Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LÊ XUÂN PHƢƠNG
CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO VÙNG
VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ HÙNG LĨNH
Thái Nguyên - 2014
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự
hướng dẫn của TS. Lê Hùng Lĩnh, sự giúp đỡ của các cán bộ tại Bộ môn Sinh
học phân tử - Viện Di truyền nông nghiệp. Các số liệu, kết quả trong luận văn
là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới
TS. Lê Hùng Lĩnh - Trưởng Bộ môn sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông
Nghiệp, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện đề tài và hoàn chỉnh luận văn của mình.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ
quý báu, nhiệt tình của tập thể cán bộ thuộc:
1. Bộ môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp
2. Khoa Khoa học sự sống, Đại học Khoa học Thái Nguyên
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình,
đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn
cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn
Lê Xuân Phƣơng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv

DANH MỤC HÌNH

Hình
Tên hình
trang

Hình 1.1. Dự báo sự thay đổi của mực nước biển đến năm 2100 6
Hình 1.2. Diễn biến nhiệt độ ở quy mô toàn cầu và khu vực 6
Hình 1.3. Diễn biến của nhiệt độ (a) và lượng mưa (b) ở Việt Nam 11
trong 50 năm 11
Hình 1.4. Diễn biến của mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu 12
Hình 2.1. Vị trí các chỉ thị trên NST1 và Locus gen Saltol 28
Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp MABC ……………… ……………………33
3.1. 6 (P1) và
FL478 (P2) 46
Hình 3.2.
1
F
1
47

Nội dung
1
ANLT
An ninh lương thực
2
BĐKH
Biến đổi khí hậu
3
CNSH
Công nghệ sinh học
4
Cs
Cộng sự
5
CTAB
Cetyl trimethyl amonium bromide
6
EB
Extraction buffer
7
ENSO
El Nino Southern Oscillation
8
FAO
Tổ chức lương thực thế giới
9
IPCC
Uỷ ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu của Liên
hiệp quốc
10

19
TGST
Thời gian sinh trưởng
20
WB
Ngân hàng thế giới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi

MỤC LỤC

Lời cam đoan i
Lời cám ơn ii
Danh mục bảng iii
Danh mục hình iv
Danh mục các từ viết tắt v
Mục lục vi
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2.4.3. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 34
2.4.4. Phương pháp thử độ mặn nhân tạo 34
2.4.5. Phương pháp tách chiết DNA và phân tích di truyền chỉ thị phân tử 37
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43
3.1. Kết quả đánh giá xác định vật liệu bố mẹ trong nghiên cứu chọi tạo giống
lúa chịu mặn 43
3.1.1 Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của các giống lúa trong điều kiện
nhân tạo 43
3.1.2. Kết quả ịnh vật liệu bố mẹ
44
3.2. Kết quả chọn tạo dòng lúa chịu mặn từ tổ hợp lai TL6/FL478 45
3.2.1. Kết quả kiể ữa FL478 và TL6 . 45
ử dụng chỉ thị phân tử xác định các cá thể mang locus gen
chịu mặn trong quần thể BC
1
F
1
. 47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

viii
3.2.3. Sử dụng chỉ thị phân tử xác định các cá thể mang locus gen chịu mặn
trong quần thể BC
1
F
2
48
3.3. Đánh giá vật liệu sử dụng trong nghiên cứu và chọn tạo giống lúa chịu mặn 49
3.3.1. Đánh giá tính chịu mặn của các dòng lúa chọn tạo trong điều kiện nhân tạo. . 49

kiện biến đổi khí hậu. Do vậy, chọn tạo giống lúa năng suất cao chống chịu
mặn là hết sức cần thiết và có ý nghĩa cho an toàn lương thực và tăng thu
nhập của nông dân tại vùng chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.
Chọn giống bằng chỉ thị phân tử (Marker assisted selection - MAS) là
phương pháp thiết thực, hiệu quả trong việc chuyển locus gen quy định tính
trạng di truyền số lượng (Quantitative Trait Loci - QTL) hay gen đích vào
giống mới. Phương pháp MAS cho phép rút ngắn quá trình chọn lọc, chọn lọc
được những tính trạng khó và đắt tiền hay nhiều gen cùng một lúc. Chọn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
giống bằng MAS sẽ giảm được giá thành và thời gian. Chọn giống nhờ chỉ thị
phân tử là kỹ thuật hiệu quả cho phép chọn lọc trực tiếp hệ gen của từng cá
thể trong quần thể. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử có thể sử dụng chỉ thị để
kiểm tra di truyền của dòng bố mẹ và các cá thể con lai. Từ đó có thể kiểm
soát được các alen đặc biệt trong các cá thể của quần thể.
Bằng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (Marker
assisted backcrossing - MABC), các nhà chọn giống các nước pháp triển trên
thế giới đã thành công mang lại kết quả trong việc tạo ra các giống lúa vừa có
năng suất cao, vừa có khả năng chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất
lợi như ngập chìm, mặn và chống chịu sâu bệnh. Những giống lúa này có thể
giúp cho các vùng bờ biển giảm bớt thiệt hại do ảnh hưởng của biến đổi khí
hậu [21], [22]. Từ những vấn đề nêu trên, việc ứng dụng công nghệ chọn
giống nhờ chỉ thị phân tử để chọn tạo giống lúa có năng suất cao, có khả năng
chống chịu mặn là một vấn đề cấp thiết. Vì vậy chúng tôi xây dựng đề tài:
“Chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị phân tử cho vùng
ven biển Đồng bằng sông Hồng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử chọn tạo giống lúa

- Bổ sung thêm cơ sở lý luận trong công tác chọn tạo giống lúa bằng chỉ
thị phân tử nhưng vẫn kế thừa các phương pháp chọn giống truyền thống.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
5.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Giống lúa FL478 là thuần mang QTL/Saltol (gen chịu mặn) được nhập
từ Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (The International Rice Research Institute -
IRRI).
- Giống TL6 Là giống lúa chịu thâm canh khá, chống chịu tốt với một số
sâu bệnh hại chính như: bệnh Đạo ôn, khô vằn và bạc lá. Phẩm chất gạo
ngon, thơm, cơm mềm, nhưng không dính. Gieo cấy được 2 vụ trong năm, có
tiềm năng cho năng suất cao.
- Các chỉ thị phân tử có liên quan được sử dụng trong nghiên cứu.
5.2. Phạm vi nghiên cứu
Thí nghiệm được triển khai tại: Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử thuộc
Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội); Huyện Giao Thuỷ, Nam
Định.
Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2012 đến năm 2014.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tình hình của BĐKH trên Thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình của BĐKH trên Thế giới
Biến đổi khí hậu là do các hoạt động trực tiếp và gián tiếp của con
Hình 1.2. Diễn biến nhiệt độ ở quy mô toàn cầu và khu vực
(Nguồn: IPCC AR4 WG-I Report, 2007) [20]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
Các từ viết tắt:
- CCSR/NIES: Trung tâm nghiên cứu hệ thống khí hậu và Viện nghiên
cứu môi trường Quốc gia; Sử dụng mô hình CCSR/NIES AGCM + CCSR
OGCM Models 1890-2100.
- CCCma: Trung tâm phân tích và xây dựng mô hình khí hậu Canada.
Sử dụng mô hình CGCm2 Model 1900-2100
- CSIRO: Tổ chức nghiên cứu công nghiệp và khoa học về sức khỏe. Sử
dụng mô hình CSIRO-Mk2 model 1961-2100.
- Hadley Centre: Trung tâm nghiên cứu và dự báo khí hậu Hadley. Sử
dụng mô hình HADCM3 model 1950-2099.
- GFDL: Phòng nghiên cứu biến động các chất lỏng theo địa vật lý. Sử
dụng mô hình R30 Model 1961-2100.
- MPI-M: Viện khí tượng Max Planck. Sử dụng mô hình
ECHAM4/OPYC coupled model 1990-2100.
- NCAR PCM: Trung tâm nghiên cứu khí quyển Quốc gia Mỹ. Sử dụng
mô hình PCM model 1980-2099.
- NCAR CSM: Trung tâm cứu khí quyển Quốc gia Mỹ. Sử dụng mô
hình CSM Model 2000-2099.
Tuy nhiên, mực nước biển thay đổi không đồng đều trên toàn bộ đại
dương thế giới: Một số vùng tốc độ dâng có thể gấp một vài lần tốc độ dâng
trung bình toàn cầu trong khi mực nước biển ở một số vùng khác lại có thể hạ
thấp. Xu thế tăng của mực nước trung bình xuất hiện hầu hết tại các trạm

dù tỷ lệ này nhỏ song sẽ có khoảng 56 triệu người (hay 1,28% dân số) ở 84
nước đang phát triển bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng cao 1m. Với kịch
bản nước biển dâng cao 1m, Bahamas (khu vực Mỹ latinh và Caribê) là nước
bị ảnh hưởng nặng nhất xét về diện tích bị ảnh hưởng (12% tổng diện tích).
Việt Nam đứng đầu danh sách 10 nước bị ảnh hưởng về dân số, khu vực đô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
thị và đất ngập nước (khoảng 10%). Nông nghiệp của Ai Cập bị ảnh hưởng
nhiều nhất, gần 13%. 28% diện tích đất ngập nước của Việt Nam, Jamaica và
Belize có thể bị ảnh hưởng khi mực nước biển dâng cao 1m. Xét về tất cả các
chỉ thị, theo Báo cáo của WB, Việt Nam nằm trong danh sách 5 nước bị ảnh
hưởng nhiều nhất cùng với Ai Cập, Suriname và Bahamas [14].
Dự báo mức gia tăng trung bình toàn cầu của nhiệt độ không khí và
mực nước biển theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau được thể hiện ở
bảng 1.1.
Bảng 1.1. Dự báo mức gia tăng trung bình toàn cầu của nhiệt độ không
khí và mực nước biển theo các kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau
(Nguồn: IPCC 2007) [20]
Trường hợp
Biến đổi của nhiệt độ (
0
C)
(Giai đoạn 2090 – 2099 so với giai
đoạn 1980-1999)
a

Mức dâng cao của
mục nước biển(m)

Kịch bản A1B
2,8
1,7 – 4,4
0,21 – 0,48
Kịch bản A2
3,4
2,0 – 5,4
0,23 – 0,51
Kịch bản A1F1
4,0
2,4 – 6,4
0,26 – 0,59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
Ghi chú:
- a: Sự đánh giá này được đánh giá từ một hệ thống mô hình, bao gồm
một mô hình khí hậu đơn giản, một số mô hình Trái đất có mức tạp vừa phải
và số lớn mô hình hoàn lưu toàn cầu khí quyển – đại dương (AOGCMs).
- b: Hàm lượng khí nhà kính (KNK) cố định năm 2000 được lấy từ
AOGCMs.
1.1.2. Ảnh hƣởng của BĐKH tại Việt Nam
Cũng như các nước khác trên thế giới, khí hậu đã, đang và sẽ biến đổi
trên lãnh thổ Việt Nam. Kết quả phân tích các số liệu khí hậu cho thấy những
biến đổi chủ yếu của các yếu tố khí hậu và mực nước biển như sau:
- Nhiệt độ: Trong 50 năm qua (1958 - 2007), nhiệt độ trung bình năm ở
Việt Nam tăng lên khoảng từ 0,5
0

mưa năm trong 50 năm qua (1958 - 2007) đã giảm khoảng 2%.
- Tần suất và cường độ El Nino tăng lên rõ rệt trong những thập niên
gần đây. Trong 5 thập niên gần đây, tác động của hiện tượng ENSO ngày
càng mạnh mẽ đối với chế độ thời tiết và khí hậu trên nhiều khu vực ở Việt
Nam. Biến đổi của ENSO và tác động của nó đến sự biến đổi của gió mừa sẽ
ảnh hưởng mạnh hơn đối với sự biến đổi của mưa. Hiện tượng ENSO cũng
ảnh hưởng đến sự thay đổi sự xuất hiện, cường độ và các đặc trưng của xoáy
thuận nhiệt đới và sự biến đổi của nó giữa các năm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
- Mực nước biển: Số liệu quan trắc tại các trạm hải văn dọc ven biển
Việt Nam cho thấy tốc độ dâng lên của mực nước biển trung bình ở Việt Nam
hiện nay là khoảng 3mm/năm (giai đoạn 1993 - 2008), tương đương với tốc
độ tăng trung bình trên thế giới. Trong khoảng 50 năm qua, mực nước biển
tại trạm hải văn Hòn Dấu dâng lên khoảng 20cm. (hình 1.4). Hình 1.4. Diễn biến của mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu [20]

Mực nước biển dâng cao dẫn đến mặn xâm nhập sâu vào hệ thống
sông ngòi, kênh rạch và tầng chứa nước ngầm ở đồng bằng châu thổ sông
Hồng – Thái Bình, Đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng ven biển miền
Trung, làm cho nước nhạt (nước ngọt) bị nhiễm mặn và do đó làm giảm
lượng nước nhạt có thể khai thác, sử dụng. Theo kết quả các kịch bản biến
đổi khí hậu đã được đưa ra, nếu mực nước biển có thể dâng cao 0,75 – 1 m
so với thời kỳ 1980 – 1999, thì khoảng 20 – 38% diện tích Đồng bằng sông
Cửu Long và đồng bằng sông Hồng bị ngập, là hai vùng sản xuất lúa chính


năng suất, sản lượng của lúa. Người ta tập trung sự chú ý vào đối tượng mặn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
đây là dạng gây stress quan trọng đối với sản xuất lúa, và đặt ra mục tiêu
hướng tới để cải tiến giống lúa trên qui mô toàn cầu. Xác định gen chống
chịu mặn là trọng tâm quan trọng trong chọn giống lúa, nó có những khó
khăn nhất định mà nhà chọn giống phải đối mặt như: Nguồn gen kháng khan
hiếm, tính trạng chống chịu mặn là tính trạng di truyền số lượng (Quantitative
trait loci), cơ chế chống chịu mặn phức tạp, và rất khó để đánh giá chính xác
những tính trạng sinh lý liên quan đến khả năng chịu mặn. Có một số phương
pháp chọn giống chống chịu mặn được các nhà chọn giống thường xuyên áp
dụng như, cải tạo các giống lúa địa phương có khả năng chống chịu mặn bằng
cách gây đột biến hay lai tạo rồi chọn lọc theo phương pháp truyền thống. Sử
dụng công nghệ sinh học bằng cách tạo mô sẹo (callus) từ phôi hay nuôi cấy
bao phấn, sàng lọc và tái sinh cây trong môi trường bổ xung hàm lượng NaCl
với nồng độ khác nhau, hay chuyển gen chịu mặn vào giống có tiềm năng
năng suất nhưng mẫn cảm với mặn. Biện pháp chọn tạo giống lúa chống chịu
mặn nhờ chỉ thị phân tử (MAS) tỏ ra là phương pháp hiệu quả, chính xác đã
được các nhà chọn giống sự dụng trong những năm gần đây trên thế giới.
Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh yếu tố di truyền tính chống chịu
mặn biến động khác nhau giữa các giống lúa. Vì vậy, muốn chọn giống lúa
chống chịu mặn có hiệu quả, cần nghiên cứu sâu về cơ chế di truyền tính
chống chịu mặn, từ đó loại bỏ ở ngay từ những thế hệ đầu, những dòng không
đáp ứng được yêu cầu của người chọn giống. Nghiên cứu di truyền số lượng
tính chống chịu mặn cho thấy, cả hai ảnh hưởng hoạt động của gen cộng tính
và gen không cộng tính đều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn
[19], [25].
Bằng những thí nghiệm đánh giá tính chống chịu mặn tại giai đoạn mạ

không có hiệu quả. Khối lượng bông, số hạt chắc trên bông, chiều cao cây có
hệ số path rất cao trong môi trường mặn. Chính ba tính trạng này đóng góp
phần lớn trong việc tăng năng suất lúa trong môi trường mặn, nhất là khối