và rét kéo dài đang đe dọa nghiêm trọng năng suất lúa.

Giống lúa thơm ST19 nổi tiếng với chất lượng hạt vượt trội, hàm lượng amylose đạt 18% - 21%, hạt dài 7,5 mm, cơm dẻo và thơm đậm. Mặc dù vậy, khi di thực ra các tỉnh phía Bắc, ST19 bộc lộ nhiều hạn chế lớn: thân yếu dễ đổ ngã, thời gian sinh trưởng dài (120 ngày), tỷ lệ hạt lép cao và mẫn cảm với sâu bệnh. Trong khi đó, giống lúa Q2 cho năng suất cao từ 60 - 65 tạ/ha nhưng lại có nhược điểm thân quá cao (130,25 cm), cơm cứng do hàm lượng amylose cao (25%) và thời gian sinh trưởng dài (125 ngày).

Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 5/2016 đến tháng 8/2018 tại Viện Di truyền Nông nghiệp và các khu khảo nghiệm thực địa tại tỉnh Hưng Yên. Mục tiêu trọng tâm là đánh giá toàn diện đa dạng di truyền ở cấp độ hình thái nông học, các chỉ tiêu chất lượng và phân tích cấu trúc di truyền phân tử của 20 dòng lúa đột biến từ ST19 cùng 4 dòng đột biến từ Q2 ở thế hệ M6. Đề tài cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học chính xác nhằm tuyển chọn các dòng đột biến ưu tú, rút ngắn thời gian sinh trưởng, nâng cao độ cứng cây và cải thiện năng suất hạt từ 23% đến trên 86% so với giống gốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết di truyền học đột biến thực nghiệm và công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS). Bức xạ gamma nguồn Co-60 với dải liều chiếu từ 200 Gy đến 350 Gy được áp dụng để gây biến đổi cấu trúc DNA, tạo nguồn biến dị tổ hợp phong phú ở các tính trạng số lượng và chất lượng.

Cơ sở sinh hóa về chất lượng hạt dựa trên mô hình sinh tổng hợp tinh bột của enzym Granule-Bound Starch Synthase (GBSS) được mã hóa bởi locus gen Wx trên nhiễm sắc thể số 6, kiểm soát tỷ lệ amylose trong nội nhũ. Tính trạng mùi thơm hạt gạo được giải thích qua cơ chế bất hoạt gen BADH2 (Betaine Aldehyde Dehydrogenase 2), trong đó đột biến mất 8 cặp base tại exon 7 kích thích tích lũy hợp chất tạo hương 2-acetyl-1-pyrroline (2AP). Hệ thống khái niệm chủ đạo bao gồm: chỉ thị phân tử lặp lại chuỗi đơn (SSR), hệ số thông tin đa hình (Polymorphism Information Content - PIC), khoảng cách di truyền Nei (1972) và phương pháp phân nhóm trung bình liên kết từng cặp không trọng số (UPGMA).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thực hiện trên cỡ mẫu gồm 24 dòng lúa đột biến thế hệ M6 (20 dòng nguồn gốc ST19, 4 dòng nguồn gốc Q2) cùng 2 giống đối chứng gốc. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc chọn lọc cá thể liên tục qua 6 thế hệ tự thụ phấn nghiêm ngặt nhằm đảm bảo độ đồng nhất di truyền tuyệt đối trước khi đánh giá.

Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo phương pháp tuần tự không lặp lại với diện tích ô tiêu chuẩn 2,5 m² (kích thước 1 x 2,5 m) theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia 10 TCN 558-2002 và Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa (SES) của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI, 1996).

Quy trình phân tích phòng thí nghiệm bao gồm:

• Tách chiết DNA tổng số bằng phương pháp đệm CTAB cải tiến từ 1,5 - 2,0 g mô lá non.
• Khuếch đại PCR với 20 cặp mồi SSR đặc hiệu phân bố trên 12 nhiễm sắc thể, sử dụng chu trình nhiệt chuẩn hóa (biến tính ở 94°C trong 30 giây, gắn mồi ở 55°C trong 30 giây, kéo dài ở 72°C trong 45 giây qua 35 chu kỳ).
• Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose nồng độ 1,0% trong đệm TBE 0,5X ở điện thế 100V.
• Phân tích hàm lượng amylose theo phương pháp đo quang phổ hấp thụ phức màu Iod ở bước sóng 580 nm và thử nghiệm độ bền gel trong dung dịch KOH 1,7%.
• Xử lý số liệu di truyền bằng phần mềm NTSYS-pc phiên bản 2.1 để thiết lập ma trận tương đồng di truyền.

Lý do lựa chọn phương pháp SSR kết hợp chỉ thị chức năng BADH2 và Wx là vì SSR có tính đồng trội cao, độ lặp lại ổn định, phân bố rộng khắp bộ gen và không chịu tác động bởi điều kiện ngoại cảnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình đánh giá nông sinh học và phân tích phân tử đã ghi nhận nhiều chuyển biến di truyền tích cực ở thế hệ M6:

• Cải thiện độ cứng cây và giảm chiều cao: Giống gốc ST19 có thân yếu (điểm 7), trong khi 6 dòng đột biến gồm dòng 4, 8, 14, 15, 18, 19 đã chuyển sang mức cứng trung bình (điểm 3), 14 dòng còn lại đạt mức trung bình (điểm 5). Đối với giống Q2, tất cả 4 dòng đột biến đều hạ thấp chiều cao cây từ 130,25 cm xuống dao động 112,43 - 115,25 cm, trong đó dòng Q2-4 giảm mạnh nhất tới 17,82 cm (tương đương giảm 13,68%).
• Rút ngắn thời gian sinh trưởng: Dòng đột biến số 18 có thời gian sinh trưởng ngắn nhất đạt 112 ngày, rút ngắn 8 ngày (khoảng 6,67%) so với ST19 (120 ngày). Các dòng 14 (114 ngày) và 16 (113 ngày) cũng rút ngắn từ 6 - 7 ngày. Hai dòng Q2-1 và Q2-4 đạt 120 ngày, giảm 5 ngày so với giống gốc Q2 (125 ngày).
• Tăng đột biến số hạt chắc trên bông: Toàn bộ 20 dòng đột biến từ ST19 đều có số hạt chắc/bông vượt trội so với giống gốc (104,62 hạt). Tỷ lệ tăng dao động từ 46,43% ở dòng 13 (152,28 hạt) đến 86,62% ở dòng 12 (195,25 hạt); dòng 18 đạt 191,32 hạt (+82,87%). Ở tập đoàn Q2, số hạt chắc tăng từ 23,13% (dòng Q2-1 đạt 207,34 hạt) lên 31,33% (dòng Q2-3 đạt 221,14 hạt so với 168,39 hạt của đối chứng).
• Tăng khối lượng 1000 hạt và duy trì phẩm chất: Khối lượng 1000 hạt của dòng 18 đạt 23,78 g, tăng 8,04% so với ST19 gốc (22,01 g). Hàm lượng amylose ở dòng 5 đạt mức thấp lý tưởng 17,6%, dòng 1 đạt 21,3%, hầu hết các dòng giữ được độ trở hồ trung bình cấp 5 trong dung dịch KOH 1,7%.

Thảo luận kết quả

Sự biến đổi đồng loạt về các tính trạng nông học chứng minh xử lý bức xạ gamma liều 200 - 350 Gy đã tạo ra các đột biến điểm và tái cấu trúc nhiễm sắc thể có lợi. Dữ liệu thực nghiệm có thể biểu diễn trực quan qua biểu đồ cột so sánh số lượng hạt chắc/bông và sơ đồ hình cây (Dendrogram) phân nhóm di truyền UPGMA từ phần mềm NTSYS-pc. Cây phả hệ phân tử phân chia tập đoàn nghiên cứu thành các phân nhóm rõ rệt dựa trên khoảng cách di truyền, khẳng định sự phân hóa sâu sắc giữa các dòng đột biến so với dạng bố mẹ ban đầu.

Kết quả này hoàn toàn tương đồng với các công bố quốc tế của Olufowote (1997) và Weiwei Shi (2008) khi khẳng định chỉ thị SSR kết hợp chỉ thị chức năng gen BADH2 cho phép nhận diện chính xác các dòng thuần mang gen mùi thơm mà không bị nhầm lẫn bởi biến thiên kiểu hình môi trường. Việc chọn lọc thành công dòng 18 và dòng 12 kết hợp hài hòa cả ba yếu tố: cứng cây, ngắn ngày và năng suất vượt trội là bước đột phá trong công tác cải tiến giống lúa chất lượng cao cho vùng sinh thái phía Bắc.

Đề xuất và khuyến nghị

• Tuyển chọn và đưa vào hệ thống khảo nghiệm VCU cấp quốc gia: Đưa ngay 3 dòng đột biến xuất sắc nhất gồm Dòng số 18, Dòng số 12 (từ nguồn ST19) và dòng Q2-3 (từ nguồn Q2) vào mạng lưới khảo nghiệm diện rộng tại các tỉnh Đồng bằng sông Hồng và Bắc Trung Bộ trong giai đoạn 2026 - 2027. Mục tiêu hướng tới xác lập năng suất thực thu đạt 65 - 72 tạ/ha và độ thuần đồng ruộng trên 99%. Chủ thể thực hiện: Viện Di truyền Nông nghiệp phối hợp cùng Trung tâm Khảo nghiệm Giống cây trồng Quốc gia.
• Xây dựng quy trình kỹ thuật canh tác thâm canh chuẩn hóa: Thiết lập gói quy trình gieo cấy thích ứng cho Dòng số 18 với mật độ cấy tối ưu 40 - 45 khóm/m², cân đối phân bón theo tỷ lệ 100N - 60P2O5 - 70K2O nhằm phát huy tối đa tiềm năng 190 hạt chắc/bông và hạn chế tối đa nguy cơ lốp đổ trong vụ mùa. Thời gian hoàn thiện quy trình trong 12 tháng. Chủ thể thực hiện: Trung tâm Khuyến nông các tỉnh Hưng Yên, Hải Dương và Nam Định.
• Ứng dụng giải trình tự gen thế hệ mới (NGS): Tiến hành giải trình tự toàn bộ vùng gen BADH2 và các alen thuộc locus Wx trên Dòng số 18 và Dòng số 5 nhằm định danh chính xác vị trí đột biến điểm ở cấp độ nucleotide trước năm 2027. Chủ thể thực hiện: Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Gen.
• Mở rộng hợp tác liên kết chuỗi giá trị lúa gạo thương phẩm: Chuyển giao bản quyền khai thác thương mại các dòng đột biến ưu tú cho các tập đoàn giống cây trồng uy tín để tổ chức sản xuất hạt giống cấp nguyên chủng và xác nhận, đặt mục tiêu nâng cao 20% - 25% giá trị gia tăng hạt gạo chế biến cho nông dân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Các nhà khoa học, chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Cung cấp nguồn tư liệu thực nghiệm chuyên sâu về thông số liều chiếu xạ gamma thích hợp (200 - 350 Gy) và phương pháp khai thác chỉ thị SSR trong chọn lọc dòng thuần ở thế hệ M6.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Công nghệ Sinh học, Sinh học thực nghiệm và Di truyền học: Tài liệu mẫu mực về thiết kế thí nghiệm kết hợp giữa kiểu hình đồng ruộng chuẩn IRRI và phân tích đa dạng phân tử qua phần mềm NTSYS-pc.
• Cán bộ kỹ thuật tại các Trung tâm Giống cây trồng, Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ Thực vật: Căn cứ khoa học phục vụ bố trí cơ cấu mùa vụ, đánh giá độ ổn định và lựa chọn giống lúa chống chịu ngoại cảnh cho địa phương.
• Doanh nghiệp sản xuất hạt giống và các hợp tác xã nông nghiệp công nghệ cao: Định hướng đầu tư thương mại hóa các dòng lúa đột biến tiềm năng cao về năng suất và chất lượng cơm thơm dẻo.

Câu hỏi thường gặp

• Chiếu xạ gamma nguồn Co-60 có làm mất đi gen quy định mùi thơm đặc trưng của giống ST19 không? Hoàn toàn không làm mất tính trạng mùi thơm trên toàn bộ tập đoàn. Kết quả kiểm tra chỉ thị phân tử BADH2 cho thấy nhiều dòng đột biến ưu tú như dòng 1, dòng 4, dòng 9 vẫn bảo tồn nguyên vẹn alen quy định mùi thơm đồng hợp tử, giữ trọn hương vị đặc trưng của giống gốc.

• Dòng đột biến số 18 sở hữu những đặc tính nông sinh học nào vượt trội nhất? Dòng số 18 là cá thể đột biến toàn diện nhất với thời gian sinh trưởng chỉ 112 ngày (ngắn hơn giống gốc 8 ngày), chiều cao cây lý tưởng 108,85 cm, độ cứng cây đạt mức 3 (cứng trung bình), số hạt chắc/bông đạt 191,32 hạt và khối lượng 1000 hạt đạt 23,78 g (tăng 8,04%).

• Tại sao nghiên cứu lại kết hợp đồng thời đánh giá hình thái nông học và chỉ thị phân tử SSR? Đánh giá hình thái phản ánh trực tiếp năng suất và khả năng thích nghi thực địa nhưng dễ bị sai lệch do môi trường canh tác. Chỉ thị phân tử SSR phân tích trực tiếp ở mức độ DNA, có độ đa hình cao và không phụ thuộc ngoại cảnh, giúp xác định chính xác quan hệ di truyền giữa các dòng.

• Hàm lượng amylose của các dòng đột biến được kiểm soát và phân loại theo thang đo nào? Hàm lượng amylose được định lượng thông qua phương pháp so màu quang phổ hấp thụ phức Iod ở bước sóng 580 nm và phân cấp chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IRRI (1988), dao động từ 17,6% (nhóm thấp, cơm dẻo) đến 21,3% (nhóm trung bình).

• Cơ sở khoa học nào chứng minh các dòng lúa M6 trong nghiên cứu đã đạt độ ổn định di truyền? Trải qua 6 thế hệ tự thụ phấn liên tục (từ M1 đến M6) kết hợp chọn lọc cá thể nghiêm ngặt, tỷ lệ dị hợp tử (H%) trên các locus SSR đã giảm xuống mức tối thiểu, biểu hiện kiểu hình về chiều cao và thời gian sinh trưởng đồng nhất trên toàn bộ ô thí nghiệm.

Kết luận

• Đã đánh giá toàn diện 20 dòng đột biến từ giống ST19 và 4 dòng từ giống Q2 ở thế hệ M6 về cả đặc tính nông học, phẩm chất hạt và cấu trúc di truyền phân tử.
• Khắc phục triệt để nhược điểm thân yếu của giống gốc ST19, nâng độ cứng cây lên điểm 3 và điểm 5, đồng thời giảm chiều cao cây giống Q2 tới 17,82 cm.
• Rút ngắn thời gian sinh trưởng từ 5 đến 8 ngày, đáp ứng hoàn hảo yêu cầu bố trí luân canh mùa vụ khắt khe tại các tỉnh phía Bắc.
• Gia tăng đột phá số hạt chắc trên bông từ 46,43% đến 86,62% ở các dòng ST19 và từ 23,13% đến 31,33% ở các dòng Q2.
• Phát hiện Dòng số 18 và Dòng số 12 là hai nguồn vật liệu di truyền đặc biệt giá trị cho công tác công nhận giống lúa mới.

Kế hoạch tiếp theo tập trung vào việc hoàn thiện hồ sơ bảo hộ giống cây trồng và khảo nghiệm sản xuất thử diện rộng tại 5 tỉnh trọng điểm phía Bắc trong niên vụ 2026 - 2027. Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể tiếp cận khai thác nguồn gen ưu tú này để đẩy mạnh liên kết phát triển vùng nguyên liệu lúa chất lượng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về cây lúa 1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa Lúa trồng (Oryza sativa L.) là cây trồng có từ lâu đời và gắn liền với quá trình phát triển của xã hội loài người, nhất là vùng châu Á.

Theo Mai Thọ Trung (1990) [15], lúa trồng hiện nay có nguồn gốc từ lúa dại (Oryza fatua, Oryza off Cinalis, Oryza minuta) do quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo lâu dài tạo nên. Lúa trồng thuộc: Giới : thực vật (Plantae), Ngành : thực vật có hoa (Angios permes), Lớp : một lá mầm (Mono Cotyledones), Bộ : hoà thảo có hoa (Poales), Họ : hoà thảo (Poaceae) trước đây gọi là họ Graminae, Chi : Oryza, Chi Oryza có 23 loài phân bố rộng khắp thế giới. Loài Orazy sativa L. được trồng phổ biến ở khắp các nước trên thế giới và phần lớn tập trung ở châu Á.

Loài Oryza glaberrima S. Loài Oryza sativa L. được chia làm ba loài phụ: - Loài phụ Japonica phân bố ở những nơi có vĩ độ cao (bắc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên), có những đặc điểm như chịu rét cao nhưng ít chịu sâu bệnh. - Loài phụ Indica được trồng ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới (Việt Nam, Ấn Độ, Mianma, Philippin).

Loài phụ Indica có đặc điểm: hạt dài, thân cao, mềm, dễ đổ, chịu sâu bệnh khá, năng suất thấp, mẫn cảm với chu kỳ 4 ánh sáng. - Loài phụ Javanica có hình thái trung gian giữa Indica và Japonica. Hạt dài nhưng dày và rộng hơn hạt của Indica, chỉ được trồng ở một vài nơi thuộc Indonesia.1: Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa Đặc Indica Javanica Japonica tính Thân - Thân cao - Thân cao trung bình - Thân thấp Chồi - Nở bụi mạnh - Nở bụi thấp - Nở bụi trung bình - Lá rộng, xanh - Lá rộng, cứng, xanh Lá - Lá hẹp, xanh đậm nhạt nhạt - Hạt thon dài, dẹp - Hạt tròn, ngắn - Hạt to, dầy - Hạt hầu như - Hạt không đuôi tới - Hạt không có đuôi không có đuôi có đuôi dài Hạt hoặc có đuôi dài - Trấu ít lông và - Trấu có lông dài và - Trấu có lông dài lông ngắn dày - Ít rụng hạt - Hạt dễ rụng - Ít rụng hạt Sinh - Tính quang cảm - Tính quang cảm rất - Tính quang cảm rất học rất thay đổi yếu thay đổi 1. Đặc tính nông học của các giống lúa Lúa là cây thân thảo sinh sống hàng năm.

Thời gian sinh trưởng của các giống dài ngắn khác nhau và trong khoảng 60 - 250 ngày tuỳ theo giống, vụ lúa chiêm hay mùa, cấy sớm hay muộn. Chu kỳ sinh trưởng, phát triển của cây lúa bắt đầu từ hạt và cây lúa cũng kết thúc một chu kỳ của nó khi tạo ra hạt mới. Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa có thể được chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn sinh trưởng được tính từ thời kì mạ đến đẻ nhánh; Giai đoạn sinh thực tính từ thời kì làm đốt đến hạt chín. Các nhân tố sinh thái (nhiệt độ, ánh sáng, nước, đất…) thường xuyên ảnh 5 hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa, trong đó nhiệt độ có tác dụng quyết định.

Ở mỗi giai đoạn sinh trưởng, cây lúa yêu cầu nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ thích hợp nhất là 280C - 320C, ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ dưới 130C. Nhiệt độ tối thích cho nảy mầm là 200C - 350C, ra rễ là 250 C - 280 C, vươn lá là 310C (Lê Trần Bình và cộng sự, 1995) [1]. Ánh sáng tác động tới cây lúa thông qua cường độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng. Quang hợp của lúa nước tiến hành thuận lợi ở điều kiện chiếu sáng 250 - 400 cal/cm2/ngày (Trần Kim Đồng và cộng sự, 1991) [5].

Cường độ ánh sáng trong ngày ảnh hưởng đến quá trình ra hoa, kết quả ở lúa. Dựa vào phản ứng quang chu kỳ người ta chia cây lúa làm 3 loại: loại phản ứng với ánh sáng ngày dài, yêu cầu thời gian chiếu sáng trên 13 giờ/ngày; loại phản ứng với ánh sáng ngày ngắn, yêu cầu thời gian chiếu sáng dưới 13 giờ/ngày; loại phản ứng trung tính có thể ra hoa trong bất cứ điều kiện ngày ngắn hay ngày dài (Lê Trần Bình và Lê Thị Muội, 1998) [2]. Lúa yêu cầu nhiều nước hơn các cây trồng khác, để tạo ra 1g chất khô cây lúa cần 628g nước. Lượng nước cần thiết cho cây lúa trung bình 6 - 7mm/ngày trong mùa mưa, 8 - 9mm/ngày trong mùa khô.

Đất trồng lúa tốt nhất là đất thịt, trung tính đến sét, có hàm lượng N, P, K tổng số cao; pH = 4,5 - 7,0, độ mặn nhỏ hơn 0,5% tổng số muối tan [5, 4]. Đặc điểm hình thái dòng lúa ST19 Giống lúa ST19 là giống lúa thuộc loài phụ Indica, có thời gian sinh trưởng 115-120 ngày vụ xuân, vỏ trấu có màu nâu. Hạt gạo trong, cơm mềm, dẻo, hàm lượng amylose 18%- 21% có mùi thơm. Hạt gạo ST19 dài 7,5mm, đang được trồng phổ biến ở các tỉnh phía Nam, nhất là các tỉnh Sóc Trăng và Cà Mau.

Giống có năng suất khá, đặc biệt là chất lượng cao, chịu phèn mặn khá, có kiểu hình đẹp, lá hình lòng mo, chịu thâm canh, năng suất khá, chỉ thích ứng ở phía Nam, khi giống mang ra trồng ở phía Bắc thì giống có 4 nhược điểm lớn cần khắc phục: Dài ngày, năng suất thấp; Bông thưa, tỷ lệ lép 6 cao; Nhiễm sâu bệnh nặng, nhất là bạc lá và rầy nâu; Chịu rét kém vào vụ đông xuân. Đặc điểm hình thái dòng lúa Q2 Giống Q2 có thời gian sinh trưởng 130-140 ngày vụ xuân, hàm lượng amylose 25%, năng suất cao đạt 60-65 tạ/ha nhưng cơm cứng và dài ngày. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái về năng suất, chất lượng 1. Một số các chỉ tiêu đánh giá của đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất cây lúa Trong sản xuất lúa, năng suất là mục tiêu cuối cùng và là một chỉ tiêu kinh tế quan trọng, có ý nghĩa quyết định đến sự tồn tại hay không tồn tại của một giống lúa.

Mặt khác năng suất là chỉ tiêu tổng hợp phản ánh kết quả của một giống. Khả năng cho năng suất của các giống lúa được thể hiện qua các yếu tố cấu thành năng suất như: Số bông/m2, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt, các yếu tố này liên quan chặt chẽ với nhau. Số bông/m2 phụ thuộc vào quá trình đẻ nhánh hữu hiệu và số cây trên đơn vị diện tích. Dựa vào điều kiện đất đai, dinh dưỡng, khí hậu của địa phương và đặc điểm của từng giống để quyết định mật độ cấy, tỷ lệ đẻ nhánh từ đó sẽ quyết định số bông, số hạt, tỷ lệ hạt chắc và năng suất cuối cùng.

Khả năng đẻ nhánh: Đẻ nhánh là tập tính sinh học của cây lúa, nhanh được hình thành từ các mắt trên thân. Các mầm này có thể phát triển thành nhánh khi gặp điều kiện thuận lợi. Khả năng đẻ nhánh nhiều hay ít phụ thuộc và đặc điểm của từng giống, tùy thuộc vào tuổi mạ, kỹ thuật cấy, điều kiện dinh dưỡng, nước, điều kiện ngoại cảnh. Cây lúa càng nhiều nhánh, tỉ lệ nhánh hữu hiệu cao thì cho năng suất càng cao.

Độ cứng cây: Ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của lúa. Trong thời kì hạt bắt đầu chín, độ cứng cây cần đạt yêu cầu để giữ cho cây lúa không bị đổ gục trước những đợt gió hoặc mưa to. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng cây 7 như bón phân, ánh sáng và chất lượng giống. Cây càng yếu thì khả năng nâng đỡ bông lúa càng kém.

Chiều cao cây: Chiều cao cây là một chỉ tiêu quan trọng, ảnh hưởng tới năng suất, những giống có chiều cao cây thấp, thân rạ cứng thường là những giống chịu thâm canh cao, khả năng tích luỹ vật chất khô lớn, có tiềm năng cho năng suất cao. Chiều cao cây là đặc trưng của từng giống. Chiều cao cây phụ thuộc vào điều kiện canh tác, chăm sóc, thời vụ gieo trồng,. khác nhau thì chiều cao cây cũng khác nhau, ngoài ra chiều cao cây còn phụ thuộc vào chiều dài lóng và số lóng trên thân.

Xu hướng chọn tạo hiện nay của Việt Nam cũng như trên thế giới là chọn lọc ra nhiều giống lúa mới có năng suất cao, phẩm chất tốt, cây thấp chịu thâm canh, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh và sâu bệnh hại. Độ thoát cổ bông: Khả năng không trỗ thoát cổ bông nhìn chung được coi là một nhược điểm di truyền, có ảnh hưởng đến năng suất lúa nếu giống lúa có tỉ lệ thoát cổ bông thấp, nhiều hạt lúa không thoát ra khỏi bẹ lá đòng dẫn tới hình thành hạt lép. Thời gian sinh trưởng: Thời gian sinh trưởng của các giống lúa bắt đầu từ khi gieo đến khi thu hoạch được chia làm nhiều giai đoạn khác nhau, các giai đoạn sinh trưởng luôn biến động theo giống, mùa vụ tác động của con người thông qua các biện pháp kỹ thuật trong quá trình sản xuất. Sinh trưởng, phát triển là một chỉ tiêu quan trọng liên quan chặt chẽ với năng suất lúa.

Quá trình sinh trưởng, phát triển của lúa thể hiện trên đồng ruộng là kết quả của sự phản ánh tính bền vững của giống về mặt di truyền, đồng thời cũng phản ánh được khả năng phản ứng của giống với điều kiện ngoại cảnh. Hay nói cách khác, các giống khác nhau thì đặc tính của từng giống là khác nhau. - Năng suất hạt: Trên ruộng lúa số bông/m2 phụ thuộc rất nhiều vào khả năng đẻ nhánh và sức đẻ nhánh hữu hiệu. Như vậy, muốn nâng cao số bông trên đơn vị diện tích nhất thiết phải tác động, thúc đẩy hai yếu tố trên một 8 cách hài hoà nhất.

Thực tế ta thấy rằng quần thể ruộng lúa có quy luật tự điều tiết, không cho phép cấy dày hay thưa quá vì không phù hợp với những lợi ích về kinh tế và kỹ thuật. Số hạt/bông nhiều hay ít tuỳ thuộc vào số gié, hoa phân hoá cũng như số gié, hoa thoái hoá, các quá trình này nằm trong thời kỳ cây lúa sinh trưởng sinh thực (làm đòng). Hạt chắc/bông là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến năng suất. Thời kỳ quyết định hình thành số hạt chắc/bông bắt đầu từ thời kỳ phân hoá đòng đến cuối thời kỳ vào chắc (từ trước trỗ 30 ngày đến sau trỗ 15 ngày).

Phương pháp đánh giá đặc tính nông học ở lúa Để đánh giá các các yếu tố về đặc tính nông học ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng lúa trên thế giới thường sử dụng hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa (SES) theo tiêu chuẩn IRRI (1996) [21].