MỞ ĐẦU Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện rõ nhất là sự nóng lên của trái đất. Đến cuối thế kỷ 21, khí hậu trái đất được dự đoán sẽ trở nên nóng hơn từ 1,8-4oC (IPCC, 2007), do cả những yếu tố từ con người và tự nhiên (Eitzinger và ctv, 2010). Sự phát thải khí nhà kính như carbon dioxide, methane và N2O từ các hệ thống nông nghiệp là một trong những nguồn góp phần vào sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.
Kết quả nghiên cứu của Viện Lúa quốc tế về sự biến thiên của nhiệt độ ghi nhận từ 1979 đến năm 2003 nhiệt độ cao nhất đã tăng thêm 0,35oC và nhiệt độ thấp nhất tăng thêm 1,13oC. Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lương thực quan trọng cho khoảng 1/2 dân số thế giới. Theo thống kê của bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ, năm 2011 trên thế giới có khoảng 158,5 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lượng là 697,8 triệu tấn thóc, khoảng 90% diện tích này thuộc các nước châu Á (145,3 triệu ha) với 653,2 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lượng lúa gạo thế giới. Hiện nay, sự thay đổi khí hậu đang diễn biến vô cùng phức tạp làm ảnh hưởng đến sản xuất lúa gạo trong tương lai gần.
Khô hạn, xâm nhập mặn, ngập úng và nhiệt độ cao hơn, đặc biệt trong giai đoạn lúa làm đòng và trổ bông là những hiện tượng ngày càng rõ nét, có ảnh hưởng nhất định với cây lúa. Sự gia tăng nền nhiệt độ trong tương lai hay nhiệt độ tăng cao ở vài giai đoạn quan trọng trong chu trình phát triển sẽ làm giảm sản lượng hạt. Với tình hình diễn biến xấu của khí hậu, sản lượng lúa ước tính sẽ giảm bớt đến 41% cho đến cuối thế kỷ 21 (Ceccarelli và ctv, 2010). Ở Việt Nam, lúa gạo được xem là loại cây trồng quan trọng nhất, và Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới sau Thái Lan.
Tuy nhiên, ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ tăng đã và đang có ảnh hưởng lớn đến tình hình an ninh lương thực ở nước ta. Theo ghi nhận của Trung tâm dự báo khí tượng Thủy văn, nhiệt độ tại miền Nam Việt Nam có ngày đã lên đến 37- 40oC trong mùa hè, đây là ngưỡng gây hại cho cây lúa ở giai đoạn sinh sản. Do đó, nhằm đảm bảo sản lượng lúa sản xuất ra trong tương lai, việc nghiên cứu và phát 2 triển những giống lúa cho năng suất cao và có khả năng chống, chịu stress do nhiệt độ cao trở nên rất cần thiết. Đề tài “Xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen chịu nóng và ứng dụng trong chọn tạo giống lúa chịu nóng” được thực hiện làm cơ sở cho việc chọn tạo, phát triển giống lúa chịu nóng đáp ứng với sự thay đổi của khí hậu, phục vụ cho nhu cầu sản xuất hiện nay.
Mục tiêu của đề tài: - Đánh giá kiểu hình chống, chịu nóng của các cá thể trong quần thể lúa lai tạo. - Xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen chịu nóng ở cây lúa. - Ứng dụng chọn giống lúa chịu nóng. Trong giới hạn về thời gian và các điều kiện khác cho phép, đề tài được giới hạn trong các nội dung nghiên cứu như sau: - Xây dựng quần thể lai tạo giữa dòng cho gen và dòng tái tục.
- Lựa chọn phương pháp đánh giá kiểu hình chịu nóng. - Lựa chọn và ứng dụng marker cho PCR để xác định con lai chứa gen của quần thể lai tạo. - Ứng dụng chọn dòng bằng marker liên kết trên quần thể con lai. So sánh kết quả chọn lọc bằng chỉ thị phân tử với kết quả đánh giá chọn lọc dựa trên kiểu hình để khẳng định tính chính xác của chọn giống bằng chỉ thị phân tử.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về cây lúa 2.1 Phân loại thực vật cây lúa Theo phân loại thực vật, cây lúa thuộc Giới: Plantea Giới phụ: Tracheobionta Ngành: Magnoliophyta Lớp: Liliopsida Hình 2. Cây lúa Lớp phụ: Commelinidae Bộ: Cyperales Họ: Poaceae Chi: Oryza Loài: Oryza sativa L.(phân bố ở Châu Á) và loài Oryza glaberrima (phân bố ở Châu Phi) Trong đó, Oryza sativa L. là tên của lúa trồng phổ biến nhất hiện nay (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).2 Tìm hiểu về genome cây lúa Lúa là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới, có một mối quan hệ liên kết gen quan trọng với các loài ngũ cốc khác và là cây điển hình cho các cây thân cỏ. Như là bước đầu tiên trong mô tả đặc điểm chức năng của bộ gen lúa, dự án giải trình tự bộ gen lúa (International Rice Genome Sequencing Project - IRGSP) đã hoàn thành việc phân tích các trình tự của bộ gen cây lúa với 4 độ chính xác cao trên bản đồ di truyền.
Các phân tích đã cho thấy một vài đặc trưng nổi bật của bộ gen lúa: - Kích thước bộ gen là 389 Mb, lớn hơn khoảng 260 Mb so với trình tự đầy đủ của cây mô hình Arabidopsis thaliana. Các tác giả thu thập 370 Mb được giải trình tự hoàn chỉnh, đại diện cho 95% bao phủ toàn bộ gen và gần như tất cả các vùng điển hình.544 trình tự mã hóa protein liên quan đến yếu tố không chuyển vị được phát hiện, so sánh với khoảng 28.000 ở Arabidopsis, với một mật độ gen thấp hơn khoảng 1 gen trên 9,9 kb ở lúa.859 gen có lẽ chỉ có ở lúa và một vài loài ngũ cốc khác, một vài gen trong số đó có thể phân biệt được cây một lá mầm và hai lá mầm. - Gene knockout là những công cụ hữu ích để xác định chức năng gen và các gen liên quan đến kiểu hình. Các tác giả nhận diện được 11.487 vị trí chèn retrotransposon Tos17, 3.243 trong số đó ở trong các gen.
- Khoảng từ 0,38 đến 0,43% của bộ gen nhân chứa các đoạn DNA cơ quan, đại diện sự chuyển đổi lặp lại và tiếp diễn của DNA cơ quan đến bộ gen nhân. - Phần chuyển vị của lúa chiếm ít nhất 35% và được phổ biến bởi các đại diện từ các liên họ chuyển vị đã biết.127 điểm đa hình phân biệt giữa 2 phân loài lúa được trồng là japonica và indica, tạo nên một bản đồ di truyền độ phân giải cao cho lúa. Tần số đa hình nucleotide đơn (SNP) biến động từ 0,53 đến 0,78% (International Rice Genome Sequencing Project, 2005).2 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA), sản lượng lúa gạo toàn cầu niên vụ 2011/12 đạt 465,4 triệu tấn gạo, tăng 2,65 triệu tấn so với dự báo đưa ra trước đó và tăng 3% so với sản lượng niên vụ 2010/11 do diện tích thu hoạch toàn cầu tăng. Sản 5 lượng tăng tại các nước như: Myanmar, Ấn Độ, Malaysia, Ai Cập, Trung Quốc, Pakistan, EU, Colombia, Nigeria, Australia, Indonesia và Sri Lanka.
Trong khi đó, một số nước của khu vực Nam Mỹ sản lượng lúa gạo lại giảm. Sản lượng lúa gạo niên vụ 2011/12 của Brazil giảm 136 nghìn tấn, đạt 7,7 triệu tấn gạo do diện tích và năng suất giảm. Tại Ecuador giảm 82 nghìn tấn, đạt 624 nghìn tấn gạo do thời tiết mưa quá nhiều vào giai đoạn gieo trồng. Sản xuất lúa gạo niên vụ 2011/12 của Philippines cũng giảm 84 nghìn tấn, đạt 10,6 triệu tấn gạo.
Sự hình thành và phát triển sản xuất lúa gạo ở nước ta có lịch sử truyền thống lâu đời và có ảnh hưởng lớn đến đời sống của người dân. Việt Nam có khoảng 9,3 triệu ha đất nông nghiệp, phần lớn diện tích đất dành cho trồng lúa là chính khoảng 4,3 triệu ha (chiếm khoảng 46% diện tích đất nông nghiệp). Năm 2009 diện tích canh tác lúa có khoảng 7,44 triệu ha, năm 2011 tăng thêm 0,21 triệu ha lên 7,65 triệu ha. Theo số liệu tạm tính đến tháng 11/2012 cả nước đã gieo trồng được 7 triệu ha lúa.
Năng suất lúa bình quân 4,2 tấn/ha vào năm 2000 đã tăng lên 5,3 tấn/ha vào năm 2010. Năm 2012 theo số liệu ước tính năng suất có thể đạt mức cao nhất từ trước đến năm 2012 là 5,6 tấn/ha. Từ năm 1990 đến nay, sản lượng lúa gạo Việt Nam liên tục tăng trưởng nhờ biện pháp kỹ thuật canh tác tốt, tăng năng suất và một phần nhờ mở rộng diện tích canh tác hàng năm. Sản lượng lúa ở nước ta năm 1990 chỉ dừng lại ở 19,23 triệu tấn nhưng đến năm 2000 đã đạt được 32,51 triệu tấn.
Năng suất và diện tích canh tác tăng không ngừng đã giúp Việt Nam lần đầu tiên đạt sản lượng ở mức cao nhất từ trước tới nay là 42,31 triệu tấn vào năm 2011. Theo tính toán tạm thời đến tháng 11 năm 2012 nước ta đã thu hoạch được 39,2 triệu tấn. Từ năm 1989, Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ hai trên thế giới. Sản lượng lúa gạo Việt Nam đã đạt tới 32,9 triệu tấn suốt từ năm 2000 đến 2002 và lượng gạo xuất khẩu hàng năm khoảng 3,5 triệu tấn.
Năm 2009 lần đầu tiên Việt Nam đạt 6,05 triệu tấn gạo xuất khẩu. Sản lượng xuất khẩu đó không những được duy trì mà còn tăng liên tiếp trong năm 2010 (6,75 triệu tấn) và năm 6 2011 (7,1 triệu tấn). Tính đến thời điểm tháng 11/2012 nước ta đã xuất được 7,26 triệu tấn. Sản lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam đã cung cấp lương thực cho 120 nước trên toàn thế giới (Đoàn Mạnh Tường, 2012).
Khác với các nước khác trong khu vực, sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất lúa gạo của Việt Nam nói riêng đã phát triển một cách vượt bậc, ổn định và nhanh chóng. Sản xuất và xuất khẩu lúa gạo đã giúp cải thiện thu nhập và nâng cao đời sống của nông dân, bên cạnh đó đã nâng cao giá trị hạt gạo của Việt Nam và thúc đẩy ngành nông nghiệp của nước nhà ngày càng phát triển. Với kết quả trên, Việt Nam đã nhận được sự đánh giá rất cao của các tổ chức quốc tế và khách hàng nhập khẩu gạo của chúng ta (Bộ NN và PTNT, 2012).3 Tình hình diễn biến khí hậu thế giới và Việt Nam Trong thế kỷ XX, trên khắp các châu lục và đại dương, nhiệt độ có xu thế tăng rõ rệt. Độ lệch tiêu chuẩn của nhiệt độ trung bình toàn cầu là 0,24oC, sai khác lớn nhất giữa hai năm liên tiếp là 0,29oC (giữa năm 1976 và 1977), tốc độ của xu thế biến đổi nhiệt độ cả thế kỷ là 0,75oC, nhanh hơn bất kỳ thế kỷ nào trong lịch sử, kể từ thế kỷ XI đến nay.
Vào 5 thập kỷ gần đây 1956 - 2005, nhiệt độ tăng 0,64 ± 0,13 oC, gấp đôi mức tăng của cả thế kỷ XX.
