Nghiên cứu cải tiến tính chịu ngập của giống lúa AS996 bằng chỉ thị phân tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM  NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN TÍNH CHỊU NGẬP CỦA GIỐNG LÚA AS996 BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM      NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN TÍNH CHỊU NGẬP CỦA GIỐNG LÚA AS996 BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ Chuyê : Di truyền Chọn ngiống trồng ngành : 96 20 111 Mã số LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NG ƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HÀ NỘI 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tồn số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa sử dụng để cơng bố cơng trình nghiên cứu để nhận học vị, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận án i năm 2022 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS TS (Nguyên Viện trưởng - Viện Di truyền Nơng nghiệp), (Trưởng Phịng Giám định Sinh vật Sản phẩm Biến đổi gen - Viện Di truyền Nơng nghiệp) tận tình, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, tập thể Lãnh đạo Cán Ban đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện thuận lợi suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn Tập thể cán Bộ mơn Sinh học Phân tử, Phịng Giám định Sinh vật Sản phẩm Biến đổi gen (Viện Di truyền Nông nghiệp) Bộ môn Chọn tạo Giống lúa (Viện Lúa Đồng Sông Cửu Long) – nh ững nơi tơi thực nội dung đề tài luận án, giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến q báu q trình thực hoàn thành luận án Hoàn thành luận án cịn có động viên, khuyến khích giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp gia đình Tất giúp đỡ tình cảm quý báu nguồn động lực lớn giúp tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Mặc dù thân cố gắng hoàn thành luận án phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận cảm thơng tận tình bảo q Thầy Cơ bạn Tôi xin chân thành cảm ơn / Hà Nội, ngày tháng Tác giả luận án ii năm 2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài 2 Mục tiêu chung………………………………………………………………… 2 Mục tiêu cụ thể………………………………………………………… Những đóng góp luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học…………………………………………………………………3 Ý nghĩa thực tiễn…………………………………………………………………4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu……………………………………………… Phạm vi nghiên cứu………………………………………………………………4 Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1 ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP 111 Ảnh hưởng BĐKH đến sản xuất nông nghiệp giới…………………………………………………………………………… 112 Ảnh hưởng BĐKH đến sản xuất nông nghiệp Việt Nam……………… 113 Ảnh hưởng ngập lụt đến sản xuất lúa gạo Việt Nam………………… 11 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ TÍNH CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA 14 Một số đặc điểm hình thái, sinh lý, hóa sinh giải phẫu liên quan đến tính chịu ngập lúa………………………………………………… 15 1 Đặc điểm hình thái 15 2 Đặc điểm sinh lý, sinh hóa 16 Đặc điểm giải phẫu 19 2 Cơ chế di truyền giai đoạn ngập……………………………………… 20 2 Ngập hoàn toàn (ngập lũ) 20 2 Ngập úng trung bình 25 2 Ngập úng sâu 25 2 Ngập xen kẽ 27 PHƯƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ KẾT HỢP LAI TRỞ LẠI (MABC) VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG 27 Chỉ thị phân tử (CTPT)……………………………………………………… 27 Phương pháp chọn giống MABC…………………………………………… 28 133 Ứng dụng CTPT chọn tạo giống trồng giới…………………………………………………………………………… 31 iii 134 Ứng dụng CTPT chọn tạo giống trồng Việt N … … … … … … … … … … … … … … N H Ữ N G N G H Ê N C Ứ U Ứ N G D Ụ N G C H T H P H ÂN TỬ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP 36 141 Những nghiên cứu ứng dụng CTPT chọn tạo giống chịu ngập giới…… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… … 36 142 Những nghiên cứu ứng dụng CTPT chọn tạo giống lúa chịu ngập Việt Nam… ……… ……… ……… ……… ……… …………… 42 23 …………… THỜI 37 KẾTGIAN, LUẬN ĐỊA RÚT RAĐIỂM NGHIÊ TỪ PHẦN N CỨU TỔNG 42 QUAN PHƯƠN 39 Chương 2G PHÁP NGHIÊ 41 VẬT N CỨU LIỆU, 43 Đánh NỘI DUNG giá nguồn vật liệu VÀ khởi đầu PHƯƠNG PHÁP phục vụ NGHIÊNcông tác cải CỨU tiến giống lúa chịu 41 VẬTngập……… LIỆU ………… NGHIÊN………… CỨU ………… ………… 41 1 Vật………… liệu khởi……… 43 đầu……… 1 Đánh …………… giá nguồn vật …………… liệu …………… ……… 43 Đánh 41 giá vật liệu bố 2 Các vật liệu mẹ chọn tạo giống lúa khác……… chịu ngập …………… 45 …………… Đánh …………… giá xác định …… CTPT 12 42 2 NỘInhiễm sắc thể DUNG cho đa hình NGHIÊNgiữa hai giống CỨU IR64-Sub1 AS996 làm bố mẹ tro ng qu ần thể lai 45 242 Lai tạo chọn lọc cá thể lai mang locut gen chịu ngập Sub1 mang di truyề n giống nhận gen AS99 phươ ng pháp thị phân tử lai trở lại (MA BC) …… …… …… …………… ngập …………… số dòng/giống …………… lúa …………… hệ ……… 48 chọn giống Phương BC pháp lai hữu 49 tính, lai trở lại Đánh 48 giá số đặc điểmlọc nông 2 Chọn cá thểsinh học lai tiềm mang locut gennăng chịu ngậpnăng Sub1suất mang dòng/giống di truyền số giống triển vọng nhận gen lúa AS996 từ hệ thị phân tử SSR BC 49 BC Đánh 50 giá khả 3 Đánh chịu ngập,giá đặc tính chịu ngập, so sánh điểm nông giống lúa sinh học tiềm năngtrong điều suấtkiện thường m sdlvt hc điều kiện ngập ộốòúọr ệh 52 tnano ọ g gn n /t g gr iv ii c ốểá nnc g t h ế giống……… …………… …………… …………… …………… …………… …… 49 Đánh giá khả chịu 4 Khảo nghiệm sản xuất khảo nghiệm tác giả giống OM351 (AS996Sub1)……………………………………………………………………………… 54 4 Khảo nghiệm sản xuất hệ thống khảo kiểm nghiệm giống sản phẩm trồng quốc gia 54 4 Khảo nghiệm tác giả giống lúa OM351 55 Phương pháp phân tích số liệu……………………………………… 56 246 Tóm tắt q trình chọn tạo giống lúa AS996 chịu ngập (OM351)…………………………………………………………………………… 57 Chương 60 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 60 ĐÁNH GIÁ NGUỒN VẬT LIỆU, CHỌN GIỐNG LÀM BỐ MẸ VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ THỊ PHÂN TỬ ĐA HÌNH TRÊN 12 NHIỄM SẮC THỂ 60 1 Đánh giá nguồn vật liệu, chọn giống làm bố mẹ lai tạo quần thể……………………………………………………………………………………60 1 Đánh giá nguồn vật liệu 60 1 Kết đánh giá vật liệu bố mẹ chọn tạo giống lúa mang QTL Sub1………………………………………………………………………………64 Kết xác định CTPT 12 nhiễm sắc thể cho đa hình hai giống IR64Sub1 AS996 làm bố mẹ quần thể lai……………………………………… 68 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KIỂU GEN, CHỌN LỌC CÁ THỂ MANG LOCUT GEN SUB1 CHỊU NGẬP VÀ MANG NỀN DI TRUYỀN GIỐNG AS996 Ở CÁC THẾ HỆ LAI TRỞ LẠI 81 Kết phân tích kiểu gen chọn lọc cá thể mang locut gen chịu ngập Sub1 di truyền giống AS996 hệ F1 quần thể BC1F1………………… 81 2 Kết chọn lọc cá thể mang locut gen Sub1 chịu ngập di truyền giống AS996 quần thể BC2F1……………………………………………………… 86 3 Kết chọn lọc cá thể mang locut gen Sub1 chịu ngập di truyền giống AS996 quần thể BC3F1………………………………………… 91 Kết chọn lọc cá thể mang locut gen Sub1 chịu ngập đồng hợp tử……… 95 3 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU NGẬP, ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ NĂNG SUẤT CỦA MỘT SỐ DÒNG/ GIỐNG LÚA TRONG CÁC THẾ HỆ CHỌN GIỐNG 97 3 Kết đánh giá khả chịu ngập số dòng/giống lúa hệ chọn giống BC3F3…………………………………………………… 97 3 Đánh giá đặc điểm nông sinh học tiềm năng suất số dòng/giống lúa hệ chọn giống…………… 100 3 Kết đánh giá tính chịu ngập so sánh giống lúa AS996-Sub1 với giống AS996 điều kiện bình thường điều kiện ngập nhân tạo………………… 106 v KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM SẢN XUẤT VÀ KHẢO NGHIỆM TÁC GIẢ CỦA GIỐNG OM351 113 Kết khảo nghiệm giống OM351 hệ thống khảo nghiệm quốc gia phía Nam………………………………………………………………………… 113 Kết khảo nghiệm giống OM351 tác giả điều kiện sản xuất bình thường tỉnh đồng sông Cửu Long……………………… 119 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 132 Kết luận 132 Đề nghị …… 133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN…134 TÀI LIỆU THAM KHẢO … 135 A Tài liệu tiếng Việt 135 B Tài liệu tiếng Anh 138 PHỤ LỤC Danh sách thị phân tử SSR sử dụng nghiên cứu………156 PHỤ LỤC Một số hình ảnh trình thực đề tài 162 PHỤ LỤC Kết xử lý số liệu……………………………………………………169 vi NAM Error NAM*LAP Giong Error NAM*Giong Error NAM*LAP*Giong 12 2 0553 7477 2236 0646 3697 0 02763 45796 11181 01614 11414 24 1872 254 69 0001 Tota 14 4609 l6 Grand Mean 2256 CV(NAM*LAP) 12 95 CV(NAM*Giong) 43 CV(NAM*LAP*Gio ng) 47 Statist 4/20/2017 ix ,11:36:29 PM LSD AllPairwis e Compari sons Test of NSUAT for NAM*Gio ng NAM Gio MHomogeneous Groups ng eA DX1516 a OM3 DX1415 nAB 51 DX1516 AB OM3 HT15 26 ABC 51 DX1415 67 BC AS9 HT15 BCD 96 DX1516 CDE 73 D/C DX1415 DE 33 OM3 HT15 E 51 73 AS9 33 96 D/C 52 AS9 33 96 D/C 26 IR6 67 45 Sub 00 00 IR6 480 Sub 00 IR6 40 400 Sub 30 67 Comparisons of means for the same level of NAM Alpha 05 Standa rd Error for C C V C V Comparison Error term used: NAM*LAP*Gion g, 12 DF Comparisons of means for different levels of NAM Alpha 05 Standard Error for Comparison CCritical rValue for iComparison t i c a l 2758 6010 3905 9207 T V a l u e Error terms used: NAM*LAP and NAM*LAP*Giong There are groups (A, B, etc ) in which the means are not significantly different from one another Statistix 4/20/2017 11:35:51PM LSD AllPairwise Comparisons Test of NSUAT for NAM NAMMHomogeneous Groups eA DX1516 a DX1415 nA HT15 A 600 133 943 Alpha 05 Standard Error for Comparison 3190 Critical T Value 447 Critical Value for Comparison 7806 Error term used: NAM*LAP, Giong Me Homo DF an gene There are OM351 5ous no AS996 Grou D/C IR64-Sub1 ps significa 8A nt B pairwise C differenc es among the means 3 3 LSD AllPairwise Compariso ns Test of NSUAT for Giong 2 Alpha 0S t 0a 5n d a r d E r r o r f o r C o m p a r i s o n 175 Critical T Value 776 Critical Value for Comparison Error term used: NAM*Giong, DF All means are significantly different from one another Thí nghiệm Ngập ANOVA 1663 Sta tis tix 4/20/2017 , 11:39:14 PM Ana lys is of Var ian ce Tab le for NSU AT Sourc D SS MS eF 0 NAM 22 Error 60 NAM*L 26 AP4 0 0 17 Giong 2 77 Error 65 NAM*G iong Error NAM*L 59 29 AP*Gi 80 90 ong 81 40 0 0 0 7 4 Total 61 0719 F P 20 1353 80 0000 Grand Mean 2489 CV(NAM*LAP ) 86 CV(NAM*Gio ng) 99 CV(NAM*LAP *Giong) 81 Sta tis tix 4/20/2022 , 11:40:30 PM LSD AllPairwise Comparisons Test of NSUAT for NAM*Giong DX1415 OM351 NAM HT15 Gi OM351 on IR64-Sub1 DX1415 DX1415 g DX1516 IR64-Sub1 DX1516 OM IR64-Sub1 HT15HT15 35 DX1516AS996 D/C AS996 D/C AS996 D/C 4 3 1 Mean 8667 7800 6333 8200 7667 7000 4000 2067 0667 Homoge neous Groups A A A B B B C C C Comparisons of means for the same level of NAM Alpha 05 Standard Error for 0 Comparison Critical T Value 179 Critical Value for Comparison Error term used: NAM*LAP*Giong, 12 DF Comparisons of means for different levels of NAM Alpha 05 Standard Error for Comparison Critical T Value 238 Critical Value for Comparison Error terms used: NAM*LAP and NAM*LAP*Giong There are groups (A, B, etc ) in which the means are not significantly different from one another Statistix 2073 4516 1915 4286 4/20/2017, 11:39:53 PM LSD All-Pairwise Comparisons Test of NSUAT for NAM NA M DX 14 15 DX 15 16 HT 15 Mean Homogeneous Groups 3444 A 2689 A 1333 A Alpha 05 Critical T 447 Value Standard Error for Comparison Critical Value for Comparison 0897 2195 176 Error term used: NAM*LAP, DF There are no significant pairwise differences among the means LSD All-Pairwise Comparisons Test of NSUAT for Giong Giong OM351 IR64-Sub1 AS996 D/C Mean 7600 7622 2244 Homogeneous Groups A B C Alpha 05 Standard Error for Comparison Critical T Value 776 Critical Value for Comparison Error term used: NAM*Giong, DF All means are significantly different from one another 0611 1698 KHẢO NGHIỆM TÁC GIẢ Hè Thu 2016 ĐỒNG THÁP t-Test: Paired Two Sample for Means Mean Variance Observations Pearson Correlation Hypothesized Mean Difference df t Stat P(T