Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HỒ THANH TUẤN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THÍCH ỨNG
VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA
MANG GEN SUB-1 TẠI LƢU VỰC SÔNG SÒ
TỈNH NAM ĐỊNH
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 44 03 01
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số: 60 44 03 01
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Hùng Lĩnh
TS. Hoàng Văn Hùng
Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc
thực hiện nghiên cứu đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều
được chỉ rõ nguồn gốc.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng năm 2014
Học viên
Hồ Thanh Tuấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu tổng quát nghiên cứu 2
3. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu 2
4. Yêu cầu đề tài 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 3
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. Biến đổi khí hậu và xây dựng mô hình ứng phó với Biến đổi khí hậu 4
1.1.1 Biến đổi khí hậu 4
1.1.2 Ứng phó với biến đổi khí hậu: thích ứng và giảm nhẹ 7
1.1.3 Cơ sở dữ liệu xây dựng mô hình ứng phó với Biến đổi khí hậu 9
1.2 Cơ sở trong chọn giống lúa mang gen chịu ngập sub-1 13
1.3. Các công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên quan mặt
thiết đến đề tài 16
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 22
Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 27
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 27
3.3.1 Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu ngập trong điều kiện nhân tạo 57
3.3.2 Đánh giá một số tính trạng nông sinh học chính của các cá thể lựa chọn
được trong quần thể BC
3
F
2
60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
1. Kết Luận 67
2. Kiến nghị 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 70
1. Tiếng việt 68
2. Tiếng anh 71
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
v
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TẮT
GIẢI NGHĨA
BĐKH
: Biến đổi khí hậu
TNMT
: Tài nguyên Môi trường
Sub 1
: Submergence 1
CSDL
: Cơ sở dữ liệu
GIS
Bảng 1.1: Vật liệu nghiên cứu thí nghiệm 27
Bảng 3.1: Lượng mưa lớn nhất ngày thực đo trong các nhóm ngày đặc
trưngTrạm Văn Lý, Hải Hậu tỉnh Nam Định 37
Bảng 3.2: Tổng hợp các yếu tố khí hậu - trạmVăn Lý, Hải Hậu - Nam Định 38
Bảng 3.3: Mực nước bình quân 7 chân triều cao liên tục theo các tần suất P%
tại trạm Trực Phương 40
Bảng 3.4: Mực nước biển dâng theo kịch bản B1 đến năm 2100 (Cm) 42
Bảng 3.5: Hệ số nhám của sông Sò bao gồm các nhánh và các vị trí 50
Bảng 3.6: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ngập lụt trong mùa mưa 56
Bảng 3.7: Đánh giá khả năng chịu ngập của các cá thể sau 10 ngày xử lý ngập tại
Viện Di truyền Nông Nghiệp theo thang điểm của Suprihatno, 1980 59
Bảng 3.8: Đặc điểm nông sinh học các dòng Bắc Thơm mang gen chịu ngập
Sub1 trồng trình diễn tại Giao Thủy, Nam Định xuân 2014 61
Bảng 3.9: Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất các dòng Bắc thơm mang gen
chịu ngập Sub-1 trồng trình diễn tại Giao Thủy Nam Định xuân 2014 62
Bảng 3.10: Đặc điểm nông sinh học các dòng KD/PSB-RC-68 mang gen chịu
ngập Sub1 trồng trình diễn tại Giao Thủy, Nam Định xuân 2014 63
Bảng 3.11: Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất các dòng Khang dân mang
gen chịu ngập Sub-1 trồng trình diễn tại Giao Thủy Nam Định xuân 2014 65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Giảm nhẹ và thích ứng luôn song hành và bổ trợ cho nhau 8
Hình 1.2: Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý 10
Hình 1.3: Cấu trúc mô hình mike 11 11
Hình 1.4: Bản đồ vị trí của gen Sub1 và các chỉ thị phân tử liên kết với nó 14
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại
trong thế kỷ 21. Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống
và môi trường trên phạm vi toàn thế giới. Sự thay đổi khí quyển với hiệu ứng nhà
kính, nhiệt độ của khí quyển ấm dần lên, băng tan ở hai cực làm mực nước biển
dâng gây ngập lụt, ảnh hưởng đến nông nghiệp và gây rủi ro lớn đối với công
nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tương lai (Phạm Khôi Nguyên,
2009)[8].
Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia bị tác động mạnh mẽ
nhất bởi biến đổi khí hậu; Nếu mực nước biển dâng 1m, sẽ có khoảng 11% diện tích
đồng bằng sông Hồng và 3% diện tích của các tỉnh khác thuộc vùng ven biển bị
ngập, khoảng 10-12% dân số Việt Nam bị ảnh hưởng trực tiếp và tổn thất khoảng
10% GDP (Nguyễn Hữu Thắng, 2010)[9]. Tác động của biến đổi khí hậu đối với
Việt Nam là rất nghiêm trọng, là nguy cơ hiện hữu cho mục tiêu xóa đói giảm
nghèo, cho việc thực hiện các mục tiêu thiên niên kỷ và sự phát triển bền vững của
đất nước (Phạm Sóng Hồng, 2013)[6].
Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây trồng quan trọng nhất 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, chiếm
khoảng 50% tổng sản lượng gạo thương mại trên thế giới (số liệu tính đến năm
2009) (Tạ Quang Lĩnh, 2010)[7]. Mực nước biển dâng cao làm giảm lưu lượng
dòng chảy của các con sông, thậm chí ngay cả tại các nơi xa bờ biển (Tạ Quang
Lĩnh, 2010)[7]. Do vậy, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh hưởng do hậu
quả của ngập chìm vào cuối thế kỷ. Việc đưa ra các chiến lược thích nghi ứng phó
với sự biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng cho vùng đồng bằng Sông Hồng có
tính chất quyết định đối với nền kinh tế và an ninh lương thực Việt Nam, góp phần
đảm bảo an ninh lương thực thế giới.
và các khu vực khác có điều kiện tương tự.
4. Yêu cầu đề tài
- Thu thập đầy đủ các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, và các số
liệu thuộc tính khác (diện tích, thủy văn, bản đồ nền, )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
3
- Thu thập và thừa kế một số giống lúa thuần trồng phổ biến tại vùng đồng
bằng sông Hồng và các dòng lúa chọn tạo mang gen chịu ngập Sub-1.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
* Ý nghĩa khoa học:
- Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học: Giúp cho học viên có cơ hội
tiếp cận với cách thức thực hiện một đề tài tốt nghiệp Th.S theo hướng nghiên cứu
khoa học, vận dụng được những kiến thức đã học vào thực tế.
* Ý nghĩa thực tiến:
- Hiểu biết thêm thông tin về biến đổi khí hậu trong thời gian tới tại Việt Nam, xây
dựng được diến biến Biến đổi khí hậu tại khu vực nghiên cứu.
- Đánh giá khả năng chịu ngập của một số giống lúa bản địa và một số dòng
lúa mang gen Sub-1 chịu ngập đáp ứng được nhu cầu về giống, đặc biệt các tỉnh
đồng bằng châu thổ sông Hồng Việt Nam, nơi chịu ảnh hưởng lớn của biến đổi
khí hậu.
Ghi nhận rằng phần lớn nhất phái thải cá khí nhà kính toàn cầu trong lịch sử và
hiện tại bắt nguồn từ nước phát triển, rằng sự phát thải theo đầu người ở các nước
đang phát triển còn tương đối thấp và rằng phần phát thải toàn cầu bắt nguồn từ các
nước đang phát triển sẽ tăng đáp ứng các nhu cầu phát triển và xã hội của mình.
Nhận thức về vai trò và tầm quan trọng trong các hệ sinh thái biển và đất liền
của các bể hấp thụ và bể chứa các khí nhà kính.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
5
Ghi nhận rằng có nhiều sự không chắc chắn trong các dự báo về thay đổi khí
hậu đặc biệt đối với thời hạn, đại lượng và các sơ đồ khu vực của chúng.
Thừa nhận rằng tính chất toàn cầu của sự thay đổi khí hậu kêu gọi sự hợp tác
rộng lớn nhất có thể được của tất cả các nước và sự tham gia của họ vào sự ứng phó
quốc tế thích hợp và có hiệu quả, phù hợp với những trách nhiệm chung như có phân
biệt và các khả năng tương ứng cùng các điều kiện kinh tế và xã hội của mỗi nước.
Nhắc lại những điều khoản thích hợp của tuyên bố của Hội nghị Liên Hợp
Quốc về môi trường coả loài người, đã được thông qua ở Stốckhôm vào ngày 16
tháng 6 năm 1972.
Cũng nhắc lại rằng các quốc gia, phù hợp với Hiến chương của Loài người và
những nguyên tắc của luật quốc tế, có chủ quyền khai thác những tài nguyên của
mình theo các chính sách về môi trường và phát triển của mình và có trách nhiệm
bảo đảm rằng các hoạt động trong phạm vi quyền tài phán hoặc kiểm soát của mình
không gây ra tổn hại đối với môi trường của các nước khác hoặc các khu vực vượt
quá giới hạn quyền tài phán quốc gia.
Khẳng định lại nguyên tắc chủ quyền của các quốc gia trong hợp tác quốc tế
để đối phó với thay đổi khí hậu.
Nhận thức rằng các quốc gia phải ban hành luật môi trường có hiệu quả rằng
các tiêu chuẩn về môi trường các mục tiêu quản lý và các ưu tiên cần phải phản ánh
hoàn cảnh môi trường và phát triển của các điều đó áp dụng vào và rằng các tiêu
thể tự chúng được biện minh về mặt kinh tế và cũng có thể giúp giải quyết các vấn
đề môi trường khác.
Cũng nhận thấy sự cần thiết của các nước phát triển có hành động trực tiếp
theo một phương pháp mềm dẻo trên cơ sở những ưu tiên rõ ràng, như là một bước
đầu tiên tiến tới những ưu tiên rõ ràng, như là một bước đầu tiến tới những chiến
lược đối phó toàn diện ở các mức toàn cầu, quốc gia và nơi được thoả thuận ở các
khu vực mà có tính đến tất cả các khí nhà kính, có xem xét hích đáng đến những
đóng góp tương ứng của chúng vào việc tăng cường hiệu ứng nhà kính.
Nhận thấy nữa rằng các nước đất thấp và đảo nhỏ khác, các nước có ven bờ
thấp các vùng khô cằn và nửa khô cằn hoặc các vùng dễ bị lụt, hạn và sa mạc hoá,
và các nước đang phát triển với hệ sinh thái vùng núi mòng manh là đặc biệt bị
những ảnh hưởng nguy hại của sự thay đổi khí hậu.
Nhận thấy những khó khăn đặc biệt của những nước nhất là các nước đang
phát triển có các nền kinh tế đặc biệt phụ thuộc vào việc sản xuất, sử dụng và xuất
khẩu nhiên liệu hoá thạch, do hậu quả của hành động được tiến hành nhằm hạn chế
sự phát thải khí nhà kính.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
7
Khẳng định rằng những ứng phó đối với thay đổi khí hậu phải được phối hợp
với sự phát triển kinh tế và xã hội một cách tổng hợp nhằm tránh những tác động có
hại cho sự phát triển này tính đến một cách đầy đủ những nhu cầu chính đáng cần
được ưu tiên của các nước đang phát triển nhằm đạt được sự tăng trưởng kinh tế bền
vững và trừ tiệt nạn nghèo khổ.
Nhận thấy rằng tất cả các nước đang phát triển cần có quyền sử dụng tài
nguyên cần thiết để đạt tới sự phát triển lâu bền về nền kinh tế và xã hội và để các
nước đang phát triển tiến tới mục tiêu đó, việc tiêu thụ năng lượng của họ sẽ cần
được tăng tính đến những khả năng đạt tới hiệu suất năng lượng lớn hơn và kiểm
soát sự phát thải khí nhà kính nói chung, bao gồm thông qua việc áp dụng các công
tăng cường năng lực đối phó, quản lý và giảm rủi ro do tác động của khí hậu tới
cuộc sống cũng như sinh kế của người dân.[1]
Mối quan hệ giữa thích ứng và giảm nhẹ
Thích ứng và giảm nhẹ là hai mặt của một nhiệm vụ chung là ứng phó với
BĐKH có quan hệ chặt chẽ và bổ trợ cho nhau. Nếu làm tốt công tác giảm nhẹ, đặc
biệt là nếu các nước công nghiệp giảm bớt việc sử dụng nhiên liệu hoá thạch ,giảm
bớt phát thải KNK ở nhiều lĩnh vực khác,có thể hạn chế được sự nóng lên của trái
đất, khí hậu sẽ bớt khắc nghiệt và tình trạng tổn thương của các khu vực sẽ được
giảm nhẹ. Điều này đồng nghĩa với công tác thích ứng dễ dàng hơn và chi phí cho
thích ứng có thể giảm xuống (hình 1.1).
Hai hướng chiến lược cần thiết để đối phó với BĐKH:
Thích ứng: Tác động tiêu cực của các yếu tố khí hậu được giảm xuống bằng
các biện pháp giảm thiểu những mặt trái,tận dụng những mặt có lợi của chúng.
Giảm nhẹ: Loại trừ nguyên nhân gây ra BĐKH bằng cách giảm phát thải khí
nhà kính [1].
.
Hình 1.1. Giảm nhẹ và thích ứng luôn song hành và bổ trợ cho nhau
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
9
1.1.3 Cơ sở dữ liệu xây dựng mô hình ứng phó với Biến đổi khí hậu
1.1.3.1. Khái niệm
Một cơ sở dữ liệu là tập hợp các thông tin của đối tượng cần quản lý, được lưu
trữ trong các máy tính, được nhiều người sử dụng và cách tổ chức của nó được chi
phối bằng một mô hình. (Ngô Thị Hồng Gấm, 2009)[5].
1.1.3.2. Các tiêu chuẩn của một cơ sở dữ liệu
- Không dư thừa thông tin: Thông tin khi thu thập có thể lấy ở nhiều nguồn
khác nhau, vì vậy cần phải loại bỏ thông tin dư thừa trước khi xây dựng CSDL.
Có hai dạng dư thừa thông tin:
và lưu trữ các đối tượng.
Định nghĩa theo sự trợ giúp và ra quyết định: GIS có thể coi là một hệ
thống trợ giúp việc ra quyết định, tích hợp các số liệu không gian trong một cơ
chế thống nhất.
Nói tóm lại theo BURROUGHT: “GIS như là một tập hợp các công cụ cho
việc thu nhập, lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất không gian
từ thế giới thực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ các mục đích cụ thể”.
Hình 1.2: Sơ đồ khái niệm về một hệ thống thông tin địa lý
+ Các thành phần cơ bản của một Hệ thống thông tin địa lý
Một hệ thống thông tin địa lý bao gồm những thành phần cơ bản sau:
- Phần cứng: bao gồm máy tính điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và các
thiết bị ngoại vi.
- Phần mềm: cung cấp công cụ và thực hiện các chức năng:
S húa bi Trung tõm Hc liu
11
+ Thu thp d liu khụng gian v d liu thuc tớnh t cỏc ngun thụng tin
Hỡnh 1.3: Cu trỳc mụ hỡnh mike 11
Dòng chảy mặt n-ớc m-a
Thuỷ Động Lực
Tải Khuếch tán
Chất l-ợng n-ớc
L-u chuyển chất lắng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
12
Mike 11 mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa
sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác. Mike 11 là
công cụ lập mô hình động lực một chiều, thân thiện với người sử dụng nhằm phân
tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản
và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc
độ, Mike 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài
nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch. Mô đun mô
hình thuỷ động lực (HD) là một phần trung tâm của hệ thống lập mô hình Mike 11
và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán,
chất lượng nước và các mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun Mike 11 HD giải các
phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động
lượng (phương trình Saint Venant).
Các ứng dụng liên quan đến mô đun Mike 11 HD bao gồm:
+ Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
+ Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ
+ Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt
+ Thiết kế các hệ thống kênh dẫn
+ Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông
A
Q
2
) + gA
x
h
+ g
RA
2
C
|Q|Q
= 0
Trong đó:
Q: Lưu lượng dòng chảy qua mặt cắt (m
3
/s)
: Hệ số động năng
A: Diện tích mặt cắt ướt (m
2
)
: Hệ số phân bố lưu tốc .
x: Không gian dọc theo chiều dòng chảy (m)
g: Gia tốc trọng trường g= 9.81 m/s
2
t: Thời gian tính toán (s)
C: Hệ số Sê-di
q: Lưu lượng nhập lưu
R: Bán kính thủy lực
1.2 Cơ sở trong chọn giống lúa mang gen chịu ngập sub-1
của Ấn Độ Swarna tạo ra giống chịu ngập hoàn toàn mang tên Swarna – Sub1. Đây
là giống năng suất cao, ngon cơm, chống sâu bệnh và có thể “ngủ” đến 3 tuần trong
điều kiện ngập lụt. Giống lúa này chính thức công bố vào tháng 8/2009, bắt đầu
triển khai trồng ở miền Đông Ấn Độ với 100.000 hộ dân, hiện nay đã được trồng
trên 12 triệu ha trên tổng số 44 triệu ha diện tích trồng lúa nước này. Bangladesh
một đất nước ngập lụt thường xuyên vào mùa mưa bão thì giống Swarna –Sub1 gieo
trồng phổ biến hơn với tên địa phương là BRRI dhan51.
Sub1 được xem là gen quy định tính chịu ngập ở lúa, các nghiên cứu cho
thấy những giống lúa sở hữu gen Sub1 đều thể hiện tính chịu ngập rất tốt trong
điều kiện cây lúa bị ngập chìm từ 10 -20 ngày. Gen này đã được Xu et al.,
(2006) lập bản đồ phân tử định vị trên NST số 9 (hình 1.4) liên kết chặt với 2 chỉ
thị phân tử: ART5 và SC3.
Hình 1.4: Bản đồ vị trí của gen Sub1 và các chỉ thị phân tử liên kết với nó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
15
Chỉ thị ART5Chỉ thị SC3
1.2.2 Phương pháp chọn giống ứng dụng chỉ thị phân tử kết hợp với lai trở lại
(MABC – Marker Assisted Backcrossing)
MABC (Marker Assisted Backcrossing) là phương pháp thiết thực, hiệu quả
trong việc chuyển locus gen quy định tính trạng di truyền số lượng (QTL) hay gen
vào giống mới. Phương pháp MABC cho phép rút ngắn quá trình chọn lọc, chọn lọc
được những tính trạng khó trong cùng một lúc.
Chọn giống bằng MABC là kỹ thuật hiệu quả giảm được giá thành và thời
gian so với chọn giống truyền thống. Nó cho phép chọn lọc trực tiếp hệ gen của
từng cá thể trong quần thể. Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử có thể sử dụng một lượng
lớn chỉ thị để kiểm tra di truyền của dòng bố mẹ.
cứu này tác giả đã giảm được 9% sai số so với các phương pháp truyền thống (Nguyễn
Ngọc Thạch, 2009)[10].
1.3.1.2. Chọn giống lúa chịu ngập ứng phó Biến đổi khí hậu
Nghiên cứu tính chịu ngập của cây lúa đã được tiến hành từ rất sớm, công
trình nghiên cứu của Xu và Mackill (1995) đã phát hiện được gen mục tiêu điều
khiển tính chống chịu ngập và đã được phân lập. Các tác giả này đã tìm thấy gen
Copyright: Tài liệu đại học ©