Tiến Sĩ Phát triển vật liệu lúa cẩm theo hướng tăng khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
4. Những đóng góp mới của luận án 2
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3
6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
6.1. Đối tượng nghiên cứu 3
6.2. Phạm vi nghiên cứu 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Nguồn gốc - phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 4
1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp 4
1.1.2. Phân biệt lúa nếp và lúa tẻ 5
1.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền trong chọn tạo giống lúa 7
1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 7
1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa 13
1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu về đa dạng di truyền ở lúa 15
1.3. Quang hợp và năng suất ở lúa 19
1.3.1. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất lúa 19
1.3.2. Một số kết quả nghiên cứu về quang hợp ở cây lúa 20
1.4. Di truyền một số tính trạng ở cây lúa 22
1.4.1. Di truyền một số tính trạng chất lượng gạo 22 1.4.2. Di truyền tính trạng màu sắc vỏ trấu 25
1.4.3. Di truyền tính trạng màu sắc hạt gạo lật 26
1.4.4. Di truyền tính trạng về góc và chiều dài lá đòng, lá công năng 28
1.5. Di truyền tính kháng bệnh bạc lá ở lúa 29
1.5.1. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa 29
1.5.2. Đặc tính gây bệnh 30
1.5.3. Các chủng vi khuẩn 31
1.5.4. Mối quan hệ ký sinh –ký chủ, thuyết “gen đối gen” 32
1.5.5. Tổng hợp nghiên cứu về bệnh bạc lá lúa 33
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40
2.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu 40
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 40
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu 41
2.1.3. Thời gian nghiên cứu 41
2.2. Nội dung nghiên cứu 41
2.3. Phương pháp nghiên cứu 41
2.3.1. Thí nghiệm đánh giá các đặc điểm nông sinh học của các mẫu
giống lúa cẩm 41
2.3.2. Phương pháp chỉ thị phân tử 42
2.3.3. Phương pháp lây nhiễm vi khuẩn bạc lá nhân tạo 44
2.3.4. Phương pháp lai 45
2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm so sánh giống 46
2.3.6. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về chất lượng 46
2.3.7. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về quang hợp 49
2.3.8. Phương pháp phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ 50
2.3.9. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan cơm bằng cho điểm 50
2.3.10. Một số công thức sử dụng 50
2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu 51
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52
3.1. Thu thập và đánh giá nguồn vật liệu lúa cẩm 52 3.1.1. Kết quả thu thập và phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ của các mẫu giống
lúa cẩm 52
3.1.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu
giống lúa cẩm 54
3.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống lúa cẩm bằng chỉ thị SSR 63
3.1.4. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của
các mẫu giống lúa cẩm 68
3.2. Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm 81
3.2.1. Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 81
3.2.2. Phương pháp lai tạo áp dụng 84
3.2.3. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng đặc trưng ở
một số tổ hợp lai giữa các giống nếp cẩm và dòng đẳng gen
IRBB21 84
3.3. Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng tẻ cẩm mới kháng bệnh bạc lá 95
3.3.1. Chọn lọc dòng cải tiến mới 95
3.3.2. Đặc điểm nông sinh học của các dòng tẻ cẩm mới 97
3.3.3. Đánh giá khả năng kháng bạc lá của các dòng tẻ cẩm mới 107
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111
1. Kết luận 111
2. Đề nghị 112
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO 114
PHỤ LỤC 126
1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, số lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng đều
đặn, đến năm 2012 lượng gạo xuất khẩu đạt tới 8,017 triệu tấn, thu về trên 3,5 tỷ
đôla. Số lượng xuất khẩu gạo của Việt Nam đứng thứ 2 trên thế giới sau Ấn Độ.
Như vậy, Việt Nam không còn phải lo việc đủ ăn nữa mà tiến tới ăn ngon, ăn vì
sức khỏe và quan tâm hơn đến các giống lúa đặc sản.
Lúa đặc sản là loại lúa cho sản phẩm chất lượng cao và mang tính đặc thù
của từng vùng. Lúa đặc sản bao gồm các giống lúa thơm, lúa nếp và một số giống
lúa Japonica được trồng ở các vùng sinh thái khác nhau của Việt Nam. Trong các
giống lúa đặc sản thì các giống lúa nếp và nếp cẩm được trồng từ lâu đời và được
sử dụng với nhiều mục đích khác nhau trong đời sống hàng ngày ở nước ta cũng
như các nước trên thế giới (Nguyễn Hữu Nghĩa và Lê Vĩnh Thảo, 2007). Gạo nếp
cẩm có màu đen còn gọi là bổ huyết mễ, là loại gạo có hàm lượng giá trị dinh
dưỡng cao như: hàm lượng protein trong gạo nếp cẩm cao hơn 6,8%, chất béo
cao hơn 20% so với gạo khác, ngoài ra trong gạo nếp cẩm còn chứa caroten, 8
loại axit amin, chứa anthocyanin và các nguyên tố vi lượng (sắt, kẽm) cần thiết
cho cơ thể (UPI, 2010). Tuy nhiên, các giống nếp cẩm địa phương thường có
màu tím trên các bộ phận cây lúa, góc lá đòng và lá công năng ngang đến gập
xuống nên khả năng quang hợp không cao, năng suất thấp, nhiễm bệnh bạc lá,
cao cây, thời gian sinh trưởng dài và thường phản ứng với ánh sáng ngày ngắn
nên chỉ trồng được một vụ trong năm. Hơn nữa các giống lúa này đang dần mất
đi nên cần được nghiên cứu và bảo tồn. Việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen tập
đoàn lúa cẩm không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo tồn các giống lúa đặc sản bản
địa mà còn có ý nghĩa trong công tác chọn tạo giống lúa cẩm mới.
Các giống lúa có các màu sắc khác ở vỏ trấu và vỏ cám như màu đỏ, tía
hoặc đen thường có hàm lượng các chất hữu cơ đặc thù như chất kháng oxy hóa
anthocyanin, vitamin và vi lượng khác đã thu hút các nhà nghiên cứu trong những năm gần đây, bởi vì nó có lợi cho sức khỏe của con người và có thể ngăn
ngừa một số bệnh nguy hiểm. Anthocyanin là chất có khả năng kháng oxy hóa
cao và có hàm lượng cao trong lúa cẩm, hiện nay đang được nghiên cứu nhiều ở
các nước trồng lúa (Kristamtini et al., 2012).
Một vấn đề quan trọng khác là bộ giống lúa phải có khả năng chống chịu
với điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học, trong đó bệnh bạc lá lúa do vi
khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae là một bệnh gây hại nghiêm trọng ở các
vùng trồng lúa trên thế giới, bệnh có thể làm thiệt hại năng suất từ 20-30% (Suh
et al., 2013). Lúa cẩm trong sản xuất hiện nay hầu hết là các giống địa phương,
những nghiên cứu về di truyền và chọn giống lúa cẩm còn hạn chế. Do vậy, để
phát triển sản xuất lúa cẩm có hiệu quả cao cần thiết phải có những nghiên cứu
chọn tạo giống lúa cẩm mới đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn sản xuất.
Từ việc nghiên cứu và đánh giá nguồn vật liệu ban đầu về các tính trạng
quan tâm trên tập đoàn lúa cẩm, ý tưởng tạo ra các vật liệu lúa cẩm có khả năng
quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá để tiến tới tạo ra các giống lúa tẻ cẩm năng
suất cao, kháng bệnh bạc lá và có thể trồng được 2 vụ trong năm từ nguồn vật
liệu nếp cẩm địa phương đã cho chúng tôi có định hướng để thực hiện đề tài này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Phát triển vật liệu lúa cẩm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cẩm
có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá.
3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền,
đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu.
- Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm.
- Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao, kháng
bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới cải tiến.
4. Những đóng góp mới của luận án
- Thu thập và đánh giá được mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu
lúa cẩm mới.