Đặt vấn đề Lúa nước (Oryza satiava L.) là nguồn lương thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới, đặc biệt là các quốc gia ở Châu Á, Châu Phi và Mỹ La Tinh. Ở Việt Nam, lúa là cây nông nghiệp chính. Năm 2015, Việt Nam đứng thứ 3 trên thế giới về xuất khẩu lúa gạo sau Ấn Độ và Thái Lan. Trong đó, ĐBSCL là nơi xuất khẩu gạo lớn nhất cả nước.
Theo số liệu thống kê sơ bộ của Tổng Cục thống kê, diện tích đất trồng lúa cả năm 2017 trên cả nước ước đạt 7,72 triệu ha (giảm 26,1 nghìn ha so với năm 2016), năng suất ước đạt 55,5 tạ/ha (giảm 0,2 tạ/ha so với năm 2016), sản lượng ước đạt 42,8 triệu tấn (giảm 318,3 nghìn tấn so với năm 2016) (Vietnam Business Monitor, 2017) Điều này là do sản xuất nông nghiệp đang phải đứng trước thách thức lớn của biến đổi khí hậu, trong đó mặn là yếu tố quan trọng thứ 2 sau hạn. Khoảng 1/5 diện tích đất trồng trọt có tưới trên thế giới bị ảnh hưởng mặn và trên 800 triệu héc-ta đất bị chịu mặn. Chỉ tính riêng tại vùng ĐBSCL từ cuối năm 2015 đến cuối năm 2016 phạm vi ảnh hưởng của ranh nước mặn 4 g/l (độ mặn không thể lấy nước sinh hoạt hay sản xuất) đã ảnh hưởng đến 10/13 tỉnh ĐBSCL với tổng diện tích lúa thiệt hại gần 139.000 ha thiệt hại trên 70% năng suất, 43.000 ha thiệt hại từ 30 - 70% năng suất (Vtv. Theo Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (Bộ NN & PTNT), dòng chảy sông Mê Kông về ĐBSCL đang biến động phức tạp, giảm mạnh so với thời điểm đầu mùa khô, khả năng gây gia tăng xâm nhập mặn ở mức cao hơn cùng kỳ năm 2017 (Bích Hồng, 2018).
Như vậy, với sự ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, diện tích đất trồng lúa vùng ĐBSCL chịu mặn ngày càng tăng, dẫn đến sản lượng gạo Việt Nam có thể giảm một cách nghiêm trọng. Đối mặt với vấn đề trên, việc chọn tạo giống lúa chịu mặn đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Đây cũng là một trong những giải pháp được đưa ra trong đề xuất của Bộ NN & PTNT năm 2015 (TTO, 2015). Ngoài một số giống chống chịu mặn đã được chọn tạo và canh tác hiệu quả ở một số nước trên thế giới.
Nhiều nguồn giống lúa mùa địa phương như Nona Bokra, Bura Rata chống chịu tốt với điều kiện mặn tương đương giống Pokkali đã được xác định. Vào những năm cuối thế kỷ 20, các nhà chọn tạo giống đã sử dụng những biến đổi di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng năng suất cao, chất lượng gạo tốt, kháng một số sâu bệnh chính và chống chịu với những điều kiện bất lợi như khô hạn, ngập úng, mặn. Tại ĐBSCL, các giống 1 luan an lúa trồng ở vùng chịu mặn có các hạn chế như: các giống lúa cao sản có khả năng chống chịu mặn thấp hoặc trung bình, hay chất lượng gạo thấp; các giống lúa địa phương chịu mặn như Tép Hành, Một Bụi Đỏ có thời gian sinh trưởng dài, năng suất thấp và cứng cơm. Vì vậy, cần có các giống lúa chịu mặn ở ngưỡng độ mặn trung bình (EC 4 dS/m) và chịu mặn cao (EC trên 6 dS/m) trở lên và có các đặc tính cần thiết khác như thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao và khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh hại.
Hiện nay thị hiếu tiêu dùng ngày càng cao hơn, vấn đề phẩm chất gạo tốt, ngon cơm (có hàm lượng amylose thấp) và giàu vi chất đang được quan tâm hàng đầu. Việc tạo ra được các giống lúa có hàm lượng sắt cao trong gạo nhằm góp phần giảm tỷ lệ các bệnh liên quan đến thiếu sắt, đặc biệt là nông dân nghèo vùng sâu, vùng xa là hết sức cần thiết. Do đó, việc nghiên cứu lai tạo những giống lúa vừa có khả năng thích nghi tốt với điều kiện môi trường chịu mặn, vừa cho năng suất cao, phẩm chất gạo tốt, ngon cơm (hàm lượng amylose thấp) và giàu dinh dưỡng rất được quan tâm. Hơn thế, ngày nay nhờ sự phát triển vượt bậc của công nghệ sinh học, đặc biệt là kỹ thuật di truyền phân tử, đã hỗ trợ đắc lực cho công tác chọn giống cây trồng mới, giúp cho việc chọn lựa con lai chính xác hơn, rút ngắn thời gian chọn tạo giống.
Trong đó, chỉ thị phân tử SSR (Simple sequence repeats) được nhiều nhà khoa học chọn sử dụng do nó có tính chất đồng trội (codominan), mức độ tin cậy cao (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2011). Năm 2011, Viện lúa ĐBSCL đã cho ra đời giống lúa giàu sắt là OM6976 có khả năng chịu mặn trung bình nhưng amylose cao và giống OM5451 có hàm lượng amylose thấp (18%) nhưng chịu mặn chưa cao. Hiện nay, chưa có giống lúa nào vừa có khả năng chịu mặn khá, vừa có hàm lượng sắt cao và amylose thấp. Do đó, đề tài “Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt trong gạo cao và amylose thấp” được thực hiện sử dụng phương pháp lai hồi giao và phát hiện gen chịu mặn bằng chỉ thị phân tử SSR, nhằm chọn tạo được giống lúa vừa có khả năng chịu mặn tốt, vừa có chất lượng cao, ngon cơm (hàm lượng amylose thấp) và giàu chất sắt đáp ứng nhu cầu sản xuất và thị trường lúa gạo trong khu vực.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, chọn tạo được các dòng/giống lúa có khả năng thích nghi và phát triển tốt tại điểm nhiễm mặn chịu mặn, có hàm lượng sắt trong gạo cao (sắt lức > 14 mg/kg và sắt trắng ≥ 6 mg/kg) và hàm lượng amylose trong hạt gạo ≤ 20% dựa vào phương pháp lai hồi giao và chọn giống bằng chỉ thị phân tử.3 Nội dung nghiên cứu 1.1 Nội dung 1: Đánh giá vật liệu di truyền để chọn bố mẹ sử dụng cho nghiên cứu Mục đích: Nhằm chọn được bố, mẹ sử dụng cho nghiên cứu lai tạo thông qua việc đánh giá bộ giống lúa triển vọng của Bộ môn Công nghệ sinh học- Viện lúa ĐBSCL.
Hàm lượng sắt trong gạo lức và gạo trắng: bằng phương pháp sinh hóa. Phân tích nhiệt trở hồ, độ bền gel và hàm lượng amylose bằng phương pháp sinh hóa. Đánh giá khả năng chịu mặn của vật liệu - Đánh giá khả năng chịu mặn bằng phương pháp thanh lọc mặn giai đoạn mạ trong khay. - Sử dụng chỉ phân tử SSR liên kết với tính chịu mặn để đánh giá và tuyển chọn giống lúa mang gen chịu mặn.2 Nội dung 2: Lai hồi giao các tổ hợp lai tạo các dòng lúa mới mang tính trạng mong muốn Tiến hành lai giữa giống lúa chịu mặn quốc tế là Pokkali với các dòng/giống lúa ưu tú (OM231, OM238, OM5451, OM121) có hàm lượng amylose thấp và sắt cao để tạo ra hạt lai F1.3 Nội dung 3: Chọn tạo quần thể lai hồi giao có khả năng chịu mặn thông qua thanh lọc mặn và kiểm tra gen mặn nhờ sử dụng chỉ thị phân tử SSR 1.
Trồng các cá thể đã tuyển chọn để tiến hành lai hồi giao đến thế hệ BC3F1 và tự thụ đến thế hệ BC3F5. Đánh giá khả năng chịu mặn của vật liệu lai: + Đánh giá khả năng chịu mặn của con lai ở các giai đoạn từ F1 đến BC3F5 bằng phương pháp thanh lọc mặn. + Dùng chỉ thị phân tử SSR để nhận diện một số dòng lúa lai giai đoạn từ BC3F1 đến BC3F5 có gen chịu mặn cho việc tuyển chọn dòng lúa nghiên cứu.4 Nội dung 4 và 5: Khảo nghiệm các dòng lúa có khả năng chịu mặn, gạo có sắt cao và amylose thấp tại các vùng sinh thái vụ Hè Thu 2017 và Đông Xuân 2018 * Mục đích: Đánh giá và lựa chọn được dòng lai ưu tú ở thế hệ BC3F4 (vụ Hè Thu 2017) và thế hệ BC3F5 (vụ Đông Xuân 2018) tại vùng sinh thái mặn (2 điểm Kiên Giang và Sóc Trăng) và vùng sinh thái phù sa ngọt (ruộng giống tại Viện lúa ĐBSCL) (đối chứng). Nhằm tuyển chọn được 1 – 2 dòng thuần triển vọng (chịu mặn, giàu sắt, hàm lượng amylose trong gạo ≤ 20%).
3 luan an Nghiên cứu lựa chọn hai điểm chịu mặn là Kiên Giang và Sóc Trăng để tiến hành thí nghiệm bởi trong 13 tỉnh ĐBSCL thì hai tỉnh này chịu thiệt hại nặng nhất bởi xâm nhập mặn trong gần 10 năm qua. Chỉ tính riêng tại Kiên Giang trong 2 vụ Hè Thu và Đông Xuân 2016 đã có đến 3.500 ha lúa chết khô do mặn, trong đó các huyện bị ảnh hưởng nặng nề nhất là An Biên, Kiên Lương, U Minh Thượng … (Trọng Đạt, 2016). Còn tại tỉnh Sóc Trăng, cũng đã công bố tình trạng thiên tai do xâm nhập mặn trên địa bàn tỉnh trong năm 2016.000 ha lúa đang canh tác đều bị thiệt hại do khô hạn và xâm nhập mặn. Có đến 6/11 đơn vị huyện, thị xã trên địa bàn tỉnh đã bị mặn xâm nhập với độ mặn cao nhất hơn 10‰.
Các địa bàn bị ảnh hưởng gồm huyện Long Phú, Trần Đề, Thạnh Trị, thị xã Ngã Nam, Cù Lao Dung, Mỹ Xuyên…, trong đó huyện Trần Đề có đến 390 ha lúa bị thiệt hại trắng do đồng ruộng khô cạn,… Ước tổng thiệt hại gần 40 tỉ đồng (Chí Quốc, 2016). Nội dung nghiên cứu: 1. Đánh giá khả năng chịu mặn bằng phương pháp thanh lọc và kết hợp với phân tích SSR liên kết tính chịu mặn. Đánh giá các đặc tính hình thái, nông học, năng suất, thành phần năng suất.
Phân tích hàm lượng sắt trong gạo lức và gạo trắng: bằng phương pháp sinh hóa. Phân tích nhiệt trở hồ, độ bền gel, hàm lượng amylose: bằng phương pháp sinh hóa. Đồng thời, kết hợp sử dụng chỉ thị phân tử Wx-In1 để phát hiện gen quy định hàm lượng amylose trên các dòng lúa thế hệ BC3F4-5. Phân tích tương tác giữa kiểu gen và môi trường theo mô hình của Finlay và Wikinson (1963), Eberhart và Russell (1966): Yij = µi + βIj + δij (thế hệ BC3F5).4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học Khai thác nguồn gen một cách hiệu quả thông qua việc lựa chọn nguồn vật liệu lai tạo từ giống lúa mùa chịu mặn tốt với giống lúa cao sản chất lượng cao.
Kết quả thu được đáng kể, đã chọn lọc được một số dòng con lai ưu việt vừa mang gen chịu mặn của giống bố vừa mang phẩm chất tốt của giống mẹ. Nghiên cứu, chọn tạo các giống/dòng lúa có phẩm chất tốt và năng suất cao kết hợp chọn giống truyền thống với phương pháp hiện đại bằng chỉ thị phân tử nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, rút ngắn thời gian lai tạo và nâng cao hiệu quả chọn lọc.