MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong số các côn trùng gây hại lúa, rầy nâu Nivaparvarta lugens (Stal) là một trong những tác nhân gây hại nguy hiểm nhất làm giảm nghiêm trọng sản lƣợng lúa trồng ở hầu hết các nƣớc trồng lúa trên thế giới, nhất là ở các nƣớc nhiệt đới (Bharathi và Chelliah, 1991; Ikeda và Vaughan, 2006). Tại Việt Nam, những thiệt hại do loại côn trùng này gây ra hàng năm làm giảm khoảng 20% tổng sản lƣợng trồng trọt (Hà Huy Niên và Nguyễn Thị Cát, 2004). Từ khi lúa cao sản bắt đầu đƣợc trồng cho đến 2017 đã xảy ra ba đợt bộc phát rầy nâu vào các năm 1977-1979, 1991-1993 và 2006-2008.
Chu kỳ bộc phát của rầy nâu từ 12-13 năm và chu kỳ của đỉnh cao các đợt bộc phát rầy nâu là 14 năm (Lê Hữu Hải, 2016). Chính vì vậy trong sản xuất lúa phải luôn luôn chủ động phòng trừ rầy nâu. Biện pháp truyền thống để diệt trừ rầy nâu là sử dụng thuốc diệt côn trùng. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu để ngăn chặn nạn dịch rầy nâu đã gây ra sự bùng phát của loại côn trùng này nhƣ kết quả của sự thích nghi có chọn lọc.
Trong số các biện pháp phòng trừ rầy nâu hiện nay, giống kháng luôn là biện pháp hàng đầu (Hồ Văn Chiến và ctv. Sử dụng giống kháng là biện pháp rẽ tiền, hiệu quả lâu dài và đảm bảo an toàn cho môi trƣờng sinh thái (Alam và Cohen, 1998; Renganayaki và ctv. Chính vì vậy đề tài: “Khai thác vật liệu khởi đầu cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu” đƣợc thực hiện nhằm tạo ra nguồn vật liệu có khả năng kháng rầy nâu đáp ứng nhu cầu cấp thiết của sản xuất tại đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Mục tiêu của đề tài - Đánh giá tính kháng rầy nâu của tập đoàn dòng/giống thu thập đƣợc và phân nhóm di truyền.
- Sử dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo 2-3 dòng lúa thuần ƣu việt kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho đồng bằng sông Cửu Long. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3. Ý nghĩa khoa học - Xác định vật liệu mang các gen kháng rầy nâu làm cơ sở cho quá trình lai tạo - Ứng dụng các chỉ thị phân tử để chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen kháng, góp phần làm giảm chi phí trong công tác chọn tạo giống. - Ứng dụng công nghệ sinh học bằng sử dụng chỉ thị phân tử kết hợp với lai hồi giao trong quy tụ gen kháng rầy nâu ở lúa giúp khắc phục đƣợc những hạn chế của chọn giống truyền thống, đặc biệt là đối với các gen kháng lặn khi ở trạng thái dị hợp.
- Đã lai tạo và chọn lọc đƣợc một số dòng lúa mang gen kháng rầy nâu triển vọng. Cung cấp thông tin về sự đa dạng di truyền và hiện diện của các biotype rầy nâu vùng ĐBSCL 3. Ý nghĩa thực tiễn - Cung cấp sự đa dạng di truyền về các quần thể rầy nâu vùng ĐBSCL và tính độc của chúng đối với các nhóm giống lúa hiện đang sản xuất và các nguồn dòng, giống lúa khác nhau, làm cơ sở cho việc bố trí cơ cấu các giống lúa kháng rầy nâu ở vùng ĐBSCL. - Tạo nguồn vật liệu khởi đầu đƣợc mô tả tính trạng gen kháng rầy nâu, phục vụ cho lai tạo giống lúa kháng rầy nâu và đề xuất phƣơng pháp qui tụ gen trong lai tạo giống lúa kháng rầy nâu - Những thành công bƣớc đầu trong chồng gen kháng rầy nâu nhờ sử dụng chỉ thị phân tử ở lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống.
- Những dòng lúa có nhiều gen kháng rầy nâu chọn lọc đƣợc trong đề tài này là vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bền vững với rầy nâu ở Việt Nam trong một vài năm tới. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là bộ giống cao sản (115 giống lúa cao sản), bộ giống lúa mùa (119 accession (Acc.) lúa mùa), bộ chỉ thị rầy nâu (15 giống), bộ giống lúa trồng phổ biến tại ĐBSCL (14 giống), 4 quần thể rầy nâu (Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang) và các chỉ thị phân tử thích hợp liên kết với các gen kháng rầy nâu. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi chuyên môn: - Đánh giá kiểu hình tính kháng rầy nâu của bộ giống lúa cao sản, bộ giống lúa mùa đƣợc trồng tại các tỉnh ĐBSCL trên 4 quần thể rầy nâu.
Ngoài ra, đề tài còn sử dụng chỉ thị phân tử thích hợp để phát hiện các gen kháng rầy nâu của một số giống thử nghiệm. - Xác định sự có mặt của các gen kháng rầy nâu ở các dòng lai thu nhận đƣợc và các dòng hồi giao nhờ chỉ thị phân tử SSR. - Đánh giá khả năng kháng với rầy nâu của các dòng lai thu đƣợc. Địa điểm nghiên cứu: Thu thập bộ giống lúa cao sản tại ruộng thí nghiệm bộ môn Di truyền – chọn giống, Viện lúa ĐBSCL.
Thu thập bộ lúa mùa tại các vùng trồng lúa mùa của 10 tỉnh ĐBSCL. Thu thập rầy nâu tại 4 tỉnh: Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang. Đánh giá kiểu hình bộ giống thử nghiệm, các quần thể con lai tại nhà lƣới bộ môn BVTV, Viện lúa ĐBSCL. Phát triển quần thể lai trong nhà lƣới bộ môn Di truyền – chọn giống.
Dùng chỉ thị phân tử để đánh giá vật liệu chọn làm bố mẹ, con lai và các dòng qui tụ gen kháng tại phòng thí nghiệm bộ môn Di truyền – chọn giống, Viện lúa ĐBSCL và phòng thí nghiệm công ty công nghệ sinh học PCR. 4 Quan sát và so sánh các dòng kháng rầy nâu ngoài đồng đƣợc thực hiện lô đất thí nghiệm của Bộ môn Bảo vệ thực vật, Viện lúa ĐBSCL Thời gian nghiên cứu đƣợc tiến hành từ tháng 06/2014 – 02/2018. Tính mới của đề tài Cung cấp thông tin di truyền về vật liệu khởi đầu làm bố mẹ trong lai tạo giống lúa kháng rầy nâu Đánh giá các gen kháng rầy nâu còn hiệu lực tại ĐBSCL Bên cạnh mục tiêu chọn tạo giống lúa mang gen kháng rầy nâu, đề tài còn chú ý đến năng suất cao và thời gian sinh trƣởng phù hợp. Điều này là điều kiện quyết định để các sản phẩm giống lúa có thể ứng dụng và phát triển rộng khi đề tài kết thúc.
Đề xuất phƣơng pháp lai tạo hồi giao cải tiến sử dụng chỉ thị phân tử để rút ngắn thời gian chọn tạo giống kháng rầy nâu, qui tụ gen kháng rầy nâu 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Giới thiệu sơ lƣợc về rầy nâu Rầy nâu có tên khoa học Nilaparvata lugens (Stal) thuộc chi Nilaparvata, họ Delphacidae, bộ cánh nửa Hemiptera (Dupo và Barrion, 2009; IRRI, 2010). Rầy nâu có mặt trên khắp các nƣớc trồng lúa. Đặc biệt là Châu Á, có khí hậu nhiệt đới nhƣ Ấn Độ, Bangladesh, Đài Loan, đảo Solomon, Indonesia, Fiji, Malaysia, Nhật, Phillipines, Thái Lan, Sri Lanka, Tân Guinea, Triều Tiên, Trung Quốc, Việt Nam.
Tại nƣớc ta rầy nâu luôn là tai họa nghiêm trọng và thƣờng xuyên có mặt từ Nam ra Bắc, đặc biệt tại Đồng bằng sông Cửu Long rầy nâu xuất hiện quanh năm. Ký chủ của rầy nâu. Lúa là ký chủ chính của rầy nâu (Dupo và Barrion, 2009). Ngoài ra rầy nâu còn sống trên các các ký chủ phụ nhƣ ngô, lúa mì, lúa mạch, kê, cỏ gấu, cỏ lồng vực (Huyen, 2012).
Đặc điểm hình thái: Chiều dài cơ thể của rầy nâu cánh dài 3,7-5mm, cánh ngắn 2,4-3,3mm. Cơ thể màu nâu đến nâu sẫm, đỉnh đầu nhô ra phía trƣớc. Cánh trong suốt, giữa cạnh sau của mỗi cánh trƣớc có 1 đốm đen, khi cánh xếp lại hai đốm này chồng lên nhau tạo thành một đốm đen trên lƣng (Dupo và Barrion, 2009). Các yếu tố tác động đến sự phát sinh và gây hại của rầy nâu: (1) Nhiệt độ là một trong những yếu tố khí hậu có ảnh hƣởng lớn nhất tới sự phát dục, biến động quần thể và phát dịch của rầy nâu.
Nhiệt độ trong phạm vi 25-30ºC là thích hợp nhất đối với sự phát dục của trứng và rầy non, nếu nhiệt độ cao hơn 33-35ºC thì không thích hợp với rầy (Bae và Pathak, 1970). Theo Ho và Liu (1969) cho rằng nhiệt độ thấp trong khoảng từ 15-18ºC là không thích hợp cho sự phát triển của rầy. Manikandan và ctv. (2015) cho rằng nhiệt độ tăng trên 34oC có hại cho sự phát triển của rầy nâu.
(2) Ẩm độ và lƣợng mƣa, theo Kulshresthan (1974) độ ẩm trong phạm 6 vi từ 70-80% là thích hợp cho sự phát dục của rầy nâu. Tác giả Fukuda (1934) có nhận xét các trận dịch rầy nâu thƣờng xảy ra trong điều kiện khô hạn. Trong điều kiện dẫn thủy tốt, trồng lúa liên tục, thời vụ lai rai kéo dài, gieo sạ dày với giống lúa nhiễm rầy lại bón nhiều phân đạm, phun thuốc trừ sâu bừa bãi thì rầy nâu sẽ bùng phát mạnh do có tiểu khí hậu phù hợp nhƣ ẩm độ cao, nhiệt độ tối hảo và không khí êm mát (Võ Tòng Xuân và ctv. Lũ lụt với các trận mƣa lớn trong hàng tháng trời sẽ làm rầy nâu bị suy kiệt, rầy cám trôi xuống nƣớc, đồng thời rầy cũng dễ bị nấm bệnh tấn công.
Trong khi mƣa nhỏ hoặc nắng xen kẽ, trời âm u thích hợp cho rầy nâu phát triển mật số. Ẩm độ thích hợp với rầy nâu là từ 80-86. Bão có thể làm giảm số lƣợng rầy và trong một phạm vi một vùng nhỏ, nếu có ít gió cũng có thể làm tăng số lƣợng rầy (Dyck và ctv. (3) Giống lúa: Theo Mochida và ctv.
(1977) cho biết ở Indonesia sự phá hại của rầy nâu có tƣơng quan chặt chẽ với diện tích cấy giống lúa mới, nhƣng một số tác giả khác lại phản đối quan niệm này và cho rằng nhìn chung các giống lúa mới không mẫn cảm với rầy nâu so với các giống lúa mùa địa phƣơng, mà chính là các biện pháp kỹ thuật đƣợc áp dụng với giống lúa mới nhƣ cấy dày, tƣới nƣớc, bón nhiều phân. mới là nguyên nhân gây lên bùng phát rầy nâu (Freeman, 1976). (5) Mật độ gieo cấy: Cấy dầy và tăng mật độ gieo sạ cũng làm tăng tác hại của rầy nâu. Nguyên nhân là do khi tăng mật độ cấy hoặc sạ đã tạo nên điều kiện tiểu khí hậu trong ruộng lúa thích hợp với rầy nâu (Kisimoto, 1965; Dyck và Thomas, 1979).