Nghiên cứu tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm

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

ĐẶNG BẢO SƠN

NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỐI KHÁNG CỎ DẠI CỦA 5 DÒNG LÚA
TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 ĐƢỢC TẠO RA BẰNG LAI HỮU TÍNH
VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2017


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

ĐẶNG BẢO SƠN

NGHIÊN CỨU TÍNH ĐỐI KHÁNG CỎ DẠI CỦA 5 DÒNG LÚA
TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 ĐƢỢC TẠO RA BẰNG LAI HỮU TÍNH
VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM

Chuyên ngành: Sinh thái học
Mã số: 60.42.01.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN ĐĂNG KHÁNH

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ
Quý thầy, cô và các bạn. Trước hết, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc và kính trọng tới thầy hướng dẫn là TS. Trần Đăng Khánh đã tận tình chỉ
bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin được cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di
truyền Nông nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về thiết bị, phương tiện để tôi có
thể hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô trong Ban Giám hiệu trường
ĐHSP Hà Nội 2; Ban Chủ nhiệm khoa Sinh – KTNN trường ĐHSP Hà Nội 2;
Phòng Sau đại học trường ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong
thời gian tôi học tập chương trình thạc sĩ.
Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè những người đã luôn động
viên, góp ý cho tôi trong thời gian qua.
Hà Nội, tháng 7 năm 2017
Học viên

ĐẶNG BẢO SƠN


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu tính đối kháng với cỏ dại của 5
dòng lúa TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 đƣợc tạo ra bằng lai hữu tính và đột
biến thực nghiệm” là công trình nghiên cứu của tôi. Những số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận văn này là trung thực, không trùng lặp với các đề tài khác.
Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả

Đặng Bảo Sơn


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PHẦN 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
PHẦN 2: NỘI DUNG .......................................................................................... 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 4
1.1. Đặc điểm thực vật học của lúa ....................................................................... 4
1.2. Giới thiệu chung về cỏ dại ............................................................................. 6
1.2.1. Định nghĩa ................................................................................................... 6
1.2.2. Đặc tính của cỏ dại ...................................................................................... 7
1.2.3. Tác hại của cỏ dại đối với lúa ..................................................................... 7
1.2.4. Đặc điểm cỏ lồng vực................................................................................. 8
1.3. Tính đối kháng (allelopathy) .......................................................................... 8
1.3.1. Định nghĩa .................................................................................................. 8
1.3.2. Chất đối kháng (allelochemicals) và cơ chế tác dụng................................. 9
1.3.3. Một số đặc điểm quy định tính trạng đối kháng thực vật ở lúa ................ 12
1.4. Giới thiệu chung về chỉ thị phân tử .............................................................. 13
1.4.1. Khái niệm .................................................................................................. 13
1.4.2. Chỉ thị SSR ................................................................................................ 15
1.4.3. Tính ưu việt của việc sử dụng chỉ thị phân tử ........................................... 15
1.4.4. Ứng dụng của chỉ thị phân tử trong nghiên cứu sinh học ......................... 16

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước về tiềm năng đối kháng
thực vật ................................................................................................................ 16
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................ 16
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................. 26


CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
............................................................................................................................. 29
2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 29
2.1.1. Vật liệu thực vật ........................................................................................ 29
2.1.2. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu ............................................................... 33
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu................................................................ 34
2.2.1. Thời gian nghiên cứu ................................................................................ 34
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 34
2.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 34
2.4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 34
2.4.1. Phương pháp đánh giá tính đối kháng cỏ dại trong điều kiện phòng
thí nghiệm ........................................................................................................... 34
2.4.2. Phương pháp đánh giá tính đối kháng cỏ dại trong điều kiện nhà lưới] ......... 37
2.4.3. Nghiên cứu trên điều kiện đồng ruộng...................................................... 38
2.4.4. Ứng dụng chỉ thị phân tử ......................................................................... 39
2.5. Xử lý số liệu thống kê .................................................................................. 43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 44
3.1. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa
trong điều kiện phòng thí nghiệm. ...................................................................... 44
3.1.1. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa lên khả năng sinh
trưởng và phát triển của cỏ lồng vực trong điều kiện phòng thí nghiệm ............ 44
3.1.2. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại từ dịch chiết của các dòng lúa thí
nghiệm trên cỏ lồng vực ...................................................................................... 47
3.2. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa

trong điều kiện nhà lưới ...................................................................................... 56
3.2.1. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của các dòng lúa thí nghiệm trên
đất tự nhiên trong điều kiện nhà lưới .................................................................. 56
3.2.2. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của các dòng lúa thí nghiệm trên
đất khử trùng trong điều kiện nhà lưới ................................................................ 58


3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế cỏ lồng vực của 5 dòng lúa
trên đồng ruộng. .................................................................................................. 61
3.4. Kết quả ứng dụng chỉ thị phân tử để đánh giá tính đối kháng của 5 dòng lúa
với cỏ lồng vực. ................................................................................................... 64
PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 70
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................... 73
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 80


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số phương pháp đánh giá hoạt tính đối kháng ở lúa ................... 19
Bảng 2.1: Tên và nguồn gốc các tổ hợp lai sử dụng trong nghiên cứu ............... 29
Bảng 2.2: Thông tin về các dòng/giống lúa sử dụng trong thí nghiệm............... 30
Bảng 2.3: Thành phần của phản ứng PCR .......................................................... 41
Bảng 2.4: Danh sách các cặp mồi dùng trong nghiên cứu .................................. 41
Bảng 2.5: Các thành phần của 1 bản gel ............................................................. 42
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của các dòng lúa nghiên cứu lên cỏ lồng vực trong điều
kiện phòng thí nghiệm ......................................................................................... 45
Bảng 3.2: Tính đối kháng thực vật trên cỏ lồng vực từ dịch chiết lá 5 dòng lúa ở
các nồng độ khác nhau ........................................................................................ 48
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 3 dòng lúa trên đất tự
nhiên trong điều kiện nhà lưới ............................................................................ 57

Bảng 3.4. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 2 dòng lúa trên đất tự
nhiên trong điều kiện nhà lưới ............................................................................ 57
Bảng 3.5: Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 3 dòng lúa trên đất khử
trùng trong điều kiện nhà lưới ............................................................................. 59
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 2 dòng lúa trên đất
khử trùng ............................................................................................................ 61
Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế 5 dòng lúa trên cỏ lồng
vực trong điều kiện tự nhiên ngoài đồng ruộng .................................................. 62
Bảng 3.8: Tổng hợp kết quả chạy điện di với từng chỉ thị .................................. 69


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng............................................................. 5
Hình 1.2: Kiểu hình lúa hoang dại .................................................................................... 6
Hình 1.3. Các con đường giải phóng chất ức chế vào môi trường ..............................11
Hình 1.4. Giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại và giống lúa không có khả năng ức
chế cỏ dại trong điều kiện tự nhiên .................................................................................13
Hình 2.1: Kiểu hình dạng hạt của 5 dòng lúa sử dụng trong nghiên cứu ....................29
Hình 2.2: Tóm tắt sơ đồ lai hữu tính, đột biến thực nghiệm và các nội dung đánh giá
tính đối kháng của các dòng lúa thí nghiệm. ..................................................................32
Hình 2.3: Sơ đồ trồng xen hạt lúa thí nghiệm và hạt chỉ thị .........................................35
Hình 2.4: Cỏ lồng vực được gieo trong đĩa petri được chuyển vào tủ điều tiết sinh
trưởng .................................................................................................................................36
Hình 2.5: Sơ đồ gieo hạt lúa thí nghiệm và hạt chỉ thị ..................................................37
Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trong điều kiện ngoài đồng ruộng ..........................38
Hình 2.7: Sơ đồ trồng xen kẽ lúa – cỏ lồng vực trên đồng ruộng ................................39
Hình 3.1: Số liệu trung bình của các nhân tố đánh giá khả năng ức chế của 5 dòng lúa
trên cỏ lồng vực trong điều kiện phòng thí nghiệm.......................................................46
Hình 3.2: Hình ảnh đánh giá tính đối kháng trên cổ lồng vực của 5 dòng lúa trên đĩa

petri.....................................................................................................................................47
Hình 3.3: Chiều dài rễ trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so với
đối chứng. ..........................................................................................................................50
Hình 3.4: Chiều dài thân trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so với
đối chứng. ........................................................................................................................51
Hình 3.5: Khối lượng khô trung bình của cỏ lồng vực ở các nồng độ khác nhau so
với đối chứng. ...................................................................................................................52
Hình 3.6: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK1 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực
so với đối chứng................................................................................................................53
Hình 3.7: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK3 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực
so với đối chứng................................................................................................................54


Hình 3.8: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TK5 ở các nồng độ trên cỏ lồng vực
so với đối chứng................................................................................................................55
Hình 3.9: Ảnh hưởng của dịch chiết lá của dòng TS6 và TS8 ở các nồng độ trên cỏ
lồng vực so với đối chứng................................................................................................56
Hình 3.10: Khối lượng khô trung bình của các dòng lúa nghiên cứu so với giống đối
chứng..................................................................................................................................58
Hình 3.11: Số liệu trung bình bao gồm chiều dài thân, chiều dài rễ, khối lượng khô
của cỏ lồng vực so với đối chứng trong điều kiện nhà lưới..........................................60
Hình 3.12. So sánh chiều dài thân, chiều dài rễ cỏ lồng vực so với đối chứng BTLĐB
và KDĐB ...........................................................................................................................61
Hình 3.13. Hình ảnh bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng.............................................63
Hình 3.14: Kết quả kiểm tra ADN tổng số của các dòng lúa sử dụng trong nghiên
cứu tách chiết theo phương pháp CTAB trên gel agarose 0.8% ..................................65
Hình 3.15. Hình ảnh chạy điện di trên gel polyacrylamide với chỉ thị RM252 ............66


BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADN

Axit Deoxyribonucleotid

AFLP

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

APS

Ammonium persulfate

BTL ĐB

Bao Thai lùn đột biến

CAPs

Cleaved Amplification Polymorphisms - Đa hình độ dài mảnh
cắt giới hạn

cs

cộng sự

CTAB

Cetyl trimethyl ammonium bromide

dNTP

deoxyribonucleotide triphosphats

GC-MS

Phương pháp kết hợp sắc kí khí với khối phổ kế

HPLC

High-performance liquid chromatography - Sắc ký lỏng hiệu
năng cao

IR

Infrared - hồng ngooại

IRRI

International Rice Research Institute – Viện nghiên cứu lúa
quốc tế

KD ĐB

Khang Dân đột biến

LC-MS

Liquid chromatography–mass spectrometry - Phương pháp sắc

ký lỏng ghép đầu dò khối phổ

NMR

Nuclear magnetic resonance - cổng hưởng từ hạt nhân

PCR

Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi polymerase

QTL

Di truyền tính trạng số lượng

RAPD

Randomly Amplified Polymorphic DNAs - Đa hình các đoạn
ADN khuếch đại ngẫu nhiên


RFLP

Restriction fragment length polymorphism - Đa hình chiều dài
đoạn cắt giới hạn

RGA

Resistance Gene Analog - Vùng tương đồng gen kháng

RIL

Dòng tái tổ hợp

SDS

Sodium Dodecyl Sulfate

SSR

SSR (Simple sequence repeats - Sự lặp lại những trình tự đơn
giản

STS

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

TBE

Tris base, Boric acid, EDTA

TEMED

Tetramethylethylenediamine

ƯCTB

Ức chế trung bình

ƯCTB-CNT

Ức chế trung bình các nhân tố


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lúa (Oryza sativa L.) không những là cây lương thực quan trọng ở Việt
Nam mà còn là thực phẩm ổn định của các nước Châu Á và nhiều khu vực
trên thế giới. Tuy nhiên, thị trường xuất khẩu gạo chính của Việt Nam lại là
các quốc gia Đông Nam Á (chiếm khoảng 40-50%), các quốc gia Châu Phi
(chiếm khoảng 20-30%), ngoài ra còn có các thị trường khác như Trung Đông
và Bắc Mỹ.
Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu gạo lớn đứng thứ hai trên thế
giới sau Thái Lan. Diện tích đất canh tác lúa năm 2016 chiếm 7.8 triệu hecta,
cung cấp sản lượng ước đạt 44.6 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 4.88 triệu tấn
gạo, giảm 25.8% về khối lượng và giảm 21.2% về giá trị so với năm 2015 (Bộ
Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, 2016)[2]. Một trong những nguyên nhân
khiến cho thị trường xuất khẩu gạo ở Việt Nam bị giới hạn là do tác động của
các yếu tố bất lợi sinh học và phi sinh học làm giảm năng suất cũng như chất
lượng lúa gạo (giảm khoảng 46% sản lượng lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long)
(Khanh và cs, 2006)[38]. Trong số các yếu tố bất lợi đó, cỏ dại là một hạn chế
sinh học lớn đối với sản lượng lúa gạo tại Việt Nam. Đặc biệt là gia tăng thiệt
hại về kinh tế một cách nghiêm trọng (Khanh và cs 2007) [36].
Sử dụng thuốc diệt cỏ tổng hợp có thể giảm thiểu đáng kể thời gian kiểm
soát cỏ dại và ổn định năng suất lúa. Tuy nhiên, việc quá lạm dụng hay phụ
thuộc vào thuốc diệt cỏ để phòng trừ cỏ dại hiện đang là một vấn đề nghiêm
trọng tại nước ta, dẫn đến ô nhiễm môi trường đặc biệt là môi trường đất (mất
cân bằng hệ vi sinh vật đất, thay đổi tính chất lý hóa cũng như giảm các chất
dinh dưỡng trong đất), các sản phẩm nông nghiệp không an toàn và ảnh hưởng
đến sức khỏe con người, ngoài ra đã xuất hiện một số loại cỏ dại có khả năng

kháng thuốc diệt cỏ. Theo thống kê từ năm 1990-2003, tỷ lệ phần trăm thuốc
diệt cỏ trong tổng số thuốc trừ sâu đã tăng gấp 10 lần, tương đương tăng 30,2%.
Nghiêm trọng hơn theo số liệu thống kê của Cục Bảo vệ Thực vật - Bộ Nông
nghiệp & Phát triển Nông thôn, từ năm 2011 đến 2015, nước ta đã nhập và sử
dụng 70.000 – 100.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật, riêng thuốc diệt cỏ tổng hợp
đã tăng 44.4% (Cục bảo vệ thực vật, 2016)[3]. Do đó cần phải đa dạng nhiều
1


phương thức quản lý cỏ dại.
Ức chế cỏ dại thông qua đối kháng thực vật (allelopathy) là một trong
những giải pháp tối ưu nhất để giảm thiểu sự lệ thuộc vào thuốc diệt cỏ tổng hợp.
Như vậy, bằng giải pháp này có thể ổn định năng suất, chất lượng cây trồng mà
đồng thời giảm thiểu chi phí môi trường. Trong thập kỷ qua, đã có nhiều nghiên
cứu đánh giá hoạt tính đối kháng của một số tập đoàn giống lúa địa phương,
dòng/giống lúa cải tiến thu thập ở nhiều quốc gia khác nhau. Kết quả đã xác định
được hàng trăm dòng có tiềm năng đối kháng ức chế cỏ dại trong điều kiện ngoài
đồng ruộng (Khánh và cs, 2014) [5]. Tuy nhiên khả năng đối kháng của các dòng
giống lúa này vẫn còn ở mức hạn chế, chưa đưa vào thực tiễn sản xuất và vẫn cần
sự can thiệp của thuốc diệt cỏ tổng hợp.
Lúa hoang dại (Oryza rufipogon) có nguồn gốc từ khu vực Đông Nam Á,
hệ gen (genome) của loài lúa hoang này là AA, tương tự với lúa trồng Oryza
sativa. Cho đến nay đã có hàng trăm QTL/gen liên quan đến các tính trạng nông
học quý đã được xác định, nhân bản từ các dòng/giống lúa được tạo ra bằng lai
hữu tính giữa lúa hoang dại và lúa thuần như tính trạng chịu hạn, chịu ngập, chịu
mặn, chống chịu sâu bệnh hại… Tuy nhiên, ở nước ta cũng như trên thế giới, hầu
như chưa có nghiên cứu nào đánh giá về tiềm năng đối kháng thực vật của một số
dòng/giống lúa lai giữa loài lúa hoang dại và lúa thuần. Như vậy, trong khuôn khổ
của luận văn, bằng các nghiên cứu, đánh giá sàng lọc tính đối kháng thực vật
trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và trên thực địa đồng ruộng cũng như

bước đầu kết hợp chỉ thị phân tử sẽ mở ra triển vọng về các giống cây trồng với
khả năng ức chế cỏ dại trong đó có cây lúa.
Vì lý do nêu trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tính đối kháng
cỏ dại của 5 dòng lúa TK1, TK3, TK5, TS6, TS8 đƣợc tạo ra bằng lai hữu
tính và đột biến thực nghiệm”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Đánh giá khả năng ức chế cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu
tính và đột biến thực nghiệm trên cỏ lồng vực (Echinochloa crus-galli) trong điều
kiện phòng thí nghiệm, nhà lưới và trên đồng ruộng.
- Ứng dụng chỉ thị phân tử để xác định tính đối kháng với cỏ dại của 5
dòng lúa nghiên cứu.
2


3. Nhiệm vụ nghiên cứu
 Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu
tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm.
 Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của dịch chiết từ 5 dòng lúa trong điều
kiện phòng thí nghiệm.
 Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu
tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện nhà lưới.
 Đánh giá tính đối kháng cỏ dại của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu
tính và đột biến thực nghiệm trong điều kiện trên đồng ruộng.
 Bước đầu ứng dụng chỉ thị phân tử để xác định tính đối kháng với cỏ dại
của 5 dòng lúa được tạo ra bằng lai hữu tính và đột biến thực nghiệm có
tiềm năng ức chế cỏ dại.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
4.1. Ý nghĩa khoa học
- Ở Việt Nam, việc nghiên cứu về tính đối kháng thực vật là một lĩnh vực
mới chưa được nghiên cứu nhiều. Vì vậy, đề tài này mở ra định hướng mới

trong chọn tạo giống cây trồng có tiềm năng ức chế cỏ dại.
- Đánh giá được một số dòng lúa có tiềm năng ức chế cỏ dại. Tạo tiền đề
cho các nghiên cứu tiếp theo về tính đối kháng thực vật (allelopathy).
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Sự kết hợp của các dòng lúa có tính đối kháng cao kết hợp với các phương
pháp diệt cỏ truyền thống thay vì sử dụng thuốc diệt cỏ tổng hợp sẽ làm giảm
thiểu ô nhiễm môi trường, tăng chất lượng nông sản và bảo vệ sức khoẻ con
người với mục tiêu phát triển các sản phẩm nông nghiệp bền vững.
- Những dòng lúa có hoạt tính đối kháng cỏ dại cao được chọn lọc trong đề
tài này sẽ là nguồn vật liệu khởi đầu quý giá phục vụ cho công tác chọn tạo
giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại.
- Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cơ sở dữ liệu và nguồn vật liệu cho các
nghiên cứu khoa học tiếp theo về tính đối kháng trên cây lúa, đồng thời góp
phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại, phù hợp với
điều kiện canh tác lúa ở Việt Nam, giúp người trồng lúa tăng thêm thu nhập,
giảm đói nghèo và đảm bảo sức khỏe con người.
3


PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Đặc điểm thực vật học của lúa
Loài Lúa trồng có tên khoa học là Oryza sativa L. thuộc chi Lúa (Ozyza),
họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae). [9]
Đặc điểm hình thái: Lúa thuộc cây hàng niên, cao 0,5 – 1,7m, lá có phiến
dài, bẹ dài, có mép cao, trắng, tai cong, có lông. Chuỳ bao gồm nhiều bông,
mang các bông nhỏ màu vàng vàng. Mày hoa có lông gai, 1 hoa, 6 nhị. Quả thóc
dính chặt với mày hoa (trấu), ta quen gọi là hạt lúa. Hạt là loại quả thóc (hạt nhỏ,
cứng của các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày 2-3 mm. [4]
Sinh học và sinh thái: thời gian sinh trưởng của các giống lúa dài ngắn

khác nhau từ 60-250 ngày.
Nguồn gốc và phân bố: Căn cứ vào các tài liệu lịch sử, di tích khảo cổ, đặc
điểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi của các loài lúa
hoang dại trong khu vực, nhiều người đồng ý rằng nguồn gốc cây lúa là ở vùng
đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần đi các nơi. Phân bố chủ yếu ở vùng
nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc,
Nam và Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc. Theo Chang (1974) [13], Oryza
sativa L. - tiêu biểu nhóm lúa trồng Châu Á có tổ tiên trực tiếp là Oryza nivara,
một loài lúa hoang hằng niên. Oryza glaberrima Steud. cũng tiến hoá từ một loài
lúa hoang hằng niên khác, thường gọi là Oryza breviligulata Chev. et Poehr.
hoặc là Oryza barthii A. Chev. Hai loài cỏ hằng niên Oryza. spontanea và
Oryza. stapfii cũng có thể lai tạp với các loài lúa hoang tổ tiên để cho ra các loài
lúa trồng tương ứng (Hình 1.1). Hiện nay, nhiều người tỏ ra đồng ý với quan
điểm và giả thuyết này. Oka (1964) [50] cũng cho 1 sơ đồ tương tự, nhưng cho
rằng loài trung gian là Oryza perennis thay vì Oryza rufipogon và Oryza
longistaminata.

4


Hình 1.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng (Chang, 1975)[12].
(AA, AbAb, AgAg): Ký hiệu loại nhiễm sắc thể

Giá trị sử dụng: Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp
vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám, tấm và trấu.
Gạo là nguồn lương thực chủ yếu dùng để chế biến cơm, nhiều loại bánh, làm
môi trường để nuôi cấy niêm khuẩn, men, mẻ, rượu, cồn,… Cám chứa nhiều
protein, chất béo, chất khoáng, vitamin, nhất là vitamin nhóm B, nên được dùng
làm bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bị bệnh phù thũng. Cám là thành
phần cơ bản trong thức ăn gia súc, gia cầm và trích lấy dầu ăn… Trấu ngoài

công dụng làm chất đốt, chất độn chuồng còn dùng làm ván ép, vật liệu cách
nhiệt, cách âm, chế tạo carbon và silic….

Loài Lúa hoang có tên khoa học là Oryza rufipogon Griff. 1851 hay còn
gọi là lúa trời, lúa tiên; thuộc chi Lúa (Ozyza), họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa
thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae). [9]
Đặc điểm hình thái: là loại cỏ sống nhiều năm, cao 1.5-4m, thân to 4-6mm,
lóng dài vào 10cm. Lá có phiến dài vài 20cm, rộng khoảng 1cm; mép các lá
dưới cao hơn 1.5-3cm, có rìa lông. Chùm tụ tán đứng cao 10-15cm; gié hóa dài
7-9.5mm, rộng 1.8-1.9mm, có lông gai dài đến 11cm; dĩnh mỏng, cao 3mm mọc
ở ven bờ mương, ngòi, kênh, rạch, ruộng nước sâu. [4]

5


Sinh học và sinh thái: có ở các vùng có nhiệt độ trung bình > 170C và ở độ
cao < 1750m. Trong mùa mưa thân cây vươn dài theo mức độ nước dâng cao
(ngoi lên theo nước ngập).
Phân bố: Ở Việt Nam phân bố chủ yếu ở Long An, Tiền Giang, Đồng
Tháp, Cà Mau. Trên thế giới, lúa hoang có ở Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan.
Giá trị sử dụng: Lúa hoang hầu như ít có giá trị về năng suất, song theo
một số nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới, trong lúa hoang chứa một
số gen quy định các tính trạng quý quy định tính chống chịu sâu bệnh hại, chịu
ngập, chịu mặn.

Hình 1.2: Kiểu hình lúa hoang dại (Oryza rufipogon) [50]
1.2. Giới thiệu chung về cỏ dại
1.2.1. Định nghĩa
Để có thể quản lý tốt cỏ dại, trước hết chúng ta cần phải hiểu thế nào là
cỏ dại. Hiện có rất nhiều định nghĩa khác nhau về cỏ dại tùy thuộc vào từng

trường hợp cụ thể nơi cỏ dại xuất hiện và đối tượng cây trồng liên quan. Theo
Booth và cs (2003)[11] đã tổng hợp một số định nghĩa thông dụng về cỏ dại như
sau: Cỏ dại là thực vật gây phiền toái cho con người hay những thực vật mọc ở
nơi con người không mong muốn hoặc là những thực vật ngoại lai xâm lấn. Hay
nói cách khác, cỏ dại là tất cả những cây không được trồng mà lại có trên ruộng
“ dại” ở đây không có nghĩa là độc hay nguy hiểm cho con người mà có nghĩa là
mọc bừa bãi, mọc ở những nơi mà con người không muốn chúng mọc. Danh từ
6


“Cỏ dại” vì vậy cũng rất tương đối. Ngoài những cây không có lợi ích gì, không
được con người trồng trọt hoặc sử dụng, có cả các loại cây có ích cho con người
nhưng chúng lại tự mọc xen vào ruộng được trồng cây khác cũng bị coi là cỏ
dại. Rau muống, rau cần nước, rau ngổ… mọc tự nhiên trong ruộng lúa, rau
má… mọc xen vào ruộng trồng đậu, trồng rau đều bị coi là cỏ dại. Tuy vậy,
phần lớn cỏ dại vẫn là những cây không có ích lợi gì cho con người. Có thể coi
cỏ dại trong ruộng lúa là những cây không được con người trồng mà tự mọc xen
vào ruộng lúa, làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất của lúa.
1.2.2. Đặc tính của cỏ dại
- Khả năng sinh sản, nhân giống và duy trì giống cao
- Hạt dễ rụng, có nhiều hình thức lan truyền
- Có khả năng chống chịu ngoại cảnh cao
- Cỏ dại có khả năng chịu ngập, chịu hạn cao hơn cây trồng
1.2.3. Tác hại của cỏ dại đối với lúa
Cỏ dại là một trong bốn nhóm dịch hại quan trọng nhất trên ruộng lúa,
cùng với sâu bệnh và chuột. Thiệt hại do cỏ dại gây ra đối với lúa là rất lớn.
Theo thống kê ở các nước trồng lúa Châu Á, cỏ dại có thể làm giảm tới 60%
năng suất lúa, trong đó nhóm cỏ cói lác chiếm trên 50% thiệt hại. Theo Holm
(1997)[29], cỏ lồng vực Echinochloa crus-galli và Echinochloa colona đứng
hàng thứ ba và thứ tư trong số các loài cỏ gây hại lớn nhất trên thế giới. Kết quả

các thí nghiệm trước đây cho thấy sự giảm sút năng suất lúa tỷ lệ với mật độ cỏ
dại. Cứ 100 cây cỏ/m2 làm giảm 17% năng suất, từ 100-200 cây cỏ/m2 thì năng
suất giảm thêm 10%. Năm 1991, Nhật Bản đã chi 530 triệu đôla cho thuốc trừ
cỏ lúa, bình quân 265 đôla/ ha.
- Nguyên nhân dẫn đến sự thiệt hại do cỏ gây ra trên lúa:
+ Cỏ dại cạnh tranh ánh sáng, phân bón và nước của cây lúa.
+ Cỏ dại là nơi tồn tại, lan truyền nhiều loại sâu, bệnh và chuột phá hại lúa.
+ Cỏ dại làm giảm chất lượng và giá trị của lúa gạo.
7


+ Ngoài những ảnh hưởng trực tiếp trên đây, cỏ dại còn làm giảm độ màu
mỡ của đất trồng do hút chất dinh dưỡng trong đất, việc phòng trừ cỏ dại làm
tăng chi phí sản xuất lên rất nhiều.
1.2.4. Đặc điểm cỏ lồng vực
Cỏ lồng vực có tên khoa học là Echinochloa crus-galli thuộc họ Hòa thảo
(Poaceae), bộ Hòa thảo (Poales), giới Thực vật (Plantae) là loại cỏ hại lúa khá
phổ biến ở Việt Nam, còn có ở các nước vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế
giới. Cỏ lồng vực là loại cỏ một năm, cao 50-120cm, mọc trong ruộng lúa nước,
ven bờ mương, kênh, ngòi, rạch, ruộng [9].
Cỏ lồng vực có hình thái giống cây lúa và có thể mọc, sinh trưởng và phát
triển ở mọi loại đất trồng lúa. Ở Việt Nam cỏ lồng vực mọc phổ biến ở khắp mọi
nơi: trên bờ ruộng, ruộng lúa, ven bờ mương…
Cỏ lồng vực thường ra hoa kết quả trước lúa. Khi hạt cỏ chín thì rụng
xuống đất và giữ sức nảy mầm trong thời gian dài. Hạt cỏ lồng vực sở dĩ ít bị
phá hoại trong điều kiện tự nhiên là vì hạt được bao bọc bởi một lớp vỏ bằng sáp
vững chắc, không thấm nước và không khí, chỉ nảy mầm khi có điều kiện thuận
lợi, thường độ ẩm đất từ 80 - 90%.
Cỏ lồng vực có khả năng đẻ nhánh và kết hạt khá cao. Mỗi thân cây
thường có nhiều nhánh, những nhánh này đều cho bông. Bông cỏ lồng vực nhỏ

có thể cho tới 200 hạt, bông lớn có khả năng cho tới 400-500 hạt.
1.3. Tính đối kháng (allelopathy)
1.3.1. Định nghĩa
Thuật ngữ “allelopathy” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, từ allelon có
nghĩa là “của nhau” và pathos có nghĩa là “đau khổ”, thuật ngữ này được đưa ra
lần đầu tiên bởi nhà sinh lý học thực vật Hans Molisch, đại học Vienna - Áo
trong năm 1937. Định nghĩa được trình bày như sau: Tính đối kháng của cây
trồng (allelopathy) như là sự tương quan hoá sinh giữa các thực vật với nhau (kể
cả vi sinh vật). Sau đó Rice (1984) [58] đã định nghĩa “Tính đối kháng là một

8


tác động trực tiếp hay gián tiếp và có lợi hoặc bất lợi bởi một cây trồng lên cây
trồng khác, thông qua việc sản sinh ra các hợp chất hoá học vào môi trường
sống”.
1.3.2. Chất đối kháng (allelochemicals) và cơ chế tác dụng
Thực vật xanh sản xuất nhiều sinh chất thứ cấp được gọi là chất đối kháng
thực vật, nhiều chất trong số này có khả năng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của
những thực vật bên cạnh (phụ lục 1). Cây trồng và cỏ dại đều sở hữu những hợp
chất như thế. Ngay cả lúa (Oryza sativa) cũng sản xuất chất độc hại để cạnh
tranh với cỏ dại trên ruộng lúa (phụ lục 1). Olofsdotter (1999) [55] đã phát hiện
ra một số giống lúa có tác dụng làm ức chế mạnh sự sinh trưởng của cỏ dại.
Trong một số đánh giá về việc sử dụng tiềm năng của chất đối kháng
(allelochemicals) như thuốc diệt cỏ tách chiết từ tự nhiên, Putnam (1988) [56]
đã liệt kê chất ức chế ra thành 6 nhóm cụ thể là: alkaloids, benzoxazinones,
flavonoids dẫn xuất của axit cinnamic, hợp chất cyanogenic, ethylene và các
chất kích thích nảy mầm hạt giống. Các hợp chất này được tách chiết từ hơn 30
quần thể cây trồng trên cạn và dưới nước. Tất cả các hợp chất này có độc tố thực
vật thực sự là chất đối kháng thực vật tiềm năng.

Theo Rice (1984) [58] có hàng chục ngàn các chất thứ cấp trong số hàng
trăm các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, của quá trình trao đổi chất được
biết đến ngày hôm nay nhưng chỉ có một số ít đã được công nhận là chất đối
kháng (allelochemicals).
Cơ chế đối kháng được mặc nhiên công nhận là một trong những cơ chế
ức chế cỏ dại, làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây trồng và nó xảy ra
rộng rãi ở các quần thể thực vật trong tự nhiên (Bell và Koeppe, 1972; Gressel
và Holm, 1964; Whittaker và Feeny, 1971) [10], [25], [63].
Các hóa chất có tiềm năng đối kháng tồn tại trong hầu hết tất cả các mô
thực vật bao gồm cả lá, hoa, quả, thân, rễ, và hạt. Các chất đối kháng được giải
phóng ra môi trường bởi các quá trình như bay hơi, tiết dịch gốc, lọc và phân
9


hủy tàn dư thực vật và đã được chứng minh trong khoảng 90 loài thực vật (Rice,
1984; Putnam, 1986). [58] [57]
 Các con đƣờng giải phóng chất ức chế vào môi trƣờng:
+ Bay hơi: Thực vật đối kháng giải phóng hóa chất dưới hình thức hơi độc
qua các lỗ hở nhỏ trong lá của chúng, các chất này thoát vào môi trường làm cho
thực vật khác bị ức chế sự phát triển hoặc bị chết do quá trình hô hấp. Ngoài ra,
các hơi độc còn được ngưng tụ trong sương sau đó rơi xuống đất làm cho các
cây trồng bên cạnh hấp thụ dẫn đến kém phát triển hoặc chết.
+ Rò rỉ: Hầu như tất cả thực vật đều rụng lá. Một số thực vật lưu trữ hoá
chất bảo vệ trong lá cây khi chúng rụng. Khi những chiếc lá rơi xuống mặt đất,
chúng phân hủy và tạo ra các hóa chất bảo vệ thực vật. Mùa thu lá có xu hướng
giải phóng các hợp chất ức chế mạnh hơn lá tươi và lá rụng vào mùa xuân. Các
độc tố thực vật (Phytotoxins) tan trong nước có thể được lọc từ rễ hoặc các bộ
phận của cây trên mặt đất hoặc chúng có thể chủ động tiết ra từ rễ sống. Ví dụ
như lúa mạch đen giải phóng hóa chất ức chế từ thân rễ hoặc lá cắt.
+ Tiết dịch: Một số thực vật giải phóng hóa chất bảo vệ vào đất thông qua

rễ của chúng. Các chất hóa học giải phóng được hấp thụ bởi các gốc cây gần
đó. Các chất tiết ra có xu hướng ức chế sự phát triển.

10


Hình 1.3. Các con đƣờng giải phóng chất ức chế vào môi trƣờng
(Chick và Kielbaso, 1998) [15]
 Phƣơng thức hoạt động của các hợp chất chất đối kháng (allelochemicals)
Một số chất đối kháng làm cây trồng tăng trưởng chậm hoặc ức chế sự
nảy mầm bằng cách phá vỡ sự phân chia tế bào. Một số chất can thiệp vào bộ
máy hô hấp và các quá trình trao đổi năng lượng khác. Nhiều chất làm ảnh
hưởng đến dinh dưỡng của thực vật như các chất ức chế trong nước và sự hấp
thu các chất dinh dưỡng. Trong một số trường hợp, chất ức chế ngăn cản hình
thành các cây mới hoặc giết chết các cây mới sinh ra, nhưng thông thường nó
chỉ làm giảm sự phát triển của thực vật.
 Lợi ích tiềm năng của các hợp chất đối kháng
- Các hợp chất đối kháng (allelochemicals) đóng vai trò như diệt trừ cỏ
dại tự nhiên hay thuốc bảo vệ thực vật, mở ra triển vọng thay thế hóa chất tổng
hợp và thúc đẩy nông nghiệp bền vững.

11


- Trong tương lai việc sử dụng thực vật có chứa các hợp chất ức chế sẽ
giảm chi phí về thời gian, công sức, hướng tới phát triển các sản phẩm nông
nghiệp bền vững.
- Sử dụng các loại cây trồng có tiềm năng đối kháng (ví dụ: lúa mạch đen)
để diệt trừ cỏ dại có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào thuốc diệt cỏ.
- Sự hiểu biết về mối quan hệ thực vật/hợp chất có thể cho thấy lợi ích

thiết thực của "trồng đồng hành", nhằm kiểm soát cỏ dại mà hiện nay có chi phí
ít hơn nếu nó được dựa trên nghiên cứu cơ sở khoa học.
- Sản xuất thuốc diệt cỏ tự nhiên, thân thiện với môi trường.
1.3.3. Một số đặc điểm quy định tính trạng đối kháng thực vật ở lúa
Hoạt tính đối kháng ở lúa biểu hiện mức độ đa dạng khác nhau phụ thuộc
vào giống, nguồn gốc giống, dạng hạt, chiều cao cây, các giai đoạn phát triển
của lúa. Dựa trên các đặc điểm này với mục đích phát triển các giống lúa mới có
hoạt tính đối kháng cao, năng suất, chất lượng được người dân chấp nhận. Các
giống lúa bản địa và giống lúa cải tiến đều có hoạt tính đối kháng nhưng biểu
hiện ở mức độ khác nhau (Dilday và cs, 1991; Kato-Noguchi và cs, 2002) [19]
[33]. Jung và cs (2004) [30] chỉ ra rằng các giống lúa có thời gian sinh trưởng
trung ngày thường có hoạt tính đối kháng cao hơn các giống lúa ngắn ngày. Các
giống có vỏ hạt trấu ít sắc tố có khả năng ức chế sinh trưởng cỏ lồng vực cao
hơn cá giống lúa vỏ trấu có màu.
Tiềm năng đối kháng ở lúa có thể do đa gen quy định, mối tương quan
giữa các đặc tính khác của lúa vẫn còn gây tranh cãi (Dilday và cs, 1991)[19].
Do vậy, các giống lúa cải tiến thường biểu hiện hoạt tính đối kháng thấp, nguyên
nhân có thể là do quá trình chọn tạo, các nhà chọn giống chưa có áp lực chọn lọc
các đặc tính đối kháng tiềm năng (Khanh và cs, 2007)[35]. Một số đặc điểm
nông học khác của lúa cũng biểu hiện tiền năng đối kháng khác nhau. Ví dụ, như
giống lúa Zhefu 802 và các dòng đẳng gen IG1, IG4, IG5 và IG6 có nền di
12


truyền cơ bản giống nhau nhưng hình thái khác nhau và biểu hiện tiềm năng đối
kháng cũng khác nhau (Yu và cs, 2005)[65]. Trong đó, dòng IG1 và IG4 với
chiều cao cây, góc lá rộng hơn, bộ rễ yếu hơn dòng IG25 và IG26 và biểu hiện
15-17% ức chế cỏ lồng vực. Chứng tỏ rằng khả năng cạnh tranh của các dòng
đẳng gen này với cỏ dại là tương quan tích cực với chiều cao cây và góc lá
nhưng lại tương quan tiêu cực với khả năng phát triển của rễ (Yu và cs,

2005)[65]. Hình 1.4 mô tả giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại và giống lúa
không có khả năng ức chế cỏ dại trong điều kiện tự nhiên.

Giống lúa không có khả năng ức chế cỏ dại

Giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại

Hình 1.4. Giống lúa có khả năng ức chế cỏ dại và giống lúa không
có khả năng ức chế cỏ dại trong điều kiện tự nhiên (Khánh và cs, 2015)[6]

1.4. Giới thiệu chung về chỉ thị phân tử
1.4.1. Khái niệm
Chỉ thị phân tử có thể hiểu đơn giản chúng như là các cột mốc nằm trên
trình tự ADN trong hệ gen. Sự hiện diện của các cột mốc và khoảng cách tương
đối giữa chúng phản ánh mức độ biến dị giữa các cá thể, giống hay một loài
trong quần thể. Chỉ thị phân tử cho phép xác định được các chỉ tiêu trực tiếp của
kiểu gen thông qua việc xác định các trình tự nhất định của các gen hay các trình
tự đặc hiệu liên kết chặt với các gen mang các tính trạng mong muốn. Bằng việc

13