Chương 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, những thành tựu trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy nhiều ngành dịch vụ, công nghiệp phát triển mạnh. Đời sống con người được cải thiện, nâng cao, những nhu cầu về vật chất và tinh thần được phục vụ ngày càng hoàn thiện. Song bên cạnh lợi ích có được những hệ lụy của quá trình phát triển đem lại cũng không phải nhỏ.
Trong vòng 200 năm trở lại đây, đặc biệt là mấy chục năm vừa qua, con người chặt phá, khai thác rừng và các nguồn tài nguyên thiên nhiên bừa bãi không kiểm soát được đã gây ô nhiễm môi trường, phá hủy cân bằng sinh thái và đa dạng sinh học. Việc khai thác và sử dụng than đá, dầu lửa, khí đốt đã tạo ra một lượng lớn khí thải độc hại. Đồng thời hoạt động trong giao thông vận tải và hàng loạt các ngành công nghiệp khác cũng thải vào bầu khí quyển một lượng lớn khí cacbonic, oxit nitơ, mêtan,. Hàm lượng khí thải vượt quá mức cho phép, tạo nên hiệu ứng nhà kính, làm bề mặt trái đất không ngừng nóng lên dẫn đến những biến đổi khí hậu.
Các nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học trên thế giới cho thấy biến đổi khí hậu đã xảy ra trên phạm vi toàn cầu, gây tác động ngày càng mạnh mẽ đến mọi quốc gia và sự sống trên trái đất. Biến đổi khí hậu làm cho thiên tai, thảm hoạ, đặc biệt là bão, lũ lụt, hạn hán, động đất, sóng thần ngày càng gia tăng về tần suất, cường độ và quy mô, gây phá huỷ nhà cửa, công trình, hoa màu, cướp đi sinh mạng của hàng ngàn người. Từ năm 1850, nhiệt độ trung bình hàng năm đã tăng 0,74oC, dự báo có thể tăng thêm 1,1oC - 6,4oC vào năm 2100. Do sự nóng lên toàn cầu các lớp băng tuyết sẽ bị tan nhanh trong những thập niên tới.
Thế kỷ XX, mực nước biển tại Châu Á dâng lên trung bình 2,4 mm/năm, riêng thập niên vừa qua là 3,1 mm/năm, dự báo sẽ Học viên: Mai Thái Bình Luận văn thạc sĩ 2 Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử tiếp tục dâng cao hơn trong thế kỷ XXI khoảng 2,8mm - 4,3 mm/năm (Nguồn: Bộ Tài Nguyên Môi Trường). Việt Nam là một nước nhiệt đới được đánh giá là đang phát triển, có bờ biển dài và phải chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu, đặc biệt là mực nước biển dâng. Trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm ở nước ta đã tăng khoảng 0,5 - 0,7oC, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm. Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, vào cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng 2,3oC so với trung bình thời kỳ 1980-1999 và mực nước biển có thể dâng thêm 75cm.
Nước biển dâng gây ảnh hưởng lớn đến các hoạt động sản xuất, đời sống, sức khoẻ dân cư vùng đồng bằng ven biển. Khi xâm nhiễm vào đất liền nước mặn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến diện tích đất trồng trọt cũng như năng suất cây trồng nói chung và cây lương thực thực phẩm nói riêng. Trong đó, cây lúa là đối tượng cần phải quan tâm nhất. Cây lúa có hiệu quả sử dụng lớn, là cây lương thực đứng thứ hai sau lúa mì về diện tích, phân bố rộng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, nuôi sống trên 50% dân số thế giới, đặc biệt ở các nước Đông Nam Á.
Ở Việt Nam, cây lúa là cây lương thực chính. Sản phẩm gạo từ cây lúa dùng để chế biến món ăn chính của người Việt Nam, nấu rượu bia, vật liệu trong y học và cả nghệ thuật tranh ảnh. Các phụ phẩm khác từ cây này còn được sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi, vật liệu cho sản xuất phân bón hữu cơ và các ngành công nghiệp khác. Đồng thời nước ta còn thu được nguồn lợi kinh tế lớn từ việc xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới.
Hiện nay, diện tích đất trồng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long, vựa gạo chính của cả nước cũng nằm trong tình trạng chung của thế giới, đang bị thu hẹp dần do nước biển xâm nhiễm. Đất nhiễm mặn có thể cải tạo bằng cách rữa mặn nhưng rất tốn kém và khó thực hiện ở những quốc gia chậm phát triển. Mặt khác, các giống lúa kháng mặn thường là lúa mùa, thời gian sinh trưởng rất dài, chỉ canh tác một vụ và năng suất thấp. Do đó, ứng dụng công nghệ sinh học để tạo ra giống lúa mới có Học viên: Mai Thái Bình Luận văn thạc sĩ 3 Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử khả năng chống chịu mặn, năng suất cao là biện pháp khả thi và là vấn đề cấp thiết hiện nay.
Đề tài “Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử” được thiết lập trên cơ sở sử dụng marker phân tử đánh giá gen mặn trên cây lúa, tạo tiền đề cho việc lai tạo giống lúa mới kháng được điều kiện mặn và có năng suất cao nhằm giải quyết vấn đề đang đặt ra. Mục tiêu Dùng chỉ thị phân tử đánh giá gen chống chịu mặn trên cây lúa từ ngân hàng gen của Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long. Chọn lọc các giống chống chịu mặn tốt đề xuất làm vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa mới. Học viên: Mai Thái Bình Luận văn thạc sĩ 4 Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử Chương 2.
Những nghiên cứu trong và ngoài nước Cây lúa (Oryza sativa L.) được xem là cây mẫn cảm trung bình với tính mặn (Mass và Hoffman, 1977). Mặn ảnh hưởng đến thời gian sinh trưởng và phát triển cũng khác nhau (Lang và ctv, 2001). Tính chống chịu mặn thay đổi theo từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng, thời gian chống chịu mặn giai đoạn mạ khác với giai đoạn sinh trưởng (Iwaki và Ota, 1953). Một nghiên cứu gen chống chịu mặn trên tổ hợp lai F3 từ Đốc Phụng/IR28 (Lang, 2000) đã chứng minh thời gian chống chịu mặn có sự khác nhau ở cả hai giai đoạn phát triển và sinh trưởng.
Điều này cũng phù hợp trên các giống lúa thử nghiệm Pokkali chống chịu mặn tốt giai đoạn sinh trưởng hơn thời kỳ đẻ nhánh (Sendhira D, 1987). Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã thanh lọc mặn trên 100 ngàn giống và dòng lai, trong đó có 19,63% được đánh giá có tính chống chịu trung bình (IRRI, 1967). Tại Việt Nam các giống địa phương chịu mặn tốt như giống Một Bụi, Sóc Nâu, Thần Nông Đỏ. Kết quả trong việc chọn dòng thuần, giống lúa Một Bụi cho năng suất cao hơn 20% so với giống lúa không được chọn (Thịnh và ctv, 1984).
Ngoài giống Một Bụi các giống lúa Chét Cụt, Trắng Chùm cũng có khả năng chịu mặn khá tốt. Các giống này đã được chọn dòng thuần cho năng suất cao hơn giống lúa không chọn trên 15% và giống Trắng Chùm đã được Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công nhận là giống lúa tốt cho sản xuất (Bửu và ctv, 1984). Giống lúa A69-1 cho năng suất cao trên các vùng đất nhiễm mặn thuộc tỉnh Minh Hải (Hoàn, 1985). Trên các vùng Duyên Hải có 6 giống lúa vẫn cho năng suất cao khi bị ảnh hưởng mặn như các giống IR5675-33 và IR10189-66 cho năng suất 3,4 tấn/ha và các giống khác IR9884-54, IR52, IR42, IR50 cho năng suất 2,9-3,7 tấn/ha (Ponnamperuma, 1977).
Cùng với việc cải tiến các giống lúa cho năng suất cao hàng chục giống lúa khác cũng được thanh lọc có thể trực tiếp sử dụng cho vùng đất này hoặc có thể làm vật liệu lai trong chương trình chọn giống chịu mặn. Giống lúa Học viên: Mai Thái Bình Luận văn thạc sĩ 5 Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử Sóc Nâu là một giống lúa địa phương ở Đồng Bằng Sông Cửu Long có tính chịu mặn khá tốt có khả năng giống như giống kháng thế giới Pokkali (Trường, 1989). Ngoài ra còn rất nhiều các giống lúa vừa có khả năng kháng mặn vừa có khả năng chịu ngập như giống lúa Nona Bokra, Cheriviruppu. Rất nhiều các giống lúa tỏ ra kháng mặn và cho năng suất tăng hơn 1,9 - 2,6 tấn/ha so với các giống lúa địa phương (Singh và Senadhira, 1986).
Giống chống chịu mặn nổi tiếng Nona Bokra được ghi nhận tốt ở giai đoạn mạ và giai đoạn tăng trưởng, nhưng giống chuẩn kháng Pokkali được ghi nhận tốt ở giai đoạn phát dục (Sendhira, 1987). Giống Đốc Đỏ và Đốc Phụng đã được đánh giá như nguồn gen kháng ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (Bửu và ctv, 1995). Chương trình chọn giống lúa chống chịu mặn tập trung khai thác nguồn tài nguyên di truyền địa phương, tính thích nghi với môi trường và tập quán canh tác. Kỹ thuật di truyền phân tử hiện được ứng dụng để tạo giống lúa năng suất cao và chống chịu điều kiện bất lợi chính.
Kết quả đã ghi nhận sự có mặt của nhóm alen M-20 ở giữa hai loci RG711 và RG4 trên nhiễm thể số 7 (Chen và ctv, 1991). Quần thể F2 của cặp lai giữa M-20 với giống 77-170 cho thấy gen kháng chủ yếu định vị trên nhiễm sắc thể số 7, liên kết với marker RG711 với khoảng cách di truyền 7,0 ± 2,9 cM (Zhang và ctv, 1992). Nhóm marker phân tử “microsatellite” được xem như rất phù hợp trong trường hợp xác định gen chống chịu mặn, với thể đa hình phong phú (Kun-Shen và ctv, 1993). Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn vật liệu di truyền từ lúa hoang và lúa mùa địa phương chỉ đạt 0,03% nguồn vật liệu hiện nay đang được bảo tồn (Bùi Chí Bửu và ctv, 2000).
Do đó, việc khai thác nguồn tài nguyên di truyền từ lúa cao sản và lúa du nhập cần được nghiên cứu sâu hơn trên cơ sở đánh giá quỹ gen ở mức độ phân tử. Tổng quan về đất nhiễm mặn 2. Định nghĩa Theo các nhà khoa học đất của nước Mỹ, đất bị nhiễm mặn thường có độ dẫn điện (EC) lớn hơn 2 dS/m. Trong thành phần đất nếu trọng lượng muối vượt quá Học viên: Mai Thái Bình Luận văn thạc sĩ 6 Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử 0,5% trọng lượng đất thì không nên tiến hành trồng trọt và đất đó được xem là đất mặn.
Đất mặn trung bình có nồng độ muối từ 0,2-0,5%. Đất này có thể sử dụng trong nông nghiệp. Nhưng thường ở độ mặn này cây trồng không thể cho năng suất cao. Khi đất có nồng độ muối từ 0,1-0,2% thì hoàn toàn có thể trồng trọt được và xem như không bị nhiễm mặn.1: Đất bị nhiễm mặn 2.
