bằng marker phân tử” được thiết lập trên cơ sở sử dụng marker phân tử đánh giá gen mặn trên cây lúa, tạo tiền đề cho việc lai tạo giống lúa mới kháng được điều kiện mặn và có năng suất
GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, những thành tựu trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy nhiều ngành dịch vụ, công nghiệp phát triển mạnh Đời sống con người được cải thiện, nâng cao, những nhu cầu về vật chất và tinh thần được phục vụ ngày càng hoàn thiện
Song bên cạnh lợi ích có được những hệ lụy của quá trình phát triển đem lại cũng không phải nhỏ
Trong vòng 200 năm trở lại đây, đặc biệt là mấy chục năm vừa qua, con người chặt phá, khai thác rừng và các nguồn tài nguyên thiên nhiên bừa bãi không kiểm soát được đã gây ô nhiễm môi trường, phá hủy cân bằng sinh thái và đa dạng sinh học Việc khai thác và sử dụng than đá, dầu lửa, khí đốt đã tạo ra một lượng lớn khí thải độc hại Đồng thời hoạt động trong giao thông vận tải và hàng loạt các ngành công nghiệp khác cũng thải vào bầu khí quyển một lượng lớn khí cacbonic, oxit nitơ, mêtan, Hàm lượng khí thải vượt quá mức cho phép, tạo nên hiệu ứng nhà kính, làm bề mặt trái đất không ngừng nóng lên dẫn đến những biến đổi khí hậu
Các nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học trên thế giới cho thấy biến đổi khí hậu đã xảy ra trên phạm vi toàn cầu, gây tác động ngày càng mạnh mẽ đến mọi quốc gia và sự sống trên trái đất Biến đổi khí hậu làm cho thiên tai, thảm hoạ, đặc biệt là bão, lũ lụt, hạn hán, động đất, sóng thần ngày càng gia tăng về tần suất, cường độ và quy mô, gây phá huỷ nhà cửa, công trình, hoa màu, cướp đi sinh mạng của hàng ngàn người
Từ năm 1850, nhiệt độ trung bình hàng năm đã tăng 0,74 o C, dự báo có thể tăng thêm 1,1 o C - 6,4 o C vào năm 2100 Do sự nóng lên toàn cầu các lớp băng tuyết sẽ bị tan nhanh trong những thập niên tới Thế kỷ XX, mực nước biển tại Châu Á dâng lên trung bình 2,4 mm/năm, riêng thập niên vừa qua là 3,1 mm/năm, dự báo sẽ tiếp tục dâng cao hơn trong thế kỷ XXI khoảng 2,8mm - 4,3 mm/năm (Nguồn: Bộ Tài Nguyên Môi Trường)
Việt Nam là một nước nhiệt đới được đánh giá là đang phát triển, có bờ biển dài và phải chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu, đặc biệt là mực nước biển dâng Trong khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm ở nước ta đã tăng khoảng 0,5 - 0,7 o C, mực nước biển đã dâng khoảng 20cm Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, vào cuối thế kỷ XXI, nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng 2,3 o C so với trung bình thời kỳ 1980-1999 và mực nước biển có thể dâng thêm 75cm
Ảnh hưởng của nước biển dâng đến vùng đồng bằng ven biển là vô cùng đáng kể, tác động đến cả hoạt động sản xuất, cuộc sống thường nhật và sức khỏe người dân Nước biển xâm thực làm đất ven biển trở nên mặn, ảnh hưởng trầm trọng đến các loại cây trồng, đặc biệt là cây lương thực và cây thực phẩm Trong số đó, cây lúa là loại cây cần được quan tâm và bảo vệ nhất.
Cây lúa có hiệu quả sử dụng lớn, là cây lương thực đứng thứ hai sau lúa mì về diện tích, phân bố rộng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, nuôi sống trên 50% dân số thế giới, đặc biệt ở các nước Đông Nam Á Ở Việt Nam, cây lúa là cây lương thực chính Sản phẩm gạo từ cây lúa dùng để chế biến món ăn chính của người Việt Nam, nấu rượu bia, vật liệu trong y học và cả nghệ thuật tranh ảnh Các phụ phẩm khác từ cây này còn được sử dụng làm thức ăn trong chăn nuôi, vật liệu cho sản xuất phân bón hữu cơ và các ngành công nghiệp khác Đồng thời nước ta còn thu được nguồn lợi kinh tế lớn từ việc xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới
Biến đổi khí hậu toàn cầu đã khiến diện tích đất trồng lúa tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, vựa lúa chính của Việt Nam và thế giới, thu hẹp dần do nước biển xâm nhập khiến đất bị nhiễm mặn Tuy nhiên, biện pháp cải tạo đất nhiễm mặn lại vô cùng tốn kém và khó thực hiện ở các nước chậm phát triển Do đó, việc ứng dụng công nghệ sinh học để tạo ra giống lúa mới có khả năng chống chịu mặn, năng suất cao là biện pháp khả thi và cấp thiết hiện nay Đề tài "Tuyển gen kháng mặn trên cây lúa (Oryza Sativa L.) bằng marker phân tử" ra đời trên cơ sở sử dụng marker phân tử để đánh giá gen kháng mặn của cây lúa, tạo tiền đề cho việc lai tạo giống lúa mới kháng mặn và có năng suất cao, đáp ứng nhu cầu cấp thiết hiện nay.
Mục tiêu
Dùng chỉ thị phân tử đánh giá gen chống chịu mặn trên cây lúa từ ngân hàng gen của Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long.
Chọn lọc các giống chống chịu mặn tốt đề xuất làm vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa mới.
TỔNG QUAN
Những nghiên cứu trong và ngoài nước
Cây lúa (Oryza sativa L.) được xem là cây mẫn cảm trung bình với tính mặn (Mass và Hoffman, 1977) Mặn ảnh hưởng đến thời gian sinh trưởng và phát triển cũng khác nhau (Lang và ctv, 2001) Tính chống chịu mặn thay đổi theo từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng, thời gian chống chịu mặn giai đoạn mạ khác với giai đoạn sinh trưởng (Iwaki và Ota, 1953) Một nghiên cứu gen chống chịu mặn trên tổ hợp lai F3 từ Đốc Phụng/IR28 (Lang, 2000) đã chứng minh thời gian chống chịu mặn có sự khác nhau ở cả hai giai đoạn phát triển và sinh trưởng Điều này cũng phù hợp trên các giống lúa thử nghiệm Pokkali chống chịu mặn tốt giai đoạn sinh trưởng hơn thời kỳ đẻ nhánh (Sendhira D, 1987)
Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã xác định rằng 19,63% trong số 100.000 giống và dòng lúa lai được sàng lọc có khả năng chống chịu mặn trung bình Tại Việt Nam, các giống lúa địa phương như Một Bụi, Sóc Nâu, Thần Nông Đỏ được đánh giá cao về khả năng chịu mặn Việc lựa chọn dòng thuần của giống Một Bụi đã đem lại năng suất tăng 20% so với giống ban đầu.
Ngoài giống Một Bụi các giống lúa Chét Cụt, Trắng Chùm cũng có khả năng chịu mặn khá tốt Các giống này đã được chọn dòng thuần cho năng suất cao hơn giống lúa không chọn trên 15% và giống Trắng Chùm đã được Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn công nhận là giống lúa tốt cho sản xuất (Bửu và ctv, 1984) Giống lúa A69-1 cho năng suất cao trên các vùng đất nhiễm mặn thuộc tỉnh Minh Hải (Hoàn, 1985)
Trên các vùng Duyên Hải có 6 giống lúa vẫn cho năng suất cao khi bị ảnh hưởng mặn như các giống IR5675-33 và IR10189-66 cho năng suất 3,4 tấn/ha và các giống khác IR9884-54, IR52, IR42, IR50 cho năng suất 2,9-3,7 tấn/ha (Ponnamperuma, 1977) Cùng với việc cải tiến các giống lúa cho năng suất cao hàng chục giống lúa khác cũng được thanh lọc có thể trực tiếp sử dụng cho vùng đất này hoặc có thể làm vật liệu lai trong chương trình chọn giống chịu mặn Giống lúa
Sóc Nâu là một giống lúa địa phương ở Đồng Bằng Sông Cửu Long có tính chịu mặn khá tốt có khả năng giống như giống kháng thế giới Pokkali (Trường, 1989)
Ngoài ra còn rất nhiều các giống lúa vừa có khả năng kháng mặn vừa có khả năng chịu ngập như giống lúa Nona Bokra, Cheriviruppu Rất nhiều các giống lúa tỏ ra kháng mặn và cho năng suất tăng hơn 1,9 - 2,6 tấn/ha so với các giống lúa địa phương (Singh và Senadhira, 1986)
Giống chống chịu mặn nổi tiếng Nona Bokra được ghi nhận tốt ở giai đoạn mạ và giai đoạn tăng trưởng, nhưng giống chuẩn kháng Pokkali được ghi nhận tốt ở giai đoạn phát dục (Sendhira, 1987) Giống Đốc Đỏ và Đốc Phụng đã được đánh giá như nguồn gen kháng ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (Bửu và ctv, 1995) Chương trình chọn giống lúa chống chịu mặn tập trung khai thác nguồn tài nguyên di truyền địa phương, tính thích nghi với môi trường và tập quán canh tác Kỹ thuật di truyền phân tử hiện được ứng dụng để tạo giống lúa năng suất cao và chống chịu điều kiện bất lợi chính Kết quả đã ghi nhận sự có mặt của nhóm alen M-20 ở giữa hai loci RG711 và RG4 trên nhiễm thể số 7 (Chen và ctv, 1991) Quần thể F2 của cặp lai giữa M-20 với giống 77-170 cho thấy gen kháng chủ yếu định vị trên nhiễm sắc thể số 7, liên kết với marker RG711 với khoảng cách di truyền 7,0 ± 2,9 cM (Zhang và ctv, 1992) Nhóm marker phân tử “microsatellite” được xem như rất phù hợp trong trường hợp xác định gen chống chịu mặn, với thể đa hình phong phú (Kun-Shen và ctv, 1993)
Tuy nhiên, nguồn vật liệu di truyền từ lúa hoang và lúa mùa địa phương chỉ chiếm 0,03% trong số nguồn vật liệu đang được bảo tồn hiện nay (Bùi Chí Bửu và cộng sự, 2000) Do đó, cần phải nghiên cứu sâu hơn về việc khai thác nguồn tài nguyên di truyền từ lúa cao sản và lúa nhập ngoại dựa trên cơ sở đánh giá quỹ gen ở mức độ phân tử.
Tổng quan về đất nhiễm mặn
Theo các nhà khoa học đất của nước Mỹ, đất bị nhiễm mặn thường có độ dẫn điện (EC) lớn hơn 2 dS/m Trong thành phần đất nếu trọng lượng muối vượt quá
0,5% trọng lượng đất thì không nên tiến hành trồng trọt và đất đó được xem là đất mặn Đất mặn trung bình có nồng độ muối từ 0,2-0,5% Đất này có thể sử dụng trong nông nghiệp Nhưng thường ở độ mặn này cây trồng không thể cho năng suất cao Khi đất có nồng độ muối từ 0,1-0,2% thì hoàn toàn có thể trồng trọt được và xem như không bị nhiễm mặn
Hình 2.1: Đất bị nhiễm mặn
Người ta thường dựa vào thành phần hóa học của muối và nồng độ các muối tan trong đất để phân biệt nhóm đất mặn
Căn cứ vào lượng muối tan trong đất đã chia ra 4 nhóm đất mặn như sau (Trần Kim Đồng và ctv, 1991): Đất rất mặn: >1% Đất mặn nhiều: 0,5-1% Đất mặn trung bình: 0,25-0,5% Đất ít mặn: