Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHÙNG TÔN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY
NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Hà nội - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHÙNG TÔN QUYỀN

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY
NÂU VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CHỈ THỊ PHÂN TỬ

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng
Mã số : 62.62.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Vũ Đức Quang
TS Lưu Thị Ngọc Huyền

Hà nội - 2014


i
L()I C A M DOAN
'I6i xin cam doan day la kct qua cong tiinh nghicn cu'u cua loi. Toan bo
so Hcu va kct qua nghicn cu'u trong luan an nay la trung thyc va chua tirng
dugc su dung dc cong bo Irong cac cong trinh nghicn cuu de nhan hoc v i , cac
thong tin trich dan trong luan an nay deu dugc chi ro nguon goc.

Ha noi, ngay 22 thang 5 nam 2014
ac g aluan an
f\

Phung Ton Quyen


ii

LOI C A M O N

Tru'dc hel loi x i n dugc gui loi biel an sau sac den P G S . T S . V u Du'c
Quang, rS. Lu'u I'hi Ngoc Iluyen, V i e n D i Iruycn N o n g nghicp, da tan tinh
hu'o'ng dan giiip d a va tao dicu kicn thuan Igi dc loi hoan thanh cong trinh
nghicn cu'u nay.
l o i xin chan thanh cam an tap the lanh dao va can bg B a n dao tao sau

dai hgc, V i c n K h o a hgc N o n g nghicp V i c t N a m , B a n giam hieu nha truang va
K h o a C N S I l & M T, l Y u a n g D a i hgc P h u a n g D o n g , da tao mgi dicu kien thuan
Igi cho toi hoan thanh nhicm v u .
I 01 xin chan thanh cam on tap the can bg nhan vicn B g mon Sinh hgc
Phan lu', V i c n D i truycn N o n g nghicp, noi toi da sinh boat chuyen mon, da tao
mgi dicu kicn tot nhat cho toi hgc tap va nghicn

CLTU.

I oi xin dugc cam an sy quan tarn chia se va dgng vicn, tir gia dinh, ban
be va nguoi than.

Ha noi, ngay 22 thdng 5 nam 2014

Phung Ion Quyen


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................viii
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH...............................................................................xii
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………...1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Mục tiêu của đề tài : ...................................................................................... 2
3. Thời gian và địa điểm thực hịên đề tài:......................................................... 3

4. Tính mới và những đóng góp của đề tài: ..................................................... 3
5. Ý nghĩa của đề tài:......................................................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4
1.1. Rầy nâu và đặc tính kháng rấy nâu ở lúa ................................................... 4
1.1.1. Đặc tính sinh học của rầy nâu ................................................................. 4
1.1.1.1. Phân bố và ký chủ ................................................................................ 5
1.1.1.2. Đặc điểm sinh học của rầy nâu ............................................................ 5
1.1.1.3. Tình hình và mức độ gây hại ............................................................... 9
1.1.1.4. Phòng trừ rầy nâu ............................................................................... 11
1.1.2. Đặc tính kháng rầy nâu ở lúa: ............................................................... 12
1.1.2.1. Cơ chế tính kháng đối với côn trùng .................................................. 12
1.1.2.2. Các kiểu sinh học (BPH) rầy nâu ...................................................... 14
1.1.2.3. Di truyền tính kháng rầy nâu ở lúa..................................................... 16
1.2. Chỉ thị phân tử và những ứng dụng trong chọn tạo giống lúa ................. 18
1.2.1. Chỉ thị phân tử ....................................................................................... 18
1.2.1.1. Khái niệm chung về chỉ thị phân tử ................................................... 18
1.2.1.2. Phân loại các loại chỉ thị phân tử ....................................................... 20


iv
1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa ........... 26
1.2.2.1. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử.......................................................... 26
1.2.2.2. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu lập bản đồ QTL/gen ..................... 29
1.2.2.3. Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền gen kháng rầy nâu……..37
1.2.2.4. Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu tại Việt Nam. 50
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 55
2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 55
2.1.1. Các dòng/giống lúa làm vật liệu nghiên cứu………………………….55
2.1.2. Nguồn gốc các dòng/giống lúa làm vật liệu nghiên cứu………...……55
2.1.2.1. Dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor)……………..….......55

2.1.2.2. Giống nhận gen (recipient)

....................................................................................59

2.1.3. Các nguyên vật liệu phục vụ nghiên cứu…………………………….60
2.1.3.1. Các chỉ thị phân tử SSR liên kết gen Bph3 và BphZ(t) ………..…..60
2.1.3.2. Nguồn rầy nâu ………………………………………………..…….61
2.1.3.3. Thiết bị, vật tư hóa chất………………………………………..……61
2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 62
2.2.1. Phương pháp đánh giá khả năng kháng/nhiễm rầy nâu các dòng/giống lúa ... 62
2.2.2. Phương pháp lai hồi giao, qui tụ gen kháng rầy .................................. 63
2.2.3. Phương pháp thu thập thông tin các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu. 65
2.2.4. Phương pháp chọn tạo dòng lúa kháng rầy nâu bằng chỉ thị phân tử ... 65
2.2.4.1. Chọn tạo dòng lúa ưu tú từ quần thể phân ly (F2 trở đi đến F6) ......... 65
2.2.4.2. Chọn tạo các dòng lúa ưu việt trên cơ sở hồi giao . ........................... 65
2.2.5. Một số kỹ thuật dùng trong phòng thí nghiệm..................................... 65
2.2.5.1.Tách chiết ADN và tinh sạch theo phương pháp CTAB .................... 65
2.2.5.2. Kiểm tra ADN bằng điện di trên gel agorose 0.8%............................68
2.2.5.3. Kỹ thuật PCR………………………………………………………..69
2.2.5.4. Kỹ thuật làm gel và điện di kiểm tra sản phẩm Gel Agarose…..….70
2.2.6. Chọn giống truyền thống: ..................................................................... 72
2.2.6.1. Cơ sở lý luận: ..................................................................................... 72


v
2.2.6.2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng ................................................. 74
2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu ................................................... 77
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 78
3.1. Nghiên cứu nguồn vật liệu và tập đoàn dòng/giống lúa kháng rầy nâu.. 78
3.1.1. Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu bố mẹ cho các tổ hợp lai ............. 78

3.1.2. Đánh giá phản ứng của một số dòng/giống, năm 2008. ...................... 79
3.1.3. Đánh giá phản ứng của các dòng/giống Long An và Hà Nội, 2011. ... 80
3.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu ......... 86
3.2.1. Kết quả thiết lập các tổ hợp lai trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu......... 87
3.2.2. Kết quả tách chiết và tinh sạch ADN tổng số ....................................... 88
3.2.3. Kiểm tra kết quả sản phẩm PCR trên gel agarose 1% .......................... 89
3.2.4. Xác định các chỉ thị phân tử trợ giúp trong chọn giống lúa kháng rầy90
3.2.4.1. Xác định chỉ thị trợ giúp cho đa hình giữa cây bố mẹ đối với gen Bph3 .. 90
3.2.4.2. Xác định chỉ thị phân tử trợ giúp đối với gen BphZ(t)……………..91
3.2.5. Phân tích xác định sự có mặt của gen kháng rầy nâu trong các con lai…...95
3.2.5.1. Phân tích xác định của gen kháng rầy nâu Bph3 trong các dòng BC…….96
3.2.5.2. Phân tích xác định của gen kháng rầy nâu BphZ(t) trong các dòng BC...100
3.2.5.3. Phân tích xác định cá thể mang gen Bph3 trong quần thể chọn tạo giống..103
3.2.5.4. Phân tích xác định cá thể mang gen BphZ(t) trong quần thể CTG………105
3.3. Khảo sát một số dòng triển vọng ngoài đồng ruộng………………………107
3.3.1. Đặc điểm sinh trưởng và năng suất của các dòng triển vọng ............ 107
3.3.2. Kết quả khảo sát đặc tính nông sinh học của 3 dòng ưu tú................. 113
3.3.2.1. Kết quả khảo sát đặc tính kháng rầy nâu của dòng ưu tú trong nhà lưới.. 113
3.3.2.2. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học ............................. 116
3.4. Kết quả khảo nghiệm VCU dòng DTR64 và dòng KR8 ....................... 130
3.4.1. Kết quả khảo nghiệm quốc gia VCU dòng lúa DTR64, vụ xuân năm 2011. 130
3.4.2. Khảo nghiệm quốc gia VCU dòng lúa KR8, vụ xuân năm 2012 ....... 132
KẾT LUẬN ................................................................................................... 135
ĐỀ NGHỊ....................................................................................................... 135


vi
NHỮNG CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ . 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 137
PHỤ LỤC

PHỤ LỤC BẢNG (Bảng xử lý số liệu IRRI START)
PHỤ LỤC ẢNH


vii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa của chữ viết tắt

ANP

Anaerobic protein

ADN

Deoxyribonucleic Axit

ARN

Ribonucleic Axit

Bp

Cặp bazơ nitơ

Bph

Brown plant hopper

Gen kháng rầy nâu

BVTV

Bảo vệ thực vật

Ctv

Cộng tác viên

CTPT

Chỉ thị phân tử

Chr

Nhiễm sắc thể

CS

Cộng sự

CTAB

Cetyltrimethyl amonium bromide

CTPT

Chỉ thị phân tử

CV%

Hệ số biến động

DTNN

Di truyền nông nghiệp

Đ/C

Đối chứng

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu long

EDTA

Ethylenediaminetetra acetic acid

IRRI

Viện nghiên cứu lúa Quốc tế

Kb

Kilo base

KD18

Khang dân 18

KL

Khối lượng

KL1000 hạt

Khối lượng nghìn hạt

KHNN

Khoa học nông nghiệp


viii
LSD

Sự sai khác có ý nghĩa

MABC

Marker Assisted Backrossing
(Lai lại nhờ chỉ thị phân tử)

MAS

Marker Assisted selection
(Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử)

NS

Năng suất

NSLT

Năng suất lý thuyết

NSTT

Năng suất thực thu

NST

Nhiễm sắc thể

PCR

Polymerase Chian Reaction
(Phản ứng chuỗi trùng hợp)

QTLs

Quantitative Trait Loci
(Locut kiểm soát tính trạng số lượng)

RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphism
(Đa hình chiều dài đoạn phân cắt)

RGA

Resistance Gene Analog
( Vùng tương đồng gen kháng)

RPG

Recurrent parent genotip
(Kiểu gen bố mẹ phục hồi)

SSR

Simple Sequence Repeats
(Lặp lại của trình tự đơn giản)

TB

Trung bình

TBE

Tris-Boric acid-EDTA

TGST

Thời gian sinh trưởng

TE

Tris-EDTA


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT BẢNG

TÊN BẢNG

TRANG

1.1. Các gen kháng rầy nâu và giống chỉ thị mang gen kháng…………....…17
1.2. Mối liên hệ giữa biotype rầy nâu và gen kháng rầy ở lúa........................ 17
1.3. Sự tương quan giữa số thế hệ BCnF1 với tỷ lệ kiểu gen của dòng ưu tú
nhận gen kháng được chuyển vào con lai BCnF1 ................................... 46
2.1. Danh sách các chỉ thị sử dụng trong chọn giống ..................................... 60
2.2. Trình tự các mồi liên kết với gen kháng Bph3 và BphZ(t) ...................... 60
2.3. Thang điểm đánh giá rầy nâu theo IRRI .................................................. 62
2.4. Thang điểm đánh giá rầy nâu theo viện BVTV ....................................... 63
2.5. Thành phần dung dịch EB (Extraction buffer) ....................................... 66
2.6. Thành phần dung dịch CTAB Buffer và dung dịch TE (10 : 0,1) ........... 66
2.7. Dung dịch (10 x TBE) .............................................................................. 68
2.8. Thành phần của mỗi phản ứng PCR ........................................................ 69
2.9. Chương trình chạy phản ứng PCR ........................................................... 70

2.10. Dung dịch gốc 40% acrylamide ............................................................. 71
2.11. Dung dich acrylamide 4.5% ................................................................... 71
2.12. Phương pháp bón phân đạm và kali ..................................................... 74
3.1. Phản ứng của một số dòng giống vật liệu nghiên cứu với quần thể rầy
nâu ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long ................... 79
3.2. Kết quả đánh giá phản ứng của các dòng/giống trong nhà lưới với quần
thể rầy nâu Long an và Hà nội năm 2011 ............................................. 80
3.3 Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng triển vọng ........................... 108
3.4. Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng triển vọng vụ mùa 2010
(mật độ 50 khóm/m2) ............................................................................. 109
3.5. Kết quả đánh giá tính kháng/nhiễm rầy nâu năm 2011 ........................ 114
3.6. Kết quả đánh giá tính kháng/nhiễm rầy nâu năm 2012 ......................... 115


x
3.7. Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng/giống lúa, vụ xuân năm
2011, 2012, ............................................................................................ 118
3.8. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng/giống lúa, vụ xuân năm 2011,
2012 ....................................................................................................... 119
3.9. Độ thuần đồng ruộng và các chỉ tiêu cấu thành năng suất của các
dòng/giống vụ xuân năm 2011, 2012 tại Hà Nội ................................. 120
3.10. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống, vụ
xuân năm 2011, 2012 ............................................................................ 120
3.11. Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng/giống lúa vụ mùa năm
2011, 2012 tại Hà Nội (mật độ 50 khóm/m2)…..………………………….122
3.12. Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng/giống lúa, vụ mùa năm 2011,
2012 tại Hà Nội (mật độ 50 khóm/m2)…………………........................….123
3.13. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống vụ
mùa năm 2011, 2012 ............................................................................. 126
3.14. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng/giống vụ

mùa năm 2011, 2012 ............................................................................. 126
3.15. Đặc điểm sinh trưởng của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011 .............. 131
3.16. Độ thuần đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng
DTR64, vụ xuân năm 2011 ................................................................... 131
3.17. Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011........... 131
3.18. Năng suất thực thu của dòng DTR64, vụ xuân năm 2011 ................. 1310
3.19. Đặc điểm sinh trưởng của dòng KR8, vụ xuân năm 2012 ................... 132
3.20. Độ thuần đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng KR8,
trong khảo nghiêm VCU vụ xuân năm 2012 ........................................ 133
3.21. Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng KR8 trong khảo nghiêm VCU vụ
xuân năm 2012 (đvt : điểm) .................................................................. 133
3.22. Năng suất thực thu của dòng KR8 trong khảo nghiệm VCU .............. 134


xi

DANH MỤC CÁC HÌNH
TT HÌNH

TÊN HÌNH

TRANG

1.1. Các giai đoạn sinh trưởng của rầy nâu: (a) trứng, (b) ấu trùng,
(c) rầy cánh dài, (d) rầy cánh ngắn ........................................................... 6
1.2. Vòng đời rầy nâu ........................................................................................ 9
1.3 Sự phân bố kiểu gen của dòng tái tục ở quần thể BC1F1. ........................ 47
1.4. Sơ đồ Quy trình ........................................................................................ 49
2.1. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu Bph3 ..................................... 57
2.2. Bản đồ phân tử chi tiết gen kháng rầy nâu BphZ(t) ................................. 58

2.3. Cấu tạo hoa lúa ........................................................................................ 64
3.1 Ảnh thí nghiệm đánh giá phản ứng kháng rầy của một số dòng lúa được
chọn lọc của Viện Di truyền trong nhà lưới, năm 2007.......................... 78
3.2. Sơ đồ chọn tạo giống lúa KR8 bằng chỉ thị phân tử ................................ 88
3.3. Ảnh thí nghiệm kiểm tra nồng độ và chất lượng ADN........................... 89
3.4. Kiểm tra kết quả sản phẩm PCR trên gel agarose 1%.............................90
3.5. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM588 liên kết gen Bph3)…………………………………………………91
3.6. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM190 liên kết gen Bph3)……………………………………………… ...91
3.7. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM5757 liên kết gen BphZ(t))………………………………………………92
3.8. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM
3367 liên kết gen BphZ(t))………………………………………………..…92
3.9. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị RM
3288 liên kết gen BphZ(t))…………………………………………..……93
3.10. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM6997 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………..93


xii

3.11. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM 3735 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………...93
3.12. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ (Chỉ thị
RM5714 liên kết gen BphZ(t))……………………………………………..94
3.13. Kết quả xác định chỉ thị phân tử cho đa hình giữa cây bố mẹ(Chỉ thị
RM5757 liên kết gen BphZ(t))...............................................................94
3.14. Ảnh kết quả sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM588) liên kết gen Bph3
xác định con lai BC1F1 mang gen kháng ................................................ 97

3.15. Sử dụng chỉ thị phân tử RM588 liên kết với gen Bph3 để xác định cá thể
mang gen kháng ở thế hệ F2...................................................................98
3.16. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể
mang gen kháng của dòng BC ................................................................ 99
3.17. Kết quả xác định cá thể BC3F3 mang chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3
của tổ hợp IR64/IS1.2 ............................................................................ .99
3.18. Ảnh sử dụng chỉ thị phân tử SSR (RM5757) liên kết với gen BphZ(t)
xác định con lai BC1F1 mang gen kháng .............................................. 101
3.19. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá
thể mang gen kháng của dòng BC........................................................102
3.20. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các
cá thể mang gen kháng của dòng BC .................................................... 102
3.21. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết Bph3 trong chọn lọc các cá thể

mang gen kháng của dòng 64R8-1 (KR8) của tổ hợp IR64/IS1.2 ..………103
3.22. Kết quả sử dụng chỉ thị RM588 liên kết gen Bph3 của tổ hợp IR64/IS,
trong chọn lọc các cá thể dòng 64R8-2 (KR8a) mang gen kháng. ...... 104
3.23. Kết quả sử dụng chỉ thị RM190 liên kết gen Bph3, trong chọn lọc các
cá thể của dòng DTR64 mang gen kháng ............................................. 104


xiii
3.24. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3735 liên kết BphZ (t) trong chọn lọc các
cá thể mang gen kháng của dòng KR8.................................................. 105
3.25. Kết quả sử dụng chỉ thị RM3367 liên kết BphZ(t) trong chọn lọc các cá

thể mang gen kháng của dòng KR8...............................................................106
3.26. Ảnh dòng DT64R trên ruộng thí nghiệm tại Hà Nội, .......................... 111
3.27. Hình ảnh so sánh hình thái bông lúa 64R8-1 và 64R8-2 và IR64 ...... 112
3.28. Hình ảnh so sánh hình thái bông lúa DTR64 và IR64 ........................ 112

3.29. Ảnh thí nghiệm đánh giá phản ứng kháng rầy của 3 dòng lúa có triển
vọng trong nhà lưới, năm 2011 ............................................................. 114
3.30. Ảnh dòng lúa KR8 vụ xuân năm 2012 tại Hà Nội, .............................. 123
3.31. Ảnh dòng KR8 vụ mùa năm 2011 tại Hà Nam .................................... 129


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lúa (Oryza sativa L.) là một cây lương thực quan trọng ở Việt Nam,
đồng thời cũng là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho một nửa dân số thế giới.
Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 trên thế giới sau Thái Lan.
Lúa gạo là nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu Việt
Nam và cũng là nguồn thức ăn chính của 90 triệu dân số trong nước. Đồng
bằng Sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long có sản lượng gạo lần lượt là
17% và 50%. Diện tích đất dành cho canh tác lúa hầu như không tăng trong
khi dân số thế giới liên tục tăng. Do vậy, vấn đề lương thực được đặt ra như
một mối đe dọa đến sự an ninh và ổn định của thế giới nói chung và nước ta
nói riêng trong tương lai. Theo dự đoán của các chuyên gia về dân số học, nếu
dân số thế giới tiếp tục tăng trong vòng 20 năm tới thì sản lượng lúa gạo phải
tăng 80% mới đáp ứng đủ nhu cầu. Vì thế, năng suất lúa luôn là điều quan
tâm hàng đầu. Để đảm bảo năng suất lúa vượt trần, một trong những chiến
lược quan trọng là ứng dụng công nghệ sinh học vào việc chọn tạo giống mới
đảm bảo nhu cầu lương thực của con người.
Trong thực tế, việc trồng lúa luôn bị đe dọa bởi thiên tai, dịch bệnh như
đạo ôn, bạc lá, rầy nâu… Theo ước tính thì sản lượng lúa hiện nay chỉ bằng
53,6% sản lượng có khả năng đạt được nếu không bị dịch bệnh.
Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là một trong số các côn trùng gây hại
trên lúa làm giảm nghiêm trọng sản lượng lúa trồng ở hầu hết các nước trồng

lúa trên thế giới, nhất là các nước nhiệt đới. Từ những năm 70 của thế kỷ XX,
rầy nâu đã nổi lên như một vấn đề thời sự trong nghề trồng lúa ở châu Á (Bộ
NN&PTNT, 2010)[3]. Những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm giảm
khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa tại vùng dịch, có
khi “cháy rầy” làm mất trắng như ở Bắc Bộ năm 1986-1987, 1992-1993, năm
2000 hơn 2000 ha lúa bị nhiễm rầy.


2
Sự thay đổi độc tính của các quần thể rầy nâu diễn ra thường xuyên để
thích nghi với ký chủ mới, hoặc tạo ra các dạng “biotype mới” do sức ép chọn
lọc từ việc độc canh một giống lúa trồng. Sử dụng giống lúa kháng là biện
pháp ưu việt, một mặt giảm chi phí phòng trừ, hạn chế dùng thuốc hoá học
gây ô nhiễm môi trường, mặt khác góp phần ổn định môi trường sinh thái.
Trong công tác chọn giống lúa kháng rầy nâu thì việc sử dụng chỉ thị
phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu được coi là hiệu quả và ưu việt.
Cho đến nay, biện pháp chủ yếu để ngăn chặn dịch rầy nâu là sử dụng thuốc
hoá học. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu hay sử dụng
thuốc trừ sâu không đúng liều còn là nguyên nhân gây bùng phát của loại côn
trùng này như kết quả của sự thích nghi có chọn lọc (Bùi Chí Bửu và Nguyễn
Thị Lang,2007) [4]. Các phương pháp chọn giống truyền thống thông thường
để chọn thành công một giống lúa mới ít nhất phải mất từ 5 - 10 năm. Hơn
nữa, quá trình chọn lọc gặp nhiều khó khăn, tốn kém về sức người, sức của.
Hiện nay, nhờ sự phát triển của công nghệ sinh học nói chung và công nghệ
chỉ thị phân tử (CTPT) nói riêng đã tạo ra một công cụ hữu ích cho các nhà
chọn giống (Bùi Bá Bổng, 2007)[7]. Phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị
phân tử (MAS - Marker-Assisted Seletion) sử dụng các chỉ thị phân tử liên
kết với các gen mong muốn vừa nâng cao hiệu quả chọn lọc, vừa rút ngắn thời
gian chọn giống (Bộ NN&PTNT, 2013) [1]. Đến nay đã có hơn chục nghìn
chỉ thị phân tử SSR ở lúa được phát hiện và thiết kế. Các nghiên cứu về tìm

chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng rầy nâu đã được tiến hành ở một số
phòng thí nghiệm trên thế giới.
Để góp phần vào công tác chọn giống lúa kháng rầy nâu, thì việc sử
dụng chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu được coi là hiệu quả
và ưu việt. Vì vậy chúng tôi tiến hành thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiên cứu chọn
tạo giống lúa kháng rầy nâu với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử”
2. Mục tiêu của đề tài :
Sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo giống lúa
thuần ưu việt kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho Đồng bằng sông Hồng.


3
3. Thời gian và địa điểm thực hịên đề tài:
- Từ năm 2007 đến năm 2013
- Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Bảo vệ Thực vật, Trung tâm
CGCN&KN Thanh Trì - Hà Nội
- Tại Tỉnh Nam Định, Thái Bình, Hà Nam, Hà Nội.
4. Tính mới và những đóng góp của đề tài:
- ĐÒ tµi ®· cã nh÷ng ®ãng gãp tÝch cùc trong viÖc nghiên cứu chọn
t¹o giống lúa kháng rầy nâu b»ng chỉ thị phân tử ở Việt Nam.
- Trong đề tài này đã qui tụ được 2 gen kháng rầy nâu vào 1 giống lúa,
có sử dụng chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen kháng.
- §Ò tµi ®· phối hợp chọn t¹o giống lúa kháng rầy nâu b»ng chỉ thị
phân tử với chọn giống truyền thống vµ đã chọn tạo được giống lúa thuần
kháng rày nâu KR8 để đưa vào sản xuất.
- §Æc ®iÓm cña gièng lóa KR8: Điểm kháng rầy nâu trong nhà lưới
của giống từ 1-3 với quần thể rầy nâu của ĐBSH và ĐBSCL; thuéc nhãm
gièng có thời gian sinh trưởng ng¾n; năng suất trung bình cao h¬n giống
Khang Dân 18, thích hợp với nhiều vùng sinh thái khác nhau của các tỉnh phía
Bắc nước ta.

5. Ý nghĩa của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo ra 2 dòng
lúa mang 2 gen kháng rầy nâu.
- Ý nghĩa thực tiễn: Dòng lúa KR8 thu được như kết quả của đề tài là
dòng triển vọng có thể đưa ra sản xuất.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Rầy nâu và đặc tính kháng rầy nâu ở lúa
1.1.1. Đặc tính sinh học của rầy nâu
Rầy nâu (brown plant hopper) là một loại côn trùng có tên khoa học là
Nilaparvata lugens Stal. Đây là loài côn trùng có vòng đời tương đối ngắn và
khả năng sinh sản của chúng tương đối cao, dễ phát triển thành các quần thể
sinh học mới. Rầy nâu gây hại trực tiếp bằng cách hút nhựa cây, dẫn đến cháy
rầy. Ngoài ra rầy nâu còn gây hại gián tiếp thông qua việc truyền các bệnh
virút cho cây như bệnh vàng lùn và lùn xoăn lá (Ngô Vĩnh Viễn, 2007)[46].
Loại côn trùng này đã làm giảm đáng kể sản lượng lúa trên thế giới. Nạn dịch
rầy nâu được coi là loại dịch côn trùng quan trọng nhất trên cây lúa ở
Malaysia sau sự bùng nổ và lan rộng của dịch rầy nâu năm 1977 (Ooi, 1992)
[115]. Ngoài ra, dịch rầy còn phá hại nghiêm trọng mùa màng tại nhiều nước
trồng lúa khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Bangladesh, Srilanka,
Thái Lan v.v... Tại Việt Nam, những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm
mất khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa.
Trước kia, rầy nâu không phải là đối tượng gây hại chính trên cây lúa,
mật số rầy nâu luôn bị khống chế bởi các loài thiên địch, ký sinh và ít khi xảy
ra hiện tượng bộc phát trên diện rộng. Nhưng kể từ cuộc cách mạng "xanh"
cách mạng về giống lúa, các giống lúa ngắn ngày được lai tạo để đáp ứng nhu

cầu thâm canh tăng vụ, giải quyết nhu cầu lương thực cho con người. Do
thâm canh tăng vụ, bón nhiều phân hoá học, đặc biệt là phân đạm đã tạo điều
kiện thuận lợi cho sâu bệnh phát sinh gây hại. Việc phòng trừ sâu hại, đặc biệt
là sâu ăn lá ở giai đoạn đầu của cây lúa (0 - 40 ngày sau sạ) đã giết chết các
loài thiên địch, ký sinh và rầy nâu đã trở thành đối tượng gây hại chính trên
cây lúa. Trong những thập niên gần đây, ở nước ta, rầy nâu đã bộc phát vào
những năm 1980, 1990; những giống trồng phổ biến năng suất và chất lượng
thì khả năng kháng rầy nâu lại thấp (Bộ NN&PTNT, 2012) [2].


5
Theo Ikeda R (1985)[75] cho rng ry nõu hin nay cú 4 loại hình sinh
học (BPH): BPH 1 phõn b rng éụng v éụng Nam ; BPH 2 cú ngun
gc Philippines phỏt sinh sau khi s dng rng rói cỏc ging cú gen Bph 1;
BPH 3 phỏt sinh ti cỏc phũng thớ nghim Nht Bn v Philippines; biotype 4
chỉ thy vựng Nam . Theo cụng b mi õy ca Jena KK v cs (2010) [82]
ti IRRI ó phỏt hin ra gen khỏng ry Bph18 có phổ kháng rộng từ quần thể
lỳa hoang Oryza australiensis. Theo nhiu nghiờn cu cho thy, qun th ry
nõu ng bng sụng Cu Long cú th l s pha trn gia hai loi BPH 2 v
BPH 3.
1.1.1.1. Phõn b v ký ch
Ry nõu cú mt trờn khp cỏc nc trng lỳa. Dch ry bựng phỏt mnh
t nm 1977 n nay gõy thit hi trm trng ti Philippines, Thỏi Lan,
Indonesia, n , Mó Lai, i Loan, Trung Quc, Srilanka v Vit Nam.
(Lưu Thị ngọc Huyền và cs, 2001,2003) [19]; [20]
Ngoi cõy lỳa, ry nõu cũn tỏc hi trờn cỏc cõy trng khỏc ngụ, lỳa mỡ,
lỳa mch, kờ, c gu, c lng vc (Huyen LTN, 2012) [72].
1.1.1.2. c im sinh hc ca ry nõu
* Thnh trựng
Cú 2 dng cỏnh di v cỏnh ngn.

Dng cỏnh di: con cỏi di 4,5-5,0 mm, bng mu nõu vng, nh u
nhụ ra phớa trc. Cỏnh trong sut, gia cnh sau ca mi cỏnh cú mt m
en, khi hai cỏnh ny xp li hai m chng lờn nhau to thnh mt m en
to trờn lng. Mt kộp mu nõu nht, mt n mu nõu . Gc rõu cú hai t
phỡnh to, con c di 3,6-4,0 mm, mu nõu m bộ hn con cỏi, cui bng
dng loa kốn.
Dng cỏnh ngn: con cỏi di 3,5-4 mm, cỏnh trc kộo di n t th
sỏu. Con c di 2,0-2,5 mm, mỡnh nh mu en nõu, cỏnh trc kộo di ti
2/3 chiu di bng.
* u trựng


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full