Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu đa dạng di truyền gen chịu mặn ở lúa Việt Nam

Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen chịu mặn ở lúa Việt Nam, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng trong điều kiện khắc nghiệt.

• Tác giả: Lê Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: TS. Lã Tuấn Nghĩa
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Di truyền học
• Đề tài: Nghiên cứu Đa Dạng Di Truyền Nguồn Gen Liên Quan Đến Tính Chịu Mặn Ở Lúa Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám phá toàn cảnh đa dạng di truyền lúa chịu mặn VN

Lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực nền tảng của nền nông nghiệp Việt Nam, đóng vai trò then chốt trong an ninh lương thực quốc gia. Tuy nhiên, sản xuất lúa đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu và nông nghiệp, đặc biệt là tình trạng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng ven biển khác. Luận văn thạc sĩ của tác giả Lê Thị Thu Trang (2011) tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (HUS) đã đi sâu vào "Nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa liên quan đến tính trạng chịu mặn ở lúa", mở ra một hướng tiếp cận khoa học và bền vững. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào việc đánh giá khả năng chống chịu của các giống lúa bản địa Việt Nam mà còn sử dụng các công cụ công nghệ sinh học thực vật hiện đại để phân tích cấu trúc di truyền. Mục tiêu cốt lõi là xây dựng một cơ sở dữ liệu ADN và tính chịu mặn, từ đó định hướng cho công tác chọn giống lúa chịu mặn hiệu quả hơn. Việc khai thác nguồn gen thực vật bản địa, vốn đã thích nghi với điều kiện khắc nghiệt, là một chiến lược quan trọng để cải tiến giống cây trồng. Luận văn này là một tài liệu tham khảo giá trị, cung cấp nền tảng khoa học vững chắc cho việc bảo tồn tài nguyên di truyền lúa và phát triển các giống lúa mới có năng suất cao, chất lượng tốt và khả năng thích ứng với môi trường nhiễm mặn ngày càng gia tăng. Đây là một ví dụ điển hình cho các luận án tiến sĩ nông nghiệp trong tương lai.

1.1. Tầm quan trọng của việc bảo tồn tài nguyên di truyền lúa

Việc bảo tồn tài nguyên di truyền lúa là nhiệm vụ sống còn để duy trì sự cân bằng sinh thái và đảm bảo an ninh lương thực. Nguồn gen hoang dại và các giống lúa bản địa Việt Nam chứa đựng những gen kháng mặn và các tính trạng quý giá khác chưa được khám phá hết. Các hoạt động canh tác hiện đại, với xu hướng sử dụng một số ít giống lúa lai năng suất cao, vô tình làm thu hẹp nền tảng di truyền và làm mất dần các nguồn gen quý này. Luận văn nhấn mạnh rằng việc nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa không chỉ giúp phân loại, bảo tồn mà còn cung cấp vật liệu di truyền khởi đầu cho các chương trình lai tạo, giúp các nhà khoa học chọn lựa các cặp bố mẹ có khoảng cách di truyền phù hợp để tạo ra ưu thế lai cao nhất.

1.2. Tổng quan luận văn thạc sĩ về nguồn gen Oryza sativa L.

Luận văn của Lê Thị Thu Trang (2011) đặt mục tiêu chính là xây dựng cơ sở dữ liệu về ADN và tính chịu mặn của 40 giống/dòng lúa Việt Nam. Nghiên cứu sử dụng các chỉ thị phân tử, cụ thể là marker phân tử SSR, để nhận dạng và đánh giá sự đa dạng di truyền. Cách tiếp cận này cho phép đánh giá chính xác ở cấp độ phân tử, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện ngoại cảnh như các phương pháp dựa trên chỉ thị hình thái. Kết quả nghiên cứu góp phần tạo cơ sở khoa học để khai thác hiệu quả nguồn gen thực vật chịu mặn, hỗ trợ đắc lực cho công tác lai tạo giống lúa mới.

II. Thách thức từ biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn ở VN

Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Theo dự báo của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC), mực nước biển dâng 1m có thể làm ngập từ 1,5-2 triệu ha đất nông nghiệp tại Đồng bằng sông Cửu Long và hàng trăm nghìn hecta ở Đồng bằng sông Hồng. Tình trạng xâm nhập mặn ngày càng sâu vào nội đồng, làm suy giảm nghiêm trọng diện tích và năng suất trồng lúa. Cây lúa, vốn nhạy cảm với nồng độ muối cao, phải đối mặt với áp lực sinh lý thực vật chịu stress cực đoan. Nồng độ muối cao trong đất và nước tưới gây ra hiện tượng sốc thẩm thấu, ngộ độc ion (chủ yếu là Na+ và Cl-), làm cây còi cọc, giảm đẻ nhánh, tăng tỷ lệ hạt lép và cuối cùng là chết. Các biện pháp công trình như xây đê, cống ngăn mặn thường tốn kém và không phải lúc nào cũng hiệu quả. Do đó, việc phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu tốt với điều kiện mặn được xem là giải pháp căn cơ và bền vững. Thách thức này đòi hỏi một sự chuyển đổi trong chiến lược cải tiến giống cây trồng, tập trung vào việc tìm kiếm và tích hợp các gen kháng mặn vào các giống lúa cao sản.

2.1. Tác động của xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long

Vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), vựa lúa lớn nhất cả nước, đang chịu tác động trực tiếp và khốc liệt từ xâm nhập mặn. Vào mùa khô, nước mặn từ biển tràn sâu vào đất liền, ảnh hưởng đến hàng triệu hecta đất canh tác. Theo Lê Sâm (2003), ĐBSCL có khoảng 1,8-2,1 triệu ha đất tự nhiên chịu ảnh hưởng của mặn. Tình trạng này không chỉ làm giảm năng suất lúa mà còn gây khó khăn cho đời sống người nông dân. Các vùng ven biển như Cà Mau, Bạc Liêu, Bến Tre... là những nơi bị ảnh hưởng nặng nề nhất. Xu hướng chuyển đổi đất lúa sang nuôi trồng thủy sản nước lợ cũng vô tình làm gia tăng độ mặn và lan rộng diện tích đất nhiễm mặn.

2.2. Cơ sở sinh lý thực vật chịu stress mặn của cây lúa

Khi tiếp xúc với môi trường mặn, cây lúa biểu hiện rõ các triệu chứng của sinh lý thực vật chịu stress. Nồng độ ion Na+ và Cl- cao trong tế bào gây rối loạn cân bằng ion, cản trở sự hấp thu các chất dinh dưỡng cần thiết như K+. Theo nghiên cứu, các giống lúa chịu mặn có khả năng duy trì tỷ lệ Na+/K+ thấp trong chồi bằng cách hạn chế vận chuyển Na+ lên lá và tăng cường hấp thu K+. Các cơ chế thích nghi khác bao gồm việc tích lũy muối ở các lá già và sau đó cho lá rụng đi như một cách để loại bỏ muối ra khỏi cây. Hiểu rõ các cơ chế này là nền tảng để xác định các tính trạng chịu mặn ở lúa và các gen liên quan, phục vụ cho công tác chọn giống.

III. Phương pháp đánh giá tính trạng chịu mặn ở cây lúa

Để xác định và phân loại chính xác khả năng chống chịu của các giống lúa, luận văn đã áp dụng một quy trình đánh giá khoa học và có hệ thống. Tính trạng chịu mặn ở lúa là một tính trạng số lượng phức tạp, do nhiều gen kiểm soát và chịu ảnh hưởng của môi trường. Do đó, việc đánh giá cần được thực hiện trong cả điều kiện phòng thí nghiệm được kiểm soát và điều kiện nhà lưới mô phỏng thực địa. Tác giả đã sử dụng bộ tiêu chuẩn đánh giá SES (Standard Evaluation Score) do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) ban hành năm 1997. Phương pháp này cho phép phân loại mức độ chống chịu của cây mạ dựa trên các biểu hiện hình thái như tăng trưởng, màu sắc lá, và tỷ lệ sống sót. Bằng cách so sánh với giống chuẩn kháng (Pokkali) và giống chuẩn nhiễm (IR28), nghiên cứu đã sàng lọc được những vật liệu di truyền tiềm năng từ tập đoàn 40 giống/dòng lúa. Quy trình này đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy, là bước quan trọng đầu tiên trước khi tiến hành các phân tích di truyền quần thể ở cấp độ phân tử.

3.1. Quy trình thanh lọc mặn trong phòng thí nghiệm và nhà lưới

Trong phòng thí nghiệm, hạt lúa nảy mầm được trồng trong dung dịch dinh dưỡng Yoshida có bổ sung NaCl ở các nồng độ khác nhau (EC=6dS/m và EC=16dS/m). Các chỉ tiêu như chiều dài thân, rễ, trọng lượng khô và thời gian sống sót được theo dõi chi tiết. Trong điều kiện nhà lưới, cây mạ được trồng trên đất và xử lý bằng nước muối (EC=6dS/m và EC=12dS/m) để đánh giá tỷ lệ sống sót trong điều kiện gần với thực tế hơn. Việc kết hợp hai môi trường đánh giá giúp có cái nhìn toàn diện về tính trạng chịu mặn ở lúa qua các giai đoạn phát triển ban đầu.

3.2. Tiêu chuẩn SES của IRRI trong phân loại mức độ chịu mặn

Tiêu chuẩn đánh giá SES (Standard Evaluating Score) của IRRI là một công cụ được chuẩn hóa quốc tế. Thang điểm từ 1 (chống chịu tốt) đến 9 (rất nhiễm) được sử dụng để đánh giá các triệu chứng của cây lúa dưới tác động của stress mặn. Ví dụ, điểm 1 mô tả cây tăng trưởng bình thường, trong khi điểm 9 là cây bị chết hoặc khô hoàn toàn. Việc áp dụng tiêu chuẩn này giúp các kết quả nghiên cứu có thể so sánh được với nhau trên toàn cầu, tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi vật liệu di truyền và hợp tác trong công tác chọn giống lúa chịu mặn.

IV. Cách ứng dụng marker phân tử SSR phân tích di truyền

Để vượt qua những hạn chế của phương pháp chọn tạo truyền thống, công nghệ sinh học thực vật đã mang đến những công cụ mạnh mẽ, trong đó nổi bật là chỉ thị phân tử. Luận văn này tập trung sử dụng marker phân tử SSR (Simple Sequence Repeat) để thực hiện phân tích di truyền quần thể lúa. SSR là các đoạn lặp trình tự ADN ngắn, có độ đa hình cao và phân bố rộng khắp hệ gen. Ưu điểm của SSR là tính đồng trội (phân biệt được thể đồng hợp tử và dị hợp tử), độ lặp lại cao và tính đặc hiệu, cho phép phân tích chính xác mối quan hệ di truyền giữa các giống. Quy trình bao gồm các bước: tách chiết ADN tổng số từ lá lúa, thực hiện phản ứng chuỗi polymerase (PCR) với 20 cặp mồi SSR đặc hiệu đã được lựa chọn, và cuối cùng là điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide để phát hiện sự đa hình về chiều dài của các đoạn SSR. Các dữ liệu thu được từ quá trình này là nền tảng để xây dựng sơ đồ cây phân loại, xác định khoảng cách di truyền và tìm ra các marker tiềm năng liên kết với gen kháng mặn.

4.1. Vai trò của chỉ thị phân tử trong công nghệ sinh học thực vật

Chỉ thị phân tử đã cách mạng hóa lĩnh vực chọn giống cây trồng. Chúng cho phép các nhà khoa học "nhìn" trực tiếp vào bộ gen, xác định sự hiện diện của các gen mong muốn mà không cần chờ cây biểu hiện ra kiểu hình. Điều này giúp rút ngắn đáng kể thời gian chọn tạo giống, tăng độ chính xác và hiệu quả. Trong nghiên cứu này, chỉ thị phân tử SSR được dùng để đánh giá đa dạng di truyền cây lúa, một bước thiết yếu để xác định các nguồn gen quý và định hướng các tổ hợp lai hiệu quả, góp phần vào sự thành công của ngành công nghệ sinh học thực vật.

4.2. Kỹ thuật PCR và phân tích đa hình với mồi SSR đặc hiệu

Kỹ thuật PCR được sử dụng để nhân bản một lượng lớn các đoạn ADN chứa locus SSR từ một lượng ADN khuôn rất nhỏ. Mỗi cặp mồi SSR sẽ khuếch đại một locus cụ thể trên nhiễm sắc thể. Do số lần lặp lại của motif SSR khác nhau giữa các giống lúa, sản phẩm PCR thu được sẽ có kích thước khác nhau. Sự khác biệt về kích thước này, hay còn gọi là tính đa hình, được quan sát dưới dạng các băng ADN có vị trí khác nhau trên bản gel điện di. Dựa vào sự có mặt và kích thước của các băng ADN này, các nhà khoa học có thể xác định kiểu gen của từng giống lúa tại locus SSR đó và tiến hành phân tích di truyền quần thể.

V. Bí quyết chọn giống lúa chịu mặn từ vật liệu di truyền

Kết quả từ luận văn cung cấp những thông tin then chốt cho công tác chọn giống lúa chịu mặn. Dựa trên cả hai phương pháp đánh giá hình thái và phân tích phân tử, nghiên cứu đã thành công trong việc xác định các giống lúa bản địa Việt Nam có khả năng chống chịu mặn tốt. Đây chính là những vật liệu di truyền quý giá, chứa đựng các gen kháng mặn tiềm năng. Sơ đồ cây phân loại, được xây dựng từ dữ liệu marker phân tử SSR, đã chỉ ra mối quan hệ di truyền giữa 40 giống/dòng lúa. Kết quả phân nhóm cho thấy các giống có khả năng chịu mặn tốt thường có xu hướng tập trung vào cùng một nhóm, gợi ý về một nền tảng di truyền chung liên quan đến tính trạng này. Thông tin này cực kỳ hữu ích cho các nhà chọn giống. Họ có thể lựa chọn các cặp bố mẹ để lai tạo vừa có khoảng cách di truyền đủ lớn để tạo ưu thế lai, vừa đảm bảo cả hai đều mang những alen có lợi cho tính chịu mặn. Hướng tiếp cận này, kết hợp phân tích QTL tính chịu mặn trong tương lai, sẽ giúp đẩy nhanh quá trình cải tiến giống cây trồng một cách khoa học và hiệu quả.

5.1. Nhận diện các giống lúa bản địa Việt Nam có gen kháng mặn

Qua quá trình thanh lọc trong điều kiện mặn, nghiên cứu đã sàng lọc và xác nhận một số giống lúa địa phương như Pokkali (giống chuẩn), Nước mặn, Cườm, Lúa ven... có khả năng chống chịu vượt trội. Những giống này được xem là nguồn vật liệu di truyền quan trọng, mang trong mình các gen kháng mặn hoặc các locus gen quy định tính trạng số lượng (QTL) liên quan. Việc nhận diện và bảo tồn các giống lúa bản địa Việt Nam này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong chiến lược khai thác nguồn gen để tạo ra các giống lúa mới thích ứng với biến đổi khí hậu và nông nghiệp.

5.2. Sơ đồ quan hệ di truyền và tiềm năng cho lai tạo giống

Sơ đồ cây phân loại (UPGMA) được xây dựng dựa trên hệ số tương đồng di truyền từ 20 locus SSR. Sơ đồ này trực quan hóa mối quan hệ họ hàng giữa các giống lúa. Các giống được phân thành nhiều nhóm khác nhau. Ví dụ, giống Pokkali (chịu mặn tốt) và IR28 (nhiễm mặn) nằm ở hai nhánh khác xa nhau, thể hiện khoảng cách di truyền lớn. Các nhà chọn giống có thể dựa vào sơ đồ này để thiết kế các phép lai. Việc lai tạo giữa một giống chịu mặn tốt (VD: Pokkali) với một giống năng suất cao nhưng nhiễm mặn (VD: Khang dân 18) có thể tạo ra con lai ưu tú, kết hợp được cả hai đặc tính mong muốn.

VI. Hướng đi tương lai cho cải tiến giống cây trồng Việt Nam

Nghiên cứu về đa dạng di truyền và tính trạng chịu mặn ở lúa mở ra nhiều định hướng phát triển quan trọng cho tương lai. Những kết quả đạt được từ luận văn này là cơ sở vững chắc để tiếp tục các nghiên cứu sâu hơn, hướng tới việc cải tiến giống cây trồng một cách bền vững. Một trong những hướng đi tiềm năng nhất là tiến hành phân tích QTL tính chịu mặn (Quantitative Trait Loci). Bằng cách sử dụng một số lượng lớn các chỉ thị phân tử trên một quần thể phân ly, các nhà khoa học có thể lập bản đồ và xác định vị trí các vùng gen trên nhiễm sắc thể chịu trách nhiệm cho tính trạng chịu mặn. Việc xác định được các QTL này, đặc biệt là gen chủ lực như Saltol, sẽ cho phép áp dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS - Marker-Assisted Selection) một cách chính xác. Song song với đó, chiến lược bảo tồn và khai thác nguồn gen thực vật cần được đẩy mạnh, đảm bảo rằng các giống lúa bản địa Việt Nam quý giá không bị mai một, sẵn sàng phục vụ cho các chương trình chọn tạo giống trong tương lai.

6.1. Ý nghĩa của phân tích QTL tính chịu mặn cho chọn giống

Phân tích QTL tính chịu mặn là một bước tiến xa hơn trong việc hiểu cơ chế di truyền của tính trạng phức tạp này. Khi các QTL được xác định, các nhà khoa học có thể phát triển các chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với chúng. Nhờ đó, chỉ cần phân tích ADN của cây con, họ có thể biết được cây đó có mang gen chịu mặn hay không mà không cần phải thực hiện các thí nghiệm thanh lọc mặn tốn thời gian. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình lai tạo và chọn lọc, tạo ra các giống mới trong thời gian ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp truyền thống.

6.2. Chiến lược bảo tồn và khai thác nguồn gen thực vật quý

Kết quả nghiên cứu khẳng định sự phong phú của nguồn gen thực vật tại Việt Nam. Để cải tiến giống cây trồng một cách bền vững, cần có một chiến lược quốc gia về bảo tồn tài nguyên di truyền lúa. Điều này bao gồm việc thu thập, đánh giá, lưu giữ các giống lúa địa phương tại các ngân hàng gen, đồng thời xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa về đặc điểm di truyền và nông học của chúng. Việc khai thác nguồn gen này không chỉ dừng lại ở tính chịu mặn mà còn có thể mở rộng ra các tính trạng khác như kháng sâu bệnh, chịu hạn, chất lượng gạo... Đây là nền tảng để đảm bảo sự phát triển ổn định cho nền nông nghiệp Việt Nam trước những thách thức của tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN 1. Sự hình thành và đặc tính của đất mặn Hiện nay, diện tích đất nhiễm mặn chiếm 7% diện tích toàn thế giới. Đất bị ảnh hưởng mặn ở đại lục thuộc Châu Âu và Bắc Mỹ rất ít có khả năng trồng trọt. Ở châu Á, hơn 80% đất bị ảnh hưởng mặn có khả năng trồng trọt và đã khai thác cho sản xuất nông nghiệp.

Ở Châu Phi và Nam Mỹ, khoảng 30% đất bị nhiễm mặn có khả năng trồng trọt. Hiện tượng nhiễm mặn là mối đe doạ lớn nhất đến việc gia tăng sản lượng lương thực của các quốc gia Châu Á [32] Nguyên nhân phát sinh mặn do nhiều yếu tố, một là mặn ven biển hoặc vùng cửa sông do nước biển xâm thực vào mùa khô, có thể trồng trọt bình thường trong mùa mưa; hai là mặn bên trong đất do mao dẫn từ tầng dưới lên có thể do phá rừng, không có tán che phủ. Đất mặn là đất có độ dẫn điện (EC) từ 4dS/m trở lên ở 25oC, phần trăm sodium trao đổi ESP kém hơn 15, pH nhỏ hơn 8,5 [5]. Trong đất chứa một lượng muối hoà tan trong nước ở vùng rễ cây, làm ảnh hưởng đến hoạt động sinh trưởng của cây trồng.

Mức độ thiệt hại của đất mặn tuỳ thuộc vào loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường và tính chất của đất. Đất mặn được phân thành hai loại: (1) đất mặn nhiều; (2) đất mặn ít và trung bình. (1) Đất mặn nhiều (Hyper Salic Fluvisols) chiếm 0,03% diện tích đất tự nhiên. Đất được hình thành do sự bồi tụ của phù sa sông, biển hoặc hỗn hợp sông biển, nhưng do phân bố ở địa hình thấp, ven đầm phá, chịu trực tiếp của nguồn nước mặn nên đất bị mặn nhiều (hàm lượng Cl- dao động từ 0,05- 0,15%).

Đất thường có màu tím hoặc nâu, hơi xám đen. Thành phần cơ giới rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc đất bị mặn. Nơi đất cát bị mặn thì có thành phần cơ giới nhẹ, nơi đất phù sa bị mặn thì thành phần cơ giới lại rất nặng. Đất có phản ứng ít chua đến trung bình, nghèo mùn, đạm tổng số nghèo đến trung bình, nghèo lân tổng số, nồng độ Lê Thị Thu Trang 4 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Ca2+ và Mg2+ khá.

Loại đất này có độ mặn cao, có thể dùng để trồng cói hoặc nuôi trồng thủy sản, nếu giải quyết được có nước ngọt và chọn được giống lúa chịu mặn thì có thể trồng lúa 1 vụ hoặc 2 vụ [5]. (2) Đất mặn ít và trung bình (Molli Salic Fluvisols): Diện tích chiếm khoảng 1,22% diện tích đất tự nhiên, phân bố tập trung ở ven đồng bằng tiếp giáp vùng đất mặn nhiều, ven sông lớn hoặc các kênh rạch, đầm phá. Loại đất này có địa hình cao hơn, được hình thành do ảnh hưởng của mạch nước ngầm mặn hoặc do ảnh hưởng của nguồn nước mặn tràn vào không thường xuyên. Hình thái phẫu diện thường có màu xám hơi tím hoặc nâu tím nhạt, các lớp dưới có màu xám nâu hoặc xám xanh.

Thành phần cơ giới cũng rất khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc phát sinh [5]. Giới thiệu chung về đặc điểm vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam Ở Việt Nam, đất nhiễm mặn tập trung ở vùng đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Tổng diện tích đất nhiễm mặn khoảng 1triệu ha, trong đó 139.610 ha đất mặn nhiều, tập trung ở vùng đồng bằng Sông Cửu Long khoảng 102.000ha, vùng Đông Nam Bộ khoảng 19.590ha, duyên hải miền Trung 11.420ha, khu IV cũ 6. Đất mặn trung bình và ít có diện tích 722.580 ha, trong đó ở vùng đồng bằng Sông Hồng với diện tích 586.420ha, đồng bằng Sông Cửu Long là 53.300ha, Khu IV cũ 38.350ha, duyên hải miền Trung 35.560ha và một ít ở Đông Nam Bộ (theo Hội Khoa học Đất Việt Nam, 2002).1: Hình ảnh lúa ngập mặn Lê Thị Thu Trang 5 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học 1.

Đồng bằng sông Cửu Long Đồng bằng sông Cửu Long có nhiệt độ khí hậu trung bình hàng năm trên 27- 28oC, Số giờ nắng trung bình là 6giờ/ngày. Năng lượng bức xạ năm đạt 75- 80Kcal/cm2. Lượng mưa trung bình hàng năm toàn vùng là 1.800mm, phân bố không đều theo thời gian và không gian. Mưa lũ tập trung vào tháng 5 đến tháng 10; lượng mưa chiếm khoảng 90% lượng mưa cả năm.

Do đó, thuỷ triều có ảnh hưởng rất lớn đến toàn bộ đồng bằng sông Cửu Long. Nước mặn từ biển tràn vào sâu trong đất liền vào mùa khô. Các vùng lúa ven biển đồng bằng sông Cửu Long đều bị nhiễm mặn. Mức độ xâm nhập mặn tuỳ thuộc vào sự xâm nhập mặn của nước biển và tuỳ vào mùa trong năm, cao điểm vào khoảng tháng 3-4 là các tháng có lượng mưa ít [1].

Theo Lê Sâm (2003), đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 1,8-2,1 triệu ha đất tự nhiên chịu ảnh hượng của mặn tập trung ở các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bến Tre, phần lớn là đất bị nhiễm mặn kết hợp với phèn, ngập nước. Bộ Nông nghiệp và PTNT (2001) chia vùng đồng bằng sông Cửu Long ra làm 6 vùng: vùng ven và giữa sông Tiền và sông Hâu, vùng Đồng Tháp Mười, vùng Tây sông Hậu, vùng Tứ giác Long Xuyên, vùng Bán đảo Cà Mau, vùng ven biển Đông. Trong đó các vùng bị ảnh hưởng mặn chính là: Vùng bán đảo Cà Mau: diện tích tự nhiên là 946. Diện tích đang sử dụng 676.000ha, gồm các loại đất: đất mặn và đất phèn chua.

Yếu tố chính ảnh hưởng đến sản xuất của vùng là thiếu nước ngọt và ảnh hưởng mặn Vùng ven biển Đông: diện tích tự nhiên 1. Diện tích đang sử dụng 844.000ha, gồm các loại đất phù sa, đất mặn và đất cát giồng. Yếu tố chính ảnh hưởng đến sản xuất của vùng là không ngập lũ, thiếu nước ngọt và ảnh hưởng của mặn. Đồng bằng Sông Hồng Sự nhiễm mặn tại các cửa sông thuộc các tỉnh đồng bằng Sông Hồng lên cao và xâm nhập vào trong nội địa từ 30-40km làm cho diện tích nhiễm mặn lên tới Lê Thị Thu Trang 6 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học 100.000ha ở một số tỉnh: Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Thanh Hoá… Trong đó, diện tích đất mặn ở tỉnh Thái Bình khoảng 18.000ha tập trung chủ yếu ở các huyện Thái Thuỵ, Tiền Hải, Kiến Xương… Tỉnh Hải Phòng khoảng 20.000ha tập trung ở huyện Tiên Lãng, Vĩnh Bảo, Kiến Thuỷ… Tỉnh Thanh Hoá có khoảng 22.000ha đất nhiễm mặn ở các huyện Hậu Lộc, Hà Trung, Hoằng Hoá… Ở Nam Định có khoảng 10.000ha chủ yếu ở các huyện Nghĩa Hưng, Xuân Trường, Giao Thuỷ… Các giống lúa mùa địa phương trước đây thường được gieo trồng là : Cườm, Nhộng, Tẻ Tép, Chiêm Bầu …năng suất thấp, chỉ đạt 18-20tạ/ha.

Gần đây một số giống chịu mặn trung bình như: Mộc Tuyền X21, VD97… cho năng suất khá cao nhưng có dạng hình cây yếu, ít chịu phân, cao cây, lá lướt. Dọc theo ven biển miền Trung đất cũng bị nhiễm mặn như Hà Tĩnh có khoảng 17.919ha, Quảng Bình có hơn 9.300ha, Ninh Thuận có gần 2300ha. Các giống lúa địa phương thường được canh tác tại các vùng này là: Thuận Yến, nếp Bờ Giếng, Trắng Điệp. Như vậy, đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố gây khó khăn chính cho nghề trồng lúa ở Việt Nam.

Những năm gần đây, xu hướng chuyển đổi từ trồng lúa sang nuôi tôm nước lợ nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển đã làm cho một số vùng lúa lân cận trở nên bị nhiễm mặn, gây ảnh hưởng xấu đến sản lượng lúa. Cơ sở di truyền tính chịu mặn ở lúa 1. Cơ chế chịu mặn của cây lúa Lúa là cây lương thực thích hợp nhất trên đất mặn, dù nó luôn được đánh giá là nhiễm mặn trung bình với mặn. Vì đất mặn luôn ở dưới điều kiện bị ngập nước, những cây trồng khác không thể sinh trưởng được ngoại trừ lúa [26].

Theo Ponnamperuma (1984) cây lúa chịu mặn trong suốt giai đoạn nẩy mầm; giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng; giai đoạn chín nhưng lại bị nhiễm trong giai đoạn mạ non và giai đoạn thụ phấn. Tuy nhiên, một nghiên cứu khác cho rằng, tại giai đoạn trỗ, cây lúa không mẫn cảm với mặn [26]. Do đó, sinh trưởng và phát triển của cây lúa phải được chia ra nhiều giai đoạn để nghiên cứu một cách đầy đủ về cơ chế chống chịu mặn của lúa. Lê Thị Thu Trang 7 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Trong điều kiện nhiễm mặn cao cây lúa sẽ chết, tuy nhiên trong môi trường mặn trung bình đến thấp chỉ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây.

Hầu hết các cây bị mặn làm tổn hại thường có những triệu chứng biểu hiện như trắng đầu lá sau đó cháy, đẻ nhánh kém, sinh trưởng còi cọc, tỉ lệ hạt lép cao, số hạt/bông ít, thay đổi thời gian trỗ, rễ sinh trưởng kém, cuốn lá và năng suất thấp. Bên cạnh đó, cây lúa cũng có thay đổi sinh lý và sinh hoá dưới điều kiện mặn cao biểu hiện như vận chuyển Na+ cao đến đỉnh sinh trưởng, tích lũy natri nhiều hơn ở các lá già, hút Cl- , hút K+, P và Zn thấp, trọng lượng tươi và trọng lượng khô của đỉnh và rễ thấp… Hình 1.2: Các cơ chế chịu mặn ưu thế ở lúa Nghiên cứu sự tác động của yếu tố mặn làm tổn hại đến lúa cho thấy do cây tích lũy quá nhiều ion Na+ và Cl-; mà ion Na+ lại có tác động phá vỡ và cản trở vai trò sinh học của tế bào chất trong cây [85]. Ngược lại những cây được xem là chịu mặn (kháng mặn) thì nó có khả năng giảm hấp thu Na + và gia tăng hấp thu K+ để duy trì cân bằng lượng natri và kali trong cây bởi ion K+ có vai trò làm kích hoạt các enzyme và đóng, mở khí khổng tạo ra tính chống chịu mặn của cây Lê Thị Thu Trang 8 ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học [70]. Bên cạnh đó, vai trò của kẽm (Zn) trong chồi cũng có liên quan đến tính chịu mặn của cây lúa.

Khi hàm lượng kẽm trong chồi cao thì tính chống chịu mặn cao.