BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
*******
ĐỒNG THỊ KIM CÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ
TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẮC THƠM 7
CHỊU MẶN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Hà Nội - 2014
Hà Nội - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm tác giả.
Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa
từng được sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu để nhận học vị,
các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả luận án
Đồng Thị Kim Cúc
Đồng Thị Kim Cúc
iii

MỤC LỤC
Lời cam đoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iii
Danh mục chữ viết tắt
viii
Danh mục bảng biểu

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế
giới và Việt Nam
5
1.1.1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế giới
5
1.1.2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
6
1.2. Đất nhiễm mặn và các vùng nhiễm mặn ở Việt Nam
8
1.2.1. Đất nhiễm mặn
8
1.2.2. Giới thiệu chung về đặc điểm các vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam
9
1.2.2.1. Vùng lúa Đồng bằng Sông Cửu Long
9
1.2.2.2. Vùng lúa nhiễm mặn Đồng bằng Sông Hồng
12
1.3. Nghiên cứu di truyền về giống lúa chịu mặn
13
1.3.1. Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa
14
1.3.2. Di truyền tính chống chịu mặn
19
iv

1.3.2.1. Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn
19
1.3.2.2. Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu mặn

chọn tạo lúa chịu mặn
50
1.5.3.2. Nghiên cứu lai tạo trong chọn tạo giống lúa chịu mặn
52
1.5.3.3. Một số kết quả chọn tạo và đánh giá khả năng chịu mặn ở lúa
52
CHƯƠNG II
54
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu nghiên cứu
54
2.2. Địa điểm nghiên cứu
57
2.3. Nội dung nghiên cứu
58
2.3.1. Nội dung 1: Nghiên cứu, đánh giá khả năng chịu mặn và đặc điểm nông
sinh học các dòng/giống lúa mang locus gen Saltol chịu mặn nhập nội từ IRRI
và giống lúa thuần trồng đại trà trong nước làm cơ sở trong việc chọn tạo giống lúa
chịu mặn tại một số tỉnh ven biển miền Bắc Việt Nam
58
2.3.1.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng/giống lúa trong điều kiện
nhân tạo
58
2.3.1.2. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa có
khả năng chịu mặn tại vùng ven biển ĐBSH
58
2.3.2. Nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ
58
v

66
2.5. Khảo nghiệm các giống lúa
67
2.6. Phương pháp xử lý số liệu
67
CHƯƠNG III
68
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu đánh giá vật liệu sử dụng trong nghiên cứu và chọn tạo
giống lúa chịu mặn
68
3.1.1. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng/giống lúa trong điều kiện
nhân tạo
68
3.1.2. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa nhập
nội trong điều kiện tự nhiên.
73
3.1.2.1. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống
lúa nhập nội tại Thanh Trì, Hà Nội năm 2010
73
3.1.2.2. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống
lúa nhập nội tại Giao Thủy, Nam Định năm 2010
81
3.1.3. Đánh giá mức độ sâu bệnh hại chính trong thí nghiệm.
86
3.2. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử
88
vi


133
3.3.1. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học và yếu tố cấu thành
năng suất của các dòng Bắc thơm 7- Saltol trong điều kiện nhà lưới.
133
3.3.2. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn trong điều kiện mặn nhân tạo đối
với các dòng BT7-Saltol(thế hệ BC3F3)
139
3.3.3. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học các dòng Bắc thơm 7-
Saltol (thế hệ BC3F3) ngoài đồng ruộng.
141
3.4. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học,năng suất của các
dòng Bắc thơm 7- Saltol (thế hệ BC3F4) ngoài đồng ruộng
146
3.5. Kết quả đánh giá chất lượng gạo của các dòng BT7 – Saltol
149
CHƯƠNG IV
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
152
4.1. Kết luận
152
4.2. Đề nghị
153
vii

TÀI LIỆU THAM KHẢO
155
PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 2



TT
Chữ viết tắt
Nghĩa của chữ viết tắt
1
ADN
Axit Deoxyribonucleic
2
AFLP (Amplified Fragment Length
Polymorphism)
Đa hình chiều dài các đoạn được
nhân bản chọn lọc
3
APS
Amonium Persulfate
4
ARN
Axit Ribonucleic
5
Bp (Base pair)
Cặp bazơ nitơ
6
Bộ TNMT
Bộ Tài nguyên Môi trường
7
Ctv
Cộng tác viên
8
CTAB
Cetyltrimethyl Amonium Bromide

18
NST
Nhiễm sắc thể
19
PCR (Polymerase Chain Reaction)
Phản ứng trùng hợp chuỗi
20
RAPD (Random Amplification of
Polymorphic DNA)
Đa hình AND được nhân bản ngẫu
nhiên
21
RFLP (Restriction Fragment
Length Polymorphisms)
Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới
hạn
ix

22
RIL (Recombinant Inbred Line)
Cận giao tái tổ hợp
23
SDS
Sodium Dodecyl Sulphate
24
SNPs (Single nucleotide
polymorphisms)
Đa hình của các nucleotit đơn
25
SSR (Simple Sequence repeat)

Trang
1.1
Kịch bản nước biển dâng ở Việt Nam so với thời kỳ 1980 – 1999
7
1.2
Diện tích bị nhiễm mặn ở ĐBSCL tháng 4 (1991 – 2000)
11
1.3
Sự tương quan giữa số thế hệ BCnF1 với tỷ lệ kiểu gen của dòng ưu tú
(nhận gen mong muốn) được đưa vào con lai BCnF1
41
2.1
Danh sách các dòng/giống lúa tham gia thí nghiệm
54
2.2
Tiêu chuẩn đánh giá (SES) ở giai đoạn tăng trưởng và phát triển
(IRRI, 1997)
62
2.3
Thành phần dung dịch đệm chiết EB (Extraction Buffer)
63
2.4
Thành phần dung dịch đệm CTAB (CTAB buffer)
64
2.5
Thành phần dung dịch đệm TE (Tris EDTA) (10;0,1)
64
2.6
Thành phần phản ứng PCR
65

87
3.8
Cơ cấu và năng suất giống lúa BT7 đang trồng tại một số tỉnh thành ở
vùng ĐBSH
89
3.9
Danh sách các chỉ thị phân tử đa hình tại vị trí gen Saltol
92
xi

3.10
Các thông tin chi tiết chỉ thị cho đa hình tại vị trí vùng QTL/gene
Saltol và trên NST1 giữa giống Bắc Thơm 7 và FL478
95
3.11
Thông tin các chỉ thị đa hình trên NST3
96
3.12
Thông tin các chỉ thị phân tử đa hình trên NST5, NST10 và NST12
97
3.13
Thông tin chi tiết chỉ thị đa hình trên NST2, NST7 và NST9
99
3.14
Thông tin chi tiết các chỉ thị chi kết quả đa hình trên NST4, NST6,
NST8 và NST11
102
3.15
Kết quả xác định cá thể tái tổ hợp từ các chỉ thị RM1287, RM10694,
RM562 và RM7075

Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng BT7 –
Saltol (thế hệ BC3F4) trong vụ xuân 2013 tại Giao Thuỷ - Nam Định
148
3.24
Chất lượng lúa gạo của dòng Bắc Thơm 7 – Saltol
150
3.25
Đánh giá chất lượng cơm của dòng Bắc Thơm 7 – Saltol
150
xii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình
Tên hình
Trang
1.1
Dự báo khí hậu toàn cầu và mực nước biển dâng trong thế kỷ 21
5
1.2
Diện tích và nồng độ mặn vùng ĐBSCL, ứng với kịch bản
nước biển dâng thêm 1,0 m so với hiện nay
11
1.3
Giới hạn xâm nhập mặn 4% tương ứng với các kịch bản khác
nhau của nước biển dâng
12
1.4
Các cơ chế chịu mặn ưu thế ở cây lúa
19
1.5

3.6
Kết quả khảo sát đa hình các chỉ thị phân tử trên NST1 giữa
giống BT7 và FL478 bằng gel Polyacrylamide 6%
94
3.7
Kết quả khảo sát chỉ thị phân tử đa hình giữa giống BT7 và
FL478 trên NST1, NST2, NST3, NST4, NST5, NST8, NST9 và
104
xiii

NST11
3.8
Kết quả khảo sát chỉ thị phân tử đa hình giữa giống BT7 và
FL478
105
3.9
Kết quả khảo sát chỉ thị phân tử đa hình giữa giống BT7 và
FL478 trên NST3, NST6, NST7, NST8 và NST12
106
3.10
Bản đồ các chỉ thị phân tử đa hình giữa giống FL478 và Bắc
thơm 7
107
3.11
Kết quả chạy điện di với chỉ thị RM7643
109
3.12
Kết quả chạy điện di trên 94 cá thể BC1F1 (sử dụng chỉ thị
phân tử RM493)
110

Polyacrylamide 6%, bằng chỉ thị RM490, RM20783, S08121a,
RM25181
117
3.21
Kết quả xử lý phần mềm GGT2 của 10 cá thể mang Saltol trong
119
xiv

quần thể BC2F1
3.22
Kết quả xử lý phần mềm GGT2 của 10 cá thể trên 12 nhiễm sắc
thể
120
3.23
Bản đồ di truyền của cá thể số 8 được xử lý bằng phần mềm
GGT2
121
3.24
Kết quả điện di gel Polyacrylamide 6%, của tổ hợp lai
BT7/FL478 (BC3F1) với chỉ thị RM3412
123
3.25
Kết quả điện di gel Polyacrylamide 6%, của tổ hợp lai
BT7/FL478 (BC3F1) với chỉ thị RM493
124
3.26
Kết quả xác đánh giá di truyền các cá thể trong quần thể BC3F1
bằng chỉ thị phân tử S11049, RM17, RM202
126
3.27

thế giới. Trong tương lai, xu thế sử dụng lúa gạo sẽ còn tăng hơn vì đây là loại
lương thực dễ bảo quản, dễ chế biến và cho năng lượng khá cao. Theo tính toán
của Peng và cộng sự, đến năm 2030 sản lượng lúa của thế giới phải đạt 800 triệu
tấn mới có thể đáp ứng được nhu cầu lương thực của con người [88].
Trong tình trạng nguồn lương thực khan hiếm và giá lương thực tăng như
hiện nay, thế giới sẽ phải đối mặt với nguy cơ thiếu lương thực. Theo một
nghiên cứu của trường Đại học Stanford, đến năm 2030 sản lượng lương thực ở
Châu Á sẽ giảm 10% hoặc hơn, đặc biệt là sản phẩm lúa gạo. Năng suất và sản
lượng lúa luôn bị đe dọa bởi thiên tai, sâu bệnh và các yếu tố môi trường. Trong
đó, yếu tố đáng chú ý là hiện tượng đất nhiễm mặn. Đất trồng trọt bị ảnh hưởng mặn
ước tính khoảng 380 triệu ha, chiếm 1/3 diện tích đất trồng trên toàn thế giới.
Việt Nam với đường bờ biển dài 3.620 km trải dài từ Bắc vào Nam, hàng
năm những vùng trồng lúa ven biển chịu ảnh hưởng rất nhiều do sự xâm thực
của biển. Theo thống kê, diện tích đất ngập mặn năm 1992 là 494.000 ha, đến
năm 2000 là 606.792 ha [1]. Theo báo cáo mới nhất của Cục trồng trọt, tại
ĐBSCL, xâm nhập mặn đã ảnh hưởng đến 620.000 ha/1.545.000 ha lúa đông
xuân 2009 - 2010, chiếm 40% diện tích toàn vùng, tại các tỉnh ven biển như
Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang và Bến Tre.
Trong đó, diện tích có nguy cơ bị xâm nhập mặn cao khoảng 100.000
ha/650.000 ha, chiếm 16% diện tích canh tác lúa của các tỉnh trên. Đặc biệt,
trong điều kiện khí hậu toàn cầu đang thay đổi, hiện tượng băng tan ở hai cực,
và hệ lụy của nó là nước biển dâng lên đe dọa các vùng đất canh tác thấp ven
2

biển. Như vậy, đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố chính gây khó khăn
cho chiến lược phát triển sản lượng lúa gạo và ảnh hưởng xa hơn là mục tiêu
đảm bảo an ninh lương thực sẽ khó hoàn thành [124]. Do đó, việc hạn chế mức
độ gây hại của sự nhiễm mặn đến năng suất lúa gạo là một vấn đề cần được quan
tâm nghiên cứu.
Để đáp ứng được yêu cầu này, việc chọn tạo các giống lúa chịu mặn là rất

- Ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại
(MABC) quy tụ locus gen Saltol chịu mặn vào giống Bắc Thơm 7. Đáp ứng nhu
cầu giống lúa chất lượng, chịu mặn cho vùng ven biển Đồng Bằng Sông Hồng.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Những thành công trong công tác chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai
trở lại nhằm đưa QTL chịu mặn vào lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi
trong công tác chọn tạo giống nói chung, không chỉ đối với tính chịu mặn mà
còn đối với nhiều đặc tính nông học khác, ứng phó kịp thời đối với sự biến đổi
khí hậu trong tương lai.
- Ứng dụng phương pháp chọn giống phân tử kết hợp với truyền thống để
chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen chịu mặn, quy tụ vào giống lúa Bắc
Thơm 7 đang được trồng phổ biến tại miền Bắc Việt Nam giúp khắc phục được
những hạn chế của chọn giống truyền thống đặc biệt là đối với các QTL chịu
mặn khi ở trạng thái dị hợp, giảm chi phí trong chọn giống, rút ngắn thời gian và
ứng dụng nhanh vào thực tiễn sản xuất.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Thành công trong việc chuyển locus gen Saltol nhờ sử dụng chỉ thị phân
tử sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống.
- Những dòng/giống lúa Bắc Thơm 7 mang locus gen Saltol chọn lọc
được trong đề tài sẽ được nhân rộng, đặc biệt cho các tỉnh đồng bằng ven biển ở
4

Miền Bắc - Việt Nam, nơi chịu ảnh hưởng rõ nét nhất của tác động biến đổi khí
hậu.
- Ý nghĩa quan trọng nhất là chọn tạo được giống lúa có nền di truyền
giống Bắc Thơm 7 nhất, đồng thời mang locus gen Saltol, có khả năng sinh
trưởng phát triển bình thường trong điều kiện mặn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.1. Đối tượng nghiên cứu

trời, và gần đây có thêm hoạt động của con người [126].
Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của
một khu vực mà là vấn đề toàn cầu. Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng
đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng,
mực nước biển dâng cao (Hình 1.1), sẽ gây hiện tượng ngập lụt, gây nhiễm mặn
nguồn nước, ảnh hưởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và
các hệ thống kinh tế - xã hội trong tương lai.

(Ứng phó với biến đổi khí hậu và biển dâng, 2009)
Hình 1.1. Dự báo khí hậu toàn cầu và mực nước biển dâng trong thế kỷ 21
6

Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng
quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng được trồng ở các vùng đất
thấp hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia như Việt Nam, Thái lan, Bangladesh,
Ấn Độ Những khu vực này lại có nguy cơ bị xâm nhập mặn khi mực nước
biển dâng cao, cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng
được cả tình trạng ngập nước lẫn độ mặn cao. Theo báo cáo của FAO (2010),
trên 800 triệu ha đất trên toàn thế giới bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi muối và
khoảng 20% diện tích tưới (khoảng 45 triệu ha) được ước tính bị vấn đề xâm
nhập mặn theo mức độ khác nhau [38]. Điều này là nghiêm trọng hơn kể từ khi
các khu vực tưới tiêu có trách nhiệm bảo đảm một phần ba sản xuất lương thực
Thế giới.
Ở Châu Á nếu nước biển dâng lên 1m, khoảng 25.000km
2
rừng đước sẽ bị
ngập, 10.000km
2
đất canh tác và diện tích nuôi trồng thủy sản trở thành đầm lầy
ngập mặn. Ở hạ lưu sông Nil (Ai Cập), 6 triệu người phải di dời và 4.500km

2080
2090
2100
Thấp (B1)
11
17
23
28
35
42
50
57
65
Trung bình (B2)
12
17
23
30
37
46
54
64
75
Cao(A1F1)
12
17
24
33
44
57

C. Kéo theo đó là lượng
mưa tăng khoảng 9 – 10% ở Tây Bắc, Đông Bắc; 10% ở Đồng bằng Bắc Bộ,
Bắc Trung Bộ; 4 – 5 % ở Nam Trung Bộ và khoảng 2% ở Tây Nguyên, Nam
Bộ. Lượng mưa thời kỳ từ tháng 3 đến tháng 5 sẽ giảm 6 – 9% ở Tây Bắc, Đông
Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ; khoảng 13% ở Bắc Trung bộ. Lượng mưa vào giữa
mùa khô ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ lại giảm khoảng 13 – 22%.
Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa tăng 12 – 19% ở phía Bắc và Nam
Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ vào khoảng 1 – 2% [126].
8

Việt Nam là một trong những nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất bởi
mực nước biển dâng, dẫn đến sự xâm nhiễm mặn ngày càng gia tăng, chủ yếu là
Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long. Mặn là hiện tượng liên kết
với nước biển dâng mang nước mặn tiến sâu vào đất liền, biến nhiều vùng đất
trồng lúa bị mặn hóa [4].
1.2. Đất nhiễm mặn và các vùng nhiễm mặn ở Việt Nam
1.2.1. Đất nhiễm mặn
Đất nhiễm mặn là loại đất có chứa nhiều cation Na + hấp phụ trên bề mặt
keo đất và trong dung dịch đất [1;4].
Sự hình thành đất nhiễm mặn do 2 nguyên nhân chủ yếu là ảnh hưởng của
nước ngầm hay do ảnh hưởng của nước biển mặn theo trủy triều tràn vào.
Hạn chế của đất nhiễm mặn:
- Đất có thành phần cơ giới nặng. Tỉ lệ sét từ 50-60%. Đất chặt, thấm
nước kém. Không bị ướt, dẻo dính. Khi bị khô đất co lại, nứt nẻ, rắn chắc, khó
làm đất.
- Đất chứa nhiều Na+ dưới dạng muối tan NaCl, Na
2
SO4 nên áp suất
thẩm thấu dung dịch đất lớn làm ảnh hưởng tới quá trình hút nước và dinh
dưỡng cây trồng.

khoảng 20.000 ha ở cả hai dạng nhiễm mặn tiềm tàng và nhiễm mặn xâm nhiễm
từ 0,3-0,5%. Tỉnh Thái Bình có khoảng 18.000 ha nhiễm mặn. Tỉnh Nam Định
có khoảng10.000 ha. Tỉnh Thanh Hóa có khoảng 22.000 ha đất nhiễm mặn [1].
1.2.2. Giới thiệu chung về đặc điểm các vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam
Theo tác giả Hoàng Kim, PhạmVăn Biên và R.H.Howeler (2003) thì nước
ta có khoảng 1 triệu ha đất nhiễm mặn, trong đó có 2 vùng nhiễm mặn lớn là
vùng châu thổ sông Hồng và vùng lúa ĐBSCL[48].
1.2.2.1. Vùng lúa Đồng bằng Sông Cửu Long
Xâm nhập mặn là một trong những vấn đề lớn ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long và nó có xu hướng trầm trọng hơn trong tương lai do mực nước biển dâng
và lưu lượng nước từ thượng nguồn suy giảm [4].
ĐBSCL có diện tích tự nhiên là 3,96 triệu ha, chiếm 12% diện tích cả
nước, trong đó diện tích đất sản xuất nông nghiệp khoảng 2,9 triệu ha, đất sản
xuất lâm nghiệp là 430.770 ha, đất khác chiếm 277.000 ha và đất chuyên dùng
khoảng 262.682 ha [13].