ứng dụng chỉ thị phân tử trong sàng lọc nguồn vật liệu lúa đột biến mang đa gen kháng bệnh bạc lá

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HUÊ

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG SÀNG LỌC
NGUỒN VẬT LIỆU LÚA ĐỘT BIẾN MANG ĐA GEN
KHÁNG BỆNH BẠC LÁ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2015


HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HUÊ

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG SÀNG LỌC
NGUỒN VẬT LIỆU LÚA ĐỘT BIẾN MANG ĐA GEN
KHÁNG BỆNH BẠC LÁ

Chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Mã số

: 60.42.02.01

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Võ Thị Minh Tuyển

PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Thảo

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của TS. Võ Thị Minh Tuyển, PGS.TS. Nguyễn Thị Phương
Thảo
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là một phần kết quả nghiên cứu
của đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu kỹ thuật chiếu xạ tia gamma kết hợp với
công nghệ sinh học tạo vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống lúa", Mã số

KC.05.09/11-15. Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được sử dụng công bố ở bất cứ công trình khoa học nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được
cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Nếu có gì sai sót tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Huê

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ về nhiều
mặt của các cấp lãnh đạo, các tập thể và cá nhân.
Trước hết tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới
TS. Võ Thị Minh Tuyển, PGS.TS. Nguyễn Thi Phương Thảo những người đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này.
Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Đột biến và Ưu thế lai, Viện Di
truyền Nông nghiệp. Tại đây, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban lãnh đạo và
các cán bộ trong Bộ môn, Viện Di truyền trong suốt quá trình thực hiện đề tài
nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới khoa Công nghệ Sinh học, Ban Đào tạo sau Đại
học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi về kiến
thức và chuyên môn trong suốt hai năm học tập và làm luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình, người
thân và toàn thể bạn bè đã cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Trong quá trình thực hiện, không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được sự góp ý chân thành.
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng năm 2015

Học viên

Nguyễn Thị Huê

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục viết tắt

v

Danh mục bảng

vi

Danh mục hình

vii

Tóm tắt

viii

Abstract

ix

Phần 1 Mở đầu

1

1.1

Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu

2

1.3

Phạm vi nghiên cứu

3

1.4

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3

Phần 2 Tổng quan tài liệu

4

2.1

Đột biến trong chọn tạo giống cây trồng

4

2.1.1

Giới thiệu về phương pháp đột biến

4

2.1.2

Di truyền học và các tính năng của chọn giống đột biến cổ điển

4

2.1.3

Di truyền phân tử và hệ gen liên quan đến chọn giống đột biến.

5

2.2

Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến thực
nghiệm trên thế giới.

2.3

7

Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến thực
nghiệm ở Việt Nam.

10

2.4

Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá

12

2.4.1

Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên thế giới

13

2.4.2

Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá ở Việt Nam

16

2.5

Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa kháng bệnh bạc lá.

18

2.5.1

Khái niệm về chỉ thị phân tử

18

2.5.2

Phân loại các chỉ thị phân tử

20

2.5.3

Tính ưu việt của chỉ thị phân tử

24

2.5.4

Những ứng dụng của chỉ thị phân tử

25

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


Phần 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

28

3.1

Địa điểm nghiên cứu

28

3.2

Thới gian nghiên cứu

28

3.3

Vật liệu nghiên cứu

28

3.3.1

Các giống lúa nghiên cứu

28

3.3.2

Các chỉ thị phân tử và hóa chất thí nghiệm

28

3.3

Nội dung nghiên cứu

29

3.4

Phương pháp nghiên cứu

30

3.4.1

Phương pháp nghiên cứu phòng thí nghiệm

30

3.4.2

Phương pháp đánh giá ngoài đồng ruộng

32

3.4.3

Phương pháp lây nhiễm nhân tạo

35

3.5

Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

36

Phần 4 Kết quả và thảo luận

37

4.1

Kết quả

37

4.1.1

Nội dung1: Đánh giá đa dạng di truyền các dòng lúa đột biến.

37

4.1.2

Nội dung 2: Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các dòng
lúa đột biến, xác định dòng lúa triển vọng.

4.1.3
4.2

40

Nội dung 3: Đánh giá về khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng lúa
triển vọng.

52

Thảo luận

56

Phần 5 Kết luận và kiến nghị

58

5.1

Kết luận

58

5.2

Kiến nghị

58

Tài liệu tham khảo

59

Phụ lục

64

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


DANH MỤC VIẾT TẮT

ADN

:

Axit Deoxyribonucleic

MAS

:

Marker Assisted Selection – Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử

PCR

:

Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi trùng hợp

QTL/ QTLs

:

Quantity Trait Loci(s) - Locus kiểm soát tính trạng số lượng

SSR

:

Simple Sequence Repeat - Sự lặp lại của trình tự đơn giản

AFLP

:

Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài các
đoạn được nhân bản chọn lọc

DSBs

Double strand breaks - Phá vỡ sợi đôi

HR

Homologous recombination - Tái tổ hợp tương đồng

NHEJ

Nonhomologous end-joining- Kết thúc không tương đồng

EMS

ethyl methane sulphonate

TILLING

Targeting Induced Limited Lesions IN Genomes

BĐKH

Biến đổi khí hậu

ĐBSCL

Đồng bằng sông cửu long

CTPT

:

Chỉ thị phân tử

dNTP

:

Deoxynucleotide triphosphate

NST

:

Nhiễm sắc thể

TBE

:

Tris-Boric Acid-EDTA

RAPD

:

Random Amplification of Polymorphic DNA - Đa hình ADN được
nhân bản ngẫu nhiên

RFLP

:

Restriction Fragment Length Polymorphism – Đa hình chiều dài
mảnh phân cắt giới hạn

STS

:

Sequence Tagged Site – Xác định vị trí trình tự đã được đánh dấu

ĐBSH

Đồng bằng sông hồng

Đ/C

Đối chứng

NSLT

Năng suất lý thuyết

NSTT

Năng suất thực thu

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1

Danh sách các dòng lúa sử dụng trong nghiên cứu

28

Bảng 3.2

Trình tự, nguồn gốc các chỉ thị liên kết

29

Bảng 3.3

Thành phần các chất dùng cho mỗi phản ứng PCR với mồi SSR

31

Bảng 3.4

Chương trình chạy của phản ứng PCR

32

Bảng 4.1

Kết quả khảo sát các cặp mồi SSR với các dòng lúa đột biến

37

Bảng 4.2

Các chỉ tiêu về allele, chỉ số đa dạng PIC của các locus SSR đa hình
nhận biết trên 41 dòng lúa

39

Bảng 4.3

Một số đặc tính nông sinh học chính của các dòng lúa đột biến

41

Bảng 4.4

Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lý thuyết của các
dòng lúa đột biến

45

Bảng 4.5

Một số đặc điểm hình thái các dòng lúa đột biến

46

Bảng 4.6

Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất lý thuyết của các dòng
lúa đột biến triển vọng

48

Bảng 4.7

Một số sâu bệnh hại chính

50

Bảng 4.8

Đặc tính chất lượng cơm của các dòng lúa đột biến triển vọng

51

Bảng 4.9

Một số chỉ tiêu thương phẩm hạt gạo của các dòng lúa đột biến trong
thí nghiệm

52

Bảng 4.10

Kết quả phân tích gen kháng các dòng lúa đột biến

54

Bảng 4.11

Đánh gia lây nhiễm nhân tạo các dòng lúa đột biến triển vọng

55

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1

Hệ thống chọn giống đột biến phân tử thực vật

Hình 4.1

Ảnh điện di sản phẩm PCR của các dòng lúa nghiên cứu với các chỉ

7

thị SSR RM21, RM224, RM276 và RM3395 trên gel agarose 2,5%

38

Hình 4.2

Mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến

40

Hình 4.3

Biểu đồ năng suất thực thu của các dòng lúa đột biến

49

Hình 4.4

Kết quả phân tích sản phẩm PCR của các dòng lúa đột biến

53

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii


TÓM TẮT
Sử dụng phương pháp gây đột biến trong việc cải tạo các đặc điểm nông
học chính ở lúa như: năng suất, chất lượng, khả năng chống chịu.... là một trong
những phương pháp được áp dụng rộng rãi trên thế giới và cả ở Việt Nam.

Những năm gần đây, các nhà chọn giống đã sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn
giống cây trồng rất có hiệu quả, đặc biệt trong sàng lọc và phát hiện các tính
trạng khó định lượng, ngay từ giai đoạn sớm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi
đã ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ tia gamma và chỉ thị phân tử để cải tạo dòng lúa
thuần kháng bệnh bạc lá BT62.1. Đây là dòng lúa mang gen kháng bệnh bạc lá (
Xa7, Xa21), chất lượng gạo ngon, ngắn ngày, dễ canh tác nhưng có năng suất
thấp, cần được cải tạo. Hạt khô của dòng lúa BT62.1 đã được chiếu xạ bằng tia
gamma, ở liều lượng 300 Gy, nguồn Co60, tại Viện nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt.
Các thế hệ M1 đến M5 được đánh giá và chọn lọc trên ruộng thí nghiệm của bộ
môn Đột biến & Ưu thế lai, viện Di truyền Nông nghiệp. Thế hệ M1 được thu
hỗn để trồng ở vụ tiếp theo. Thế hệ M2-M4, các đột biến được thu cá thể và trồng
đánh giá theo dòng. Thế hệ M5, các dòng đột biến được đánh giá bằng chỉ thị
phân tử để sàng lọc các dòng lúa đột biến mang gen kháng bệnh bạc lá và lây
nhiễm bệnh nhân tạo với vi khuẩn gây bệnh bạc lá. Kết quả đánh giá sự sai khác
di truyền của 40 dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá ở thế hệ M5 cho thấy giữa
các dòng đột biến có sự sai khác di truyền và có sự khác biệt với dòng gốc ban
đầu BT62.1. Qua đánh giá một số đặc điểm nông, sinh học chính, đề tài đã chọn
lọc được 8 dòng lúa đột biến triển vọng ở thế hệ M5 ngắn ngày, chất lượng và
khả năng kháng bệnh bạc lá tương đương giống ban đầu nhưng năng suất đã
được cải thiện hơn. Trong đó, 2 dòng M24 và M33 cho năng suất cao nhất (trên 7
tấn/ha). Các dòng lúa đột biến triển vọng này sẽ được tiếp tục đánh giá ở các thế
hệ tiếp theo.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page viii


ABSTRACT
Mutation technique is very effective for improving main agronomic

characteristics such as yield, quality and resistance to diseases and pests. It is
well-known not only in worldwide but also in Vietnam. In recent years, the
marker - assisted selection (MAS) strategy have been used for selection of traits
that are difficult and costly performed measurement and score. In this study, we
present the works on the application of gamma ray irradiation and MAS
technique for improving of Bacterial Leaf Blight (BLB) resistant rice variety
BT62.1. This variety is short growth duration, high quality, easily cultivation and
bacterial leaf blight resistance (carrying Xa7 and Xa21 genes), but low yield and
needs to be improved. BT62.1 dry seeds were treated with 300 grey of Cobalt-60
gamma rays. Irradiated seeds were grown in experiment field of Mutation and
Heterosis Division, Agriculture Genetics Institute. All M1 individuals were
harvested separately for next season. From M2 to M4, mutant lines were also
collected and planted in family. In M5, all mutant lines were breeded by MAS.
Then they were inoculated for resistance to bacterial leaf blight and evaluated of
main agronomic traits. The mutant lines, with resistant genes and good traits
were kept breeding for stable and diversity analysis. The results of evaluation of
genetic similarity and cluster analysis showed that genetic diversity in 40 mutant
lines and original variety; Eight promising mutant lines of M5 generation retained
as short duration, good quality, bacterial leaf blight resistance as original
varieties but they have the higher yield than the original ones. Out of which, 2
mutant lines M24 and M33 have the highest yield (more than 7 tons/ha). These
promising mutant lines are selected for further evaluation.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ix


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực chính đảm bảo an
ninh lương thực, ổn định xã hội ở nhiều quốc gia trên thế giới và được trồng tập
trung chủ yếu ở các nước châu Á, châu Phi và Mỹ La tinh. Ở nước ta, lúa gạo
không chỉ là nguồn lương thực tiêu dùng trong nước mà còn là mặt hàng xuất
khẩu quan trọng. Sản lượng lúa gạo toàn cầu năm 2013 đạt 496,3 triệu tấn, tăng
1% so với năm 2012. Trong đó, sản lượng lúa tại châu Á ước tính đạt 450,6 triệu
tấn, tăng khoảng 1,1% so với năm 2012 (FAO, 2013).
Ngày nay, dân số ngày càng tăng nhanh đang gây áp lực lớn đến nền nông
nghiệp toàn cầu và đặc biệt ở các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam
(Bùi Thị Kim Vi và cs., 2011). Diện tích đất nông nghiệp đặc biệt là đất canh tác
lúa giảm nhanh do sự chuyển dịch cơ cấu sản xuất nông nghiệp, bên cạnh quá
trình đô thị hóa và công nghiệp hóa diễn ra nhanh chóng. Một vấn đề đáng quan
tâm là ảnh hưởng tiêu cực của biến đổi khí hậu như lũ lụt, hạn hán, xâm nhập
mặn... làm sản lượng lúa bị sụt giảm đáng kể. Bệnh bạc lá gây ra bởi
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) là một trong những bệnh nghiêm trọng
nhất ở lúa, gây thiệt hại đến năng suất của nhiều giống lúa trên khắp thế giới
(Leung và cs., 2004). Đặc biệt là ở các nước Châu Á, bệnh bạc lá ở lúa là bệnh
rất phổ biến, nó có thể gây thiệt hại tới trên 50% năng suất lúa (Adhikari và cs.,
1994). Việc giảm năng suất lúa như vậy cần được hạn chế tới mức thấp nhất để
đáp ứng nhu cầu về lúa gạo của thế giới (Latif và cs., 2011). Việc chọn tạo các
giống lúa có phổ kháng rộng là rất cần thiết để cải thiện tính kháng bệnh bạc lá ở
lúa. Các gen kháng có thể đặc hiệu đối với các tác nhân gây bệnh. Các gen kháng
bệnh ban đầu được đưa vào nền di truyền duy nhất mà có thể tạo ra tính kháng
bền vì nhiều gen kháng được tích hợp vào các kiểu gen đơn (Koide và cs., 2010).
Gần đây, kỹ thuật MAS (Marker-assisted selection) đã được ứng dụng thành
công và được triển khai rộng rãi trong chương trình chọn giống. Mới đây, các
nhà chọn tạo giống đã sử dụng MAS để chọn lọc các tính trạng kiểm soát bởi
nhiều locus (QTLs), chẳng hạn như các tính trạng chống chịu bệnh và các tính
trạng phi sinh học (chịu hạn, chịu mặn,…). MAS là kỹ thuật sử dụng các chỉ thị
(marker) liên kết với các tính trạng đặc hiệu để chọn lọc các cá thể mang các tính

trạng mong muốn đó trong quần thể phân ly một cách nhanh chóng và hiệu quả,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


có thể thực hiện được ngay ở giai đoạn cây mạ, đẩy nhanh sự phát triển các dòng
trong chương trình chọn tạo giống. Marker hỗ trợ trong chọn tạo giống (MAS)
cho phép xác định nhiều gen kháng ở cây trồng (Akhtar và cs., 2010). Các
marker sử dụng trong MAS dựa trên nguyên tắc PCR đó là chỉ thị SSR. Có rất
nhiều chỉ thị SSR được sử dụng để cải tiến di truyền đối với thực vật nói chung
và cây lúa nói riêng (McCouch và cs., 2001). Các marker này có vai trò quan
trọng trong MAS, đặc biệt là đối với việc chọn lọc gen kháng (Liu và cs, 2003).
Cho đến nay, các nhà khoa học đã tìm ra được 40 gen kháng bệnh bạc lá ở cây
lúa trồng và lúa hoang dại (Gu và cs., 2008; Ninox-Lui và cs., 2006; Singh và cs.,
2001; Wang và cs., 2009; Kim và cs., 2015). Vì vậy việc ứng dụng kỹ thuật
marker phân tử hỗ trợ trong chọn tạo giống lúa đang được sử dụng rộng rãi do
thời gian ngắn hơn, việc chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử hiệu quả hơn và đáng tin
cậy hơn chọn lọc kiểu hình.
Phương pháp gây đột biến để chọn tạo giống cây trồng mới là một trong
những phương pháp được áp dụng rộng rãi trên thế giới và cả ở Việt Nam. Cho
đến nay, hơn 90% các giống đột biến trên Thế giới được tạo ra nhờ việc sử dụng
tia X và tia gamma. Theo thống kê của FAO/IAEA năm 2012, đã có trên 3400
giống cây trồng mới được tạo ra bằng các tác nhân vật lý và hóa chất. Việt Nam
đã chọn tạo được hơn 55 giống cây trồng đột biến trong đó có 32 giống lúa đột
biến.
Kết hợp giữa phương pháp gây đột biến thực nghiêm và kỹ thuật MAS để
chọn tạo các dòng lúa đột biến mới mang những đặc tính nông sinh học tốt như:
năng suất cao, chất lượng tốt và mang gen kháng bệnh bạc lá là hoàn toàn có thể
thực hiện được.

Xuất phát từ những lý do nêu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề
tài“Ứng dụng chỉ thị phân tử trong sàng lọc nguồn vật liệu lúa đột biến mang
đa gen kháng bệnh bạc lá "
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá và chọn lọc được tập đoàn vật liệu các dòng lúa đột biến mang
gen kháng bệnh bạc lá để sử dụng làm vật liệu khởi đầu phục vụ cho nghiên cứu
và chọn tạo giống lúa năng suất, chất lượng và kháng được bệnh bạc lá.
Chọn lọc được dòng lúa độtbiến triển vọng có tiềm năng năng suất và
kháng bệnh bạc lá

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu
- Đánh giá đa dạng di truyền các dòng lúa đột biến sử dụng làm vật liệu
trong nghiên cứu
- Sàng lọc các dòng lúa đột biến mang gen kháng bệnh bạc lá bằng các chỉ
thị phân tử và bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo.
- Đánh giá các đặc tính nông sinh học của các dòng lúa trong thí nghiệm
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
1.4.1. Những đóng góp mới của luận văn
- Đề tài đã góp phần xây dựng quy trình công nghệ xử lý đột biến kết hợp
chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa đột biến

- Chọn tạo được 2 dòng lúa đột biến triển vọng kháng bệnh bạc lá M24 và
M33 phục vụ sản xuất và 40 dòng vật liệu mang 1-2 gen kháng bệnh làm vật liệu
cho nghiên cứu chọn tạo giống lúa mới.

1.4.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Cung cấp nguồn vật liệu mang gen kháng bạc lá mới làm vật liệu cho
chọn tạo giống lúa thuần, lúa lai kháng bệnh bạc lá.
- Ứng dụng chỉ thị phân tử kết hợp với phương pháp đột biến thực nghiệm
trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá đã giúp cho quá trình chọn giống đột
biến có định hướng hơn và giảm chi phí trong quá trình chọn tạo giống mới.
1.4.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Chọn tạo được tập đoàn các dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá.
- Chọn lọc được 8 dòng đột biến kháng bệnh bạc lá ưu tú và 2 dòng lúa
đột biến triển vọng phục vụ sản xuất .

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐỘT BIẾN TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
2.1.1. Giới thiệu về phương pháp đột biến
Đột biến thực nghiệm là một trong những bước đột phá quan trọng nhất
trong lịch sử của di truyền học. Phát hiện đột biến thực nghiệm đầu tiên là ở
đầu thế kỷ 20, sau này là chọn giống đột biến thực vật. Một số lượng lớn các
biến dị di truyền được tạo ra trong hầu hết các loài thực vật kinh tế quan trọng
và một phần nhỏ của những biến dị này đã dẫn đến sự phát triển của hơn 3.000
giống đột biến trên toàn thế giới thuộc khoảng 180 loài thực vật trong 60 năm
qua. Với sự phát triển chưa từng có của di truyền phân tử thực vật và genome
học chức năng trong thập kỷ qua, những nghiên cứu đột biến gây tạo (induced
mutation) trong thực vật đã tiến triển đáng kể những từ nghiên cứu cơ bản về
đột biến trong thực vật, đến sự phát triển của những công nghệ gen tiên tiến,
ứng dụng trong phát hiện gen và các tính trạng cây trồng mới. Những sự phát

triển này đã biến chọn giống đột biến thực vật thành một mô hình mới- Chọn
giống đột biến phân tử thực vật.
2.1.2. Di truyền học và các tính năng của chọn giống đột biến cổ điển
Trong thuật ngữ chọn giống đột biến, thế hệ các alen đột biến mới có
tính năng cốt lõi và độc đáo nhất. Di truyền học đằng sau chọn giống đột biến
bao gồm sự khác biệt về mức độ nhạy cảm của các kiểu gen khác nhau và mô
thực vật để gây đột biến khác nhau, thường được tính toán sử dụng liều gây
chết (LD), di truyền khảm (genetic chimeras) sau khi gây đột biến và ảnh
hưởng của chúng đến việc truyền những allen đột biến và phân ly trong các thế
hệ sau và bản chất lặn thường có của đột biến. Những hiểu biết về di truyền là
rất quan trọng cho việc thiết lập liều thích hợp và phương thức gây đột biến,
cũng như phương pháp thu và trồng các quần thể đột biến. Chọn giống đột biến
có lợi thế và hạn chế của nó. Những lợi thế bao gồm tạo ra các alen mới không
tồn tại trong nguồn gen và đưa những alen đó vào giống thương mại hóa vì vậy
những giống mới sẽ mang các allen đột biến mong muốn có thể sử dụng trực
tiếp như giống thương mại hóa. Những biến đổi di truyền giới hạn của bất kỳ
một cây trong một quần thể đột biến và bản chất lặn thông thường cho phép các
nhà chọn giống phát triển giống mới trong thời gian ngắn. Những bất lợi của
giống đột biến là ít có khả năng tạo các alen trội mong muốn, kém hiệu quả hơn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


so với chọn giống lai tạo cho tính trạng cần sự tổ hợp của nhiều allen, chẳng
hạn như khả năng chống chịu stress phi sinh học. Tần số đột biến thấp sẽ đòi
hỏi trồng và sàng lọc một quần thể lớn để chọn lọc đột biến mong muốn trong
điều kiện hợp lý. Điều này sẽ rất tốn kém cho những tính trạng phải đánh giá
thông qua phân tích kiểu hình trong phòng thí nghiệm.

2.1.3. Di truyền phân tử và hệ gen liên quan đến chọn giống đột biến.
Sự phát triển nhanh chóng của di truyền phân tử và hệ gen trong lĩnh
vực liên quan đến chọn giống đột biến đã tiếp thêm sức mạnh cho phương
thức chọn giống này. Người ta cho rằng chọn giống đột biến sẽ trực tiếp
hưởng lợi từ các tiến bộ khoa học và công nghệ nhanh chóng trong di truyền
học phân tử và hệ gen.
Nhiều tài liệu đã ghi nhận ADN là đối tượng bị hư hại liên tục và các tế
bào có rất nhiều cách để đáp ứng với những chấn thương đó. Mặc dù đột biến
hoặc thiếu sót trong sửa chữa có thể có gây hậu quả nghiêm trọng cho sinh vật,
đột biến vẫn là nền tảng cho cuộc sống và sự tiến hóa. Với những kiến thức tích
lũy của di truyền học phân tử về thiệt hại và sửa chữa ADN, chúng ta có thể
làm sáng tỏ nhiều hiện tượng được quan sát trong đột biến cổ điển, ví dụ như
khác biệt về sự nhạy cảm với chất gây đột biến khác nhau giữa các loài thực vật
và các nguyên liệu thực vật. Có những con đường khác nhau để sửa chữa thiệt
hại ADN gây ra bởi các loại đột biến gen khác nhau, ví dụ, chiếu xạ gamma
thường dẫn đến phá vỡ sợi đôi ADN (double strand breaks- DSBs), bức xạ của
tia cực tím (UV) dẫn đến nhị trùng hóa đồng hóa trị của pyrimidine liền kề
(covalent dimerization of adjacent pyrimidines), trong khi chất gây đột biến hóa
học gây ra không kết cặp (miss-pairing) hoặc cắt bỏ nucleotide (nucleotide
excision). Kiến thức này là rất quan trọng cho việc thiết kế đúng thí nghiệm gây
đột biến theo cách tăng cường tần số đột biến có thể đạt được. Ví dụ, có hai con
đường trong sửa chữa DSB: tái tổ hợp tương đồng (homologous recombinationHR) và tham gia kết thúc không tương đồng (nonhomologous end-joiningNHEJ), còn được gọi là tái tổ hợp bất hợp pháp (illegitimate recombination).
Sửa chữa HR đòi hỏi khá chính xác và dẫn đến ít đột biến, trong khi NHEJ là
một quá trình dễ bị lỗi và do đó có thể tạo ra nhiều đột biến. Vì vậy, một dòng
di truyền khiếm khuyết trong sửa chữa HR, hoặc các vật liệu đơn bội như phấn
hoa hay phấn (thiếu ADN khuôn đồng hợp tử cho HR) dự kiến sẽ tạo ra tần số
đột biến cao sau khi chiếu xạ. Sự hiểu biết này có thể cung cấp đầu mối để nhận

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


biết hóa chất mới có thể gây ra đột biến trong thực vật đồng thời hạn chế độc
hại cho con người.
Các tế bào có ADN bị tổn thương sẽ sống sót chỉ khi những thiệt hại
được sửa chữa đúng hoặc sai, kết quả của việc sửa chữa sai sẽ được cố định
trong hệ gen như đột biến gây tạo. Bản chất của tổn thương ADN gây ra bởi các
loại chất gây đột biến khác nhau sẽ xác định tính năng phân tử của các đột biến
gây tạo. Ví dụ, hóa chất gây đột biến EMS thường dẫn đến đột biến của chuyển
G / C sang A / T, trong khi ion chùm cấy có thể gây ra việc xoá các đoạn ADN
với kích thước khác nhau. Mặc dù cho đến nay thông tin về lĩnh vực này còn giới
hạn, những kiến thức này chắc chắn sẽ giúp chọn thể đột biến thích hợp cho các
mục đích khác nhau của chọn giống đột biến. Ví dụ, xóa bỏ ADN trong nhiều
trường hợp sẽ gây đột biến lặn, trong khi thay thế nucleotide có thể tạo ra một
alen trội. Vì vậy, khi một đột biến lặn có thể giải quyết vấn đề, chiếu xạ có thể là
một lựa chọn tốt, còn khi một đột biến trội là cần thiết (ví dụ như kháng thuốc
diệt cỏ), một tác nhân hóa học có thể có ích hơn. Điều này cũng quan trọng cho
việc thiết lập những phương pháp thích hợp để sàng lọc đột biến dựa trên ADN.
Nói chung, chọn giống phân tử thực vật phụ thuộc vào sự hiểu biết về sự
kiểm soát di truyền phân tử của các tính trạng mục tiêu quan tâm. Thông tin di
truyền phân tử cũng giúp đỡ rất nhiều trong việc phát triển một chiến lược chọn
giống đột biến thích hợp. Điều quan trọng đầu tiên là đánh giá tính khả thi và
khả năng gây đột biến mong muốn. Bởi vì tần số đột biến cho bất kỳ đoạn ADN
hay gen nào đều ít nhiều tương tự nhau, cơ hội để có được đột biến cho những
tính trạng khác nhau sẽ phụ thuộc vào số lượng gen điều khiển tính trạng đó. Ví
dụ, nhiều gen có thể ảnh hưởng đến thời gian sinh trưởng, do đó tần số đột biến
của tính trạng này thường là cao hơn so với những tính trạng đơn gen quy định.
Thứ hai, một đột biến có thể gây ra nhiều tác động nếu gen đó khởi đầu hoặc
nằm giữa một con đường sinh tổng hợp dài, chẳng hạn như các gen MIPS trong

sinh tổng hợp axit phytic, do đó biện pháp phòng ngừa nên được thực hiện cho
một dự án đột biến. Thứ ba, kiến thức về sự điều khiển các gen kiểm soát một
tính trạng quan tâm sẽ tạo thành nền tảng cho phương pháp TILLING
(Targeting Induced Limited Lesions IN Genomes)
Trong chọn giống đột biến cổ điển, đột biến gây tạo được sử dụng trực
tiếp hoặc gián tiếp (thông qua lai tạo với các giống khác) để phát triển những
giống mới, do đó khó để theo dõi các gen đột biến trong các chương trình chọn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


giống tiếp theo. Hiện nay công nghệ hiện đại đã cho phép gắn thẻ cho gen đột
biến, quy tụ chúng vào dòng chọn giống ưu tú, và theo dõi chúng trong chương
trình nhân giống tiếp theo (Hình 2.1).

Hình 2.1. Hệ thống chọn giống đột biến phân tử thực vật
Sàng lọc đột biến chính là một hạn chế trong chọn giống đột biến, đặc
biệt là cho những tính trạng không thể nhận biết bằng trực quan mà phải được
đánh giá bởi các thử nghiệm hóa học tốn kém hoặc mất thời gian trong phòng
thí nghiệm. Điều này đang được thay đổi do việc thiết lập các kỹ thuật sàng lọc
đột biến dựa trên ADN trong vài năm qua. Ví dụ, hệ thống TILLING dựa trên
sử dụng enzym CEL I cắt tại điểm kết cặp sai đã được khai thác thành công ở
một số loài thực vật. Một loạt các phiên bản TILLING sửa đổi đã có sẵn, ví dụ
để phát hiện sự xóa bỏ nucleotide. Có thể dự đoán rằng công nghệ sàng lọc đột
biến sẽ có hiệu suất cao hơn, mạnh mẽ và giá cả phải chăng với sự phát triển
nhanh chóng của công nghệ ADN bao gồm các kỹ thuật giải trình tự ADN hiệu
suất cao.
2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM TRÊN THẾ GIỚI.

Từ lâu, gây đột biến thực nghiệm để làm vật liệu khởi đầu cho chọn giống
đã được coi là một trong những kỹ thuật ứng dụng cao trong nông nghiệp.
Phương pháp này được biết đến vào năm 1925 khi Natxon và Philippôp phát

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


hiện rằng tia Roentgen có khả năng gây ra biến dị di truyền ở nấm Hạ Đẳng.
Đến năm 1926 - 1928, với các nghiên cứu của Muller trên ruồi dấm, Stadler
trên lúa mạch,.. di truyền học phóng xạ đã trở thành nền tảng cho sự ra đời
ngành chọn giống đột biến phóng xạ. Năm 1946, Auerbach và Robson phát hiện
vài hợp chất có thể gây đột biến, sau đó, ngày càng nhiều hóa chất được tìm
thấy có khả năng làm tăng tần số đột biến. Nhưng đến nay, phương pháp sử
dụng hóa chất gây đột biến bị hạn chế vì độc hại và có nguy cơ gây ung thư
cao, thay vào đó người ta sử dụng nhiều các tác nhân vật lý như các bức xạ ion
hóa (tia X, tia gamma...) và các bức xạ không ion hóa (ion beam...).
Hiện nay, theo thống kê của FAO/IAEA, đã có trên 3.000 giống cây trồng
mới được tạo ra bằng phương pháp đột biến thực nghiệm trong đó chiếu xạ
chiếm 88,8%, các tác nhân hoá chất chiếm 9,5%, tác nhân khác là 1,7% [9].
Trong đó có hơn 600 giống lúa và Trung Quốc đang là nước dẫn đầu thế giới
trong lĩnh vực trồng giống lúa đột biến có những tính trạng đặc sắc. Thành công
của phương pháp chọn giống phóng xạ đã đạt được ở rất nhiều đối tượng cây
trồng: cây lương thực, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh, cây rau...Những
đặc tính được cải tiến sau khi gây đột biến như rút ngắn chiều cao, chín sớm;
tăng cường chống chịu sâu bệnh, thích ứng với điều kiện bất lợi của môi trường.
Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để cải tiến cây trồng đã mang lại hiệu quả Cực
kỳ to lớn về mặt kinh tế.
Hơn 90% các giống đột biến nói trên được tạo ra nhờ nhờ việc sử dụng tia

X và tia gamma. Và phần lớn các giống đột biến được đưa vào sản xuất là những
dạng có thay đổi về kiểu hình, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất, phẩm chất
cao, chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường. Ngoài ra, nhờ
phương pháp này người ta đã tạo ra các dòng cận phối có khả năng tổ hợp tốt để
cho ra các con lai có ưu thế lai.
Những thành tựu mà phương pháp gây đột biến thực nghiệm trên cây lúa
có thể kể là: giống nửa lùn chịu lạnh Remei của Nhật Bản; giống Zhefu 802 của
Trung Quốc đã được trồng với diện tích lớn nhất thế giới (trên 10,5 triệu ha) và
được sử dụng rộng rãi trong sản xuất qua thời gian trên 10 năm.
Chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến đã có lịch sử nghiên cứu
và ứng dụng trên 50 năm (Thomas H. Tai, 2012). Gần đây, bộ genom của hai loài
phụ japonica và indica đã được giải mã thành công. Các kết quả phân tích ước

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


tính có khoảng trên 30.000 gen. Vì vậy, mục tiêu hiện nay là tập trung xác định
các gen đó và làm rõ chức năng của chúng. Và với sự đa dạng trong các quần thể
được tạo ra từ gây đột biến nhân tạo không những giúp chọn lọc ra các giống đột
biến có giá trị cho nông nghiệp mà còn có giá trị trong phát hiện và nghiên cứu
chức năng gen.
Theo Patnaik (2009), đột biến gây nên sự biến đổi ngẫu nhiên ở mức độ
ADN và cả ở mức độ tế bào. Không giống như phương pháp lai hữu tính, đột
biến có ưu điểm là giúp cải tiến một số đặc điểm không tốt của giống ưu việt
nào đó mà không làm mất đi các tính trạng tốt vốn có. Việc cải tiến tính trạng
lép hạt bằng phương pháp đột biến là một trong những mục tiêu được tập trung
hàng đầu.
Ở Sierra Leone, các nhà khoa học cũng làm các nghiên cứu tìm ra sự ảnh

hưởng của tia gamma lên 13 giống lúa ở đây. Hạt khô của các giống này được xử
lý chiếu xạ với phổ liều rất rộng, từ 50 đến 800Gy. Ở thế hệ M1, các quan sát tập
trung vào tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót, chiều cao mầm, số dảnh. Kết quả cho
thấy, sức nảy mầm của các giống không khác nhau giữa các liều trong vòng 7
ngày quan sát đầu tiên. Tỷ lệ sống sót của các mầm bắt đầu có sự khác nhau từ
ngày thứ 8 đến ngày thứ 14. Các liều từ 50-300Gy không thấy sự sai khác với đối
chứng ở chỉ tiêu số dảnh. Và liều gây chết 50% số cá thế nghiên cứu (LD50), tùy
thuộc vào giống mà dao động từ 345-423Gy (Harding, S.S., 2012).
Các nhà khoa học Malaysia cũng chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60) nhằm
cải tạo 2 giống lúa địa phương là Ase Lapang (gạo dẻo) và Mandoti (gạo đỏ). Kết
quả bước đầu ở thế hệ M1 cho thấy, liều 200Gy đã rút ngắn thời gian sinh trưởng
nhưng lại làm tăng tỷ lệ lép hạt (Abdul Haris, 2013).
Ibrahim S. El-Degw (2013), cũng nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ tia
gamma lên giống lúa địa phương Sakha 105 ở các liều 150Gy, 200Gy và 250Gy.
Qua theo dõi ở thế hệ M1 và M2, tác giả chỉ ra rằng: liều 150Gy cho giá trị trung
bình của chỉ tiêu thời gian trỗ, chiều cao cây và số bông/khóm cao nhất. Ở liều
200Gy thì tỷ lệ lép và số gié/bông cao hơn. Còn ở liều 250Gy thì năng suất hạt,
số hạt chắc/bông, thời gian trỗ, chiều cao cây... đều thấp nhất và khác biệt nhiều
nhất so với đối chứng. So sánh giữa các liều thì liều 250Gy phát hiện thấy nhiều
biến dị hơn cả. Có thế thấy rằng, một số các nhà khoa học trên thế giới đã có
nghiên cứu về liều lượng chiếu xạ ở phổ rất rộng. Tựu chung lại, liều thường

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


được quan tâm, có giá trị với chọn giống thường dao động từ 200-400Gy. Ngoài
ra, chiếu xạ tia gamma không chỉ có vai trò hiệu quả đối với chọn giống, mà kết
hợp với các thành tựu về giải trình tự gen hiện nay, gây đột biến còn giúp các nhà

khoa học phát hiện gen và nghiên cứu chức năng của chúng.
2.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM Ở VIỆT NAM.
Ở Việt Nam, lĩnh vực gây đột biến thực nghiệm đã được cố giáo sư Lương
Đình Của khởi xướng từ những năm 1960. Nhưng mãi đến năm 1980, hướng
nghiên cứu này mới được phát triển một cách tương đối có hệ thống và định
hướng do cố tiến sĩ Phan Phải và cộng sự tiến hành. Sau đó, một loạt nghiên cứu
của các tác giả như: Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Trần Đình Long, Mai
Quang Vinh, Đỗ Hữu Ất, Lâm Quang Dụ, Nguyễn Văn Bích, Nguyễn Quang Xu,
Lê Văn Nhạ,.. trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lạc,
táo, cà chua, hoa cúc,.. đã tạo ra nhiều dòng đột biến có giá trị, được chọn lọc và
phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia hoặc các dòng có triển vọng phục vụ
cho công tác tạo giống mới. Về đối tượng lúa, các thành tựu có thể kể ra như:
DT10, DT11, A20, ST38, DT37, CM1, CM6, DT21, Tám thơm đột biến, DT22,
DT36, Khang dân đột biến, DT38, PD2, CL9. Đặc biệt giống DT10 của Viện Di
truyền NN Việt Nam đã được trồng ở miền Bắc với diện tích khoảng 1 triệu ha
(chiếm 33% diện tích trồng lúa thập kỷ 90).
Ở Việt Nam các nhà khoa học đã ứng dụng nhanh chóng các phương pháp
chọn giống đột biến vào công tác chọn giống cây trồng và đạt nhiều thành quả to
lớn, góp phần nâng cao năng suất chất lượng cây lương thực, thực phẩm.
Viện Di truyền Nông nghiệp là cơ quan đầu tiên ứng dụng kỹ thuật nguyên tử
để chọn tạo các giống cây trồng đột biến mới bằng tia gamma, tia Rơghen, các
tác nhân đột biến hóa học khác... và đã có nhiều thành công trong lĩnh vực này.
Các phương pháp chính được sử dụng trong cải tiến giống cây trồng trên cơ sở
khai thác và sử dụng nguồn gen là phương pháp lai tạo, phương pháp đột biến và
phương pháp chuyển gen để tạo ra các giống cây trồng năng suất cao, chất lượng
tốt, chống chịu bệnh hại và điều kiện thời tiết bất thuận.
Tính tới năm 2010, theo số liệu thống kê sơ bộ, Viện Di truyền Nông nghiệp
có khoảng 21 giống lúa được tạo ra bằng phương pháp gây đột biến trực tiếp (15
giống) và chọn tạo từ con lai của các dòng/giống đột biến (6giống). Các giống

lúa này đều đã được công nhận giống quốc gia, giống sản thử hoặc đang gửi khảo
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


nghiệm 2-3 vụ. Các giống lúa trên đã được triển khai ra sản xuất với diện tích rất
rộng (hàng triệu héc ta) và đã mang lại nguồn lợi kinh tế to lớn cho bà con nông
dân (M.Q Vinh et al., 2009).
Từ năm 1995 đến nay, có khoảng hơn 10 giống lúa đột biến được tạo ra ở
miền Nam Việt Nam. Nguồn vật liệu được sử dụng là: IR64, IR50404, IR59606,
Jamin85, các giống lúa địa phương: Nàng hương, Tám soan, Tài nguyên...Các
nhà khoa học đã sử dụng nguồn chiếu xạ 60Co, liều lượng 150, 200, 250, 300 Gy.
Hiện nay diện tích trồng các giống lúa đột biến chiếm 11% tổng diện tích lúa ở
miền Nam Việt Nam. Nhiều giống lúa đột biến triển vọng kháng bệnh rầy nâu,
đạo ôn, chịu phèn mặn đã được tạo ra như: VND95, OM2717,
OM2496...(Đ.K.Thinh et al., 2004).
Đào Thanh Bằng và cộng sự (2011), cũng đã thành công trong nghiên
cứu ứng dụng tia gamma và ion beam nhằm cải tiến giống lúa Khang dân 18 và
Bắc thơm 7.
Việc chọn lọc dòng/giống nào để xử lý đột biến phụ thuộc vào tính trạng
cần cải tiến. Các bức xạ bức xạ ion hoá mật độ cao chủ yếu gây ra những biến
đổi nhiễm sắc thể (sắp xếp lại, mất đoạn,..), trong khi bức xạ ion hoá mật độ
thưa (tia X, tia gamma) và bức xạ không ion hóa (tia tử ngoại) gây ra nhiều đột
biến điểm hơn. Các tác nhân hoá học đa dạng hơn nhiều về chủng loại so với
tác nhân lý học. Các tác nhân như ethyl methane sulphonate (EMS) và các hợp
chất siêu đột biến nitrozo urê (nitrozoethyl urê) gây ra tần số đột biến cao ở
nhiều loại cây trồng.
Biến đổi khí hậu (BĐKH) và nước biển dâng, vùng ĐBSCL sẽ là một
trong ba đồng bằng chịu thiệt hại nặng nề nhất. Trong khi đây là vùng sản xuất

nông nghiệp trọng điểm, trong đó đất lúa tạo nguồn lương thực chủ yếu và chiếm
hơn 90% sản lượng gạo xuất khẩu của cả nước. Có thể nói, bất kỳ sự thay đổi
tích cực nào về giống ở đây cũng được xem như là thành tựu tầm cỡ quốc gia và
quốc tế. Do vậy, tìm giống lúa thích nghi với BĐKH là cấp thiết và đang được
các nhà khoa học tập trung nghiên cứu.
Nguyễn Thị Lang và cs. (2007), cũng đã ứng dụng đột biến trong chọn
tạo giống lúa có hàm lượng axit phytic thấp. Như các nghiên cứu đã chỉ ra, hạt
càng chứa hàm lượng axit phytic, myo-inositol 1, 2, 3, 4, 5, 6 – hexakisphosphate
(IP 6) cao thì thành phần các chất khoáng khác như sắt, kẽm... càng thấp. Ngoài

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


ra, axit phytic còn là chất khó được tiêu hóa cũng như hấp thụ ở ruột của người
và một số động vật không nhai lại. Vì vậy, các dòng đột biến (thế hệ M3, M4,
M5) từ hai giống lúa OMCS2000 và OM1490 (chiếu xạ liều 200Gy) cùng với
các giống lúa địa phương đã được khảo sát nhằm chọn được dòng đột biến có
hàm lượng axit phytic. Một số dòng đột biến chọn được như 47, 64, 144, 158 và
274. Bên cạnh đó là các giống bản địa như OM4498, OM2517, OM5731, Nang
Quot Do, Ca Ro, Lua Lun, Nep Ao Vang, Nep Mau Luon, Nep Hat To có hàm
lượng axit phytic chỉ ở mức 0.465 µg P. Các kết quả này sẽ rất có giá trị trong
công tác chọn tạo giống lúa có hàm lượng axit phytic thấp.
Theo Tiến sĩ Võ Công Thành (Phó trưởng bộ môn Di truyền giống NN Khoa NN&SHƯD - Trường ĐHCT), trong 2 năm 2008 - 2009, giống lúa BN
được chọn tạo từ giống lúa IR50404 đột biến cho thấy có khả năng thích nghi
trên vùng đất phèn, chịu hạn ở Đồng Tháp, Trà Vinh và Hậu Giang với diện tích
được gieo trồng 400 – 500 ha. Giống BN kháng rầy, đạo ôn, bệnh cháy lá, lúa
von,.. và cho gạo có phẩm chất tốt (bạc bụng 5%, mềm cơm,..). Hiện tại, giống
lúa BN2 (cải tiến từ giống BN) được tác giả đánh giá là giống khá lý tưởng, có

thể đưa vào sản xuất trên diện rộng trong thời gian tới. Giống VND95-20 của
Viện KHKT NN miền Nam là một trong 5 giống lúa xuất khẩu chủ lực với diện
tích gần 200.000 ha.
2.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG
BỆNH BẠC LÁ
Bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây ra, gây thiệt hại
nghiêm trọng trên lúa, thậm chí có thể mất trắng. Bệnh bạc lá thường phát sinh
và gây tác hại lớn trong vụ mùa. Bệnh có thể phát sinh sớm vào tháng 8, khi lúa
làm đòng, trỗ, chín sữa với các trà lúa sớm. Đối với các giống lúa mẫn cảm, bệnh
thường bị rất sớm và khá nặng, giảm năng suất nhiều. Các trà lúa cấy muộn trỗ
vào tháng 10 thường bị bệnh nhẹ hơn, tác hại của bệnh cũng ít hơn. Nhìn chung,
bệnh phát triển mạnh vào giai đoạn cây lúa dễ nhiễm bệnh nhất là lúc lúa làm
đòng và chín sữa. Bệnh phát sinh, phát triển mạnh và truyền lan nhanh trong điều
kiện nhiệt độ từ 26- 30oC, ẩm độ cao từ 90% trở lên. Nhiệt độ đảm bảo cho bệnh
phát triển, còn ẩm độ có ý nghĩa quyết định đến đến mức độ bệnh, mưa gió lại
tạo điều kiện cho bệnh truyền lan. Vì thế mà bệnh thường phát sinh, phát triển
mạnh vào khoảng tháng 7- 8, do trong thời gian này, những cơn mưa không chỉ
tạo vết thương trên lá mà còn làm cho vi khuẩn sinh sản nhanh về số lượng kéo

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


theo vi khuẩn hình thành nhiều, tạo điều kiện cho sự xâm nhiễm và truyền lan
nhanh chóng.
Việc nghiên cứu và đề xuất các biện pháp phòng trừ đối với bệnh bạc lá
được triển khai rất sớm, đã có nhiều biện pháp phòng trừ được đề xuất và đưa
vào áp dụng, song cho tới nay bệnh này vẫn là một trong những bệnh nguy hại
của ngành trồng lúa.

Ở Việt Nam, bệnh bạc lá lúa phát sinh phá hại suốt từ thời kỳ mạ đến chín
nhưng có triệu chứng điển hình là ở thời kỳ lúa cây trên ruộng từ sau đẻ - trỗ,
chín sữa (Lê Lương Tề, 1980).
Trên mạ, triệu chứng thể hiện không đặc trưng như ở trên lúa, do đó cũng
dễ nhầm lẫn với các triệu chứng khác. Chủ yếu vi khuẩn hại mạ gây ra triệu
chứng ở mút lá hoặc mép lá mạ những vết dài ngắn khác nhau màu xanh vàng rồi
nâu bạc, lá dễ bị khô.
Trên lá lúa, triệu chứng bệnh thể hiện rõ hơn, tuy có thể biến đổi ít nhiều
tuỳ theo giống lúa và điều kiện bên ngoài nhưng nói chung vết bệnh có những
đặc điểm điển hình sau đây:
- Vết bệnh ở mép lá, mút lá lan dần vào phiến lá hoặc lan thẳng xuống gân
chính, ở một số trường hợp vết bệnh có khi bắt đầu ở ngay giữa phiến lá.
- Vết bệnh lan rộng theo đường gợn sóng hoặc thẳng, mô bệnh xanh tái
vàng lục, cuối cùng cháy khô có màu nâu xám.
- Thông thường ranh giới giữa mô bênh với mô khỏe trên phiến lá rất rõ rệt,
có giớ hạn theo đường gợn sóng vàng hoặc không vàng, có khi chỉ một đường
viền màu nâu sẫm, đứt quãng hay không đứt quãng.
Có thể căn cứ vào những đặc điểm triệu chứng trên để phát hiện bệnh. Tuy
nhiên nhiều khi vết bệnh quá cũ hoặc biến đổi quá nhiều theo giống và điều hiện
bên ngoài, nhất là ở mạ do vậy có thể nhầm lẫn với những hiện tượng khô đầu lá
sinh lý (Bùi Trọng Thủy và cs., 2007).
2.4.1. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên thế giới
Từ các nghiên cứu trên cho thấy, tính kháng bệnh bạc lá là do gen quy
định nên trên cơ sở đó chọn lọc các cặp bố mẹ và bằng phương pháp lai hữu tính
kết hợp với chỉ thị phân tử chúng ta có thể tạo được giống kháng bệnh. Bằng
phương pháp này có thể tạo được những giống lúa mới vừa kết hợp được những

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13

đặc tính nông sinh học tốt của bố mẹ vừa mang gen kháng bệnh bạc lá.
Ở Nhật Bản bệnh bạc lá gây hại từ năm 1884 nhưng mãi đến năm 1926
cây lúa kháng bệnh bạc lá đầu tiên mới được xác định. Cây lúa kháng bệnh này
được chọn ra từ giống lúa nhiễm bệnh, được đặt tên là Kono 35. Giống này cung
cấp gen chống chịu cho nhiều giống lúa ở Nhật Bản (Lê Lương Tề và cs., 2007).
Ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế, chương trình chọn giống kháng bệnh
bạc lá đã đạt được nhiều kết quả. Người ta đã đưa ra nhiều dòng, giống kháng
bệnh và chúng được trồng rộng rãi ở Châu Á, cung cấp vật liệu kháng bệnh bạc
lá cho các nước như Philippin, Trung Quốc, Ấn Độ, Nepal, Bangladesh, Thái
Lan, Việt Nam, Indonexia, Malaysia (Chen et al., 2000).
Theo Deng Qi-ming và cộng sự (2006), thì hầu hết các giống lúa kháng
hiện nay có phổ kháng hẹp. Trên giống lúa Indica chứa gen Xa4 và giống
Japonica chứa gen xa3. Theo Guang-huai Jiang và cộng sự (2006), gen lặn xa5
có phổ kháng rộng hơn và cao hơn so với các đơn gen kháng khác. Các nhà khoa
học Philippin thì khẳng định gen xa5, Xa7, Xa21, Xa23 có phổ kháng rộng hơn
với cả 6 chủng bạc lá ở Philippin, (Chen et al., 2008). Theo Mark Mazzola và
cộng sự, gen Xa21 kháng với hầu hết các chủng bạc lá ở Ấn Độ và Philippin
(Supanyika Sengsai et al., 2007), (Sun et al., 2004).
Từ cuối thế kỷ 20 đến đầu thế kỷ 21, một loạt các gen kháng bạc lá được
lập bản đồ với các chỉ thị phân tử liên kết đã thúc đẩy mạnh mẽ chương trình chọn
giống lúa kháng bạc lá nhờ chỉ thị phân tử. Các đơn gen kháng bạc lá thường chỉ
kháng được với một số nòi vi khuẩn bạc lá nhất định. Vì vậy nhiều cơ sở nghiên
cứu đã tiến hành quy tụ vài gen kháng bạc lá vào một giống lúa nhằm tạo giống lúa
cho năng suất cao và kháng bền vững với nhiều nòi bạc lá. Công nghệ chọn giống
nhờ chỉ thị phân tử (MAS) trở nên đắc lực cho việc quy tụ nhiều gen kháng vào 1
hệ gen.
Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã đưa các gen kháng được với nhiều chủng
bạc lá xa5, xa13 và Xa21 vào các giống lúa “Kiểu mới” (New Plant Type) IR65598112, IR65600-42 và IR65600-96 nhằm tạo ra các giống lúa cho năng suất siêu cao

và kháng bền vững với bệnh bạc lá (Sanchez et al., 2000). Bằng con đường MAS,
các nhà khoa học đã quy tụ được một số dòng lúa mang 2, 3 hoặc 4… gen kháng
bệnh bạc lá như các dòng mang đa gen kháng IRBB57, IRBB62, IRBB60…của viện
lúa quốc tế IRRI (Lang et al, 2008).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14