Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đang tác động sâu sắc đến hoạt động sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực Duyên hải Miền Trung. Theo báo cáo của Viện Phân tích Rủi ro Maplecroft (10/2010), Việt Nam đứng thứ 13 trong số 16 quốc gia chịu rủi ro nghiêm trọng nhất do biến đổi khí hậu trong vòng 30 năm tới. Tại các tỉnh Miền Trung, điển hình là Thừa Thiên Huế, hình thái thời tiết cực đoan như bão lũ và các đợt mưa lớn bất thường thường xuyên xuất hiện vào thời điểm chuẩn bị thu hoạch lúa ở cả hai vụ Đông Xuân và Hè Thu. Tình trạng ngập úng dài ngày ngoài đồng ruộng kích hoạt hiện tượng hạt lúa nảy mầm sớm trước thu hoạch (Pre-harvest sprouting - PHS). Khi hiện tượng này xảy ra, nếu chờ lúa chín hoàn toàn thì toàn bộ bông lúa sẽ bị mọc mầm gây thối hỏng và rụng hạt; ngược lại, nếu thu hoạch xanh thì chi phí nhân công cắt lúa tăng gấp hai lần trong khi giá bán thương phẩm suy giảm từ 25% đến 30%. Minh chứng cụ thể là trong vụ Đông Xuân năm 2020, đợt mưa lớn kéo dài từ ngày 24/4 đến ngày 26/4 đã làm 16.000 ha lúa tại Thừa Thiên Huế bị ngập và đổ ngã, gây tổn thất trên 15% năng suất toàn tỉnh.

Trước thực trạng đó, việc ứng dụng công nghệ sinh học và chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS) nhằm tích hợp các locus tính trạng số lượng (QTL) quy định thời gian sinh trưởng ngắn và khả năng kháng nảy mầm sớm vào các giống lúa thuần năng suất cao là hướng đi cấp thiết. Nhóm nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam trước đó đã tiến hành lai hồi giao giữa giống lúa Khang Dân 18 (KD18) với giống TSC3, qua đó lập bản đồ và xác định được QTL qSGD1 (rút ngắn thời gian sinh trưởng từ 10 đến 12 ngày) trên vai ngắn nhiễm sắc thể số 3 cùng QTL qPSR7 (quy định tính kháng nảy mầm sớm trước gặt) trên nhiễm sắc thể số 7. Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Minh Chính được thực hiện nhằm kiểm chứng biểu hiện kiểu hình và sự ổn định di truyền của hai locus này trong điều kiện sinh thái thực tế tại Miền Trung.

Mục đích nghiên cứu của đề tài là đánh giá QTL kháng nảy mầm sớm trước gặt qPSR7 và QTL ngắn ngày qSGD1 trong điều kiện canh tác tại Miền Trung Việt Nam, phục vụ định hướng chọn tạo giống lúa thích ứng với biến đổi khí hậu. Để đạt được mục đích trên, đề tài xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Đánh giá các đặc điểm chỉ tiêu nông sinh học, năng suất của các dòng lúa trong vụ Xuân năm 2020 tại thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế.
  2. Đánh giá khả năng kháng nảy mầm sớm của các dòng lúa thí nghiệm thông qua mô hình ngâm nước nhân tạo.
  3. Xác định sự hiện diện của QTL qPSR7 (kháng nảy mầm sớm) và QTL qSGD1 (thời gian sinh trưởng ngắn) trong kiểu gen bằng chỉ thị DNA.
  4. Chọn lọc 1 đến 2 dòng lúa triển vọng mang đầy đủ các đặc tính ưu việt nêu trên.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài gồm 6 dòng lúa lai hồi giao tự phối (Backcross Inbred Lines - BILs) gồm PSR3 (thế hệ BC2F6), PSR4 (BC2F6), PSR5 (BC2F5), PSR6 (BC2F3), PSR7 (BC2F5), PSR8 (BC2F5) cùng giống đối chứng Khang Dân 18 (KD18). Về phạm vi không gian, khảo nghiệm nông sinh học và khả năng kháng nảy mầm được thực hiện tại cánh đồng Cồn Nhà Khuya, Hợp tác xã Nông nghiệp Phù Nam, phường Thủy Châu, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế (tọa độ địa lý 16°25'42"N); phân tích sinh học phân tử được triển khai tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ sinh học ứng dụng, Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Gia Lâm, Hà Nội (tọa độ 21°00'13"N). Về phạm vi thời gian, các thí nghiệm đồng ruộng được tiến hành trong vụ Đông Xuân 2019 - 2020 (gieo mạ ngày 11/01/2020, cấy và theo dõi thu hoạch đến tháng 5/2020).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở lý thuyết, sự nảy mầm của hạt lúa (Oryza sativa) là chuỗi biến đổi sinh lý - sinh hóa bắt đầu từ quá trình hấp thu nước của hạt khô và kết thúc khi trục phôi vươn dài. Quá trình này trải qua ba giai đoạn: giai đoạn I hấp thu nước nhanh và bắt đầu phiên mã tổng hợp mRNA; giai đoạn II tái kích hoạt trao đổi chất, huy động vật chất dự trữ tại nội nhũ, nới lỏng thành tế bào và kéo dài bao mầm (coleoptile); giai đoạn III tiếp tục hút nước, phục hồi hô hấp hiếu khí qua chu trình Crebs (TCA), phân chia tế bào và phát triển mầm rễ. Trạng thái ngủ nghỉ của hạt lúa chịu sự kiểm soát nghiêm ngặt của cân bằng nội tiết thực vật giữa hai phytohormone đối kháng là Abscisic acid (ABA - ức chế nảy mầm, duy trì ngủ nghỉ) và Gibberellin (GA - kích hoạt tổng hợp enzyme $\alpha$-amylase thủy phân tinh bột, thúc đẩy nảy mầm). Hiện tượng nảy mầm sớm trước gặt (PHS) xuất hiện khi cân bằng này bị phá vỡ sớm do các yếu tố nhiệt độ và ẩm độ cao kéo dài ngoài đồng ruộng. Về mặt di truyền, locus qSGD1 đã được chứng minh mang alen trội có nguồn gốc từ giống TSC3 giúp lúa trỗ sớm, trong khi locus qPSR7 mang alen kiểm soát sự phân ly tỷ lệ nảy mầm hạt liên kết chặt với chỉ thị phân tử R34C6 trên nhiễm sắc thể số 7.

Về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và văn bản quy chuẩn áp dụng:

  • Quy chuẩn khảo nghiệm: Quy trình canh tác và theo dõi các chỉ tiêu nông sinh học tuân thủ Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng giống lúa QCVN 01-55:2011/BNNPTNT ban hành kèm theo Thông tư số 48/2011/TT-BNNPTNT của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.
  • Bố trí thí nghiệm đồng ruộng: Thí nghiệm khảo nghiệm được thiết kế theo khối ngẫu nhiên hoàn toàn (RCBD) với 3 lần lặp lại (ký hiệu A, B, C). Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 $m^2$ (kích thước 5 m $\times$ 2 m), khoảng cách giữa các ô là 30 - 40 cm. Mạ được cấy khi đạt 4 - 5 lá, mật độ 25 khóm/$m^2$ (khoảng cách 20 cm $\times$ 20 cm), cấy 1 dảnh/khóm.
  • Chế độ phân bón cho 1 ha: 8 tấn phân chuồng kết hợp 100 kg N (dưới dạng Đạm Ure chứa 46% N), 60 kg $P_2O_5$ (Supe lân chứa 16% $P_2O_5$) và 60 kg $K_2O$ (KCl chứa 60% $K_2O$). Bón lót toàn bộ phân chuồng, lân, vôi và một phần NPK; bón thúc đợt 1 sau cấy 8 - 10 ngày, thúc đợt 2 sau cấy 20 - 25 ngày, thúc đợt 3 trước khi trỗ 20 - 25 ngày.
  • Đánh giá khả năng kháng nảy mầm trước gặt: Sau trỗ 35 - 40 ngày, tiến hành chọn ngẫu nhiên 3 cây/dòng, cắt 3 bông to và chín sớm nhất ở vị trí cách cổ bông 20 cm, loại bỏ toàn bộ hạt lép và hạt bệnh. Bông lúa được đưa vào môi trường ngập lụt nhân tạo bằng cách ngâm chìm trong chậu nước ở nhiệt độ phòng, chiếu sáng 4000 lux (chu kỳ 12 giờ sáng từ 7h00 đến 19h00), thay nước định kỳ hàng ngày. Theo dõi và đếm số hạt nảy mầm (khi bao mầm vươn dài > 2 mm) tại các thời điểm 0 ngày, 3 ngày, 7 ngày và 10 ngày để tính tỷ lệ phần trăm nảy mầm trên tổng số hạt chắc.
  • Phân tích sinh học phân tử xác định QTL:
    • Tách chiết DNA tổng số: Áp dụng phương pháp Potassium acetate cải tiến từ Dellaporta và cộng sự (1983). Thu mẫu lá xanh dài 2 cm ở giai đoạn cây 30 ngày sau cấy, nghiền mịn bằng máy Bead Shocker với 2 viên bi zirconi đường kính 3 mm ở tốc độ 1800 vòng/phút trong 60 giây (lặp lại 2 lần). Mẫu được ly trích qua dung dịch đệm Extraction buffer (1M Tris-HCl pH 8,0; 0,5M EDTA pH 8,0; 2,5N NaCl; 10% SDS), kết tủa protein bằng Potassium acetate 5M, tủa DNA bằng 2-propanol, rửa lại bằng Ethanol 70% và hòa tan trong đệm TE 0,1X. Kiểm tra chất lượng DNA bằng điện di gel agarose 1%.
    • Kỹ thuật PCR: Phản ứng có tổng thể tích 10 $\mu$l gồm 5 $\mu$l GoTaq Green Master Mix 2X, 2 $\mu$l mồi nồng độ 10 $\mu$M, 1 $\mu$l DNA khuôn và 2 $\mu$l nước khử nuclease. Chu trình nhiệt trên máy luân nhiệt: biến tính ban đầu 95°C trong 5 phút; tiếp nối 35 chu kỳ gồm biến tính 95°C trong 30 giây, gắn mồi 58°C trong 30 giây, kéo dài 72°C trong 30 giây; kết thúc kéo dài ở 72°C trong 7 phút và giữ mẫu dưới 15°C.
    • Cặp mồi đặc hiệu: Sử dụng chỉ thị R25D4 (trình tự xuôi: 5'-TGCAACTTCTAGCTGCTCGA-3', trình tự ngược: 5'-GCATCCGATCTTGATGGG-3') xác định locus qSGD1; chỉ thị R34C6 (trình tự xuôi: 5'-TACGGCTTCGGCGGCTGATTCC-3', trình tự ngược: 5'-CCCCCGAATCCCATCGAAACCC-3') xác định locus qPSR7. Sản phẩm PCR được điện di trên gel agarose 2% chứa Ethidium bromide ở hiệu điện thế 120V trong 20 - 25 phút và quan sát qua hệ thống chụp ảnh gel của ATTO Corporation.
  • Nguồn dữ liệu và xử lý thống kê: Số liệu nông sinh học ngoài đồng ruộng và số liệu nảy mầm được ghi chép theo các mốc thời gian tiêu chuẩn. Dữ liệu được xử lý phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình bằng kiểm định LSD ở mức ý nghĩa $\alpha = 0,05$ trên phần mềm Statistix 10 và Microsoft Excel. Dữ liệu khí tượng vụ Đông Xuân 2019 - 2020 được trích xuất từ nguồn lưu trữ của Trung tâm Khí tượng Thủy văn tỉnh Thừa Thiên Huế.

Nội dung chính theo từng chương

Mở đầu và Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các tài liệu khoa học trong nước và quốc tế về cấu trúc phôi nhũ hạt thóc, cơ chế sinh hóa chi phối quá trình ngủ nghỉ và nảy mầm hạt, cũng như tác hại của PHS đối với ngành sản xuất lúa gạo toàn cầu (điển hình tại lưu vực sông Dương Tử làm suy giảm năng suất từ 10% đến 50%). Tác giả phân tích các nghiên cứu định vị QTL kháng PHS trên thế giới như phát hiện locus qSDR9.1 và qSDR9.2 trên nhiễm sắc thể số 9 từ giống Owarihatamochi (Mizuno và cs., 2018), các QTL trên nhiễm sắc thể 3 và 12 của giống Koshihikari (Kiyosumi Hori và cs., 2010), cùng các locus QPhs.cau-4A, QPhs.cau-6A trên quần thể RILs Yanda 1817 $\times$ Beinong 6 (Zhou và cs., 2016). Đồng thời, tổng quan khẳng định cơ sở thực nghiệm tại Việt Nam dựa trên công trình của Nguyễn Quốc Trung và Phạm Văn Cường (2015) xác định qSGD1 trên vai ngắn nhiễm sắc thể số 3 rút ngắn thời gian sinh trưởng 10 - 12 ngày, và công trình của Nguyễn Quốc Trung cùng cộng sự (2019, 2020) xác định qPSR7 liên kết với chỉ thị R34C6 trên nhiễm sắc thể số 7.

Phần III: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết nguồn gốc 6 dòng BILs (thế hệ từ BC2F3 đến BC2F6) cùng giống đối chứng KD18; tọa độ địa lý, đặc điểm khí hậu và tính chất đất đai của địa điểm thực nghiệm tại Thủy Châu, Hương Thủy, Thừa Thiên Huế (tháng 1 có lượng mưa 80,3 mm; tháng 4 lượng mưa tăng vọt lên 214,4 mm với 14 ngày mưa). Tác giả quy định các phương pháp đo đếm chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao, số lá, khả năng đẻ nhánh), chỉ tiêu hình thái (dạng thân, độ cứng cây, độ rụng hạt, độ thoát cổ bông, diện tích lá đòng), đánh giá mức độ phát sinh sâu bệnh (bọ trĩ, sâu cuốn lá, bệnh đạo ôn theo thang điểm 0 - 9), phương pháp xác định năng suất lý thuyết và thực thu, quy trình ngâm ủ đánh giá PHS trong phòng thí nghiệm, cùng toàn bộ quy trình tách chiết DNA bằng Potassium acetate và phản ứng PCR với cặp mồi R25D4 và R34C6.

Phần IV: Kết quả và thảo luận

Chương kết quả và thảo luận trình bày hệ thống số liệu thực nghiệm qua 7 nội dung chuyên biệt:

  • Chỉ tiêu sinh trưởng và hình thái: Các dòng BILs có tổng thời gian sinh trưởng dao động từ 105 đến 107 ngày (PSR6 là 105 ngày, các dòng PSR3, PSR4, PSR5, PSR7, PSR8 là 107 ngày), rút ngắn 15 ngày so với giống đối chứng KD18 (122 ngày). Sự rút ngắn này tập trung chủ yếu ở thời kỳ sinh thực (chỉ kéo dài 28 - 30 ngày ở các dòng BILs so với 39 ngày ở KD18, tức ngắn hơn 11 ngày).
  • Động thái tăng trưởng chiều cao cây: Chiều cao cây tăng nhanh nhất ở giai đoạn 14 - 28 ngày sau cấy (PSR7 tăng 18,44 cm). Chiều cao cây cuối cùng của các dòng dao động từ 101,33 cm (PSR4) đến 108,33 cm (PSR5 và PSR7), thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với KD18 (112,67 cm).
  • Động thái đẻ nhánh: Tất cả các giống tập trung đẻ nhánh mạnh ở giai đoạn 28 - 42 ngày sau cấy và đạt số nhánh cực đại tại 49 ngày sau cấy. Dòng PSR6 có số nhánh tối đa cao nhất (24,73 nhánh/khóm). Về số nhánh hữu hiệu, dòng PSR3 đạt cao nhất với 13,33 nhánh/khóm (tỷ lệ nhánh hữu hiệu đạt 66,67%), dòng PSR5 đạt 10,33 nhánh/khóm (tỷ lệ 58,36%), trong khi KD18 đạt 9,80 nhánh/khóm (tỷ lệ 49,34%).
  • Đặc điểm hình thái và sâu bệnh: Các dòng lúa đều đạt độ thuần đồng ruộng cao (điểm 1, tỷ lệ khác dạng < 0,3%) và trỗ thoát hoàn toàn (điểm 1). Dòng PSR3 và PSR5 có độ cứng cây trung bình (điểm 5), độ tàn lá trung bình (điểm 5), độ rụng hạt trung bình (điểm 5). Mức độ gây hại của bọ trĩ ở giai đoạn đầu dao động 12,25% - 14,31%; sâu cuốn lá nhỏ ở mức nhẹ (điểm 1); bệnh đạo ôn lá phát sinh ở mức độ nhẹ đến trung bình (điểm 3, vết đốm 1 - 2 mm trên lá đòng).
  • Năng suất và cấu thành năng suất: Năng suất lý thuyết của các dòng dao động từ 85,26 tạ/ha (PSR8) đến 131,58 tạ/ha (PSR3), đều thấp hơn KD18 (159,81 tạ/ha). Tuy nhiên, năng suất thực thu của dòng PSR5 đạt 88,65 tạ/ha, tương đương về mặt thống kê và cao hơn giống đối chứng KD18 (85,71 tạ/ha). Dòng PSR3 có năng suất thực thu thấp nhất đạt 38,78 tạ/ha do tỷ lệ hao hụt.
  • Khả năng kháng nảy mầm sớm: Thí nghiệm ngâm nước nhân tạo sau 10 ngày cho thấy tỷ lệ nảy mầm của các dòng có sự phân hóa mạnh: dòng PSR8 (2,58%), KD18 (5,30%), PSR5 (7,52%), PSR7 (21,51%), PSR3 (22,08%), PSR4 (36,59%) và PSR6 (45,33%).
  • Kết quả điện di xác định kiểu gen: Chỉ thị R25D4 xác định cả 6 dòng BILs đều mang QTL qSGD1, trong đó PSR4, PSR5, PSR7 mang kiểu gen đồng hợp tử (+), các dòng PSR3, PSR6, PSR8 ở trạng thái dị hợp tử (H). Chỉ thị R34C6 xác định các dòng PSR4, PSR5, PSR7, PSR8 và giống KD18 mang QTL qPSR7 đồng hợp tử (+), dòng PSR3 và PSR6 ở trạng thái dị hợp tử (H).

Phần V: Kết luận và kiến nghị

Tác giả đúc kết lại các phát hiện thực nghiệm về sự tương quan giữa kiểu gen và kiểu hình; khẳng định vai trò của locus qSGD1 và qPSR7; chính thức kiến nghị lựa chọn dòng PSR5 để tiếp tục theo dõi, khảo nghiệm đánh giá tính ổn định trong vụ Hè Thu năm 2020.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ về đặc tính nông học, năng suất, khả năng kháng nảy mầm và kiểu gen của các dòng lúa BILs so với giống gốc Khang Dân 18:

Dòng lúa Kiểu gen qSGD1 Kiểu gen qPSR7 Tổng TGST (ngày) Chiều cao cuối cùng (cm) Số nhánh hữu hiệu/khóm Năng suất lý thuyết (tạ/ha) Năng suất thực thu (tạ/ha) Tỷ lệ nảy mầm PHS sau 10 ngày (%)
PSR3 H H 107 103,33 13,33 131,58 38,78 22,08
PSR4 + + 107 101,33 11,22 109,82 59,84 36,59
PSR5 + + 107 108,33 10,33 107,84 88,65 7,52
PSR6 H H 105 103,33 12,90 118,21 62,88 45,33
PSR7 + + 107 108,33 9,03 98,22 66,87 21,51
PSR8 H + 107 104,33 9,97 85,26 56,35 2,58
KD18 (ĐC) - + 122 112,67 9,80 159,81 85,71 5,30

(Ghi chú kiểu gen trong văn bản: "+" là mang gen đồng hợp tử; "H" là mang gen dị hợp tử; "-" là không mang gen).

Các phát hiện chính và đóng góp khoa học của khóa luận:

  • Xác nhận chức năng rút ngắn thời gian sinh trưởng của qSGD1: Sự hiện diện của locus qSGD1 giúp rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây lúa 15 ngày so với giống gốc KD18 (từ 122 ngày xuống còn 105 - 107 ngày). Do qSGD1 là một alen trội, cả 3 dòng dị hợp tử (PSR3, PSR6, PSR8) đều có thời gian sinh trưởng ngắn tương đương các dòng đồng hợp tử (PSR4, PSR5, PSR7). Việc rút ngắn thời gian sinh trưởng giúp cây lúa né tránh các đợt mưa lớn ngập lụt thường xảy ra vào cuối vụ tại Miền Trung.
  • Đánh giá hiệu quả kháng PHS của qPSR7: Các dòng mang kiểu gen đồng hợp tử qPSR7 như PSR8 và PSR5 thể hiện tỷ lệ nảy mầm nhân tạo sau 10 ngày rất thấp, lần lượt là 2,58% và 7,52%.
  • Chọn tạo thành công dòng triển vọng PSR5: Dòng PSR5 mang kiểu gen đồng hợp tử của cả hai QTL (qSGD1 và qPSR7), có thời gian sinh trưởng 107 ngày, chiều cao 108,33 cm, năng suất thực thu đạt 88,65 tạ/ha (cao nhất trong các dòng thí nghiệm và tương đương với giống KD18 đạt 85,71 tạ/ha), tỷ lệ nảy mầm sau 10 ngày chỉ 7,52%.
  • Đề xuất và giải pháp: Tác giả đề xuất giữ lại dòng lúa triển vọng PSR5 nhằm duy trì khảo nghiệm, đánh giá tính ổn định về năng suất và khả năng kháng nảy mầm trong vụ Hè Thu năm 2020 tại Thừa Thiên Huế. Đóng góp nổi bật của đề tài so với các nghiên cứu trước là đã chuyển giao và đánh giá thành công các dòng lúa mang tổ hợp QTL từ điều kiện phòng thí nghiệm ra môi trường sinh thái đồng ruộng thực tế tại khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai ở Miền Trung.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thẳng thắn chỉ ra các giới hạn thực tế trong quá trình triển khai:

  • Hạn chế về dữ liệu kiểu hình nảy mầm: Tác giả ghi nhận kết quả đánh giá khả năng nảy mầm nhân tạo có nguy cơ xuất hiện sai số nhất định do yếu tố thời tiết bất khả kháng. Cụ thể, ngay trước thời điểm thu hoạch tại Huế đã xuất hiện đợt mưa liên tục kéo dài 7 ngày, trong đó có 2 ngày mưa rất lớn làm cho lúa ngoài đồng ruộng bị ngập và đã xảy ra hiện tượng nảy mầm sớm tự nhiên. Sau khi tạnh mưa một ngày mới có thể thu mẫu bông để làm thí nghiệm ngâm nước nhân tạo; do đó, một lượng hạt nảy mầm trước ngoài đồng có thể đã bị rụng bớt dẫn đến việc không tiếp tục nảy mầm trong chậu ngâm.
  • Hạn chế về phạm vi thời gian và địa điểm: Thí nghiệm nông sinh học đồng ruộng mới chỉ được tiến hành qua duy nhất 1 vụ mùa (vụ Đông Xuân 2019 - 2020) tại một địa bàn khảo nghiệm cụ thể (thị xã Hương Thủy, Thừa Thiên Huế), chưa theo dõi được biến thiên qua nhiều mùa vụ đối lập.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tiếp tục bố trí thí nghiệm lặp lại đối với dòng ưu tú PSR5 trong vụ Hè Thu 2020 để kiểm tra tính ổn định kiểu hình; đồng thời phối hợp sử dụng bộ chỉ thị SSR để hoàn thiện bản đồ di truyền trên toàn bộ 12 cặp nhiễm sắc thể dựa trên các thế hệ con lai trước đó.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn thiết thực đối với:

  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Công nghệ sinh học thực vật, Nông học, Di truyền và Chọn giống cây trồng đang thực hiện các đề tài về chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS).
  • Các nhà nghiên cứu chọn tạo giống lúa ứng phó với biến đổi khí hậu tại các viện, trung tâm nghiên cứu nông nghiệp vùng Bắc Trung Bộ và Duyên hải Miền Trung.
  • Phần phương pháp nghiên cứu (mục 3.2 và 3.3) là tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình tách chiết DNA bằng Potassium acetate trên mô lá lúa, thông số chu trình nhiệt PCR cho chỉ thị R25D4 và R34C6, cùng phương pháp thiết kế thí nghiệm ngâm nước nhân tạo mô phỏng ngập lụt đánh giá tính trạng nảy mầm sớm trước gặt.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai QTL được đánh giá trong đề tài là gì, nằm trên nhiễm sắc thể nào và liên kết với các chỉ thị DNA nào? Hai QTL được nghiên cứu là qSGD1 và qPSR7. Trong đó, qSGD1 là QTL quy định thời gian sinh trưởng ngắn, định vị trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 3 và liên kết với chỉ thị phân tử R25D4. Locus qPSR7 là QTL quy định tính kháng nảy mầm sớm trước gặt (PHS), định vị trên nhiễm sắc thể số 7 và liên kết chặt với chỉ thị phân tử R34C6.

2. Thời gian sinh trưởng của các dòng BILs mang QTL qSGD1 biến thiên như thế nào so với giống Khang Dân 18? Toàn bộ 6 dòng BILs mang QTL qSGD1 đều có thời gian sinh trưởng ngắn hơn giống đối chứng Khang Dân 18 là 15 ngày (đạt 105 - 107 ngày so với 122 ngày của KD18). Trong đó, thời kỳ sinh thực của các dòng BILs dao động từ 28 đến 30 ngày, rút ngắn 11 ngày so với thời kỳ sinh thực của KD18 (39 ngày). Do qSGD1 mang alen trội nên các dòng dị hợp tử có thời gian sinh trưởng tương đương các dòng đồng hợp tử.

3. Dòng lúa nào đạt năng suất thực thu cao nhất trong thí nghiệm và số liệu cụ thể là bao nhiêu? Dòng đạt năng suất thực thu cao nhất là PSR5, đạt 88,65 tạ/ha. Mức năng suất này tương đương về mặt thống kê với giống đối chứng Khang Dân 18 (85,71 tạ/ha) và vượt trội so với các dòng BILs còn lại trong thí nghiệm (dao động từ 38,78 tạ/ha đến 66,87 tạ/ha).

4. Khả năng kháng nảy mầm sớm trước gặt của các dòng được kiểm tra bằng phương pháp nào và tỷ lệ nảy mầm của dòng triển vọng nhất đạt bao nhiêu? Khả năng kháng nảy mầm sớm được đánh giá bằng phương pháp ngâm bông lúa vào chậu nước nhân tạo ở nhiệt độ phòng có chiếu sáng 4000 lux (chu kỳ 12 giờ sáng/ngày), thay nước hàng ngày và đếm số hạt có bao mầm nhú dài > 2 mm tại các mốc 0, 3, 7 và 10 ngày. Sau 10 ngày theo dõi, dòng triển vọng PSR5 có tỷ lệ hạt nảy mầm chỉ đạt 7,52% (10 hạt nảy mầm trên 133 hạt chắc), thấp hơn nhiều so với các dòng không đồng hợp tử hoặc thiếu gen kháng.

5. Điều kiện thời tiết bất thường nào tại Thừa Thiên Huế đã ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả thí nghiệm ngoài đồng ruộng? Vào cuối tháng 4/2020 (từ ngày 24/4 đến ngày 26/4), tại Thừa Thiên Huế xuất hiện đợt mưa lớn kéo dài nhiều ngày với tổng lượng mưa trong tháng 4 đạt 214,4 mm (14 ngày mưa). Đợt thiên tai này đã gây ngập lụt diện rộng, khiến lúa tại ruộng thí nghiệm bị nảy mầm tự nhiên trước khi thu hoạch, gây ra hiện tượng rụng bớt một số hạt đã mọc mầm trước khi đưa vào phòng thí nghiệm ngâm ủ nhân tạo.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Minh Chính đã đánh giá toàn diện kiểu hình nông sinh học và kiểu gen của 6 dòng lúa BILs mang QTL ngắn ngày qSGD1 và QTL kháng nảy mầm sớm qPSR7 trong điều kiện canh tác tại Thừa Thiên Huế. Kết quả thực nghiệm khẳng định vai trò ổn định của qSGD1 trong việc rút ngắn 15 ngày sinh trưởng và hiệu quả giảm thiểu nảy mầm trước gặt của qPSR7. Công trình đã tuyển chọn được dòng lúa ưu tú PSR5 mang đồng hợp tử cả hai QTL, vừa đảm bảo năng suất thực thu cao (88,65 tạ/ha) vừa có tỷ lệ nảy mầm thấp (7,52%), tạo tiền đề vật liệu quan trọng cho công tác chọn tạo giống lúa thích ứng với biến đổi khí hậu tại Miền Trung.