ĐẶT VẤN ĐỀ Cây lúa (Oryza sativa. L) là cây trồng có từ lâu đời và gắn liền với quá trình phát triển của loài ngƣời. Nó còn là một trong ba loại ngũ cốc làm lƣơng thực quan trọng cho khoảng ½ dân số của thế giới cùng với lúa mì và ngô đặc biệt là các nƣớc ở châu Á, châu Phi và Nam Mỹ. Ở Việt Nam sản xuất nông nghiệp đóng vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế trong đó sản xuất lúa gạo chiếm hơn 90% tổng sản phẩm nông nghiệp Tuy nhiên, sản xuất lúa luôn bị đe dọa bởi nhiều sâu bệnh hại nhƣ sâu đục thân 2 chấm, bọ trĩ, sâu cuốn lá,.
đã ảnh hƣởng không nhỏ tới năng suất, sản lƣợng lúa gạo. Theo bộ Nông nghiệp có ba loại bệnh phá hoại nặng nhất, tấn công vào bộ lá làm cho cây lúa giảm năng suất và sản lƣợng bao gồm bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu. Trong đó bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Oryzae (Xoo) gây ra, là một bệnh đặc biệt nguy hiểm đối với cây lúa.
Bệnh làm giảm năng suất từ 10-80%, thậm chí mất trắng. Hiện đã phát hiện có 36 gen, trong đó đã xác định có 4 gen là Xa4, Xa5, Xa7 và Xa21 là các gen kháng hữu hiệu đối với các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam (Phan Hữu Tôn và Bùi Trọng Thủy, 2004). Bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia grisea gây ra, đây là một trong số các bệnh phổ biến và nguy hại nhất đối với lúa. Hiện các nhà nghiên cứu trên thế giới đã xác định đƣợc 30 locus gen kháng bệnh đạo ôn, trong đó có gen Pi-ta nằm trên nhiễm sắc thể số 12 đƣợc cho là kháng hữu hiệu với nhiều chủng nấm gây bệnh nhất (Yohei et al.
Tƣơng ứng có tới 426 chủng nấm gây bệnh đã đƣợc phân lập và xác đinh đang tồn tại ở các vùng trồng lúa khác nhau trên thế giới. Đối với rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là loại dịch hại nguy hiểm trên lúa. Chúng gây hại bằng cách chích hút cây chủ và truyền virus gây bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá (Rice ragged stunt virus) làm giảm năng suất đến 70% hoặc làm mất trắng khi nhiễm rầy nặng và trên diện tích lớn (Lƣơng Minh Châu và cs. Các nhà 1 nghiên cứu đã phát hiện có 10 gen kháng trội lặn và 5 biotypes rầy nâu đang tồn tại trên thế giới.
Trong đó 2 gen Bph4 và Bph10 là 2 gen kháng tốt với biotype rầy nâu, phổ biến ở vùng Đông Nam châu Á. Do đó, để góp phần nâng cao năng suất, chất lƣợng, hạn chế thiệt hại do sâu bệnh hại gây ra thì công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng luôn đƣợc coi nhƣ là biện pháp hữu hiệu, ít tốn kém và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng. Trong quá trình chọn lọc giống lúa nhằm tạo ra các giống có năng suất cao, chất lƣợng tốt, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt thì nguồn gen đóng một vai trò rất quan trọng. Nguồn gen càng chứa nhiều tính trạng tốt thì khả năng chọn tạo ra giống càng thành công.
Trong thời gian vừa qua Trung tâm bảo tồn và Phát triển Nguồn gen cây trồng nắm bắt đƣợc vấn đề, từ đó đã tiến hành thu thập các mẫu giống lúa để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cho năng suất cao đặc biệt có khả năng kháng bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu. Việc chọn tạo giống lúa kháng bệnh bằng các phƣơng pháp truyền thống là rất khó khăn bởi sự di truyền đa gen và tƣơng tác của môi trƣờng. Do vậy, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học việc chọn tạo các giống dựa trên các chỉ thị phân tử đã rút ngắn đƣợc thời gian chọn tạo mà còn đem lại hiệu quả cao. Xuất phát từ những cơ sở trên, đƣợc sự đồng ý của Bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ Sinh học ứng dụng, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ Khảo sát nguồn gen giống lúa triển vọng kháng bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu” 1.
MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI 1. Mục đích đề tài Khảo sát nguồn gen để phát hiện đƣợc các mẫu, giống lúa có năng suất cao, chất lƣợng tốt đồng thời có chứa gen kháng bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa mới. Yêu cầu Đánh giá đƣợc một số đặc điểm nông sinh học quan trọng liên quan đến sinh trƣởng, phát triển, các chỉ tiêu năng suất, chất lƣợng của các mẫu giống lúa. 2 Nuôi cấy và phân lập chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv.
oryzae gây bệnh bạc lá lúa phục vụ đánh giá lây nhiễm nhân tạo. Sử dụng chỉ thị phân tử DNA để xác định đƣợc các mẫu giống lúa có khả năng mang gen kháng bệnh bạc lá Xa4, Xa7, gen kháng bệnh đạo ôn Pi – ta, Pi – ta 2 và gen kháng bệnh rầy nâu Bph4. 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2. Tổng quan về lúa 2.
Giới thiệu cây lúa Về phân loại thực vật, cây lúa thuộc: Giới (kingdom/regnum): Thực vật (Plantae). Loài (species): Lúa Châu Á: Oryza sativa Lúa Châu Phi: Oryza glaberima Hình 2. Cây lúa Trên Thế giới có 20 loài lúa hoang và 2 loài lúa canh tác. Những loài lúa hoang đƣợc trồng rải rác nhiều nơi trên Thế giới.
Cây lúa hiện tại đƣợc canh tác đại trà để cung cấp lƣơng thực cho con ngƣời trên Thế giới là Oryza sativa đƣợc trồng ở châu Á, có năng suất cao và đƣợc ƣa chuộng. Giống lúa Oryza Glaberrima đƣợc canh tác ít hơn ở châu Phi cho năng suất và chỉ số thu hoạch thấp hơn O. Năm 1753, Lineaeus là ngƣời đầu tiên đã mô tả và xếp loài lúa Sativa thuộc chi Oryza. Dựa vào mày hạt và dạng hạt tác giả đã phân chi Oryza thành bốn nhôm là Sativa, Granulata, Coarctala, Rhynchoryza và chi Oryza gồm tất cả 19 loài (Trần Văn Đạt, 2005).
Nguồn gốc Cây lúa trồng hiện nay đã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài và khá phức tạp với nhiều thay đổi rất lớn về đặc điểm hình thái, nông học, sinh lý và sinh thái để thích nghi với điều kiện khác nhau của môi trƣờng. Về nguồn gốc cây lúa, đã có nhiều tác giả đề cập tới nhƣng cho tới nay vẫn chƣa có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất.H cây lúa xuất phát từ Đông Nam Á, từ đó lan dần lên phía Bắc. Gutchtchin, Ghose, Erughin và nhiều tác giả khác thì cho rằng Đông Dƣơng là cái nôi của lúa trồng. De Candolle, Rojevich lại quan niệm rằng Ấn Độ mới là nơi xuất phát chính của lúa trồng.
Đinh Dĩnh (Trung Quốc) dựa vào lịch sử phát triển lúa hoang ở trong nƣớc cho rằng lúa trồng có xuất xứ ở Trung Quốc. Một số nhà nghiên cứu Việt Nam lại cho rằng nguồn gốc cây lúa là ở Miền Nam nƣớc ta và Campuchia. Sampath và Rao (1951) cho rằng sự hiện diện của nhiều loại lúa hoang ở Ấn Độ và Đông Nam Á chứng tỏ rằng Ấn Độ, Miến Điện hay Đông Dƣơng là nơi xuất xứ của lúa trồng. Sato (Nhật Bản) cũng cho rằng lúa có nguồn gốc ở Ấn Độ, Việt Nam và Miến Điện.
Tuy có nhiều ý kiến nhƣng chƣa thống nhất, nhƣng căn cứ vào các tài liệu lịch sử, di tích khảo cổ, đặc điểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi của các loài lúa hoang dại trong khu vực, nhiều ngƣời đồng ý rằng nguồn gốc cây lúa là ở vùng đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần đi các nơi. Thêm vào đó, sự kiện thực tế là cây lúa và nghề trồng lúa đã có từ rất lâu ở vùng này, lịch sử và đời sống của các dân tộc Đông Nam Á lại gắn liền với lúa gạo đã minh chứng nguồn gốc của lúa trồng.T Chang (1976), nhà di truyền học cây lúa của Viện Nghiên Cứu lúa Quốc Tế (IRRI), đã tổng kết nhiều tài liệu khác nhau và cho rằng việc thuần hóa lúa trồng có thể đã đƣợc tiến hành một cách độc lập cùng một lúc ở nhiều nơi, dọc theo vành đai trải dài từ đồng bằng sông Ganges dƣới chân phía đông của dãy 5 núi Hy-Mã-Lạp-Sơn (Himalayas - Ấn Độ), ngang qua Bắc Miến Điện, Bắc Thái Lan, Lào và Việt Nam, đến Tây Nam và Nam Trung Quốc Hiện nay, sự tiến hóa của loài lúa vẫn tiếp tục nhờ sự thuần dƣỡng và áp dụng những phƣơng pháp lai tạo của con ngƣời. Tình hình sản xuất lúa gạo trên Thế Giới và Việt Nam 2. Tình hình sản xuất lúa gạo trên Thế giới Thế giới đang trên đà phát triển mạnh tƣơng ứng với nó là nhu cầu về lƣơng thực đòi hỏi ngày càng cao.
Một số nƣớc trên thế giới đang nằm trong tình trạng khủng hoảng lƣơng thực, chính vì vậy công tác nghiên cứu và sản xuất lúa luôn đƣợc đẩy mạnh ở các nƣớc. Theo thống kê của tổ chức lƣơng thực thế giới FAO (2015), lúa chiếm một vị trí quan trọng trên Thế giới, đặc biệt là ở khu vực Châu Á. Mặc dù năng suất lúa ở các nƣớc Châu Á còn thấp, nhƣng do có diện tích sản xuất lớn nên Châu Á vẫn là khu vực đóng góp lúa gạo chủ yếu và quan trọng trên toàn thế giới (trên 90%). Trong tháng 1 năm 2022, số liệu từ các tổ chức thế giới đều cho thấy sản lƣợng sản xuất gạo toàn cầu đều tăng nhẹ so với cùng kỳ năm trƣớc.
Cụ thể, theo Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), sản lƣợng sản xuất lúa gạo toàn cầu tháng 1 ƣớc khoảng 42,5 triệu tấn, tăng 0,53% so với năm ngoái. Trong khi đó, Hội đồng Ngũ cốc Quốc tế (IGC) ƣớc tính sản xuất gạo toàn cầu tháng đạt 42,62 triệu tấn, tăng 0,73% so với năm 2020. Tổ chức Nông lƣơng Thế giới (FAO) ƣớc tính sản lƣợng sản xuất gạo thế giới trong tháng 1 khoảng 41,3 triệu tấn, tăng 0,66% so với cùng kỳ năm 2021. Về sản lƣợng tiêu thụ gạo toàn cầu, theo tính toán của FAO đạt 43,3 triệu tấn trong tháng 1 và tăng 1,78% so với 2020.
Còn theo IGC ƣớc tính sản lƣợng tiêu thụ gạo trong tháng ở mức 42,4 triệu tấn, tăng 0,45. 6 Trung Quốc là nƣớc đứng đầu thế giới về sản lƣợng gạo (148,3 triệu tấn-2020- 2021). Tiếp sau đó là Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam Hình 2. Top 10 quốc gia có sản lƣợng lúa lớn trên Thế Giới (2020/2021) 2.
Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam Nằm ở vùng Đông nam Châu Á, cây lúa là thế mạnh của nƣớc ta, điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa rất thích hợp cho phát triển cây lúa. Sản xuất lúa gắn liền với sự phát triển nông nghiệp ở nƣớc ta.