Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chọn giống lúa chịu mặn bằng chỉ thị phân tử tại đồng bằng sông Cửu Long

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa chịu mặn tại đồng bằng sông Cửu Long, góp phần nâng cao năng suất.

• Tác giả: Nguyễn Trọng Phước
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Thị Lang
• Trường học: Cần Thơ University
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chọn Giống Lúa Chịu Mặn Bằng Chỉ Thị Phân Tử Tại Đồng Bằng Sông Cửu Long
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới, cung cấp nguồn năng lượng chính cho một nửa dân số toàn cầu. Đặc biệt, ở châu Á, hơn 90% sản lượng lúa được sản xuất và tiêu thụ. Biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn đang trở thành những thách thức lớn đối với sản xuất lúa, đặc biệt tại đồng bằng sông Cửu Long. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Lang và ctv (2016), hiện tượng xâm nhập mặn đã gây thiệt hại nghiêm trọng cho hàng trăm nghìn ha lúa. Việc cải tạo đất và sử dụng hóa chất để xử lý mặn là tốn kém và khó thực hiện ở các quốc gia đang phát triển. Do đó, nghiên cứu phát triển giống lúa chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị phân tử là cần thiết. Chiến lược này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn rút ngắn thời gian nghiên cứu và nâng cao tỷ lệ thành công.

II. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là tuyển chọn và xác định vật liệu bố mẹ và dòng triển vọng bằng chỉ thị phân tử nhằm cải tiến giống lúa chịu mặn. Đề tài hướng đến việc xác định kiểu gen và kiểu hình thích nghi với điều kiện xâm nhập mặn tại đồng bằng sông Cửu Long. Bên cạnh đó, việc xác định dòng con lai ưu việt trong quần thể hồi giao có khả năng chịu mặn ở giai đoạn mạ cũng là một trong những mục tiêu quan trọng. Những mục tiêu này không chỉ giúp nâng cao năng suất lúa mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trong nông nghiệp.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài mang lại nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Về mặt khoa học, việc xác định nguồn vật liệu di truyền mang các gen chống chịu mặn trong quá trình lai tạo sẽ mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu giống lúa. Việc khai thác hiệu quả chỉ thị phân tử để phát hiện gen đích chống chịu mặn trong quần thể con lai sẽ giúp nâng cao độ chính xác trong việc chọn giống. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu này sẽ cung cấp các giống lúa mới có khả năng chịu mặn, từ đó giúp nông dân tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do xâm nhập mặn gây ra.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong đề tài bao gồm việc đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn. Các phương pháp lai hồi giao kết hợp với chỉ thị phân tử sẽ được sử dụng để tạo ra các quần thể lai có khả năng chịu mặn. Đánh giá hiệu quả chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa trên các quần thể lai F1 sẽ được thực hiện để xác định các dòng lúa có khả năng chống chịu tốt nhất. Phương pháp xử lý số liệu và khảo nghiệm cơ bản cũng sẽ được áp dụng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

V. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự đa dạng nguồn gen cây lúa và khả năng chịu mặn của các dòng lúa được khảo sát. Việc thanh lọc mặn ở các giai đoạn khác nhau cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa các giống lúa. Các dòng lúa triển vọng đã được xác định và đánh giá dựa trên năng suất và khả năng chống chịu mặn. Kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của việc chọn tạo giống lúa chịu mặn mà còn mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và phát triển nông nghiệp bền vững tại đồng bằng sông Cửu Long.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết đề tài. Mục tiêu đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài.

Ý ngĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Tính mới của đề tài. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI. Tình hình xâm nhập mặn.

Trên thế giới. Tình hình mặn ở Đồng bằng sông Cửu Long. Tác hại của đất mặn đến cây lúa. Tác hại của đất mặn.

Phân loại thực vật theo đặc trưng chịu mặn. Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng của cây trồng. Ảnh hưởng của mặn đến năng suất cây trồng. Ảnh hưởng trong giai đoạn nảy mầm và đầu giai đoạn mạ trên cây lúa.

Đặc tính chống chịu mặn của cây lúa. Các nghiên cứu liên quan tính chống chịu mặn trên cây lúa. Nghiên cứu ngoài nước. Nghiên cứu trong nước.

Các phương pháp chọn tạo giống. Phương pháp lai hồi giao trong chọn tạo giống lúa. Một số khái niệm trong phương pháp lai hồi giao. Ưu điểm của phương pháp lai hồi giao.

Nhược điểm của phương pháp lai hồi giao. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa. Sơ lược về phương pháp chọn lọc bằng chỉ thị phân tử. Một số thành tựu của chỉ thị SSR trong chọn giống lúa.

Chọn tạo giống bằng phương pháp lai hồi giao kết hợp với chỉ thị phân tử. Các giả thuyết mô hình MAS. Điều kiện để ứng dụng MAS. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

45 Địa điểm và thời gian nghiên cứu. Vật liệu nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong nghiên cứu chọn tạo chịu mặn. Đánh giá hiệu quả chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa trên các quần thể lai F1. Chọn tạo quần thể lai hồi giao phục vụ cho gen chống chịu mặn thấp thông qua MAS. Chọn lọc các quần thể hồi giao BCnF2 thông qua lập bản đồ GGT.

Đánh giá kiểu hình và kiểu gen liên quan gen saltol trên quần thể con lai. Phương pháp xử lý số liệu. Khảo nghiệm cơ bản. Khảo nghiệm và đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Đa dạng nguồn gen cây lúa. Thanh lọc mặn (đo lường kiểu hình) giai đoạn mạ trên lúa mùa. Thanh lọc bộ giống lúa cao sản.

Phân tích kiểu hình và đánh giá sự tương quan của các gen theo công thức và phần mềm IRRI Start. Tạo các quẩn thể hồi giao chuyển gen chống chịu mặn trên cây lúa. Tạo quẩn thể hồi giao. Tìm tính đa hình trên các giống lúa bố mẹ bằng chỉ thị phân tử.

Chọn tạo quần thể lai hồi giao mang gen chịu mặn thông qua MAS. Kết quả lai tạo quần thể hồi giao tổ hợp lai OM1490 và Pokkali. Kết quả đánh giá các quần thể BC1 trên OM1490/ Pokkali //OM1490. Kết quả lai tạo quần thể hồi giao tổ hợp lai OMCS2000 và Pokkali.

Kết quả lai tạo quần thể hồi giao tổ hợp lai OM6162 và Pokkali. Kết quả tạo cá thể hồi giao BC2 từ tổ hợp hồi giao OM 6162/ Pokkali// OM6162. Thanh lọc các dòng triển vọng ở hai mức độ mặn khác nhau ở giai đoạn mạ. Thanh lọc mặn trên quần thể lai hồi giao OM6162/Pokkali//OM6162 Quần thể BC3F1 được chọn và gieo cho tự thụ để có quần thể BC3F2.

Thanh lọc mặn trên quẩn thể lai hồi giao OMCS2000/Pokkali//OMCS2000. Thanh lọc mặn trên quần thể lai hồi giao OM1490/Pokkali//OM1490. Đánh giá tính chống chịu mặn của các dòng thông qua đánh giá kết hợp kiểu gen và kiểu hình. Chọn lọc các quần thể hồi giao BC3F3 thông qua lập bản đồ GGT.

Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OM6162/Pokkali//OM6162. Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OM6162/Pokkali//OM6162 trên nhiễm sắc thế số 8. Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OM1490/Pokkali//OM1490 trên quần thể số 1. Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OM1490/Pokkali//OM1490 trên nhiễm sắc thể số 8.

Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 trên nhiễm sắc thể số 1. Chọn lọc các cá thể BC3F3 của quần thể lai hồi giao OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 trên nhiễm sắc thể số 8. Khảo nghiệm cơ bản. Khảo nghiệm vùng sinh thái các dòng lúa chọn lọc trong vụ Đông Xuân 2019- 2020.

Đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường của các dòng lúa triển vọng dựa trên năng suất trong vụ Hè Thu 2019. 143 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 149 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN….150 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 151 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GĐM: Giai đoạn mạ ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long VKHTLMN: Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam KHKTNN: Khoa Học Kĩ Thuật Nông Nghiệp NN&SHUD: Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng STL: Sau thanh lọc Et al.: Cộng tác viên ABA: Abscisic acid DNA: Deoxyribonucleic acid SSR: Simple sequence repeat (microsatellite) MAS: Marker assisted selection CTAB: Cetyltrimethyl Ammonium Bromide EDTA: Ethylenediaminetetra acetic acid SDS: Sodium dedoxyl sulfat RFLP: Restriction fragment length polymorphism ALP: Amplicon length polymorphism AFLP: Amplified fragment length polymorphism SNP: Single nucleotide polymorphism SES: Standard Evaluation System for Rice EC: Electrical Conductivity IRRI: International Rice Research Institute PCR: Polymerase Chain Reaction QTL: Quantitative Trait Locus RM: Rice Microsatellite HATRI: High Agricultural Technology Research Institute For Mekong Delta vi NỘI DUNG BẢNG TT Trang 1.1 Độ mặn lớn nhất (g/l) nhất đến ngày 14/3/2017 ở một số trạm ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long………………………………….2 Độ mặn lớn nhất (g/l) đến ngày 14/3/2017 tại vùng Hai sông Vàm Cỏ.3 Khả năng chịu mặn của cây trồng ở giai đoạn sinh trưởng………… 15 1.4 Ảnh hưởng của các cấp độ mặn khác nhau lên năng suất cây trồng.5 Sự tương quan giữa số thế hệ BCnF1 với tỷ lệ kiểu gen của dòng triển vọng (nhận gen mong muốn) được đưa vào con lai BCnF1…… 43 2.1 Thành phần dung dịch đệm ly trích DNA và TE buffer (pH = 8).2 Các thành phần của gel polyacrylamide và agarose được sử dụng 48 2.3 Tiêu chuẩn đánh giá mức độ chịu mặn của cây lúa.4 Các dòng lúa chịu mặn tham gia thí nghiệm.1 Số ngày sống sót ở 3 nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC = 15dS/m trên 100 giống lúa.2 Môi trường mặn với EC = 0, 8, 15dS/m.3 Đánh giá kiểu hình gen chống chịu mặn của 100 giống lúa giai đoạn trỗ hoa.4 Tóm tắt quá trình tạo các quần thể hồi giao đến thế hệ BC3 cho các giống lúa nghiên cứu.5 Các primers được đánh giá trên 05 giống lúa dùng cho vật liệu lai.6 Số lượng cá thể chọn lọc qua các thế hệ F1 đến BC3F3.7 Số lượng cá thể chọn lọc qua các thế hệ F1 đến BC3F2.8 Số lượng cá thể chọn lọc qua các thế hệ F1 đến BC3F3.9 Đánh giá tính chống chịu mặn dựa trên phân tích kết hợp kiểu hình và kiểu gen trên quần thể BC3F2 của tổ hợp OM6162/ Pokkali//OM6162.10 Đánh giá tính chống chịu mặn dựa trên phân tích kết hợp kiểu hình và kiểu gen trên quần thể BC3F2 của tổ hợp OMCS2000/ Pokkali//OMCS2000.11 Đánh giá tính chống chịu mặn dựa trên phân tích kết hợp kiểu hình và kiểu gen trên quần thể BC3F2 của tổ hợp OM1490/ Pokkali//OM1490.12 Năng suất và thành phần năng suất của bộ so sánh vụ Đông Xuân 2018-2019.13 Năng suất (tấn/ha) của bộ dòng lúa triển vọng tại 6 điểm vụ Đông Xuân 2019-2020.14 Các chỉ số liên quan tính ổn định và thích nghi của các dòng lúa triển vọng dựa trên năng suất trong vụ Đông Xuân 2019-2020.15 Năng suất (tấn/ha) của các dòng lúa triển vọng tại 6 điểm trong vụ Hè Thu 2019.16 Các chỉ số liên quan tính ổn định và thích nghi của các dòng lúa triển vọng dựa trên năng suất trong vụ Hè Thu 2019.

145 viii NỘI DUNG HÌNH TT Trang 1.1 So sánh sự xâm nhập mặn năm 2016 và năm 2020 ở các tỉnh ĐBSCL.2 Đồ thị so sánh độ mặn lớn nhất đến ngày 14 tháng 3 năm 2017 vùng Cửa sông Cửu Long.3 Mật độ xâm nhập mặn tại Đồng bằng sông Cửu Long.4 Đồ thị thể hiện độ mặn lớn nhất đến ngày 14 tháng 3 năm 2017 vùng hai sông Vàm Cỏ.5 Sơ đồ phương pháp lai hồi giao.6 Giá trị trung bình của gen phục hồi qua từng thế hệ hồi giao.1 Vật liệu bố mẹ được chuẩn bị.2 Khử đực trên cây mẹ.3 Sơ đồ quy tụ gen saltol trên quần thể lai hồi giao thông qua MAS 52 2.4 Phân tích GGT trên quần thể lai ở cây lúa.1 Phân nhóm di truyền của 101 giống khác nhau trên lúa mùa.2 Biểu đồ thể hiện số ngày sống sót ở EC = 8dS/m (A) và 15dS/m (B) của 101 giống lúa mùa.3 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ sống sót ở giai đoạn trỗ của các giống lúa mùa. Nồng độ muối EC = 8dS /m.4 Sản phẩm PCR của chỉ thị phân tử RM 3252-S1-1 trên 101 giống chống chịu mặn.5 Đồ thị so sánh sự khác nhau về ngày sống sót giữa 3 nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC = 15dS/m.6 Kết quả thanh lọc mặn ở các nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC = 15dS/m.7 Đồ thị so sánh sự khác nhau về chiều dài thân giữa 3 nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC = 77 ix 15dS/m.8 Đồ thị so sánh sự khác nhau về chiều dài rễ giữa 3 nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC=15dS/m 78 3.9 Đồ thị so sánh sự khác nhau về trọng lượng khô thân giữa 3 nồng độ mặn EC = 0dS/m, nồng độ mặn EC = 8dS/m và nồng độ mặn EC =15dS/m.10 Đồ thị so sánh sự khác nhau về trọng lượng khô rễ giữa 3 nồng độ EC = 0dS/m, môi trường mặn EC = 8dS/m và môi trường mặn EC = 15dS/m.11 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM223.12 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM3252-S1-1.13 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM1324.14 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM3412.15 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM453.16 Ảnh điện di sản phẩm PCR của các giống bố mẹ với marker RM511.