Đánh giá đa dạng di truyền liên quan đến tính kháng đạo ôn, bạc lá của một số nguồn gen lúa địa phưong miền bắc việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.87 MB, 137 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
-------------***---------------
NGUYỄN KIẾN QUỐC
ðÁNH GIÁ ðA DẠNG DI TRUYỀN
LIÊN QUAN ðẾN TÍNH KHÁNG ðẠO ÔN, BẠC LÁ
CỦA MỘT SỐ NGUỒN GEN LÚA ðỊA PHƯƠNG
MIỀN BẮC VIỆT NAM
Chuyên ngành
: Di truyền và Chọn giống cây trồng
Mã số
: 60 62 01. 11
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học: TS. Lã Tuấn Nghĩa
HÀ NỘI, 2012
Lời cảm ơn
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Lã
Tuấn Nghĩa, người ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ và hỗ trợ tôi trong
suốt quá trình công tác cũng như trong thời gian học tập, nghiên cứu và
hoàn thành luận văn này;
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới quí thầy cô và cán bộ công tác tại Ban
ñào tạo Sau ñại học-Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam ñã dạy dỗ và tạo
mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập;
Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ và anh, chị em trong Bộ môn ða
dạng sinh học Nông nghiệp-Trung tâm Tài nguyên thực vật ñã giúp ñỡ và
ñộng viên tôi trong quá trình công tác và nghiên cứu khoa học vừa qua;
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình và bạn bè ñã nhiệt tình
ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học cũng như
trong cuộc sống.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2012
Học viên
Nguyễn Kiến Quốc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
i
Lời cam ñoan
Tôi xin cam ñoan ñã trực tiếp thực hiện các nghiên cứu trong luận
văn này. Kết quả nghiên cứu ñạt ñược ñều xuất phát từ việc thực hiện
các nội dung ñề tài luận văn, mang tính khách quan và trung thực.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam ñoan trên!
Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2012
Học viên
Nguyễn Kiến Quốc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
ii
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
ABC
ATP-Binding Cassette
AFLP
Amplification Fragment Length Polymorphism
APS
Amonium Persulfate
CAPs
Cleaved Amplification Polymorphism Sequence
cs.
Cộng sự
CTAB
Cetyl Trimethyl Amonium Bromide
DNA
Deoxyribonucleotide Acid
dNTPs
Deoxy Nucleotide triphosphates
EDTA
Ethylenediaminetraacetic acid
EST
Expressed sequence tag
I-SSR
Inter-Simple Sequence Repeat
MAS
Marker Assissted Selection
MGR
Major Gene Resistance
PCR
Polymerase Chain Reaction
PIC
Polymorphism Information Content
RAPD
Random Aplification Polymorphism DNA
RGA
Resistance Gene Analog
RFLP
Restriction Fragment Length Polymorphism
SNP
Single Nucleotide Polymorphism
SSR
Simple Sequence Repeat
STS
Sequence-Acetic acid-EDTA
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1.
Một số giống và gen kháng ñạo ôn (Kinoshita và cs., 1994; 1995)
14
Bảng 1.2.
Một số giống và gen kháng bạc lá (NIAS, 2010)
17
Bảng 2.1.
Danh sách các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu
43
Bảng 2.2.
Danh sách các cặp mồi SSR sử dụng
45
Bảng 2.3.
Thành phần phản ứng SSR-PCR (thể tích 10µl/tube)
50
Bảng 2.4
Thành phần gel polyacrylamide 6%
50
Bảng 3.1.
Kết quả ñánh giá tính kháng/nhiễm ñạo ôn của các mẫu
56
nguồn gen lúa
Bảng 3.2.
Kết quả ñánh giá tính kháng/nhiễm bạc lá của các mẫu
64
nguồn gen lúa
Bảng 3.3.
Số băng ADN, số loại alen và hệ số PIC của 30 cặp mồi SSR
73
liên kết với khả năng kháng ñạo ôn
Bảng 3.4.
Số băng ADN, số loại alen và hệ số PIC của 32 cặp mồi SSR
76
liên kết với khả năng kháng bạc lá
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
iv
DANH MỤC HÌNH VẼ, ðỒ THỊ
Trang
Hình 1.1.
Lịch sử tiến hóa các loài lúa trồng (Chang và Smorith, 1979)
7
Hình 1.2.
Nguyên lý phản ứng PCR
22
Hình 1.3.
Nguyên lý của kỹ thuật AFLP
28
Hình 3.1.
Các nguồn gen lúa trước khi lây nhiễm
52
Hình 3.2.
Kết quả lây nhiễm nòi H12 & H14 lên các mẫu nguồn gen lúa
53
Hình 3.3.
Mức ñộ kháng/nhiễm của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu
với 02 nòi nấm bệnh H12 & H14. Trong ñó R: kháng; MR:
kháng trung bình; MS: nhiễm nhẹ; S: nhiễm
54
Hình 3.4.
Kết quả lây nhiễm chủng Is.5 & Is.6 lên các mẫu nguồn gen
lúa. Trong ñó: A: Chiêm nhỡ BN2; B: Lúa cứng Nghệ An;
C. IRBB5; D: IR24.
60
Hình 3.5.
Mức ñộ kháng/nhiễm của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu
với 02 chủng vi khuẩn Is.5 & Is.6. Trong ñó R: kháng; MR:
kháng trung bình; MS: nhiễm nhẹ; S: nhiễm
61
Hình 3.6.
Hình ảnh nhận dạng ADN tổng số của các mẫu nguồn gen lúa.
Trong ñó: Lamda 50ng/µl; 1-58 các mẫu giống lúa nghiên cứu
(bảng 2.1)
66
Hình 3.7
Kết quả nhận dạng di truyền của các mẫu nguồn gen lúa
bằng chỉ thị SSR RM6612 và RM7012. Trong ñó: M. DNA
100 ladder; 1-60: thứ tự các giống lúa nghiên cứu (bảng 2.1)
67
Hình 3.8
Kết quả phản ứng PCR của các mẫu nguồn gen lúa với 30
cặp mồi SSR liên kết với tính kháng ñạo ôn (ô ñen-có alen
ghi nhận, ô trắng-không có alen ghi nhận)
68
Hình 3.9.
Kết quả nhận dạng kiểu gen của các mẫu nguồn gen lúa bằng
chỉ thị SSR (RM240; RM453; RM2887) liên kết với khả
năng kháng ñạo ôn. Trong ñó: M là: DNA 100 ladder; 1-23
thứ tự các mẫu giống lúa nghiên cứu (bảng 2.1).
74
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
v
Trang
Hình 3.10. Kết quả nhận dạng kiểu gen của các mẫu nguồn gen lúa bằng
chỉ thị SSR-RM208 liên kết với khả năng kháng bạc lá.
Trong ñó: M là: Ladder 100; 1-46 thứ tự các mẫu giống lúa
nghiên cứu (bảng 2.1)
75
Hình 3.11. Kết quả nhận dạng kiểu gen của các mẫu nguồn gen lúa bằng
chỉ thị SSR-RM138 liên kết với khả năng kháng bạc lá.
Trong ñó: M là: Ladder 100; 1-46 thứ tự các mẫu giống lúa
nghiên cứu (bảng 2.1) (tiếp)
77
Hình 3.12. Cây phân nhóm Euclidean-UPGMA dựa trên ñặc ñiểm hình
thái kháng ñạo ôn của các mẫu nguồn gen lúa
78
Hình 3.13. Cây phân nhóm SM-UPGMA dựa trên kiểu gen SSR liên kết
với khả năng kháng ñạo ôn của các mẫu nguồn gen lúa
80
Hình 3.14. Sơ ñồ phân nhóm Eucledean-UPGMA dựa trên kiểu hình
kháng bạc lá của các mẫu nguồn gen lúa
82
Hình 3.15. Sơ ñồ phân nhóm SM-UPGMA dựa trên kiểu gen kháng bạc
lá của các mẫu nguồn gen gen lúa
84
Hình 3.16. Mối liên kết giữa biểu hiện kiểu hình và kiểu gen kháng ñạo ôn
85
Hình 3.17. Mối liên kết giữa biểu hiện kiểu hình và kiểu gen kháng bạc lá
82
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
vi
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
i
Lời cam ñoan
ii
Mục lục
vii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
iii
Danh mục các bảng
iv
Danh mục hình vẽ, ñồ thị
v
MỞ ðẦU
1
1. Tính cấp thiết của ñề tài
1
2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài
3
2.1. Mục ñích
3
2.2. Yêu cầu của ñề tài
3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
4
3.1. Ý nghĩa khoa học
4
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
4
4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài
4
4.1. ðối tượng nghiên cứu
4
4.2. Phạm vi nghiên cứu
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
5
1.1. CÂY LÚA VIỆT NAM
5
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
5
vii
Trang
1.1.2. Tài nguyên di truyền lúa Việt Nam
7
1.1.2.1. Tài nguyên lúa hoang dại
7
1.1.2.2. Tài nguyên lúa trồng
9
1.2. BỆNH HẠI CHÍNH TRÊN LÚA
11
1.2.1. Bệnh ñạo ôn hại lúa
11
1.2.2. Bệnh bạc lá hại lúa
12
1.3. GEN KHÁNG ðẠO ÔN, BẠC LÁ
13
1.3.1. Gen kháng ñạo ôn
13
1.3.2. Gen kháng bạc lá
15
1.4. CHỈ THỊ TRONG ðÁNH GIÁ ðA DẠNG DI TRUYỀN LÚA
18
1.4.1. Chỉ thị hình thái
19
1.4.2. Chỉ thị sinh hóa
20
1.4.3. Chỉ thị ADN
21
1.4.3.1. Chỉ thị phân tử dựa trên cơ sở lai ADN
24
1.4.3.2. Chỉ thị phân tử dựa trên cơ sở PCR
26
1.4.3.2.1. Chỉ thị RAPD
27
1.4.3.2.2. Chỉ thị AFLP
27
1.4.3.2.3. Chỉ thị STS
29
1.4.3.2.4. Chỉ thị RGA
30
1.4.3.2.5. Chỉ thị phân tử SSR
30
1.4.3.2.6. Chỉ thị phân tử I-SSR
31
1.4.3.2.7. Chỉ thị ADN dựa trên trình tự lặp
32
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
viii
Trang
1.5. THÀNH TỰU TRONG NGHIÊN CỨU ðA DẠNG DI
TRUYỀN NGUỒN GEN LÚA
33
1.5.1. Nghiên cứu ña dạng nguồn gen lúa bằng chỉ thị hình thái
33
1.5.2. Nghiên cứu ña dạng di truyền bằng chỉ thị ADN
34
1.5.3. Nghiên cứu ña dạng di truyền liên quan ñến tính kháng
bệnh ñạo ôn, bạc lá
39
1.5.3.1. ða dạng di truyền liên quan ñến tính kháng ñạo ôn
39
1.5.3.2. ða dạng di truyền liên quan ñến tính kháng bạc lá
40
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
42
2.2. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
42
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
44
2.1.1. ðánh giá tính kháng ñạo ôn, bạc lá
44
2.1.2. ðánh giá ña dạng di truyền các nguồn gen lúa
44
2.1.3. Xác ñịnh mối liên kết giữa kiểu hình và kiểu gen kháng
45
2.1.4. Xác ñịnh alen kháng
45
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. ðánh giá tính kháng ñạo ôn
45
45
2.3.1.1. Phương pháp xác ñịnh nòi có ñộc tính cao
45
2.3.1.2. Phương pháp lây nhiễm bệnh
45
2.3.1.3. ðánh giá phản ứng bệnh
46
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
ix
Trang
2.3.2. ðánh giá tính kháng bạc lá
47
2.3.2.1. Phương pháp xác ñịnh nòi ñộc
47
2.3.2.2. Phương pháp lây nhiễm bệnh
47
2.3.2.2. ðánh giá phản ứng bệnh
48
2.3.3. ðánh giá ña dạng di truyền các nguồn gen lúa
48
2.3.3.1. Phương pháp tách chiết ADN tổng số
48
2.3.3.2. Phương pháp PCR sử dụng mồi SSR
49
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
51
2.3.4.1. Phân tích số liệu kiểu hình
51
2.3.4.2. Phân tích số liệu kiểu gen
51
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
52
3.1. TÍNH KHÁNG ðẠO ÔN, BẠC LÁ
52
3.1.1. Khả năng kháng ñạo ôn
52
3.1.2. Khả năng kháng bạc lá
58
3.2. ðA DẠNG DI TRUYỀN CÁC NGUỒN GEN LÚA
66
3.2. 1. Tách chiết ADN tổng số
66
3.2.2. Nhận dạng di truyền các giống lúa bằng chỉ thị SSR
66
3.2.3. ða dạng di truyền liên quan ñến khả năng kháng ñạo ôn
72
3.2.3.1. Số băng ADN và số loại alen thể hiện
72
3.2.3.2. Hệ số PIC của các mồi SSR liên quan ñến khả năng
72
kháng ñạo ôn
3.2.4. ða dạng di truyền liên quan ñến khả năng kháng bạc lá
74
3.2.4.1. Số băng ADN và số loại alen thể hiện
75
3.2.4.2. Hệ số PIC của các mồi SSR liên quan ñến khả năng
75
kháng bạc lá
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
x
Trang
3.3. MỐI LIÊN KẾT GIỮA KIỂU HÌNH VÀ KIỂU GEN KHÁNG
77
3.3.1. Mối liên kết giữa kiểu hình và kiểu gen kháng ñạo ôn
77
3.3.2. Mối liên kết giữa kiểu hình và kiểu gen kháng bạc lá
81
3.4. XÁC ðỊNH ALEN KHÁNG
85
3.4.1. Xác ñịnh alen kháng ñạo ôn
85
3.4.2. Xác ñịnh alen kháng bạc lá
86
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ
88
1. Kết luận
88
2. ðề nghị
89
TÀI LIỆU THAM KHẢO
90
PHỤ LỤC
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
xi
MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Lúa gạo là nguồn cung cấp lương thực chính cho hơn một phần ba
dân số thế giới [100] và là cây lương thực số một tại Việt Nam. Lúa gạo
ñược trồng ở trên 112 nước trên thế giới, ñặc biệt ở khu vực châu Á.
Theo số liệu do FAO (2004) cung cấp, diện tích trồng lúa trên thế giới
ước tính khoảng 155 triệu hecta, sản lượng ñạt 625 triệu tấn/năm. Việt Nam
có diện tích trồng lúa khoảng 7,5 triệu hecta, trong ñó hai vùng sản xuất chính
là ñồng bằng sông Cửu Long (~3,8 triệu hecta) và ñồng bằng sông Hồng
(~1,2 triệu hecta) với sản lượng ñạt trên 34,5 triệu tấn/năm [85].
Trong những năm gần ñây, nước ta ñã có những bước tiến vượt bậc về
sản xuất lúa gạo (là một trong ba nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới) nhờ
vào việc sử dụng các giống lúa có năng suất cao và áp dụng các tiến bộ của
khoa học kỹ thuật ñể thâm canh tăng vụ. Tuy nhiên, việc thâm canh (về thời
gian và mức ñộ) ñã khiến áp lực của chọn lọc tự nhiên lên bệnh hại tăng
nhanh, nhiều nòi, chủng bệnh hại mới xuất hiện. ðây là một trong những
nguyên nhân dẫn tới hiện tượng cân bằng giữa các nguồn gen kháng, chống
chịu và sâu bệnh hại (bệnh ñạo ôn, bạc lá,.v.v.) bị phá vỡ. ðiều này ñã ñặt ra
yêu cầu, cần có những chiến lược nghiên cứu ñể tìm ra những nguồn gen
kháng, chống chịu mới thiết lập lại sự cân bằng (www.)
[113]. Bảo tồn, khai thác và sử dụng các nguồn gen lúa ñịa phương (bản ñịa),
hoang dại,.v.v. là một trong những hướng ñi ñúng ñắn trong việc phát hiện ra
những nguồn gen mang alen kháng, chống chịu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
1
Tài nguyên di truyền thực vật nói chung và tài nguyên di truyền cây
trồng nói riêng là một phần quan trọng của ña dạng sinh học và là cơ sở sinh
học ñể ñảm bảo nền an ninh lương thực.
Nước ta ñược xem là trung tâm của ña dạng sinh học thực vật trong
ñó có cây lúa, thông qua các nghiên cứu về tiến hóa và sự ña dạng di truyền
của các loài thuộc chi lúa Oryza, các nhà khoa học ñã khẳng ñịnh miền Bắc
Việt Nam nằm trong khu vực xuất xứ và ña dạng di truyền của loài lúa
trồng Châu Á (Oryza sativa) [28], rất nhiều giống lúa ñịa phương ñã ñược
phát hiện là nguồn gen quý có thể cung cấp cho công tác chọn tạo giống.
Tuy nhiên việc ñánh giá, khai thác và sử dụng các nguồn gen này vẫn còn
rất hạn chế.
Những giống lúa ñịa phương luôn có những ưu ñiểm nhất ñịnh mà
những giống lúa khác như giống lai tạo, nhập nội và những giống ñang
trồng phổ biến không thể có ñược như về ñặc tính kháng sâu bệnh, về tính
phù hợp với từng ñiều kiện canh tác của từng ñịa phương, về phẩm chất
gạo,.v.v. Vì vậy, việc nghiên cứu tình hình sâu, bệnh hại trên các giống lúa
ñó là rất quan trọng nhằm phục vụ cho sản xuất và làm vật liệu nghiên cứu
tiếp theo ñể lai tạo ra giống lúa có khả năng kháng, chống chịu với sâu
bệnh hại [16].
Trong nhiều năm qua việc nghiên cứu di truyền tính chống chịu của các
nguồn gen lúa ñịa phương (bản ñịa) ñều sử dụng các phương pháp ñánh giá
truyền thống dựa trên phân tích các tính trạng hình thái. Phương pháp ñánh
giá isozyme và ñánh giá nhờ chỉ thị phân tử ñã ñược tiến hành nghiên cứu về
bệnh ñạo ôn [12], bạc lá [5],.v.v. và bước ñầu ñã thu ñược những kết quả rất
khả quan.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
2
Nghiên cứu khả năng chống chịu với các tác nhân sinh học và phi sinh
học của các nguồn gen lúa có ý nghĩa ñặc biệt quan trọng trong công tác bảo
tồn, khai thác, sử dụng và chọn tạo giống. Khi các ñặc tính quý của giống
ñược ñánh giá và xác ñịnh, chúng có thể ñược khai thác trực tiếp hoặc ñưa
vào trong các giống lúa cải tiến và như vậy chúng ta sẽ chọn tạo ñược những
giống lúa mới, vừa ñảm bảo năng suất, chất lượng vừa có khả năng chống
chịu tốt. Bệnh ñạo ôn và bạc lá là hai trong số những loại bệnh hại phổ biến
và rất nghiêm trọng ñối với sản xuất lúa; việc phân tích, ñánh giá và xác ñịnh
các gen kháng ñạo ôn, bạc lá trong lúa là việc làm rất cần thiết và có ý nghĩa
khoa học cũng như thực tiễn cao. Vì vậy, "ðánh giá ña dạng di truyền liên
quan ñến tính kháng bệnh ñạo ôn, bạc lá của một số nguồn gen lúa ñịa
phương miền Bắc Việt Nam", ñể xác ñịnh những nguồn vật liệu phục vụ cho
công tác bảo tồn, khai thác, sử dụng và chọn tạo giống lúa kháng bệnh ñạo ôn,
bạc lá ở nước ta.
2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài
2.1. Mục ñích
ðánh giá, phân tích và xác ñịnh ñược một số mẫu nguồn gen có khả
năng kháng/nhiễm ñạo ôn, bạc lá.
2.2. Yêu cầu của ñề tài
ðánh giá khả năng kháng; phân tích ña dạng di truyền; xác ñịnh alen
kháng ñạo ôn, bạc lá và mối liên kết giữa kiểu hình và kiểu gen kháng ñạo ôn,
bạc lá của 58 mẫu nguồn gen lúa ñịa phương thu thập ở miền Bắc Việt Nam
từ ñó xác ñịnh các nguồn gen kháng/nhiễm phục vụ công tác bảo tồn, khai
thác, sử dụng và chọn tạo giống kháng ñạo ôn, bạc lá.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bộ dữ liệu về kiểu gen và kiểu hình kháng/nhiễm ñạo ôn, bạc lá của
58 mẫu nguồn gen lúa;
- Cung cấp nguồn vật liệu cho công tác chọn tạo giống kháng ñạo ôn,
bạc lá thông qua Ngân hàng gen Cây trồng Quốc gia tại Trung tâm Tài
nguyên thực vật, An Khánh, Hoài ðức, Hà Nội;
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả ñánh giá khả năng kháng/nhiễm; phân tích ña dạng di truyền và
xác ñịnh alen kháng ñạo ôn, bạc lá của 58 mẫu nguồn gen lúa là cơ sở khoa
học ñể giới thiệu các nguồn gen lúa ñịa phương mang alen kháng như là
nguồn vật liệu di truyền mới phục vụ cho công tác chọn tạo giống kháng ñạo
ôn, bạc lá.
4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài
4.1. ðối tượng nghiên cứu
58 mẫu nguồn gen lúa thu thập ở miền Bắc Việt Nam và ñược bảo quản
trong Ngân hàng gen Cây trồng Quốc gia tại Trung tâm Tài nguyên thực vật,
An Khánh, Hoài ðức, Hà Nội.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Giới hạn của ñề tài là ñánh giá khả năng kháng/nhiễm; phân tích ña
dạng di truyền và xác ñịnh alen kháng ñạo ôn, bạc lá của 58 mẫu nguồn gen
lúa thu thập ở phía Bắc Việt Nam.
ðịa ñiểm: Bộ môn ða dạng sinh học Nông nghiệp, Trung tâm Tài
nguyên thực vật;
Thời gian: - Tháng 1 năm 2011 ñến 10 năm 2012;
- Có sự kế thừa kết quả nghiên cứu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÂY LÚA VIỆT NAM
1.1.1. Nguồn gốc, phân loại
Về nguồn gốc lúa trồng, ñã có nhiều tác giả ñề cập tới nhưng cho tới
nay vẫn chưa có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất.
Makkey cho rằng vết tích cổ xưa nhất ñược tìm thấy trên các di chỉ ñào
ñược ở vùng Penjab (Ấn ðộ) cách ñây khoảng 200 năm;
Vavilov (1926) phân loại các loài Oryza thành 04 nhóm: Sativa,
Granulata, Coarctata và Rhynchoryza, ñồng thời khẳng ñịnh nguồn gốc của
Oryza sativa là một trường hợp của nhóm Oryza sativa f.spontanea xuất xứ ở
Ấn ðộ, ðông Dương hoặc Trung Quốc;
Chowdhury và Ghosh cho rằng những hạt thóc hóa thạch ñược tìm thấy
ở vùng Hasthiapur (Uttar Pradesh-Ấn ðộ) vào khoảng năm 1000-750 năm
trước công Nguyên là cổ nhất của thế giới;
Grist, Gutchtchin, Ghose, Erughin và nhiều tác giả khác thì cho rằng
ðông Dương là cái nôi của lúa trồng, từ ñó lan dần lên phía Bắc. ðinh Dĩnh
(Trung Quốc) dựa vào lịch sử phát triển lúa hoang ở trong nước cho rằng lúa
trồng có xuất xứ ở Trung Quốc. Một số nhà nghiên cứu Việt Nam lại cho rằng
nguồn gốc cây lúa là ở Miền nam Việt Nam và Campuchia;
Sampath và Rao (1951) [92] cho rằng sự hiện diện của nhiều loại lúa
hoang dại ở Ấn ðộ và ðông Nam Á chứng tỏ rằng Ấn ðộ và ðông Dương là
nơi xuất xứ của lúa trồng;
Tuy có nhiều ý kiến, nhưng căn cứ vào các tài liệu lịch sử, di tích khảo
cổ, ñặc ñiểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi của các
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
5
loài lúa hoang dại, ñã khẳng ñịnh nguồn gốc cây lúa là ở vùng ñầm lầy ðông
Nam Á, rồi từ ñó lan dần ñi các nơi.
Về tổ tiên lúa của 02 loài lúa trồng hiện nay là Oryza sativa L. (Châu
Á) và Oryza glaberrima Steud. (Châu Phi), cũng có rất nhiều ý kiến trái chiều
khác nhau.
Theo Oka và Chang (1962) cho rằng tổ tiên của Oryza sativa là loài lúa
hoang phổ biến Oryza sativa f.spontanea, và suy luận rằng các giống lúa có
hạt trắng không râu ñến từ “var.rufipongon” của lúa hoang, các giống lúa ở
vùng nước sâu và vùng mặn là từ “var.coarctata”, giống “Aus” và Aman”
(Indonesia) là từ “var.bengaliensis” và các giống lúa có chất lượng cao hương
thơm là từ “var.abuensis” [80];
Sampath và Rao (1951) [92] cho rằng O. perennis Moench (kể cả O.
longistaminata) là tổ tiên của cả 2 loài lúa trồng Oryza sativa L. và Oryza
glaberrima Steud.;
Bùi Huy ðáp (1980) [3] cho rằng Oryza fatua có khả năng là tổ tiên
trực tiếp của lúa trồng hiện nay;
Chang và Smorith (1979) ñã tổng kết nhiều tư liệu nghiên cứu và ñưa
ra cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay ở Châu Á và Châu Phi (Hình
1.1) [28].
Thông qua nghiên cứu về tổ tiên, nguồn gốc xuất xứ của lúa trồng,
chúng ta có thể phân loại lúa trồng như sau: Họ Poaceae, trước ñây gọ là họ
Hòa thảo (Gramineae), họ phụ Pryzoideae, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza
sativa và Oryza glaberrima. Ngày nay, các nhà phân loại thực vật học ñều
nhất trí là chi Oryza có 23 loài trong ñó có 21 loài hoang dại và 2 loài lúa
trồng (Oryza sativa L. và Oryza glaberrima Steud.). Trong ñó, loài Oryza
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
6
sativa L. ñược gieo trồng rộng khắp trên thế giới, ñược chia thành 03 loài phụ
là Indica, Japonica và Javanica.
Hình 1.1. Lịch sử tiến hóa các loài lúa trồng [28]
1.1.2. Tài nguyên di truyền lúa Việt Nam
1.1.2.1. Tài nguyên lúa hoang dại
Lúa châu Á (Oryza sativa L.), là một trong những loài cây trồng, ña
dạng phổ biến và lâu ñời nhất trên toàn thế giới, ñược ñại diện bởi 03 phân
loài là Indica, Japonica và Javanica.
Việt Nam ñược xem là trung tâm của ña dạng sinh học trong ñó có cây
lúa. ðất ñai phì nhiêu, khí hậu nhiệt ñới gió mùa (nóng ẩm, lượng mưa
cao,.v.v.) là những ñiều kiện thích hợp cho cây lúa phát triển; bên cạnh ñó,
Việt Nam có 54 dân tộc cùng sinh sống, mỗi dân tộc có tập quán canh tác và
sở thích về phẩm chất lúa gạo khác nhau. Sự ña dạng về văn hóa dân tộc là
một trong những nguyên nhân quan trọng tạo nên sự ña dạng về tài nguyên di
truyền lúa.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
7
Thông qua các nghiên cứu về tiến hóa và sự ña dạng di truyền của các
loài thuộc chi lúa Oryza, các nhà khoa học ñã khẳng ñịnh miền Bắc Việt Nam
nằm trong khu vực xuất xứ của loài lúa trồng Châu Á (Oryza sativa L.)
(Chang và Smorith, 1979) [28], rất nhiều giống lúa ñịa phương ñã ñược phát
hiện là nguồn gen quý có thể cung cấp cho công tác chọn tạo giống lúa mới
(giống kháng, chống chịu,.v.v.). Theo một số kết quả nghiên cứu, hiện nay ở
Việt Nam 04 loài lúa hoang dại: Oryza rufipogon, Oryza nivara, Oryza
officinalis, Oryza granulata. Trong các nguồn gen thuộc 04 loài lúa hoang dại
này, một số nguồn gen có khả năng kháng, chống chịu với một số sâu (rầy
nâu, rầy lưng trắng,.v.v.), bệnh (virus, bệnh ñạo ôn, bạc lá,.v.v.) hại và ñiều
kiện bất thuận (mặn, hạn, lạnh, nóng,.v.v.); ñặc biệt một số nguồn gen còn có
khả năng quang hợp trong ñiều kiện ánh sáng tán xạ,...
Trong ñịnh hướng phát triển ngành nông nghiệp, giống là khâu cần
ñược quan tâm hàng ñầu. Ngay từ thời kỳ văn minh lúa nước sông Hồng, ở
Việt Nam ñã có rất nhiều nguồn gen lúa hoang dại. Qua hàng ngàn năm,
những nguồn gen lúa hoang dại này ñã ñược thuần chủng và lưu truyền qua
các thế hệ, trở thành những giống lúa truyền thống có giá trị (Tám Thơm Hải
Hậu, Tám xoan Quế Võ,v.v.).
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc sản xuất lúa gạo
cũng có những biến ñổi ñể thích ứng với nhu cầu của thực tế. Tuy nhiên, vấn
ñề bảo tồn quỹ gen ñang ñược ñặt ra ngày một bức thiết trước thực tế phát
triển. Trong ñó, sự xói mòn quỹ gen, suy giảm ña dạng sinh học trong quá
trình cải biến và thâm canh giống cây trồng là một trong những mối lo ngại
cần ñược quan tâm nhất. Theo một số nghiên cứu, với tốc ñộ xói mòn quỹ gen
xảy ra nhanh và rộng khắp như hiện nay thì trong 50 năm tới hầu như không
còn sự ña dạng. Công tác chọn tạo giống thích ứng với nhu cầu thực tế sản
xuất của các nhà chọn tạo giống sẽ gặp rất nhiều khó khăn, bởi sẽ có rất ít
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
8
nguồn vật liệu có khả năng tạo những biến dị di truyền phù hợp với mục tiêu.
Do vậy, nguy cơ xói mòn quỹ gen ñang là một thách thức lớn ñối với cả nhân
loại nói chung và Việt Nam nói riêng.
1.1.2.2. Tài nguyên lúa trồng
Việt Nam ñược xem là một trong những nơi xuất xứ của cây lúa trồng
châu Á [20]. Theo ðào Thế Tuấn (1996), cho biết trên lãnh thổ Việt Nam tồn
tại ba nhóm giống lúa cổ truyền có ñặc tính di truyền khác nhau [17]:
- Nhóm giống lúa Việt Thái ở vùng núi phía Bắc, chủ yếu là lúa nương.
ðây là một trong những nhóm giống lúa có sự ña dạng di truyền cao nhất thế giới;
- Nhóm giống lúa Việt mang ñặc tính thâm canh ở vùng ñồng bằng
sông Hồng. ðây là nhóm lúa có những tài nguyên ñặc trưng cho tài nguyên di
truyền lúa Việt Nam như: lúa Chiêm, lúa Tám thơm. Lúa Chiêm có những
nguồn gen quý nổi tiếng thế giới như gen kháng ñạo ôn, gen chịu ñất chua
phèn, chịu ñất nghèo lân, chịu rét thời kỳ mạ và thời kỳ lúa trỗ. Nguồn gen
kháng ñạo ôn của bộ giống lúa chiêm Tẻ tép ñược Viện nghiên cứu lúa Quốc
tế và nhiều quốc gia trồng lúa khác sử dụng rộng rãi trong ñầu thập kỷ 58 ñể
lai tạo nhiều giống lúa cao sản. Lúa chiêm chỉ còn tồn tại ít trong sản xuất
nhưng giá trị nguồn gen của lúa chiêm là vô cùng quý giá. Lúa Tám thơm là
một trong ba nhóm giống lúa thơm chính trên thế giới;
- Nhóm giống Việt-Kh'mer mang ñặc tính quảng canh của vùng ñồng
bằng sông Cửu Long. Tài nguyên di truyền lúa thuộc nhóm này có các nguồn
gen ñặc trưng là lúa nổi, lúa chịu nước sâu, lúa chịu ñất chua phèn, lúa chịu
mặn, lúa có dạng hạt thon dài thích hợp cho xuất khẩu.
Trên thực tế, sản xuất lúa gạo ở Việt Nam vẫn là một trong những
hoạt ñộng kinh tế ñứng hàng ñầu. Những cánh ñồng lúa trải dài từ khắp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
9
miền núi, ñồng bằng ñến cao nguyên, hình thành nên nhiều vùng thâm canh
cây lúa. Khu vực ñồng bằng sông Hồng, ñồng bằng sông Cửu Long,.v.v.
ñược coi là những vựa lúa lớn nhất cả về diện tích, sản lượng và chất lượng
của Việt Nam.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày càng có nhiều giống
lúa mới có năng suất cao nhưng bị hạn chế về chất lượng và khả năng chống
chịu sâu, bệnh hại; các giống lúa ñịa phương có năng suất không cao nhưng
lại có chất lượng tốt; ñặc biệt là các ñặc tính quý như khả năng kháng và
chống, chịu sâu bệnh hại cao; các ñiều kiện bất thuận (mặn, hạn, nóng, lạnh,
ngập lụt,.v.v.). ðiều này ñã ñặt các nhà khoa học phải chọn lựa giữa các giống
lúa ñịa phương (giống lúa cũ) hay giống cải tiển. Trong giai ñoạn cần ñảm
bảo về an ninh lương thực, các giống lúa cải tiến với lợi thế về năng suất
(giống lúa cao sản) ñược ưu tiên phát triển. Hiện nay, các giống lúa cao sản ñã
và ñang bộc lộ những yếu kém nhất ñịnh về tính kháng; chống, chịu sâu, bệnh
hại và các ñiều kiện bất thuận cũng như chất lượng kém; xã hội không ngừng
phát triển, khi nhu cầu từ ăn no ñã chuyển thành ăn ngon,.v.v. ñã ñặt ra của
dẫn tới và chất lượng không còn ñáp ứng ñược yêu cầu của thực tế.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học ñã phần nào khắc
phục ñược những nhược ñiểm của phương pháp chọn tạo giống truyền thống.
Thông qua việc ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống (MAS),
các nhà chọn tạo giống ñã kết hợp ñược các ñặc tính quý (chống chịu, kháng
sâu bệnh hại và chất lượng,.v.v.) của các loại lúa hoang dại, lúa ñịa phương
(lúa truyền thống) vào trong cùng cá thể lúa cải tiến (có năng suất cao).
Những giống mới ñược tạo ra mang lại nhiều sự lựa chọn tốt hơn: chống chịu,
kháng với sâu, bệnh hại; ñiều kiện bất thuận (mặn, hạn, nóng, lạnh,.v.v.) và có
năng suất, chất lượng tốt;.v.v. [12].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
10
1.2. BỆNH HẠI CHÍNH TRÊN LÚA
Từ cuối thế kỷ 20 ñến nay, nông nghiệp thế giới ñã ñạt ñược những
thành tựu to lớn, sản lượng và năng suất cây trồng không ngừng ổn ñịnh và
ngày một nâng cao. Tuy vậy, do những tác ñộng của sự thay ñổi khí hậu sự
biến ñộng của dịch hại ñã dẫn ñến những thiệt hại ñáng kể về năng suất và
phẩm chất cây trồng ở nhiều vùng trên thế giới [8].
Trên thế giới, thiệt hại hàng năm do sâu bệnh ước tính khoảng 11,6%; ở
Việt Nam, tổn thất do bệnh hại là một trong những nguyên nhân gây ảnh
hưởng lớn ñến sản xuất nông nghiệp nói chung và lúa nói riêng (Vũ Triệu
Mân, 2007). ðối với sản xuất lúa, bệnh ñạo ôn (do nấm Pyricularia grisea
hay Magnaporthe oryzae) và bạc lá (do vi khuẩn Xanthomonas oryzae) gây ra
là hai trong những loại phổ biến và gây thiệt hại nghiêm trọng nhất [8].
1.2.1. Bệnh ñạo ôn hại lúa
Bệnh ñạo ôn ở lúa do nấm Magnaporthe oryzae (Faivre-Rampant và
cs., 2011) [35] gây ra, ñược ghi nhận và mô tả ở Trung Quốc vào năm 1637,
tiếp ñó tại các nước khác như Nhật Bản (1704), Ý (1828), Hoa Kì (1876),.v.v.
ðây là bệnh có phổ phân bố rộng, gây thiệt hại nghiêm trọng về năng suất và
chất lượng lúa. Hiện có khoảng hơn 80 quốc gia khác nhau có lúa bị nhiễm
ñạo ôn. ðặc biệt, những quốc gia có khí hậu ôn hoà, ñộ ẩm cao, sẽ tạo ra môi
trường thuận lợi cho nấm bệnh phát tán và phát triển mạnh.
Tổ chức FAO ước tính, thiệt hại do ñạo ôn gây ra làm giảm năng suất
lúa trung bình từ 0,7-17,5%, thậm chí có những nơi thiệt hại lên tới 80%
[12]. Theo nghiên cứu của Moffat (1994) [70], thiệt hại do bệnh ñạo ôn gây ra
cho người dân trồng lúa ở vùng Nam Á, Nhận Bản, Philippines lên tới 5 tỉ
USD/năm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
11
Theo Viện lúa quốc tế (IRRI), mỗi năm Ấn ðộ mất hơn 266.000 tấn lúa
(khoảng 0,8% tổng sản lượng) do bệnh ñạo ôn; ở Nhật Bản, bệnh ñạo ôn có
thể gây hại cho 865.000 ha trồng lúa; tại Philipines, bệnh ñã làm giảm năng
suất trên 50% sản lượng [12].
Ở Việt Nam, thiệt hai do bệnh ñạo ôn gây ra hàng năm vào khoảng 1025% (NIPP, 1992) [73] và thường tập trung ở ñồng bằng Bắc bộ và Trung bộ.
Với tác hại như trên, bệnh ñạo ôn trở thành một trong những bệnh có diện
phân bố rộng nhất và ñược xem là một trong những bệnh nghiêm trọng nhất
cho tất cả các vùng trồng lúa trên thế giới.
1.2.2. Bệnh bạc lá hại lúa
Bệnh bạc lá ở lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây
ra, cùng với bệnh ñạo ôn là hai trong những loại bệnh phổ biến và gây
thiệt hại nghiêm trọng ñến nền sản xuất lúa gạo trên thế giới nói chung và
Việt Nam nói riêng [29]. Bệnh ñược biết ñến như là một trong những loại
bệnh xuất hiện sớm nhất trên thế giới; những người nông dân thuộc vùng
Fukuoka, Kyushu, Nhật Bản phát hiện và ghi nhận từ những năm 1884,
sau ñó bệnh lan và gây thiệt hại nghiêm trọng ñến mùa màng ở vùng Nam
và ðông Nam châu Á (IRRI, 1989) [48]. Tại châu phi, bệnh xuất hiện ở
vùng Mali lần ñầu tiên vào cuối những năm 1970, sau ñó bệnh lan và trở
nên phổ biến, bệnh ñặc biệt gây hại nghiên trọng ở các vùng ñất trồng lúa
trũng và ẩm thấp tại các quốc gia châu Phi;.v.v. [27]; [78]; [23]; [77]. Cho
ñến nay, bệnh ñã ñược tìm thấy và ghi nhận ở châu Á, châu Úc, các nước
Mỹ Latin, châu Phi,.v.v. [69]; [33]; [44]. Ở một số nơi thuộc ñông bắc
châu Á và Ấn ñộ, bệnh bạc lá có thể tàn phá nghiêm trọng và gây thiệt hại
mùa màng từ 50%-74% năng suất [44]; [94].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
12
Ở Việt Nam, bệnh ñã ñược phát hiện từ lâu trên các giống lúa cũ; ñặc
biệt từ những năm 1965-1966 trở lại ñây bệnh thường xuyên phát hoại một
cách nghiêm trọng ở các vùng trồng lúa trên các giống nhập nội có năng suất
cao cấy trong vụ chiêm xuân và ñặc biệt vụ mùa [8].
Mức ñộ, tác hại của bệnh phụ thuộc vào giống, thời kỳ bị bệnh của cây
sớm hay muộn và mức ñộ bị bệnh nặng hay nhẹ bệnh làm cho lá lúa ñặc biệt
là lá ñòng sớm tàn, nhanh chóng khô chết, bộ lá sơ xác, tỷ lệ hạt lép cao, năng
suất giảm sút rõ rệt [8].
1.3. GEN KHÁNG ðẠO ÔN, BẠC LÁ
1.3.1. Gen kháng ñạo ôn
Gen kháng ñạo ôn là gen mã hóa cho một loại protein biểu hiện tính
ñộc ñối với nòi nấm gây bệnh. Gen kháng ñạo ôn phần lớn là ñơn gen, trội.
Ngoài ra cũng có những gen trội không hoàn toàn hoặc gen lặn nhưng rất ít
[80]. Mỗi gen kháng ñạo ôn chỉ có thể kháng với một hoặc vài loài nấm gây
bệnh. Thông thường mỗi giống lúa kháng chỉ mang một gen kháng. Vì vậy,
khả năng kháng thấp, muốn giống kháng tốt, bền vững thì giống phải quy tụ
ñược nhiều gen kháng.
Gen kháng ñạo ôn ở lúa chia thành: gen kháng chính và gen kháng phụ.
Gen kháng chính biểu hiện thông qua hiệu quả chất lượng, di truyền ñơn giản
và ñặc thù chủng. Gen kháng phụ là những gen mà hoạt ñộng của chúng mang
tính bổ trợ ñóng góp vào khả năng kháng của cây chủ, nhờ những gen này mà
phạm vi phát triển của bệnh ñược giới hạn. Những gen kháng phụ ngày càng
ñược quan tâm hơn khi những cá thể mang gen kháng chính có sự biểu hiện
kém bền về tính kháng. Những gen kháng phụ ñược quan tâm gồm các gen
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
13
