BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
VIỆN LÚA ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CHƯƠNG TRÌNH TRỌNG ĐIỂM PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG LĨNH VỰC NÔNG NGHIỆP
VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
**************** BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
TẠO GIỐNG LÚA CHỊU HẠN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP DẤU CHUẨN PHÂN TỬ

MÃ SỐ ĐỀ TÀI Cơ quan chủ trì đề tài: Viện lúa Đồng bằng sông Cửu long
Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Nguyễn Thị Lang
7834
07/4/2010

Hà Nội - 2010

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


i
MỤC LỤC
MỞ ĐẤU 1
Chương 1: GIỚI THIỆU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu đề tài 2
1.2.1. Mục tiêu tổng quát 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể 2
1.3. Sản phẩm của đề tài cần đạt 3
1.4. Nội dung nghiên cứu 3
Chươ
ng 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 4
2.1. Sơ lược về cây lúa 4
2.2. Các phương pháp chọn tạo giống (Jennings và ctv, 1979) 4
2.2.1. Chọn giống bằng cách trồng dồn 4
2.2.2. Chọn tạo giống theo phả hệ 5
2.2.3. Phương pháp hồi giao (Backcross-BC) 6
2.2.4. Chọn giống bằng chỉ thị phân tử (MAS) 7
2.3. Nguyên tắc cơ bản và ứng dụng PCR (Lang và ctv, 2005) 8
2.4. Chỉ thị phân tử SSR (Simple Sequence Repeat hoặ
c Microsatellites) 11
2.5. Xác định tính trạng thành phần trong chống chịu hạn 12
2.6. Những chỉ thị phân tử và bản đồ QTL tính chống chịu hạn 15
2.7. Bản đồ QTL các tính trạng quan trọng của lúa chống chịu điều kiện khô
hạn 17
2.7.1. Bản đồ QTL đối với tính trạng rễ lúa 17
2.7.2. Bản đồ QTL đối với tính trạng điều tiết áp suất th
ẩm thấu 20
2.7.3. Bản đồ QTL năng suất và thành phần năng suất dưới điều kiện khô hạn21

4.1.3. Nghiên cứu vật liệu lai từ lúa mùa 80
4.2. Đa dạng hóa nguồn gen 85
4.2.1. Phân nhóm kiểu hình trên bộ lowland 86
4.2.2. Phân nhóm kiểu hình trên bộ Upland 89
4.2.3. Phân nhóm kiểu hình trên bộ lúa cao sản 90
4.2.4. Phân nhóm kiểu hình trên bộ lúa mùa địa phương 91

iii
4.2.5. So sánh sự biến động một số tính trạng nông học của các giống kháng
khô hạn với cao sản và lúa mùa địa phương trong điều kiện khô hạn 93
4.2.6. Đánh giá kiểu gen 94
4.2.7. Kiểm tra mức độ chính xác giữa việc đánh giá giống theo kiểu hình và
dựa vào chỉ thị phân tử 96
4.3. Tạo dòng con lai chống chịu khô hạn 98
4.3.1. Các cặp lai thu được thông qua phương pháp lai đơn 98
4.3.2. Đánh giá khả năng chịu hạn của thế hệ con lai F1 và F2 99
4.3.3. Đánh giá F2 của tổ hợp OM6468/BP225D-TB-6-8 101
4.3.4. Năng suất và thành phân năng suất 103
4.3.5. Đánh giá F2 của tổ hợp OM4102/IR78933-B-24-B-B-4 106
4.3.6. Đánh giá F2 của tổ hợp lai OM4495/IR65191-3B-2-2-2-2 111
4.3.7. Kết qua lai tạo thông qua phương pháp lai Diallel 115
4.3.8. Kết quả tạo các quần thể hồi giao chuyển gen khô hạn cho các giống
ngắn ngày 117
4.4. Cơ chế của gene kháng khô hạn 132
4.4.1. Sự thay đổi độ sâu và chiề
u dài của rễ 132
4.4.2. Cơ chế nở hoa của các giống chống chịu khô hạn 147
4.5. Nghiên cứu thiết lập bản đồ chống chịu khô hạn 149
4.5.1. Đánh giá tính chống chịu khô hạn trên bố mẹ 149
.5.2. Phân tích cấp độ chống chịu khô hạn trên các cặp lai BC (backcross) .150

4.9.5. So sánh các dòng triển vọng trong vụ Đông xuân 2008 215
4.10. Kết quả khảo nghiệm quốc gia vụ Hè Thu 2009 219
4.10.1 Khảo nghiệm năng suất 219
4.10.2. Phản ứng sâu bệnh trên giống lúa OM 6840 219
4.10.3. Phẩm chất gạo của giống OM 6840 221
4.10.4. Phẩm chất gạo của giống OM 6840 và OM 6162 223
5. So sánh kế hoạch đề tài vớ
i kết quả thực hiện đề tài 224
5.1. Sản phẩm về giống đề tài yêu cầu 224
5.2. Sản phẩm về số liệu khoa học 224

v
5.3. Sản phẩm khoa học 225
5.4. Đào tạo thạc sĩ 225
5.5. Hiệu quả của đề tài 225
Kết luận và kiến nghị 226
TÀI LIỆU THAM KHẢO 230

vi
LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT

Viết tắc Đầy đủ
ABA Abscisic acid
ASI Anthesis to silking interval
BC
BAC
BLAST
Backcross
Bacterial Artificial Chromosome
Basic Local Alignment Search Tool

SC Số chồi
SH/B Số hạt/bông
SOD superoxide dismutata
SSD single seed descent
SSR Simple Sequence repeat
TL1000 Trọng lượng 1000 hạt
TLB Trọng lượng bông
TLKT Trọng lượng khô thân
TLTT Trọng lượng tươi thân
YAC Yeast artificial chromosome viii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Các vị trí tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến tính chống chịu
khô hạn của một số loài cây trồng (Reddy và ctv, 1999) 14
Bảng 2.2: Các dòng đơn bội kép (DH) được chọn lọc để lai hồi giao (Shen và
ctv, 1999) 18
Bảng 2.3: Những QTL đối với hình thái rễ lúa (Shen và ctv, 1999) 19
Bảng 2.4: Sự biểu hiện của các gen mục tiêu liên quan đến tính chống chịu
khô hạn, trong cây lúa chuyển gen (Redd và ctv, 1999) 23
Bảng 3.1: Danh sách các giống dùng để lai 35
Bảng 3.2: Quy trình sản xu
ất giống chống chịu khô hạn 37
Bảng 4.1: Các đặc điểm sinh trưởng của các giống kháng khô hạn 58
Bảng 4.2: Các đặc tính nông học của bộ giống kháng khô hạn 1 (tt) 1 (Xem
bảng đầy đủ các giống 62
Bảng 4.3: Năng suất và thành phần năng suất của bộ giống khô hạn 65
Bảng 4.4: Các đặc tính nông học của bộ giống kháng khô hạn Upland 71
Bảng 4.5: Các đặc tính nông học củ

Bảng 4.21: Tương quan giữa các tính trạng nghiên cứu với năng suất trong
quần thể F1 của bộ giống lúa cao sản. 116
Bảng 4.22: Phân tích hệ thố
ng tương quan theo đường dẫn (path analysis)
giữa các tính trạng với năng suất hạt – bộ giống lai. 116
Bảng 4.23: Cấp độ héo lá của các tổ hợp 120
Bảng 4.24: Kết quả đánh giá kháng khô hạn bằng kiểu hình của các tổ hợp lai122
Bảng 4.25: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1F1 của
OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB//OM1490 123
Bảng 4.26: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1 của
OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB 124
B
ảng 4.27: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1F1 của
OM1490/WAB881 SG9 125
Bảng 4.28: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1 của
OM1490/WAB881 SG9 126

x
Bảng 4.29: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1F1 của
OMCS2000/IR 81025-B-116//OMCS2000 127
Bảng 4.30: Năng suất và thành phần năng suất tổ hợp BC1 của
OMCS2000/IR 81025-B-116 128
Bảng 4.31: Kết quả thử phản ứng với kháng khô hạn trên các quần thể hồi
giao tại thế hệ BC1 129
Bảng 4.32: Thanh lọc khô hạn bộ lai BC2F2 131
Bảng 4.33: Số dòng được chọn lọc ngoài đồng cho khô hạn tại Tịnh Biên,
Đông Xuân 2007-2009 132
Bảng 4.34: Các đặc điểm sinh trưởng của các giống kháng khô hạn 136
Bảng 4.35: Các đặc tính sinh học của các giống kháng khô hạn 138
Bảng 4.36: Các đặc điểm sinh trưởng của các giống cao sản 140

dòng hồi giao chuyển gen ở thế hệ BC3F1 bằng kỹ thuật PCR 191
Bảng 4.49: Tổng hợp kết quả PCRvới RM 201, RM 511 đánh giá và xác định
gen chống chịu khô hạn trên tổ hợp BC4 của OM 1490/ WAB 880-1-38-18-
20-PHB 194
Bảng 4.50. So sánh kiểu gen và kiểu hình trên 4 chỉ thị phân tử 198
Bảng 4.51: Bả
ng phân tích Anova của các tính trạng ở giai đoạn trổ và thu
hoạch của các dòng lúa làm vật liệu khô hạn 199
Bảng 4.52: Kết quả phân nhóm Duncan các tổ hợp dựa trên các đặc tính sinh
học 200
Bảng 4.53: Kết quả phân nhóm Duncan của các tổ hợp dựa trên các đặc tính
sinh học 201
Bảng 4.54: Bảng phân tích Anova các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ 203
Bảng 4.55: Các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ của các tổ hợp thuộ
c bộ
giống lúa chỉ thị khô hạn 204
Bảng 4.56: Các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ của các tổ hợp thuộc bộ
giống lúa chỉ thị khô hạn 205
Bảng 4.57: Bảng phân tích Anova Các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ của
các giống thuộc bộ giống lúa chỉ thị khô hạn 207

xii
Bảng 4.58: Các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ của các giống thuộc bộ
giống lúa chỉ thị khô hạn 208
Bảng 4.59: Các đặc tính sinh học ở giai đoạn mạ của các giống thuộc bộ giống
lúachỉ thị khô hạn 210
Bảng 4.60: Bảng phân tích Anova các đặc tính sinh học của các giống thuộc
bộ giống lúa chỉ thị khô hạn từ giai đoạn trổ đến thu hoạch 212
Bảng 4.61: Các đặc tính sinh học của các giống thuộc bộ giống lúa chỉ thị khô
hạn từ giai đoạn trổ đến thu hoạch 213

Nông nghiệp các tỉnh, 2009) 225 xiv
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Những gen cảm ứng stress do khô hạn. Sản phẩn của gen có thể
chia thành hai nhóm: protein đóng vai trò chức năng và protein đóng vai trò
điều tiết các tính hiệu di truyền và sự thể hiện gen khi cây phản ứng với stress
(Yamaguchi-shinozaki, 1999) 24
Hình 2.2: Lộ trình truyền tín hiệu và sự thể hiện gen (Yamaguchi-Shinozaki
và Shinozaki,1999) 25
Hình 2.3: Mô hình cảm ứng của gen rd29A và hoạt động của các nhân tố hoạt
độngcó tính chất cis và trans trong hiện tượng thể hiện gen chống chị
u stress
(Yamaguchi-Shinozaki và Shinozaki,1999) 25

ống chịu khô hạn locus RM 201
liên kết với gen khô hạn trên nhiễm sắc thể số 9, vị trí hai băng 210bp và
225bp, trên gel agarose 3 %, TBE (1X.) 96
Hình 4.10: Sản phẩm PCR của các dòng lúa chống chịu khô hạn locus RM
328 liên kết với gen khô hạn trên nhiễm sắc thể số 9, vị trí hai băng 200bp và
210bp, trên gel agarose 3 %, TBE (1X) 96
Hình 4.11: Chương trình lai bộ khô hạn trong nhà lưới 98
Hình 4.12: Thanh lọc giai đoạn mạ và giai đoạn sinh thực và giai đoạn trỗ hoa
trên ba tổ hợp A, D, G: OM1490/WAB881 SG9,B, E, H:OMCS2000/OIR
81025-B-116 và C, F, I: OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB theo thứ tự121
Hình 4.13: Thanh l
ọc tính trạng khô hạn ngoài đồng quần thể con lai BC3F2128
Hình4.14: Đánh giá khô hạn ngoài đồng 131
Hình 4.15: Rễ của 3 giống chống chịu khô hạn 134
Hình 4.16: Rễ của 4 dòng kháng khô hạn, cao sản, lúa mùa và IR64 141
Hình 4.17: Rễ của 2 giống P1 trong các tổ hợp lai 146
Hình 4.18: Rễ của P1, P2 và BC1F1 của tổ hợp OM1490/WAB880-1-38-18-
20-P1-HB 146
Hình 4.19: Rễ của P1, P2 và BC1F1 của tổ hợp OM1490/WAB881 SG9 146
Hình 4.20: Rễ của P1, P2 và BC1F1 của tổ hợp OMCS2000/OM4495 146
Hình 4.21: Khác biệt giữa OM 1490 và WAB880-1-38-18-20-P1-HB)
trong hiện tượng mở bao phấn 148

xvi
Hình 4.22: IR64-DS: bao phấn đóng IR64-DS: hạt phấn bị dính lại, IR64-
WW: bao phấn mở hoàn toàn 148
Hình 4.23: Sự biến động của của BC 2 F2 trên khô hạn và khô lá trên quần
thể BC2F2 của OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB. Đánh giá tính trạng
chiều dài rễ của các giống lúa chịu khô hạn 151
Hình 4.24: Rễ của Bố mẹ và các thế hệ lai 1: WAB880-1-38-18-20-P1-HB., 2:

OM6468/BP225D-TB-6-8, OM4102/IR78933-B-24-B-B-4,
OM4495/IR65191-3B-2-2-2-2, OM6468/BP227D-MR-2-12 180
Hình 4.39: Sản phẩm PCR của chỉ thị phân tử RM 511 trên F3 của bốn tổ hợp
OM6468/BP225D-TB-6-8, OM4102/IR78933-B-24-B-B-4,
OM4495/IR65191-3B-2-2-2-2, OM6468/BP227D-MR-2-12 180
Hình 4.40: Sản phẩm PCR của chỉ thị phân tử RM 17 và RM 181 trên F3 của
bốn tổ hợp OM6468/BP225D-TB-6-8, OM4102/IR78933-B-24-B-B-4,
OM4495/IR65191-3B-2-2-2-2, OM6468/BP227D-MR-2-12 181
Hình 4.41: Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% c
ủa primer RM 272 cho tổ
hợp lai OM6468/BP227D-MR-2-12 183
Hình 4.42: Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của primer RM 204 cho tổ
hợp OM6468/BP227D-MR-2-12 183
Hình 4.43: Kết quả PCR đối với primer RM 38 184
Hình 4.44: Kết quả PCR đối với primer RM237 184
Hình 4.45: Sản phẩm PCR trên gel polyaromice của primer RM 334 cho tổ
hợp OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB 185
Hình 4.46: Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của primer RM 201 cho tổ
hợp OM1490/WAB880-1-38-18-20-P1-HB và 1490/WAB881 SG9 186
Hình 4.47: Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của primer RM 201 cho tổ
hợp OMCS2000/IR 81025-B-116 188
Hình 4.48: Sản phẩm PCR của RM 201 và RM 511 trên quần thể OM 1490/
WAB 880-1-38-18-20-PHB 195
Hình 4.49: Sản phẩm PCR của RM 201 và RM 511 trên quần thể OM 1490/
WAB 880-1-38-18-20-PHB 195

xviii
Hình 4.50: Sản phẩm PCR của RM 201 trên quần thể OM1490/WAB881 SG9196
Hình 4.51: Sản phẩm PCR củaRM 210 trên quần thể BC4 của OM 1490/IR
81025-B-116 196

ctv, 2004)[47][12][31][65], đa số họ dự
a trên quần thể đơn bội kép (DH) giữa
IR64 x Azucena và CT9993-510-1-M x IR62266-42-6-2; đã chuyển thành
công gen chống chịu khô hạn vào cây lúa (Oryza sativa L.) (In-Cheol Jang và
ctv, 2003; Z.Y. Li và S.Y. Chen, 2000)[30].
Khô hạn sẽ là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an ninh lương
thực của thế giới, nó có thể làm giảm 70% năng suất cây trồng nói chung
(Bray và ctv. 2000)[16].
Sự khan hiếm về nước tưới phục vụ cho nông nghiệp đã được báo động
trong nhiều hội nghị khoa h
ọc của thế giới gần đây. Đối với Việt Nam không
phải là ngoại lệ.
Chống chịu khô hạn là tính trạng cực kỳ phức tạp, bị ảnh hưởng bởi sự
thể hiện đồng thời cả một hệ thống gen mục tiêu (Thomashow 1999; Xiong và
ctv. 2002)[70][81] và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố về mội trường, vật lý, hóa
học (Soltis và Soltis 2003)[69].

2
Mặt khác, nước ta nằm trong vùng nhiệt đới, lượng mưa hàng năm rất
lớn và hầu hết đất nông nghiệp tập trung chủ yếu tại Đồng Bằng Sông Hồng,
Sông Cửu Long và Duyên Hải Miền Trung nên việc nghiên cứu chọn tạo
giống lúa chống chịu khô hạn ít được quan tâm. Bên cạnh đó nông dân vùng
núi đa số là dân tộc thiểu số sống chủ yếu vào nông nghiệp, trình độ khoa học
kỹ thuậ
t còn hạn chế, thường xuyên gặp thiên tai, trong đó chủ yếu nguồn
nước không đáp ứng kịp thời cho người dân canh tác cây trồng. Khô hạn làm
giảm phẩm chất và năng suất của cây trồng, đôi khi cây trồng không cho trái,
đặt biệt là cây lúa giai đoạn ra hoa là giai đoạn rất mẫn cảm với điều kiện khô
hạn. Hạt lúa thường trổ không thoát cổ bông hoặc trổ nhưng bị lép thất thoát
n

- Xác định chỉ thị phân tử liên kết với QTL điều khiển chống chịu khô
hạn, tập trung chủ yếu trên nhiễm sắc thể số 9.
- Chọn được dòng lúa mang gen chịu hạn thông qua phương pháp hồi
giao.
1.3. Sản phẩm của đề tài cần đạt
 Sản phẩm về giống
Đánh giá các dòng triển vọng chố
ng chịu khô hạn: 1-2 dòng
 Sản phẩm về số liệu khoa học: 1 bản đồ QTL chống chịu khô
hạn, 1 Trình tự DNA của 1 gen (1 chỉ thị phân tử)
 Sản phẩm khoa học: 5 báo cáo
 Đào tạo thạc sĩ: 1 thạc sĩ, 2 kỹ sư
1.4. Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu vật liệu lai
 Đa dạng di truyền
 Tạo dòng con lai chống chịu khô h
ạn
 Cơ chế của gene kháng khô hạn
 Nghiên cứu thiết lập bản đồ chống chịu khô hạn
 So sánh bản đồ trên các nhiễm sắc thể
 Tuyển gen khô hạn
 Đánh giá kiểu gen của các con lai và lựa chọn dòng chống chịu
khô hạn
 Đánh giá các dòng triển vọng 4
Chương 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
2.1. Sơ lược về cây lúa
Cây lúa có nguồn gốc từ Châu Á, được tìm thấy sớm nhất tại Non Nok

5
trình lai tạo giống lúa japonica đã thành công đôi chút nhờ dùng những giống
có liên hệ gần và hình thái tương tự các dòng lai rất ít cạnh tranh nhau nên từ
từ cũng cho những giống tốt, ổn định.
Phương pháp trồng dồn chưa đưa đến nhiều tiến bộ đáng kể trong nền
sản xuất lúa vùng nhiệt đới vì các nhà khoa học đã không để ý đến hai nguyên
tắc căn bản của cải tiến gi
ống:
1. Ảnh hưởng của hình thái của thân trên khả năng cho năng suất và sự cần
thiết phải thay thế những dạng cây cao quá, lá rủ bằng những dạng hình có
sản lượng cao hơn.
2. Tác dụng loại trừ của sự cạnh tranh trong quần thể phân ly làm giảm đi
những cây phân ly có giá trị.
Những kiểu cây có tiềm năng cho năng suất cao luôn luôn đã xuất hiện
trong quần thể
cây F
2
trong các chương trình lai giống vùng nhiệt đới; vài cá
thể phân ly đôi khi được tìm thấy trong tổ hợp giữa các cây cha mẹ cao, lá rủ.
Những nhà chọn giống thường không nhận ra giá trị của nhóm phân ly
nhỏ hơn này hoặc bị mất chúng vì chúng bị lấn át thiếu ánh sáng. Vì vậy
phương pháp trồng dồn không đem lại những bước tiến về năng suất mặc dù
có thể dùng một cách hữu hiệu để chọn nhữ
ng tính trạng kiểu hình không phụ
thuộc vào mật độ như kích thước hạt, phẩm chất nấu, thời gian sinh trưởng,
tính không quan cảm, tính kháng và tính không lông.
Gần đây, do nhận thức được sự tương tác của kiểu hình, khả năng cho
năng suất và sự cạnh tranh, đa số các nhà chọn tạo giống đã tránh không dùng
hoặc không cải tiến phương pháp trồng dồn thông thường. Phương pháp trồng
dồn không giới h