Thạc Sĩ Luận văn Thạc sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu phục vụ chọn tạo giống bằng kỹ thuật

LUẬN VĂN THẠC SĨ DÀI 134 trang CÓ FILE WORD

Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ ảnh chụp đồ thị

MỞ ĐẦU . 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục đích của đề tài . 2
3. Yêu cầu của đề tài 2
4. Ý nghĩa của đề tài . 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Tình hình nghiên cứu mô tế bào thực vật . 4
1.1.1. Lịch sử phát triển 4
1.1.1.1. Giai đoạn khởi xướng (1898-1930) 4
1.1.1.2. Giai đoạn nghiên cứu sinh lý (1930 -1950) 4
1.1.1.3. Giai đoạn phát sinh hình thái (1950 - 1960) . 5
1.1.1.4. Giai đoạn nghiên cứu di truyền (1960 đến nay) 6
1.1.2. Tình hình nuôi cấy bao phấn lúa trên thế giới 6
1.1.3. Tình hình nuôi cấy bao phấn ở Việt Nam 10
1.2. Khái niệm nhân giống Invitro 12
1.3. Cơ sở khoa học của nuôi cấy Invitro 12
1.3.1. Tính toàn năng của tế bào . 12
1.3.2. Sự phân hoá và phản phân hoá tế bào 13
1.3.3. Cơ chế di truyền thông qua các hệ tế bào 14
1.3.4. Môi trường nuôi cấy (môi trường dinh dưỡng) 15
1.3.4.1. Khái niệm 15
1.3.4.2. Một số môi trường cơ bản 15
1.3.6. Điều kiện ánh sáng và nhiệt độ 20
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ ảnh chụp đồ thị

MỞ ĐẦU . 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục đích của đề tài . 2
3. Yêu cầu của đề tài 2
4. Ý nghĩa của đề tài . 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Tình hình nghiên cứu mô tế bào thực vật . 4
1.1.1. Lịch sử phát triển 4
1.1.1.1. Giai đoạn khởi xướng (1898-1930) 4
1.1.1.2. Giai đoạn nghiên cứu sinh lý (1930 -1950) 4
1.1.1.3. Giai đoạn phát sinh hình thái (1950 - 1960) . 5
1.1.1.4. Giai đoạn nghiên cứu di truyền (1960 đến nay) 6
1.1.2. Tình hình nuôi cấy bao phấn lúa trên thế giới 6
1.1.3. Tình hình nuôi cấy bao phấn ở Việt Nam 10
1.2. Khái niệm nhân giống Invitro 12
1.3. Cơ sở khoa học của nuôi cấy Invitro 12
1.3.1. Tính toàn năng của tế bào . 12
1.3.2. Sự phân hoá và phản phân hoá tế bào 13
1.3.3. Cơ chế di truyền thông qua các hệ tế bào 14
1.3.4. Môi trường nuôi cấy (môi trường dinh dưỡng) 15
1.3.4.1. Khái niệm 15
1.3.4.2. Một số môi trường cơ bản 15
1.3.6. Điều kiện ánh sáng và nhiệt độ 20
1.3.6.1. Ánh sáng: . 20
1.3.6.2. Nhiệt độ . 21
1.3.7. Vật liệu nuôi cấy . 21
1.3.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy mô, tế bào . 21
1.3.8.1. Kiểu gen của cây cho bao phấn . 21
1.3.8.2. Giai đoạn phát triển của bao phấn . 22
1.3.8.3. Điều kiện sinh lý của cây cho bao phấn . 22
1.3.8.4. Nhiệt độ và thời gian xử lý đòng . 23
1.4. Các giai đoạn chính trong nuôi cấy mô tế bào thực vật 24
1.4.1. Khái niệm nuôi cấy bao phấn 24
1.4.2. Các giai đoạn chính . 25
1.4.2.1. Giai đoạn 1: Chuẩn bị 25
1.4.2.2. Giai đoạn 2: Cấy mẫu tạo mô sẹo . 25
1.4.2.3. Giai đoạn 3: Tái sinh chồi 25
1.4.2.4. Giai đoạn 4: Nhân nhanh chồi 25
1.4.2.5. Giai đoạn 5: Cấy tạo rễ . 26
1.4.2.6. Giai đoạn 6: Đưa cây tái sinh trở về điều kiện sống tự nhiên

1.5. Kỹ thuật đơn bội Invitro và công tác giống cây trồng 26
1.5.1. Cây đơn bội 26
1.5.2. Kỹ thuật đơn bội trong công tác chọn tạo giống cây trồng . 27
1.5.2.1. Tạo cây từ hạt phấn của các dòng lai F1 . 27
1.5.2.2. Ứng dụng kỹ thuật đơn bội trong chọn tạo giống mới và dòng thuần ở cây lúa . 29
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 32
2.1. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu . 32
2.1.1 Vật liệu 32
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 32
2.1.2.1. Điều kiện nghiên cứu . 32
2.1.2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành . 33
2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu . 33
2.2.1. Nội dung nghiên cứu . 33
2.2.1.1. Nội dung nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 33
2.2.1.2. Nội dung nghiên cứu ở đồng ruộng 34
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu 34
2.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 34
2.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng 40
2.2.2.3. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi đánh giá 42
2.3. Xử lý số liệu: . 46

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 47
3.1. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 47
3.1.1. Ảnh hưởng của thời gian xử lý lạnh đến khả năng tạo mô sẹo
(callus) của mẫu cấy . 47
3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng đến tỷ lệ sống của mẫu
cấy 50
3.1.3. Ảnh hưởng của các loại môi trường (MS và N6) đến khả năng tạo callus từ bao phấn lúa . 53
3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ 2.4D đến khả năng hình thành callus
của bao phấn . 54
3.1.5. Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến khả năng hình thành callus của bao phấn . 56
3.1.7. Ảnh hưởng của nồng độ BAP đến khả năng tái sinh chồi xanh 62
3.1.8. Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến khả năng ra rễ của mẫu cấy
(sau 20 ngày nuôi cấy) 66
3.1.9. Ảnh hưởng của môi trường thuần dưỡng đến khả năng sinh trưởng của cây 70
3. 2. Kết quả nghiên cứu ở ngoài đồng ruộng . 76
3.2.1. Sơ bộ đánh giá về các giai đoạn sinh trưởng và thời gian sinh trưởng của các dòng lúa trong vụ mùa năm 2008 77
3.2.3. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng lúa trong vụ mùa 2008. . 82
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 86
1. Kết luận 86
1.1. Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: . 86
1.2. Kết quả nghiên cứu ngoài đồng ruộng. . 86
4.2. Đề nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của thời gian xử lý lạnh đến khả năng tạo mô sẹo của các tổ hợp nghiên cứu (Sau 30 ngày) 47
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng đến tỷ lệ sống của các tổ hợp nghiên cứu (Sau 30 ngày) . 51
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của các loại môi trường (MS và N6) đến khả năng tạo callus từ bao phấn lúa (Sau 40 ngày) 53
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ chất 2,4D đến tỷ lệ tạo thành callus của các tổ hợp nghiên cứu (Sau 40 ngày) 54
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ chất NAA đến tỷ lệ tạo callus của các tổ hợp nghiên cứu (Sau 40 ngày) 57
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ chất Kinetin đến tỷ lệ chồi xanh, chồi bạch tạng của các tổ hợp nghiên cứu (Sau 40 ngày) 59
Bảng 3.7(a): Ảnh hưởng của nồng độ BAP đến khả năng tái sinh chồi xanh 62

Bảng 3.7(b): Ảnh hưởng của nồng độ BAP đến khả năng tái sinh chồi xanh ở các công thức nghiên cứu, thuộc tổ hợp KimA/R17 (Sau 20 ngày) . 64
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến khả năng ra rễ của mẫu cấy ở các công thức thí nghiệm của tổ hợp KimA/R278 và KimA/R17 . 67
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của các môi trường thuần dưỡng đến tỷ lệ sống của cây lúa (sau 20 ngày nuôi dưỡng) . 71
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của một số môi trường thuần dưỡng đến chiều dài rễ, chiều cao cây, số lá và số nhánh sau 20 ngày nuôi cấy 72
Bảng 3.11: Các giai đoạn sinh trưởng và thời gian sinh trưởng của các dòng lúa trong vụ mùa năm 2008 77
Bảng 3.12: Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ của các dòng lúa tạo ra từ nuôi cấy bao phấn. 80
Bảng 3.13: Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng lúa tạo ra từ nuôi cấy bao phấn (vụ mùa 2008) . 83

DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

1. Danh mục biểu đồ

Biểu đồ 3.1(a): Ảnh hưởng của thời gian xử lý lạnh đến khả năng tạo mô sẹo và tỷ lệ chết của mẫu cấy tổ hợp KimA/R278 48
Biểu đồ 3.1(b): Ảnh hưởng của thời gian xử lý lạnh đến khả năng tạo mô sẹo và tỷ lệ chết của mẫu cấy tổ hợp KimA/R278 49
Biểu đồ 3.2(a): Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng đến tỉ lệ sống, chết của mẫu cấy tổ hợp Kim A/R278 . 51
Biểu đồ 3.2(b): Ảnh hưởng của nồng độ chất khử trùng đến tỉ lệ sống, chết của mẫu cấy tổ hợp Kim A/R17 . 52
Biểu đồ 3.4(a): Ảnh hưởng của nồng độ chất 2,4D đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R278 . 55
Biểu đồ 3.4(b): Ảnh hưởng của nồng độ chất 2,4D đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R17 . 55
Biểu đồ 3.5(a): Ảnh hưởng của nồng độ chất NAA đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R278 . 57
Biểu đồ 3.5(b): Ảnh hưởng của nồng độ chất NAA đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R17 58
Biểu đồ 3.6(a): Ảnh hưởng của nồng độ chất Kinetin đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R17 . 60
Biểu đồ 3.6(b): Ảnh hưởng của nồng độ chất Kinetin đến tỷ lệ tạo thành callus và tỷ lệ chết ở các công thức của tổ hợp KimA/R17 . 60
Biểu đồ 3.7(a): Ảnh hưởng của nồng độ BAP đến khả năng tái sinh chồi xanh ở các công thức nghiên cứu, thuộc tổ hợp KimA/R278 ) 63
Biểu đồ 3.8(a): Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến khả năng ra rễ của mẫu cấy ở các công thức nghiên cứu, thuộc tổ hợp KimA/R278) 68

Biểu đồ 3.8(b): Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến khả năng ra rễ của mẫu cấy ở các công thức nghiên cứu, thuộc tổ hợp KimA/R17) 68
Biểu đồ 3.10(a): Ảnh hưởng của các môi trường thuần dưỡng đến khả năng sinh trưởng của cây lúa (thuộc tổ hợp KimA/R278) . 73
Biểu đồ 3.10(b): Ảnh hưởng của các môi trường thuần dưỡng đến khả năng sinh trưởng của cây lúa (thuộc tổ hợp KimA/R17 80
Biểu đồ 3.11: Thời gian sinh trưởng của các dòng lúa thí nghiệm và giống lúa đối chứng Khang dân 18 84
Biểu đồ 3.12: Năng suất của các dòng lúa thí nghiệm và giống lúa đối chứng
Khang dân 18 ở vụ mùa năm 2008 tại Thái Nguyên 89

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Chồi lúa tái sinh sau 20 ngày nuôi cấy 61

Hình 2 : Chồi lúa tái sinh từ callus sau 25 ngày nuôi cấy 64
Hình 3 : Chồi lúa mới cấy trên môi trường ra rễ 66
Hình 4: Cây lúa KimA/R278 sau 1 tuần cấy trên môi trường ra rễ .69
Hình 5: Cây lúa non được đánh giá ngoài đồng ruộng .77
Hình 6: Cây lúa TN83 (trái) và TN84 (phải) ở giai đoạn chín sinh lý 85



1. Đặt vấn đề

MỞ ĐẦU

Cây lúa (Oryza sativa L) là cây lương thực giữ vai trò quan trọng hàng đầu. Mỗi năm, khoảng 1/2 dân số thế giới sử dụng lúa gạo làm lương thực chính. Lúa được trồng phổ biến ở các nước Châu á, Châu Phi, Châu Mĩ La Tinh. Đối với các nước Châu như: Ấn Độ, Trung Quốc, Inđônêxia, Băngladesh, Miến Điện, Thái Lan và Việt Nam thì lúa gạo là cây lương thực đặc biệt quan trọng trong đời sống con người.
Trong những năm gần đây, cùng với đà tăng dân số, sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp và đô thị hoá nông thôn làm cho diện tích đất trồng trọt ngày càng thu hẹp lại. Nếu mở rộng diện tích sẽ gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém. Để đáp ứng đủ nhu cầu lúa gạo của người tiêu dùng và an ninh lương thực quốc gia, các nhà tạo giống phải tìm cách làm tăng năng suất, sản lượng lúa trên diện tích đất trồng không thể mở rộng. Phương án sử dụng các biện pháp kỹ thuật thâm canh trên những giống lúa cao sản, chịu thâm canh là thích hợp nhất.
Bằng các phương pháp lai hữu tính, phương pháp chuyển gen bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ vào các giống lúa thuần, phương pháp xử lý đột biến v.v các nhà tạo giống đã có nhiều thành công với những giống mới có năng suất và sản lượng cao. Song việc sử dụng các phương pháp tạo giống như đã nói ở trên tuy có tạo ra những tổ hợp lai năng suất cao nhưng độ thuần chưa ổn định. Mặt khác, nếu áp dụng phương pháp chuyển gen bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ vào các giống lúa thuần rồi chọn thuần như các giống lúa thuần thì phải mất khoảng 10 vụ bởi vì giống bất dục đực mẫn cảm với nhiệt độ chỉ kết hạt trong điều kiện nhiệt độ < 240C. Như vậy, thời gian từ tạo được giống đến khi phổ biến sản xuất thực tiễn đại trà phải mất 10 năm. Trong những năm gần đây, việc ứng dụng biện pháp nuôi cấy bao phấn tạo các dòng nhị bội, nhanh chóng tạo các giống lúa thuần có năng suất cao, chống chịu tốt, đã thu được nhiều kết quả. Đó là phương pháp tạo dòng thuần nhanh và hiệu quả nhất.
Tuy nhiên, mỗi dòng lúa với những tính trạng di truyền khác nhau, sẽ có hàm lượng Auxin trong cây khác nhau do đó sẽ có những phản ứng khác nhau với điều kiện nuôi cấy. Để thành công trong việc tạo các dòng thuần bằng kỹ thuật nuôi cấy đó thì phải xác định được những yêu cầu về vật liệu cấy, môi trường dinh dưỡng, các tác nhân vật lý, hoá học của các dòng lúa và đánh giá được khả năng thích ứng của chúng trên đồng ruộng.
Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu phục vụ chọn tạo giống bằng kỹ thuật nuôi cấy bao phấn ở cây lúa”
2. Mục đích của đề tài

- Xác định được mức ảnh hưởng của các nhân tố: vật lý, môi trường nuôi cấy, nồng độ hormon kích thích sinh trưởng đến khả năng tạo mô sẹo, tái sinh chồi và ra rễ trong quá trình tạo cây lúa hoàn chỉnh bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn.
- Tạo được dòng thuần trong quá trình nuôi cấy

- Bước đầu đánh giá được dòng có triển vọng cho năng suất cao, thích nghi với điều kiện sinh thái đồng ruộng ở Thái Nguyên, có khả năng làm vật liệu khởi đầu trong công tác tạo giống lúa ưu thế lai.