Tiến Sĩ Tạo giống lúa đột biến ngắn ngày chịu mặn có năng suất và phẩm chất tốt

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu . 1
1.1 Tính cấp thiết . 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2
1.3 Đối tượng nghiên cứu 2
1.4 Phạm vi nghiên cứu . 2
1.5 Nội dung nghiên cứu . 3
1.6 Ý nghĩa khoa học của luận án 3
1.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án . 3
1.8 Điểm mới của luận án 3

Chương 2: Tổng quan tài liệu . 4
2.1 Cơ sở khoa học của hiện tượng đột biến 4
2.1.1 Đột biến 4
2.1.2 Phân loại đột biến . 4
2.1.3 Ưu và nhược điểm của hiện tượng đột biến gen 5
2.1.4 Phương pháp gây đột biến nhân tạo 5
2.2 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa trên thế giới 6
2.2.1 Trung Quốc 6
2.2.2 Ấn Độ . 6
2.2.3 Indonesia 7
2.2.4 Nhật Bản 8
2.2.5 Pakistan 9
2.3 Ứng dụng đột biến trong chọn giống lúa ở Việt Nam . 10
2.3.1 Giống lúa đột biến ở miền Bắc Việt Nam . 10
2.3.2 Chọn giống lúa đột biến ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 10
2.4 Cơ sở chọn giống lúa đột biến bằng nhiệt độ . 12
2.5 Một số quan điểm về dạng hình cây lúa lý tưởng . 13
2.6 Đất mặn . 14
2.6.1 Khái niệm . 14
2.6.2 Các thông số đánh giá đất mặn . 14
2.7 Ngưỡng chống chịu mặn 17
2.7.1 Ngưỡng chống chịu mặn của cây trồng . 17
2.7.2 Ngưỡng chống chịu mặn của cây lúa 18
2.8 Cơ sở về sinh lý về tính chống chịu mặn 19
2.8.1 Ảnh hưởng của ion Na+, K+ 19
2.8.2 Tỉ lệ Na+/K+ 20
2.8.3 Ảnh hưởng của các ion khác . 21
2.8.4 Ảnh hưởng của ABA 21
2.8.5 Tích lũy proline và khả năng chống chịu mặn của lúa . 21
2.9 Cơ sở di truyền của tính chống chịu mặn . 22
2.9.1 Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn . 22
2.9.2 Một số ứng dụng sinh học phân tử trong chọn tạo giống lúa chống
chịu mặn 24
2.10 Một số kết quả nghiên cứu về tính chống chịu mặn qua các giai đoạn
phát triển của cây lúa . 26
2.10.1 Thanh lọc giai đoạn cây con . 26
2.10.2 Thanh lọc giai đoạn tăng trưởng và giai đoạn sinh sản 29
2.11 Một số nghiên cứu trong nước ứng dụng kỹ thuật thanh lọc khả
năng chống chịu mặn trên lúa 29
2.12 Đặc điểm của vùng nghiên cứu 30
2.12.1 Vị trí địa lý . 30
2.12.2 Điều kiện khí hậu thời tiết . 30
2.12.3 Địa hình 31
2.12.4 Tài nguyên đất 31
2.12.5 Tài nguyên nước và chế độ thủy văn . 32
2.12.6 Mô hình canh tác, cơ cấu giống, mùa vụ xã Phước Lại, huyện
Cần Giuộc, tỉnh Long An 34
2.13 Kỹ thuật canh tác trên vùng đất nhiễm mặn trong mô hình lúa tôm 36
2.13.1 Kỹ thuật canh tác lúa 36
2.13.2 Bón phân 36
2.13.3 Quản lý mực nước 37
2.13.4 Thời vụ canh tác lúa – tôm 37
2.13.5 Một số hạn chế của canh tác lúa trong hệ thống lúa – tôm . 37
2.14 Một số hệ thống đánh giá tính chất hóa học đất . 38
2.14.1 Độ chua hiện tại pH H2O . 38
2.14.2 Dung tích hấp phụ cation (CEC) . 38
2.14.3 Đạm tổng số . 39
2.14.4 Lân tổng số . 39
2.14.5 Kali tổng số 39
2.14.6 Hàm lượng Fe2O3 tự do 40
2.14.8 Al trao đổi 40
2.14.9 Sulfate 40

Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu . 41
3.1 Vật liệu nghiên cứu . 41
3.1.1 Thời gian và địa điểm . 41
3.1.2 Vật liệu thí nghiệm . 41
3.1.3 Thiết bị, hóa chất 42
3.2 Phương pháp nghiên cứu . 43
3.2.1 Phương pháp xử lý đột biến 43
3.2.2 Phương pháp chọn dòng đột biến 43
3.2.3 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất
(Bộ Nông Nghiệp & PTNT, 2002) . 44
3.2.4 Phương pháp đánh giá khả năng chống chịu mặn
(Gregorio et al., 1997) . 44
3.2.5 Phương pháp đánh giá khả năng kháng rầy nâu 48
3.2.6 Phương pháp đánh giá phẩm chất hạt gạo . 49
3.2.7 Phương pháp điện di protein SDS-PAGE (Laemmli, 1970) 53
3.2.8 Khảo nghiệm cơ bản . 54
3.2.9 Chỉ tiêu và phương pháp đánh giá . 56
3.2.10 Phương pháp đo nước mặn và phân tích đất mặn 60
3.2.11 Phương pháp phân tích số liệu . 61

Chương 4: Kết quả và thảo luận. 62
4.1 Kết quả xử lý đột biến giống lúa Sỏi mùa 62
4.1.1 Thế hệ M1 . 62
4.1.2 Thế hệ M2 . 64
4.1.3 Thế hệ M3 . 72
4.1.4 Thế hệ M4 . 78
4.2 Kết quả khảo nghiệm cơ bản trong mô hình lúa-tôm 88
4.2.1 Diễn biến độ mặn đất và một số thành phần hóa học đất . 88
4.2.2 Diễn biến độ mặn nước ruộng và pH nước ruộng 90
4.2.3 Kết quả đánh giá khả năng chống chịu mặn qua các giai đoạn
sinh trưởng và phát triển của cây lúa . 91
4.2.4 Đặc tính nông học, thành phần năng suất, năng suất và sâu bệnh 92
4.2.5 Một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo của 4 giống/dòng lúa thí nghiệm . 100

Chương 5 : Kết luận và đề nghị 104
5.1 Kết luận . 104
5.2 Kiến nghị . 104

Các công trình công bố kết quả nghiên cứu của luận án . 105
Tài liệu tham khảo . 106
Phụ lục A: Bảng phân tích phương sai . 125
Phụ lục B : Bảng các tính trạng đặc trưng của giống lúa 128
Phụ lục C: Một số hình ảnh thí nghiệm 131
Phụ lục D: Các giống lúa đột biến trên thế giới và Việt Nam 138
Phụ lục E: Số liệu phân tích đất ngoài đồng 146
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết
Ứng dụng kỹ thuật đột biến trong chọn tạo giống lúa là rất hữu ích đặc
biệt là cải tạo các giống lúa truyền thống đối với một số đặc điểm mà không
thể được cải thiện khi sử dụng phương pháp lai (Ismachin, 2006) [119]. Trong
nhiều năm qua, việc chọn tạo giống lúa đột biến đã đạt được nhiều thành tựu
trên thế giới cũng như trong nước chủ yếu là cải thiện các đặc tính như năng
suất, thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, kháng sâu bệnh, màu sắc phôi hoặc
chọn giống đột biến chống chịu các stress của môi trường như hạn hán, ngập,
mặn (Siwi, 1973; Favret, 1983; Kawai, 1991; Yamaguchi, 2001; Patnaik,
2006; Tran Duy Quy, 2006) [230, 84, 135, 264, 187, 254].
Theo Nguyễn Thị Lang và ctv. (2001) [17], vùng trồng lúa bị nhiễm mặn
ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) ước khoảng 700.000 ha, mặn xâm
nhập từ tháng 12 đến tháng 5, nông dân đã tranh thủ lấy nước mặn để nuôi
tôm; từ tháng 6 đến tháng 12 rửa mặn bằng nước mưa để trồng lúa, tuy nhiên
độ mặn trong đất vẫn còn do quá trình nuôi tôm lấy nước mặn. Vì vậy, việc
chọn giống lúa chống chịu mặn cao ở giai đọan mạ và ngắn ngày (< 120 ngày)
để né mặn vào cuối vụ là yêu cầu cấp thiết hiện nay. Việc xác định cơ chế
kháng mặn ở giai đoạn mạ và giai đoạn trổ đến chín là mục tiêu của nhiều
chương trình chọn giống. Theo Senadhira (1987) [221], giống chống chịu mặn
nổi tiếng Nona Bokra được ghi nhận tốt ở giai đoạn mạ và giai đoạn tăng
tưởng, tuy nhiên ở giai đoạn phát dục thì giống chuẩn kháng Pokkali được ghi
nhận tốt. Giống Đốc Đỏ, và Đốc Phụng chống chịu mặn ở 12 dSm
đã được
đánh giá như nguồn cho gen kháng ở ĐBSCL (Bùi Chí Bửu và ctv., 1995) [3].
Năm 2012, diện tích đất trồng lúa bị nhiễm mặn ở các tỉnh ven biển vùng
Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) tăng nhanh làm thất thu hàng trăm ngàn
hecta diện tích canh tác lúa trong mô hình lúa tôm như Cần Giuộc, Cần Đước,
Tân Trụ, Châu Thành tỉnh Long An; Gò Công Tây và Tân Phú Đông tỉnh Tiền
Giang; Hồng Dân, Giá Rai tỉnh Bạc Liêu; Cái Nước, Phú Tân tỉnh Cà Mau.
Nguyên nhân là do diễn biến mặn thất thường không theo qui luật hàng năm,
năm 2012 mặn lên nhanh và nồng độ mặn cao hơn so với các năm trước (Viện
khoa học thủy lợi miền Nam, 2012) [32].
Vùng hạ huyện Cần Giuộc tỉnh Long An có trên 7000 ha diện tích đất
canh tác, trong đó có khoảng 1300 ha diện tích lúa ngoài đê mô hình canh tác
chủ yếu là lúa 1 vụ và lúa tôm thời gian cấy khoảng tháng 6 âm lịch. Giống lúa
sản xuất 1 vụ là giống Nhỏ Đỏ, OM1352 thuộc nhóm trung vụ. Giống lúa sản
xuất trong mô hình lúa tôm thuộc nhóm giống ngắn ngày như: OM4900,
OM6976, OM5629, Hầm Trâu năng suất trung bình của các giống lúa này
khoảng 3 - 4 tấn/ha (Trạm khuyến nông huyện Cần Giuộc, 2012) [26].
Tuy nhiên, diễn biến xâm nhập mặn thất thường không theo qui luật
hằng năm nên nếu mưa trễ, nông dân xuống giống trễ thì sẽ bị mặn cuối vụ
cũng dẫn đến thất thu, nếu xuống giống sớm thì sẽ bị mặn đầu vụ bị mặn giai
đoạn mạ do nước sông mặn nông dân không bơm nước vào ruộng mà chỉ chờ
mưa, kết quả trong ruộng bị khô hạn dẫn đến lúa chết. Chình vì những nguyên
nhân trên nên việc chọn tạo được giống lúa chống chịu mặn giai đoạn mạ là có
thể giúp người nông dân chủ động trong việc gieo sạ đúng lịch thời vụ.
Qua đánh giá khả năng chống chịu mặn trong dung dịch dinh dưỡng,
giống lúa mùa “Sỏi” có khả năng chịu mặn giai đoạn mạ 20 dSm
(Nguyễn
Thị Huyền Nhung, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2012) [16, 24], đã được
trồng khảo nghiệm ở Huyện Hồng Dân, Bạc Liêu cho năng suất cao (Nguyễn
Văn Cường, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2013) [20, 23]. Tuy nhiên, đây là
giống lúa mùa chịu ảnh hưởng quang kỳ, chỉ trồng được một năm một vụ
nhưng thời gian sinh trưởng lại quá dài không phù hợp với điều kiện tại các
vùng đất nhiễm mặn ở ĐBSCL đặc biệt là mô hình lúa tôm.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu này là xử lý đột biến giống lúa mùa “Sỏi” nhằm
chọn được dòng lúa đột biến ngắn ngày < 110 ngày, có khả năng chống chịu
mặn ≤ 12 dSm-1, năng suất cao, hàm lượng amylose < 20%.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Giống lúa mùa “Sỏi” có khả năng chống chịu mặn cao 20 dSm
(NguyễnThị Huyền Nhung, 2012; Quan Thị Ái Liên và ctv., 2012) [16, 24], được chọn
làm đối tượng để xử lý đột biến nhằm rút ngắn thời gian sinh trưởng mà vẫn
giữ được đặc tính chống chịu mặn.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Thí nghiệm xử lý đột biến và chọn dòng đột biến (từ thế hệ M
1 đến thếhệ M4) được thực hiện từ tháng 03 năm 2011 đến tháng 03 năm 2013 tại
phòng thí nghiệm Chọn giống thực vật, bộ môn Di truyền Giống Nông nghiệp,
khoa Nông nghiệp & SHƯD, trường Đại học Cần Thơ.
Thí nghiệm khảo nghiệm cơ bản các dòng lúa đột biến ưu tú chọn trong
nhà lưới được tiến hành vào vụ Thu Đông năm 2013 từ tháng 7 đến tháng 11
năm 2013 tại vùng đất nhiễm mặn thuộc xã Phước Lại, huyện Cần Giuộc, tỉnh
Long An.