Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của các dòng, giống lúa đột biến chất lượng tại một số vùng sinh thái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2

TRẦN V N TOÁN

NGHI N CỨU T NH Đ DẠNG DI TRU
CÁC D NG GI NG

N CỦ

ĐỘT BI N CHẤT Ƣ NG

TẠI MỘT S

VÙNG SINH THÁI

U N V N THẠC S SINH HỌC

HÀ NỘI 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2

TRẦN V N TOÁN

NGHI N CỨU T NH Đ DẠNG DI TRU
CÁC D NG GI NG

N CỦ

ĐỘT BI N CHẤT Ƣ NG

TẠI MỘT S

VÙNG SINH THÁI

Chuyên nghành

:S

t

ọc

Mã số

: 60 42 01 20

TÓM TẮT U N V N THẠC S SINH HỌC

Ngƣờ

ƣớ g dẫm k oa ọc: TS. Nguyễ N ƣ Toả

HÀ NỘI 2015


ỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn, sự cảm kích sâu sắc đến
TS. Nguyễn Nhƣ Toản đã dành nhiều thời gian, tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ

và động viên tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đội ngũ cán bộ Bộ môn Kỹ thuật
di truyền - viện Di truyền Nông nghiệp đã nhiệt tình chỉ bảo, hƣớng dẫn kỹ
thuật, cung cấp cho tôi những thông tin và tài liệu bổ ích giúp tôi hoàn thành
luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm khoa Sinh - KTNN
Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2; Phòng Sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ
phạm Hà Nội 2 đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm và
tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới những ngƣời thân trong gia đình, những
ngƣời đồng nghiệp, những ngƣời bạn luôn ở bên cạnh tôi, giúp đỡ, động viên
tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2015
Học viên

Trầ Vă To


ỜI C M ĐO N

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện dƣới sự
hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Nhƣ Toản, Trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội 2.
Nội dung nghiên cứu, các trích dẫn đều có nguồn gốc rõ ràng, các số liệu và
kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, không sao chép từ bất cứ
tài liệu nào, toàn bộ đều là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi qua quá
trình tìm tòi, học tập và nghiên cứu khoa học. Tôi xin chịu trách nhiệm về đề
tài nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 09 tháng 12 năm 2015
Học viên

Trầ Vă To


MỤC ỤC
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục hình ảnh, biểu đồ, đồ thị
Trang
M ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................. 2
3.

ngh a khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 2

4. Những đóng góp mới của đề tài ................................................................ 3
CHƢƠNG 1. CƠ S KHOA HỌC VÀ L LUẬN CỦA ĐỀ TÀI .................. 4
1.1. Điều kiện khí hậu, thời tiết, đất đai của vùng sinh thái Phúc Yên - V nh
Phúc và Hiệp Hòa - Bắc Giang ..................................................................... 4
1.1.1. Thị xã Phúc Yên - Tỉnh V nh Phúc . ............................................... 4
1.1.2. Huyện hiệp hòa - Tỉnh Bắc Giang ................................................. 5
1.2. Nguồn gốc và đ c điểm hình thái của cây lúa ....................................... 6
1.2.1. Nguồn gốc cây lúa........................................................................... 6
1.2.2. Đ c điểm hình thái của cây lúa ....................................................... 9
1.3. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền lúa trên thế giới và ở

Việt Nam ..................................................................................................... 12
1.3.1. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền lúa trên thế giới ............. 12
1.3.2. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam ............. 15


1.4. Tình hình nghiên cứu, sản xuất lúa trên thế giới và ở Việt Nam ......... 18
1.4.1. Trên thế giới .................................................................................. 18
1.4.2.

Việt Nam ................................................................................... 21

CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu .............................................................................. 24
2.2. Nội Dung nghiên cứu ........................................................................... 25
2.2.1. Nghiên cứu khả năng sinh trƣởng và phát triển của các dòng giống
lúa đột biến chất lƣợng tại vùng sinh thái nghiên cứu ............................ 25
2.2.2. Nghiên cứu mức độ đa dạng di truyền các giống, dòng lúa nghiên
cứu b ngchỉ thị phân tử SSR. .................................................................. 25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................... 26
2.3.1. Thí nghiệm đồng ruộng ................................................................. 26
2.3.2. Thu thập và xử lý số liệu ............................................................... 29
2.3.3. Nghiên cứu mức độ đa dạng di truyền của các giống lúa nghiên
cứu b ng chỉ thị phân tử SSR .................................................................. 30
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 33
3.1. Khả năng sinh trƣởng của các dòng, giống lúa tại vùng sinh thái nghiên
cứa vụ xuân 2015 tại Phúc Yên V nh Phúc và Hiệp Hòa - Bắc Giang .......... 33
3.1.1. Khả năng đẻ nhánh ........................................................................ 33
3.1.2. Chiều cao cây lúa .......................................................................... 34
3.1.3. Chiều dài bông .............................................................................. 36
3.1.4. Độ cứng cây, độ thoát cổ bông và độ tàn lá .................................. 38

3.2. Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa nghiên cứu .. 39
3.2.1. Số bông trên khóm ........................................................................ 39
3.2.2. Số hạt trên bông. ........................................................................... 41
3.2.3. Khối lƣợng 1000 hạt, năng suất lý thuyết và năng suất thực tế: ... 45
3.2.4. Thời gian sinh trƣởng: ................................................................... 48


3.3. Khả năng chống chịu của các dòng, giống lúa nghiên cứu .................. 49
3.4. Sự đa dạng di truyền của các dòng, giống lúa lúa nghiên cứu............. 50
3.4.1. Kết quả tách chiết DNA ................................................................ 50
3.4.2. Kết quả sử dụng chỉ thị SSR trong phân tích đa dạng di truyền ... 51
3.4.3. Kết quả phân tích đa dạng di truyền và mối quan hệ di truyền của
09 giống lúa ƣu tú.................................................................................... 55
3.4.4. Mối quan hệ di truyền của các dòng lúa nghiên cứu .................... 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 60
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 62
PHỤ LỤC


D NH MỤC CÁC CHỮ VI T TẮT

P1000:

Trọng lƣợng 1000 hạt.

NSLT:

Năng suất lý thuyết.

NSTT:

Năng suất thực thu.

TGST:

Thời gian sinh trƣởng.

AFLP:

Amplified fragment length polymorphism

CTAB:

Cetyl trimetyl amonium bromit

DNA:

Deoxyribonucleic acid

DNTP:

Dideoxyribo nucleozit triphosphat

FAO:

The World FoodOrganization

IRRI:

International Research RiceInstitute

PCR:

Polymerase chain reaction

PIC:

Polymorphic Information Content

QTL:

Quantitative trait loci

RAPD:

Random amplyfied polymorphic DNA

RFLP:

Restriction fragment length polymorphism

RNA:

Ribonucleic acid

SSR:

Simple sequence repeats

TAE:

Tris-acetat-acid EDTA

TE:

Tris EDTA


D NH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sản lƣợng gạo xuất khẩu và dự trữ gạo tại một số nƣớc trên
thế giới ............................................................................................. 20
Bảng 1.2: Diện tích trồng lúa và tổng sản lƣợng lúa từ 1990-2012.................... 22
Bảng 2.1: Chỉ tiêu và phƣơng pháp đánh giá khả năng sinh trƣởng của các
giống lúa ........................................................................................... 27
Bảng 2.2: Chỉ tiêu và phƣơng pháp đánh giá đ c điểm hình thái của các
giống lúa ........................................................................................... 28
Bảng 2.3: Phƣơng pháp đánh giá các yếu tố cấu thành năng suất của các
giống lúa ........................................................................................... 28
Bảng 2.4: Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR sử dụng mồi SSR ........................... 31
Bảng 3.1: Khả năng đẻ nhánh của các dòng, giống lúa tại vùng nghiên cứu .... 33
Bảng 3.2: Chiều cao cây lúa tại vùng nghiên cứu .............................................. 35
Bảng 3.3: Chiều dài bông lúa tại vùng nghiên cứu ............................................ 36
Bảng 3.4: Độ cứng cây, độ thoát cổ bông và độ tàn lá tại vùng sinh thái
nghiên cứu ........................................................................................ 39
Bảng 3.5: Số bông trên khóm lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu ....................... 40
Bảng 3.6: Tổng số hạt/bông lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu .......................... 41
Bảng 3.7: Tổng số hạt chắc/bông lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu ................. 43
Bảng 3.8: Tỉ lệ hạt chắc/bông lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu ....................... 44
Bảng 3.9: Khối lƣợng 1000 hạt ở các giống lúa tại hai vùng nghiên cứu ......... 45
Bảng 3.10: Năng suất lý thuyết và năng suất thực tế (tấn/ha) tại hai vùng sinh

thai nghiên cứu .................................................................................. 47
Bảng 3.11: Thời gian sinh trƣởng tại vùng nghiên cứu Phúc Yên - V nh Phúc
và Hiệp Hòa - Bắc Giang ................................................................. 48


Bảng 3.12. Khả năng nhiễm sâu bệnh của các dòng lúa tại vùng nghiên cứu
Phúc Yên - V nh Phúc và Hiệp Hòa - Bắc Giang ............................ 49
Bảng 3.13. Thông tin về các c p mồi trong nghiên cứu .................................... 51
Bảng 3.14. Số alen thể hiện và hệ số PIC của 26 c p mồi .................................. 53
Bảng 3.15. Tỉ lệ khuyết liệu (M%) và tỉ lệ dị hợp tử (H%) của 09 giống lúa
nghiên cứu ......................................................................................... 54
Bảng 3.16. Hệ số tƣơng đồng di truyền giữa 09 mẫu giống lúa nghiên cứu ...... 58


D NH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 3.1: Biểu đồ đánh giá khả năng đẻ nhánh của cây lúa tại vùng sinh thái
nghiên cứu ......................................................................................... 34
Hình 3.2: Biểu đồ đánh giá chiều cao cây lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu ..... 35
Hình 3.3: Biểu đồ đánh giá chiều dài bông lúa tại vùng nghiên cứu ................. 37
Hình 3.4: Biểu đồ đánh giá số bông trên khóm lúa tại vùng sinh thái
nghiên cứu ........................................................................................ 40
Hình 3.5: Biểu đồ đánh giá tổng số hạt/bông lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu 42
Hình 3.6: Biểu đồ đánh giá số hạt chắc/bông lúa tại vùng sinh thái nghiên cứu 43
Hình 3.7: Biểu đồ đánh giá tỷ lệ hạt chắc/bông lúa tại vùng nghiên cứu ........... 44
Hình 3.8: Biểu đồ đánh giá khối lƣợng 1000 hạt ở các giống lúa tại hai vùng
nghiên cứu ........................................................................................ 46
Hình 3.9: Biểu đồ đánh giá năng suất lý thuyết và năng suất thực tế (tấn/ha) ... 47
Hình 3.10: Kết quả điện di DNA tổng số của 09 mẫu giống lúa nghiên cứu ..... 50
Hình 3.11: Kết quả điện di sản phẩm SSR-PCR của 09 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM21 (M: marker 20bp) .................................... 55

Hình 3.12: Kết quả điện di sản phẩm SSR-PCR của 09 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM224 (M: marker 20bp) .................................. 56
Hình 3.13: Kết quả điện di sản phẩm SSR-PCR của 09 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM515 (M: marker 20bp) .................................. 56
Hình 3.14: Kết quả điện di sản phẩm SSR-PCR của 09 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM1233 (M: marker 20bp) ................................ 57
Hình 3.15: Kết quả điện di sản phẩm SSR-PCR của 09 mẫu giống lúa nghiên
cứu với đoạn mồi RM7102 (M: marker 20bp) ................................ 57
Hình 3.16: Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền giữa các mẫu giống lúa
nghiên cứu ......................................................................................... 58


1
MỞ ĐẦU
1. ý do c ọ đề tà
Lúa gạo là cây lƣơng thực chủ yếu và có vai trò quan trọng trong đời
sống nhân dân.(Nguyễn Thị Lẫm,1990) [14], [40]. Lúa gạo đƣợc sử dụng
trong rất nhiều m t của cuộc sống không chỉ trong nông nghiệp mà cả trong
các ngành khác. Trong thƣơng nghiệp, lúa gạo có vai trò to lớn trong cán cân
xuất - nhập khẩu đƣa Việt Nam đi lên là một trong những nƣớc xuất khẩu
gạo lớn nhất trên thế giới, theo Bộ NN&PTNT (2011), [2].
Việt Nam là quốc gia đang phát triển, có dân số đông, và trên 80%
sống b ng ngành nông nghiệp. Theo Tổ chức Nông lƣơng Liên Hiệp Quốc
(FAO) vừa đƣa ra dự báo xuất khẩu gạo của Việt Nam sẽ đạt khoảng 7 triệu
tấn trong năm 2014, tăng khoảng 5% so với mức 6,65 triệu tấn của năm
2013 [39].
Để tăng sản lƣợng lúa, khả năng mở rộng diện tích là không khả thi mà
còn gây ảnh hƣởng không tốt đến hệ sinh thái, vì vậy việc tăng sản lƣợng lúa,
chủ yếu vẫn dựa vào các biện pháp kỹ thuật tác động là chính. Bên cạnh đó,
do nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời không chỉ đòi hỏi về số lƣợng mà

còn cả về chất lƣợng, trƣớc đây chủ yếu là ăn gạo khô nhƣng hiện nay càng
ngày yêu cầu gạo dẻo, thơm, ngon càng cao, không những thế mà còn phải an
toàn, sạch, không nguồn bệnh.(Nguyễn Văn Hoan, 1995). [10]
Việt Nam đã nhập nội nhiều giống lúa lai và lúa thuần có năng suất cao,
chất lƣợng tốt để mở rộng sản xuất. Trong tƣơng lai sản xuất lúa gạo ở Việt
Nam vẫn là ngành sản xuất lớn trong nông nghiệp theo hƣớng sản xuất hàng
hóa, phát triển bền vững về năng suất, chất lƣợng .

Việt Nam nói chung và ở

các địa phƣơng sản xuất lúa nói riêng nhƣ V nh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang
để đáp ứng đƣợc sự cạnh tranh trên thị trƣờng thì cần phải có sự quan tâm và
đầu tƣ nhiều hơn (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008 ; Nguyễn Văn Luật, 2011), [6], [16].


2
Với thực trạng tại các địa phƣơng nhƣ hiện nay chƣa kể đến chất
lƣợng mà ngay cả về sản lƣợng vẫn còn thấp so với nhiều tỉnh khác, đồng
thời sự đa dạng các giống lúa chất lƣợng cũng chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu
của thị trƣờng. Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành
nghiên cứu đề tài
m
2. Mục đíc

g

s vù

s

”.

cứu của đề tà

- Nghiên cứu khả năng thích ứng của một số dòng, giống lúa đột biến
chất lƣợng thông qua khảo sát các chỉ tiêu về sinh trƣởng và phát triển tại khu
vực sinh thái nghiên cứu
- Xác định một số dòng, giống lúa đột biến chất lƣợng có khả năng
thích ứng với điều kiện sinh thái và bƣớc đầu đề xuất hƣớng canh tác hợp lý.
- Đánh giá mức độ đa dạng di truyền của một số dòng, giống lúa đột
biến chất lƣợng so với giống gốc trong hệ thống phân loại giống, góp phần
bƣớc đầu xác định nguồn vật liệu khởi đầu trong công tác chọn tạo giống lúa
chất lƣợng.
3.

g a k oa ọc và t

31

ngh

c t ễ của đề tà

ho h c

- Kết quả của đề tài là cơ sở lý luận cho việc trồng trọt và canh tác hợp
lý đối với các cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng trong sản xuất nông
nghiệp
- Góp phần làm sáng tỏ mối tƣơng tác giữa cơ thể sinh vật với môi
trƣờng sống, từ đó xây dựng cơ cấu, kế hoạch cho việc sử dụng hợp lý nguồn

tài nguyên thực vật trong những điều kiện môi trƣờng sinh thái khác nhau.
32

ngh

th c ti n

Cung cấp nguồn nguyên liệu cho chọn lọc và chọn ra những giống lúa
có những phẩm chất, năng suất tốt hơn so với những giống lúa hiện tại để đƣa


3
vào sản xuất đại trà, qua đó giúp cải thiện đời sống ngƣời nông dân, nâng cao
chất lƣợng cuộc sống cho mỗi cá nhân và gia đình.
4. N ữ g đó g góp mớ của đề tà
- Kết quả nghiên cứu của đề tài nh m xác định khả năng thích ứng của
các dòng, giống lúa đột biến chất lƣợng tại một số vùng sinh thái, là cơ sở cho
công tác chọn tạo giống lúa năng suất, chất lƣợng cao.
- Đề tài nghiên cứu, đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa ở mức
phân tử b ng chỉ thị SSR, là cơ sở cho việc phân loại các giống cây trồng nói
chung và cây lúa nói riêng, đồng thời góp phần cung cấp nguồn vật liệu khởi
đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng mới.


4
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ LÝ LU N CỦ Đ TÀI
1.1. Đ ều k ệ k í ậu t ờ t ết đất đa của vù g s
V

t

P úc

-

P úc và H ệp Hòa - Bắc G a g

1.1

-

42].

1 1 1 1 Vị trí đị lý
Phúc Yên n m ở phía Đông Nam tỉnh V nh Phúc, phía Đông Bắc của
Thủ đô Hà Nội, cách trung tâm thủ đô 30 Km. Thị xã Phúc Yên có chiều dài
theo trục Bắc - Nam 24 km, từ phƣờng Hùng Vƣơng đến đèo Nhe, xã Ngọc
Thanh giáp với tỉnh Thái Nguyên.
Địa giới hành chính thị xã Phúc Yên:
Phía Bắc giáp tỉnh Thái Nguyên; Phía Tây giáp huyện Bình Xuyên;
Phía Nam, Đông giáp với Thủ đô Hà Nội.
1 1 1 2 Đị hình, đất đ i
Thị xã Phúc Yên có địa hình đa dạng, tổng diện tích là 12.029,55 ha,
chia thành 2 vùng chính là vùng đồi núi bán sơn địa (Ngọc Thanh, Cao Minh,
Xuân Hoà), diện tích 9700 ha; vùng đồng b ng gồm các xã, phƣờng: Nam
Viêm, Tiền Châu, Phúc Thắng, Hùng Vƣơng, Trƣng Trắc, Trƣng Nhị, diện
tích 2300 ha, có hồ Đại Lải và nhiều đầm hồ khác có thể phát triển các loại
hình du lịch.
Nhìn chung, đất đai của Phúc Yên không nhiều, không giàu chất dinh
dƣỡng nhƣng lại n m gần kề thủ đô Hà Nội cho nên tài nguyên đất của thị xã

đã trở thành tài nguyên có giá trị kinh tế cao.
1 1 1 3 Khí hậu, thủy văn
Phúc Yên n m trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ bình
quân năm là 23oC, có nét đ c trƣng nóng ẩm, mƣa nhiều về mùa hè, hanh khô
và lạnh kéo dài về mùa đông. Khí hậu tƣơng đối thuận lợi cho phát triển nông


5
nghiệp đa dạng.
Nhiệt độ không khí có các đ c trƣng sau: Cực đại trung bình năm là
20,5oC; Cực đại tuyệt đối 41,6oC; Cực tiểu tuyệt đối 3,1oC
Độ ẩm không khí tƣơng đối trung bình năm là 83%, độ ẩm cực tiểu
tuyệt đối là 16%.
Hƣớng gió chủ đạo về mùa đông là Đông - Bắc, về mùa hè là Đông Nam, vận tốc gió trung bình năm là 2,4 m/s. Vận tốc gió cực đại có thể xảy ra
theo chu kỳ thời gian 5 năm là 25m/s; 10 năm là 32m/s, 20 năm là 32m/s.
-

41]

1 1 2 1 Vị trí đị lý
Hiệp Hòa là một huyện trung du thuộc tỉnh Bắc Giang, n m ở phía Tây
Nam của tỉnh Bắc Giang. Huyện lỵ là thị trấn Thắng cách thành phố Bắc
Giang 30 km và cách thủ đô Hà Nội 50 km theo đƣờng bộ. Phía Đông Bắc
giáp huyện Tân Yên, phía Đông giáp huyện Việt Yên, phía Nam giáp vùng
đồng b ng châu thổ Yên Phong của tỉnh Bắc Ninh, phía Tây Nam giáp
huyện Sóc Sơn của Hà Nội, phía Tây Bắc giáp các huyện Phổ Yên và Phú
Bình của tỉnh Thái Nguyên.
1 1 2 2 Đị hình, đất đ i
Hiệp Hòa là vùng chuyển tiếp giữa đồi núi và đồng b ng, độ nghiêng
theo hƣớng tây bắc xuống đông nam, đồi núi và gò thấp ở một số xã phía bắc,

vùng đồng b ng tập trung ở phía đông nam và giữa huyện. Tổng diện tích đất
tự nhiên của huyện là 20.110 ha (tức 201 km2), trong đó đất nông nghiệp là
13.479 ha chiếm 67%, đất lâm nghiệp 190,3 ha chiếm 0,9%, đất chƣa sử dụng
1.653,2 ha chiếm 8,2%. Đất đai đa dạng, thích nghi với nhiều loại cây trồng
về lƣơng thực, thực phẩm, công nghiệp.
Sông ngòi: Dòng sông Cầu có chiều dài 50 km ôm lấy phía Tây và phía


6
Nam của Hiệp Hòa có giá trị kinh tế rất lớn. Sông Cầu bồi đắp phù xa màu
mỡ cho các soi bãi ven sông và vùng nông nghiệp lƣu vực.
1 1 2 3 Khí hậu, thủy văn
Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng và ẩm. Nhiệt độ trung bình 23- 240C,
lƣợng mƣa trung bình mỗi năm 1.650 - 1.700mm, nhiệt lƣợng bức xạ m t trời
khá lớn khoảng 1.765 giờ nắng một năm
1.2. Ngu
1.2.1.

gốc và đ c đ m
ồ

t

của c y úa

cây lúa

Cây lúa là một trong những cây trồng có lịch sử lâu đời nhất thế giới, là
một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới, cùng với ngô (Zea
maysL.), lúa mì (Triticum sp.), sắn (Manihot esculenta Crantz) và khoai tây

(Solanum tuberosum L.). Ngƣời ta cho r ng lúa là một cây trồng cổ, có vai trò
quan trọng trong đời sống và lịch sử phát triển của hàng ngàn triệu ngƣời trên
thế giới. Căn cứ vào các tài liệu khảo cổ ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam
cây lúa đã có m t từ 3.000-2.000 năm TCN.

Trung Quốc, vùng Triết Giang

đã xuất hiện cây lúa 5.000 năm, ở hạ lƣu sông Dƣơng Tử 4.000 năm. Tuy
nhiên trên thực tế vẫn còn nhiều ý kiến cụ thể khác nhau về nguồn gốc xuất
xứ của cây lúa, nhƣng xét về phƣơng diện sinh thái, sinh học thì cây lúa và
nghề trồng lúa đã có từ lâu đời gắn liền với lịch sử phát triển của loài ngƣời,
nhất là ở Châu Á. (Akagi H., và cộng sự (1996),...)[26].
Về nguồn gốc thực vật, trên thế giới có hai loài lúa trồng đƣợc xác định
từ thời cổ đại cho đến ngày nay. Thứ nhất là lúa trồng Châu Á (Oryza sativa),
nguồn gốc xuất phát ở nơi nào vẫn là đề tài tranh luận của các nhà khoa học
trên thế giới và ngày càng sáng tỏ với những khai quật khảo cổ học có tính
đột phá và những phƣơng pháp phân tích hiện đại dựa trên cơ sở phân tích
phóng xạ. Thứ hai là loài lúa trồng Châu Phi(Oryza glaberrima), đƣợc xác
định có nguồn gốc ở thung lũng thƣợng nguồn sông Niger (nay thuộc Mali).


7
(Malik AR., và cộng sự (2010),...)[32]
Trƣớc đây có 4 giả thuyết về xuất xứ đầu tiên của giống cây trồng Châu
Á, đó là: nguồn gốc Trung Quốc, nguồn gốc Ấn Độ, nguồn gốc Đông Nam Á
và giả thuyết đa trung tâm phát sinh. Tuy nhiên, các giả thuyết phần lớn đều
bị bác bỏ. Chang (1985) [27], chuyên gia di truyền lúa của IRRI, xem xét lại
tất cả tài liệu và các dữ kiện từ khoa học, khảo cổ, sinh học tiến hóa, hệ thống
sinh học và lịch sử nông nghiệp để đƣa ra kết luậnr ng lúa trồng ở Châu Á có
thể bắt nguồn từ nhiều địa điểm một cách độc lập và đồng bộ, vì những nơi

này có nhiều loài lúa dại và lúa trồng cùng sống trong một môi trƣờng.
M c dù có nhiều tranh luận về nguồn gốc ban đầu của loài lúa trồng
Châu Á, mỗi bƣớc dựa vào tƣ liệu truyền thuyết hay những tƣ liệu khảo cổ về
niên đại xuất hiện cây lúa hay hạt lúa để cho r ng nƣớc mình là cái nôi xuất
phát của nghề trồng lúa. Những nguồn gốc truyền thuyết dần bị loại bỏ và
những khám phá khoa học mới nhất của thế giới đã khẳng định lại nguồn gốc
xuất phát của cây lúa dựa vào công nghệ phân tích phóng xạ và sinh học phân
tử xác định DNA (Jacob HJ.suwjvaf cộng sự (1991),...) [29].
Nếu cho r ng cây lúa trồng Châu Á xuất phát từ một nguồn gốc thì
Trung Quốc là nơi xuất phát của cây lúa trồng đầu tiên của Châu Á. Trong
năm 2011, một nỗ lực kết hợp của Đại học Stanford (Mỹ), Đại học New York
(Mỹ), Đại học Washington (Mỹ) và Đại học Purdue (Mỹ) đã cung cấp b ng
chứng để kết luận r ng lúa thuần ở Châu Á có nguồn gốc duy nhất ở thung
lũng sông Dƣơng Tử của Trung Quốc. Nhƣng tùy thuộc vào đồng hồ phân tử
đƣợc sử dụng bởi các nhà khoa học, thời gian xuất hiện cây lúa trồng đầu tiên
ở Châu Á cách nay từ 8.200 năm đến 13.500 năm. Điều này phù hợp với các
dữ liệu khảo cổ học nổi tiếng về đề tài này (Victoria CL., và cộng sự
(2007),...; Watt, G. (1892),...) [37],[38].


8
Nguồn gốc cây lú trồng ở Việt N m.
Việt Nam, cây lúa rất phong phú và hiện diện rải rác khắp các vùng
miền trong cả nƣớc. Lúa dại đa niên O. rufipogon và lúa dại hàng niên O.
Nivara là những loài nguyên thủy, tổ tiên của các giống lúa trồng ngày nay
Indica và Japonica, đã hiện diện lâu đời ở nƣớc ta. Đó là một trong những
yếu tố quan trọng xác định cây lúa có nguồn gốc ở Việt Nam. Giáo sƣ Phạm
Hoàng Hộ cũng tin tƣởng miền Bắc Việt Nam là một trung tâm nguồn gốc lúa
trồng của thế giới (2000) (theo Trần Văn Đạt (2005),[5].
*P

oạ c y úa: theo Phạm Hoàng Hộ (2003), [12]

Về phân loại thực vật, cây lúa thuộc:
Giới (kingdom/regnum):

Thực vật (Plantae)

Ngành (phyla):

Thực vật có hoa (Angiospermae)

Lớp (class):

Thực vật một lá mầm (Monocots)

Bộ (ordo):

Hòa thảo (Poales)

Họ (familia):

Hòa thảo (Poaceae)

Chi (genus):

Lúa (Oryza)

Loài (species):

Lúa Châu Á (oryza sativa)

Cây lúa đƣợc nhắc đến và sử dụng làm thí nghiệm trong đề tài này có
tên là Oryza sativa, thuộc chi Oryza, họ Poacaea, bộ Poates.
Các giống lúa đƣợc trồng ở Việt Nam xƣa nay có thể xếp vào ba nhóm
chung: các giống lúa cổ hay còn gọi là giống địa phƣơng, các giống lúa mới
hay còn gọi là giống cao năng suất, và các giống lúa lai (Trần Duy Qúy
(1994),...;Trần Duy Qúy (1997),...) [18],[19].
Mỗi giống lúa đều có những đ c điểm nông sinh học riêng về kiểu cây,
dạng lá, màu sắc lá, màu sắc bông, thời gian sinh trƣởng
*

â

ở

m

Việt Nam, lúa gạo đóng vai trò quyết định vấn đề cung cấp lƣơng


9
thực cho cả nƣớc và chi phối sâu sắc sự phát triển kinh tế quốc dân. Từ đó,
Chính phủ đã đề ra các chính sách phát triển nông nghiệp nói chung và lúa
gạo nói riêng nhƣ: chính sách đầu tƣ vật chất kỹ thuật thích đáng về thuỷ lợi,
giống lúa, thâm canh, quảng canh lúa qua từng thời kỳ. Lúa gạo đã đƣợc đƣa
vào 2 trong 3 chƣơng trình kinh tế lớn của quốc gia (nhƣ văn kiện Đại hội
Đảng toàn quốc tháng 12/1986 đã nêu). Nhờ đó, từ năm 1989 đến nay kim
ngạch xuất khẩu gạo đã không ngừng tăng, mang lại nguồn thu ngoại tệ lớn
góp phần không nhỏ cho công cuộc đổi mới và xây dựng đất nƣớc. Cũng do

thực hiện thực hiện chƣơng trình lƣơng thực, Việt Nam đã biến từ nƣớc nhập
lƣơng thực hàng năm khoảng 1 triệu tấn thành nƣớc xuất khẩu 6 - 6,62 triệu
tấn gạo hàng năm (Vũ Thị Hiền, Phạm Văn Cƣờng (2012),...) [7].
m

â

1.2
Bộ rễ lúa: thuộc loại rễ chùm. Những rễ non có màu trắng sữa, rễ
trƣởng thành có màu vàng nâu và nâu đậm, rễ đã già có màu đen.
Thời kỳ mạ: Nếu mạ gieo thƣa, rễ mạ có thể dài 5-6 cm. Thời kỳ sau cấy: Bộ
rễ tăng dần về số lƣợng và chiều dài ở thời kỳ đẻ nhánh, làm đòng . Thời kỳ
trỗ bông : Bộ rễ đạt giá trị tối đa vào thời kỳ trỗ bông. Số lƣợng rễ có thể đạt
tới 500 - 800 rễ.
â

â

- Thân gồm nhiều mắt và lóng.
- Tổng số mắt trên thân chính b ng số lá trên thân cộng thêm 2. Chỉ vài
lóng ở ngọn dài ra, số còn lại ngắn và dày đ c. Lóng trên cũng dài nhất. Một
lóng dài hơn 5 mm đƣợc xem là lóng dài.
- Số lóng dài: Từ 3-8 lóng. Theo giải phẫu ngang lóng, lóng có một
khoảng trống lớn gọi là xoang lỏi.
- Chiều cao cây, thân:


10
* Chiều cao cây: Đƣợc tính từ gốc đến mút lá ho c bông cao nhất
* Chiều cao thân: Đƣợc tính từ gốc đến cổ bông.

Chiều cao thân và chiều cao cây liên quan đến khả năng chống đổ của
giống lúa.
- Nhánh lúa:
Cây lúa có thể đẻ nhánh khi có 4-5 lá thật.

ruộng lúa cấy, sau khi bén

rễ hồi xanh cây lúa bắt đầu đẻ nhánh. Lúa kết thúc đẻ nhánh vào thời kỳ làm
đốt, làm đòng.
Từ cây mẹ đẻ ra nhánh con (cấp 1), nhánh cấp 1 đẻ nhánh cấp 2 , nhánh
cấp 2 đẻ nhánh cấp 3. Những nhánh hình thành vào giai đoạn cuối thƣờng là
nhánh vô hiệu.
1 2 2 3 Lá lú
- Lá lúa điển hình gồm: bẹ lá, phiến lá, lá thìa và tai lá.
+ Bẹ lá: là phần đáy lá kéo dài cuộn thành hình trụ và bao phần non
của thân.
+ Phiến lá: hẹp, phẳng và dài hơn bẹ lá (trừ lá thứ hai).
+ Lá thìa: là vảy nhỏ và trắng hình tam giác.
+ Tai lá: Một c p tai lá hình lƣỡi liềm
Lá đƣợc hình thành từ các mầm lá ở mắt thân. Tốc độ ra lá thay đổi
theo thời gian sinh trƣởng và điều kiện ngoại cảnh.
- Thời kỳ mạ non: trung bình 3 ngày ra đƣợc 1 lá.
- Thời kỳ mạ khoẻ: từ lá thứ 4, tốc độ ra lá chậm lại, 7-10 ngày ra đƣợc
1 lá.
Thời kỳ đẻ nhánh: 5-7 ngày /1lá ở vụ mùa.
- Cuối thời kỳ đẻ nhánh - làm đòng: khoảng 12 - 15 ngày / lá. cây lúa
trỗ bông cũng là lúc hoàn thành lá đòng.
Số lá trên cây phụ thuộc chủ yếu vào giống, thời vụ cấy, biện pháp bón

11
phân và quả trình chăm sóc. Thƣờng số lá của các giống:
- Giống lúa ngắn ngày: 12 - 15 lá
- Giống lúa trung ngày: 16 - 18 lá
- Giống lúa dài ngày: 18 - 20 lá
+ Chức năng củ lá
Lá ở thời kỳ nào thƣờng quyết định đến sinh trƣởng của cây trong thời
kỳ đó. Ba lá cuối cùng thƣờng liên quan và ảnh hƣởng trực tiếp đến thời kỳ
làm đòng và hình thành hạt.
+ Chức năng củ bẹ lá
- Chống đỡ cơ học cho toàn cây
- Dự trữ tạm thời các Hydratcacbon rƣớc khi lúa trỗ bông
Lá làm nhiệm vụ quang hợp, chăm sóc hợp lí, dảm bảo cho bộ lá khoẻ,
tuổi thọ lá (nhất là lá đòng), lúa sẽ chắc hạt, năng suất cao.
1224

ông lú :

Một bông lúa gồm: trục bông, gié cấp I, gié cấp II, các hoa lúa (sau này
là hạt lúa). Bông lúa có nhiều dạng khác: bông thẳng, bông cong đầu, bông
cong tròn. Sau khi trổ, bông lúa nở hoa (phơi màu). Trong một bông các hoa
ở đầu bông nở trƣớc, tiếp đến là các hoa giữa bông và trình tự bắt đầu ngƣợc
lên và xuôi xuống. Sau khi lúa trổ đến hạt lúa chín trải qua khoảng 30-35
ngày tùy theo vụ và giống lúa.
Bông lúa là kết quả của mọi hoạt động trong đời sống của cây lúa, là bộ
phận tạo ra hạt lúa - cơ quan duy trì nòi giống của cây lúa và tạo ra chu trình
mới trong quá trình tồn tại và phát triển của cây lúa. Mỗi giống khác nhau có
chiều dài bông và dạng bông khác nhau.
Chiều dài bông liên quan đến sức chứa hạt của bông, là yếu tố cấu
thành năng suất. Chiều dài bông cần kết hợp hài hòa với chiều dài cổ bông.

Bông dài mà cổ bông quá dài thì dễ gẫy. Bông dài mà cổ bông trỗ không thoát


12
khỏi bẹ lá đòng thì tỉ lệ lép cao, năng suất giảm. Bông dài vừa, hạt xếp xít là
ƣu việt hơn cả (Lê Xuân Đắc, 2008; Nguyễn Nhƣ Toản và cs, 2006...)[4].
1.2.2.5. Hoa lúa
- Hoa lúa: là hoa lƣỡng tính gồm: đế hoa, lá bắc, vảy lá, nhị, nhụy.
+ Lá bắc có 4 lá: 2 lá phía trong phát triển thành 2 vỏ trấu, 2 lá phía
ngoài là mày hoa.
+ Vảy cá: là một mảng không màu, hình vảy cá n m ở giữa bầu nhụy
và vỏ trấu, điều khiển sự đóng mở của vỏ trấu khi hạt lúa phơi màu.
+ Nhị: gồm 6 vòi nhị với 12 bao phấn mọc xen kẽ thành 2 vòng, mỗi
bao phấn có chứa 4 ngăn chứa nhiều hạt phấn. Hạt phấn có 2 tầng tế bào và 2
lỗ để hạt nảy mầm.
+ Nhụy: ở giữa hoa hình trứng dài, đầu nhụy có 3 nhánh nhƣng chỉ có 2
nhánh phát triển, còn 1 nhánh thoái hóa.
1 2 2 6 Hạt thóc
Gồm nội nhũ và phôi. Nội nhũ chiếm phần lớn hạt gạo (nơi dự trữ chất
dinh dƣỡng và tinh bột). Phôi gồm: rễ phôi, trục phôi và lá phôi.
Bông lúa đƣợc hình thành khi cây lúa bƣớc sang thời kỳ sinh trƣởng
sinh thực, trải qua các thời kỳ: phân hóa, trỗ, phơi mầu, thụ phấn, thụ tinh,
chín sáp, chín hoàn toàn (Đỗ Hữu Ất, (1997),...) [1]; (Jacob HJ., Lindpaintner
và cộng sự (1991),..)[29]
1.3. T

g

cứu đa dạ g d truyề

úa tr

t ế g ớ và ở

V ệt Nam
3

ớ
Tác giả Olufowote et al.,(1997),đã nghiên cứu biến động di truyền

trong giống của 71 giống lúa b ng cả hai loại chỉ thị SSR và RFLP. Kết quả
cho thấy các giống lúa địa phƣơng có mức độ đa dạng, hỗn tạp và dị hợp tử
cao hơn các giống lúa cải tiến. Cả hai phƣơng pháp đều cho thấy số lƣợng các


13
alen ở các giống lúa địa phƣơng cao hơn hẳn các giống lúa cải tiến. Chỉ thị
SSR có khả năng phân biệt các cá thể có quan hệ di truyền gần gũi, đồng thời
số lƣợng các alen cao hơn chỉ thị AFLP. Các tác giả cũng chỉ ra r ng chỉ cần
chọn chính xác 4 chỉ thị SSR là có thể nghiên cứu các alen dị hợp tử ở lúa
(Olufowote. J.O., XU Y., và cộng sự (1997),..)[33]
Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền của 38 giống lúa thơm bản địa
Basmati b ng chỉ thị SSR của tác giả Raj (Raj et al., 2006). Tác giả đã sử
dụng 32 c p mồi, kết quả nghiên cứu cho thấy, có 26 c p mồi đa hình
(81,25%), hệ số PIC dao động từ 0,00 (RM259 và RM230) đến 0,83
(RM420)[34].
Năm 2009, Kibria K và cộng sự đã đánh giá đa dạng di truyền các
giống lúa thơm b ng cách sử dụng các marker SSR và RAPD. Ba mồi SSR là
RM223, RM342A và RM515 đã thu đƣợc 46 băng, trong đó số alen trung
bình dao động từ 1,78 đến 2,49. Mồi RM223 cho thấy mức độ đa hình cao

nhất là 66,67%. Ngoài ra tác giả còn sử dụng 15 mồi RAPD, trong đó có 3
mồi OPA-02, OPA-10 và 67AB10G7 tạo ra 32 băng đa hình và 2 băng đơn
hình, riêng mồi OPA-02 và 67AB10G7 thu đƣợc tất cả các băng đa hình. Kết
quả phân tích SSR cho thấy khoảng cách di truyền cao nhất giữa các giống
lúa thơm là 2,306 và khoảng cách di truyền cao nhất khi dùng các marker
RAPD là 0,7634. Kết quả của nghiên cứu này sẽ là công cụ hữu ích để chọn
dòng bố mẹ cho việc phát triển công tác chọn giống[31].
Tác giả Malik Ashiq (2010), đã tiến hành đánh giá đa dạng di truyền
giữa các giống lúa truyền thống và giống lúa đã đƣợc cải tiến ở Pakistan.
Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên hai giống lúa Basmati thơm và không thơm
thuộc nhóm lúa Indica.Tổng số 41 dòng đƣợc đƣa vào đánh giá bởi 30 marker
SSR đƣợc phân bố trên khắp bộ gen của lúa. Kết quả phân tích thu đƣợc tổng
số 104 alen và tất cả đều đa hình, hệ số alen dao động 2 - 6 alen, trung bình


14
3,5 alen/marker, hệ số PIC dao động từ 0,259-0,782 (trung bình là 0,571). Sau
khi số liệu đƣợc phân tích b ng phần mềm UPGMA, 41 giống lúa đã đƣợc
chia thành 2 nhóm chính: Nhóm I gồm có 22 giống (15 giống lúa
thơmBasmati và 5 giống không thơm, hai giống lúa Japonica). Nhóm II bao
gồm 19 giống lúa không thơm. Kết quả nghiên cứu này cũng cho thấy r ng
các marker SSR có thể đƣợc sử dụng để phân tích đa dạng di truyền và chỉ ra
sự khác biệt giữa giống lúa Basmati thơm và giống lúa Basmati không thơm.
Hơn nữa, việc xác định giống lúa Basmati truyền thống dựa vào marker SSR
có thể giúp ích cho việc duy trì và bảo tồn các giống lúa có chất lƣợng cao vì
lợi ích của cả ngƣời nông dân và ngƣời tiêu dùng.
Theo Singh Balwant (2011), nghiên cứu đa dạng di truyền của 50 giống
lúa thơm b ng chỉ thị SSR, hình thái, đánh dấu hóa lý. Kết quả SSR marker
phân tích cho thấy đa hình khác biệt giữa các giống với 28 mồi và hệ số PIC
có giá trị dao động từ 0,139-0,99 với trung bình 0,589 cho mỗi mồi[36].

Theo Shahid Masood Shah (2013), Sử dụng marker phân tử đánh giá đa
dạng di truyền của 40 giống lúa thơm và không thơm b ng chỉ thị SSR, 40
giống lúa này đƣợc đánh giá bởi 24 mồi. Kết quả cho thấy có tổng cộng 66
alen và hệ số alen dao động từ 2-4, trung bình là 2,75 alen/marker, hệ số PIC
dao động từ 0,4250 (RM252) đến 0,9750 (RM315). Hệ số PIC trung bình của
24 c p mồi nghiên cứu trên 40 giống lúa là 0,6472. Kết quả phân tích đa dạng
di truyền với hệ số tƣơng đồng, 40 giống lúa đƣợc chia thành 3nhóm khác
biệt. Kết quả này đƣợc sử dụng hữu ích cho việc theo dõi, xác định kiểu gen
và bảo vệ giống lúa[35].
Harsh Bansal (2013), sử dụng chỉ thị phân tử đánh giá đa dạng di
truyền của 20 giống lúa (đƣợc thu thập từ phòng di truyền học, Viện nghiên
cứu Nông nghiệp Ấn Độ) b ng chỉ thị RAPD và chỉ thị SSR. Sử dụng 20 mồi
RAPD thu đƣợc 116 băng trong đó có 114 băng đa hình. Sản phẩm sau khi
khuếch đại thu đƣợc 4-7 băng, trung bình 5,8 băng/marker, hệ số PIC dao