Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Mức Độ Hình Thái Và Phân Tử Của Các Dòng Lúa Đột Biến ST19 Và Q2

Luận văn thạc sĩ phân tích hay đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái và mức độ phân tử tập đoàn các dòng lúa đột biến, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Thái Dương
• Người hướng dẫn: PGS.TS Khuất Hữu Trung
• Trường học: Viện Sinh Thái Và Tài Nguyên Sinh Vật
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.2. Tổng quan về cây lúa
• 1.3. Nguồn gốc và phân loại cây lúa
• 1.4. Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa
• 1.5. Đặc tính nông học của các giống lúa
• 1.6. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái về năng suất, chất lượng
• 2. CHƯƠNG II: 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
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu đồng ruộng
• 2.5. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử
• 2.6. Phân tích số liệu
• 2.7. Địa điểm và thời gian thực hiện
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái
• 3.2. Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng lúa đột biến và đối chứng
• 3.3. Đa dạng di truyền của các dòng nghiên cứu và giống gốc dựa vào các đặc điểm hình thái
• 3.4. Đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ phân tử
• 3.4.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số
• 3.4.2. Kết quả phân tích đa hình DNA bằng các chỉ thị phân tử SSR
• 3.4.3. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của các dòng lúa nghiên cứu
• 3.4.4. Kết quả phân tích đa hình và mối quan hệ di truyền của 20 dòng lúa đột biến và giống gốc ST19
• 3.4.5. 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. Tổng Quan Về Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Lúa ST19 Và Q2

Đánh giá đa dạng di truyền ở lúa đột biến ST19 và Q2 là một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu nông nghiệp hiện đại. Cây lúa (Oryza sativa L.) không chỉ là nguồn thực phẩm chính cho hàng tỷ người mà còn là đối tượng nghiên cứu chính trong việc cải thiện năng suất và chất lượng. Việc hiểu rõ về đa dạng di truyền giúp xác định các giống lúa có khả năng thích ứng tốt với điều kiện môi trường biến đổi khí hậu.

1.1. Đánh Giá Di Truyền Ở Mức Độ Hình Thái Của Lúa

Đánh giá di truyền ở mức độ hình thái giúp xác định các đặc điểm sinh trưởng và phát triển của giống lúa. Các chỉ tiêu như chiều cao cây, số bông/m2 và khối lượng 1000 hạt là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến năng suất.

1.2. Đánh Giá Di Truyền Ở Mức Độ Phân Tử Của Lúa

Đánh giá di truyền ở mức độ phân tử sử dụng các chỉ thị phân tử như SSR để phân tích sự đa dạng di truyền. Phương pháp này giúp xác định mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến và giống gốc.

II. Thách Thức Trong Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Lúa Đột Biến

Việc đánh giá đa dạng di truyền ở lúa đột biến ST19 và Q2 gặp nhiều thách thức. Biến đổi khí hậu, sâu bệnh và điều kiện canh tác không ổn định là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến năng suất và chất lượng lúa. Các nhà nghiên cứu cần tìm ra giải pháp để cải thiện khả năng chống chịu của giống lúa.

2.1. Ảnh Hưởng Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Sản Xuất Lúa

Biến đổi khí hậu gây ra những thay đổi lớn trong điều kiện sinh trưởng của cây lúa. Nhiệt độ tăng cao và lượng mưa không ổn định làm giảm năng suất và chất lượng lúa.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Chọn Giống Lúa Phù Hợp

Việc chọn giống lúa phù hợp với điều kiện địa phương là một thách thức lớn. Các giống lúa cần có khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh và điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

III. Phương Pháp Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Lúa ST19 Và Q2

Để đánh giá đa dạng di truyền ở lúa ST19 và Q2, nhiều phương pháp đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm phân tích hình thái, phân tích phân tử và các chỉ thị di truyền. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng.

3.1. Phân Tích Hình Thái Của Các Dòng Lúa

Phân tích hình thái giúp xác định các đặc điểm sinh trưởng như chiều cao cây, số bông và khối lượng hạt. Những chỉ tiêu này có thể dự đoán năng suất của giống lúa.

3.2. Sử Dụng Chỉ Thị Phân Tử Trong Đánh Giá

Chỉ thị phân tử như SSR và RAPD được sử dụng để phân tích đa dạng di truyền. Phương pháp này giúp xác định mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa và giống gốc.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Lúa

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự đa dạng di truyền giữa các dòng lúa đột biến ST19 và Q2 là rất phong phú. Các dòng lúa này không chỉ có năng suất cao mà còn có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất lợi.

4.1. Đánh Giá Năng Suất Của Các Dòng Lúa

Năng suất của các dòng lúa đột biến ST19 và Q2 được đánh giá cao hơn so với giống gốc. Điều này cho thấy tiềm năng cải thiện năng suất thông qua chọn giống.

4.2. Khả Năng Chống Chịu Của Các Dòng Lúa

Các dòng lúa đột biến cho thấy khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh và điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Điều này là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực.

V. Kết Luận Về Đánh Giá Đa Dạng Di Truyền Ở Lúa Đột Biến

Đánh giá đa dạng di truyền ở lúa đột biến ST19 và Q2 là một bước quan trọng trong việc phát triển giống lúa mới. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện năng suất mà còn nâng cao chất lượng lúa, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Đánh Giá Di Truyền

Nghiên cứu về đa dạng di truyền sẽ tiếp tục được mở rộng để tìm ra các giống lúa có khả năng thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu.

5.2. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trong việc chọn giống lúa mới, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng lúa gạo trong nước và quốc tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lúa gạo (Oryza sativa L.) là cây lương thực thiết yếu nuôi sống hơn 3,7 tỷ người trên toàn cầu, với hơn 91% sản lượng và diện tích canh tác tập trung tại châu Á. Theo thống kê của FAO, diện tích gieo trồng lúa thế giới đạt xấp xỉ 163,3 triệu ha, trong khi tại Việt Nam, con số này đạt 7,79 triệu ha vào năm 2016. Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo hiện nay đang đối mặt với thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu, hiện tượng nước biển dâng, hạn hán kéo dài và áp lực sâu bệnh gia tăng.

Thực tiễn sản xuất tại các tỉnh phía Bắc đòi hỏi những giống lúa vừa đạt năng suất cao, vừa có phẩm chất gạo thượng hạng và khả năng chống chịu ngoại cảnh bất thuận. Giống lúa ST19 nổi tiếng với chất lượng gạo thơm ngon, hạt dài 7,5 mm, cơm dẻo mềm và hàm lượng amylose từ 18% đến 21%, nhưng khi đưa ra gieo cấy tại miền Bắc lại bộc lộ nhược điểm thân yếu dễ đổ ngã, thời gian sinh trưởng dài 120 ngày và nhiễm bệnh bạc lá. Ngược lại, giống lúa Q2 cho tiềm năng năng suất vượt trội đạt 60 đến 65 tạ/ha, song thân cây quá cao (130,25 cm), thời gian sinh trưởng dài và cơm cứng do hàm lượng amylose lên tới 25%.

Nhằm giải quyết triệt để các tồn tại trên, nghiên cứu tập trung đánh giá đa dạng di truyền ở mức độ hình thái nông sinh học và mức độ phân tử của tập đoàn 24 dòng lúa đột biến thế hệ M6 (gồm 20 dòng phát triển từ ST19 và 4 dòng phát triển từ Q2 qua xử lý chiếu xạ phóng xạ liều lượng từ 200 Gy đến 350 Gy) so với 2 giống đối chứng gốc. Đề tài được triển khai thực địa và phòng thí nghiệm từ tháng 5/2016 đến tháng 8/2018 tại Viện Di truyền Nông nghiệp và các cơ sở khảo nghiệm tại tỉnh Hưng Yên, tạo cơ sở khoa học vững chắc để tuyển chọn các dòng lúa ưu tú phục vụ sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng các lý thuyết di truyền học và công nghệ sinh học thực nghiệm hiện đại:

• Lý thuyết đột biến phóng xạ thực nghiệm (Physical Mutagenesis): Ứng dụng nguồn tia gamma ở dải liều lượng 200 Gy, 250 Gy, 300 Gy và 350 Gy để phá vỡ liên kết DNA, tạo ra nguồn biến dị di truyền phong phú trong quần thể chọn giống.
• Lý thuyết di truyền phân tử và chọn giống nhờ chỉ thị (Marker-Assisted Selection - MAS): Ứng dụng các đoạn trình tự lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeats - SSR) phân bố đều khắp 12 cặp nhiễm sắc thể lúa để xác định kiểu gen mà không chịu tác động của điều kiện môi trường.
• Cơ sở phân tử kiểm soát mùi thơm và hàm lượng amylose: Mùi thơm lúa gạo được điều hòa bởi gen badh2 (fgr) trên nhiễm sắc thể số 8 với đột biến mất đoạn 8 bp tại exon 7 hoặc mất đoạn 7 bp tại exon 2. Đồng thời, hàm lượng amylose (chiếm 16% đến 30% tinh bột nội nhũ) do gen Wx mã hóa enzyme Granule-Bound Starch Synthase (GBSS) trên nhiễm sắc thể số 6 quy định thông qua hai alen chính là Wxa (hàm lượng amylose cao ở nhóm Indica) và Wxb (hàm lượng amylose thấp ở nhóm Japonica).
• Lý thuyết khoảng cách và tương đồng di truyền Nei (1972): Tính toán hệ số tương đồng di truyền (I), khoảng cách di truyền (D) và hệ số thông tin đa hình (Polymorphic Information Content - PIC) để phân tích mức độ đa hình alen của từng locus.

Phương pháp nghiên cứu

• Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 26 đối tượng (20 dòng đột biến M6 từ ST19, 4 dòng đột biến M6 từ Q2, cùng 2 giống gốc ST19 và Q2 làm đối chứng). Mẫu được thu thập theo phương pháp chọn lọc cá thể qua từng thế hệ từ M1 đến M6 nhằm đảm bảo độ thuần đồng hợp tử cao trước khi đánh giá chi tiết.
• Phương pháp đánh giá đồng ruộng: Thí nghiệm bố trí tuần tự không nhắc lại với diện tích mỗi ô là 2,5 m² (1 m x 2,5 m) theo quy trình kỹ thuật canh tác đại trà. Các chỉ tiêu nông sinh học được theo dõi xuyên suốt 9 giai đoạn sinh trưởng của cây lúa dựa trên Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa (SES) của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI, 1996) và Quy phạm khảo nghiệm DUS 10 TCN 558 - 2002 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
• Phương pháp phân tích hóa sinh: Định lượng hàm lượng amylose hạt bằng phương pháp so màu phức hợp amylose-iodine tại bước sóng 580 nm theo tiêu chuẩn Cagampang & Rodriguez (1980) và thang đánh giá IRRI (1988). Đánh giá nhiệt độ hóa hồ thông qua độ phân hủy trong dung dịch kiềm KOH 1,7% sau 23 giờ theo tiêu chuẩn IRRI (1979).
• Phương pháp phân tích phân tử: Tách chiết DNA tổng số từ lá non 30 ngày tuổi bằng phương pháp CTAB (Cheng và cộng sự, 2003). Khuếch đại PCR với 20 cặp mồi SSR đặc hiệu trên chu trình nhiệt 35 chu kỳ với nhiệt độ gắn mồi 55°C. Sản phẩm PCR được điện di trên gel agarose 1% pha đệm TBE 0,5X tại cường độ dòng điện 100 mA trong 4 giờ và chụp ảnh bằng hệ thống soi gel UV Molecular Imager FX.
• Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu hình thái được tổng hợp bằng Excel; dữ liệu phân tử nhị phân (0/1) được phân tích ma trận tương đồng di truyền và thiết lập sơ đồ cây phát sinh loài UPGMA thông qua phần mềm NTSYS-pc v2.1. Việc kết hợp đồng thời chỉ thị hình thái và chỉ thị SSR giúp loại bỏ sai số do biến dị môi trường, đảm bảo độ chuẩn xác tối đa khi xác định quan hệ phả hệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm và phân tích đã ghi nhận những đột phá quan trọng về cả kiểu hình lẫn kiểu gen của tập đoàn dòng đột biến:

• Cải thiện độ cứng thân và giảm nguy cơ đổ ngã: Giống gốc ST19 có thân yếu (điểm 7), trong khi 6 dòng đột biến gồm dòng 4, 8, 14, 15, 18, 19 đã nâng độ cứng cây lên mức cứng trung bình (điểm 3), và 14 dòng còn lại đạt mức trung bình (điểm 5). Chiều cao cây ở các dòng ST19 dao động từ 105,67 cm đến 115,30 cm, thuộc nhóm hình thái lý tưởng. Đặc biệt ở giống Q2, chiều cao cây giảm mạnh từ 130,25 cm ở giống gốc xuống còn 112,43 cm ở dòng Q2-4 (giảm 17,82 cm) và 115,25 cm ở dòng Q2-2 (giảm 15,00 cm), khắc phục hoàn toàn nhược điểm cây quá cao dễ gãy đổ.
• Rút ngắn thời gian sinh trưởng: Các dòng ST19 số 14 (114 ngày), số 16 (113 ngày) và số 18 (112 ngày) đã rút ngắn chu kỳ sinh trưởng từ 6 đến 8 ngày so với giống gốc ST19 (120 ngày). Các dòng đột biến Q2-1 và Q2-4 có thời gian sinh trưởng 120 ngày, giảm 5 ngày so với giống gốc Q2 (125 ngày).
• Tăng vọt số hạt chắc trên bông và khối lượng hạt: Toàn bộ 20 dòng đột biến từ ST19 đều có số hạt chắc/bông vượt trội giống gốc từ 46,43% (dòng 13 đạt 152,28 hạt) đến 86,62% (dòng 12 đạt 195,25 hạt so với 104,62 hạt của ST19). Khối lượng 1000 hạt của dòng 18 đạt tới 23,78 g (tăng 8,04% so với đối chứng 22,01 g) và dòng 11 đạt 23,12 g (tăng 5,04%). Ở tập đoàn Q2, dòng Q2-3 đạt 221,14 hạt chắc/bông (tăng 31,3% so với 168,39 hạt của Q2 gốc).
• Chất lượng hạt gạo và mùi thơm: Hàm lượng amylose ở các dòng đột biến ST19 phân hóa tích cực; dòng số 5 giảm xuống 17,6%, các dòng số 2, 3, 4, 6, 7 duy trì ở mức 18,2% đến 18,3% (nhóm amylose thấp, giúp cơm mềm dẻo hơn). Mùi thơm đặc trưng được giữ vững ở mức điểm 2 (thơm rõ) tại các dòng số 1, 4, 5, 6, 7, 9 và dòng số 11 (thơm nhẹ, điểm 1). Độ phân hủy kiềm của toàn bộ tập đoàn duy trì ổn định ở cấp 5 (nhiệt độ hóa hồ trung bình).

Thảo luận kết quả

Sự biến đổi sâu sắc về các đặc tính nông sinh học là hệ quả trực tiếp của tác nhân chiếu xạ gamma, gây ra các đột biến điểm hoặc tái cấu trúc vi mô trên hệ gen cây lúa. Việc số hạt chắc trên bông tăng từ 46,43% đến 86,62% ở các dòng đột biến ST19 chứng minh rằng các liều chiếu 250 Gy và 300 Gy đã tác động tích cực đến các cụm gen quy định số lượng gié và tỷ lệ thụ phấn của bông lúa.

Kết quả phân tích phân tử với 20 cặp mồi SSR (như RM224, RM234, RM122, RM452) phản ánh mức độ đa hình alen cao giữa các dòng đột biến và giống gốc, khẳng định sự phân ly kiểu gen rõ rệt ở thế hệ M6. Phát hiện này hoàn toàn tương đồng với các công trình nghiên cứu di truyền phân tử của Olufowote (1997) và Weiwei Shi cùng cộng sự (2008), khi cho rằng chỉ thị SSR có độ nhạy vượt trội trong việc phân biệt các dòng thuần có quan hệ huyết thống gần.

Về mặt trực quan hóa dữ liệu, các phát hiện này được tổng hợp tối ưu qua:

• Biểu đồ cột kép so sánh chỉ số chiều cao cây và thời gian sinh trưởng giữa các dòng đột biến với giống gốc đối chứng.
• Bảng ma trận tương đồng di truyền Nei (1972) biểu diễn khoảng cách di truyền biến thiên giữa các dòng.
• Sơ đồ hình cây (Dendrogram) phát sinh loài xây dựng bằng thuật toán UPGMA trên NTSYS-pc, phân tách rõ 20 dòng ST19 thành 3 nhóm phụ và tách biệt hoàn toàn cụm 4 dòng đột biến Q2.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn của các dòng lúa đột biến triển vọng, các giải pháp cụ thể được đề xuất triển khai như sau:

• Khảo nghiệm sản xuất diện rộng: Viện Di truyền Nông nghiệp và các Trung tâm Khảo kiểm nghiệm Giống cây trồng cần đưa ngay 2 dòng đột biến ưu tú ST19 số 11 (khối lượng 1000 hạt 23,12 g, thơm nhẹ) và số 18 (191,32 hạt chắc/bông, thời gian sinh trưởng 112 ngày, khối lượng 1000 hạt 23,78 g) cùng dòng Q2-3 vào hệ thống khảo nghiệm VCU diện rộng (quy mô tối thiểu 5 ha tại 3 tỉnh đồng bằng sông Hồng) trong giai đoạn 2024 - 2026.
• Ứng dụng chọn giống phân tử chuyên sâu: Bộ môn Kỹ thuật Di truyền cần tiếp tục sử dụng hệ thống chỉ thị phân tử chức năng (BADH2, Wx, SalT) để rà soát độ thuần di truyền của các dòng M7 - M8, hoàn thiện hồ sơ nhận diện phân tử đạt độ chuẩn xác 100% trước khi công nhận giống.
• Hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác: Các cơ quan khuyến nông địa phương phối hợp với nhóm tác giả xây dựng quy trình thâm canh chuẩn cho dòng bán lùn Q2-3 và ST19-18, khuyến cáo mật độ cấy từ 45 đến 50 khóm/m² kết hợp bón giảm 15% lượng đạm vô cơ nhằm phát huy tối đa khả năng đẻ nhánh và độ cứng thân.
• Đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ: Chủ nhiệm đề tài và đơn vị chủ quản cần khẩn trương hoàn thiện hồ sơ bảo hộ giống cây trồng mới cho dòng ST19-18 và Q2-3 trong vòng 12 đến 24 tháng tới để chuyển giao thương mại cho các doanh nghiệp giống cây trồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng sâu rộng cho nhiều nhóm đối tượng chuyên môn:

• Nhà chọn tạo giống cây trồng: Tham khảo quy trình gây đột biến thực nghiệm bằng tia gamma kết hợp đánh giá chỉ thị phân tử SSR để rút ngắn thời gian tạo dòng thuần có năng suất và chất lượng cao.
• Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ sinh học & Nông học: Sử dụng luận văn làm tài liệu mẫu chuẩn mực về kỹ thuật tách chiết DNA bằng CTAB, điện di sản phẩm PCR, tính toán hệ số PIC và xây dựng sơ đồ phân nhánh di truyền UPGMA trên phần mềm NTSYS-pc.
• Cán bộ kỹ thuật nông nghiệp tại các Chi cục Trồng trọt & Bảo vệ Thực vật: Khai thác các dữ liệu về đặc tính nông sinh học (độ cứng cây, góc lá, độ thoát cổ bông) để tư vấn cơ cấu mùa vụ và bố trí trà lúa hợp lý tại các vùng sinh thái phía Bắc.
• Doanh nghiệp sản xuất và chế biến lúa gạo: Tiếp cận nguồn vật liệu giống lúa chất lượng cao (hạt gạo dài, hàm lượng amylose thấp từ 17,6% đến 18,3%, có mùi thơm) để định hướng liên kết sản xuất chuỗi giá trị gạo đặc sản.

Câu hỏi thường gặp

• Chiếu xạ phóng xạ liều từ 200 Gy đến 350 Gy có làm mất mùi thơm của giống lúa ST19 không? Chiếu xạ không làm mất hoàn toàn gen thơm mà tạo ra sự phân ly kiểu gen. Kết quả kiểm tra cho thấy nhiều dòng đột biến như dòng số 1, 4, 5, 6, 7, 9 vẫn duy trì mùi thơm rõ nét (điểm 2) và dòng số 11 thơm nhẹ (điểm 1) nhờ bảo tồn nguyên vẹn đoạn gen badh2 quy định mùi thơm đặc trưng.

• Dòng đột biến nào từ nguồn gốc ST19 thể hiện tiềm năng toàn diện nhất? Dòng lúa đột biến số 18 là cá thể triển vọng nhất với thời gian sinh trưởng ngắn chỉ 112 ngày (rút ngắn 8 ngày), độ cứng thân đạt điểm 3 (cứng trung bình), số hạt chắc/bông đạt 191,32 hạt và khối lượng 1000 hạt đạt kỷ lục 23,78 g (tăng 8,04% so với giống gốc).

• Lý do nào giúp các dòng đột biến Q2 chống chịu đổ ngã tốt hơn giống đối chứng? Các dòng đột biến Q2 (Q2-1, Q2-2, Q2-3, Q2-4) đã giảm mạnh chiều cao cây xuống mức 112,43 cm đến 115,25 cm, thấp hơn giống gốc từ 15,00 cm đến 17,82 cm, trong khi vẫn duy trì độ cứng thân ở điểm 1 (cực kỳ cứng cây), triệt tiêu nguy cơ gãy đổ khi gặp mưa bão.

• Chỉ thị phân tử SSR có ưu điểm gì vượt trội so với đánh giá hình thái đơn thuần? Chỉ thị SSR cung cấp thông tin đa hình di truyền trực tiếp trên cấu trúc DNA, hoàn toàn không phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh hay giai đoạn sinh trưởng, cho phép xác định chính xác khoảng cách di truyền Nei (1972) và phân nhóm phả hệ với độ tin cậy tuyệt đối.

• Hàm lượng amylose thay đổi ở các dòng đột biến mang lại ý nghĩa gì cho chất lượng cơm? Một số dòng đột biến ST19 có hàm lượng amylose giảm từ 20,5% xuống 17,6% (dòng 5) và 18,2% (dòng 2, 3, 4, 6, 7), giúp hạt cơm sau khi nấu có độ dẻo mềm, bóng bẩy hơn, đáp ứng hoàn hảo thị hiếu tiêu dùng cao cấp của thị trường hiện đại.

Kết luận

• Đã tạo lập và đánh giá thành công 24 dòng lúa đột biến thế hệ M6 ổn định di truyền, gồm 20 dòng từ ST19 và 4 dòng từ Q2.
• Khắc phục triệt để tính trạng thân yếu ở ST19 (cải thiện từ điểm 7 lên điểm 3 - 5) và hạ thấp chiều cao cây ở Q2 từ 130,25 cm xuống 112,43 - 115,25 cm để chống đổ ngã tối ưu.
• Tăng mạnh các yếu tố cấu thành năng suất, với số hạt chắc/bông ở các dòng ST19 tăng từ 46,43% đến 86,62% và dòng Q2 tăng tới 31,3%.
• Bảo tồn và hoàn thiện phẩm chất gạo hảo hạng, duy trì hương thơm và hạ hàm lượng amylose xuống ngưỡng dẻo thơm lý tưởng 17,6% đến 20,5%.
• Xác lập bản đồ quan hệ di truyền chuẩn xác qua 20 cặp mồi SSR, chứng minh hiệu quả vượt bậc của công nghệ chỉ thị phân tử trong chọn giống thực nghiệm.

Luận văn đã đóng góp nguồn dữ liệu khoa học quý giá và cung cấp các dòng lúa thuần ưu tú cho nền nông nghiệp nước nhà. Quý độc giả và các nhà khoa học quan tâm có thể liên hệ bộ môn chuyên ngành để tiếp cận nguồn vật liệu di truyền và phối hợp triển khai mở rộng trong các mùa vụ tới.

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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).