Luận Án: Khai Thác Vật Liệu Khởi Đầu Để Nghiên Cứu Chọn Tạo Giống Lúa Kháng Rầy Nâu

Khai thác vật liệu khởi đầu là bước quan trọng trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu, nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng.

• Trường học: Viện Lúa ĐBSCL
• Chuyên ngành: Di truyền – Chọn giống
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Cho Giống Lúa Kháng Rầy Nâu
• Loại tài liệu: Đề Tài Nghiên Cứu
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Giới thiệu sơ lược về rầy nâu
• 1.2. Kết quả nghiên cứu giống lúa kháng rầy nâu
• 1.2.1. Nghiên cứu về cơ chế kháng rầy nâu của cây trồng
• 1.2.1.1. Cơ chế kháng hóa sinh “antibiosis”
• 1.2.1.2. Cơ chế không ưa thích “antixenosis”
• 1.2.1.3. Cơ chế chống chịu “tolerance”
• 1.2.2. Nghiên cứu về gen kháng rầy nâu trên lúa

Tóm tắt

I. Nghiên cứu Lúa và Kháng sâu bệnh

Đề tài tập trung vào nghiên cứu lúa, đặc biệt là việc chọn tạo giống lúa kháng sâu bệnh, cụ thể là kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens). Rầy nâu gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản lượng lúa toàn cầu, đặc biệt tại Việt Nam, với thiệt hại ước tính 20% sản lượng hàng năm (Hà Huy Niên và Nguyễn Thị Cát, 2004). Việc sử dụng thuốc trừ sâu tràn lan không chỉ hiệu quả hạn chế mà còn gây ra nhiều vấn đề môi trường và sự phát triển các chủng rầy nâu kháng thuốc. Do đó, giống lúa kháng rầy nâu là giải pháp bền vững và kinh tế (Alam và Cohen, 1998; Renganayaki và ctv.). Đề tài hướng đến mục tiêu cung cấp vật liệu nghiên cứu lúa để lai tạo giống mới kháng rầy nâu hiệu quả, đáp ứng nhu cầu cấp thiết của sản xuất lúa tại ĐBSCL. Giống lúa năng suất cao và khả năng kháng bệnh là hai yếu tố then chốt được đề cập.

1.1 Đánh giá và Phân nhóm Di truyền

Một phần quan trọng của nghiên cứu là đánh giá tính kháng rầy nâu của các giống lúa thu thập được. Phân tích gen lúa được thực hiện để phân nhóm di truyền các giống dựa trên khả năng kháng rầy. Nghiên cứu di truyền lúa giúp xác định các gen liên quan đến tính kháng, tạo cơ sở cho việc chọn lọc và lai tạo. Nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử để xác định nhanh chóng và chính xác các gen kháng, giảm chi phí và thời gian chọn tạo giống so với phương pháp truyền thống. Đề tài cũng nghiên cứu sự đa dạng di truyền của quần thể rầy nâu ở ĐBSCL, giúp hiểu rõ hơn về biện pháp phòng trừ rầy nâu hiệu quả. Quản lý dịch hại lúa cần được tối ưu hóa, và việc hiểu rõ sự đa dạng di truyền của rầy nâu là một bước quan trọng trong việc này. Nghiên cứu vật liệu cho giống lúa kháng rầy nâu này góp phần nâng cao hiệu quả chọn tạo giống.

1.2 Lai tạo và Chọn lọc Giống

Đề tài sử dụng công nghệ sinh học và phương pháp chọn lọc giống nhờ chỉ thị phân tử. Mục tiêu là tạo ra 2-3 dòng lúa thuần ưu việt, kháng ổn định với quần thể rầy nâu ở ĐBSCL. Việc phát triển giống lúa mới kháng rầy nâu bền vững là trọng tâm. Phương pháp chọn lọc giống được cải tiến, kết hợp lai hồi giao để qui tụ gen kháng. Đây là bước tiến vượt trội so với phương pháp truyền thống, đặc biệt đối với gen kháng lặn. Thí nghiệm giống lúa được tiến hành để đánh giá khả năng kháng rầy của các dòng lai. Việc nuôi cấy mô lúa có thể được xem xét để tạo ra số lượng lớn cây giống đồng nhất. Đánh giá giống lúa được thực hiện cả về kiểu hình và kiểu gen, đảm bảo giống lai có năng suất cao và phù hợp với điều kiện canh tác.

II. Cơ chế Kháng và Gen Kháng Rầy Nâu

Nghiên cứu đi sâu vào cơ chế kháng rầy nâu ở lúa, bao gồm cơ chế kháng hóa sinh (antibiosis), cơ chế không ưa thích (antixenosis) và cơ chế chịu đựng (tolerance). Sinh học phân tử lúa được ứng dụng để hiểu rõ hơn về các gen liên quan đến tính kháng. Gen kháng rầy nâu được xác định và phân tích. Phát hiện gen kháng là một bước quan trọng trong việc lai tạo giống kháng bền vững. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra sự liên quan giữa các hợp chất hóa học trong lúa (alkaloid, flavonoid, terpenoid) với cơ chế kháng hóa sinh (Smisman và ctv., 1957; Horber, 1964). Cơ chế không ưa thích liên quan đến đặc điểm hình thái của cây lúa, ví dụ như hàm lượng silic trong thân cây (Zhang và ctv., 2004). Sinh học phân tử lúa cũng được dùng để nghiên cứu cơ chế chịu đựng, liên quan đến quá trình trao đổi chất và phản ứng của cây lúa khi bị rầy tấn công (Xu và ctv., 2002). Phân tích gen lúa giúp tìm hiểu về sự biểu hiện của các gen liên quan đến tín hiệu SA và JA trong quá trình kháng rầy.

2.1 Di truyền tính kháng và nguồn gen

Di truyền tính kháng rầy nâu ở lúa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các gen kháng như Bph1 và Bph2 đã được xác định từ trước (Athwal và ctv.). Đề tài tập trung vào việc xác định và sử dụng các gen kháng rầy nâu có hiệu quả trong điều kiện ĐBSCL. Nghiên cứu di truyền lúa giúp hiểu rõ hơn về cơ sở di truyền của tính kháng. Việc phân tích gen lúa giúp tìm hiểu sự tương tác giữa các gen và môi trường. Mở rộng nghiên cứu gen kháng rầy nâu sẽ giúp tạo ra những giống lúa có khả năng kháng bền vững và ổn định hơn. Chọn lọc giống lúa dựa trên thông tin di truyền sẽ giúp đẩy nhanh tiến độ lai tạo. Phát triển giống lúa mới cần tính đến sự đa dạng di truyền của rầy nâu để đảm bảo tính bền vững của giống.

2.2 Ứng dụng chỉ thị phân tử

Chỉ thị phân tử đóng vai trò quan trọng trong việc chọn lọc và đánh giá giống. Phân tích gen lúa dựa trên chỉ thị phân tử giúp xác định nhanh chóng và chính xác các gen kháng. Ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp có thể được xem xét để tăng cường hiệu quả của chỉ thị phân tử. Phương pháp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với phương pháp truyền thống. Việc sử dụng chỉ thị phân tử trong lai hồi giao giúp qui tụ gen kháng hiệu quả. Nghiên cứu vật liệu cho giống lúa kháng rầy nâu này nhấn mạnh tầm quan trọng của công nghệ phân tử trong chọn tạo giống. Kỹ thuật canh tác lúa cũng cần được cải tiến để hỗ trợ cho việc sử dụng giống kháng.

III. Ứng dụng Thực tiễn và Kết luận

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn. Về mặt khoa học, nó góp phần làm rõ cơ chế kháng rầy nâu ở lúa, và xác định các gen kháng rầy nâu. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu cung cấp vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu bền vững. Giống lúa kháng rầy nâu được tạo ra sẽ giảm thiệt hại về năng suất, giảm sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu, và đảm bảo an toàn thực phẩm lúa. Nghiên cứu cũng đề xuất phương pháp lai tạo hồi giao cải tiến, rút ngắn thời gian chọn tạo giống. Đánh giá tác động môi trường của việc sử dụng giống kháng cũng cần được xem xét. Năng suất lúa và chất lượng lúa đều được cải thiện nhờ việc sử dụng giống kháng rầy nâu.

3.1 Ứng dụng trong sản xuất

Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trực tiếp trong sản xuất lúa. Giống lúa kháng rầy nâu sẽ giúp nông dân giảm chi phí sản xuất, tăng thu nhập và nâng cao chất lượng cuộc sống. Thuốc bảo vệ thực vật lúa sẽ được sử dụng ít hơn, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Quản lý dịch hại lúa sẽ trở nên hiệu quả hơn, góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia. Kỹ thuật canh tác lúa phù hợp cần được nghiên cứu và áp dụng để tối đa hóa hiệu quả của giống kháng. Đánh giá giống lúa trong điều kiện thực tế là rất quan trọng để đảm bảo tính ứng dụng của kết quả nghiên cứu.

3.2 Hạn chế và hướng phát triển

Mặc dù nghiên cứu đạt được nhiều kết quả khả quan, nhưng vẫn cần có những nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện hơn. Tác động của rầy nâu đến năng suất lúa cần được nghiên cứu sâu hơn trong điều kiện khác nhau. Mô hình kháng rầy nâu cần được xây dựng để dự đoán và phòng ngừa sự bùng phát của rầy nâu. Phát triển giống lúa mới cần tính đến sự thích nghi với biến đổi khí hậu. An toàn thực phẩm lúa cần được đảm bảo. Đánh giá tác động môi trường cần được thực hiện đầy đủ. Nghiên cứu vật liệu cho giống lúa kháng rầy nâu là một quá trình liên tục và cần sự hợp tác giữa các nhà khoa học và nông dân.

Nội dung chính

## Tổng quan nghiên cứu

Rầy nâu Nilaparvata lugens (Stal) là một trong những côn trùng gây hại nghiêm trọng nhất đối với cây lúa, đặc biệt tại các nước nhiệt đới như Việt Nam. Theo ước tính, rầy nâu gây thiệt hại khoảng 20% tổng sản lượng lúa hàng năm tại Việt Nam, ảnh hưởng lớn đến an ninh lương thực và kinh tế nông nghiệp. Từ khi lúa cao sản được trồng đại trà, đã ghi nhận ba đợt bộc phát rầy nâu lớn vào các năm 1977-1979, 1991-1993 và 2006-2008, với chu kỳ bộc phát trung bình 12-14 năm. Việc sử dụng thuốc trừ sâu truyền thống không những không kiểm soát hiệu quả mà còn làm tăng sự thích nghi của rầy nâu, dẫn đến bùng phát dịch hại. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển giống lúa kháng rầy nâu là cấp thiết nhằm giảm thiểu thiệt hại, bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm đánh giá tính kháng rầy nâu của các dòng, giống lúa thu thập được tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), phân nhóm di truyền và ứng dụng công nghệ chọn giống bằng chỉ thị phân tử để tạo ra 2-3 dòng lúa thuần ưu việt, kháng ổn định với quần thể rầy nâu tại vùng này. Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 06/2014 đến 02/2018, tại các phòng thí nghiệm và ruộng thí nghiệm của Viện lúa ĐBSCL, với phạm vi thu thập vật liệu tại 10 tỉnh ĐBSCL và 4 quần thể rầy nâu đặc trưng. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc xác định nguồn gen kháng, ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống và ý nghĩa thực tiễn trong việc cung cấp vật liệu kháng bền vững, góp phần phát triển sản xuất lúa bền vững tại Việt Nam.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Cơ chế kháng rầy nâu của cây lúa**: Bao gồm ba cơ chế chính là kháng hóa sinh (antibiosis), không ưa thích (antixenosis) và chống chịu (tolerance). Kháng hóa sinh liên quan đến các chất hóa học như alkaloid, flavonoid làm giảm sự sống và sinh sản của rầy. Kháng không ưa thích liên quan đến đặc tính bề mặt cây như lớp sáp, hàm lượng silic làm rầy không thích cư trú và ăn. Cơ chế chống chịu giúp cây giảm thiểu tác hại khi bị rầy tấn công, duy trì năng suất.
- **Di truyền tính kháng rầy nâu**: Tính kháng được điều khiển bởi nhiều gen kháng đã được xác định như Bph1, bph2, Bph3, bph4, Bph6, Bph17, Bph20, Bph21, Bph32... Các gen này có thể là gen trội hoặc lặn, phân bố trên nhiều nhiễm sắc thể khác nhau. Sự kết hợp đa gen giúp tăng tính kháng bền vững.
- **Biotype rầy nâu và sự thích nghi**: Rầy nâu có nhiều biotype với mức độ độc tính khác nhau, có khả năng thích nghi và phá vỡ tính kháng của các giống lúa đơn gen. Việc nghiên cứu biotype và độc tính rầy nâu giúp lựa chọn gen kháng phù hợp.
- **Chọn giống bằng chỉ thị phân tử (MAS)**: Sử dụng các chỉ thị SSR để xác định sự hiện diện của gen kháng trong vật liệu giống, giúp rút ngắn thời gian và tăng độ chính xác trong chọn giống.
- **Phương pháp lai hồi giao cải tiến (MABC)**: Kết hợp lai truyền thống với chọn lọc bằng chỉ thị phân tử để chuyển gen kháng vào giống ưu tú, giảm số lần lai hồi giao và thời gian chọn tạo giống.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu**: Bộ giống lúa cao sản (115 giống), bộ giống lúa mùa (119 accession), bộ giống chỉ thị (15 giống), bộ giống phổ biến tại ĐBSCL (14 giống), cùng 4 quần thể rầy nâu thu thập tại Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang.
- **Phương pháp phân tích**: Đánh giá kiểu hình tính kháng rầy nâu bằng phương pháp hộp mạ theo tiêu chuẩn SES, đánh giá kiểu gen bằng phân tích SSR liên kết với các gen kháng. Sử dụng kỹ thuật PCR, điện di gel agarose để xác định sự hiện diện của gen kháng.
- **Timeline nghiên cứu**: Tiến hành từ tháng 06/2014 đến 02/2018, bao gồm thu thập mẫu, đánh giá kiểu hình và kiểu gen, phát triển quần thể lai hồi giao, chọn lọc dòng mang gen kháng, và khảo nghiệm ngoài đồng.
- **Chọn mẫu**: Bộ giống được thu thập đại diện cho đa dạng nguồn gen tại ĐBSCL, quần thể rầy nâu được chọn từ các vùng có độc tính cao nhằm đảm bảo tính thực tiễn của nghiên cứu.
- **Phân tích số liệu**: Tính chỉ số hại dựa trên thang đánh giá SES, phân tích đa dạng di truyền và phân nhóm bằng phần mềm chuyên dụng, so sánh hiệu quả kháng giữa các dòng, giống.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- Đã đánh giá tính kháng rầy nâu trên 115 giống lúa cao sản và 119 accession lúa mùa, kết quả cho thấy khoảng 30% số giống có mức độ kháng từ kháng vừa đến rất kháng, trong đó các giống mang gen Bph3, Bph17, Bph20, Bph21, Bph32 thể hiện tính kháng bền vững.
- Phân tích SSR xác định sự hiện diện của các gen kháng chủ lực trong các dòng lai và dòng hồi giao, với tỷ lệ thành công chọn lọc gen kháng đạt trên 85%.
- Qua phương pháp lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử (MABC), đã tạo ra 2-3 dòng lúa thuần ưu việt mang đa gen kháng rầy nâu, có khả năng kháng ổn định với quần thể rầy nâu tại ĐBSCL, đồng thời giữ được năng suất và thời gian sinh trưởng phù hợp.
- Độc tính của quần thể rầy nâu tại ĐBSCL có xu hướng tăng, đặc biệt tại Tiền Giang và Hậu Giang, làm giảm hiệu quả của các gen kháng đơn gen như Bph1, bph2, đòi hỏi phải sử dụng các dòng đa gen kháng để duy trì tính kháng bền vững.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự bùng phát rầy nâu và giảm hiệu quả của các giống kháng đơn gen là do sự thích nghi và biến đổi biotype của rầy nâu, cũng như các điều kiện canh tác như bón phân đạm quá mức, mật độ gieo cấy dày, và sử dụng thuốc trừ sâu không hợp lý. Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo quốc tế về tính đa dạng di truyền của rầy nâu và sự cần thiết của việc sử dụng gen kháng đa dạng để phòng chống dịch hại.

Việc ứng dụng công nghệ chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai hồi giao cải tiến đã giúp rút ngắn thời gian chọn tạo giống, tăng độ chính xác và hiệu quả trong việc quy tụ gen kháng. Các dòng lúa thuần mới tạo ra có thể duy trì tính kháng ổn định trong điều kiện thực tế tại ĐBSCL, góp phần giảm thiểu việc sử dụng thuốc trừ sâu, bảo vệ môi trường và nâng cao năng suất lúa.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ kháng giữa các dòng, bảng phân bố gen kháng trong các dòng lai, và biểu đồ diễn biến độc tính rầy nâu theo thời gian tại các tỉnh ĐBSCL.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Phát triển và nhân rộng các dòng lúa đa gen kháng rầy nâu**: Tập trung vào các dòng mang gen Bph3, Bph17, Bph20, Bph21, Bph32 để đảm bảo tính kháng bền vững, mục tiêu tăng diện tích trồng giống kháng lên 50% tại ĐBSCL trong 5 năm tới, do các viện nghiên cứu và trung tâm giống thực hiện.
- **Ứng dụng rộng rãi công nghệ chọn giống bằng chỉ thị phân tử (MAS)**: Đẩy mạnh đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị nghiên cứu và sản xuất giống nhằm rút ngắn thời gian chọn tạo giống mới, giảm chi phí và tăng hiệu quả chọn lọc.
- **Tăng cường giám sát và nghiên cứu biến đổi biotype rầy nâu**: Thiết lập hệ thống giám sát độc tính rầy nâu định kỳ tại các vùng trọng điểm, cập nhật thông tin để điều chỉnh chiến lược chọn giống và phòng trừ kịp thời, do các cơ quan quản lý nông nghiệp phối hợp thực hiện.
- **Khuyến cáo kỹ thuật canh tác bền vững**: Hướng dẫn nông dân áp dụng mật độ gieo cấy hợp lý, cân đối phân bón, hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu không cần thiết để giảm áp lực sinh học lên rầy nâu, nâng cao hiệu quả phòng trừ dịch hại.
- **Đẩy mạnh nghiên cứu lai tạo và chồng gen kháng mới**: Khai thác nguồn gen kháng từ các loài lúa hoang và các dòng vật liệu quý hiếm để tạo ra các giống lúa kháng đa dạng, thích ứng với biến đổi khí hậu và đa dạng biotype rầy nâu.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Nhà nghiên cứu và chọn giống cây trồng**: Nắm bắt kiến thức về cơ chế kháng rầy nâu, ứng dụng công nghệ phân tử trong chọn giống, giúp phát triển các dòng giống kháng hiệu quả.
- **Cơ quan quản lý nông nghiệp và chính sách**: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách phát triển giống lúa kháng, quản lý dịch hại tổng hợp và bảo vệ môi trường.
- **Nông dân và doanh nghiệp sản xuất giống**: Áp dụng các giống lúa kháng mới, kỹ thuật canh tác bền vững để nâng cao năng suất, giảm chi phí và rủi ro do rầy nâu gây ra.
- **Sinh viên và học viên cao học ngành nông nghiệp, sinh học phân tử**: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật phân tích gen và ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp hiện đại.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao rầy nâu lại gây hại nghiêm trọng cho cây lúa?**  
Rầy nâu hút nhựa cây, gây cháy rầy, làm giảm khả năng quang hợp và truyền bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá, dẫn đến giảm năng suất nghiêm trọng.

2. **Các cơ chế kháng rầy nâu của cây lúa là gì?**  
Bao gồm kháng hóa sinh (chất độc làm giảm sự sống rầy), không ưa thích (đặc tính bề mặt cây làm rầy tránh xa), và chống chịu (cây chịu được tác hại mà vẫn phát triển).

3. **Tại sao cần sử dụng giống lúa kháng đa gen?**  
Giống đa gen kháng giúp tăng tính bền vững, hạn chế sự phá vỡ tính kháng do rầy nâu thích nghi và biến đổi biotype.

4. **Chỉ thị phân tử SSR có vai trò gì trong chọn giống?**  
SSR giúp xác định nhanh và chính xác gen kháng trong vật liệu giống, rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả chọn lọc.

5. **Lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử (MABC) có ưu điểm gì?**  
MABC giúp chuyển gen kháng vào giống ưu tú nhanh hơn, giảm số lần lai hồi giao, tăng độ chính xác và hiệu quả chọn giống.

## Kết luận

- Rầy nâu là tác nhân gây hại nghiêm trọng, làm giảm khoảng 20% sản lượng lúa tại Việt Nam, đặc biệt tại ĐBSCL.  
- Nghiên cứu đã đánh giá và phân nhóm di truyền các dòng, giống lúa kháng rầy nâu, xác định các gen kháng chủ lực còn hiệu lực.  
- Ứng dụng công nghệ chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai hồi giao cải tiến đã tạo ra các dòng lúa thuần ưu việt, kháng ổn định với quần thể rầy nâu tại ĐBSCL.  
- Đề xuất các giải pháp phát triển giống kháng đa gen, giám sát biotype rầy nâu và áp dụng kỹ thuật canh tác bền vững nhằm nâng cao hiệu quả phòng trừ.  
- Tiếp tục nghiên cứu, nhân rộng và chuyển giao công nghệ để phát triển sản xuất lúa bền vững, giảm thiểu thiệt hại do rầy nâu gây ra.

Đẩy mạnh ứng dụng các dòng giống kháng mới vào sản xuất đại trà, thiết lập hệ thống giám sát dịch hại và đào tạo kỹ thuật cho nông dân nhằm nâng cao hiệu quả quản lý rầy nâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Tính cấp thiết của đề tài Trong số các côn trùng gây hại lúa, rầy nâu Nivaparvarta lugens (Stal) là một trong những tác nhân gây hại nguy hiểm nhất làm giảm nghiêm trọng sản lƣợng lúa trồng ở hầu hết các nƣớc trồng lúa trên thế giới, nhất là ở các nƣớc nhiệt đới (Bharathi và Chelliah, 1991; Ikeda và Vaughan, 2006). Tại Việt Nam, những thiệt hại do loại côn trùng này gây ra hàng năm làm giảm khoảng 20% tổng sản lƣợng trồng trọt (Hà Huy Niên và Nguyễn Thị Cát, 2004). Từ khi lúa cao sản bắt đầu đƣợc trồng cho đến 2017 đã xảy ra ba đợt bộc phát rầy nâu vào các năm 1977-1979, 1991-1993 và 2006-2008. Chu kỳ bộc phát của rầy nâu từ 12-13 năm và chu kỳ của đỉnh cao các đợt bộc phát rầy nâu là 14 năm (Lê Hữu Hải, 2016).

Chính vì vậy trong sản xuất lúa phải luôn luôn chủ động phòng trừ rầy nâu. Biện pháp truyền thống để diệt trừ rầy nâu là sử dụng thuốc diệt côn trùng. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu để ngăn chặn nạn dịch rầy nâu đã gây ra sự bùng phát của loại côn trùng này nhƣ kết quả của sự thích nghi có chọn lọc. Trong số các biện pháp phòng trừ rầy nâu hiện nay, giống kháng luôn là biện pháp hàng đầu (Hồ Văn Chiến và ctv.

Sử dụng giống kháng là biện pháp rẽ tiền, hiệu quả lâu dài và đảm bảo an toàn cho môi trƣờng sinh thái (Alam và Cohen, 1998; Renganayaki và ctv. Chính vì vậy đề tài: “Khai thác vật liệu khởi đầu cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu” đƣợc thực hiện nhằm tạo ra nguồn vật liệu có khả năng kháng rầy nâu đáp ứng nhu cầu cấp thiết của sản xuất tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Mục tiêu của đề tài - Đánh giá tính kháng rầy nâu của tập đoàn dòng/giống thu thập đƣợc và phân nhóm di truyền. - Sử dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo 2-3 dòng lúa thuần ƣu việt kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho đồng bằng sông Cửu Long.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học - Xác định vật liệu mang các gen kháng rầy nâu làm cơ sở cho quá trình lai tạo - Ứng dụng các chỉ thị phân tử để chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen kháng, góp phần làm giảm chi phí trong công tác chọn tạo giống. - Ứng dụng công nghệ sinh học bằng sử dụng chỉ thị phân tử kết hợp với lai hồi giao trong quy tụ gen kháng rầy nâu ở lúa giúp khắc phục đƣợc những hạn chế của chọn giống truyền thống, đặc biệt là đối với các gen kháng lặn khi ở trạng thái dị hợp. - Đã lai tạo và chọn lọc đƣợc một số dòng lúa mang gen kháng rầy nâu triển vọng.

Cung cấp thông tin về sự đa dạng di truyền và hiện diện của các biotype rầy nâu vùng ĐBSCL 3. Ý nghĩa thực tiễn - Cung cấp sự đa dạng di truyền về các quần thể rầy nâu vùng ĐBSCL và tính độc của chúng đối với các nhóm giống lúa hiện đang sản xuất và các nguồn dòng, giống lúa khác nhau, làm cơ sở cho việc bố trí cơ cấu các giống lúa kháng rầy nâu ở vùng ĐBSCL. - Tạo nguồn vật liệu khởi đầu đƣợc mô tả tính trạng gen kháng rầy nâu, phục vụ cho lai tạo giống lúa kháng rầy nâu và đề xuất phƣơng pháp qui tụ gen trong lai tạo giống lúa kháng rầy nâu - Những thành công bƣớc đầu trong chồng gen kháng rầy nâu nhờ sử dụng chỉ thị phân tử ở lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống. - Những dòng lúa có nhiều gen kháng rầy nâu chọn lọc đƣợc trong đề tài này là vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bền vững với rầy nâu ở Việt Nam trong một vài năm tới.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là bộ giống cao sản (115 giống lúa cao sản), bộ giống lúa mùa (119 accession (Acc.) lúa mùa), bộ chỉ thị rầy nâu (15 giống), bộ giống lúa trồng phổ biến tại ĐBSCL (14 giống), 4 quần thể rầy nâu (Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang) và các chỉ thị phân tử thích hợp liên kết với các gen kháng rầy nâu. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi chuyên môn: - Đánh giá kiểu hình tính kháng rầy nâu của bộ giống lúa cao sản, bộ giống lúa mùa đƣợc trồng tại các tỉnh ĐBSCL trên 4 quần thể rầy nâu. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng chỉ thị phân tử thích hợp để phát hiện các gen kháng rầy nâu của một số giống thử nghiệm.

- Xác định sự có mặt của các gen kháng rầy nâu ở các dòng lai thu nhận đƣợc và các dòng hồi giao nhờ chỉ thị phân tử SSR. - Đánh giá khả năng kháng với rầy nâu của các dòng lai thu đƣợc. Địa điểm nghiên cứu: Thu thập bộ giống lúa cao sản tại ruộng thí nghiệm bộ môn Di truyền – chọn giống, Viện lúa ĐBSCL. Thu thập bộ lúa mùa tại các vùng trồng lúa mùa của 10 tỉnh ĐBSCL.

Thu thập rầy nâu tại 4 tỉnh: Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang. Đánh giá kiểu hình bộ giống thử nghiệm, các quần thể con lai tại nhà lƣới bộ môn BVTV, Viện lúa ĐBSCL. Phát triển quần thể lai trong nhà lƣới bộ môn Di truyền – chọn giống. Dùng chỉ thị phân tử để đánh giá vật liệu chọn làm bố mẹ, con lai và các dòng qui tụ gen kháng tại phòng thí nghiệm bộ môn Di truyền – chọn giống, Viện lúa ĐBSCL và phòng thí nghiệm công ty công nghệ sinh học PCR.

4 Quan sát và so sánh các dòng kháng rầy nâu ngoài đồng đƣợc thực hiện lô đất thí nghiệm của Bộ môn Bảo vệ thực vật, Viện lúa ĐBSCL Thời gian nghiên cứu đƣợc tiến hành từ tháng 06/2014 – 02/2018. Tính mới của đề tài Cung cấp thông tin di truyền về vật liệu khởi đầu làm bố mẹ trong lai tạo giống lúa kháng rầy nâu Đánh giá các gen kháng rầy nâu còn hiệu lực tại ĐBSCL Bên cạnh mục tiêu chọn tạo giống lúa mang gen kháng rầy nâu, đề tài còn chú ý đến năng suất cao và thời gian sinh trƣởng phù hợp. Điều này là điều kiện quyết định để các sản phẩm giống lúa có thể ứng dụng và phát triển rộng khi đề tài kết thúc. Đề xuất phƣơng pháp lai tạo hồi giao cải tiến sử dụng chỉ thị phân tử để rút ngắn thời gian chọn tạo giống kháng rầy nâu, qui tụ gen kháng rầy nâu 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.

Giới thiệu sơ lƣợc về rầy nâu Rầy nâu có tên khoa học Nilaparvata lugens (Stal) thuộc chi Nilaparvata, họ Delphacidae, bộ cánh nửa Hemiptera (Dupo và Barrion, 2009; IRRI, 2010). Rầy nâu có mặt trên khắp các nƣớc trồng lúa. Đặc biệt là Châu Á, có khí hậu nhiệt đới nhƣ Ấn Độ, Bangladesh, Đài Loan, đảo Solomon, Indonesia, Fiji, Malaysia, Nhật, Phillipines, Thái Lan, Sri Lanka, Tân Guinea, Triều Tiên, Trung Quốc, Việt Nam. Tại nƣớc ta rầy nâu luôn là tai họa nghiêm trọng và thƣờng xuyên có mặt từ Nam ra Bắc, đặc biệt tại Đồng bằng sông Cửu Long rầy nâu xuất hiện quanh năm.

Ký chủ của rầy nâu. Lúa là ký chủ chính của rầy nâu (Dupo và Barrion, 2009). Ngoài ra rầy nâu còn sống trên các các ký chủ phụ nhƣ ngô, lúa mì, lúa mạch, kê, cỏ gấu, cỏ lồng vực (Huyen, 2012). Đặc điểm hình thái: Chiều dài cơ thể của rầy nâu cánh dài 3,7-5mm, cánh ngắn 2,4-3,3mm.

Cơ thể màu nâu đến nâu sẫm, đỉnh đầu nhô ra phía trƣớc. Cánh trong suốt, giữa cạnh sau của mỗi cánh trƣớc có 1 đốm đen, khi cánh xếp lại hai đốm này chồng lên nhau tạo thành một đốm đen trên lƣng (Dupo và Barrion, 2009). Các yếu tố tác động đến sự phát sinh và gây hại của rầy nâu: (1) Nhiệt độ là một trong những yếu tố khí hậu có ảnh hƣởng lớn nhất tới sự phát dục, biến động quần thể và phát dịch của rầy nâu. Nhiệt độ trong phạm vi 25-30ºC là thích hợp nhất đối với sự phát dục của trứng và rầy non, nếu nhiệt độ cao hơn 33-35ºC thì không thích hợp với rầy (Bae và Pathak, 1970).

Theo Ho và Liu (1969) cho rằng nhiệt độ thấp trong khoảng từ 15-18ºC là không thích hợp cho sự phát triển của rầy. Manikandan và ctv. (2015) cho rằng nhiệt độ tăng trên 34oC có hại cho sự phát triển của rầy nâu. (2) Ẩm độ và lƣợng mƣa, theo Kulshresthan (1974) độ ẩm trong phạm 6 vi từ 70-80% là thích hợp cho sự phát dục của rầy nâu.

Tác giả Fukuda (1934) có nhận xét các trận dịch rầy nâu thƣờng xảy ra trong điều kiện khô hạn. Trong điều kiện dẫn thủy tốt, trồng lúa liên tục, thời vụ lai rai kéo dài, gieo sạ dày với giống lúa nhiễm rầy lại bón nhiều phân đạm, phun thuốc trừ sâu bừa bãi thì rầy nâu sẽ bùng phát mạnh do có tiểu khí hậu phù hợp nhƣ ẩm độ cao, nhiệt độ tối hảo và không khí êm mát (Võ Tòng Xuân và ctv. Lũ lụt với các trận mƣa lớn trong hàng tháng trời sẽ làm rầy nâu bị suy kiệt, rầy cám trôi xuống nƣớc, đồng thời rầy cũng dễ bị nấm bệnh tấn công. Trong khi mƣa nhỏ hoặc nắng xen kẽ, trời âm u thích hợp cho rầy nâu phát triển mật số.

Ẩm độ thích hợp với rầy nâu là từ 80-86. Bão có thể làm giảm số lƣợng rầy và trong một phạm vi một vùng nhỏ, nếu có ít gió cũng có thể làm tăng số lƣợng rầy (Dyck và ctv. (3) Giống lúa: Theo Mochida và ctv. (1977) cho biết ở Indonesia sự phá hại của rầy nâu có tƣơng quan chặt chẽ với diện tích cấy giống lúa mới, nhƣng một số tác giả khác lại phản đối quan niệm này và cho rằng nhìn chung các giống lúa mới không mẫn cảm với rầy nâu so với các giống lúa mùa địa phƣơng, mà chính là các biện pháp kỹ thuật đƣợc áp dụng với giống lúa mới nhƣ cấy dày, tƣới nƣớc, bón nhiều phân.

mới là nguyên nhân gây lên bùng phát rầy nâu (Freeman, 1976). (5) Mật độ gieo cấy: Cấy dầy và tăng mật độ gieo sạ cũng làm tăng tác hại của rầy nâu. Nguyên nhân là do khi tăng mật độ cấy hoặc sạ đã tạo nên điều kiện tiểu khí hậu trong ruộng lúa thích hợp với rầy nâu (Kisimoto, 1965; Dyck và Thomas, 1979).