Nghiên cứu phân lập chủng và khảo sát nguồn gen lúa khánh bệnh bạc lá lúa xanthomonas oryzae pv oryzae

Nghiên cứu phân lập chủng và khảo sát nguồn gen lúa kháng bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryzae pv oryzae nhằm nâng cao năng suất lúa.

• Tác giả: Đàm Thanh Nga
• Người hướng dẫn: GS. Phan Hữu Tôn
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu phân lập chủng và khảo sát nguồn gen lúa kháng bệnh bạc lá lúa (Xanthomonas oryzae pv. oryzae)
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về cây lúa
• 2.2. Giới thiệu chung
• 2.3. Nguồn gốc hình thành và phát triển của lúa
• 2.4. Các giai đoạn phát triển của lúa
• 2.5. Tình hình sản xuất, tiêu thụ lúa gạo trên thế giới và tại Việt Nam
• 2.6. Tác hại do bệnh bạc lá lúa gây ra
• 2.7. Nguyên nhân gây bệnh của lá lúa
• 2.8. Triệu chứng bệnh
• 2.9. Đặc điểm phát sinh phát triển của bệnh
• 2.10. Những nghiên cứu cách chẩn đoán về bệnh bạc lá
• 2.11. Biện pháp phòng trừ bệnh bạc lá lúa
• 2.12. Vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv.1 Vị trí phân loại
• 2.13. Đặc điểm hình thái và đặc điểm hóa sinh
• 2.14. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng sinh học của vi khuẩn Xoo hiện nay trên thế giới
• 2.15. Nghiên cứu đa dạng vi khuẩn Xoo tại Việt Nam
• 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp trồng
• 3.4.2. Phương pháp phân lập và lây nhiễm nhân tạo
• 3.4.3. Đánh giá các đặc điểm nông sinh học và đo năng suất
• 3.4.4. Sử dụng PCR để xác định chính xác vi khuẩn xanthomonas oryzae pv.
• 3.4.5. Xác định đa dạng di truyền DNA của các mẫu vi khuẩn Xoo bằng pháp rep PCR và IS-PCR
• 3.4.6. Cách thức phân tích số liệu
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Nuôi cấy và phân lập các mẫu vi khuẩn thu thập
• 4.2. Kết quả nuôi cấy các mẫu vi khuẩn trên môi trường Wakimoto
• 4.3. Kết quả sử dụng chỉ thị phân tử xác định chính xác vi khuẩn Xoo
• 4.4. Kết quả phân lập các chủng vi khuẩn bằng phương pháp sử dụng chỉ thị phân tử rep PCR và IS – PCR
• 4.5. Kết đánh giá đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống nghiên cứu
• 4.6. Kết quả đánh giá khả năng kháng bệnh của các giống lúa triển vọng với các chủng vi khuẩn thu thập và phân lập được
• 4.7. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá lúa của các giống lúa triển vọng với các chủng vi khuẩn Xoo
• 5. KẾT LUẬN VÀ NGHIÊN CỨU
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá Xanthomonas oryzae

Nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá Xanthomonas oryzae là một lĩnh vực quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa gạo. Việc tìm kiếm giống lúa kháng bệnh không chỉ giúp tăng năng suất mà còn bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này nhằm mục đích phân lập các chủng vi khuẩn và khảo sát nguồn gen lúa kháng bệnh.

1.1. Giới thiệu về bệnh bạc lá lúa và tác hại của nó

Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây ra, là một trong những bệnh nghiêm trọng nhất đối với cây lúa. Bệnh này có thể làm giảm năng suất từ 20-50%, ảnh hưởng đến an ninh lương thực toàn cầu.

1.2. Tình hình nghiên cứu lúa kháng bệnh tại Việt Nam

Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về lúa kháng bệnh bạc lá, với việc xác định các gen kháng như Xa7, xa5, và Xa21. Những nghiên cứu này giúp phát triển giống lúa có khả năng chống lại bệnh hiệu quả hơn.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá

Mặc dù đã có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua. Việc chuyển giao gen kháng từ giống lúa địa phương sang giống lúa cao sản gặp khó khăn do tính đa dạng di truyền của vi khuẩn. Ngoài ra, việc phát hiện và phân lập các chủng vi khuẩn cũng là một thách thức lớn.

2.1. Khó khăn trong việc chuyển giao gen kháng

Việc chuyển giao gen kháng từ giống lúa địa phương sang giống lúa cao sản thường mất nhiều thời gian và công sức. Điều này làm giảm hiệu quả của quá trình chọn tạo giống.

2.2. Đặc điểm đa dạng của vi khuẩn Xanthomonas oryzae

Vi khuẩn Xanthomonas oryzae có khả năng đột biến cao, tạo ra nhiều chủng khác nhau. Điều này làm cho việc phát hiện và phân lập các chủng vi khuẩn trở nên phức tạp hơn.

III. Phương pháp nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá hiệu quả

Để nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá, các phương pháp hiện đại như PCR và rep-PCR được sử dụng để xác định chính xác các chủng vi khuẩn. Ngoài ra, việc khảo sát các đặc điểm nông sinh học của giống lúa cũng rất quan trọng trong việc đánh giá khả năng kháng bệnh.

3.1. Sử dụng kỹ thuật PCR trong nghiên cứu

Kỹ thuật PCR giúp xác định chính xác vi khuẩn Xanthomonas oryzae, từ đó hỗ trợ trong việc phân lập các chủng vi khuẩn gây bệnh.

3.2. Đánh giá đặc điểm nông sinh học của giống lúa

Đánh giá các đặc điểm nông sinh học như chiều cao cây, năng suất và khả năng kháng bệnh là rất cần thiết để chọn ra giống lúa phù hợp.

IV. Kết quả nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy một số giống lúa như 98F16 và XF10 có khả năng kháng bệnh bạc lá tốt. Những giống lúa này không chỉ có năng suất cao mà còn giúp giảm thiểu thiệt hại do bệnh gây ra. Việc ứng dụng các giống lúa này trong sản xuất sẽ góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho nông dân.

4.1. Đánh giá khả năng kháng bệnh của giống lúa

Các giống lúa triển vọng đã được đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá thông qua phương pháp lây nhiễm nhân tạo, cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc chống lại bệnh.

4.2. Ứng dụng giống lúa kháng bệnh trong sản xuất

Việc đưa giống lúa kháng bệnh vào sản xuất sẽ giúp nông dân giảm thiểu thiệt hại do bệnh bạc lá, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng lúa gạo.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu lúa kháng bệnh

Nghiên cứu lúa kháng bệnh bạc lá Xanthomonas oryzae đang mở ra nhiều triển vọng mới cho ngành nông nghiệp. Việc phát triển giống lúa kháng bệnh không chỉ giúp tăng năng suất mà còn bảo vệ môi trường. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả trong việc chọn tạo giống lúa kháng bệnh.

5.1. Tương lai của nghiên cứu lúa kháng bệnh

Nghiên cứu lúa kháng bệnh sẽ tiếp tục được đẩy mạnh với sự hỗ trợ của công nghệ sinh học, giúp phát triển các giống lúa có khả năng chống lại bệnh tốt hơn.

5.2. Vai trò của nông dân trong việc ứng dụng giống lúa kháng bệnh

Nông dân đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng các giống lúa kháng bệnh vào sản xuất, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Cây lúa (Oryza sativa. L) là cây lƣơng thực quan trọng của nhiều quốc gia. Lúa gạo có mặt trong bữa ăn của 2/3 dân số thế giới. Bên cạnh giá trị dinh dƣỡng thì sản xuất lúa còn tạo công ăn việc làm cho nhiều ngƣời dân sống ở nông thôn, cây lúa còn đóng vai trò quan trọng trong an ninh lƣơng thực, ổn định đời sống kinh tế, xã hội và chính trị ở nhiều quốc gia.

Tuy nhiên, cây lúa lại bị rất nhiều loại gây bệnh hại, trong đó bệnh bạc lá lúa là một trong những bệnh gây hại nghiêm trọng nhất, làm giảm năng suất và chất lƣợng của những vùng trồng lúa. Bệnh bạc lá gây ra bởi vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Một số nƣớc trong khu vực, bệnh bạc lá đã gây nghiêm trọng cho ngành trồng lúa và đã làm giảm năng suất từ 20 - 30% có khi lên tới 50% (Ou, 1972; Huang và ctv, 1997). Để phòng trừ ngƣời ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau, nhƣ áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác, vệ sinh đồng ruộng, bón phân sớm, cân đối, mật độ gieo trồng hợp lý và dùng giống kháng bệnh.

Một trong những hƣớng mang lại hiệu quả cho nông dân, cho môi trƣờng là sử dụng giống kháng bệnh. Các nhà khoa học đã xác định đƣợc 4 gen điều khiển tính kháng bệnh bạc lá ở lúa (Kim SM et al. Xa7, xa5, Xa21 là các gen kháng hữu hiệu có thể kháng đƣợc với nhiều chủng bạc lá khác nhau trên thế giới và ở Việt Nam. Một số gen kháng bệnh bạc lá đã đƣợc tìm thấy trong các giống lúa địa phƣơng ở Việt Nam và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long nhƣ: Xa-2 đƣợc tìm thấy trên giống Tẻ Tép, Giòng Đôi, Koi Bo Teng; Xa-13 có ở giống Cà Đung, Ba Túc, Thơm Lùn, Vệ Phích, Nếp Hoa Vàng, Nàng Sớm (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2001).

Vấn đề ở chỗ để chuyển đƣợc nhƣng gen này sang các giống lúa cao sản bằng các phƣơng pháp lai tạo truyền thống không có định hƣớng thì mất rất nhiều thời gian và hiệu quả chọn lọc thấp, thậm chí có thể không thực hiện đƣợc khi gen khác cần chuyển có trong lúa hoang. 1 Trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử DNA trong việc nghiên cứu phân lập và xác định các chủng vi sinh vật gây bệnh. Lee và cộng sự, 2005 đã lần đầu tiên công bố đã xác định đƣợc trình tự DNA của genom vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae, vòng genom dài 4,9 triệu bp, trong đó đã xác định đƣợc một số vùng bảo thủ và những vùng dễ biến động, đây có thể là cơ sở phân tử để phân ra các chủng khác nhau.

Một số đặc điểm cơ bản của vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae là chủng có khả năng đột biến tạo thành một quần thể rộng gồm nhiều nhóm chủng. Mỗi vùng sản xuất có thể có nhiều chủng vi khuẩn gây bệnh có độc tính khác nhau. Việc xác định chính xác nguồn bệnh làm vật liệu cho công tác chọn tạo giống hoặc có thể khống chế đƣợc dịch bệnh bạc lá lúa là rất cần thiết.

Do vậy, chúng tôi đã tiến hành thu thập các giống lúa tại Trung tâm Bảo tồn và phát triển nguồn gen giống cây trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam để tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu phân lập chủng và khảo sát nguồn gen lúa kháng bệnh bạc lá lúa (Xanthomonas oryzae pv. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích  Nghiên cứu phân lập chủng vi khuẩn thu thập và khảo sát nguồn gen kháng bệnh bạc lá của một số giống triển vọng phục vụ cho công tác chọn tạo giống. Yêu cầu  Nuôi cấy, phân lập và xác định chính xác các mẫu vi khuẩn Xoo.

Sử dụng kĩ thuật rep – PCR và IS – PCR để xác định đa dạng di truyền các mẫu vi khuẩn Xoo, từ đó để phân ra các chủng.  Khảo sát, đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính trên tập đoàn lúa triển vọng.  Đánh giá khả năng kháng bệnh của các giống lúa này đối với các chủng vi khuẩn phân lập đƣợc bằng phƣơng pháp lây nhiễm nhân tạo. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.

Tổng quan về cây lúa 2. Giới thiệu chung Trên thế giới có hai loài lúa trồng đƣợc xác định từ thời cổ đại cho đến ngày nay bao gồm (Oryza sativa L. và Oryza glaberrima). Thông qua nghiên cứu, nguồn gốc xuất xứ của lúa trồng, chúng ta có thể phân loại lúa trồng nhƣ sau: Họ Poaceae, trƣớc đây gọi là họ Hòa thảo (Gramineae), họ phụ Pryzoideae, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima.

Cây lúa Oryza sativar L. Lúa gạo là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới, cùng với bắp, lúa mì, sắn và khoai tây. Lúa đƣợc canh tác trong nhiều dạng sinh thái khác nhau, từ đất khô đến cánh đồng ngập nƣớc, từ ruộng bậc thang cho đến sƣờn đồi và thậm chí ở vùng nƣớc sâu đến 4m. Lúa Châu Á (Oryza sativa L.) và lúa Châu Phi (Oryza glaberrima Steud) là hai loại lúa đã đƣợc thuần hóa và đƣợc trồng phổ biến nhất, bên cạnh đó vẫn còn khoảng 20 giống lúa hoang rải rác trên thế giới.

Sản phẩm chính của cây lúa là gạo làm lƣơng thực. Ngoài việc nấu cơm, gạo có thể chế biến thành các món ăn đa dạng khác nhƣ: phở, bánh đa, bún, rƣợu, bánh chƣng. Bên cạnh đó, sản phẩm phụ của lúa có thể đƣợc tận dụng: Cám để sản xuất vitamin B1 để chữa bệnh tê phù, tấm để sản xuất axeton và 3 thuốc chữa bệnh, trấu để sản xuất nấm men làm thức ăn gia súc, vật liệu đóng lót hàng, vật liệu độn cho phân chuồng, hoặc làm chất đốt. Nguồn gốc hình thành và phát triển của lúa Ngƣời ta cho rằng tổ tiên của chi lúa Oryza là một loài cây lúa hoang dại trên siêu lục địa Gondwana cách đây ít nhất 130 triệu năm và phát tán rộng khắp các châu lục trong quá trình trôi dạt lục địa.

Hiện có 2 loài lúa đƣợc thuần hóa là lúa châu Á (Oryzae sativa) và lúa châu Phi (Oryzae glaberrima). Lúa châu Phi đƣợc gieo trồng trong khoảng 3. Trong khoảng thời gian từ 1500 TCN đến 800 TCN thì O. Glaberrima đã lan rộng từ trung tâm xuất phát của nó là lƣu vực châu thổ sông Niger và mở rộng tới Sénégal.

Tuy nhiên, nó không bao giờ phát triển xa khỏi khu vực nguồn gốc của nó. Sativa là một loại lúa hoang phổ biến (Oryza rufipogon) có nguồn gốc tại khu vực xung quanh vùng Đông Nam Á. Hiện nay đây là giống lúa chính đƣợc gieo trồng làm cây lƣơng thực trên khắp thế giới. Phân loại Các giống lúa đƣợc phân loại theo hệ thống giúp việc ghi nhận, phân biệt hình dạng riêng biệt.

Khi đó, việc kiểm soát phép lai giữa các giống để tạo gen ƣu việt sẽ đƣợc kiểm soát tốt hơn. Dƣới đây là một số cách phân loại lúa điển hình:  Phân loại trên môi trƣờng canh tác Hai cơ sở cơ bản để định hình trạng thái của nhóm loài là kiểu gen và môi trƣờng sống. Đối với cây lúa, dựa vào điều kiện môi trƣờng canh tác khác nhau sẽ có các nhóm giống chứa các tính trạng, hình dạng khác nhau. - Lúa cạn: là loại có khả năng sống đƣợc ở trên cạn, thƣờng đƣợc trồng ở vùng đồi núi, thƣờng sẽ không có bờ ngăn giữ nƣớc trên ruộng.

- Lúa nƣớc: là loại lúa mà đƣợc trồng ở nhƣng vùng có điều kiện tƣới tiêu thuận lợi, lƣợng mƣa lớn.  Phân loại theo hệ thống phân loại học thực vật Hệ thống phân loại này coi cây lúa nhƣ tất cả các cây cỏ khác trong tự nhiên. Nó đƣợc sắp xếp theo hệ thống chung của phân loại thực vật học là ngành 4 (Divisio), lớp (classis), bộ (ordines), họ (familia), chi (genus), loài (species) và biến chủng (varieties). Việc phân loại theo hệ thống phận loại thực vật, giúp ích lớn cho việc hệ thống hoá một số lƣợng khổng lồ các dạng hình của cây lúa  Dựa vào đặc tính hình thái, phân loại theo hệ thống phân loại của IRRI, 1996 - Phân loại theo chiều cao cây: + Nhóm cây thấp: khi chiều cao cây < 110cm + Nhóm cây trung bình: khi chiều cao cây 110 † 130 cm + Nhóm cây cao: khi chiều cao cây > 130cm - Lá: Thẳng hoặc cong rủ, bản lá to hay nhỏ, dày hay mỏng - Bông: Loại hình nhiều bông, bông to hay nhỏ, bông túm hay bông xòe, cổ bông hở hay kín, thoát lá đòng hay không, khoe bông hay giấu bông, dày nách hay thƣa nách,.

- Phân loại theo chiều dài hạt gạo: Gồm có các nhóm lúa có chiều dài hạt gao rất dài, dài, trung bình và ngắn Bảng 2. Phân loại theo chiều dài hạt Điểm Chiều dài hạt gạo Phân loại 1 >7,50 Rất dài 3 6,61 7,500 Dài 5 5,51 6,60 Trung bình 7 <5,50 Ngắn - Phân loại theo dạng hạt gạo: Các nhóm lúa có dạng hạt: Thon dài, thon, bầu tròn 5 Bảng 2. Phân loại theo dạng hạt gạo Điểm Dạng hạt gạo (tỉ lệ dài/rộng) Dạng hạt 1 >3,00 Thon dài 3 2,21 3,00 Thon 5 1,10 2,00 Bầu 7 <1,10 Tròn 2. Các giai đoạn phát triển của lúa Quá trình phát triển của cây lúa đƣợc chia thành 3 thời kỳ sinh trƣởng và 10 giai đoạn phát triển.

Thời kỳ sinh dƣỡng bao gồm các giai đoạn. - Giai đoạn trƣơng hạt. - Giai đoạn hạt nảy mầm. - Giai đoạn đẻ nhánh.

- Giai đoạn phát triển lóng thân (Cây lúa đẻ nhánh tối đa). Thời kỳ sinh thực. - Giai đoạn phân hóa (Làm đòng). - Giai đoạn trỗ bông.

- Giai đoạn nở hoa, thụ phấn, thụ tinh. Thời kỳ chín. - Giai đoạn hạt chín sữa. - Giai đoạn hạt chín sáp.

- Giai đoạn hạt chín hoàn toàn. Sơ đồ phát triển của cây lúa. Ngâm ủ hạt giống -> gieo mạ -> cấy lúa -> đẻ nhánh -> phân hóa đòng (Làm đòng) -> trỗ bông -> chín. Sơ đồ phát triển cây lúa 2.

Tình hình sản xuất, tiêu thụ lúa gạo trên thế giới và tại Việt Nam  Trên thế giới Trong tháng 1 năm 2022, số liệu từ các tổ chức trên thế giới đều cho thấy sản xuất gạo toàn cầu đều tăng nhẹ so với cùng kì năm trƣớc. Theo Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), sản lƣợng sản xuất gạo toàn cầu tháng 1 ƣớc khoảng 42,5 triệu tấn, tăng 0,53% so với năm ngoái. Trong khi đó, Hội đồng Ngũ cốc Quốc tế (IGC) ƣớc tính sản xuất gạo toàn cầu tháng đạt 42,62 triệu tấn, tăng 0,73% so với năm 2020. Sản lƣợng sản xuất gạo thế giới tháng 01/2022 (Microsoft Word - Báo cáo thË tr°Ýng g¡o tháng 1 2021.