MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong hệ thống canh tác lúa gieo sạ thẳng, sức sống cây lúa là một trong những tính trạng giúp cho cây con trốn thoát ngập úng ở giai đoạn nảy mầm, đặc biệt sau khi gieo sạ bị ngập. Trong những năm gần đây, lũ lụt trở thành vấn đề lớn đối với việc sản xuất lúa tại các vùng canh tác đất thấp, gây thiệt hại lớn về kinh tế. Khả năng chịu ngập của cây lúa ở giai đoạn nảy mầm là đặc tính nông học của giống mà chính bản thân giống lúa đó thể hiện khả năng kéo dài lá mầm nhanh nhất, ngoi lên khỏi mặt nước tiếp cận oxi để trốn thoát ngập úng (submergence escape).
Đặc tính này đặc biệt quan trọng để đảm bảo thời vụ, giúp quần thể lúa duy trì mật độ tối ưu trong hệ thống canh tác gieo sạ tại các tỉnh đồng bằng châu thổ ở nước ta. Việt Nam nằm trong vùng tiểu khí hậu bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi yếu tố thời tiết thất thường đối với sản xuất nông nghiệp. Canh tác lúa tại đồng bằng châu thổ của Việt Nam được chia thành 3 vùng chính đó là vùng đồng bằng châu thổ Sông Hồng (phía Bắc), sông Cửu Long (phía Nam) và các tỉnh đồng bằng ven biển Miền Trung. Tại các vùng này, việc hình thành cơ cấu giống để canh tác lúa gieo sạ tại mô hình cánh đồng mẫu lớn đang đặt ra một vấn đề lớn trong sản xuất lúa gạo, đặc biệt đối với vùng đất thấp dễ xảy ra lũ lụt sớm.
Nghiên cứu đa dạng di truyền là một điều kiện tiên quyết đối với các nhà chọn giống lúa trong việc khai thác nguồn tài nguyên gen bản địa. Hơn nữa, các nhà khoa học đã ước tính chỉ có khoảng 15% nguồn gen đa dạng di truyền tiềm năng đã được sử dụng. Điều đó chứng tỏ rằng phần lớn nguồn biến dị alen về các đặc điểm nông học có giá trị kinh tế vẫn chưa được sử dụng. Ngoài ra, ở các vùng trồng lúa của các vùng đồng bằng châu thổ thường bị ngập nước trong suốt mùa mưa.
Nhiều cánh đồng gieo sạ lúa gần như bị ngập trắng hoàn toàn do nước lũ dâng. Cho đến nay, chọn giống phân tử vẫn chưa được ứng dụng có hiệu quả trong nghiên cứu các cơ chế kiểm soát sức sống cây giống ở điều kiện ngập lụt, đó là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng xuất lúa tại những vùng canh tác lúa đất thấp của Việt Nam. Vì vậy, đánh giá di truyền và cải tạo nguồn gen lúa chịu ngập là một trong những mục tiêu cấp bách trong chương trình chọn tạo giống. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa chịu ngập ở giai đoạn nảy mầm của Việt Nam bằng chỉ 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thị SSR" nhằm cung cấp các thông tin về các nguồn gen lúa chịu ngập, giúp khai thác và cải tiến sức sống cây giống trong điều kiện ngập úng.
Mục đích nghiên cứu Đánh giá mức độ đa dạng di truyền của tập đoàn giống lúa bản địa Việt Nam chịu ngập ở giai đoạn nẩy mầm ở mức phân tử, nhằm xác định mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen địa phương khác nhau phục vụ cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn gen lúa chịu ngập bản địa của Việt Nam. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học Hiểu biết về đa dạng di truyền của các nguồn gen lúa chịu ngập tạo cơ sở lý luận cho việc chọn lọc, phục tráng để nâng cao tiềm năng di truyền của các giống lúa chịu ngập trong sản xuất. Phát hiện sai khác di truyền của các giống lúa chịu ngập có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định các allele hiếm, allele đặc trưng để nhận dạng chính xác các nguồn gen ưu tú giúp định hướng cho công tác thu thập bảo tồn đa dạng nguồn gen lúa chịu ngập ở mức phân tử.
Phục vụ công tác lai tạo và nghiên cứu lập bản đồ di truyền, nhằm định vị QTL/gen liên kết với tính trạng chịu ngập. Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu đa dạng di truyền thông qua các chỉ thị phân tử (SSR) góp phần nâng cao hiệu quả công tác bảo tồn và chọn tạo giống lúa có phẩm chất gạo tốt, năng suất cao, có khả năng chịu ngập ở giai đoạn nảy mầm, phù hợp với điều kiện canh tác lúa gieo sạ tại mô hình cánh đồng mẫu lớn của Việt Nam. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4. Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu là cứu là tập đoàn các giống lúa chịu ngập ở giai đoạn nảy mầm được thu thập ở nhiều địa phương khác nhau, các giống này đang được lưu giữ và bảo tồn tại ngân hàng gen Cây trồng Quốc gia (Trung tâm Tài nguyên Thực vật).
Phạm vi nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu, đánh giá nguồn gen ở mức phân tử bằng chỉ thị SSR (simple sequence repeat). Các thí nghiệm được tiến hành tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền - Viện Di Truyền Nông nghiệp. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Vài nét sơ lƣợc về cây lúa 1.
Vai trò của cây lúa Lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng được trồng chủ yếu ở Châu Á, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á trong đó có Việt Nam. Lúa gạo là nguồn lương thực chủ yếu nuôi sống hàng tỷ người trên thế giới [40]. Sản lượng lúa gia tăng trong thời gian qua đã mang lại sự an sinh cho con nguời, đặc biệt đối với dân nghèo: gạo là nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu. Các nước nghèo thường dùng gạo là nguồn lương thực chính, khi thu nhập tăng lên mức tiêu thụ gạo có xu hướng giảm xuống, thay thế bằng các loại thức ăn cung cấp nhiều protein và vitamin hơn là năng lượng.
Bangladesh và Thái Lan có mức tiêu thụ gạo cao nhất vào những năm 1960 (tương đương 180 kg/người/năm), đến năm 1988 giảm xuống còn khoảng 150 kg. Ở Việt Nam hiện nay mức tiêu thụ gạo bình quân vẫn còn ở mức cao, khoảng 120 kg/người/năm. Tuy nhiên có thể nói, trên khắp thế giới, ở đâu cũng có dùng đến lúa gạo hoặc các sản phẩm từ lúa gạo. Khoảng 40% dân số trên thế giới lấy lúa gạo làm nguồn lương thực chính.
Trên thế giới có hơn 110 quốc gia có sản xuất và tiêu thụ gạo với các mức độ khác nhau. Lượng lúa được sản xuất ra và mức tiêu thụ gạo cao tập trung ở khu vực Châu Á. Năm 1980, chỉ riêng ở Châu Á đã có hơn 1,5 tỷ dân sống nhờ lúa gạo, chiếm trên 2/3 dân số Châu Á. Con số này theo ước đoán đã tăng lên gần gấp đôi [6].
Lúa là cây trồng thân thiết, lâu đời nhất của nhân dân ta và nhiều dân tộc khác trên thế giới, đặt biệt là các dân tộc ở Châu Á. Mặc dù năng suất lúa ở các nước Châu Á còn thấp nhưng do diện tích sản xuất lớn nên Châu Á vẫn là nguồn đóng góp rất quan trọng cho sản lượng lúa trên thế giới (trên 90%). Các quốc gia dẫn đầu về sản lượng lúa theo thứ tự là Trung Quốc, Ấn Độ, Indoniesia, Bangladesh, Việt Nam, Thái Lan và Myanmar, tất cả đều nằm ở Châu Á. Như vậy, có thể nói Châu Á là vựa lúa quan trọng nhất thế giới.
Gạo là thức ăn giàu dinh dưỡng. So với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột và protein hơi thấp hơn, nhưng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com năng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chất béo hơn. Ngoài ra, nếu tính trên đơn vị 1 hecta, gạo cung cấp nhiều calo hơn lúa mì do năng suất lúa cao hơn nhiều so với lúa mì. Giả sử một người trung bình cần 3200 calo mỗi ngày thì một hecta lúa có thể nuôi 2055 người/ngày hoặc 5,63 người/năm, trong khi lúa mì chỉ nuôi được 3,67 người /năm, bắp 5,3 người/năm.
Hơn nữa, trong gạo lại có chứa nhiều acid amin, thiết yếu như: Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan… hơn hẳn lúa mì. Đối với một số quốc gia như Việt Nam, Thái Lan, Miến Điện (Myanmar), Ai Cập lúa gạo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, không phải chỉ là nguồn lương thực mà còn là nguồn thu ngoại tệ để đổi lấy thiết bị, vật tư cần thiết cho sự phát triển của đất nước [6]. Điều này chỉ rõ vị trí của lúa gạo trong cơ cấu lương thực thế giới và trong đời sống kinh tế quốc tế. Việt Nam là một trong những nước có nghề truyền thống trồng lúa nước cổ xưa nhất thế giới.
Nông nghiệp trồng lúa vừa đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, vừa là cơ sở kinh tế sống còn của đất nước. Dân số nước ta đến nay hơn 90 triệu người, trong đó dân số ở nông thôn chiếm gần 80% và lực lượng lao động trong nghề trồng lúa chiếm khoảng 70% lực lượng lao động cả nước. Điều đó cho thấy lĩnh vực nông nghiệp trồng lúa thu hút đại bộ phận lực lượng lao động cả nước, đóng vai trò rất lớn trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh đó, ưu thế lớn của nghề trồng lúa còn thể hiện rõ ở diện tích canh tác trong tổng diện tích đất nông nghiệp cũng như tổng diện tích trồng cây lương thực.
Ngành trồng trọt chiếm 4/5 diện tích đất canh tác trong khi đó lúa giữ vị trí độc tôn, gần 85% diện tích lương thực. Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, diện tích trồng lúa khoảng 7,8 triệu ha tập trung ở 2 vùng trồng lúa chính là đồng bằng sông Cửu Long (5,29 triệu ha) và đồng bằng sông Hồng (2,51 triệu ha) với sản lượng lúa cả năm 2014 ước tính đạt 44,84 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 57,4 tạ/ha [4]. Như vậy bên cạnh sự thu hút về nguồn lực con người thì sự thu hút nguồn lực đất đai cũng lại khẳng định rõ vị trí của lúa gạo trong nền kinh tế quốc dân. Trong những năm gần đây, Việt Nam có tổng sản lượng lúa hàng năm đứng thứ 5 trên thế giới, nhưng lại là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 thế giới hiện nay với 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com sản lượng gạo xuất khẩu bình quân trên dưới 4 triệu tấn/năm.
Thái Lan luôn là nước xuất khẩu gạo dẫn đầu thế giới, hơn hẳn Việt Nam (thứ 2) cả về số lượng và giá trị, do có thị trường truyền thống rộng hơn và chất lượng gạo cao hơn. Mỹ, Ấn Độ, Pakistan cũng là những nước xuất khẩu gạo quan trọng, sau Việt Nam.