Chọn tạo giống lúa kháng bạc lá trong hệ thống lúa lai hai dòng

Báo cáo thực tập giáo trình A MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Cây lúa (Oryza Sativa L) trồng cung cấp nguồn lương thực quan trọng loài người, với 40% dân số giới sử dụng lúa gạo làm thức ăn có ảnh hưởng đến đời sống 65% dân số giới Ở Việt Nam, việc áp dụng thành tựu lúa lai có kết to lớn Năng suất lúa lai so với lúa thường tăng từ 20% trở lên diện tích lúa lai ngày tăng Trước 10 năm, Việt Nam xuất lượng lúa gạo lớn đứng thứ hai giới (FAO, 2006) Sản xuất lúa lai Việt Nam có nhiều cơng nghệ giống tạo Chọn tạo giống lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá” Bệnh bạc lúa( Xanthomonas oryzae) loại bệnh phổ biến gây tác hại nghiêm trọng hầu hết nước, trung bình giảm 6-60% suất, tăng tỷ lệ hạt lép Ở nước ta bệnh gây hại nghiêm trọng đặc biệt giống lúa lai Vì định hướng phát triển lúa lai nước ta chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc Chính chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Chọn tạo giống lúa kháng bạc hệ thống lúa lai hai dịng” 1.2 Mục đích - Nghiên cứu bệnh bạc giúp hiểu rõ tác hại bệnh bạc với lúa - Nghiên cứu gen kháng bệnh bạc lúa nhằm mục đích chuyển gen kháng bệnh vào giống lúa phương pháp truyền thống có hỗ trợ cơng nghệ sinh học - Chuyên gen vào dòng bố, mẹ làm vật liệu cho công tác chọn tạo giống lúa hệ thống lúa lai hai dòng B NỘI DUNG Báo cáo thực tập giáo trình I.CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BỆNH BẠC LÁ LÚA (Xanthomonas oryzae Pv.oryzae) I.1 Giới thiệu bệnh bạc lúa Bệnh bạc lúa (Bacterial leaf blight of rice) phát Fukuoka, Nhật Bản vào khoảng năm 1884 – 1885 Sau có báo cáo xuất bệnh nhiều nước khác nhau, đặc biệt Châu Á (Nhật Bản, Trung Quốc, Philippin), Bắc Châu Úc, Mỹ Latin; Trung Mỹ Caribê (1975); Pakistan (1976); … Hiện nay, bệnh gây hại phổ biến hầu trồng lúa giới Ở nước ta, bệnh gây hại từ lâu giống lúa mùa cũ, đặc biệt từ năm 1965 – 1966 tới có năm bệnh phá hại cách nghiêm trọng vùng đồng giống lúa nhập nội có suất cao vụ xuân vụ mùa Theo số liệu thống kê cục Bảo vệ thực vật, từ năm 19992003 diện tích lúa bị hại bệnh bạc gây nước 108.691,4 (miền Bắc 86.429,2 ha; miền Nam 22.262,2 ha), diện tích bị hại nặng 156,76 diện tích trắng 80 I.2 Triệu chứng bệnh bạc lúa Năm 1960, Goto rằng: vi khuẩn Xanthomonas oryzae Pv.oryzae gây triệu chứng điển hình bệnh bạc lúa nhiệt đới: bạc lá, héo xanh ( Kresek hay Wilt) vàng nhợt Những nghiên cứu nhà lưới chứng tỏ: tượng héo bạc khác cách rõ ràng độc lập Héo bạc triệu chứng ảnh hưởng ban đầu nhiễm bệnh, triệu chứng vàng nhợt ảnh hưởng sau Theo Lê Lương Tề Việt Nam, bệnh bạc lúa phát sinh phá hại suốt từ thời kỳ mạ đến chín có triệu chứng điển hình thời kỳ lúa ruộng từ sau đẻ - trỗ, chín sữa Báo cáo thực tập giáo trình Trên mạ, triệu chứng thể khơng đặc trưng lúa, dễ nhầm lẫn với triệu chứng khác Chủ yếu vi khuẩn hại mạ gây triệu chứng mút mép mạ vết dài ngắn khác màu xanh vàng nâu bạc, dễ bị khô Trên lúa, triệu chứng bệnh thể rõ hơn, biến đổi nhiều tuỳ theo giống lúa điều kiện bên ngồi nói chung vết bệnh có đặc điểm điển hình sau đây: - Vết bệnh mép lá, mút lan dần vào phiến lan thẳng xuống gân chính, số trường hợp vết bệnh có bắt đầu phiến - Vết bệnh lan rộng theo đường gợn sóng thẳng, mơ bệnh xanh tái, vàng lục, cuối cháy khơ có màu nâu xám - Thông thường ranh giới mô bênh với mô khỏe phiến rõ rệt., có giớ hạn theo đường gợn sóng vàng khơng vàng, có đường viền màu nâu sẫm, đứt quãng hay khơng đứt qng Có thể vào đặc điểm triệu chứng để phát bệnh Tuy nhiên nhiều vết bệnh cũ biến đổi nhiều theo giống điều bên ngoài, mạ nhầm lẫn với tượng khô đầu sinh lý I.3 Nguyên nhân gây bệnh bạc lúa I.3.1 Nguồn gốc bệnh bạc lúa Báo cáo thực tập giáo trình Khi xuất Nhật Bản, người ta cho bệnh có nguồn gốc sinh lý, đất chua gây nên Đến Takaishi (1908) Boukara (1911) tìm thấy vi khuẩn giọt dịch lây bệnh lại cho nguyên nhân gây bệnh giải đáp Vi khuẩn gây bệnh bạc nhiều tác giả nghiên cứu đặt nhiều tên khác nhau: Pseudomonas oryzae Uyeda et Ishiyama Phytomanas oryzae Magrou Xanthomonas campeitris p.v oryzae Xanthomonas kresek Schure Xanthomonas oryzae (Ishiyama) Dowson Hiện vi khuẩn biết đến với tên Xanthomonas oryzae Pv.oryzae (Ishiyama) I.3.2 Nguyên nhân gây bệnh I.3.2.1 Đ ặc điểm vi khuẩn bạc Vi khuẩn hình gậy hai đầu trịn, có lơng roi đầu, kích thước 12 x 0,5-0,9 µm, sống mơi trường có khuẩn lạc hình trịn, màu vàng sáp, rìa nhẵn, vi khuẩn nhuộm gram âm, khơng có khả khử NO 3, khơng có dịch hố gelatin, khơng tạo NH3, indol, có khả tạo H2S Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn sinh trưởng 26 – 30 oC, nhiệt độ tối thiểu – 5oC, tối đa 40oC Nhiệt độ gây chết 53oC 10 phút, sống phạm vi pH 5,7 – 8,5, thích hợp pH 6,8 – 7,2 Vi khuẩn xâm nhiễm qua thuỷ khổng, lỗ khí mút đặc biệt qua vết thương xây xát Khi tiếp xúc với bề mặt có màng nước ướt, vi khuẩn dễ Báo cáo thực tập giáo trình dàng di động tiến vào bên lỗ khí, qua vết thương mà sinh sản nhân lên số lượng qua bó mạch dẫn lan rộng Trong điều kiện mưa ẩm thuận lợi cho việc phát triển vi khuẩn, mặt bệnh tiết giọt keo vi khuẩn thông qua va chạm lúa nhờ mưa gió mà truyền lan tới lá, khác để tiến hành lây nhiễm lặp lại nhiều đợt sinh trưởng Cho nên loại bệnh có cự ly truyền nhiễm lây lan hẹp, song cịn tùy thuộc vào mưa gió, giơng bão xảy vụ mùa mà bệnh truyền lan với phạn vi khơng gian rộng, giọt keo vi khuẩn với số lượng nhiều, ngun nhân quan trọng làm bệnh sau đợt mưa gió vào cuối vụ lúa xuân suốt vụ mùa nước ta I.3.2.2 Nguyên nhân gây bệnh Về nguồn bệnh bạc lá, tác giả Nhật Bản cho nguồn bệnh tồn chủ yếu số cỏ dại họ Hoà thảo, nói cách khác số cỏ dại ký chủ phụ vi khuẩn X oryzae Ở nước ta phát thấy vi khuẩn hại lúa ký chủ cỏ dại, tàn dư rơm rạ bệnh, lúa chét, cỏ môi, cỏ lồng vực, cỏ gừng bị,…(Lê Lương Tề, 1980) Mỗi vùng khác có khác thành phần số lượng chủng X.oryzae: Nhật Bản xác định chủng, Philippine xác định chủng, Indonesia xác định chủng, miền Bắc Việt Nam xác định chủng với nhiều Isolates Về ngun nhân gây bệnh kể đến sơ nguyên nhân sau: - Một số giống mẫn cảm với bệnh bạc số giống tạp giao số giống chất lượng Báo cáo thực tập giáo trình - Do thời tiết nóng ẩm, mưa to gió lớn xảy thời kỳ lúa cần quang hợp cao - Do biện pháp canh tác làm đất, lúa nhiễm bệnh vàng sau lập thu, bón thêm phân cấp cứu vàng lá, lúa lớp rễ phát triển non nên gặp mưa dông dễ nhiễm bệnh bạc - Bệnh thường mẫn cảm với lượng đạm dư lá, ruộng bón đạm nhiều, bón muộn, bón lai rai, bón khơng cân đối giữ đạm, lân kaly, ruộng trũng hẩu dồn đạm cuối vụ, biện pháp thâm canh gieo cấy, chăm bón khơng kỹ thuật I.3.3 Tác hại bệnh bạc lá: - Giảm diện tích quang hợp - Giảm khối lượng 1000 hạt - Tăng tỷ lệ hạt lép - Giảm 20- 50% suất I.3.4 Con đường xâm nhập Báo cáo thực tập giáo trình Báo cáo thực tập giáo trình I.4 Cơ sở khoa học chọn giống kháng bệnh bạc lúa Theo Viện bảo vệ thực vật cải tiến chế độ canh tác như: sử dụng phân bón hợp lý, đảm bảo thời vụ gieo cấy, chế độ nước tưới hợp lý sử dụng giống chống chịu coi biện pháp có hiệu lực phịng chống bệnh Trong việc sử dụng giống chống chịu coi biện pháp hàng đầu có hiệu để phịng trừ bệnh bạc lúa Bạc lúa xuất tất vùng trồng lúa giới Tuy nhiên hình thức sinh sản đơn giản vi khuẩn bạc chịu ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh dẫn đến cấu trúc di truyền thay đổi, từ tạo nhiều bệnh tồn đồng ruộng Nguyên nhân dẫn đến thay đổi cấu trúc di truyền vi khuẩn là: - Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật không hợp lý, người nông dân thiếu hiểu biết sử dụng loại thuốc với liều lượng lớn liên tục ruộng sản xuất, làm cho vi khuẩn lúc đầu bị tiêu diệt sau chúng trở nên nhờn thuốc hình thành nịi kháng lại loại thuốc - Công tác nhập nội giống trồng thực hậu kiểm dịch không chặt chẽ làm cho vi khuẩn tồn hạt giống di chuyển từ vùng sang vùng khác, tạo đa dạng nòi gây khó khăn khơn lường - Hình thức canh tác đa dạng trồng nhiều giống lúa khác (bao gồm lúa thường lúa lai) vùng rộng lớn trồng lúa tạo môi trường ký chủ phong phú, điều kiện hình thành nên nhiều nịi vi khuẩn Ngồi ra, điều kiện thời tiết thay đổi với diễn biến phức tạp nguyên nhân gây tượng Do vậy, việc chọn giống chống bệnh bạc khó Những năm 80 kỷ XX, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế xác định chất di truyền tính chống bệnh gen quy định Điều khẳng định Báo cáo thực tập giáo trình chắn nhờ vào nghiên cứu nhà khoa học kỹ thuật đại Tính kháng trồng khả làm giảm sinh trưởng phát triển ký sinh sau có tiếp xúc ký sinh với ký chủ khởi phát Trong tính kháng trồng có tính kháng dọc (kháng chun nịi) đơn gen kiểm sốt tính kháng ngang (kháng nhiều nịi) đa gen định Giải thích chế kháng, Flor (1956) đưa thuyết “gen đối gen”: gen quy định tính kháng ký chủ có gen đặc thù quy định tính gây bệnh ký sinh, trước hay sau thắng gen ký chủ trồng tiếp tục tiến hoá Khi nghiên cứu bệnh bạc người ta nhận thấy tượng ban đầu giống biểu tính kháng tốt vùng trồng sau vài năm giống lại trở nên nhiễm bệnh - người ta gọi phá vỡ tính kháng (breakdown of resistance) giống mà nguyên nhân xuất chủng vi khuẩn có độc tính cao Để kiểm sốt phá vỡ tính kháng, vài chiến lược chọn tạo giống đề xuất ví dụ đề xuất Ezuka Sakaguchi (1978) sau: - Sử dụng giống chứa gen có tính kháng ngang - Tổ hợp tính kháng ngang từ tính kháng dọc cách: Sử dụng giống nhiều dòng (multiline) bao gồm hỗn hợp dịng đẳng gen, dịng có gen kháng dọc khác đồng thời gian sinh trưởng, hình thái thuộc tính khác; sử dụng luân chuyển giống có gen kháng dọc khác Sự ln chuyển diễn theo khơng gian hay theo thời gian; tập hợp lượng đủ lớn gen kháng dọc giống đơn Thực chiến lược này, nhà chọn giống cần có thơng tin xác nguồn bệnh thơng tin di truyền tính kháng vật liệu tạo giống Báo cáo thực tập giáo trình I.5 Chuyển gen kháng bệnh bạc I.5.1 Nghiên cứu gen kháng bệnh bạc Cho đến tháng 6/2005 nhà khoa học tìm 30 gen kháng bệnh bạc Các gen kháng ký hiệu Xa1, Xa2, … Tính kháng bệnh quy định gen đơn trội: Xa1, Xa2, Xa3, Xa4, ; gen đơn lặn xa5, xa8, xa13, xa26, xa28, …; hai gen kết hợp với Xa1/Xa4, Xa4/Xa7, Hiện nghiên cứu sử dụng tới 10 dòng đẳng gen (dòng thị) là: IRBB1, IRBB2, IRBB3, IRBB4, IRBB5, IRBB7, IRBB10, IRBB11, IRBB14, IRBB21 chứa gen đơn chống bệnh Xa1, Xa2, Xa3, Xa4, xa5, Xa7, Xa1, Xa11, Xa14, Xa21 [12].Các gen kháng nằm nhiễm sắc thể (NST) khác nhau: gen Xa1, Xa2, Xa12 nằm NST số 4, gen lặn xa5 nằm NST số 5, gen Xa7 nằm NST số 6, gen Xa15 nằm NST số 8, gen Xa9 nằm NST số 10 gen Xa10, Xa21,Xa23, Xa3, Xa4 nằm NST số 11 R-gene Donor Chrom R-gene Donor Chrom Xa1 Kogyoku Xa16 Te-tep - Xa2 Tetep Wase Xa17 Asominori - 11 Xa18 IR24, Toynishiki - 11 xa19 XM5 - Xa3 Xa4 Aikoku TKM6 Xa5 DZ192 xa20 XM6 - Xa7 DV85 Xa21 O longistaminata 11 Xa8 PI231129 Xa22(t) Zhachanglong - Xa10 CAS 209 11 Xa23 Oryza rufipogon - Xa11 IR8 - xa24(t) DV86 - Xa12 Kogyoku xa25 Nep Bha Bong To - Xa13 BJ1 Xa26 Arai Raj - Xa14 TN1 - xa27 Lota Sail - Xa15 XM41 - Xa? Oryza minuta - 10 ... Định hướng nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc Việt Nam I.7.1 Những thành tựu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc Việt Nam - Chiến lược chọn tạo giống lúa chống bệnh bạc Miền Bắc Trường... bệnh - Chọn tạo giống lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội với phương pháp lai dòng bất dục 103s dòng phục hồi chứa gen kháng bệnh bạc tạo tổ hợp lai Việt lai 24(103s/IRBB21),... bệnh bạc phương pháp chuyển gen kháng bệnh vào dòng bố, dòng mẹ hiệu Chuyển gen chọn tạo giống lúa lai sử dụng gen kháng trội Xa7, Xa21, Xa3/7 Xa4/5/13/21, dựa cở sở gen kháng nhiều chủng bạc