Thạc Sĩ Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu phục vụ chọn tạo giống bằng kỹ thuật nuôi cấy bao phấn ở cây lúa

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
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 cá c 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.
3. Yêu cầu của đề tài
- Xác định được thời gian xử lý lạnh thích hợp nhất đối với nuôi cấy
bao phấn lúa
- Xác định được nồng độ chất khử trùng hypocloratnatri thích hợp nhất
cho xử lý mẫu cấy.
- Xác định được ảnh hưởng của môi trường MS và môi trường N6 đến
khả năng tạo mô sẹo
- Xác định được nồng độ các chất 2,4 D; NAA thích hợp nhất cho quá
trình tạo mô sẹo của mẫu cấy.
- Xác định được nồng độ các chất Kinetin và BAP thích hợp nhất cho
tái sinh chồi từ mô sẹo.
- Xác định được nồng độ chất NAA thích hợp nhất cho quá trình ra rễ từ
chồi xanh.
- Xác định ảnh hưởng của các loại môi trường thuần dưỡng đến quá
trình sinh trưởng của cây lúa.
- Đánh giá sơ bộ năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất và một số
đặc điểm sinh trưởng phát triển, khả năng kháng bệnh của 20 dòng lúa được
tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn.
4. Ý nghĩa của đề tài
* Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học:
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung quy trình kỹ thuật tạo cây lúa
thuần đồng hợp tử bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn. Từ đó làm cơ sở cho
việc chọn các dòng tế bào như:
+ Chọn dòng kháng sâu bệnh.
+ Chọn dòng chịu thâm canh
- Lựa chọn sơ bộ được một số dòng thuần, làm vật liệu khởi đầu cho
công tác tạo giống ưu thế lai.
- Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần định hướng, làm tăng tính khả thi cho
những đề tài nghiên cứu về bao phấn lúa tiếp theo.
* Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất:
Rút ngắn thời gian tạo giống, do đó giảm giá thành sản xuất giống lúa
mới đồng thời nhanh chóng đưa được nhiều giống lúa mới vào sản xuất.
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
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
. 26
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