MỞ ĐẦU Hiện nay, dưới tác động của biến đổi khí hậu, vấn đề đất nhiễm mặn ngày càng trầm trọng hơn, đặc biệt là các khu vực ven biển. Đất nhiễm mặn gây ảnh hưởng xấu tới sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loại cây trồng. Lúa là cây lương thực chủ yếu và quan trọng nhất đối với người dân Việt Nam. Lúa là loài cây trồng mẫn cảm với các tác động đến từ bên ngoài (điều kiện ngoại cảnh).
Hàng năm, thiệt hại về lương thực do thiên tai, ngoại cảnh bất lợi là không hề nhỏ. Đây cũng được xem là những yếu tố chính làm giảm năng suất lúa. Do vậy, việc lựa chọn và chọn tạo giống cây lúa thích nghi với điều kiện mặn là cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, cũng như sự tăng trưởng của kinh tế Việt Nam. Từ lâu, ngoài việc lựa chọn lúa có năng suất cao dựa vào đặc điểm hình thái của cây, việc lựa chọn lúa có kiểu gen chống chịu với ngoại cảnh bất lợi ngày càng được quan tâm nghiên cứu.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các kỹ thuật sinh học phân tử ngày càng được ứng dụng nhiều vào việc sàng lọc, lai tạo, nhân dòng gen có tính chống chịu cao. Để tạo ra các giống cây trồng chịu mặn thì việc nghiên cứu các gene quy định các tính trạng chống chịu mặn là hết sức quạn trọng, đặc biệt là các gene mã hóa cho các kênh vận chuyển ion Na+, K+ như họ gene HKT. Trong đó, gene OsHKT1;5 là một gene quan trọng tham gia vào quá trình cân bằng ion của tế bào trong quá trình chống chịu mặn ở cây lúa. Hiện nay, chưa có nghiên cứu nào về gen OsHKT1;5 ở cây lúa được tiến hành ở Việt Nam.
Vì những lý do trên chúng tôi lựa chọn đề tài: “Phân tích tính đa hình v mức đ biểu hiện của gen OsHKT1;5 mã hóa cho protein vận chuyển ion ở cây lúa (Oryza sativa)” với mục đích: 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ - Phân tích đa hình gen OsHKT1;5 ở một số giống lúa có khả năng chịu mặn khác nhau. - Nghiên cứu mức độ biểu hiện của gen OsHKT1;5 đáp ứng với điều kiện mặn ở lúa. 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Đất nhiễm mặn và ảnh hƣởng đến năng suất cây trồng 1. Giới thiệu về đất nhiễm mặn Đất mặn là đất có chứa nhiều muối hòa tan như là: NaCl, Na2SO4, CaCl2, CaSO4, MgCl2, NaHCO3… Nguồn gốc của những loại muối này rất khác nhau (nguồn gốc lục địa, biển hay nguồn gốc từ sinh vật,… ), nhưng nguồn gốc ban đầu của những loại muối này đều xuất phát từ các thành phần khoáng của đá núi lửa. Những loại muối này có nguồn gốc từ muối hòa tan trong quá trình phong hóa đá, chúng di chuyển tập trung ở những dạng địa hình trũng không thoát nước, kết hợp với các yếu tố như đá mẹ, khí hậu khô hạn, mực nước mặn nông và sinh vật ưa muối,… hình thành lên đất mặn [2]. Ở Đồng bằng Sông Cửu Long, cũng như các vùng đất bằng phẳng ven biển khác ở nước ta, đất mặn là loại đất khá phổ biến.
Quá trình đất bị mặn hóa có liên quan chặt chẽ với vị trí địa lý, địa hình, tác động các của dòng chảy, sự hình thành sự xâm lấn, mức độ mặn của nước biển và các hoạt động sản xuất của con người. Ở Việt Nam, đất mặn được hình thành do nước biển dâng lên bởi thủy triều hoặc do nước mặn từ các dòng chảy ngầm di chuyển lên mặt đất, một nguyên nhân khác của sự mặn hóa là vấn đề sử dụng nước mặn từ các kênh tiêu dẫn vào đồng ruộng khi thiếu nước ngọt. Ở một số vùng Việt Nam, có các dòng nước mặn ngầm rất gần với mặt đất, trong canh tác cây trồng cạn sự bốc hơi cũng là nguyên nhân kéo nước mặn lên làm nhiễm mặn đất tầng mặt [2]. Tình hình đất nhiễm mặn ở Việt Nam Việt Nam là nước có bờ biển dài 3.
Hiện nay, dưới tác động của biến đổi khí hậu, băng tan, mực nước biển dâng cao, làm vấn đề mặn hóa có nguy cơ trầm trọng hơn. Theo công bố của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2012 thì Việt Nam là 1 trong 5 nước trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu. Chỉ tính riêng mực nước biển nếu dâng 75 cm đã làm cho 19% diện tích khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bị ngập. Nếu nước biển 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ dâng 1m vào năm 2100, sẽ làm ngập gần 38% diện tích khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
Theo Hồ Quang Đức (2010) cả nước có khoảng trên 1 triệu ha đất mặn, chủ yếu ở các tỉnh vùng đồng bằng sông Cửu Long, ngoài ra có một ít đất mặn nội địa phân bố ở Binh Thuận và Bình Thuận, gọi là đất mặn kiềm [2]. Ảnh hưởng của mặn tới năng suất, chất lượng cây lúa Diện tích gieo trồng những năm gần đây có xu hướng giảm, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu (hạn hán, nhiễm mặn), do chuyển đổi mục đích sử dụng đất, chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Theo báo cáo số 152/BC-TCTK ngày 28/6/2017 của Tổng cục Thống kê, tính riêng vụ đông xuân 2017, hai vùng có diện tích đất lúa giảm nhiều nhất là vùng Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long vốn được coi là hai vựa lúa của cả nước. Tại vùng Đồng bằng sông Hồng, diện tích gieo trồng lúa đông xuân 2017 đạt 536,2 nghìn ha, giảm 10,1 nghìn ha, bằng 98,2% so vùng kỳ năm trước.
Trong đó có đến 1,9 nghìn ha là diện tích bỏ hoang, ô nhiễm. Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, diện tích xuống giống lúa đông xuân năm nay đạt 1.539,4 nghìn ha, giảm 16,3 nghìn ha, bằng 99,0% so cùng kỳ; diện tích không sản xuất (bỏ hoang, ô nhiễm,.) là 1,4 nghìn ha [1]. Nguyên nhân chủ yếu của việc giảm diện tích trồng lúa là do biến đổi khí hậu, chuyển đổi mục đích sử dụng đất, trong đó là nhiễm mặn được coi là một tác hại trực tiếp do biến đổi khí hậu gây ra. Cơ chế tác đ ng của đất nhiễm mặn đến cây trồng Việc dư thừa muối trong đất đã làm tăng áp suất thẩm thấu của các dung dịch trong đất.
Ở điều kiện nồng độ muối tan trong đất nhỏ hơn nồng độ dịch tế bào trong rễ, cây có thể dễ dàng lấy được nước và chất khoáng từ đất do áp suất thẩm thấu và sức hút nước của rễ cây lớn hơn áp suất thẩm thấu và sức hút nước của đất. Nếu nồng độ muối tan trong đất tăng cao dẫn đến mức sức hút nước của đất cao hơn sức hút nước của rễ thì chẳng những cây không lấy được nước trong đất mà còn mất nước vào đất. Do đó, cây không hấp thu được lượng nước cần thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển, nhưng quá trình thoát hơi nước của lá vẫn diễn ra bình thường làm mất cân bằng nước gây nên hạn sinh lý. Vì vậy, việc tăng 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ nồng độ muối hòa tan trong đất quá mức là nguyên nhân quan trọng nhất gây hại cho cây trồng trên đất mặn.
Các đáp ứng sinh lý ở các loại cây khác nhau là khác nhau, dẫn đến khả năng chịu mặn khác nhau của một số loại cây trồng. Dưới đây là bảng trình bày khả năng chịu mặn của một số loại cây trồng theo nồng độ muối. Khả năng chịu mặn một số loại cây trồng [46] Ngƣỡng chịu mặn STT Cây trồng Tên khoa học EC Nồng đ (dS/m) muối tan (‰) 1 Bắp Zea mays L. 1,7 1,088 2 Đậu phộng Arachis hypogaea L.
3,0 1,92 4 Đậu nành Glycine max (L.) Merrrill 5,0 3,2 5 Củ cải đường Vulgaris Beta L. (Capitata Group) 1,8 1,152 8 Cà rốt Daucus carota L. 1,0 0,64 9 Đậu đũa Vigna unguiculata (L. 4,9 3,136 10 Dưa leo Cucumis sativus L.
2,5 1,6 Solanum 11 Cà tím 1,1 0,704 melongena L. 12 Tỏi Allium sativum L. 4,9 3,136 14 Khoai lang Ipomoea batatas (L.) 15 Cà chua Karst.] 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ 16 Nho Vitis Vinifera L. 1,5 0,96 17 Bưởi Citrus x paradisi Macfady.
1,2 0,768 18 Ổi Psidium guajava L. 4,7 3,008 19 Cam Citrus sinensis (L.) Osbeck 1,3 0,832 Chống chịu mặn ở thực vật là cơ chế được điều khiển bởi nhiều yếu tố. Đối với những loài nhạy cảm với độ mặn như Arabidopsis thaliana và Oryza sativa, ức chế sinh trưởng thường xảy ra ở nồng độ 100 mM NaCl, trong khi loài Atriplex amnicola có thể phát triển ở 600 mM NaCl [48]. Thực vật có nhiều cách khác nhau để thích ứng với stress mặn.
Khi tiếp xúc với điều kiện stress mặn, cây thường biểu hiện kiểu hình già yếu như cháy xém lá. Một số phản ứng bên trong như giảm sự thoát hơi nước ở các lá bị cháy xém, chuyển hướng các nguồn năng lượng và dinh dưỡng đến cho lá non, đỉnh sinh trưởng và bảo vệ các cơ quan quan trọng bởi sự tích lũy các ion gây độc trong các lá già yếu [12]. Khả năng chịu mặn trong nhiều thực vật tỷ lệ nghịch với mức độ tích lũy Na+ trong thân, đặc biệt là ở các cây lương thực như lúa mì và gạo, là những cây có khả năng chịu mặn kém [60]. Có rất nhiều yếu tố dẫn đến khả năng chịu mặn khác nhau giữa các loài, trong đó các protein vận chuyển chất tan là một yếu tố đặc biệt quan trọng, điển hình như các protein vận chuyển Na+ [38; 44].
Ion Na+ được phát hiện là có sự tích lũy khác nhau giữa các loại tế bào của lá. Sự tích lũy Na+ ở các tế bào biểu bì lá do hoạt động của các kênh cation không chọn lọc, tránh gây độc cho các mô quang hợp [32]. Dựa vào cơ chế tác động của stress mặn do tích lũy/vận chuyển ion Na + nên protein tham gia vận chuyển Na+ đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa cân bằng nội môi Na+ (homeostasis). Ở thực vật, có thể nhận thấy nhóm gen tham gia mã hóa protein vận chuyển các ion Na+ bao gồm 3 họ gen chính là HKT, NHX và SOS [63].
6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Trần Xuân An Luận văn thạc sĩ Hình 1. Các con đƣờng điều hòa chống chịu stress mặn ở thực vật [64] Trong hình 1.