MỞ ĐẦU Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng cho khoảng 2/3 dân số thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, thế giới có khoảng 156,1 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lƣợng là 697,9 triệu tấn, 90% diện tích này thuộc các nƣớc châu Á với 651 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lƣợng lúa gạo thế giới. (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2010)[3] Ở Việt Nam lúa là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn 89 triệu dân với diện tích khoảng 7,4 triệu ha, năm 2010 sản xuất đƣợc 39,710 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,493 triệu tấn đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo sau Thái Lan. Ƣớc tính năm 2011 sản xuất khoảng 41,05- 41,5 triệu tấn.
Nƣớc ta có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) diện tích 3,79 triệu ha chiếm 50% sản lƣợng lúa cả nƣớc và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) diện tích 1,18 triệu ha chiếm 17% sản lƣợng. (Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2009); MPI, 2009)[2][60] Trên thế giới, an ninh lƣơng thực không chỉ là vấn đề với các nƣớc nghèo mà nó đang trở thành vấn đề có tính toàn cầu. Dân số thế giới liên tục tăng (khoảng 7 tỷ ngƣời năm 2011) trong khi diện tích đất dành cho việc trồng lúa hầu nhƣ không tăng mà ngày càng giảm do đất đƣợc chuyển sang sử dụng cho các mục đích khác nhƣ xây dựng khu công nghiệp, trƣờng học, nhà ở, khu du lịch. Bên cạnh đó, các dấu hiệu về sự biến đổi khí hậu hiện nay đã có thể nhận thấy nhƣ trái đất đang nóng lên, băng tan ở hai cực, bão lũ xảy ra thƣờng xuyên.
Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình hàng năm tăng 0,10C và mực nƣớc biển tăng 2,5 – 3,0 cm mỗi năm trong thập kỷ qua. Tính đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở Việt Nam sẽ tăng khoảng 2,30C và mực nƣớc biển tăng 75 cm tính theo mức trung bình các năm 1980 – 1999. Hàng năm có tới trên 20 triệu hecta chịu ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng tại Nam và Đông Nam châu Á, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh hƣởng do hậu quả của nƣớc biển dâng vào cuối thế kỷ (MONRE, 2009)[61] 1 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Do vậy, để ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, các nhà khoa học trên thế giới ở các lĩnh vực khác nhau không ngừng nghiên cứu các khả năng làm giảm thiểu những yếu tố, tác nhân gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng trái đất, quan tâm tới các nguồn năng lƣợng sạch trong tƣơng lai, tạo ra và phát triển các loại cây lƣơng thực vừa có năng suất, chất lƣợng cao, vừa thân thiện, thích nghi và bền vững trong điều kiệu môi trƣờng thay đổi khắc nghiệt. Hầu hết các loại cây trồng đều có tiềm năng chống chịu với các điều kiện sinh học và phi sinh học bất lợi.
Tuy nhiên, các giống cây trồng có khả năng chống chịu này thƣờng thuộc loài hoang dại, đi kèm với một số tính trạng không mong muốn khác nhƣ năng suất rất thấp, cao cây. Các nhà chọn giống hiện nay đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc đƣa gen quy định tính chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất lợi từ giống này sang giống khác do sự đổ vỡ tính kháng và bản chất đa gen liên quan đến tính kháng của các tính trạng. Thêm vào đó, các chƣơng trình chọn giống cây trồng đặt ra hiện nay còn phải tính đến khả năng đối phó với các tác động kép của nhiều yếu tố phi sinh học bất lợi, xảy ra đồng thời trong cùng một thời vụ cây trồng do tác động của biến đổi khí hậu. Nhƣ vụ lúa Đông Xuân năm 2011 ở Việt Nam, cây trồng phải đối phó với thời tiết lạnh đầu vụ ở miền Bắc làm ảnh hƣởng tới khả năng sinh trƣởng phát triển của cây và thời tiết khô nóng ở thời điểm trỗ muộn, ĐBSCL đầu vụ hạn hán cuối vụ thiếu nƣớc ngọt do xâm nhập mặn sâu vào nội đồng với nồng độ mặn cao, điều này sẽ có khả năng ảnh hƣởng tới năng suất.
Định hƣớng chọn tạo giống chống chịu với điều kiện phi sinh học và sinh học nói chung trong thời gian tới là tạo giống bằng cách quy tụ nhiều gen khác nhau vào một giống lúa ƣu việt nhờ công nghệ sinh học. Do vậy, việc chọn tạo nhanh những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lƣợng tốt, mang nhiều gen chống chịu với các điều kiện phi sinh học là công việc đƣợc quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác. Bƣớc đột phá trong việc chọn giống chịu ngập chìm trở nên có thể thực hiện đƣợc sau khi các vùng chính trên nhiễm sắc thể (Quantitative trait loci- QTLs) điều 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học khiển tính chống chịu ngập chìm đƣợc xác định. Việc phát triển và sử dụng chỉ thị phân tử để đẩy nhanh quá trình quy tụ gen đó vào những giống mới năng suất cao thông qua phƣơng pháp chọn giống lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử (marker assisted backcrossing - MABC; Thomson và ctv., 2009; Septiningsih và ctv., 2009; Singh và ctv., 2009) [87][77][78] đã đạt đƣợc các kết quả bƣớc đầu.
Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) cho phép rút ngắn thời gian chọn lọc, và chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều gen cùng một lúc. Bằng con đƣờng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại nhiều gen chống chịu mặn, hạn, lạnh, chống chịu độc tố nhôm, sắt và gen quy định chất lƣợng đã đƣợc quy tụ thành công vào một số dòng lúa ở các nƣớc có nền công nghệ sinh học phát triển. Đối với gen chống chịu ngập cho đến nay các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã xác định đƣợc một số các chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen có thể ứng dụng trong chọn giống, sử dụng phƣơng pháp MABC để chọn giống chịu ngập chìm. Để góp phần tạo ra giống lúa có khả năng chịu ngập chìm ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất, chúng tôi thực hiện đề tài: ―Ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm”.
Đề tài đƣợc đề ra với mục tiêu cụ thể sau: - Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại để quy tụ gen chịu ngập (Sub1) đã đƣợc xác định trƣớc vào giống lúa năng suất cao đang đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam với thời gian ngắn đáp ứng nhu cầu giống trong sản xuất. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu và vật liệu cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về gen chịu ngập (Sub1) trên cây lúa, đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng chịu ngập, năng suất cao, phù hợp với điều kiện canh tác lúa vùng ngập lụt, giúp ngƣời nông dân tăng thêm thu nhập, giảm đói nghèo. 3 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO 1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Những biến đổi này đƣợc gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây có thêm hoạt động của con ngƣời. (IPCC,2007, Nguyễn Văn Cƣờng) [8] [47] Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của một khu vực mà là vấn đề toàn cầu.
Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, mực nƣớc biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tƣơng lai. Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng đƣợc trồng ở các vùng đất thấp hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia nhƣ Việt Nam, Bangladesh, Ấn Độ.
Những khu vực này lại có nguy cơ bị nƣớc biển xâm nhập khi mực nƣớc biển dâng cao, cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng đƣợc cả tình trạng ngập nƣớc lẫn độ mặn cao. Lâu nay, châu Á là nơi sản xuất và tiêu thụ gạo cao nhất trên thế giới. Ngoài ra, châu Á còn là nơi xuất khẩu gạo chủ yếu. Trong đó, Thái Lan là nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất toàn cầu, lƣợng xuất khẩu hàng năm lên tới 9 triệu tấn.
Xét tới những thiệt hại trực tiếp trong lĩnh vực nông nghiệp cũng nhƣ tính thời vụ của sản xuất lƣơng thực của các nƣớc khu vực này, các chuyên gia cho rằng, ngoài một số nƣớc khu vực Đông Nam Á có thể phải đối mặt với khan hiếm gạo, 4 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học lƣợng cung cầu gạo trên thị trƣờng thế giới cũng sẽ bị thu hẹp ở mức độ nhất định, giá gạo chắc chắn sẽ tăng cao. Mỗi năm lũ lụt đã làm mất hàng triệu tấn lúa - chiếm khoảng 25% sản lƣợng lúa gạo, thất thoát hàng tỷ USD. Trong đó phổ biến nhất là ở châu Á, nơi sản xuất hơn 90% lúa gạo thế giới. Theo thống kê mới nhất của Tổ chức Nông lƣơng thế giới (FAO) hàng loạt hoa màu bao gồm lúa gạo bị tàn phá mang tính hủy hoại, trong đó diện tích lúa bị mất trắng ở các nƣớc nhƣ Thái Lan khoảng 12,5%, Philippines khoảng 6%, Campuchia khoảng 12%, Lào khoảng 7,5% và Việt Nam khoảng 0,4 %.
Ngoài ra, giá gạo trong nƣớc Campuchia, Việt Nam và Thái Lan cũng bắt đầu tăng, trong đó mức tăng giá gạo ở Campuchia dự đoán sẽ lên tới 50%. Ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dâng đến khu vực Đông Á 1m 2m 3m 4m 5m Diện tích (Tổng = 14.767 km2) Khu vực ảnh hƣởng 74.,089 % trong tổng số 0,52 0,84 1,.26 1,76 2,30 Dân số (Tổng = 1.