Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lúa gạo là cây lương thực quan trọng đối với con người. Trên thế giới cây lúa
được xếp vào vị trí thứ hai sau cây lúa mì về diện tích và sản lượng. Ở Châu Á, lúa gạo
được coi là cây lương thực quan trọng nhất, chiếm diện tích 135 triệu ha trong tổng số
148,4 triệu ha trồng lúa của toàn thế giới. Trong tương lai, xu thế sử dụng lúa gạo sẽ
còn tăng hơn vì đây là loại lương thực được sử dụng khá phổ biến, 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
cần phải đạt 800 triệu tấn mới có thể đáp ứng được nhu cầu lương thực của con người
[52]. Với tình hình dân số tăng nhanh, thế giới sẽ phải đối mặt với nguy cơ thiếu lương
thực. Theo một nghiên cứu của Lobell, đến năm 2030 sản lượng lương thực ở châu Á
sẽ giảm khoảng 10%, đặc biệt là sản phẩm lúa gạo [38]. Nguyên nhân năng suất và sản
lượng lúa gạo giảm đi do ảnh hưởng bởi thiên tai, sâu bệnh và các yếu tố môi trường.
Trong đó, yếu tố đáng chú ý là hiện tượng đất nhiễm mặn. Trên thế giới, đất trồng trọt
bị ảnh hưởng mặn ước khoảng 380 triệu ha, chiếm 1/3 tổng diện tích đất canh tác [3].
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 số liệu thống kê, diện tích đất ngập mặn năm 1982 là 494.000 ha, đến năm 2000
là 606.792 ha [9]. Theo báo cáo mới nhất của Cục trồng trọt, tại đồng bằng sông Cửu
Long, xâm ngập 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 ngập 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, nước biển dâng lên đe dọa các vùng đất canh tác thấp ven
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 là một thử thách lớn của mục tiêu đảm bảo
an ninh lương thực và xuất khẩu lúa gạo của Việt nam. Chính vì vậy, việc chọn tạo
giống lúa chịu mặn đang được đặt ra là hết sức cấp bách và cần thiết.
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng:
Đối tượng nghiên cứu là cứu là tập đoàn 38 giống lúa có đặc tính chịu mặn
được thu thập ở nhiều địa phương khác nhau, các giống này đang được lưu giữ và bảo
tồn tại ngân hàng gen Cây trồng Quốc gia (Trung tâm Tài nguyên Thực vật) và ngân
hàng gen của Viện Lúa đồng bằng sông Cửa Long
4.2. Phạm vi nghiên cứu:
Đề tài nghiên cứu, đánh giá nguồn gen ở mức phân tử bằng chỉ thị SSR; Các thí
nghiệm được tiến hành tại Bộ môn Kĩ thuật Di truyền - Viện Di Truyền Nông nghiệp.
3
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Vài nét sơ lược về cây lúa
1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa
Tổ tiên cây lúa đã tồn tại từ đầu kỷ Phấn trắng. Vào giữa kỷ này, xuất hiện
một trong những loại nguyên thuỷ nhất thuộc tộc Oryzae, đó là loại Streptochasta
Schrad. Đến cuối kỷ Phấn trắng xuất hiện loại tre (Bambusa) và loại lúa (Oryza).
Một số loại khác xuất hiện muộn hơn vào kỷ thứ ba, thời kỳ phát triển mạnh nhất
của họ Hoà thảo (Gramineae). Các loài lúa Oryza spp. có cùng tổ tiên chung vào
thời địa cầu Gondwanaland, sau khi trái đất tách rời thành năm lục địa cách đây
khoảng 85-90 triệu năm [4].
Theo Chang, lúa trồng Oryza sativa được tiến hoá từ cây lúa dại hàng năm Oryza
nivara. Do thích ứng với điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ, lúa Oryza sativa lại tiếp
tục tiến hoá làm ba nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích ứng với
khí hậu lạnh và cho năng suất cao và Javanica có đặc tính trung gian [18].
Theo Oka (1988) lại cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại lâu năm
Oryza rufipogon [50].
Tác giả Cheng khi nghiên cứu di truyền tiến hoá của 101 giống lúa, bao gồm cả lúa
trồng và lúa dại cho thấy loài lúa trồng Oryza sativa chia thành hai nhóm tương ứng với hai
trồng trên cạn hoặc điều kiện nước sâu tới 1,5 - 5 mét [8].
5
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
1.1.2. Phân loại
Cây lúa trồng thuộc họ Poaceae, trước đây gọi là họ Hoà thảo (Gramineae), họ
phụ Pryzoideae, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima. Loài
Oryza sativa là lúa trồng ở châu Á và Oryza glaberrima là lúa trồng ở châu Phi. Năm
1753, Lineaeus là người đầu tiên đã mô tả và xếp loài lúa sativa thuộc chi Oryza. Dựa vào
mày hạt và dạng hạt tác giả đã phân chi Oryza thành bốn nhóm là sativa, granulata,
coarctala, rhynchoryza và chi Oryza gồm tất cả 19 loài [4].
Morinaga là người đầu tiên đã sử dụng kỹ thuật phân tích genome để định danh
các loài lúa dại. Công trình nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học này đã giúp phân tích
các loài lúa được chính xác hơn [4].
Hội nghị Di truyền lúa Quốc tế họp tại Philippines năm 1963 đã thống nhất
chia chi Oryza thành 19 loài. Tại Hội nghị di truyền lúa Quốc tế tiếp theo ở Viện
nghiên cứu lúa Quốc tế tại Philippines (năm 1967) lại khẳng định chi Oryza có 22 loài
trong đó có 20 loài lúa dại và hai loài lúa trồng [19].
Sau này, Vaughan phát hiện thêm một loài lúa dại mới ở Papua New Ginea là
loài Oryza rhizomatis, đưa số loài của chi Oryza lên 23 loài và chia thành bốn nhóm
genome. Danh sách các loài, số lượng nhiễm sắc thể, bộ gen của từng loài ở Bảng 1.1
(Vaughan, 1994) [62].
Ngày nay, các nhà phân loại học đều nhất trí là chi Oryza có 23 loài trong đó 21
loài hoang dại và hai loài lúa trồng là Oryza sativa và Oryza glaberrima thuộc loại nhị
bội 2n = 24 có bộ gen AA. Loài Oryza glaberrima phân bố chủ yếu ở Tây và Trung
Phi còn loài Oryza sativa được gieo trồng khắp thế giới và được chia thành hai loài phụ
là Indica và Japonica.
Tác giả Vitte cũng cho rằng hai loài phụ Indica và Japonica được phân hoá độc
lập với nhau, cách đây khoảng 200.000 năm [63]. Trong khi đó tác giả Jianxin dựa vào
kết quả phân tích ADN nhân tế bào lại cho rằng lúa Indica và lúa Japonica được tách
ra từ một tổ tiên chung, cách đây khoảng 440.000 năm [34].
longiglumis Jansen 48 New Guinea
Nhóm Angustifoliae
brachyantha A. Chev. et Roehr. 24 FF Châu Phi
angustifolia Hubbard 24 Châu Phi
perrieri A. Camus 24 Malagasy
Tisseranti A. Chev. 24 Châu Phi
Nhóm Coarctatae
Coarctata Roxb. 48 Châu Á
Nguồn: Oka, 1988
Bảng 1.2 Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa
7
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
Đặc tính INDICA JAVANICA JAPONICA
Thân - Thân cao - Thân cao trung bình - Thân thấp
Chồi - Nở bụi mạnh - Nở bụi thấp - Nở bụi trung bình
Lá - Lá rộng, xanh nhạt - Lá rộng, cứng, xanh
nhạt
- Lá hẹp, xanh đậm
Hạt - Hạt thon dài, dẹp
- Hạt hầu như không
có đuôi
- Trấu ít lông và lông
ngắn
- Hạt dễ rụng
- Hạt to, dầy
- Hạt không có đuôi
hoặc có đuôi dài
- Trấu có lông dài
- Ít rụng hạt
- Hạt tròn, ngắn
8
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
EC cao hơn 4 dS/m ở điều kiện nhiệt độ là 25
0
C, tỉ lệ phần trăm sodium trao đổi ESP
kém hơn 15, và pH nhỏ hơn 8,5 [6].
Đất mặn khá phổ biến ở vùng sa mạc và cận sa mạc. Muối tích tụ và mao dẫn
lên, chảy tràn trên mặt đất theo kiểu rửa trôi. Đất mặn có thể phát triển ở vùng nóng
ẩm, cận nóng ẩm trên thế giới trong điều kiện thích hợp như vùng ven biển; hoặc mặn
do nước biển xâm nhập khi triều cường, lũ lụt; hoặc mặn do nước thấm theo chiều
đứng hay chiều ngang từ thủy cấp bị nhiễm mặn [53].
Đất bị ảnh hưởng mặn chiếm 7% diện tích đất toàn thế giới (ước tính hơn 1 tỷ
ha). Đất bị ảnh hưởng mặn ở đại lục thuộc châu Âu và Bắc Mỹ rất ít có khả năng trồng
trọt. Ở châu Phi và Nam Mỹ, khoảng 30% đất bị nhiễm mặn có khả năng trồng trọt. Ở
châu Á, hơn 80% đất bị ảnh hưởng mặn có khả năng trồng trọt và đã được khai thác
cho sản xuất nông nghiệp. Hiện tượng đất nhiễm mặn là mối đe dọa lớn nhất đến việc
gia tăng sản lượng lúa gạo [24].
1.3 Các vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam
Ở Việt Nam, do tác động của biển, các vùng nhiễm mặn tập trung chủ yếu ở hai
vùng châu thổ lớn là đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và đồng bằng sông Cửu Long
(ĐBSCL). Ảnh hưởng của nước biển ở vùng cửa sông và đất liền ở ĐBSH chỉ khoảng
15 km, nhưng ở vùng ĐBSCL có thể xâm nhập tới 40-50 km. Nhóm đất mặn có diện
tích khoảng 1 triệu ha. Căn cứ vào nồng độ muối hoà tan với tỷ lệ clo trong đó, Hội
Khoa học Đất Việt Nam chia đất mặn ra theo bảng sau.
Bảng 1.3 Phân loại đất mặn
Độ mặn Tỷ lệ muốn hòa tan Nồng độ Cl (%)
Rất mặn > 1,0 > 0,25
Mặn nhiều 0,5 – 1,0 0,15 – 0,25
Mặn trung bình 0,25 0,05 – 0,15
Mặn ít < 0,25 < 0,05
14
32
40
27
22
18
15
8
10
11
15
12
12
8
6
3
2
10
10
Nguồn: Chu Đinh Hoàng, 1993
* 0,1%; 0,4% = độ mặn; Lmax = chiều dài xâm nhập tối đa;
Lmin = Chiều dài xâm nhập tối thiểu
Dọc theo ven biển các tỉnh miền Trung đất cũng bị nhiễm mặn như Hà Tĩnh có
khoảng 17.919 ha, Quảng Bình có hơn 9.300 ha bị nhiễm mặn và Ninh Thuận có gần
2.300 ha đất bị nhiễm mặn.
1.3.2. Vùng lúa nhiễm mặn ở vùng đồng bằng sông Cửu Long
Diện tích tự nhiên khoảng 3,96 triệu ha, chiếm 12% diện tích cả nước, đồng
bằng sông Cửu Long giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Đây là
vùng đất có ưu thế lớn về nông nghiệp với diện tích đất sản xuất nông nghiệp khoảng
2,9 triệu ha (sản lượng lương thực chiếm 50% tổng sản lượng lương thực của cả nước)
[6].
Bảng 1.5. Diện tích bị nhiễm mặn ở ĐBSCL trung bình tháng 4 (1991-2000)
STT Khu vực Độ mặn (g/l) Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
1 Không ảnh hưởng
mặn
1.773.365 45,5
2 Xâm nhập mặn 0,0-0,4 107.025 2,8
3 Xâm nhập mặn 0,4 – 2,0 232.816 6,0
4 Xâm nhập mặn 2,0 – 4,0 148.244 3,8
5 Xâm nhập mặn 4,0- 16,0 1.378.550 35,3
6 Xâm nhập mặn >16,0 260.000 6,6
Tổng cộng (làm tròn) 3.900.000 100
Nhìn chung ở Việt Nam, đất bị nhiễm mặn được xếp vào một trong những trở
ngại chính cho sản xuất nông nghiệp. Những năm gần đây, việc chuyển đổi cơ cấu sản
xuất ở các tỉnh ven biển từ trồng lúa sang nuôi tôm một cách tự phát trên diện rộng đã
làm cho tình hình xâm nhập mặn trở nên phức tạp, nhiều nơi nằm ngoài sự kiểm soát
và tiềm ẩn các hậu quả xấu về môi trường.
1.4. Tính chống chịu mặn của cây lúa
Đối với cây lúa, tính chống chịu mặn là một tiến trình sinh lý phức tạp, thay đổi
theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây [28]. Tính trạng bất thụ của bông lúa
khi bị stress do mặn được điều khiển bởi một số gen trội, nhưng các gen này không
tiếp tục thể hiện ở các thế hệ sau. Phân tích diallel về tính trạng chống chịu mặn, người
ta ghi nhận cả hai hoạt động của gen cộng tính và gen không cộng tính với hệ số di
truyền thấp (19,18%) và ảnh hưởng của môi trường rất lớn [54].
12
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
Rất nhiều nghiên cứu cho rằng, yếu tố di truyền tính chống chịu mặn biến động
rất 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
ngay từ những thế hệ đầu những dòng không đáp ứng được yêu cầu của nhà chọn
13
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
Ion Na
+
có tác động phá vỡ và cản trở vai trò sinh học của tế bào chất trong cây.
Ion K
+
có vai trò quan trọng làm kích hoạt enzyme và đóng mở khí khổng, tạo ra tính
chống chịu mặn của cây. Hơn nữa, sự mất cân bằng tỷ lệ Na-K trong cây sẽ làm giảm
năng suất hạt. Do vậy, cây lúa chống chịu mặn bằng cơ chế ngăn chặn, giảm hấp thu
Na
+
và gia tăng hấp thu K
+
để duy trì sự cân bằng Na
-
K trong chồi [53].
Theo Gregorio và cs, mặn gây hại trên cây lúa bắt đầu bằng triệu chứng giảm
diện tích lá, những lá già nhất bắt đầu cuộn tròn và chết, theo sau đó là những lá già kế
tiếp và cứ thế tiếp diễn. Cuối cùng, những cây sống sót có những lá già bị mất, những
lá non duy trì sự sống và xanh. Trong điều kiện thiệt hại nhẹ, trọng lượng khô có xu
hướng tăng lên trong một thời gian, sau đó giảm nghiêm trọng do giảm diện tích lá.
Trong điều kiện thiệt hại nặng hơn, trọng lượng khô của chồi và rễ suy giảm tương
ứng với mức độ thiệt hại [30].
Nhiều nghiên cứu còn cho thấy rằng, cây lúa chống chịu mặn trong suốt giai
đoạn nẩy mầm lại trở nên rất nhiễm trong giai đoạn mạ non (giai đoạn 2-3 lá), sau đó
chống chịu trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng, rồi lại nhiễm trong suốt giai đoạn
thụ phấn và thụ tinh, cuối cùng trở nên chống chịu hơn trong giai đoạn chín [50,56].
Theo một nghiên cứu khác của Aslam và cs (1993), thấy rằng tại giai đoạn trổ bông
cây lúa không mẫn cảm với mặn [16].
trường có nồng độ 50 mol NaCl/m3 dung dịch được xem như một môi trường hữu
dụng để thanh lọc mặn cây lúa [66].
Ở cây lúa, hàm lượng muối đi vào chồi được điều chỉnh rất thấp. Điều này có
thể là do sự hấp thu chọn lọc rất hiệu quả đối với K
+
. Một khả năng khác là ion Na
+
được hấp thu với hàm lượng lớn nhưng lại được hấp thu lại trong nhựa xylem trong
những phần của đầu rễ hoặc chồi và sau đó được dự trữ hoặc được chuyển trở lại đất
[66]. Theo Aslam và cs (1993), khi cây lúa được đặt trong dung dịch NaCl, hàm lượng
sodium, calcium, kẽm, phosphorus và chloride đều gia tăng, trong khi hàm lượng
potasium và magnesium đều giảm trong nhựa của chồi. Khả năng chống chịu mặn của
các giống lúa cao hay thấp có quan hệ với hiệu quả ngăn chặn Na
+
và Cl
-
vào cây. So
sánh khả năng hấp thu lựa chọn K
+
cho thấy rằng, đã có sự khác nhau lớn giữa các
giống lúa về khả năng hấp thu chọn lọc K
+
trong môi trường.
Theo Zhu (2001), ion K
+
tham gia làm tăng hoạt hóa một số enzyme ở tế bào
thực vật và tỷ lệ “Na
+
/K
+
thấp, nồng độ của K
+
và Zn
2+
cao hơn và tỷ lệ Na
+
/K
+
thấp trong
mầm lúa. Kết quả phân tích trên một số giống lúa chịu mặn như Pokkali, SR26B và
giống nhiễm mặn điển hình như IR28, IR29 cho thấy: tỷ lệ Na
+
/K
+
trong giống pokkali
rất thấp (0,397) và giống SR26B (0,452) trong khi đó rất cao ở IR28 (0,652) và IR29
(0,835) [53].
Bằng những thí nghiệm đánh giá tính chống chịu mặn ở giai đoạn mạ, trong
dung dịch dinh dưỡng Yoshida có độ mặn EC = 12 dS/m, các yếu tố môi trường được
kiểm soát trong 19 ngày. Kết quả cho thấy, sự tăng khả năng hấp thu K
+
là duy trì tốt
tỷ lệ cân bằng Na
+
/K
+
trong chồi. Tỷ lệ này được kiểm soát bởi hiệu quả gen cộng và
gen trội. Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối tương quan giữa số lượng muối được đi
vào rễ cây với nồng độ muối trên chồi. Sự tương quan này đã được xác định bởi mối
quan hệ giữa tốc độ sinh trưởng của chồi với sự di chuyển thực của những ion ngoài
chịu mặn nêu trên. Phản ứng của cây trồng đối với môi trường mặn rất phức tạp, là
tổng hợp của nhiều yếu tố riêng lẻ [66].
1.4.2. Nghiên cứu di truyền về giống lúa chống chịu mặn
1.4.2.1. Nghiên cứu di truyền số lượng về tính chống chịu mặn của cây lúa
Rất nhiều nghiên cứu cho rằng: yếu tố di truyền tính chống chịu mặn biến động
rất 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
ngay từ những thế hệ đầu những dòng không đáp ứng được yêu cầu của nhà 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 [25].
Bằng những thí nghiệm đánh giá tính chống chịu mặn giai đoạn mạ của cây lúa
trong dung dịch dinh dưỡng Yoshida có độ mặn tương đối cao (EC = 12 dS/m) trong
môi trường kiểm soát được các yếu tố ngoại cảnh, người ta thấy rằng, tính trạng chiều
dài chồi, hàm lượng Na và K ở trong chồi, khối lượng khô của chồi và rễ thể hiện sự
khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa giống chống chịu và giống nhiễm, tính trạng này
chủ yếu được điều khiển do hoạt động của một nhóm gen cộng tính. Hệ số di truyền
tính chống chịu thông qua các tính trạng này rất thấp [61].
Theo Mishra và cs (1990), trong giai đoạn trưởng thành của cây lúa, tính trạng
chiều cao cây, năng suất, trong điều kiện mặn được điều khiển bởi nhóm gen cộng tính
[42].
Do ảnh hưởng rất lớn của môi trường bên ngoài, sự thể hiện di truyền là rất
thấp trong các tính trạng. Bằng phương pháp lai diallel đầy đủ Gregorio và Senadhira
(1993) cho rằng: có thể tìm ra một số cặp lai tốt phục vụ cho chương trình ưu thế lai.
Nghiên cứu về di truyền số lượng tính chống chịu mặn thông qua lai diallel 6 x 6, năng
suất thể hiện hoạt động của một nhóm gen cộng tính không có ý nghĩa trong điều kiện
bình thường, nhưng trở nên có ý nghĩa trong điều kiện xử lý mặn. Năng suất lúa bị
giảm là do ảnh hưởng của mặn. Trong một số giống lúa, ưu thế hoạt động của gen
17
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
18
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
liên kết với QTL chống chịu mặn. Các cá thể tái tổ hợp mang allele từ Nona Broka ở
locus RZ323 và từ IR29 ở locus RG333 có kiểu hình sống sót lâu hơn trong môi
trường mặn so với những tổ hợp khác [61].
Bản đồ QTL (trên cơ sở AFLP và STS marker) cho thấy gen chủ lực điều
khiển tính trạng chống chịu mặn định vị trên nhiễm sắc thể số 1 (saltol). Bên cạnh gen
chủ lực, 3 QTL được ghi nhận có quan hệ với tính trạng hấp thu K cao, 4 QTL có quan
hệ với tính trạng hấp thu Na thấp và 3 QTL có quan hệ với tính trạng tỷ số Na/K thấp.
Những QTL này định vị trên nhiễm sắc thể số 1, 3, 4, 10 và 12 [14, 23, 33].
Kawasaki và cs (2001) đã sử dụng kĩ thuật microarray để theo dõi sự thể hiện
của phân tử transcript và từng quá trình thể hiện gen điều khiển tính chống chịu mặn
trong cây lúa. Trên cơ sở thư viện cDNA ly trích từ rễ lúa và bộ marker EST của hệ
gen cây lúa chống chịu mặn pokkali, người ta đã áp dụng kỹ thuật microarray để kiểm
soát những transcript trong việc so sánh với nghiệm thức không xử lý mặn, thời gian
thay đổi từ 15 phút đến 1 tuần lễ trong điều kiện gây mặn nhân tạo. Vật liệu được sử
dụng là giống lúa pokkali (chuẩn kháng) và giống IR29 (chuẩn nhiễm). Nhóm tác giả
này tập trung xem xét phản ứng đối với stress do mặn trong quần thể lai có 1782
transcript dẫn suất từ rễ của cây bị xử lý mặn (NaCl ở nồng độ 150mM). Kết quả này
cho thấy một tiến trình điều tiết gen chức năng với nhiều mức đồ khác nhau của
transcript. Trong giai đoạn đầu tiên, đáp ứng của IR29 chậm hơn so với pokkali. Sau
3-6 giờ xử lý mặn, mức độ phong phú của transcript thay đổi nhanh trong Pokkali, còn
IR29 có sự suy giảm trong vòng 3 giờ đầu gây nên cái chết của giống này ngay sau đó
[22].
1.5. Chỉ thị phân tử SSR và ứng dụng trong nghiên cứu, xác định gen
chống chịu mặn.
1.5.1. Chỉ thị phân tử SSR
Simple sequence repeat (SSR) là một trong những chỉ thị phân tử quan trọng
nhất. SSR marker được sử dụng rộng rãi trong dấu chuẩn phân tử ADN, lập bản đồ,
MAS, và trong những nghiên cứu về đá dạng di truyền và di truyền quần thể. SSR hay
Sự phát triển của marker phân tử và bản đồ gen cây lúa trong những năm gần
đây đã được ứng dụng vào mục đích xác định các QTL điều khiển tính chống chịu
mặn của cây, hiện diện trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Các nghiên cứu của
Gregorio (1997) và Niones (2004) đã lập được bản đồ gen rất chi tiết cho QTL
20
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
“Saltol” hiện diện trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40-65% tính chống
chịu mặn của lúa [26, 47].
Mohammadi và cs (2008) [43] thí nghiệm 33 SSR marker đa hình trên đoạn
Saltol của nhiễm sắc thể số 1 nhằm xác định mức độ liên kết và hữu dụng của các
marker này trong chọn giống chống chịu mặn. Các SSR marker này được dùng để thử
nghiệm trên 36 giống lúa được phân loại thành 5 nhóm: rất chống chịu, chống chịu,
chịu mặn trung bình, nhiễm mặn và rất nhiễm mặn qua thanh lọc mặn nhân tạo. Trong
số 33 marker, 6 marker: RM10745, RM1287, RM8094, RM3412, RM493 và RM140
liên kết chặt với đoạn Saltol ở vị trí 10.8-12.28 Mb. Đoạn Saltol được có thể nằm
trong vị trí có chứa các marker RM8094, RM3412, RM493. Các giống lúa: IR70023,
IR65858, IR69588, IR74105, IR71832, IR74099, Cherivirrupo và IR66946-3R-178-1-
1 (FL478) có sản phẩm PCR giống như sản phẩm PCR của Pokkali khi được nhân bản
bởi marker RM 8094 và cho tính chống chịu rất tốt hoặc tốt đối với mặn. Do đó,
marker RM8094 thể hiện liên kết thuận và chặt chẽ với tính kháng mặn ở giai đoạn
mạ. Mohammadi và cs (2008) càng khuyến cáo việc sử dụng hai marker RM8094 và
RM10745 trong xác định kiểu gen của cây lúa chống chịu mặn có mang đoạn QTL
Saltol trong các chương trình lai tạo giống lúa chịu mặn [43].
Hình 1.3. Đoạn gen Saltol trên nhiễm sắc thể số 1 của lúa, vị trí xác định
của các SSR marker [46]
Lang và cs (2001) đã sử dụng 74 chỉ thị RFLP kết hợp với 91 cặp mồi SSR trên
quần thể RIL F8 của tổ hợp lai Tenasai 2 / CB và đã lập được bản đồ QTL của một số
tính trạng mục tiêu liên quan đến hiện tượng chống chịu mặn ở cây lúa (Hình 1.4) [3].
21
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
22
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
nghiên cứu lúa trên thế giới [27].
Năm 1993, IRRI phát triển giống lúa IR66946, một giống lúa chống chịu mặn
khá tốt từ tổ hợp lai của Pokkali/IR29. Từ đó hướng lai tạo tập trung vào lai chuyển
gen chống chịu mặn từ Pokkali và một số giống lúa mùa địa phương có tính chống
chịu mặn bằng phương pháp hồi giao vào các nguồn giống lúa cao sản thích nghi với
từng vùng sinh thái trồng lúa riêng biệt [30]. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp
lai tạo truyền thống là mất nhiều thời gian. Thông thường thì 6-8 lần hồi giao cần
được thực hiện, tương đương với 3-4 năm lai tạo. Một khó khăn khác thường gặp
trong lai tạo giống mới là đôi khi có mối liên kết khá chặt chẽ giữa tính trạng chống
chịu mặn với các tính trạng xấu, không mong muốn, thường được lai chuyển vào con
lai cùng lúc. Các gen điều khiển tính trạng không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến
biểu hiện của con lai. Do đó, lai tạo cho tính trạng chống chịu mặn trong vài trường
hợp mất đến 10 hoặc 15 năm để phát triển một giống lúa mới [22].
Ngoài ra, việc lai tạo giống lúa chống chịu mặn còn gặp khó khăn do bản chất
đa gen của tính trạng chống chịu mặn. Biểu hiện tính chống chịu mặn của một giống
lúa bị ảnh hưởng rất lớn của điều kiện ngoại cảnh. Theo Islam (2004) thì hệ số di
truyền của tính chống chịu mặn thấp (<19,18%), nên tính chống chịu mặn của các
dòng con lai thường không cao như bố me có gen sẵn có [31].
Để khắc phục một phần nhược điểm của phương pháp lai tạo truyền thống,
người ta kết hợp với các phương pháp sinh học phân tử.
Xu và cs (1996) đã chuyển gen hvaI của lúa mạch vào giống lúa Nipponbare.
Cây lúa chuyển gen và không chuyển gen sau 3 tuần tuổi được xử lý mặn 2 vòng: lần
đầu với 200 mM NaCl trong 10 ngày, tiếp theo là không xử lý mặn 10 ngày; lần hai xử
lý mặn 30 ngày với 50 mMNaCl. Tác giả ghi nhận là cây lúa chuyển gen có tốc độ
sinh trưởng và phục hồi tốt hơn cây lúa không chuyển gen khi bị xử lý mặn và không
xử lý mặn [65].
Jang và cs (2003) đã chuyển gen trehalose 6-phosphate synthase và trehalose
6-phosphate phosphatase dưới sự kiểm soát của promoter ubiquitine của bắp, đã làm
số giống lúa địa phương vùng đồng bằng ven biển Bắc Bộ. Kết quả gây đột biến nguồn
Coban (Co60) đã cho ra những biến dị có lợi cho chọn giống. Các giống lúa CM1,
CM5, là những giống tạo ra cho vùng mặn, kết hợp được những đặc tính chống chịu
mặn, kháng đổ ngã, kháng bệnh và cho năng suất cao [2].
24
Luận văn thạc sỹ Bùi Văn Hiệu
Ngô Đình Thức (2006) cũng đã ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và nuôi cấy túi
phấn trong chọn tạo giống lúa chịu mặn đạt được kết quả khả quan. Tác giả tạo được 8
dòng biến dị soma từ OM576, IR64, Basmati và VD20 có khả năng chống chịu mặn ở
cấp 5 khi thanh lọc ở giai đoạn mạ với EC = 12 dS/m [13].
Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2009 đến nay đã bước đầu tìm 30
dòng lúa có triển vọng chịu mặn là những dòng lúa kế thừa, được phát hiện chịu mặn
qua nhiều lần thanh lọc trong phòng thí nghiệm và nhà lưới. Một số giống lúa mới của
Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long xác định có khả năng kháng mặn khá cao như:
OM6976, OM6677, OM5464, OM5629, OM5166, OM 5451, OM 4059 và OM 6164
đã và đang được khảo nghiệm ở một số tỉnh như Sóc Trăng, Kiên Giang, Bến Tre, Bạc
Liêu. Kết quả khảo nghiệm ban đầu ghi nhận khá khả quan, trong đó giống lúa
OM5464 đang được đề nghị nhân rộng và trình Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận
là giống lúa sản xuất thử trong năm 2010. Hai giống OM6976 và OM5166 đang được
tiếp tục khảo nghiệm, xác định biện pháp kỹ thuật thích hợp để tăng tính chịu mặn và
năng suất của giống. Hai giống lúa mới này dự kiến xin công nhận trong năm 2011.
25
Copyright: Tài liệu đại học ©