Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm (Oryza sativa L.) kháng rầy nâu (Nilaparvata lugenes Stal) bằng dấu phân tử SSR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN TRÍ YẾN CHI

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM
(Oryza sativa L.) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata
lugens Stal.) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

2018


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ .............................................................................................................. i
TÓM TẮT .................................................................................................................. ii
ABSTRACT............................................................................................................... iii
Trang cam kết kết quả ................................................................................................ iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... ix
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................. x
DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................ xii
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU..................................................................................... 1
1.1 T nh cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu ........................................................................................................... 2
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................... 2
1.3.1 Ý nghĩa khoa học .......................................................................................... 2
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................................... 3
1.4 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 3
1.5 Những đóng góp mới của luận án ................................................................... 4

CHƢƠNG 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 5
2.1 Nguồn gốc, phân loại và sự tiến hóa của các giống lúa .................................. 5
2.1.1 Nguồn gốc .................................................................................................... 5
2.1.2 Phân loại ....................................................................................................... 5
2.1.3 Sự tiến hóa của các giống lúa ....................................................................... 5
2.2 Giới thiệu về các giống lúa thơm .................................................................... 6
2.3 Chọn tạo giống ằng phương pháp lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử ..... 10
2.3.1 Lai hồi giao ................................................................................................. 10
2.3.2 Phương pháp lai hồi giao có sự hổ trợ của dấu phân tử
(Maker-Assisted Backcross Method – MABC) .................................................. 11
2.3.3 Một số kết quả ứng dụng dấu phân tử trong chọn giống lúa thơm
kháng ệnh............................................................................................................ 12
2.4 Tính trạng mùi thơm trên lúa.......................................................................... 14
2.4.1 Những hợp chất tạo mùi thơm và sự biểu hiện của chúng trên
các bộ phận của cây lúa ....................................................................................... 14
2.4.2 Gen quy định t nh trạng mùi thơm ở lúa .................................................... 18
2.4.3 Di truyền t nh trạng mùi thơm trên lúa ....................................................... 21
2.4.3.1 Mùi thơm trên lúa do một gen kiểm soát ................................................ 21
2.4.3.2 Mùi thơm trên cây lúa do đa gen kiểm soát ............................................ 22
2.4.3.3 Phương pháp đánh giá mùi thơm từ những phần khác nhau
của cây lúa ........................................................................................................... 24
a. Định tính .......................................................................................................... 24
b. Kỹ thuật sinh học phân tử ................................................................................ 24
v


2.5 Nghiên cứu về gen kháng rầy nâu và dấu phân tử liên kết với gen kháng
rầy nâu trên lúa ................................................................................................... 28
2.5.1 Nguồn gốc và phân loại .............................................................................. 28
2.5.2 Các kiểu sinh học (biotype) của rầy nâu .................................................... 29

2.5.3 Đặc điểm truyền ệnh ................................................................................. 30
2.5.4 Những nghiên cứu về gen kháng rầy trên lúa ............................................ 30
2.5.5 Những nghiên cứu về giống lúa kháng rầy nâu .......................................... 32
2.6 Năng suất cây lúa ....... .................................................................................. 35
2.6.1 Yếu tố cấu thành năng suất lúa ................................................................... 36
2.6.2 Sự tương quan giữa năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất lúa. ...... 38
2.7 Đặc t nh một số giống lúa làm nguyên liệu .................................................... 39
2.7.1 Giống lúa ST5 ............................................................................................. 39
2.7.1.1 Nguồn gốc ................................................................................................ 39
2.7.1.2 Những đặc t nh chủ yếu ............................................................................ 39
2.7.2 Giống lúa ST20 ........................................................................................... 40
2.7.2.1 Nguồn gốc ................................................................................................ 40
2.7.2.2 Những đặc t nh chủ yếu ............................................................................ 40
2.7.3 Giống lúa VD20 .......................................................................................... 40
2.7.3.1 Nguồn gốc ................................................................................................ 40
2.7.3.2 Những đặc t nh chủ yếu ............................................................................ 40
2.7.4 Giống lúa OM4103 ...................................................................................... 40
2.7.4.1 Nguồn gốc ............. .................................................................................. 40
2.7.4.2 Những đặc t nh chủ yếu ............................................................................ 40
2.7.5 Giống lúa OM10043 . .................................................................................. 41
2.7.5.1 Nguồn gốc ................................................................................................ 41
2.7.5.2 Những đặc t nh chủ yếu ............................................................................ 41
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP ....................................... 42
3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 42
3.1.1 Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 42
3.1.2 Thời gian nghiên cứu .................................................................................. 42
3.2 Phương tiện nghiên cứu .................................................................................. 42
3.2.1 Vật liệu ....................................................................................................... 42
3.2.2 Dụng cụ ...................................................................................................... 43
3.2.3 Hóa chất ...................................................................................................... 43

3.3 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 43
3.3.1 Nội dung 1: Lai các tổ hợp lai tạo d ng lúa mới theo mục tiêu ................. 43
3.3.2 Nội dung 2: Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và kháng rầy
từ các thế hệ phân ly kết hợp với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa mới
theo mục tiêu ....................................................................................................... 44
vi


3.3.2.1 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và kháng rầy từ các
thế hệ phân ly....................................................................................................... 45
3.3.2.2 Đánh giá kiểu hình .................................................................................. 47
3.3.3 Nội dung 3: Khảo nghiệm các d ng lai ưu tú ở điều kiện đồng ruộng ...... 48
3.3.3.1 Bố trí thí nghiệm...................................................................................... 49
3.3.3.2 Ghi nhận chỉ tiêu ..................................................................................... 49
3.3.3.3 Đánh giá khả năng kháng rầy nâu trong điều kiện nhân tạo ................... 50
3.3.3.4 Xử lý số liệu ......... .................................................................................. 51
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN .............................................................. 53
4.1 Kết quả lai các tổ hợp lai trong chọn giống lúa thơm kháng rầy nâu. .......... 53
4.2 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm và gen kháng rầy nâu trên các
dòng lai kết hợp với đánh giá kiểu hình .............................................................. 54
4.2.1 Kết quả ly trích ADN tổng số ..................................................................... 54
4.2.2 Xác định sự hiện diện của gen thơm trên các giống bố mẹ và con lai ....... 55
4.2.3 Xác định sự hiện diện của gen kháng rầy nâu trên các giống bố mẹ và
con lai ................................................................................................................... 60
4.2.3.1 Nhận diện gen kháng rầy nâu bph4 trên các giống bố mẹ và các dòng
lai hồi giao BC1, BC2 và BC3 ............................................................................... 60
4.2.3.2 Nhận diện gen kháng rầy nâu Bph10 trên các giống bố mẹ và các dòng
lai hồi giao BC1, BC2 và BC3 ............................................................................... 63
4.2.3.3 Nhận diện gen kháng rầy nâu Bph18 trên các giống bố mẹ và các dòng
lai hồi giao BC1, BC2 và BC3 ............................................................................... 66

4.2.4 Kết quả đánh giá kiểu gen và kiểu hình con lai BC3F2 trong chọn lọc
d ng lúa thơm kháng rầy nâu .............................................................................. 70
4.2.4.1. Đánh giá kiểu hình .................................................................................. 70
4.2.4.2 Kết quả sử dụng dấu phân tử trong chọn lọc d ng lúa thơm kháng
rầy nâu ................................................................................................................. 76
4.2.5 Kết quả đánh giá kiểu hình con lai ở quần thể BC3F3 ................................. 81
4.3 Khảo nghiệm các d ng lai ưu tú tại Long Phú Sóc Trăng ............................ 85
4.3.1 Đánh giá mùi thơm và khả năng kháng rầy nâu trong điều kiện
nhân tạo ............................................................................................................... 86
4.3.1.1 Kết quả đánh giá cảm quan mùi thơm trên hạt ........................................ 86
4.3.2 Kết quả đánh giá khả năng kháng rầy nâu trong điều kiện nhân tạo ......... 87
4.3.3 Kết quả đánh giá các chỉ tiêu nông học ...................................................... 88
4.3.3.1 Các đặc t nh sinh trưởng .......................................................................... 88
4.3.3.2. Các đặc tính nông học ............................................................................ 90
4.3.3.3 Các chỉ tiêu chất lượng ............................................................................ 97
Chƣơng 5:KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT............................................................... 101
5.1 Kết luận ....................................................................................................... 101
vii


5.2 Đề xuất ..........................................................................................................101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................102
PHỤ LỤC................................................................................................................114

viii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

2-AP

2-acetyl-1-pyrroline

ASA

Allele Specific Amplification

cds

Coding sequence

DNA

Deoxyribonucleic acid

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

EAP

External Antisense Primer

ESP

External Sense Primer

GC

Gas chromatography

GLC

Gas liquid chromatography

IFAP

Internal Fragrant Antisense Primer

INSP

Internal Non-fragrant Sense Primer

IRRI

International Rice Research Institute

MABC

Maker-Assisted Backcross

MAS

Marker Assisted Selection

NBCI

National Center for Biotechnology Information

NST

Nhiễm Sắc Thể

PCR

Polymerase Chain Reaction

QTL

Quantitative Trait Loci

RAPD

Random Amplified Polymorphic DNAs

RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphisms

SNP

Single Nucleotide Polymorphism

SSR

Simple Sequence Repeats

STS

Sequence Tagged Sites

TGST

Thời gian sinh trưởng

TLC

Thin layer chromatography

USDA

United States Department of Agriculture

ix


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Những hợp chất thơm được xác định từ gạo nấu ..................................... 15
Bảng 2.2: Các gen kháng rầy nâu ở lúa đã được lập bản đồ..................................... 31
Bảng 3.1: Thành phần hóa chất của phản ứng PCR với các mồi kháng rầy ............ 47
Bảng 3.2: Thành phần hóa chất phản ứng PCR với bốn mồi thơm .......................... 48
Bảng 3.3: Phân nhóm lúa theo thời gian sinh trưởng ............................................... 49
Bảng 4.1. Danh sách các tổ hợp lai và tỷ lệ thụ tinh của các tổ hợp lai ................... 53
Bảng 4.2: Kết quả kiểm định χ2 tỷ lệ phân ly tính trạng mùi thơm trên
quẩn thể BC1 ............................................................................................................................................ 57
Bảng 4.3: Kết quả kiểm tra gen thơm fgr con lai F1, BC1 và BC2
của các tổ hợp lai ...................................................................................... 58
Bảng 4.4: Tỷ lệ phân ly kiểu gen kháng bph4 ở thế hệ BC1F1 của sáu tổ hợp lai
được nhận diện bằng hai dấu phân tử RM225 và RM586 ........................ 62

Bảng 4.5: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu bph4 ở con lai BC2 và BC3
của 6 tổ hợp lai với 2 dấu phân tử RM225 và RM586 ............................. 63
Bảng 4.6: Tỷ lệ phân ly kiểu gen kháng Bph10 ở thế hệ BC1F1 của ba tổ hợp lai
được nhận diện bằng hai dấu phân tử RM17 và RM260 .......................... 65
Bảng 4.7: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu Bph10 ở con lai BC2 và BC3
của 3 tổ hợp lai với 2 dấu phân tử RM17 và RM260 ............................... 66
Bảng 4.8: Tỷ lệ phân ly kiểu gen kháng Bph18 ở thế hệ BC1F1 của ba tổ hợp lai
được nhận diện bằng hai dấu phân tử RM3331 và RM7376 ................... 68
Bảng 4.9: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu Bph18 ở con lai BC2 và BC3
của 3 tổ hợp lai với 2 dấu phân tử RM7376 và RM3331 ......................... 68
Bảng 4.10: Kết quả cọn cá thể mang gen mục tiêu trên quần thể BC3F1 của
các tổ hợp lai trong vụ Hè Thu 2015 ...................................................... 69
Bảng 4. 11: Phân nhóm chiều cao cây các dòng lai ................................................. 72
Bảng 4.12: Kết quả kiểm đinh T-Test về giá trị trung bình của một số đặc tính
nông học trên các dòng lai ...................................................................... 74
Bảng 4.13: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu bph4 ở con lai BC3F2 của
6 tổ hợp ................................................................................................... 77
Bảng 4.14: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu Bph10 ở con lai BC3F2 của
3 tổ hợp ................................................................................................... 79
Bảng 4.15: Kết quả kiểm tra gen kháng rầy nâu Bph18 ở con lai BC3F2 của
3 tổ hợp .................................................................................................... 80
Bảng 4.16: Kết quả chọn cá thể mang gen mục tiêu trên quần thể BC3F2 của
các tổ hợp lai trong vụ Hè Thu 2015 ...................................................... 81
Bảng 4.17: Thời gian sinh trưởng và chiều cao cây của các giống/dòng lúa khảo
nghiệm vụ Đông Xuân 2016 tại Tam Bình – Vĩnh Long ........................ 82
x


Bảng 4.18: Kết quả kiểm định T-Test về giá trị trung bình của một số đặc tính
nông học trên các dòng lai ...................................................................... 83

Bảng 4.19 : Thông số các dòng lúa lai ở thế hệ BC3F3............................................. 85
Bảng 4.20 : Kết quả đánh giá mùi thơm của các giống/dòng lúa khảo nghiệm ....... 86
Bảng 4.21 : Phản ứng và cấp hại của rầy nâu trên các giống/dòng khảo nghiệm .... 87
Bảng 4.22: Kết quả phân t ch đặc t nh sinh trưởng của các giống/dòng lúa
khảo nghiệm........................................................................................... 89
Bảng 4.23: Kết quả phân tích các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của
các giống/dòng lúa khảo nghiệm ........................................................... 91
Bảng 4.24 : Hệ số tương quan giữa số bông, số hạt trên bông, hạt chắc trên bông,
năng suất thực tế, trọng lượng 1000 hạt, chiều cao cây và chiều dài bông
của sáu dòng lai ....................................................................................... 92
Bảng 4.25: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu chất lượng hạt gạo ............................ 97
Bảng 4.26: Thông số các d ng lai được chọn......................................................... 100

xi


DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng ....................................................... 6
Hình 2.2. Giá trị trung ình của gen phục hồi qua từng thế hệ hồi giao .................. 11
Hình 2.3. Cấu tạo 2-acetyl-1-pyrroline ..................................................................... 16
Hình 2.4 Sơ đồ về mối quan hệ giữa gen BAD2 và sự tổng hợp hợp chất 2AP ...... 17
Hình 2.5. Sự khác iệt trong đoạn gen tổng hợp BAD2 ở lúa thơm và lúa không
thơm ......................................................................................................... 19
Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của 4 primer EAP, ESP, IFAP, INSP..................... 28
Hình 2.7. Rầy nâu, Nilaparvata lugens .................................................................... 29
Hình 3.1: Sơ đồ lai chọn tạo giống lúa thơm kháng rầy nâu .................................... 45
Hình 3.2. Chu trình nhiệt phản ứng PCR với 4 mồi EAP, ESP, IFAP, INSP. ......... 47
Hình 4.1. Kết quả kiểm tra chất lượng ADN sau khi ly trích trên gel
agarose 0,8% ............................................................................................. 54

Hình 4.2. Kết quả điện di sản phẩm PCR với dấu phân tử BADH2 trên
con lai F1 ................................................................................................... 55
Hình 4.3. Kết quả điện di sản phẩm PCR với 4 mồi ESP, IFAP, INSP và EAP
trên dòng lai BC1F1 của tổ hợp lai ST5/OM10043 ................................... 57
Hình 4.4. Kết quả điện di sản phẩm PCR với 4 mồi ESP, IFAP, INSP và EAP
trên dòng lai BC2F1. .................................................................................. 58
Hình 4.5. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM225 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao .......................................................................................... 61
Hình 4.6. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM586 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao ..................................................................................................................................... 61
Hình 4.7. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM17 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao ........................................................................................ 64
Hình 4.8. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM260 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao ........................................................................................ 65
Hình 4.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM7376 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao ........................................................................................ 66
Hình 4.10. Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM3331 trên cây bố mẹ và
cây lai hồi giao ........................................................................................ 67
Hình 4.11. Kết quả điện di sản phẩm PCR với dấu phân tử RM225 (A),
RM586 (B) trên các dòng BC3F2............................................................. 78
Hình 4.12. Kết quả điện di sản phẩm PCR với dấu phân tử RM17, RM260 trên
các dòng BC3F2 ........................................................................................ 79
Hình 4.13. Kết quả điện di sản phẩm PCR với dấu phân tử RM3331, RM7376
trên các dòng BC3F2 ................................................................................ 80
xii


Hình 4.14. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng
lai A9-22 (ST5 x OM4103) ..................................................................... 94
Hình 4.15. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng

lai B2-21 (ST5 x OM10043) .........................................................................95
Hình 4.16. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng
lai C12-14 (ST20 x OM4103) .......................................................................95
Hình 4.17. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng
lai D1-6 (ST20 x OM10043) .........................................................................96
Hình 4.18. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng
lai E4-8 (VD20 x OM4103) ..........................................................................96
Hình 4.19. Biểu đồ phân bố một số đặc tính nông học ở quần thể BC3F4 của dòng
lai F13-13 (VD20 x OM10043) ....................................................................97

xiii


CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một nước nông nghiệp, phần lớn diện tích đất canh tác là
trồng lúa và Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) được xem là một trong
những vựa lúa của cả nước. Từ một nước phải nhập khẩu lương thực vào
những năm 1980, đến nay Việt Nam là một trong ba quốc gia xuất khẩu gạo
nhiều nhất thế giới với sản lượng tăng từ 1,99 triệu tấn năm 1995 lên mức 3,48
triệu tấn năm 2000 và 6,55 triệu tấn vào năm 2015 (Hiệp hội Lương thực Việt
Nam, 2015). Mặc dù sản lượng có tăng nhưng thu nhập của người nông dân lại
không tăng, mà kèm theo nguy cơ đất trồng bị suy thoái và ô nhiễm môi
trường. Việc quá chú trọng đến sản lượng dẫn đến chất lượng của lúa gạo Việt
Nam trên thị trường quốc tế thường thấp hơn một số nước khác như Ấn Độ và
Thái Lan, đặc biệt có sự chênh lệch lớn giữa gạo đặc sản và gạo cao cấp. Nhìn
vào thị trường tiêu thụ lúa gạo hiện nay cần phải đầu tư hơn nữa trong việc
nâng cao chất lượng gạo, thông qua nhiều con đường để rút ngắn được thời
gian và cung cấp kịp thời các giống cho sản xuất.

Tuy nhiên, theo nhận định của một số nhà khoa học, gạo càng thơm thì
khả năng nhiễm sâu bệnh càng cao, đặc biệt là rầy nâu, một loài côn trùng gây
hại lớn nhất đối với cây lúa ở nước ta cũng như các nước trồng lúa ở Châu Á.
Chúng chích hút gây bệnh cháy lá lúa và truyền virus gây bệnh vàng lùn và
lùn xoắn lá (Rice ragged stunt virus) làm giảm năng suất đến 70% hoặc làm
mất trắng khi nhiễm rầy nặng và trên diện tích lớn (Lương Minh Châu và ctv.,
2006). Bên cạnh đó, độc tính của quần thể rầy nâu khác biệt nhau ở các khu
vực có sự tách biệt về sinh thái và hiện tại rầy nâu được xác định là đang thay
đổi độc tính. Điều này tiềm ẩn nguy cơ sẽ có nhiều đợt dịch mới xuất hiện,
khó kiểm soát. Cho đến nay, các nhà khoa học đã ghi nhận có bốn loại hình
sinh học rầy nâu đã được công bố, riêng ở Đồng bằng Sông Cửu Long, quần
thể rầy nâu đã được ghi nhận có sự pha trộn giữa loại hình 2 và 3 (Nguyễn Thị
Lang và Bùi Chí Bửu, 2011).
Các biện pháp hiện nay dùng để đối phó với dịch rầy nâu là sử dụng
thuốc diệt rầy, luân canh và bón phân hợp lý. Mặc dù vậy, trong thực tế sử
dụng thuốc diệt rầy đang được nông dân áp dụng nhiều nhất, việc lạm dụng
thuốc trừ sâu hóa học đã làm giảm quần thể côn trùng có ích trên đồng ruộng,
gây mất cân bằng sinh thái và phát triển các nòi rầy nâu kháng thuốc. Vì vậy,
giải pháp cơ bản và lâu dài là sử dụng giống kháng. Việc sử dụng giống
kháng, một mặt làm giảm thiệt hại năng suất, tiết kiệm chi phí phòng trừ, mặt

1


khác hạn chế được việc dùng thuốc hóa học gây ô nhiễm môi trường và ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người dân. Tính bền vững về khả năng
kháng rầy nâu của các giống lúa kháng cũng được nhiều nhà khoa học quan
tâm nghiên cứu. Gallagher et al. (1994), Xu et al. (2002) đã xác định rằng các
giống mang đa gen kháng có tính bền vững cao hơn các giống đơn gen kháng.
Trước đây, trong quá trình lai tạo, khả năng kháng rầy của các giống lúa

được đánh giá dựa vào sự biểu hiện về kiểu hình và phải tiến hành qua nhiều
vụ khác nhau. Việc làm này không những tốn kém về tiền bạc mà còn cả về
thời gian. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ sinh học đặc biệt là di
truyền phân tử và kỹ thuật di truyền đã tạo điều kiện cho việc ứng dụng những
phương pháp mới trong chọn giống cây trồng nói chung và giống lúa nói riêng
một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn. Dấu phân tử được sử dụng như là một
công cụ cho lai tạo và chọn lọc. Gen mong muốn ở các cá thể có thể xác định
được từ thế hệ rất sớm, rút ngắn thời gian lai tạo. Dựa vào phân tích kiểu gen
kiểm soát các tính trạng, các nhà chọn giống có thể chọn được giống mang
nhiều tính trạng mong muốn trong cùng thời điểm. Ngoài việc chọn lọc giống
lúa có khả năng kháng rầy nâu thì năng suất và chất lượng gạo cũng là mục
tiêu quan trọng cần được quan tâm hàng đầu trong công tác tuyển chọn.
Những giống lúa có ưu thế về chất lượng gạo như hàm lượng amylose thấp, có
mùi thơm, hạt gạo thon dài… là những giống lúa cần được khai thác. Như vậy,
việc chọn tạo các giống lúa vừa thơm, có chất lượng cao, vừa kháng rầy nâu ở
giai đoạn hiện nay được xem là vấn đề cấp bách và mang ý nghĩa quan trọng
về mặt chiến lược.
Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài “ Nghiên cứu chọn tạo giống
lúa thơm kháng rầy nâu (Nilaparvata lugenes Stal) bằng dấu phân tử
SSR” được thực hiện.
1.2 Mục tiêu
Lai tạo và chọn lọc được một hoặc hai dòng lúa có triển vọng để phát
triển thành giống lúa thơm mang gen kháng rầy nâu, phục vụ cho sản xuất lúa
ở vùng Đông Bằng Sông Cửu Long.
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1 Ý nghĩa khoa học
Công nghệ sinh học được coi như là phương tiện hữu hiệu để giải quyết
những vấn đề khó khăn mà công tác chọn giống cổ truyền không thể thực hiện
được. Nhờ sự hỗ trợ của dấu phân tử sẽ góp phần rút ngắn thời gian trong việc

2


chọn lọc các dòng lai mang những gen tốt mong muốn. Kết quả thu được của
đề tài góp phần thúc đẩy ứng dụng dấu phân tử trong lai tạo các giống lúa.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng dấu phân tử để chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen mong
muốn góp phần làm giảm chi phí và thời gian trong công tác chọn tạo giống mới.
Những dòng lúa lai vừa mang gen thơm vừa có gen kháng rầy sẽ được
dùng làm vật liệu để tiếp tục nghiên cứu tạo ra những giống lúa thơm kháng
rầy nâu, góp phần giải quyết được nhược điểm của những giống lúa thơm là dễ
bị nhiễm rầy nâu, từ đó nâng cao diện tích lúa chất lượng cao. Những dòng lúa
này sẽ bổ sung thêm vật liệu vào bộ giống hiện có tại ĐBSCL.
1.4 Phạm vị nghiên cứu
Các thí nghiệm lai tạo của luận án được thực hiện từ tháng 6 năm 2013
đến tháng 6 năm 2015 tại nhà lưới Viện Nghiên cứu và phát triển Công nghệ
sinh học, trường Đại học Cần Thơ. Hai giống mang gen kháng rầy nâu OM4103
(bph4 và Bph10) và OM10043 (bph4 và Bph18) được sử dụng làm vật liệu cho
gen kháng. Đây là hai giống có khả năng kháng vừa với nguồn rầy nâu ở
ĐBSCL với cấp kháng từ cấp 3-5 và được khuyến cáo sử dụng là nguồn vật liệu
lai theo kết quả nghiên cứu của đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ về sưu tập,
đánh giá và bảo tồn nguồn gen lúa kháng rầy nâu nhằm phục vụ công tác lai tạo
của Trần Nhân Dũng và ctv. (2012). Ba giống lúa thơm ST5, ST20, VD20 làm
vật liệu nhận gen kháng. Đây là ba giống lúa thơm có chất lượng cao được Hiệp
hội Lương thực Việt Nam (VAF) khuyến cáo đưa vào sản xuất ở ĐBSCL,
nhưng lại có nhược điểm là nhiễm nặng với rầy nâu. Do đó, nghiên cứu đã tiến
hành lai tạo để chuyển gen kháng rầy nâu vào các giống lúa thơm.
Nội dung chính là sử dụng phép lai đơn để lai giữa giống lúa thơm và giống
lúa mang gen kháng rầy nâu tạo con lai F1. Sử dụng phép lai hồi giao để chuyển
một hoặc hai gen kháng rầy nâu bph4, Bph10 và Bph18 vào 3 giống lúa thơm

nhằm cải tạo tính kháng rầy nâu ở các giống lúa thơm. Sử dụng dấu phân tử để
nhận diện gen thơm và gen kháng rầy nâu ở con lai F1 và các dòng lúa lai hồi giao.
Thực hiện các thí nghiệm đánh giá chọn dòng để chọn ra những dòng lúa lai có
năng suất cao, chất lượng tốt để khảo nghiệm và đánh giá sơ khởi trong điều kiện
đồng ruộng. Các thí nghiệm đánh giá chọn dòng được thực hiện trong 2 vụ Hè Thu
2015, Đông Xuân 2016 tại Tam Bình, Vĩnh Long. Thí nghiệm khảo nghiệm ngoài
đồng được thực hiện trong vụ Đông Xuân 2017 tại Long Phú, Sóc Trăng.

3


1.5 Những đóng góp mới của luận án
Nghiên cứu đã tạo ra được sáu tổ hợp lai hồi giao từ hai giống lúa mang
gen kháng rầy nâu và ba giống lúa thơm.
Chọn tạo được 5 dòng lúa mang gen thơm và gen kháng rầy nâu bph4 +
Bph10, 7 dòng lúa mang gen thơm và gen kháng rầy nâu bph4 + Bph18.
Kết hợp đánh giá kiểu gen, kiểu hình và các đặc tính nông học đã chọn ra
được 6/12 dòng lúa có một số đặc tính nông sinh học tốt để khảo nghiệm
ngoài đồng. Kết quả khảo nghiệm đã chọn được hai dòng lúa đáp ứng với mục
tiêu chọn tạo là có năng suất đạt từ 6 – 7 t/ha, kháng với rầy nâu trong điều
kiện nhà lưới và có hàm lượng amylose thấp hơn 20%. Hai giống này sẽ được
tiếp tục khảo nghiệm ở các địa điểm khác ở ĐBSCL trong thời gian tới.

4


CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Nguồn gốc, phân loại và sự tiến hóa của các giống lúa
2.1.1 Nguồn gốc

Trong nghiên cứu nổi tiếng của Vavilov (1926) về sự phân bố đa dạng di
truyền của cây trồng cho rằng lúa trồng được xem như phát triển từ Ấn Độ.
Ting (1949) kết luận rằng có một số lượng lúa hoang được tìm thấy ở miền
Nam Trung Quốc, vì vậy lúa trồng cũng có thể bắt nguồn từ khu vực này và
lan rộng về phía Bắc. Lớp mày gạo tìm thấy ở sông Yangtse trong đất sét nung
đã được phân loại là O. sativa f. spontanea ssp. Keng và có những đặc tính rất
giống với những giống lúa bây giờ được trồng ở miền đông Trung Quốc.
Chang (1975) kết luận rằng lúa lần đầu tiên được thuần hóa trong khu vực
giữa miền bắc Ấn Độ và bờ biển Thái Bình Dương tiếp giáp Việt Nam và
Trung Quốc. Theo nhận định của Grist (1986), cây lúa được trồng từ rất lâu
đời nhưng nguồn gốc của nó luôn là một vấn đề phỏng đoán. Ông cho rằng
bằng chứng về nguồn gốc của lúa được đưa ra từ các nhà thực vật học là dựa
vào môi trường sống của các loài hoang dại.
Mặc dù có rất nhiều ý kiến chưa thống nhất, nhưng 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 cây lúa có nguồn gốc từ vùng đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần
đi các nơi. Bên cạnh đó, lịch sử và đời sống của các dân tộc Đông Nam Á lại
gắn liền với cây lúa và nghề trồng lúa đã minh chứng nguồn gốc của lúa trồng
(Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
2.1.2 Phân loại
Theo đặc tính thực vật học cây lúa thuộc họ Gramineae (hòa thảo), tộc
Oryzeae, chi Oryza. Chi Oryza có 25 loài được công nhận, trong đó có 23 loài
hoang dại và 2 loài trồng là O. sativa và O. glaberrima (Morishima, 1984;
Vaughan, 1994; Brar and Khush, 2003). O. sativa là loài thích nghi rộng rãi
nhất của hai loài canh tác. Nó được trồng trên toàn thế giới bao gồm cả châu
Á, Bắc và Nam Mỹ, Liên minh châu Âu, Trung Đông và châu Phi. Ngược lại,
O. glaberrima chỉ được trồng ở một số quốc gia thuộc Tây Phi và hiện đang bị
thay thế dần bởi Oryza sativa.
2.1.3 Sự tiến hóa của các giống lúa

Chang (1976) đã tổng kết nhiều tư liệu nghiên cứu và cho rằng cả 2 loài lúa
trồng đều có chung một tổ tiên, do quá trình tiến hóa và chọn lọc tự nhiên lâu đời,

5


đã phân hóa thành 2 nhóm thích nghi với điều kiện ở 2 vùng địa lý xa rời nhau là
Nam – Đông Nam Châu Á và Châu Phi nhiệt đới. 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 O. spontanea và O. stapfii cũng có thể lai tạp với các loài lúa
hoang tổ tiên để cho ra các loài lúa trồng tương ứng. Hiện nay, nhiều nhà khoa học
tỏ ra đồng ý với quan điểm và giả thuyết này.

Hình 2.1. Lịch sử tiến hóa của các loài lúa trồng (Chang, 1976).
2.2 Giới thiệu về các giống lúa thơm
* Lúa thơm Ấn Độ: Basmati
Basmati là một giống lúa thơm đã có thương hiệu trên thị trường quốc tế
từ lâu, giống này được gieo trồng chủ yếu ở các nước Ấn Độ, Pakistan và
Nepan. Hiện nay năng suất gạo Basmati đạt từ 2,0 – 2,5 t/ha (Rohit, 2012).
Lúa Basmati có thân cao (165-175 cm), yếu và dễ đổ ngã, có thời gian
sinh trưởng dài (145-150 ngày) và rất dễ nhiễm với tất cả các loại sâu bệnh.
Gạo thơm có hạt nhỏ, thon và dài từ 6,8 đến 7,0 mm, tỉ lệ chiều dài và chiều

6


rộng từ 3,5 đến 3,7mm và có hàm lượng amylose trung bình 20-22%. Mùi
thơm của Basmati hiện diện trên tất cả các cơ quan của cây lúa.

* Lúa thơm Thái Lan: Khao Dawk Mali (KĐML)
Khao Dak Mali là một giống lúa thơm nổi tiếng của Thái Lan, đây là một
giống lúa truyền thống được tìm thấy bởi một nông dân ở tỉnh Chon Buri ở
miền Đông Thái Lan vào năm 1945 (Sarkarung et al., 2000). Các dòng lúa này
sau đó được tuyển chọn và khảo nghiệm tại trại thí nghiệm lúa Kok Samrong
thuộc tỉnh Lop Buri. Đến năm 1995 dòng thuần tốt nhất được xác định là
Khao Dawk Mali 4-2-105 và được đặt tên là Khao Dawk Mali 105 và được
đưa ra thị trường (Somrith, 1996).
KĐML 105 có thân mềm yếu, dễ nhiễm nhiều loại sâu bệnh như cháy lá,
cháy bìa lá, đốm vằn, rầy nâu…. Chiều cao dao động từ 140-150 cm, lá hẹp có
màu xanh nhạt. Hạt trong, chiều dài trung bình khoảng 7,5 mm, hàm lượng
amylose thấp hơn 20% nên hạt cơm sau khi nấu hạt còn hơi dính vào nhau và
có mùi thơm vừa. Năng suất bình quân đạt 1,7 t/ha, tuy nhiên nếu được canh
tác tốt năng suất có thể lên đến 4,5-5 t/ha (Anonymous, 1996).
* Một số giống lúa thơm khác trên thế giới
Các giống lúa thơm ở Myanmar được gieo trồng nhiều ở các tỉnh miền
Trung và chủ yếu được tiêu thụ ở trong nước. Một số giống lúa chất lượng
đang được gieo trồng phổ biến ở đây như: Namathalay, Basmati, Paw San Bay
Gyar (Chaudhary and Tran, 2001).
Ở Philippine có giống Milsagrosa và ở Trung Quốc có các giống Bắc
thơm, Quế hương chiêm, Qua dạ hương và Chi ưu hương là các giống lúa chất
lượng nổi tiếng trên thế giới.
Giống lúa Koshihikari là giống lúa cổ truyền của Nhật Bản, thuộc loài phụ
Japonica, có chất lượng cao, hương vị rất được ưa thích trong những bữa ăn chính
của người Nhật. Giống lúa Koshihikari được xem như là lúa Basmati của Nhật với
diện tích gieo trồng chiếm khoảng 30% tổng diện tích trồng lúa ở nước này.
* Lúa thơm ở Việt Nam
Là một quốc gia nông nghiệp, với cái nôi là nền văn minh lúa nước, lúa
gạo Việt Nam từ ngàn xưa đã có những loại nổi tiếng như Tám Thơm, Tám
Xoan, Dự Hương ở Miền Bắc, Nàng Thơm Chợ Đào ở Miền Nam…. và vẫn

được thị trường chấp nhận cho đến ngày nay. Các giống lúa thơm này có
chung đặc điểm là thời gian sinh trưởng dài, chỉ trồng được một vụ trong năm,
dễ nhiễm sâu bệnh và đổ ngã. Giống lúa Tám Hương, Tám Xoan có thời gian
sinh trưởng khoảng 150 ngày, hạt có màu vàng sẫm và dài, hạt gạo trong, đều,

7


cơm mềm dẻo, có mùi thơm đậm (Bùi Huy Đáp, 1999). Giống lúa Nàng Thơm
chợ Đào có thời gian sinh trưởng khoảng 170-185 ngày, cây cao khoảng 160180cm, hạt gạo dài, thẳng. Giống lúa này được trồng chủ yếu ở các huyện ven
biển thuộc phía Nam tỉnh Long An, tập trung tại Cần Đước, Tân Trụ, Thủ Thừa.
Trong những năm gần đây một số giống lúa thơm ngắn ngày được nhập
nội hoặc lai tạo như Jasmine (Mỹ), VD20 (Đài Loan), VNN97-6 (Trung Quốc),
MTL250 (IRRI), ST3 (chọn từ VD20), ST20 (được chọn ra từ 7 tổ hợp lai). Đây
là những giống có năng suất cao, thơm, hàm lượng amylose từ 19-22% và có
thể gieo cấy nhiều vụ trong năm, các giống này làm phong phú thêm nguồn gen
cây lúa ở ĐBSCL, góp phần đáp ứng nhu cầu của sản xuất và xuất khẩu.
Các chương trình lai tạo giống lúa ở phía Nam đã tạo ra nhiều giống lúa
có năng suất cao. Tuy nhiên, chỉ một số ít giống lúa có chất lượng tốt, đáp ứng
yêu cầu xuất khẩu và thỏa mãn thị hiếu người tiêu dùng. Những giống lúa chất
lượng cao sau một thời gian lưu hành trong sản xuất trở nên nhiễm các loại sâu
bệnh chính như rầy nâu, bệnh đạo ôn. Do đó, khi các giống lúa OM4900, Đài
thơm 8, OM7347, OM8017, Nàng hoa 9…với những đặc tính tốt như năng
suất cao, thơm và kháng sâu bệnh, những giống lúa này đã được nhiều nông
dân chấp nhận và lựa chọn để canh tác.
Giống lúa thuần OM 4900 đã được lai tạo chọn lọc bởi PGS.TS.
Nguyễn Thị Lang và GS.TS. Bùi Chí Bửu tại Bộ môn di truyền chọn
giống thuộc Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2002. Giống
được tạo ra từ tổ hợp lai Jasmine 85 và C53 (Lemont). Trong quá trình
chọn lọc các đời con lai có áp dụng kỹ thuật trợ giúp của dấu chuẩn phân

tử (MAS). Giống OM 4900 có thời gian sinh trưởng từ 95-100 ngày, cao
114 cm, thân rạ cứng, khả năng đẻ nhánh khá, số bông trên khóm biến
thiên từ 8 đến 12, số hạt chắc trên bông là 156. Trọng lượng 1.000 hạt là
29,8 gram; chiều dài hạt gạo từ 7 đến 7,3 mm; độ bạc bụng cấp 0 (đánh
cấp từ 0-9); hàm lượng amylose từ 16- 16,8%; tỷ lê protein đạt 8,4%, có
mùi thơm nhẹ, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Giống tương đối chịu mặn; chống
chịu khá tốt với rầy nâu, đạo ôn và bạc lá. Giống trồng được trong cả vụ
hè thu và đông xuân, phù hợp cho vùng đồng bằng sông Cửu Long và
Đông Nam bộ, năng suất biến thiên từ 5-7 tấn/ha, gia tăng 10-15% so với
các giống đối chứng đang được trồng phổ biến trong vùng
( />Giống lúa OM7347 được Bộ môn Di truyền - Chọn giống - Viện Lúa
đồng bằng sông Cửu Long thực hiện chọn tạo từ năm 2005 từ tổ hợp lai
KhaoDawMali/BL//BL, OM7347 kết hợp được các đặc tính quý của cây cha

8


mẹ, thông qua chọn lọc nhờ M B (marker assissted backcross), đây là quá
trình chọn lọc con lai BC2F2 chính xác và rút ngắn thời gian chọn lọc. Sử dụng
3 marker RM42, RM223, RM201 để chọn lọc tính trạng amylose và mùi thơm
trên giống này. Giống OM7347 tiếp tục được chọn lọc ngoài đồng và tiến
hành khảo nghiệm so sánh năng suất từ vụ Đông Xuân 2008 - 2009. Giống
này đã được công nhận là giống quốc gia tại Việt Nam năm 2010. Giống lúa
OM7347 có ưu điểm là giống đặc sản, ngắn ngày thuộc nhóm 2 có thời gian
sinh trưởng từ 95-100 ngày. Giống này cứng cây và khả năng đẻ nhánh khoẻ.
Chiều cao cây từ 100-105 cm, trọng lượng 1000 hạt đạt 26-27 gram, có khả
năng chống chịu được bệnh vàng, lùn xoắn lá và bạc lá. Giống có phẩm chất
gạo dẻo với hàm lượng amylose đạt 16,8%, hàm lượng protein khá cao
(8,9%), có mùi thơm biểu hiện ở cấp 1, hạt gạo thon dài. Năng suất trung bình
của giống OM7347 khá cao từ 6 -8,5 tấn/ha, có khả năng kháng trung bình

được với bệnh đạo ôn (cấp 5), kháng đối với rầy nâu (cấp 3) và kháng bạc lá
(cấp 3). Điều kiện canh tác tốt năng suất còn vượt trội. Đây là giống được xếp
vào nhóm lúa xuất khẩu cho Việt Nam.
Năm 2005, Kỹ sư Lê Hùng Lân, Giám đốc Công ty TNHH Hạt giống
Hoa Tiên, đã lai tạo giữa lai tạo giống Jasmine 85 và AS996 cho ra con lai là
“Nàng hoa 9”. Giống được Cục Sở hữu trí tuệ công nhận nhãn hiệu độc quyền
và được Bộ NN&PTNT công nhận giống quốc gia năm 2011. Nàng hoa 9 có
thời gian sinh trưởng ngắn (thuộc nhóm A), nếu sạ chỉ 90-95 ngày cho thu
hoạch, còn gieo mạ cấy từ 95-100 ngày, trồng được cả 3 vụ trong năm. Cây
cao từ 95-100 cm, đẻ nhánh tốt, lá đòng đứng có màu xanh đậm và dày. Nàng
hoa 9 cứng cây nên hạn chế bị đổ ngã trong vụ hè thu thường xảy ra nhiều
mưa bão. Đặc tính của giống lúa Nàng hoa 9 chịu cả đất nhiễm phèn và đất
nhiễm mặn nên trồng được ở vùng Đồng Tháp Mười và các huyện ven biển
thuộc tỉnh Kiên Giang. Lúa có bộ rễ chùm to và khỏe, ăn sâu vào đất nên khả
năng chịu hạn khá tốt. Tuy nhiên, điểm yếu của Nàng hoa 9 hơi nhiễm rầy
nâu, bệnh bạc lá và nhện gié (đều cấp 5), nhưng kháng bệnh đạo ôn tốt (cấp 3).
Bông dài 25-30 cm và số hạt chắc trên bông đạt trên 100 hạt. Năng suất vụ
đông xuân của giống lúa này đạt từ 8-12 tấn/ha, tùy vùng đất và kỹ thuật canh
tác; vụ thu đông (vụ 3) đạt 6-8 tấn và hè thu từ 5-7 tấn/ha. Gạo ít bạc bụng,
cơm thơm mùi lá dứa, mềm nhưng không quá dẻo…
Giống lúa OM 8017 được chọn tạo từ tổ hợp lai OM 5472/Jasmine 85.
Giống có thời gian sinh trưởng 90-95 ngày, chiều cao cây từ 100-110cm, trọng
lượng 1000 hạt 26-27 gr, gạo hạt dài khoảng 7 mm và tỷ lệ bạc bụng thấp.
OM8017 có hàm lượng amylose ở cấp trung bình (22%), độ bền gel 71 mm và
nhiệt trở hồ cấp 5, năng suất 6-9 tấn/ha. Kết quả thử nghiệm trên cho thấy

9


OM8017 hơi nhiễm rầy nâu nhưng kháng tốt và ổn định đối với bệnh đạo ôn.

Giống lúa OM8017 có cấp chống chịu mặn cao ở giai đoạn mạ trong thanh lọc
trong dung dịch chứa muối. Trong điều kiện thanh lọc ở giai đoạn trổ-chín
trong bể OM8017 có tỷ lệ cây sống sót cao hơn giống Pokkali (75% so với
58,33%) ở mức độ mặn 6‰. Giống lúa OM8017 được đưa vào khảo nghiệm
từ vụ Đông Xuân 2011-2012 và được đặc cách công nhận là giống lúa mới
(giống quốc gia) theo quyết định số 201/QĐ-TT-CLT ngày 09/06/2015. Giống
lúa OM8017 được cấp bằng Bảo hộ giống số 22.VN.2015 ngày 16/08/2015.
Công ty cổ phần Giống cây trồng miền Nam và Công ty cổ phần Giống cây
trồng Thái Bình đã đồng mua bản quyền giống lúa OM 8017.
Năm 2012, các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu giống cây
trồng miền Nam (Công ty Cổ phần giống cây trồng miền Nam) đã kết hợp
giữa giống mẹ BVN và giống bố OM4900, sau 4 năm, 8 vụ, tập thể tác giả đã
chọn tạo thành công được dòng thuần và đặt tên Đài Thơm 8. Kết quả trồng
thử nghiệm tại Duyên hải Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Đồng bằng sông
Cửu Long cho thấy, giống Đài thơm 8 có thời gian sinh trưởng ngắn (90-95
ngày), cây cao trung bình 95-105 cm, cứng cây, đẻ nhánh khỏe, bông hữu hiệu
nhiều (392 bông/m2), độ kết hạt dày, năng suất đạt 7-9 tấn/ha; chống chịu sâu
bệnh, phèn và mặn khá tốt. Đặc biệt, đặc tính cơm gạo của giống Đài thơm 8
đạt tiêu chuẩn xuất khẩu nhờ hạt gạo thon dài, trong, không bạc bụng, hàm lượng
amylose đạt 16,3%, cơm dẻo, ngon, có mùi thơm nhẹ (để nguội cơm vẫn dẻo).
Ngày 11/4/2017, Bộ NN-PTNT đã công nhận chính thức giống Đài Thơm 8 là
giống lúa của Cty CP Giống cây trồng miền Nam nghiên cứu và độc quyền.
2.3 Chọn tạo giống bằng phương pháp lai hồi giao kết hợp với
dấu phân tử
2.3.1 Lai hồi giao
Lai hồi giao là phương pháp thường được sử dụng phổ biến nhất để
chuyển một gen hoặc một tính trạng nào đó vào một giống để chuyển thành
giống ưu tú. Con lai F1 sau khi được tạo ra sẽ được lai lại nhiều lần với bố
hoặc mẹ được gọi là phép lai hồi giao. Một vài gen được chuyển từ giống cho
sang giống nhận nhưng không làm thay đổi nhiều cấu trúc di truyền của giống

nhận do quá trình lai hồi giao lại nhiều lần với giống nhận, con lai sẽ đạt một
trạng thái cận giao có bộ gen tương tự như giống nhận. Sau mỗi lần lai hồi
giao con lai phải được kiểm tra kiểu hình. Không có con số tuyệt đối cho số
lần lai hồi giao, số lần hồi giao (hai đến năm lần) được thực hiện phụ thuộc
vào mục đích của nhà chọn giống muốn phục hồi hoặc lai tạo. Tuy nhiên theo
lý thuyết sau bốn lần hồi giao thì 96,875% số lượng gen của cha mẹ sẽ được

10


truyền lại cho con lai (Matthew, 2012). Sau khi tạo ra thế hệ lai hồi giao cuối
cùng các dòng lai sẽ được cho tự thụ phấn để gen mục tiêu của các dòng chọn
lọc ở trạng thái đồng hợp. Sản phẩm cuối cùng của phép lai hồi giao là tạo ra
được con lai có nền di truyền của giống nhận và có gen mục tiêu của giống
cho (Hassan et al., 2015). Phương pháp này thường được sử dụng để chuyển
một gen kháng bệnh từ các giống hoang dại hoặc những giống không được cải
tiến sang những giống chất lượng cao (Matthew, 2012).
Mặc dù vậy, phép lai hồi giao vẫn có một số hạn chế như: lai hồi giao
không có hiệu quả trong việc lai để cải thiện những tính trạng số lượng do
những tính trạng này có hệ số biến dị di truyền cao. Ngoài ra, sự xuất hiện của
những liên kết không mong muốn có thể ngăn cản sự cải thiện giống (George
Aquaah, 2012). Hơn nữa, khả năng xảy ra tái tổ hợp không mong muốn đối
với những tổ hợp lai mà cha mẹ xa nhau về khoảng cách di truyền là rất cao
khi lai giữa nhóm hoang dại với nhóm trồng hoặc giữa nhóm Indica và
Japonica (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007).

Hình 2.2. Giá trị trung bình của gen phục hồi qua từng thế hệ hồi giao

11

2.3.2 Phƣơng pháp lai hồi giao có sự hổ trợ của dấu phân tử (MakerAssisted Backcross Method – MABC)
MABC là một trong những phương pháp chính xác và hiệu quả để bảo
tồn các đặc tính quan trọng của giống bố mẹ. Trong phương pháp này, một
dấu phân tử được sử dụng dựa trên đặc tính hình thái, sinh hóa hoặc dựa trên
sự biến đổi của DN/ RN để gián tiếp chọn lọc những kiểu gen hoặc những
tính trạng mà nhà chọn giống quan tâm (ví dụ như tính kháng bệnh, khả năng
chịu đựng với những điều kiện bất lợi của môi trường...). Nguyên tắc của
MABC là tích hợp gen mục tiêu đã xác định được vị trí trên nhiễm sắc thể từ
giống cho khi lai lại với bố mẹ. Có ba yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của
MABC là: số lượng cá thể của quần thể hồi giao, khoảng cách của dấu phân tử
với gen mục tiêu và số lượng dấu phân tử được sử dụng trong quá trình chọn
lọc (Neelam et al., 2016). MABC giúp các nhà chọn giống xác định được
chính xác sự hiện diện của gen mục tiêu trên các dòng hồi giao (Mohd et al.,
2015). Điều này sẽ giúp cải thiện giống lúa, giúp các giống này có thể chống
chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường như lũ lụt hay kháng được với
sâu bệnh. Như vậy, M BC nên được sử dụng để cải thiện chất lượng và gia
tăng năng suất lúa (Neelam et al., 2016).
M BC là phương pháp mang lại hiệu quả cao hơn so với lai hồi giao
thông thường và đã được sử dụng trong các chương trình chọn tạo giống lúa
(Mackill et al., 2005). M BC liên quan đến lai hồi giao liên tục để loại bỏ
nguồn gốc di truyền của giống cho và khôi phục các đặc tính di truyền của
giống nhận càng nhiều càng tốt.
2.3.3 Một số kết quả ứng dụng dấu phân tử trong chọn giống lúa
thơm kháng bệnh
Chọn tạo và phát triển giống lúa thơm kháng bệnh là một trong những ưu
tiên hàng đầu của các nước xuất khẩu lúa gạo trên thế giới. Mùi thơm của gạo
là một trong các chỉ tiêu quan trọng không những là một yếu tố xác định giá cả
cho gạo mà còn thể hiện thương hiệu của một vùng hoặc một quốc gia
(Fitzgerald et al., 2008). Khao Dak Mali, Jasmine và Basmati là những nhóm

lúa thơm nổi tiếng trên thế giới được rất nhiều người tiêu dùng ở khu vực
Trung Á và Đông Nam Á ưa thích (Suwannaporn and Linnemann 2008). Tuy
nhiên, năng suất của các giống lúa thơm rất thấp, một phần là do di truyền
giống, một phần là do các giống lúa thơm rất mẫn cảm với sâu bệnh, đặc biệt
là rầy nâu, một loài gây hại chính trên các vùng sản xuất lúa gạo. Rầy nâu
đang gây thiệt hại năng suất lúa rất lớn mỗi năm. Luân canh tăng vụ, sử dụng
nhiều phân bón và thuốc bảo vệ thực vật là một trong nhưng nguyên nhân

12


chính gây bùng phát dịch rầy nâu. Một chiến lược nhằm giảm thiểu tổn thất do
rầy nâu gây ra là sử dụng giống kháng rầy nâu. Thái Lan đã thành công trong
việc chuyển gen kháng rầy nâu Bph3 từ giống Rathu Heenati vào giống lúa
thơm Khao Dak Mali (Jairin et al., 2009). Ấn Độ đã áp dụng phương pháp
chọn giống bằng phép lai hồi giao kết hợp với kỹ thuật sinh học phân tử để
chuyển gen kháng rầy nâu Bph18, Bph20 và Bph21 vào một số giống lúa thơm
Basmati (Pusa Basmati 1, Pusa Basmati 1121 và Pusa Basmati 6).
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm kháng bệnh vẫn
chưa được thực hiện nhiều. Năm 2010, Nguyễn Thị Mai Hạnh và Võ Công
Thành đã nghiên cứu chọn tạo các dòng lúa thơm kháng rầy nâu từ giống
kháng rầy BN và giống thơm TP5 dựa vào kỹ thuật điện di protein SDSPAGE. Kết quả ở thế hệ F5 chọn được 4 dòng có mức độ kháng rầy nâu từ hơi
kháng đến kháng, hàm lượng protein cao từ 10,2% đến 10,4%, hàm lượng
amylose thấp từ 16,8% đến 17,3% có mùi thơm nhẹ, dạng hạt gạo dài (>7mm),
thời gian sinh trưởng 95 ngày, năng suất cao từ 6,4 tấn/ha đến 7,5 tấn/ha.
Tạ Hồng Lĩnh (2013) đã nghiên cứu ứng dụng dấu phân tử và phương
pháp lai hồi giao trong cải tiến tính chịu ngập của giống lúa Bắc Thơm 7 và
OM6976. Ở thế hệ BC2F1 đã chọn được các cá thể Bắc Thơm số 7 và OM6976
mang QTL/gen Sub1 chịu ngập có nền di truyền giống với lúa hiện đang trồng
phổ biến tại Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long từ 82% đến

89,8% và đã xác định được 16 cá thể mang gen QTL/gen Sub1 ở thế hệ BC3F1
(tổ hợp lai Bắc Thơm số 7 với IR64 - Sub1).
Nguyễn Thị Lệ và ctv. (2014) đã áp dụng phương pháp lai hồi giao (Bắc
Thơm số 7/ IRBB21) kết hợp với chọn lọc cá thể để chọn tạo giống lúa Bắc
thơm số 7 kháng bệnh bạc lá. Kết quả chọn được giống BT7KBL kháng vừa
với chủng số 14 và kháng cao với chủng số 5 và chủng số 3. BT7KBL có đặc
điểm nông sinh học giống Bắc thơm số 7, thời gian sinh trưởng ngắn (130-135
ngày vụ xuân và 103-105 ngày vụ mùa), năng suất khá, ổn định (5 – 5,5
tấn/ha). Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã công nhận giống này và
cho sản xuất thử.
Đồng Thị Kim Cúc năm 2014 đã nghiên cứu ứng dụng dấu phân tử trong
chon tạo giống lúa Bắc Thơm số 7 chịu mặn. Kết quả nghiên cứu đã chọn
được 8 dòng BT7/Satol (thế hệ BC3F4) triển vọng có năng suất và chất lượng
lúa gạo tương đương với BT7, có khả năng chịu mặn cấp 3 tương đương với FL478.
Dương Xuân Tú (2015) đã ứng dụng dấu phân tử ADN trong chọn tạo
giống lúa thơm kháng bệnh bạc lá ở các tỉnh phía Bắc, kết quả đã xác định
được 4 mồi ESP, IFAP, INSP và EAP nhận diện gen thơm fgr có độ chính xác

13


tới 94%. Nghiên cứu cũng đã chọn tạo ra được 15 dòng lúa thơm mới,mang 12 gen kháng bệnh bạc lá (Xa4, xa5 và Xa7) thể hiện tính kháng tốt với các
chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc. Trong đó, 2
dòng lúa là T7.19-2 và dòng T25.82-3 đáp ứng được mục tiêu chọn tạo về thời
gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng, mùi thơm và kháng bệnh bạc lá sẽ
được tiếp tục phát triển cho sản xuất tại các tỉnh phía Bắc trong thời gian tới.
2.4 Tính trạng mùi thơm trên lúa
Lúa thơm được coi là một chủng loại lúa có chất lượng cao, nó chiếm vị
trí đặc biệt trên thị trường xuất khẩu và cho giá trị kinh tế cao (Qiu and Zhang,
2003). Tuy là một đặc tính thứ yếu, lại phụ thuộc nhiều vào thị hiếu người tiêu

dùng, nhưng thực tế giá trị gạo thơm cao hơn nhiều so với gạo không thơm.
Mùi thơm ở lúa là tính trạng bị chi phối bởi cả hai nhân tố kiểu gen và môi
trường.
2.4.1 Những hợp chất tạo mùi thơm và sự biểu hiện của chúng trên
các bộ phận của cây lúa
Mùi thơm của lúa ở dạng tinh dầu bay hơi. Ở một vài giống lúa như
Khao Dakmail 105, Basmati 370 mùi thơm xuất hiện từ giai đoạn cây con, đẻ
nhánh, ra hoa, tạo hạt, giai đoạn xay xát và mùi thơm xuất hiện rõ ràng nhất
trong quá trình nấu. Trong suốt giai đoạn gieo trồng, nếu đi ngang qua cánh
đồng sản xuất lúa thơm chúng ta sẽ ngửi thấy mùi thơm từ lá và hoa lúa. Có
một giả thuyết cho rằng hợp chất thơm có thể tích lũy trong lá và được chuyển
lên hạt, bởi vì khi nấu hoặc ăn cơm chúng ta có thể ngửi thấy mùi thơm.
Hợp chất tạo mùi thơm ở hạt gạo được xác định do nhóm formaldehyde,
ammonia và hydrogen sulfide tạo nên. Một vài nghiên cứu còn ghi nhận mùi
thơm là do sự tăng của propanol, pentanol và hexanol trong quá trình tồn trữ.
Ngày nay, bằng phương pháp hiện đại đã xác định mùi thơm được tạo thành
bởi hàng trăm loại hydrocacbon, alcohol, aldehyde, keton, acid, phenol, pyridine
và những hợp chất khác đã được ghi nhận trong cơm (Leister et al., 1996).
Những nghiên cứu đầu tiên về gạo thơm đã được thực hiện bởi Yajima et
al. (1978). Nhóm nghiên cứu đã xác định được trên 100 thành phần có trong
gạo thơm gồm 14 acid, 08 ester của các acid béo, 13 alcohol, 16 aldehyde, 14
ketone, 13 hydrocarbon và một vài hợp chất vòng khác như pyridine và furan
(Bảng 2.1). Khi so sánh giữa gạo thơm và không thơm, Yajima đã kết luận
rằng trong gạo không thơm hàm lượng 4-vinylphenol, 1-hexanol và 1 hexanal
cao hơn gạo thơm, nhưng lại có hàm lượng indole thấp hơn. Ngoài ra, gạo
thơm còn có một thành phần chưa xác định được và α-pyrolidone là những
chất không được tìm thấy trong gạo không thơm.

14

Bảng 2.1: Những hợp chất thơm được xác định từ gạo nấu Yajima et al. (1978)
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

Hợp chất
Hydrocarbons
Xylene
Limonene
p-Cymene

Cumene
Pentadecane
Hexadecane
Naphthalene
Methylnaphthalene
Octadecane
Nonadecane
Eicosane
Heneicosane
Heptadecane
Alcohols
Butanol-1
3-Methyl-1-butanol
Pentanol-1
Hexanol-1
2-Ethyl-4-methylpentan-1-ol
1-Octen-3-ol
2-Ethylhexanol
Linalool
Octanol-1
Benzyl alcohol
2-Phenylethyl alcohol
Nerolidol
Pentadecanol-1
Aldehydes
Pentanal
Hexanal
Heptanal
trans-2-Hexanal
Octanal

trans-2-Heptenal
Nonanal
trans-2-Octenal
Furfural
Decanal
Benzaldehyde
trans-2-Nonenal
Phenylacetaldehyde
trans-2-Decenal
trans-2-cis-4-Decadienal
trans-2-trans-4- Decadienal
Ketones
trans-3-Penten-2-one
2-Heptanone
3-Octanone
2-Octanone
6-Methylhept-5-en-2-one
2-Nonanone
Isophorone
6-Methylhepta-3,5-dien-2-one
2-Undecanone

STT
52
53
54
55
56
57
58

59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88

89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99

15

Hợp chất
AcetoPhenone
2-PentadeCanone
6,10,14-Trimethyl pentadecan-2-one
2-Heptadecanone
2-Nonadecanone
Esters
Ethyl benzoate
Geranyl acetate
Ethyl myristate
Methyl palminate
Ethyl stearate
Ethyl oleate
Ethyl palminate
Ethyl linoleate
Pyridines

Pyridine
2-Methylpyrindine
3-Methylpyrindine
Pyrazines
Pyrazine
2-Methyl-pyrazine
2,5-Dimethyl-pyrazine
2,6-Dimethyl-pyrazine
2,3- Dimethyl-pyrazine
2,3,5-Trimethyl-pyrazine
Phenols
Guaiacol
Phenol
p-Cresol
4-Vinylguaiacol
4-Vinylphenol
Acids
Caproic acid
Caprylic acid
Nonanoic acid
Capric acid
Lauric acid
Tridecanoic acid
Myristic acid
Pentadecanoic acid
Palmitic acid
Hexadecenoic acid
Stearic acid
Linoleic acid
Linolenic acid

Miscillaneous
Aniline
B.H.T
Quinoline
Benzothiazol
2,3-Dimethyl-2-nonen-4-olide
Indole
Diethyl phthalate
Dibutyl phthalate