Đánh Giá Khả Năng Chịu Hạn Của Các Mẫu Giống Lúa

Bài viết phân tích khả năng chịu hạn của các giống lúa, cung cấp thông tin hữu ích cho nông dân và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Thành Luân
• Người hướng dẫn: GS. Phạm Văn Cường
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
• Đề tài: Đánh Giá Khả Năng Chịu Hạn Của Các Mẫu Giống Lúa
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 1.1. Lời cam đoan
• 1.2. Mục lục
• 1.3. Danh mục chữ viết tắt
• 1.4. Danh mục bảng
• 1.5. Danh mục hình
• 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 3. MỤC ĐÍCH
• 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 4.1. Ý nghĩa khoa học
• 4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊM CỨU
• 6. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 6.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
• 6.2. Khái niệm về hạn và phân loại hạn
• 6.2.1. Khái niệm về hạn
• 6.2.2. Phân loại hạn
• 7. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 7.1. Vật liệu nghiên cứu
• 7.2. Hóa chất và các thiết bị thí nghiệm
• 7.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 7.3.1. Địa điểm nghiên cứu
• 7.3.2. Thời gian nghiên cứu
• 7.4. Nội dung nghiên cứu
• 7.4.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của 150 mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm
• 7.4.2. Nhận dạng ADN bằng mồi SSR của 35 mẫu giống lúa chịu hạn
• 7.4.3. Đánh giá khả năng chịu hạn của 7 mẫu giống lúa chọn lọc trong giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ
• 7.5. Phương pháp nghiên cứu
• 7.5.1. Thí nghiệm 1: đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm
• 7.5.2. Thí nghiệm 2: nhận dạng ADN bằng mồi SSR của các mẫu giống lúa
• 7.5.3. Thí nghiệm 3 và 4: đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ đẻ nhánh; đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ trỗ
• 7.6. Phân tích và xử lý số liệu
• 8. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 8.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm
• 8.2. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong điều kiện hạn nhân tạo
• 8.3. Nhận dạng ADN bằng mồi SSR của các mẫu giống lúa
• 8.4. Kết quả kiểm tra alen chịu hạn của một số giống lúa
• 8.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ
• 8.5.1. Số lá trên cây khi gây hạn ở giai đoạn đẻ nhánh
• 8.5.2. Số nhánh đẻ trên cây khi gây hạn ở giai đoạn đẻ nhánh
• 8.5.3. Số lá trên cây, số nhánh đẻ, và chiều cao cây khi gây hạn ở giai đoạn trỗ
• 8.5.4. Khối lượng chất khô (gam/khóm)
• 8.5.5. Độ cuốn lá và độ thiếu hụt bão hòa
• 8.5.6. Năng suất thực thu
• 9. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Khả Năng Chịu Hạn Của Lúa

Lúa (Oryza sativa L.) đóng vai trò then chốt trong an ninh lương thực toàn cầu, là nguồn cung cấp chính cho hơn một nửa dân số thế giới. Tuy nhiên, diện tích canh tác lúa phụ thuộc vào nước trời, đặc biệt ở vùng đất thấp và cao, chiếm khoảng 40% tổng diện tích. Hạn hán là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm năng suất lúa ở những khu vực này. Theo Fischer et al., hạn hán có thể làm giảm tới 70% năng suất cây trồng nói chung. Tại Việt Nam, hơn 2,1 triệu hecta đất trồng lúa đối mặt với các điều kiện bất lợi như hạn hán, mặn, úng, phèn. Nghiên cứu di truyền cho thấy tính chống chịu hạn được điều khiển bởi đa gen, đòi hỏi nghiên cứu sâu về cơ chế di truyền và xác định các gen liên quan. Công nghệ sinh học hiện đại đã giúp việc chọn tạo giống lúa hiệu quả hơn, thông qua phân tích và lập bản đồ các gen/QTL điều khiển tính chịu hạn.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu lúa chịu hạn

Nghiên cứu về khả năng chịu hạn của lúa có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực gia tăng về an ninh lương thực. Việc phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu hạn tốt giúp đảm bảo năng suất ổn định, giảm thiểu rủi ro cho người nông dân và góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn tạo và phát triển các giống lúa mới, thích ứng với điều kiện khô hạn.

1.2. Học viện Nông nghiệp Việt Nam và vai trò trong nghiên cứu

Học viện Nông nghiệp Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu hạn. Với đội ngũ các nhà khoa học giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, Học viện đã và đang triển khai nhiều dự án nghiên cứu về di truyền học lúa, sinh lý học lúa và kỹ thuật canh tác lúa trong điều kiện hạn hán. Các kết quả nghiên cứu của Học viện góp phần quan trọng vào việc nâng cao năng lực sản xuất lúa của Việt Nam, đặc biệt là ở các vùng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi hạn hán.

II. Thách Thức Từ Biến Đổi Khí Hậu Đến Sản Xuất Lúa Gạo

Biến đổi khí hậu đang tạo ra những thách thức lớn đối với sản xuất lúa gạo trên toàn thế giới. Tình trạng hạn hán ngày càng trở nên nghiêm trọng và thường xuyên hơn, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng lúa. Theo Vũ Thị Thu Hiền và Phạm Văn Cường (2012), ở miền Bắc Việt Nam, tình trạng thiếu nước thường xảy ra vào giai đoạn đẻ nhánh vụ Xuân và giai đoạn sau trổ bông vụ Mùa. Điều này đòi hỏi các nhà khoa học và nhà quản lý phải có những giải pháp kịp thời và hiệu quả để ứng phó với biến đổi khí hậu, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia. Việc nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu hạn là một trong những giải pháp quan trọng hàng đầu.

2.1. Ảnh hưởng của hạn hán đến năng suất và chất lượng lúa

Hạn hán gây ra nhiều tác động tiêu cực đến cây lúa, từ giai đoạn nảy mầm đến khi thu hoạch. Thiếu nước làm chậm quá trình sinh trưởng, giảm số lượng chồi, bông và hạt, dẫn đến năng suất giảm sút. Ngoài ra, hạn hán còn ảnh hưởng đến chất lượng gạo, làm giảm hàm lượng dinh dưỡng và khả năng tiêu thụ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hạn hán có thể làm giảm năng suất lúa từ 20% đến 70%, tùy thuộc vào mức độ và thời gian kéo dài của hạn.

2.2. Giải pháp quản lý nước và tưới tiêu tiết kiệm

Để giảm thiểu tác động của hạn hán đến sản xuất lúa, cần áp dụng các giải pháp quản lý nước hiệu quả và tưới tiêu tiết kiệm. Các biện pháp như tưới nhỏ giọt, tưới phun mưa, tưới ngập khô xen kẽ giúp tiết kiệm nước và tăng hiệu quả sử dụng nước. Bên cạnh đó, việc xây dựng các công trình thủy lợi, hồ chứa nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo nguồn nước tưới cho cây lúa trong mùa khô. Quản lý nước hiệu quả không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại do hạn hán mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tài nguyên nước.

III. Phương Pháp Đánh Giá Chính Xác Khả Năng Chịu Hạn Của Lúa

Việc đánh giá khả năng chịu hạn của lúa đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu khoa học và chính xác. Các phương pháp này bao gồm đánh giá trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và đồng ruộng. Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học sử dụng các dung dịch có nồng độ muối hoặc đường cao để tạo ra môi trường stress cho cây lúa. Trong nhà lưới và đồng ruộng, cây lúa được trồng trong điều kiện thiếu nước để quan sát và đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và năng suất. Các chỉ tiêu này bao gồm tỷ lệ nảy mầm, số lá, số chồi, chiều cao cây, số bông, số hạt và năng suất thực thu.

3.1. Tiêu chí đánh giá và chỉ thị sinh lý quan trọng

Để đánh giá khả năng chịu hạn của lúa một cách khách quan và chính xác, cần sử dụng các tiêu chí đánh giá và chỉ thị sinh lý phù hợp. Các tiêu chí đánh giá bao gồm tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót, khả năng phục hồi sau hạn, năng suất và chất lượng gạo. Các chỉ thị sinh lý quan trọng bao gồm hàm lượng chlorophyll, hàm lượng proline, độ dẫn khí khổng và hiệu suất quang hợp. Việc kết hợp các tiêu chí đánh giá và chỉ thị sinh lý giúp đánh giá toàn diện và chính xác khả năng chịu hạn của lúa.

3.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa chịu hạn

Công nghệ sinh học đã mở ra một hướng đi mới trong việc chọn giống lúa chịu hạn thông qua việc sử dụng chỉ thị phân tử. Các chỉ thị phân tử liên kết với các gen chịu hạn giúp các nhà khoa học xác định và chọn lọc các cây lúa mang gen mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác. Phương pháp này giúp rút ngắn thời gian chọn giống và tăng hiệu quả chọn tạo giống lúa chịu hạn. Lanceras et al. (2004) và Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2007) đã nhấn mạnh vai trò của chỉ thị phân tử trong công tác chọn giống lúa.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Giống Lúa Tại Học Viện Nông Nghiệp

Nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tiến hành đánh giá khả năng chịu hạn của 150 mẫu giống lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm và đồng ruộng. Kết quả cho thấy có 35 giống lúa có khả năng nảy mầm cao (trên 80%) và tỷ lệ rễ mầm đen thấp (dưới 40%) trong môi trường dung dịch KCLO3 3% và Sacarin 1%. Các giống lúa này được lựa chọn để xác định alen liên quan đến khả năng chịu hạn bằng 2 marker phân tử RM302 và RM3025. Kết quả điện di cho thấy 7 giống lúa (LC22-7, CH7, CH207, Lúa nương Lạng Sơn, IR58200, Bao Thai, Tẻ Mèo) mang alen chịu hạn với cả 2 marker.

4.1. Xác định alen chịu hạn bằng marker phân tử SSR

Việc xác định alen chịu hạn bằng marker phân tử SSR (Simple Sequence Repeats) là một bước quan trọng trong việc chọn giống lúa chịu hạn. Marker SSR là những đoạn DNA ngắn lặp lại, có tính đa hình cao và phân bố rộng rãi trong hệ gen. Việc sử dụng marker SSR giúp các nhà khoa học xác định các alen liên quan đến khả năng chịu hạn và chọn lọc các cây lúa mang alen mong muốn. Kết quả nghiên cứu cho thấy 7 giống lúa mang alen chịu hạn với cả 2 marker RM302 và RM3025.

4.2. So sánh đặc tính nông học của các giống lúa chịu hạn

Nghiên cứu cũng tiến hành so sánh đặc tính nông học của các giống lúa chịu hạn trong điều kiện stress hạn. Kết quả cho thấy hầu hết các giống lúa đều bị ức chế sinh trưởng và phát triển sau khi xử lý hạn ở giai đoạn đẻ nhánh và trỗ. Tuy nhiên, giống CH7 cho thấy khả năng chống chịu và phục hồi tốt nhất, trong khi giống Lúa nương Lạng Sơn là mẫn cảm nhất. Các chỉ tiêu như số nhánh đẻ, chiều cao cây, số bông hữu hiệu/khóm và tỷ lệ hạt chắc bị ảnh hưởng mạnh bởi hạn hán.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Chọn Tạo Giống Lúa Cho Vùng Khô Hạn

Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn tạo giống lúa cho các vùng khô hạn. Các giống lúa mang alen chịu hạn (LC22-7, CH7, CH207, Lúa nương Lạng Sơn, IR58200, Bao Thai, Tẻ Mèo) có thể được sử dụng làm vật liệu khởi đầu cho các chương trình lai tạo và chọn giống. Bên cạnh đó, việc xác định các chỉ thị sinh lý và phân tử liên quan đến khả năng chịu hạn giúp các nhà khoa học chọn lọc các cây lúa có tiềm năng chịu hạn cao một cách hiệu quả hơn. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu này sẽ góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa ở các vùng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi hạn hán.

5.1. Kinh nghiệm trồng lúa chịu hạn và mô hình canh tác

Để trồng lúa chịu hạn thành công, cần áp dụng các kinh nghiệm và mô hình canh tác phù hợp. Các kinh nghiệm bao gồm chọn giống phù hợp, quản lý nước hiệu quả, bón phân hợp lý và phòng trừ sâu bệnh kịp thời. Các mô hình canh tác như tưới ngập khô xen kẽ, tưới nhỏ giọt và trồng lúa theo hàng giúp tiết kiệm nước và tăng hiệu quả sử dụng nước. Việc kết hợp các kinh nghiệm và mô hình canh tác này sẽ giúp người nông dân giảm thiểu rủi ro do hạn hán và nâng cao năng suất lúa.

5.2. Hiệu quả kinh tế của việc trồng lúa chịu hạn

Việc trồng lúa chịu hạn mang lại nhiều hiệu quả kinh tế cho người nông dân. Các giống lúa chịu hạn có khả năng cho năng suất ổn định trong điều kiện thiếu nước, giúp giảm thiểu thiệt hại do hạn hán. Bên cạnh đó, việc áp dụng các mô hình canh tác tiết kiệm nước giúp giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận. Trồng lúa chịu hạn không chỉ giúp người nông dân cải thiện thu nhập mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.

VI. Kết Luận Tiềm Năng và Hướng Phát Triển Giống Lúa Chịu Hạn

Nghiên cứu về khả năng chịu hạn của lúa tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã mang lại những kết quả quan trọng, góp phần vào việc chọn tạo giống lúa cho các vùng khô hạn. Việc xác định các giống lúa mang alen chịu hạn và các chỉ thị sinh lý, phân tử liên quan đến khả năng chịu hạn mở ra những hướng đi mới trong công tác chọn giống. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về cơ chế chịu hạn của lúa và ứng dụng các công nghệ sinh học hiện đại để chọn tạo ra các giống lúa có khả năng chịu hạn cao, năng suất ổn định và chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo về di truyền lúa chịu hạn

Để nâng cao hiệu quả chọn tạo giống lúa chịu hạn, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về di truyền lúa chịu hạn. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc xác định các gen và QTL (Quantitative Trait Loci) điều khiển khả năng chịu hạn, phân tích tương tác gen và môi trường, và phát triển các marker phân tử liên kết chặt chẽ với các gen chịu hạn. Việc hiểu rõ cơ chế di truyền của tính chịu hạn sẽ giúp các nhà khoa học chọn lọc và lai tạo các giống lúa có khả năng chịu hạn cao một cách hiệu quả hơn.

6.2. Ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp bền vững

Để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển nông nghiệp bền vững, cần ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất lúa. Các công nghệ như cảm biến, hệ thống thông tin địa lý (GIS), máy bay không người lái (drone) và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để quản lý nước, bón phân, phòng trừ sâu bệnh và dự báo năng suất một cách chính xác và hiệu quả. Ứng dụng công nghệ cao không chỉ giúp nâng cao năng suất và chất lượng lúa mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lúa là cây lương thực thiết yếu nuôi sống hơn một nửa dân số thế giới, tuy nhiên khoảng 40% diện tích canh tác lúa toàn cầu phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời và thường xuyên đối mặt với nguy cơ hạn hán. Hàng năm, khô hạn có thể làm sụt giảm tới 70% năng suất cây trồng nông nghiệp. Tại Việt Nam, trong tổng số 4,36 triệu hecta đất lúa thì có hơn 2,1 triệu hecta chịu tác động của các yếu tố ngoại cảnh bất lợi, với diện tích bị khô hạn hàng năm lên tới 0,4 triệu hecta. Điển hình như đợt hạn lịch sử năm 1998 đã khiến 898.962 hecta lúa bị tổn thất và 122.081 hecta mất trắng hoàn toàn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là biến đổi khí hậu đang làm gia tăng tần suất hạn hán khốc liệt tại các vùng sinh thái nông nghiệp miền Bắc, đặc biệt trong giai đoạn đẻ nhánh vụ Xuân và giai đoạn sau trỗ vụ Mùa. Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá đa dạng nguồn gen chịu hạn của tập đoàn 150 mẫu giống lúa địa phương và nhập nội, xác định các alen chịu hạn thông qua chỉ thị phân tử SSR, đồng thời phân tích các chỉ tiêu nông sinh học then chốt dưới áp lực hạn nhân tạo ở mức thế nước -60 kPa.

Nghiên cứu được triển khai từ tháng 3/2017 đến tháng 9/2017 tại phòng thí nghiệm, nhà lưới và khu thực nghiệm của Trung tâm Tài nguyên thực vật (Hoài Đức, Hà Nội). Ý nghĩa thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc sàng lọc thành công 7 mẫu giống lúa ưu tú mang alen chịu hạn với 2 chỉ thị phân tử, cung cấp nguồn vật liệu khởi đầu giá trị cho công tác bảo tồn, lai tạo và phát triển các bộ giống lúa thích ứng cho hơn 0,4 triệu hecta đất canh tác khó khăn về nguồn nước tưới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết cân bằng nước thực vật và cơ chế phản ứng thẩm thấu tế bào khi gặp stress hạn do Dere (1980) và các nhà sinh lý học thực vật quốc tế phát triển. Lý thuyết chỉ ra rằng khi tế bào bị thiếu nước, sự duy trì thế nước trong lá thông qua khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu màng tế bào, quá trình tích lũy các hợp chất bảo vệ như proline, trehalose và sự kích hoạt của nhóm protein LEA đóng vai trò cốt lõi giúp bảo vệ cấu trúc đại phân tử khỏi tổn thương.

Bên cạnh đó, nghiên cứu dựa trên khung lý thuyết di truyền tính trạng số lượng và phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS) của Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2007). Khung lý thuyết này phân định rõ tính chịu hạn ở lúa được kiểm soát bởi đa gen (QTLs) liên kết với các tính trạng hình thái và sinh lý. Ba khái niệm chuyên ngành nền tảng được làm rõ gồm: cơ chế tránh hạn thông qua bộ rễ ăn sâu; cơ chế chịu hạn qua khả năng điều tiết đóng mở khí khổng và giữ nước dịch bào; chỉ thị vi vệ tinh SSR (Simple Sequence Repeats) có tính đa hình cao để phát hiện alen mục tiêu.

Phương pháp nghiên cứu

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm 150 mẫu giống lúa thuần và lúa địa phương được thu thập từ nguồn gen lưu trữ của Trung tâm Tài nguyên thực vật và Viện Cây lương thực - Cây thực phẩm. Phương pháp chọn mẫu áp dụng theo hướng chọn lọc phân cấp đa tầng: sàng lọc diện rộng ở giai đoạn nảy mầm (150 giống), định danh phân tử (35 giống), và đánh giá nông sinh học chuyên sâu (7 giống). Phương pháp phân tích phân cấp này được lựa chọn nhằm tối ưu hóa chi phí thực nghiệm, sàng lọc nhanh lượng mẫu lớn và đảm bảo tính chính xác cao nhờ đối chiếu giữa kiểu hình với kiểu gen.

Quy trình nghiên cứu gồm ba bước thực nghiệm chính:

• Thí nghiệm nảy mầm nhân tạo: Hạt của 150 giống được ủ nảy mầm trong dung dịch Sacarin 1% và muối KClO3 3% trong 7 ngày (20 hạt/đĩa petri, lặp lại 3 lần) để đánh giá tỷ lệ nảy mầm và tỷ lệ rễ mầm đen.
• Phân tích sinh học phân tử: Tách chiết ADN tổng số từ lá non bằng quy trình CTAB của Keb-Llanes (2002), kiểm tra nồng độ đạt trên 100 ng/µl và nhận dạng alen chịu hạn bằng phản ứng PCR với 2 cặp chỉ thị SSR là RM302 (kích thước 156 bp) và RM3825 (kích thước 147 bp) trên gel polyacrylamide 8%.
• Thử nghiệm chậu vại trong nhà lưới: Bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) 2 nhân tố với 3 lần nhắc lại, gồm 14 công thức và tổng số 210 chậu (mỗi chậu chứa 5 kg đất phù sa bón tỷ lệ 120 kg N : 90 kg P2O5 : 90 kg K2O/ha). Hạn nhân tạo được gây ra ở giai đoạn đẻ nhánh và trỗ bằng cách rút nước đến ngưỡng thế nước -60 kPa đo bằng Tensionmeter. Số liệu được thu thập định kỳ 2 tuần/lần và xử lý phương sai (ANOVA) qua phần mềm Minitab 16 và Excel trong khung thời gian 7 tháng từ tháng 3 đến tháng 9/2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, ở giai đoạn nảy mầm nhân tạo, trong 150 giống lúa khảo sát, có 43 giống (chiếm 28,6%) trong môi trường Sacarin 1% và 49 giống (chiếm 32,7%) trong môi trường KClO3 3% đạt tỷ lệ nảy mầm ở mức tốt từ 80% đến 100%. Đánh giá về tỷ lệ rễ mầm đen trong dung dịch KClO3 3% xác định được 28 giống (chiếm 18,6%) có độ tổn thương thấp dưới 20%. Tổng hợp cả hai chỉ tiêu đã chọn lọc được 35 giống ưu tú có tỷ lệ nảy mầm trên 80,0% và tỷ lệ rễ mầm đen dưới 40,0%.

Thứ hai, kết quả phân tích di truyền bằng chỉ thị SSR trên 35 giống lúa cho thấy: mồi RM302 phát hiện 16 giống mang alen chịu hạn, mồi RM3825 phát hiện 15 giống mang alen chịu hạn. Đáng chú ý, có 7 giống lúa mang đồng thời cả 2 alen chịu hạn gồm: LC22-7, CH7, CH207, Lúa nương Lạng Sơn, IR58200, Tẻ Mèo và Bao Thai.

Thứ ba, khi gây hạn ở giai đoạn đẻ nhánh với mức áp lực -60 kPa, số lá trên thân chính của các giống chỉ giảm nhẹ từ 1,9% đến 5,6% so với đối chứng, nhưng số nhánh đẻ bị ức chế nghiêm trọng. Tại thời điểm 6 tuần sau cấy, số nhánh đẻ của giống Lúa nương Lạng Sơn giảm mạnh 35,0% và Tẻ Mèo giảm 28,3%. Đến giai đoạn trỗ, hai giống CH7 và Bao Thai phục hồi tốt nhất với tỷ lệ giảm số nhánh đẻ so với đối chứng chỉ còn lần lượt là 9,1% và 10,7%.

Thứ tư, khi xử lý hạn ở giai đoạn trỗ, các yếu tố cấu thành năng suất bị tác động nghiêm trọng nhất. Tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt sụt giảm mạnh, dẫn đến năng suất thực thu của hầu hết các giống giảm sâu, trong đó giống Lúa nương Lạng Sơn mẫn cảm nhất với mức suy giảm năng suất thực thu trên 50,0%. Ngược lại, giống CH7 thể hiện khả năng chống chịu và phục hồi vượt trội nhất ở tất cả các chỉ tiêu đo đếm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm sinh trưởng là do áp lực hạn ở giai đoạn đẻ nhánh làm giảm sức trương tế bào mô phân sinh, khiến tốc độ phân nhánh chậm lại. Trong khi đó, hạn hán ở giai đoạn trỗ cản trở quá trình thụ phấn, làm giảm lượng gibberellin nội sinh và gia tăng tỷ lệ thoái hóa hoa, trực tiếp làm tụt giảm tỷ lệ hạt chắc.

Kết quả này hoàn toàn nhất quán với nghiên cứu của Fischer (2003) và Chu (2014), chứng minh rằng các giống có bộ rễ khỏe và tích lũy chất khô tốt sẽ hạn chế mức giảm năng suất từ 9,2% đến 13,4%. Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ cột so sánh tỷ lệ suy giảm phần trăm nhánh đẻ qua các tuần sau cấy, kết hợp với bảng ma trận đối chiếu giữa sự xuất hiện của các băng ADN trên ảnh điện di với năng suất thực thu (g/khóm) để làm rõ mối tương quan kiểu gen - kiểu hình.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, triển khai khảo nghiệm đồng ruộng diện rộng đối với giống CH7 và Bao Thai: Trung tâm Khuyến nông Quốc gia và Sở Nông nghiệp các tỉnh trung du miền núi phía Bắc cần đưa hai giống này vào sản xuất thử nghiệm trên quy mô 50 - 100 hecta tại các vùng đất dốc, ruộng bậc thang thiếu nước trong khung thời gian 2018 - 2020, hướng tới mục tiêu duy trì năng suất ổn định từ 3,0 đến 3,5 tấn/ha trong điều kiện khô hạn.

Thứ hai, ứng dụng 7 nguồn gen chọn lọc vào chương trình lai tạo giống mới: Các viện nghiên cứu chuyên ngành như Viện Cây lương thực - Cây thực phẩm và Viện Di truyền Nông nghiệp cần sử dụng ngay các dòng LC22-7, CH7, CH207, IR58200 làm vật liệu bố mẹ trong các tổ hợp lai trở lại, ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS với mồi RM302 và RM3825) trong giai đoạn 2019 - 2023 nhằm rút ngắn thời gian tạo giống chịu hạn xuống còn 3 - 4 thế hệ.

Thứ ba, ban hành quy trình canh tác tưới tiết kiệm nước: Cục Trồng trọt cần phối hợp với các nhà khoa học xây dựng sổ tay kỹ thuật áp dụng công nghệ tưới ngập - khô xen kẽ, kiểm soát thế nước không để tụt sâu dưới ngưỡng -60 kPa trong giai đoạn đẻ nhánh và trỗ bông, nhằm tiết kiệm 25% đến 30% lượng nước tưới mà vẫn đảm bảo tỷ lệ hạt chắc trên 80%.

Thứ tư, số hóa và bảo tồn an toàn nguồn gen lúa chịu hạn: Trung tâm Tài nguyên thực vật cần tiến hành lưu trữ dài hạn và lập hồ sơ ADN chi tiết cho 35 mẫu giống lúa chịu hạn đã xác định, hoàn thành việc nhập dữ liệu vào hệ thống ngân hàng gen quốc gia trước năm 2020 với tỷ lệ nảy mầm bảo tồn đạt trên 95%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhà khoa học và chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Cung cấp quy trình tích hợp giữa phương pháp sàng lọc hóa sinh (Sacarin, KClO3) và chỉ thị phân tử SSR để rút ngắn chu kỳ chọn lọc các dòng lúa chịu stress phi sinh học.

Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Khoa học cây trồng, Di truyền học: Nắm bắt phương pháp thiết kế thí nghiệm đa nhân tố trong nhà lưới, kỹ thuật kiểm soát áp lực hạn bằng Tensionmeter ở mức -60 kPa và quy trình điện di polyacrylamide phân tích marker phân tử.

Cán bộ quản lý nông nghiệp và khuyến nông tại các vùng khô hạn: Tiếp cận luận cứ khoa học để xây dựng kế hoạch chuyển đổi cơ cấu giống lúa thích ứng cho hơn 0,4 triệu hecta đất canh tác thường xuyên thiếu nước tại miền Bắc và Bắc Trung Bộ.

Doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh hạt giống nông nghiệp: Khai thác tiềm năng thương mại hóa và phát triển sản phẩm giống lúa thuần chịu hạn năng suất cao như CH7 phục vụ các thị trường canh tác khó khăn.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao lại sử dụng dung dịch Sacarin 1% và KClO3 3% để sàng lọc tính chịu hạn ở giai đoạn nảy mầm?
Dung dịch Sacarin 1% tạo áp suất thẩm thấu cao gây cản trở hạt hút nước, trong khi KClO3 3% đánh giá sức bền màng tế bào và khả năng chống chịu độc chất. Phương pháp chuẩn của IRRI này đã sàng lọc chính xác 35 trong 150 giống đạt tỷ lệ nảy mầm trên 80,0% và rễ mầm đen dưới 40,0%.

Hai chỉ thị phân tử RM302 và RM3825 có vai trò gì trong việc xác định tính chịu hạn ở cây lúa?
Đây là hai chỉ thị vi vệ tinh liên kết chặt chẽ với các locus QTL kiểm soát tính trạng cuốn lá, phục hồi mô lá và năng suất hạt khi thiếu nước. Qua điện di, nghiên cứu đã định danh chính xác 7 giống mang đồng thời cả hai alen có lợi này.

Giai đoạn sinh trưởng nào của cây lúa chịu tổn thương nặng nề nhất khi bị hạn hán?
Cây lúa mẫn cảm nhất ở giai đoạn trỗ bông và đẻ nhánh. Mức hạn -60 kPa ở giai đoạn đẻ nhánh làm giảm tới 35,0% số nhánh, nhưng hạn ở giai đoạn trỗ gây thiệt hại nghiêm trọng nhất do làm giảm tỷ lệ hạt chắc, khiến năng suất thực thu sụt giảm trên 50,0%.

Giống lúa nào thể hiện khả năng thích ứng và phục hồi tốt nhất trong nghiên cứu?
Giống CH7 cho thấy tính chống chịu và phục hồi vượt trội nhất qua tất cả các chỉ tiêu. Khi bị hạn ở giai đoạn đẻ nhánh, số nhánh của CH7 lúc trỗ chỉ giảm 9,1% so với đối chứng, đồng thời giữ vững tỷ lệ hạt chắc và năng suất thực thu cao nhất.

Giống Lúa nương Lạng Sơn có đặc điểm phản ứng như thế nào với hạn hán?
Mặc dù mang cả hai alen chịu hạn, giống Lúa nương Lạng Sơn lại mẫn cảm nhất trong điều kiện hạn chậu vại, có số nhánh giảm 35,0% ở tuần thứ 6 và năng suất thực thu sụt giảm trên 50,0% so với đối chứng không gây hạn.

Kết luận

• Đã sàng lọc thành công tập đoàn 150 mẫu giống lúa trong điều kiện hạn nhân tạo, xác định được 35 giống đạt tỷ lệ nảy mầm cao trên 80,0% và tỷ lệ rễ mầm đen thấp dưới 40,0%.
• Ứng dụng thành công 2 chỉ thị phân tử SSR (RM302 và RM3825), xác định chính xác 7 giống lúa mang đồng thời cả hai alen chịu hạn gồm: LC22-7, CH7, CH207, Lúa nương Lạng Sơn, IR58200, Tẻ Mèo và Bao Thai.
• Đánh giá toàn diện các chỉ tiêu sinh trưởng dưới áp lực hạn -60 kPa, khẳng định hạn giai đoạn trỗ gây suy giảm năng suất mạnh nhất; trong đó giống CH7 có khả năng chống chịu và phục hồi tối ưu nhất, còn giống Lúa nương Lạng Sơn mẫn cảm nhất với mức giảm năng suất trên 50,0%.
• Kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 2018 - 2022 là mở rộng sản xuất thử nghiệm giống CH7 và đẩy mạnh khai thác 7 nguồn gen này trong các chương trình lai tạo giống nhờ chỉ thị phân tử MAS.
• Các cơ quan quản lý và đơn vị nghiên cứu cần tăng cường phối hợp chuyển giao các bộ giống triển vọng vào thực tế sản xuất nhằm nâng cao năng lực ứng phó biến đổi khí hậu cho ngành trồng trọt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THÀNH LUÂN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÁC MẪU GIỐNG LÚA Ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 8620110 Người hướng dẫn khoa học: GS. Phạm Văn Cường PGS. Lã Tuấn Nghĩa NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày…… tháng… năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Luân i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bài báo cáo này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các tập thể, cá nhân, gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. Phạm Văn Cường và PGS.TS Lã Tuấn Nghĩa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn chỉnh bài báo cáo. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô cùng toàn thể thầy cô giáo, cán bộ trong Bộ môn Cây Lương thực đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bài báo cáo này.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Cây lương thực, Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Bộ môn Đa dạng sinh học nông nghiệp – Trung tâm Tài nguyên thực vật, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Để hoàn thành bài báo cáo này tôi còn nhận được sự động viên hỗ trợ rất lớn từ gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện vật chất, tinh thần để tôi học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày…… tháng… năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Thành Luân ii MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục.

iii Danh mục chữ viết tắt. vi Danh mục bảng. vii Danh mục hình. Tính cấp thiết của đề tài.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn. Đối tượng và phạm vi nghiêm cứu.

Tổng quan tài liệu. Cơ sở khoa học của đề tài. Khái niệm về hạn và phân loại hạn. Vấn đề khô hạn đối với sản xuất lúa trên thế giới và việt nam.

Vấn đề khô hạn đối với sản xuất lúa trên thế giới. Vấn đề khô hạn đối với sản xuất lúa ở việt nam. Những biện pháp nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn của cây lúa. Tính trạng liên quan đến tính chống chịu hạn của cây lúa.

Tính trạng trực tiếp ( năng suất ). Tính trạng gián tiếp. Di truyền các tính trạng liên quan tới khả năng chống chịu hạn của cây lúa. Những kết luận rút ra từ nghiên cứu tổng quan.

Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Hóa chất và các thiết bị thí nghiệm.

Thời gian và địa điểm nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu.

Đánh giá khả năng chịu hạn của 150 mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm. Nhận dạng adn bằng mồi ssr của 35 mẫu giống lúa chịu hạn. Đánh giá khả năng chịu hạn của 7 mẫu giống lúa chọn lọc trong giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ. Phương pháp nghiên cứu.

Thí nghiệm 1: đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm. Thí nghiệm 2: nhận dạng adn bằng mồi ssr của các mẫu giống lúa. Thí nghiệm 3 và 4: đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ đẻ nhánh; đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ trỗ. Phân tích và xử lý số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong thời kỳ nảy mầm. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong điều kiện hạn nhân tạo. Nhận dạng adn bằng mồi ssr của các mẫu giống lúa 4.

Kết quả kiểm tra alen chịu hạn của một số giống lúa. Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa trong giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ. Số lá trên cây khi gây hạn ở giai đoạn đẻ nhánh. Số nhánh đẻ trên cây khi gây hạn ở giai đoạn đẻ nhánh.

Số lá trên cây, số nhánh đẻ, và chiều cao cây khi gây hạn ở giai đoạn trỗ. Khối lượng chất khô (gam/khóm). Độ cuốn lá và độ thiếu hụt bão hòa. Năng suất thực thu.

Kết luận và kiến nghị .50 Tài liệu tham khảo. 57 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt Trung tâm Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế CIAT Tổ chức Nông lương thế giới FAO Viện Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế IITA Viện Nghiên cứu Nông nghiệp nhiệt đới IRAT Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI Năng suất thực thu NSTT Khối Lượng 1000 hạt P 1000 Số bông hữu hiệu trên khóm Số bông HH Trung bình TB Tuần sau cấy TSC vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2. Diện tích, năng suất và sản lượng lúa chịu hạn trên thế giới. Diện tích lúa gạo dễ bị hạn hán tại Châu Á (Triệu ha).

Khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa theo tỷ lệ nảy mầm trong dung dịch 1% sacarin và 3% KClO3. Khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa theo tỷ lệ rễ mầm đen trong dung dịch muối 3% KCLO3. Tên giống và số thứ tự trên ảnh điện di. Các chọn lọc và ký hiệu ở thí nghiệm 3 và thí nghiệm 4.

Số lá trên cây của các giống lúa thí nghiệm trong các giai đoạn khi gây hạn giai đoạn đẻ nhánh. Số nhánh đẻ của các giống lúa thí nghiệm khi gây hạn giai đoạn đẻ nhánh. Chiều cao cây của các giống lúa thí nghiệm khi gây hạn giai đoạn đẻ nhánh. Số lá trên cây, số nhánh đẻ và chiều cao cây của các giống lúa thí nghiệm khi gây hạn giai đoạn trỗ.

Khối lượng chất khô của các giống lúa thí nghiệm khi xử lý hạn giai đoạn đẻ nhánh (gam/khóm). Khối lượng chất khô của cây khi xử lý hạn giai đoạn trỗ (gam/khóm). Độ cuốn lá và độ thiếu hụt bão hòa (%). Các chỉ tiêu năng suất của cây khi gây hạn giai đoạn đẻ nhánh.

Các chỉ tiêu năng suất của cây khi gây hạn giai đoạn trỗ. Năng suất thực thu (g/khóm). 48 vii DANH MỤC HÌNH Hình 4. Biểu đồ thể hiện khả năng chịu hạn của các giống lúa theo tỷ lệ hạt nảy mầm (%) trong dung dịch Sacarin 1% và muối KCLO3 3%.

Biểu đồ thể hiện khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa theo tỷ lệ rễ mầm đen (%) trong dung dịch 3% muối KCLO3. Hình ảnh điện di ADN tổng số được tách chiết từ các mẫu giống lúa nghiên cứu. Lamda 100ngµl; từ 2-25. Mẫu ADN của các mẫu giống lúa nghiên cứu.

Hình ảnh nhận dạng ADN của các mẫu giống lúa bằng chỉ thị SSR (RM302). Trong đó; 1-35 là thứ tự các mẫu giống lúa nghiên cứu. Hình ảnh nhận dạng ADN của các mẫu giống lúa bằng chỉ thị SSR (RM3825). Trong đó; 1-35 là thứ tự các mẫu giống lúa nghiên cứu .34 viii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tác giả: Nguyễn Thành Luân Tên luận văn: Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa Ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 8.10 Tên cơ sở đào tạo: Học viện nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu: + Đánh giá nguồn gen chịu hạn của tập đoàn lúa địa phương phục vụ công tác bảo tồn và chọn tạo giống lúa chịu hạn.

+ Đánh giá một số chỉ tiêu nông sinh học của một số giống lúa trong điều kiện hạn. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu gồm 4 thí nghiệm:  Thí nghiệm 1: đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm, cụ thể như sau: hạt thóc được ngâm và cho nảy mầm trong môi trường saccarin 1% và muối KClO3 3% trên đĩa petri trong thời gian 7 ngày, mỗi giống trồng 20 cây và 3 lần nhắc lại và 1 đối chứng không gây hạn. Tiến hành theo dõi và đánh giá tỷ lệ nảy mầm; các chỉ tiêu về số cây sống, số cây bị tổn thương, tỷ lệ rễ mầm đen.  Thí nghiệm 2: Bao gồm 35 giống lúa đã được chọn lọc qua thí nghiệm 1, được điện di bằng 2 cặp mồi RM302 và RM3825 để xác định alen chịu hạn.

 Thí nghiệm 3 và 4: gồm 7 giống có khả năng chịu hạn tốt ở thời kỳ nảy mầm và có alen liên quan đến tính chịu hạn. Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại, Thí nghiệm gồm 2 nhân tố, nhân tố 1 là giống (7) và nhân tố 2 xử lý hạn (2), thí nghiệm gồm 14 công thức mỗi công thức 15 chậu. Kết quả chính và kết luận: - Trong tổng số 150 giống lúa, 35 giống lúa có khả năng nảy mầm cao từ 80,0%, và tỉ lệ rễ mầm đen thấp dưới 40%, trong môi trường dung dịch KCLO3 3% và môi trường dung dịch Sacarin 1%, được lựa chọn để xác định alen liên quan đến khả năng chịu hạn ở lúa sử dụng 2 marker phân tử RM302 và RM3025. - Kết quả điện di cho thấy 7 giống lúa bao gồm LC22-7, CH7, CH207, Lúa nương Lạng Sơn, IR58200, Bao Thai, Tẻ Mèo, mang alen chịu hạn với cả 2 marker kể ix trên.

7 giống lúa này tiếp tục được sử dụng để đánh giá khả năng chịu hạn thông qua một số chỉ tiêu nông sinh học chính. - Kết quả đánh giá cho thấy hầu hết các giống lúa đều bị ức chế sinh trưởng, phát triển sau khi xử lý hạn giai đoạn đẻ nhánh và giai đoạn trỗ, trong đó các chỉ tiêu về số nhánh đẻ, chiều cao cây, số bông hữu hiệu/khóm bị ảnh hưởng mạnh khi gây hạn trong giai đoạn đẻ nhánh và tỷ lệ hạt chắc bị giảm mạnh khi gây hạn trong giai đoạn trỗ, được xem là nguyên nhân dẫn đến giảm mạnh về năng suất lý thuyết và năng suất thực thu của các giống lúa so với đối chứng, đặc biệt là khi gây hạn giai đoạn trỗ.