Đánh giá qtl kháng nảy mầm sớm trước gặt qpsr7 và ngắn ngày qsgd1 trong điều kiện canh tác tại miền trung việt nam nhằm ứng dụng chọn tạo giống lúa thích nghi với biến đổi khí hậu (khóa luận tốt nghiệp)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỂ TÀI : ĐÁNH GIÁ QTL KHÁNG NẢY MẦM SỚM TRƯỚC GẶT qPSR7 VÀ NGẮN NGÀY qSGD1 TRONG ĐIỀU KIỆN CANH TÁC TẠI MIỀN TRUNG VIỆT NAM NHẰM ỨNG DỤNG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THÍCH NGHI VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Sinh viên thực : Hồng Minh Chính Lớp : K62CNSHC MSV : 620652 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Quốc Trung Hà Nội - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn kết khóa luận tơi trực tiếp thực Các số liệu kết khóa luận hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực khóa luận cám ơn thơng tin trích dẫn ghi rõ nguồn gốc Sinh viên thực Hồng Minh Chính i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành tốt nghiệp sau q trình năm rèn luyện, học tập trau dồi kiến thức xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa, thầy tận tình hướng dẫn suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện Học viện Nông nghiệp Việt Nam Trong suốt q trình thực đề tài tốt nghiệp, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Quốc Trung người tận tình, chu đáo, bảo hướng dẫn tơi hồn thành đề tài cách tốt Tôi chân thành cảm ơn góp ý dạy bảo nhiệt tình thầy cô Bộ môn Sinh học Phân tử Công nghệ sinh học ứng dụng, khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, cô TS Dương Thanh Thủy, khoa Nông học trường Đại học Nông Lâm Huế thầy TS Chu Đức Hà Viện Di truyền nơng nghiệp giúp tơi có định hướng đắn việc thực đề tài Đồng thời xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Học viện, cán Hợp tác xã Nông nghiệp Phù Nam thị xã Hương Thủy tỉnh Thừa Thiên Huế với gia đình chị Huỳnh Thị Kim Trinh hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi q trình thực tập Mặc dù cố gắng để hồn thành Khóa luận tốt nghiệp cách hoàn chỉnh Tuy nhiên, số hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm thực tế nên tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Tơi mong góp ý quý Thầy, Cơ giáo để khóa luận hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2021 Sinh viên thực Hồng Minh Chính ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG .v DANH MỤC HÌNH .vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii TÓM TẮT viii PHẦN I MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nghiên cứu .2 1.3 Yêu cầu .2 PHẦN II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Hạt lúa .3 2.2 Nảy mầm ngủ đông hạt .4 2.2.1 Nảy mầm 2.2.2.Hiện tượng ngủ đông hạt lúa 2.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến nảy mầm ngủ đông hạt lúa 2.3 Nảy mầm sớm trước gặt 2.4 Phương pháp chọn lọc giống dựa vào thị maker phân tử 2.5 Nghiên cứu nảy mầm sớm trước gặt 2.6 Một số nghiên cứu lập đồ QTL qSGD1 qPSR7 Học viện Nông nghiệp Việt Nam .……………………………………….…11 2.6.1 Nghiên cứu lập đồ QTL ngắn ngày qSGD1 11 2.6.2 Nghiên cứu lập đồ QTL kháng nảy mầm sớm trước gặt qPSR7 12 PHẦN III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .13 3.1 Vật liệu .13 3.2 Địa điểm .13 3.3 Phương pháp nghiên cứu 13 3.3.1 Bố trí thí nghiệm 13 3.3.2 Quy trình kỹ thuật canh tác 14 3.4 Các tiêu phương pháp theo dõi 15 3.4.1 Thời gian sinh trưởng phát triển qua giai đoạn (ngày) 15 iii 3.4.2 Các tiêu sinh trưởng phát triển .15 3.4.3 Chỉ tiêu yếu tố cấu thành suất suất 16 3.4.4 Một số tiêu hình thái 16 3.4.5 Chỉ tiêu khả chống chịu 17 3.4.6 Đánh giá khả kháng nảy mầm hạt 18 3.5 Phương pháp xác định QTL thị DNA 19 3.5.1 Tách chiết DNA 19 3.5.2 Kỹ thuật PCR: 20 3.6 Phương pháp phân tích số liệu 20 3.7 Điều kiện thí nghiệm 21 PHẦN IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 4.1 Chỉ tiêu sinh trưởng hình thái 22 4.2 Khả sinh trưởng giống lúa thí nghiệm 23 4.2.1 Động thái tăng trưởng chiều cao 23 4.2.2 Động thái đẻ nhánh 28 4.3 Một số tiêu hình thái giống lúa thí nghiệm .32 4.4 Tình hình sâu bệnh hại giống lúa thí nghiệm 34 4.5 Năng suất yếu tố cấu thành suất 36 4.6 Khả kháng nảy mầm sớm .38 4.7 Kết chạy điện di xác định QTL qPSR7 qSGD1 39 4.8 Thảo luận .41 PHẦN V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 5.1 Kết luận 43 5.2 Kiến nghị 43 PHẦN VI: TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHẦN VII: PHỤ LỤC 46 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 QTL cho khả kháng nảy mầm trước thu hoạch lúc tuần 10 Bảng 3.1 Các dịng lúa thí nghiệm vụ Xuân 2020 13 Bảng 3.2 Phân bón cách bón phân cho giống lúa thí nghiệm 15 Bảng 3.3 Thành phần phản ứng PCR 20 Bảng 3.4 Danh sách thị 20 Bảng 3.5 Thời tiết, khí hậu vụ Đơng – Xuân năm 2019-2020 .21 Bảng 4.1 Thời gian sinh trưởng, chiều cao chiều dài bơng dịng lúa thí nghiệm 22 Bảng 4.2 Động thái tăng trưởng chiều cao giống lúa thí nghiệm 25 Bảng 4.3 Động thái đẻ nhánh giống lúa thí nghiệm .29 Bảng 4.4 Khả đẻ nhánh giống lúa thí nghiệm .30 Bảng 4.5 Đánh giá số đặc điểm giống lúa thí nghiệm 32 Bảng 4.6 Một số đặc điểm hình thái giống lúa thí nghiệm (tt) 33 Bảng 4.7 Tình hình sâu bệnh hại cơng thức thí nghiệm 35 Bảng 4.8 Các yếu tố cấu thành suất, suất thực thu suất lý thuyết 36 Bảng 4.9 Khả kháng nảy mầm sớm dòng 38 Bảng 4.10 xác định kiểu gen qSGD1 qPSR7 dòng 40 v DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cấu trúc hạt lúa .3 Hình 2.2 Cơ chế nảy mầm hạt .4 Hình 2.3 Các trình trao đổi chất xảy suốt trình nảy mầm Hình 2.4 Hình ảnh đại diện kiểu hình nảy mầm sớm trước gặt lúa cánh đồng…… Hình 2.5 Đột biến nảy mầm trước thu hoạch lúa địa phương đường Hình 2.6 Sơ đồ chọn lựa phả hệ hệ đầu dựa vào marker phân tử lúa Hình 2.7 kiểu gen đồ họa dòng thay đoạn nhiễm sắc thể Owarihatamochi Hình 2.8 Vị trí gen liên quan đến hạt giống colocalized với qSDR9,1 qSDR9.2 nhiễm sắc thể Hình 2.9 Biểu diễn đồ họa kiểu gen 48 N-CSSL 41 K-CSSL 10 Hình 2.10 Định vị đặc điểm định lượng (OTL) cho nảy mầm trước thu hoạch (PHS) phát quần thể tái tổ hợp Yanda 1817 x Beinong (RILs) 11 Hình 2.12 Sơ đồ vị trí qPSR7 NST số (Nguyễn Quốc Trung cộng sự, 2019) 12 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 13 Hình 3.2 quy trình đánh giá nảy mầm sau gặt .18 Hình 3.3 Chu trình nhiệt phản ứng PCR .20 Hình 4.1 Đồ thị biểu thị thời gian sinh trưởng dịng BILs .23 Hình 4.2 Động thái tăng trưởng chiều cao 28 Hình 4.3 Động thái đẻ nhánh cơng thức thí nghiệm .30 Hình 4.4 Tỷ lệ nhánh hữu hiệu cơng thức thí nghiệm 31 Hình 4.5 Đồ thị biểu thị suất thực thu suất lý thuyết 37 Hình 4.6 Các dòng lúa nghiên cứu 37 Hình 4.8 Đồ thị biểu thị tỷ lệ % nảy mầm sớm trước gặt cơng thức thí nghiệm 38 Hình 4.9 Ảnh sau 10 ngày theo dõi nảy mầm .39 Hình 4.10 Kết chạy điện di với thị R25D4 xác định qSGD1 39 Hình 4.11 Kết chạy điện di với thị R34C6 xác định qPSR7 40 Hình 4.12 Hình ảnh hạt lúa nảy mầm mưa lớn .42 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Giải nghĩa Chữ viết tắt AND Acid Deoxyribonucleotic AAO3 Abiscisic aldehyde oxidase Bộ NN&PTNT Bộ Nông Nghiệp & Phát Triển Nông Nghiệp FAO Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) IRRI Viện nghiên cứu lúa gạo quốc tế (The International Rice Research Institute) KD18 Khang dan 18 LSD 0,05 Least Significant Difference (Sự sai khác nhỏ mức ý nghĩa α= 0,05) NN & PTNT Nông nghiệp Phát triển Nông thôn NSC Ngày sau cấy NSLT Năng suất lý thuyết NST Nhiễm sắc thể NSTT Năng suất thực thu P 1000hạt Trọng lượng 1000 hạt P6ĐB P6 đột biến PHS Pre-harvest sprouting QCVN Quy chuẩn Việt Nam RCBD Thí nghiệm bố trí theo kiểu khối hồn tồn ngẫu nhiên SX Sản xuất vii TĨM TẮT Khí hậu ngày thay đổi thất thường, bão lũ, ngập lụt xẩy thường xuyên gây ảnh hưởng nhiều đến suất chất lượng lúa Việt Nam đặc biệt miền Trung Việt Nam Hiện tượng mưa kéo dài, ngập lụt miền Trung làm cho lúa có tượng nảy mầm sớm trước gặt gây thiệt hại nặng nề suất chất lượng Nên thí nghiệm tiến hành Phường Thủy Châu – Thị Xã Hương Thủy – Thừa Thiên Huế vụ Xuân 2020 nhằm đánh giá thời gian sinh trưởng, suất khả kháng nảy mầm sớm trước gặt dòng NILS ngắn ngày Kết cho thấy thời gian sinh trưởng dòng nghiên cứu ngắn 15 ngày so với dòng đối chứng Khang dân 18 Năng suất dòng PSR5 tương đương với Khang dân 18 Có 5/7 dịng mang QTL qSGD1, qPSR7 dòng NILS mang QTL qPSR7 sau 10 ngày theo có tỉ lệ nảy mầm thấp (Chỉ từ 2% đến 19%) so với dịng khơng mang QTL (33% 42%) Trong đặc biệt có dịng PSR5 tỉ lệ hạt nảy mầm 7% Với phân tích đánh giá, dịng NILS PSR5 có triển vọng lớn để khắc phục tượng nên lại tiếp tục nghiên cứu phân tích đánh giá vụ Hè Thu năm 2020 viii PHẦN I MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Biến đổi khí hậu có xu hướng tác động ngày nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống môi trường Việt Nam Theo báo cáo Viện Phân tích Rủi ro Maplecroft (Maplecroft, England, 10/2010), Việt Nam đứng thứ 13/16 nước hàng đầu phải chịu tác động mạnh tượng biến đổi khí hậu toàn cầu 30 năm tới Bên cạnh tác động nghiêm trọng hạn hán, nhiễm mặn… lũ lụt có ảnh hưởng nặng nề tồn diện đến sản xuất nông nghiệp đời sống nhân dân Sự nảy mầm sớm trươc thu hoạch (Pre-harvest spouting – PHS) vụ lúa phá vỡ ngủ đông đầy đủ hạt giống, khi, trạng thái ngủ nghỉ hạt giống bình thường, tình trạng trưởng thành hạt giống bị hạn chế nhiều thời gian phép nảy mầm điều kiện thuận lợi (Gubler et al., 2005) PHS đặc điểm quan trọng trồng ngũ cốc, làm giảm suất hạt chất lượng hạt điều kiện độ ẩm khơng thể đốn trước Do đó,việc cải thiện chọn lọc giống lúa tính kháng PHS mục tiêu nhân giống trồng ngũ cốc toàn giới (Zhang et al., 2018) Tại Miền Trung nói chung Thừa Thiên Huế nói riêng, mưa to bất thường gây ngập úng lại thường rơi vào thời điểm chuẩn bị thu hoạch vụ lúa đông xuân hè thu Nếu đợi lúa chín lúa nảy mầm ngập úng lâu ngày; cịn thu hoạch lúa xanh cơng gặt cao gấp lần so với bình thường, giá lúa bán thị trường giảm 25% - 30% Hiện tượng lúa nảy mầm lúa, ruộng khả nảy mầm sớm trước thu hoạch (Pre-harvest spouting – PHS) PHS liên quan đến phá vỡ ngủ đơng sớm (Rodríguez et al., 2015) thường xảy điều kiện độ ẩm cao mưa kéo dài nhiều ngày, ảnh hưởng lớn đến suất (Nonogaki et al., 2018) Nhóm nghiên cứu Học viện Nơng nghiệp Việt Nam nghiên cứu phát triển dòng lúa kháng nảy mầm sớm di truyền giống Khang dân, hứa hẹn dòng/ giống tốt cho địa phương Thừa Thiên Huế Đối với thời gian sinh trưởng, nghiên cứu di truyền lúa xác định nhiều gen quy định thời gian sinh trưởng ngắn gen Hd-1 Hd-2 (Yano, 1997 Lin, 1998), Hd-3, Hd-4, Hd-5 (Sabouri Nahvi, 2009) Đặc biệt, Việt Nam, nghiên cứu Nguyễn Quốc Trung Phạm Văn Cường, 2015 phát lập đồ gen HD9/qSGD1 rút ngắn thời gian sinh trưởng đáng kể (10-12 ngày) giống lúa Việt Nam chọn tạo thành công giống lúa DCG72 phương pháp chọn giống sử dụng thị ADN (MAS) 1.1 PSR7 PSR8 KD18 20 10 50.0 18 38.9 19 10 52.6 20 12 60.0 22 31.8 20 16 80.0 23 34.8 29 15 51.7 10 50 31 62.0 10 20 16 19 22 20 22 27 15 19 23 21 13 12 13 10 12 12 15 10 14 60.0 56.3 68.4 45.5 60.0 54.5 55.6 53.3 52.6 0.0 66.7 30.8 11 54.5 12 41.7 19 11 57.9 19 47.4 16 50.0 16 43.8 19 36.8 10 24 33.3 10 26 22 26 21 20 24 18 12 22 26 14 11 16 10 11 14 11 13 10 53.8 50.0 61.5 47.6 55.0 58.3 61.1 50.0 59.1 38.5 59 Công thức PSR3 PSR4 PSR5 Nhắc Cây lại 2 Số nhánh Số nhánh hữ hiệu tối đa Tỷ lệ nhánh hữu hiệu 18 10 55.6 25 19 76.0 19 14 73.7 19 12 63.2 28 24 85.7 29 23 79.3 23 12 52.2 24 13 54.2 22 14 63.6 10 19 12 63.2 14 57.1 15 12 80.0 15 6.7 14 11 78.6 20 17 85.0 15 60.0 17 14 82.4 20 17 85.0 23 19 82.6 10 17 10 58.8 24 15 62.5 16 56.3 20 10 50.0 26 13 50.0 22 15 68.2 18 10 55.6 20 12 60.0 20 13 65.0 60 PSR6 PSR7 PSR8 2 22 13 59.1 10 17 10 58.8 26 13 50.0 24 12 50.0 20 11 55.0 25 11 44.0 35 25 71.4 21 0.0 27 11 40.7 17 47.1 26 13 50.0 10 25 15 60.0 11 54.5 26 12 46.2 19 42.1 18 13 72.2 13 69.2 18 0.0 27 18 66.7 13 53.8 20 40.0 10 18 44.4 16 37.5 14 64.3 10 50.0 13 61.5 17 52.9 16 11 68.8 21 38.1 15 53.3 17 10 58.8 61 KD18 10 23 17 73.9 13 61.5 16 56.3 16 43.8 21 23.8 20 12 60.0 15 53.3 19 36.8 16 18.8 16 37.5 10 21 33.3 Công thức Nhắc lại Cây Số nhánh tối đa PSR3 18 12 66.7 17 17 100.0 15 46.7 16 11 68.8 21 20 95.2 18 14 77.8 19 12 63.2 15 13 86.7 18 44.4 10 19 15 78.9 23 23 100.0 17 41.2 14 35.7 17 13 76.5 19 13 68.4 15 53.3 13 30.8 18 15 83.3 20 18 90.0 10 19 10 52.6 PSR4 62 Số nhánh hữ hiệu Tỷ lệ nhánh hữu hiệu PSR5 PSR6 PSR7 PSR8 3 3 17 52.9 15 10 66.7 21 11 52.4 22 10 45.5 19 11 57.9 18 10 55.6 15 60.0 22 15 68.2 18 11 61.1 10 25 16 64.0 25 11 44.0 20 14 70.0 20 12 60.0 30 22 73.3 22 13 59.1 32 15 46.9 34 18 52.9 23 14 60.9 25 11 44.0 10 27 13 48.1 14 10 71.4 16 31.3 18 0.0 17 47.1 18 11 61.1 14 42.9 16 56.3 19 12 63.2 18 10 55.6 10 19 10 52.6 19 13 68.4 19 12 63.2 18 13 72.2 30 16 53.3 22 15 68.2 22 12 54.5 63 KD18 17 10 58.8 22 13 59.1 20 14 70.0 10 20 11 55.0 23 34.8 20 45.0 21 11 52.4 17 47.1 25 15 60.0 18 13 72.2 20 14 70.0 21 10 47.6 19 36.8 10 21 11 52.4 Số nhánh hữu hiệu Công thức Nhắc lại PSR3 11.8 15.3 12.9 PSR4 8.2 11.8 11.6 PSR5 7.8 12 11.2 PSR6 12.5 11.9 14.3 PSR7 10.1 9.1 PSR8 7.9 9.1 12.9 KD18 11.8 8.8 10.9 PSR3 295 383 323 PSR4 205 295 290 PSR5 291 300 297 PSR6 313 298 358 PSR7 253 225 228 PSR8 198 228 323 KD18 295 220 273 Số bông/m2 Công thức Nhắc lại 64 Số hạt chắc/bông Công thức Nhắc lại PSR3 151 155 152 PSR4 131.7 160.5 160.7 PSR5 139.5 137.4 136.6 PSR6 151.6 162.5 159.1 PSR7 138 139 134 PSR8 137.5 132.2 128.9 KD18 187.1 197.9 190.3 Năng suất lý thuyết(tạ/ha) Công thức Nhắc lại PSR3 83.80 122.88 95.74 PSR4 48.87 91.85 88.08 PSR5 80.54 76.17 79.84 PSR6 84.94 63.48 106.82 PSR7 71.10 65.27 68.27 PSR8 51.49 56.27 79.98 KD18 123.41 93.78 115.74 65 Phụ lục 10 Đánh giá nảy mầm Công thức Nhắc lại Tổng số hạt Số hạt nảy mầm sau Tổng số hạt 10 ngày ngày Tỷ lệ nảy mầm ngày 10 ngày PSR3 198 0 44 171 0.00 0.19 2.14 25.54 PSR4 215 47 57 186 0.54 3.04 25.04 30.41 PSR5 181 15 171 0.59 1.56 3.52 PSR6 214 10 81 86 205 0.81 4.89 39.41 42.02 PSR7 147 27 45 135 0.00 1.98 20.25 33.33 PSR8 182 0 165 0.00 0.00 2.22 3.84 KD18 205 0 12 199 0.00 0.17 3.51 5.85 PSR3 171 19 22 147 0.00 2.27 12.73 15.00 PSR4 177 31 86 82 160 3.53 19.33 53.43 50.94 PSR5 156 128 0.00 0.52 2.61 PSR6 180 32 80 144 0.00 5.80 22.27 55.92 PSR7 178 14 150 0.00 0.89 5.79 9.35 PSR8 138 0 116 0.00 0.00 1.15 2.29 KD18 214 0 12 206 0.00 0.00 2.27 6.00 PSR3 159 35 34 136 0.00 1.23 25.55 25.06 PSR4 160 38 38 146 0.00 3.66 26.32 25.86 PSR5 114 100 0.00 4.98 5.98 PSR6 142 31 57 129 0.26 6.44 24.23 43.81 PSR7 166 18 35 152 0.00 1.09 11.82 22.76 PSR8 129 0 106 0.00 0.00 0.31 0.63 KD18 190 0 180 0.00 0.00 1.11 3.70 66 8.79 5.48 8.31 Phụ lục Một số hình ảnh Ảnh lúa sinh trưởng phát triển 67 Dòng PSR3 Dòng PSR4 68 Dòng PSR5 Dòng PSR6 Dòng PSR7 Dòng PSR8 69 Giống Khanh dân 18 PSR6 PSR5 PSR4 PSR3 KD18 Ảnh phân tích tính tốn suất lúa 70 PSR8 PSR7 71 Ảnh phân tích đánh giá khả khắng nảy mầm Ảnh tách triết mẫu 72 Ảnh nhóm sinh viên thầy ThS Nguyễn Quốc Trung tham dự Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn Quốc 2020 73