Nghiên cứu đánh giá đặc điểm nông sinh học và một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các dòng lúa chịu mặn được chọn tạo bằng phương pháp chỉ thị phân tử

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
NGHỆ SINH HỌC KHOA CÔNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Nghiên cứu, đánh giá đặc điểm nông sinh học và một số chỉ
tiêu chất lượng gạo của các dòng lúa chịu mặn được chọn tạo bằng
phương pháp chỉ thị phân tử
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Hùng Lĩnh
Sinh viên thực hiện : Trần Đình Tài
Lớp

: K19.12-03

Hà Nội – 2016


Khoa Công nghệ sinh học

Viện đại học Mở Hà Nội

LỜI CẢM ƠN.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Lê Hùng Lĩnh (Trưởng bộ
môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiêp), TS. Đinh Xuân Tú đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Tập thể cán bộ Bộ môn Sinh học phân tử (Viện Di
truyền Nông nghiệp) nơi tôi thực hiện đề tài đã tạo mọi điều kiện để tôi thực hiện
đề tài này.
Hoàn thành luận án này còn có sự động viên, khuyến khích, giúp đỡ của bạn
bè và gia đình. Tất cả sự giúp đỡ và tình cảm quý báu này là nguồn động lực
giúp tôi hoàn thành đề tài này
Tôi xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2016
Tác giả đề tài

Trần Đình Tài - K19. 1203

i


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

1. Tính cấp thiết: .................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghên cứu của đề tài: .......................................................................... 3
3. Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................ 3
PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

5

1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp .......................... 5
1.1.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế giới .... 5
1.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam.... 6
1.2 Nghiên cứu di truyền về giống lúa chịu mặn: ...............................................10
1.2.1 Cơ chế chống chịu mặn của lúa: .................................................................10
1.2.2 Sự thể hiện gen chống chịu mặn .................................................................14
1.3 Một số kết quả trong chọn tạo giống lúa chịu mặn .......................................17
1.3.1. Kết quả nghiên cứu, chọn tạo giống lúa chịu mặn trên thế giới ................17
1.3.2. Kết quả nghiên cứu, chọn tạo giống lúa chịu mặn ở Việt Nam ................19
1.3.2.1. Phân tích bản đồ di truyền QTL tính chống chịu mặn

..................... 19

1.3.2.2. Chọn giống chống chịu mặn nhờ marker phân tử (MAS) ….................21
PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

23

2.1. Vật liệu và địa điểm nghiên cứu ...................................................................23
2.1.1. Các giống lúa nghiên cứu ..........................................................................23
2.1.2. Địa điểm nghiên cứu và thời gian tiến hành nghiên cứu ...........................23
2.2. Phương pháp nghiêm cứu .............................................................................24
2.2.1. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: ......................................................24
2.2.2 phương pháp đánh giá chất lượng gạo:..........................................................26
2.2.2.1 . Phân tích nhiệt độ hóa hồ: (theo TCVN 5715-1993) ................................. 26
2.2.2.2 . Xác định hàm lượng amyloza: (theo TCVN 5716-1:2008) ........................ 27

Trần Đình Tài - K19. 1203

ii


2.2.3.3 . Xác định độ bền gel: (theo TCVN 8369:2010) ......................................... 31
2.2.3.4 . Đánh giá chất lượng cơm: (theo 10TCN590-2004)................................... 33
2.3 Phương pháp tách chiết DNA tổng số ...........................................................35
2.3.1. Kỹ thuật SSR .............................................................................................36
2.3.2. Phương pháp điện di trên gel polyacrylamide ...........................................37
2.3. Phân tích số liệu ............................................................................................38
PHẦN 3: KẾT QUẢ

39

3.1. Kết quả sàng lọc các dòng lúa Bắc Thơm số 7 mang locus Saltol chịu mặn
được chọn tạo bằng phương pháp chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) ........... 39
3.1.1 Xác định chỉ thị liên kết chặt với locus Saltol phục vụ công tác chọ lọc các
dòng Bắc Thơm số 7 chịu mặn. ...........................................................................39
3.1.2 Kết quả tách chiết AND lúa ........................................................................40
3.1.3. Kết quả đánh giá 5 dòng lúa mang locus Saltol chịu mặn bằng chỉ thị phân
tử……………..…................……………………………………………………41
3.3. Kết quả đánh giá chất lượng gạo của các dòng BT7-Saltol .........................50
3.3.1. Kết quả đánh giá nhiệt độ hồ hóa. .............................................................52
3.3.2 Kết quả đánh giá hàm lượng Amyloza. ......................................................53
4.3.3 Kết quả đánh giá độ bền gel. ......................................................................55
3.3.5. Kết quả đánh giá chất lượng cơm của các dòng Bắc Thơm 7 – Saltol. ....59
PHẦN IV KẾT LUẬN

61

4.1. Kết luận .........................................................................................................61
4.2. Kiến nghị.......................................................................................................61
Tài liệu tham khảo……………………………………………………….. ...... 62

Trần Đình Tài - K19. 1203

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AND

: Axit Deoxyribonucleic

Bp

: Base pair – Cặp bazơ nitơ

Cs

: cộng sự

Ctv

: cộng tác viên

CTPT

: chỉ thị phân tử

SSR

: Simpel Sequence Repeat – sự lặp lại của trình tự đơn giản

dNTP

: Deoxynucleotide triphosphate

MABC

: Marker Assisted Backcrossing – chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử kết
hợp lai trở lại

Bộ TNMT

: Bộ Tài nguyên Môi trường

MAS

: Marker Assisted Selection – chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử

NST

: Nhiễm sắc thể

PCR

: Polymerase Chain Reaction – phản ứng chuỗi trùng hợp

QTL/QTLs : Quantitative Trait Loci – Locus kiểm soát tính trạng số lượng
TBE

: Tris-Boric Acid-EDTA

MABC

: Marker Assisted Backcrossing – Chỉ thị phân tử kết hợp với lai
trở lại.

Trần Đình Tài - K19. 1203

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ 1980-1999 ........................... 7
Bảng 1.2. Dự báo thiệt hại sản lượng lúa theo kịch bản về nước biển dâng 1m tại
ĐBSCL .................................................................................................................. 9
Bảng 3.2.1 Độ phân hủy kiềm của gạo xát ......................................................... 27
Bảng 2.2.2. Dãy dung dịch chuẩn ....................................................................... 30
Bảng 2.2.3 - Phân loại độ bền gel của gạo trắng theo chiều dài của gel ............ 31
Bảng 2.2.4. Tỷ lệ thích hợp giữa gạo và nước .................................................... 34
Bảng 2.3.1. Thành phần phản ứng PCR .............................................................. 36
Bảng 2.3.2. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR .................................................. 37
Bảng 3.1.1. Danh sách các chỉ thị phân tử đa hình tại vị trí locus gen Saltol .... 40
Bảng 3.2.1. Chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của một số dòng BT7–Saltol Vụ
Mùa 2015 tại Giao Thủy –Nam Định ................................................................. 47
Bảng 3.2.2. Chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của một số dòng BT7–Saltol Vụ
Mùa 2015 tại Giao Thủy –Nam Định ................................................................. 48
Bảng 3.2.3. Năng suất DNAse-free và các yếu tố cấu thành năng suất của các
dòng Bắc Thơm 7 chịu mặn Vụ Mùa 2015 tại Giao Thủy - Nam Định ............ 49
Bảng 3.3.1 Nhiệt độ hồ hóa của các dòng tham gia thí nghiệm ......................... 52
Bảng 3.3.2. Hàm lượng amyloza của các mẫu tham gia thí nghiệm .................. 55
Bảng 3.3.3. kết quả đánh giá độ bền gel sau 60 phút của các dòng tham gia thí
nghiệm ................................................................................................................. 57
Bảng 3.3.4. Chất lượng lúa gạo của dòng Bắc Thơm 7 – Saltol......................... 58
Bảng 3.3.5. Đánh giá chất lượng cơm của các dòng Bắc Thơm 7 – Saltol ........ 59

Trần Đình Tài - K19. 1203

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Nhiệt độ trung bình toàn cầu từ năm 1880 đến năm 2005 .................... 5
Hình 1.3.2.1. Nguồn A từ Tenasai 2 - giống chống chịu mặn, và nguồn B từ CBgiống nhiễm mặn. Các đỉnh biểu thị vùng di truyền của giống nhiễm CB, trong
khi đó các lõm biểu thị vùng di truyền của giống chống chịu Tenasai 2, giúp gia
tăng tính trạng mục tiêu (Lang và ctv. 2001b) .................................................... 20
Hình 1.3.2.2. Bản đồ QTL của những tính trạng mục tiêu liên quan đền hiện
tượng chống chịu mặn trên quần thể F8 (RIL) của tổ hợp lai Tenasai 2 / CB
(Lang và ctv. 2001b) ........................................................................................... 21
Hình 3.1.1. Các chỉ thị cho đa hình tại vị trí vùng QTL/locus Saltol trên NST1
giữa giống Bắc Thơm 7 và FL478 ..................................................................... 39
Hình 3.1.2 kết quả tách chiết và tinh sạch AND của năm dòng BT7-Saltol ở quẩn
thể BC3F4 ........................................................................................................... 41
Hình 3.1.3: kết quả chạy điện di 5 dòng BC3F4 sử dụng chỉ thị RM3412b. ..... 42
Hình 3.1.4: kết quả chạy điện di 5 dòng BC3F4 sử dụng chỉ thị RM493 .......... 42
Hình 3.2. thử mặn trong môi trường YOSHIDA trong 10 ngày. ........................ 43
Hình 3.3.1. kết quả nhiệt độ hồ hóa .................................................................... 52
Hình 3.3.2. Đường chuẩn amyloza ..................................................................... 54
Hình ảnh kết quả đánh giá độ bền gel của các dòng tham gia thí nghiệm.......... 57

Trần Đình Tài - K19. 1203

vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết:
Lúa (Oryza sativa L) là một trong những cây lương thực chính đảm bảo an
toàn lương thực, ổn định xã hội ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Châu Á, lúa
gạo được coi là cây lương thực quan trọng nhất chiếm diện tích 135 triệu ha

trong tổng số 248,4 triệu ha trồng lúa toàn thế giới. Ở nước ta, lúa là nguồn
lương thực chủ yếu cung cấp cho 90 triệu dân, với diện tích khoảng 7,8 triệu ha
cho sản lượng lúa 44.84 triệu tấn, vươn lên là nước xuất khẩu lúa gạo hàng đầu
thế giới (năm 2015). Nước ta có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng Sông
Cửu Long (ĐBSCL) với diện tích 3,79 triệu ha chiến 50% sản lượng lúa cả nước
và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) 1,18 triệu ha chiếm 17% sản lượng (Bộ Nông
Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, 2009; MPI 2009).
Việt Nam với đường bờ biển dài 3620 km trải dài từ Bắc vào Nam, hàng
năm những vùng trồng lúa ven biển chịu ảnh hưởng rất nhiều do sự sâm thực của
nước biển. Theo thống kê, diện tích đất ngập mặn năm 1992 là 494.000 ha, đến
năm 2000 là 606.792 ha. Theo Tổng cục thủy lợi do mùa mưa năm 2015 đến
muộn và kết thúc sớm, dòng chảy thượng nguồn sông Mê Kông bị thiếu hụt,
mực nước thấp nhất trong vòng 90 năm qua xâm nhập mặn đã xuất hiện sớm hơn
so với cùng kỳ năm hàng năm gần hai tháng, ảnh hưởng tới sản xuất nông
nghiệp. Cụ thể, tình trạng xâm nhập mặn diễn ra như sau:
− Khu vực sông Vàm Cỏ: Đôn mặn lớn nhất đạt 8,12 g/l cao hơn trung bình
nhiều năm từ 5,9 – 6,2 g/l, phạm vi xâm nhập mặn vào đất liền của độ mặn 4
g/l (bắt đầu ảnh hưởng tới cây lúa) lớn nhất 90 – 93 km, sâu hơn trung bình
nhiều năm 10 – 15 km.
− Khu vực cửa sông thuộc sông Tiền: Độ mặn lớn nhất đạt 14,6 – 31,2 g/l,
cao hơn trung bình nhiều năm từ 3,2 – 12,4 g/l, phạm vi xâm nhập mặn vào

Trần Đình Tài - K19. 1203

i


đất liền của độ mặn 4 g/l lớn nhất 45 – 65 km, sâu hơn trung bình nhiều năm
20 – 25 km.
− Khu vực cửa sông thuộc sông Hậu: Độ mặn lớn nhất đạt 16,5 – 20,5 g/l, cao

hơn trung bình nhiều năm từ 5,9 – 9,3 g/l, phạm vi xâm nhập mặn vào đất liền
của độ mặn 4g/l lớn nhất 55 – 60 km, sâu hơn trung bình nhiều năm 15 – 20 km.
- Khu vực ven biển tây (trên sông cái lớn): Độ mặn lớn nhất đạt 11,0 – 23,8 g/l,
cao hơn trung bình nhiều năm từ 5,1 – 8,4 g/l, phạm vi xâm nhập mặn vào đất
liền của độ mặn 4g/l lớn nhất 60 – 65 km, sâu hơn trung bình nhiều năm 5 – 10
km.
Đặc biệt, trong điều kiện khí hậu toàn cầu đang thay đổi, hiện tượng bang tan
ở hai cực và hệ lụy của nó là nước biển dâng đe dọa đến các vùng đất canh tác
ven biển. Như vậy, đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố chính gây khó
khăn cho chiến lược lúa gạo và ảnh hưởng xa hơn là mục tiêu đảm bảo an ninh
lương thực sẽ khó hoàn thành. Do đó, việc hạn chế mức độ gây hại của sự nhiễm
mặn đến năng suất lúa gạo là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu.
Để đáp ứng được yêu cầu này, việc chọn tạo các giống lúa chịu mặn là rất
cần thiết. Trong chọn tạo giống lúa, hướng nghiên cứu khai thác sự đa dạng tự
nhiên về nguồn gen giữa các dòng bố mẹ để dùng trong lai tạo là một định
hướng có hiệu quả. Khai thác sự đa dạng tự nhiên về nguồn gen chịu mặn qua
chọ lọc trực tiếp hay chọn lọc nhờ sự trợ giúp của chỉ thị phân tử. Việc sử dụng
chỉ thị phân tử có thể giúp xác định nhanh chóng sự có mặt của gen chống chịu
mặn, giúp các nhà chọn giống lựa chọn các tổ hợp lai hiệu quả. Nhờ đó, quá
trình chọ tạo giống chống chịu mặn trở lên nhanh chóng và hiêu quả giảm chi
phí
Đối với lúa gạo chất lượng nấu nướng được người tiêu dùng quan tâm nhất.
Các lại gạo cho phẩm chất tốt phải có đặc điểm: hạt gạo nấu ít trương nở, cơm

Trần Đình Tài - K19. 1203

2


mềm xốp và có mùi thơm. Chính vì vậy, trong chương trình chọn tạo giống đã

đặt chỉ tiêu chất lượng nấu nướng lên vị trí hàng đầu.
Tinh bột là thành phần chính dự trữ trong nội nhũ hạt gạo dưới dạng glucid
tồn tại ở hai dạng polysaccharide là amylose (chiếm 0-30%) và amylopectin
chiếm 70% (Martin and Smith, 1995). Mùi thơm ở lúa gạo chủ yếu do một hợp
chất dễ bay hơi là 2-acetyl-1 pyrroline (2AP) quyết định (Lorrieux, 1996). Để
chọn tạo được giống lúa lai hai dòng có chất lượng cao cần tiến hành đánh giá
một số chỉ tiêu chất lượng nấu nướng như nhiệt độ hồ hóa, độ bền gel, hàm
lượng amylose, mùi thơm và xác định sự có mặt của gen mùi thơm của các dòng
bố mẹ
Xuất phát từ những vấn đề trên được sự giụp đỡ và tạo điều kiện nghiên
cứu của phòng sinh học phân tử Viện Di Truyền Nông Nghiệp và sự đồng ý của
T.S Lê Hùng Lĩnh chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu, đánh giá đặc điểm
nông sinh học và một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các dòng lúa chịu mặn
được chọn tạo bằng phương pháp chỉ thị phân tử”
2. Mục tiêu nghên cứu của đề tài:
− Sử dụng chỉ thị phân tử để xác định dòng lúa Bắc Thơm số 7 mang gen
chịu mặn Saltol đã được cải tiến bằng phương pháp chỉ thị phân tử và lai trở
lại.
− Đánh giá các đặc điểm nông sinh học và chất lượng gạo của các dòng lúa
chịu mặn này so sánh với giống gốc Bắc Thơm số 7.
3. Nội dung nghiên cứu:
− Nội dung 1: Sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với locus gen Saltol xác định
lại các dòng lúa Bắc Thơm số 7 chịu mặn được cải tiến bằng phương pháp
chỉ thị phân tử và lai trở lại
− Nội dung 2: Nghiên cứu đánh giá đặc tính nông sinh học các dòng lúa Bắc

Trần Đình Tài - K19. 1203

3

Thơm số 7-Saltol chịu mặn.
− Nội dung 3: Nghiên cứu đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng gạo của các
dòng lúa Bắc Thơm số 7-Saltol chịu mặn.

Trần Đình Tài - K19. 1203

4


PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp
1.1.1 Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế
giới
Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thủy
quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân
tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định [8]. Biến đổi khí hậu là thay
đổi hệ thống thời tiết trung bình hay thay đổi sự phân bố các sự kiện thời tiết
quanh một mức trung bình. Sự biến đổi khí hậu có thể giới hạn trong một vùng
nhất định hay có thể xuất hiện trên toàn cầu. Trong những năm gần đây, đặc biệt
là trong bối cảnh thế giới công nghiệp hiện nay việc sử dụng nguyên liệu hóa
thạch và chặt phá rừng ngày càng tăng đã dẫn tới việc phác thải ra một lượng lớn
khí CO2 là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới hiện tượng nóng lên toàn cầu, hậu quả nó
là hàng loạt các kiểu thời tiết cức đoan diến ra trên toàn thế giới như hạn hán, lũ
lụt và những trận siêu bão mạnh chưa từng thấy. Hậu quả nặng nề khác của hiện
tượng nóng lên toàn cầu là băng ở hai cực đang tan chảy với tốc độ nhanh chưa
từng có khiến mực nước biển tăng, nhấn chìm các vùng đất thấp ven biển và hiện
tượng xâm nhập mặn gây ảnh hưởng nặng nề tới việc sản xuất nông nghiệp.

Hình 1.1. Nhiệt độ trung bình toàn cầu từ năm 1880 đến năm 2005

Trần Đình Tài - K19. 1203

5


Biến đổi khí hậu có ảnh hưởng lớn tới việc sản xuất lúa gạo vì phần lớn
diện tích trồng lúa tập chung ở những vùng thấp hoặc đồng bằng ở các quốc gia
như Việt Nam, Ấn Độ, Bangladesh... Những khu vực này lại có nguy cơ bị xâm
nhập mặn cao khi nước biển dâng. Theo các nhà khoa học, trong vòng 50 năm
trở lại đây khí hậu toàn cầu đã có những biến đổi phức tạp, trong đó phải kể đến
sự nóng lên của đại dương thế giới. Các số liệu quan trắc cho thấy, mực nước
biển trung bình toàn cầu đã dâng lên 1,8mm/năm (Intergorvemental Panel on
Climate Change - IPCC, 2007). Ở Châu Á nếu nước biển dâng lên 1m, khoảng
10.000km2 diện tích đất canh tác và nuôi trồng thủy sản trở thành đầm lầy ngập
mặn. Theo báo cáo của FAO (2010), trên 800 triệu diện tích tưới (khoảng 45
triệu ha) được ước tính bị xâm nhập mặn theo mức độ khác nhau. Vấn đề này
nghiêm trọng hơn kể từ khí các khu vực này đảm bảo khoảng một phần ba lương
thực thế giới. Do đó việc việc phát triển một giống lúa chịu mặn để ứng phó với
biến đổi khí hậu và nước biển dâng là một vấn đề vô cùng quan trọng và bức
thiết trong bối cảnh hiện nay.
1.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200km với 28 tỉnh, thành phố giáp
biển. Do đó việc biến đổi khí hậu đặc biệt là hiện tượng nước biển dâng sẽ làm
ngập mặn hầu hết những vùng đất mầu mỡ là nơi sản xuất lúa gạo chủ yếu của
Việt Nam, tập chung chủ yếu ở đồng bằng Sông Cửu Long và đồng bằng Sông
Hồng. Nước biển dâng còn làm ảnh hưởng tới lưu lượng dòng chảy của các con
sông, thậm chí ngay cả những nơi xa biển.

Trần Đình Tài - K19. 1203

6


Bảng 1.1. Mực nước biển dâng (cm) so với thời kỳ
1980-1999
Kịch

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

Thấp

11

17

23

28

35

42

50

57

65

Vừa

12

18

23

30

3

46

50

64

70

Cao

12

17

24

33

44

44

71

86

100

bản

Nguồn: kịch bản BĐKH và nước biển dâng, bộ Tài Nguyên và Môi Trường 2009
Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, khi nước biển dâng, tùy thuộc vào mực độ sẽ

có những phần diện thích canh tác ở Đồng bằng Sông Cửu Long, Đồng bằng
Sông Hồng và các đồng bằng duyên hải khác bị ngập. Theo kịch bản nước biển
dâng của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường thì Vào giữa thế kỷ 21 mực nước biển
có thể dâng thêm khoảng 30cm và đến cuối thế kỷ 21 mực nước biển có thể dâng
thêm khoảng 75cm so với thời kỳ 1980 - 1999. Nếu mực nước biển dâng cao như
đã nêu, sẽ có khoảng 90% diện tích trồng lúa ĐBSCL bị ngập hoàn toàn (không
sản xuất được), các tỉnh có tỷ lệ ngập cao theo thứ tự lần lượt là Bạc Liêu, Bến
Tre, Hậu Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh và Vĩnh Long. Theo nghiên cứu của Phân
viện Khí tượng thủy văn và môi trường phía Nam, kết quả quan trắc tại các trạm
ở ĐBSCL cho thấy: từ năm 1960 - 2000, lượng mưa có sự gia tăng khoảng 200 400 mm. Trong những năm cuối của giai đoạn này tại một số địa phương ở
ĐBSCL như Cần Thơ, Phú Quốc lượng mưa đã đặc biệt tăng cao. Số cơn bão có
ảnh hưởng đến ĐBSCL cũng tăng cao. Trên thực tế trong năm 2015 tình trạng
xâm nhập mặn đã xảy ra ở nhiều địa phương vùng ĐBSCL như: Bến Tre, Cà
Mau, Sóc Trăng, Tiền Giang, Trà Vinh, An Giang... Theo Đài Khí tượng-Thủy
văn khu vực Nam Bộ, tại các địa phương trên, nhiều nơi nước mặn đã xâm nhập

Trần Đình Tài - K19. 1203

7


sâu vào nội đồng từ 50 đến 60km, độ mặn cũng cao hơn những năm trước, khiến
hàng chục nghìn ha lúa, hoa màu, cây ăn quả bị thiệt hại.
Xâm nhập mặn không chỉ tác động tiêu cực đến cuộc sống, sinh hoạt, mà
còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc canh tác, sản xuất của người dân. Theo
tính toán, khi độ mặn vượt quá 1 phần nghìn là đã không thể sử dụng được cho
sinh hoạt, nếu vượt quá 4 phần nghìn cây không sinh trưởng được và chết [4].
Thực tế, tại nhiều tỉnh ở ĐBSCL, có thời điểm độ mặn đã lên đến 8-9 phần
nghìn. Và với tác động của biến đổi khí hậu, hiện tượng này càng ngày càng có
những diễn biến khó lường, thậm chí không chỉ diễn ra ở vùng ĐBSCL mà cả

nhiều tỉnh Bắc Trung Bộ.

Trần Đình Tài - K19. 1203

8


Bảng 1.2. Dự báo thiệt hại sản lượng lúa theo kịch bản về nước biển dâng
1m tại ĐBSCL
Ước
Đất tự
Sản
Diện
tính đất
Giá trị
nhiên
Năng suất Số
lượng
tích đất
NN bị
bị mất
Tỉnh
bị ngập
lúa TB
vụ/ bị mất
tự nhiên
ngập
(1000 tỷ
(1000
(tấn/ha/vụ) năm (1000

(1000ha)
(1000
đồng)*
ha)
tấn)
ha)
Bến tre

231,5

113,1

81,7

4,06

2,0

663,7

2.522,0

Long An

449,2

216,9

160,0

4,08

2,0

1.305,3

4.960,3

Trà Vinh

222,6

102,1

83,5

4,43

2,0

739,9

2.811,7

322,3

142,5

116,6

4,93

2,0

1.150,1

4.370,2

209,5

86,2

39,2

3,17

2,0

248,6

944,6

147,5

60,6

49,2

4,77

2,0

468,9

1.782,0

252,1

96,2

80,4

4,66

2,0

749,0

2.846,3

236,7

78,3

60,1

4,90

2,0

588,5

2.236,3

626,9

175,7

112,8

4,61

2,0

1.040,5

3.953,7

298,6

75,8

64,6

5,18

2,0

669,6

2.544,5

Cộng

2.996,8

1.147,4

848,1

44,79

2,0

Cơ cấu

-

38,29

32.16

-

-

Sóc
Trăng
TP.
HCM

Vĩnh
Long
Bạc Liêu
Tiền
Giang
Kiên
Giang
Cần Thơ

Trần Đình Tài - K19. 1203

7.597,4 28.870,2
40,52

40,52

9


Ghi chú: (*) Giá lúa được tính là 3.800 đ/kg tại thời điểm tháng 12/2009.
Nguồn: Tính toán dựa theo nguồn số liệu của Jeremy Carew-Ried- Trung tâm
Quốc tế về quản lý môi trường (ICEM), 2007 và Bộ TN&MT, 2009.
Các vùng lúa nhiễm mặn ở vùng ĐBSH thuộc các tỉnh như Thái Bình, Hải
Phòng, Nam Định, Ninh Bình, Thanh Hóa,… Một số vùng ven biển thuộc Hải
Phòng bị nhiễm mặn khoảng 20.000ha ở hai dạng nhiễm mặn tiềm tàng và nhiễm
mặn xâm nhiễm từ 0,3-0,5%, chủ yếu tập chung tại các huyện Kiến Thủy, Tiên
Lãng, Thủy Nguyên, Vĩnh bảo,… Tỉnh Thái Bình có khoảng 18.000ha nhiễm
mặn chủ yếu ở các huyện Thái Thụy, Tiền Hải, Kiến Xương,… Tỉnh Nam Định
có khoảng 10.000ha chủ yếu ở các huyện như Nghĩa Hưng, Xuân Trường, Giao
Thủy,… Tỉnh Thanh Hóa có khoảng 22.000ha đất nhiễm mặn chủ yếu ở các

huyện như Hậu Lộc, Nga Sơn, Hà Chung,…
Dọc theo các tỉnh miền Trung đất cũng bị nhiễm mặn như Hà Tình có
khoảng 17.919ha Quảng Bình có hơn 9.300ha và Ninh Thuận có gần 2.300ha đất
bị nhiễm mặn
1.2 Nghiên cứu di truyền về giống lúa chịu mặn:
1.2.1 Cơ chế chống chịu mặn của lúa:
Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa được biết thông qua nhiều công trình
nghiên cứu rất nổi tiếng (Akbar và ctv. 1972, Korkor và Abdel-Aal 1974, Maas
và Hoffman 1977, Mori và ctv. 1987). Mặn ảnh hưởng đến hoạt động sinh
trưởng của cây lúa dưới những mức độ thiệt hại khác nhau ở từng giai đoạn sinh
trưởng phát triển khác nhau (Maas và Hoffman 1977). Nhiều nghiên cứu ghi
nhận rằng tính chống chịu mặn xảy ra ở giai đoạn hạt nẩy mầm, sau đó trở nên
rất mẫn cảm trong giai đoạn mạ (tuổi lá 2-3), rồi trở nên chống chịu trong giai
đoạn tăng trưởng, kế đến trong thời kỳ thụ phấn và cuối cùng thể hiện phản ứng
chống chịu trong thời kỳ hạt chín (Pearson và ctv. 1966, IRRI 1967). Tuy nhiên,

Trần Đình Tài - K19. 1203

10


một vài nghiên cứu ghi nhận ở giai đoạn lúa chổ, nó không mẫn cảm với mặn
(Kaddah và ctv. 1975). Do đó, người ta phải chia ra nhiều giai đoạn để nghiên
cứu một cách đầy đủ cơ chế chống chịu mặn của cây trồng.
Nghiên cứu di truyền số lượng cho thấy cả hai ảnh hưởng hoạt động của gen
cộng tính và gen không cộng tính đều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu
mặn (Mishra và ctv. 1990, Gregorio và Senadhira 1993, Lee 1995). Trong giai
đoạn mạ của cây lúa, các tính trạng chiều dài chồi, hàm lượng Na và K ở trong
chồi, trọng lượng khô của chồi và rễ thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa giống
kháng và giống nhiễm, tính trạng này chủ yếu được điều khiển do hoạt động của

nhóm gen cộng tính. Hệ số di truyền tính chống chịu thông qua các tính trạng
như vậy rất thấp (Teng 1994). Trong giai đoạn trưởng thành của cây lúa, tính
trạng chiều cao cây, năng suất trong điều kiện xử lý mặn được điều khiển bởi
nhóm gen cộng tính (Moeljopawiro và Ikehashi 1981, Akbar và ctv. 1986,
Mishra và ctv. 1990) Trong phân tích di truyền số lượng thông qua lai diallel
6x6, năng suất lúa thể hiện tính hoạt động của nhóm gen cộng tính không có ý
nghĩa trong điều kiện bình thường, nhưng trở nên có ý nghĩa trong điều kiện xử
lý mặn (Narayanan và ctv. 1990). Năng suất lúa bị giảm là do ảnh hưởng của
mặn. Một giống lúa có ưu thế hoạt động gen cộng tính đối với năng suất sẽ là
điều kiện thuận lợi cho chọn lọc giống trong môi trường mặn. Trong phân tích di
truyền số lượng thông qua lai diallel 9x9, tính trạng chống chịu mặn được xem
xét qua tỉ lệ thấp của Na / K ở trong chồi, tính trạng này được kiểm soát bởi hoạt
động của cả hai nhóm gen cộng tính và không cộng tính. Tính trạng Na / K thấp
còn thể hiện ảnh hưởng siêu trội và được điều khiển bởi ít nhất hai nhóm gen
trội. Ảnh hưởng của môi trường rất có ý nghĩa và hệ số di truyền thấp (19,18%)
(Gregorio và Senadhira 1993). Từ đó, số lượng lai phải thật lớn, và việc tuyển

Trần Đình Tài - K19. 1203

11


chọn nên được thực hiện ở các thế hệ sau cùng, dưới điều kiện mặn được kiểm
soát chặt chẽ, giảm thiểu thấp nhất ảnh hưởng biến động của môi trường.
Xác định gen chống chịu mặn là trọng tâm quan trọng trong chọn giống lúa,
nó có những khó khăn nhất định mà nhà chọn giống phải đối mặt như: nguồn
gen chịu mặn khan hiếm, tính trạng chịu mặn là tính trạng di truyền số lượng
QTL (Quantitative trait loci), cơ chế chống chịu mặn phức tạp và rất khó để đánh
giá chính xác những tính trạng sinh lý liên quan đến khả năng chịu mặn. Có một
số phương pháp chọn giống chịu mặn được các nhà chọn giống thường xuyên áp

dụng như cải tạo các giống lúa địa phương có khả năng chống chịu mặn bằng
cách gây đột biến hay lai tạo rồi chọn lọc theo phương pháp truyền thống. Sử
dụng công nghệ sinh học bằng cách tạo mô sẹo (callus) từ phôi hay nuôi cấy bao
phấn, sàng lọc và tái sinh cây trong môi trường bổ xung hàm lượng NaCl với
nồng độ khác nhau, hay chuyển gen chịu mặn vào giống có tiềm năng, năng xuất
nhưng mẫn cảm với mặn. Biện pháp chọn tạo giống lúa chống chịu mặn nhờ chỉ
thị phân tử (MAS, MABC) chỉ ra là phương pháp hiệu quả, chính xác đã được
các nhà chọn giống sử dụng trong những năm gần đây trên thế giới.
Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh, yếu tố di truyền tính chống chịu mặn
biến động khác nhau giữa các giống lúa. Vì vậy, muốn chọn giống lúa chống
chịu mặn có hiệu quả, cần nghiên cứu sâu cơ chế di truyền tính chống chịu mặn,
từ đó loại bỏ ở ngay từ những thế hệ đầu, những dòng không đáp ứng được yêu
cầu của người chọn giống. Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn
cho thấy, cả hai ảnh hưởng hoạt động của gen cộng tính và gen không cộng tính
đều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn.
Bằng những thí nghiệm đánh giá tính chống chịu mặn tại giai đoạn mạ của
cây lúa trong dung dịch dinh dưỡng Yoshida có độ mặn tương đối cao (EC=
12dSm-1) trong môi trường kiểm soát các yếu tố ngoại cảnh, người ta thấy, tính

Trần Đình Tài - K19. 1203

12


trạng chiều dài chồi, hàm lượng Na, K ở trong chồi, khối lượng khô của chồi và
rễ thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa giống chống chịu mặn và giống
nhiễm mặn. Tính trạng này được điều khiển do hoạt động của nhóm gen cộng
tính. Hệ số di truyền tính chống chịu mặn thông qua các tính trạng này rất thấp.
Trong giai đoạn trưởng thành của cây lúa, tính trạng chiều cao cây, năng xuất
trong điều kiện mặn được điều khiển bằng gen cộng tính.

Do ảnh hưởng lớn từ môi trường bên ngoài, sự thể hiện di truyền là rất thấp
trong các tính trạng. Phương pháp chọn giống chống chịu mặn có thể dùng
phương pháp trồng dồn có cải tiến hoặc có thể dùng phương pháp chọn lọc cá
thể (single seed descent) sẽ là thích hợp trong chọn giống chịu mặn. Bằng
phương pháp lai diallel đầy đủ Gregorio và Senadhina (1993) cho rằng, có thể
tìm ra một số cặp lai tốt phục vụ cho chương trình ưu thế lai. Nghiên cứu về di
truyền số lượng tính chống chịu mặn thông qua lai diallel 6x6, năng suất thể hiện
hoạt động nhóm gen cộng tính không có ý nghĩa trong điều kiện bình thường,
nhưng trở lên có ý nghĩa trong điều kiện xử lý mặn. Năng suất lúa bị giảm là do
ảnh hưởng của mặn. Trong một số giống lúa, ưu thế hoạt động của gen cộng tinh
đối với năng suất là điều kiện thuận lợi cho chọn chọn lọc giống trong môi
trường mặn.
Nghiên cứu về các thông số di truyền Mishra và ctv (1996) cho rằng, chiều
dài bông và khối lượng 1000 hạt chịu tác động rất ít bởi các yếu tố môi trường,
nếu như chọn giống chống chịu mặn dựa vào hai tính trạng này là không có hiệu
quả. Khối lượng bông, số hạt chắc trên bông, chiều cao cây có hệ số path rất cao
trong môi trường mặn. Chính ba tính trạng này đóng góp phần lớn trong việc
tăng năng suất lúa trong môi trường mặn, nhất là khống lượng bông và số hạt
chắc trên bông. Narayanan và ctv (1990) cho rằng, số hạt chắc trên bông, chiều

Trần Đình Tài - K19. 1203

13


dài bông là tính trạng chính đóng góp vào năng suất của các giống lúa trong
những vùng đất bị nhiễm mặn
1.2.2 Sự thể hiện gen chống chịu mặn
Trong nông nghiệp, thiệt hại do mặn, lạnh và khô hạn có ảnh hưởng nghiêm
trọng nhất đối với năng suất cây trồng (Boyer 1982). Đặc biệt thiệt hại do mặn

có thể làm thay đổi hoạt động sinh trưởng, phát triển, năng suất và làm chết cây.
Nhiều nghiên cứu mong muốn tìm ra cơ chế chống chịu mặn một cách rõ ràng,
để xây dựng một chương trình cải tiến giốngchống chịu có hiệu qủa chọn lọc
cao. Trong lĩnh vực nghiên cứu sinh lý thực vật, hàng loạt ảnh hưởng stress do
mặn cho thấy rằng thực vật tự bảo vệ mình khỏi những thiệt hại do mặn gây ra
theo mô hình phản ứng oxygen (Kawasaki và ctv. 2001), tránh thiếu hụt nước,
tăng cường hấp thụ ion trong chu trình quang hợp (Noctor và Foyer 1998, Dat và
ctv. 2000). Sự thể hiện gen chống chịu mặn xét về lĩnh vực sinh học phân tử là
một khám phá vô cùng thú vị. Tín hiệu được truyền vào tế bào, các gen có chức
năng chuyên môn được khởi động và hàng loạt các qúa trình chuyển mã,
Giải mã xẩy ra.
Kawasaki và ctv. (2001) đã sử dụng phương tiện microarray để theo dõi sự
thể hiện của phân tử transcript và từng qúa trình thể hiện gen điều khiển tính
chống chịu mặn trong cây lúa. Trên cơ sở thư viện cDNA ly trích từ rễ lúa và bộ
marker EST (expressed sequence tags) của genome cây lúa chống chịu mặn nổi
tiếng Pokkali, người ta đã áp dụng kỹ thuật microarray để kiểm soát những
transcript trong việc so sánh với nghiệm thức không xử lý mặn, thời gian thay
đổi từ 15 phút đến 1 tuần lễ trong điều kiện gây mặn nhân tạo. Vật liệu được sử
dụng là giống lúa Pokkali (chuẩn kháng) và giống lúa IR29 (chuẩn nhiễm).
Nhóm tác giả này tập trung xem xét phản ứng đối với stress do mặn trong quần

Trần Đình Tài - K19. 1203

14


Quân thể lai có 1728 transcript dẫn suất từ rễ lúa của cây bị xử lý mặn (NaCl ở
nồng độ 150mM). Kết qủa này cho thấy một tiến trình điều tiết gen chức năng
với nhiều mức độ khác nhau của transcript. Trong giai đoạn đầu tiên, đáp ứng
của IR29 chậm hơn Pokkali. Sau 3-6 giờ xử lý mặn, mức độ phong phú của

transcript thay đổi nhanh trong Pokkali, nhưng IR29 có một sự suy giảm trong
vòng 3 giờ đầu tiên, dẫn đến cái chết
của giống nhiễm mặn này ngay sau đó.
Hoạt động quang hợp, sự lưu thông qua khí khổng, và hô hấp được ghi nhận
sau khi xử lý 150mM NaCl. Quang hợp giảm trong vòng 20 phút và ổn định ở
phút thứ 30 (Hoạt động quang hợp được đo theo giá trị µmol photons / m2 / giây,
hoạt động này chỉ còn khoảng 1/10 so với bình thường) trong giống chuẩn kháng
Pokkali. Trong điều kiện xử lý mặn lâu hơn, Pokkali tiếp tục phát triển với tốc
độ quang hợp thấp, 7 ngày sau khi xử lý mặn, tổng lượng chất khô tăng gấp đôi.
Pokkali duy trì lượng nước trong chồi trong 6 ngày bị stress. Ngược lại, IR29 thể
hiện phản ứng chậm hơn đối với stress, và tất cả cây lúa bị chết khô trong vòng
24 giờ. Điều này cho thấy tính chống chịu của Pokkali là một cơ chế thể hiện
nhanh sau khi có tín hiệu mặn, giúp nó chống chịu thiệt hại do mặn tốt hơn giống
nhiễm IR29 (Kawasaki và ctv. 2001)
Sự biểu hiện của lúa khi gặp điều kiện bất lợi mặn là:
Triệu chứng hình thái
• Trắng đầu lá sau đó cháy (salinity)
• Lá vàng và chết (sodicity)
• Sinh trưởng còi cọc
• Đẻ nhánh kém
• Hạt lép

Trần Đình Tài - K19. 1203

15


• Chỉ số thu hoạch thấp
• Số hạt trên bông ít
• Khối lượng 1000 hạt thấp

• Năng suất thấp
• Thay đổi thời gian trỗ
• Cuốn lá
• Vết trắng lá
• Rễ sinh trưởng kém
• Ruộng sinh trưởng loang lổ
Triệu chứng sinh lý và hóa lý
Phản ứng với chịu mặn, một số lớn những thay đổi sinh lý và hóa lý đem vào
thử nghiệm trong môi trường bất thuận, nhưng chỉ một số ít những thay đổi sinh
lý sinh hóa này có ý nghĩa và có đóng góp lớn vào cơ chế chịu mặn của giống.
Những thay đổi điều khiển cân bằng dung dịch, nước và phân bố chúng trong
toàn bộ cây và các mô trong cây. Trên cơ sở nghiên cứu ở hầu hết các cây trồng
và các giống cho thấy biểu hiện sinh lý và hóa sinh dưới điều kiện mặn cao hơn
như sau:
• Vận chuyển Na+ cao đến đỉnh sinh trưởng
• Ưu thế tích lũy Na cao ở các lá già
• Hút Cl- cao
• Hút K+ thấp
• Khối lượng tươi và khối lượng khô ở đỉnh và rễ thấp
• Hút P và Zn thấp
• Thay đổi trong thành phần esterase isozyme

Trần Đình Tài - K19. 1203

16


• Tăng dung dịch hữu cơ không độc tương ứng
• Tăng mức Polyamine levels
• Tăng mực của các loại hóa khí Reactive Oxygen Species (ROS)

• Đóng nhanh khí khổng khi có biểu hiện bất thuận mặn
Tiến hành các thí nghệm thanh lọc mặn ta nhanh chóng thấy được sự biểu
hiện của gen Saltol giữa các giống đối chứng nhiễm với đối chứng kháng dựa
trên cơ sở các chỉ tiêu hình thái, sinh lý và hóa sinh nêu trên.
1.3 Một số kết quả trong chọn tạo giống lúa chịu mặn
1.3.1. Kết quả nghiên cứu, chọn tạo giống lúa chịu mặn trên thế giới
Để khắc phục vấn đề đất nhiễm mặn trên Thế giới có hai cách tiếp cận chính là:
- Cải tạo môi trường đất mặn.
- Lựa chọn cây trồng phù hợp hoặc cải tiến đặc tính di truyền để chống chịu
với điều kiện mặn.
Cách tiếp cận thứ nhất liên quan đến khoa học cải tạo đất và cần nhiều nguồn
lực thường với quy mô nhỏ.
Cách tiếp cận thứ hai chọn lọc giống cây trồng có khả năng chịu mặn hoặc
thay đổi cấu trúc gen của cây trồng để có thể thích ứng với vùng trồng nhiễm
mặn. Đây là khả năng có triển vọng, ít tốn kém và là biện pháp được chấp nhận
về mặn kinh tế và xã hội. Biện pháp này nhằm vào khả năng cho cây trồng chịu
đựng áp lực mặn đến mức độ tối đa để quản lý tài nguyên một cách tối ưu. Đây
là căn cứ để phát triển những giống cây trồng hoàn toàn thích hợp và có khả
năng chịu đựng độ mặn cao, phát triển tốt trong những vùng đất chịu mặn.
Việc chọn tạo giống lúa chịu mặn là một giải pháp hợp lý nhất vì tí tốn kém.
Một số giống chịu mặn đã được chọn tạo và canh tác hiệu quả ở một số nước

Trần Đình Tài - K19. 1203

17


trên thế giới. Nhiều nguồn giống lúa địa phương như Nona Bokra, Bura Rata
chống chịu mặn tốt tương đương với giống Pokkali đã được xác định.
Các quốc gia trên thế giới đang tiến hành chọn tạo, canh tác có hiệu quả một

số giống lúa chịu mặn. Nhiều nguồn giống lúa địa phương như Nona Broka,
Burarata chống chịu với điều kiện mặn tương đương với giống Pokkali đã được
xác định.
Những năm cuối thế kỷ 20, các nhà chọn tạo giống đã sử dụng những biến đổi
di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng về năng suất, chất lượng gạo
tốt, kháng một số loại sâu bệnh thường gặp và chống chịu với những điều kiện
thời tiết bất lợi như hạn hán, ngập úng, mặn. Trong chiến lược chọn tạo giống
lúa chịu mặn, Viện nghiên cứu lúa quốc tê (IRRI) từ năm 1977-1980 đã tiến
hành chọn được những dòng lúa chịu mặn tốt như IR42, IR4432-28-5, IR4595-41, IR463-22-2, IR9884-54-3. Năng suất đạt 3,6 tấn/ha trung bình cho tất cả 25 thí
nghiệm. những giống lúa cải tiến này cho năng suất cao hơn những giống lúa cổ
truyền 2 tấn/ha.
Cho tới nay có rất nhiều nghiên cứu đánh giá và xác định về tính chịu mặn
của các giống lúa bản địa và giống lúa cải tiến (Gregorio và cs, 2002; Ismail và
cs 2007; Modammadi-Nejad và cs, 2010; Negrao và cs 2011). Một số giống lúa
địa phương có nguồn gốc từ các vùng duyên hải Đông Á có tính kháng mặn cao
như giống Nona Bokra (Ấn Độ), Pokkali (Sri Lanka), Getu (Ấn Độ), Seetha
(Thái Lan),… các giống lúa thể hiện tính kháng mặn đều thuộc nhóm Indica.
Hơn nữa theo cập nhật mới nhất, một số dòng lúa thuộc nhóm Indica có nguồn
gốc từ Saudi Arabia, Hawashi thể hiện tính chịu mặn cao hơn cả các giống lúa
pokkali và Nona Bokra (Gregorio 2010)

Trần Đình Tài - K19. 1203

18