Nghiên cứu giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu của một số dòng lúa mang gen SUB - 1 tại lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Hùng Lĩnh TS. Hoàng Văn Hùng Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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. Tác giả Hồ Thanh Tuấn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Môi trường, hệ chính quy tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, tôi xin chân thành cảm ơn đến: Quý thầy cô giáo trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Môi trường, Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu nhà trường đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian khoá học. Bộ môn Kiểm soát & Đánh giá Môi trường, Khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình thực tập để tôi đạt được kết quả này. Tập thể cán bộ, bộ môn Sinh học phân tử, Viện di truyền Nông Nghiệp; Trung tâm nghiên cứu Thuỷ văn và Tài nguyên nước, Viện khoa học khí tương Thuỷ văn & Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thu thập số liệu phục vụ cho quá trình nghiên cứu. Đặc biệt tôi xin trân trọng cảm ơn hai thầy giáo TS. Lê Hùng Lĩnh và TS. Hoàng Văn Hùng đã dành nhiều thời gian quý báu, tận tình định hướng, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực tập và hoàn thành luận văn này. Do thời gian có hạn, trình độ chuyên môn còn hạn chế và bản thân mới bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, nên đề tài không khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô và các bạn quan tâm góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2014 Học viên Hồ Thanh Tuấn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 28 2.2 Nội dung nghiên cứu 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu 28 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu 28 2.3.2. Phương pháp tổng hợp, so sánh 28 2.3.3 Phương pháp GIS-RS 28 2.3.4. Phương pháp thí nghiệm lúa chịu ngập nhân tạo 29 2.3.5. Phương pháp đánh giá trong điều kiện tự nhiên 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.3.6. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 31 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32 3.1 Đánh giá điều kiện tự nhiên tại lưu vực sông Sò 32 3.1.1. Vị trí giới hạn 32 3.1.2 Điều kiện địa hình 34 3.1.3 Thổ nhưỡng 34 3.1.4 Điều kiện khí tượng 35 3.1.5 Đặc điểm thủy văn sông ngòi 38 3.2. Đánh giá tình hình ngập lụt tại lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định thuộc vịnh Bắc Bộ xây dựng kịch bản biến đổi khí hậu 41 3.2.1 Đánh giá hiện trạng triều lưu vực sông Sò. 41 3.2.2 Đánh giá quá trình ngập và mô phỏng quá trình ngập theo kịch bản Biến đổi khí hậu lưu vực sông Sò. 42 3.2.3 Xác định năm nhiều nước, năm ít nước, năm trung bình cho lưu vực sông Sò. 43 3.2.4 Xây dựng bản đồ ngập lụt cho khu vực Xuân Thủy 44 3.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu ngập của một số dòng lúa mang locus gen Sub1 ứng phó Biến đổi khí hậu lưu vực sông Sò. 57 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 : Geographic information system ADN : Axit Deoxyribo Nucleic RFLP : Restriction Fragment Length Polymorphism RAPD : Random Amplified Polymorphic DNA AFLP : Aplified Fragment Length Polymorphism SSR : Microsatellite hay Simple Sequence Repeates STS : Sequence Tagged Site MABC : Marker Assisted Backcrossing KTTV : Khí tượng thuỷ văn KD : Khang dân BT : Bắc thơm IR : IRRI (viện lúa quốc tế) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC BẢNG 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 Hình 1.5: Sơ đồ phương pháp lai trở lại MABC- Marker Assisted Backcrossing 16 Hình 3.1: Bản đồ mạng lưới sông suối lưu vực sông Sò - tỉnh Nam Định 33 Hình 3.2: Bản đồ nền địa hình lưu vực sông Sò 42 Hình 3.3: Biểu đồ quan hệ lũy tích sai chuẩn dòng chảy năm thời kỳ 1956 – 2006 trạm Hà Nội 43 Hình 3.4: Ảnh viễn thám khu vực nghiên cứu 44 Hình 3.5: Mạng lưới sông của lưu vực sông Sò 45 Hình 3.6: Sơ đồ thủy lực mạng lưới sông Sò 47 Hình 3.7: Sơ đồ tính toán mạng lưới sông Sò trong Mike 11 48 Hình 3.8: Mặt cắt, editor dữ liệu thô của sông Sò 48 Hình 3.9: Mặt cắt editor dữ liệu thô của kênh Cát Xuyên 49 Hình 3.10: Mặt cắt editor dữ liệu thô của kênh Mã 49 Hình 3.11: Sơ đồ file HD Parameter Editor 49 Hình 3.12: Sơ đồ file simulation editor trong giao diện chính của Mike 11 51 Hình 3.13: Bản đồ ngập lụt ứng với năm nhiều nước (1971) trong trường hợp mực nước biển: Mực nước biển hiện trạng (a), tăng 12cm (b), tăng 30cm (c) tăng 46cm (d), tăng 75cm (e) 52 Hình 3.14: Bản đồ ngập lụt tương ứng với năm nước trung bình (1999) trong trường hợp mực nước biển: Hiện trạng (a), tăng 12cm (b), tăng 30cm (c) tăng 46cm (d), tăng 75cm (e) 54 Hình 3.15: Bản đồ ngập lụt tương ứng với năm ít nước (1989) trong trường hợp nước biển: Hiện trạng (a), tăng 12cm (b), tăng 30cm (c) tăng 46cm (d), tăng 75cm (e) 55 Hình 3.16: Tiến hành gieo hạt, xử lý ngập và theo dõi các cá thể IR42 59 Hình 3.17: Một số hình ảnh thu được sau khi xử lý ngập 60 Hình 3.18: Hình ảnh bố trí thí nghiệm đồng ruộng Giao Thuỷ 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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. [...]... D18 D19 D20 D 21 D22 D23 BT7 /Sub1 -D2 BT7 /Sub1 -D7 BT7 /Sub1 - D9 BT7 /Sub1 - D 11 BT7 /Sub1 - D12 BT7 /Sub1 - D15 BT7 /Sub1 - D18 BT7 /Sub1 - D19 BT7 /Sub1 - D20 BT7 /Sub1 - D 21 BT7 /Sub1 - D22 BT7 /Sub1 - D23 KD D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 Khang dõn 18 (/c) KD/PSB-RC-68 -1 KD/PSB-RC-68 -2 KD/PSB-RC-68 -3 KD/PSB-RC-68 -4 KD/PSB-RC-68 -5 KD/PSB-RC-68 -6 KD/PSB-RC-68 -7 KD/PSB-RC-68 -8 KD/PSB-RC-68 -9 KD/PSB-RC-68 -1 0 S... 2 .1 i tng v phm vi nghiờn cu 2 .1. 1 i tng nghiờn cu - Cỏc yu t thy vn dn n bin i khớ hu ti lu vc sụng Sũ tnh Nam nh - Mt s dũng lỳa thun trng ph bin ti vựng ng bng sụng Hng v cỏc dũng lỳa mang gen chu ngp Sub- 1 Bng 1. 1: Vt liu nghiờn cu thớ nghim TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Kớ hiu thớ nghim Tờn dũng IR BT7 IR42 (chun nhim) Bc thm7 (/c) D2 D7 D9 D 11 D12 D15 D18... thỏng 12 nm 19 89 v Hi ngh Liờn Hp Quc v mụi trng v phỏt trin v cỏc Ngh quyt 43/53 ngy 6 -1 2 -1 988, 44/207 ngy 2 2 -1 2 -1 989, 45/ 212 ngy 2 1- 1 2 -1 990 v 46 /16 9 ngy 1 9 -1 2 -1 9 91 v bo v khớ hu ton cu cho cỏc th h hin nay v mau sau ca nhõn loi Cng nhc li cỏc iu khon ca Ngh quyt éi hi ng 44/206 ngy 2 21 2 -1 989 v nhng nh hng nguy hi cú th cú ca mc nc bin cỏc vựng thp ven b v cỏc iu khon thớch hp ca Ngh quyt éi hi ng 44 /17 2... phõn ly ca t hp lai OM1490/IR64 -Sub1 (nh ch th phõn t RM23850 liờn kt cht ch vi gen Sub- 1 nh v trờn nhim sc th s 9) a hỡnh c ghi nhn vi kớch thc phõn t ca bng ging nhim OM1490 v bng ging chng chu IR64 -Sub1 l 240 bp v 230 bp Cú 10 dũng (c ỏnh s 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , v 19 ) bc u th nghim cho t l sng sút cao (9 0-9 9%) sau 2 tun ngp S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 27 Chng... ú tỡm ra cỏc ging lỳa cú gen chu ngp nc tt (Sub1 ) ng dng vp trong sn xut, trong v Hố thu 2009 cú 19 ging lỳa ó c trng thớ nghim Vin Lỳa ng bng Sụng Cu Long Trong ú cú cỏc ging lỳa chu ngp cú thi gian sinh trng ngn, thớch hp vi c cu mựa v BSCL c chỳ ý nh IR07F102 (IR64 Sub- 1) , IR50F1 (Surama Sub- 1) , IR07F 01 (Sambo Mathsuri Sub- 1) , IRRI19 (PSBRc68 Sub- 1) , R8235 5-5 - 1- 3 (IR05 319 3) v.v v chng trỡnh s... phõn t tng ng ti lụcut mang gen Sub1 Kt qu trờn cng cho thy gen Sub1 a cng cú gen tng ng OrSub1A -1 v OrSub1A-2 loi ph O rufipogon, nghiờn cu ca nhúm tỏc gi trờn giỳp bit thờm v ngun gc v s bin i allelic ca Sub1 a trong iu kin cõy b ngp hon ton Trong c 2 ging lỳa hoang O rufipogon v O Nivara u cú gen Sub1 ng ng thớch hp (orthologues) vi trỡnh t tng ng khỏ ln i vi cỏc alen Sub1 B v Sub1 C ca ging lỳa c thun... ging lỳa ni Vit Nam khỏc bit cú ý ngha (LSD 0.05= 0,662) cỏc ging Nng son, Nng ựm nh, Nng ựm to, Nng tõy ựm v cú chiu di trung bỡnh lúng ln nht Vi s thnh cụng trong cụng tỏc nghiờn cu chuyn gen chu ngp (Sub1 ) vo hu ht cỏc ging ỏng c trng ph bin Nam v ụng nam Chõu nh: IR64 -Sub1 ,TDK -Sub1 ,Inbara3 -Sub1 , Swarna -Sub1 , PSbRc68 Nm 2007, IRRI ó phi hp vi Vin Khoa hc KTNN Duyờn hi Nam Trung B - ASISOV (thuc... lỳa thun húa v lỳa hoang cú mang gen Sub1 cho thy Sub1 A cú c l do s lp on ca Sub1 B Bin d trong alen Sub1 B thỡ tng quan vi s hin din ca gen Sub1 A Hay núi cỏch khỏc bin d di truyn ca gen Sub1 l do gen lp on v s phõn k xy ra trc v sau thi im cõy lỳa c thun húa (Mackill DJ, 2006)[24] S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 20 Theo cụng b gn õy nht ca (T Toojindaa, 2 011 )[26] ó tin hnh nghiờn cu... 300m2 ging IR64 -Sub1 thu hoch thỏng 4-2 008 nng sut t 3.7 tn/ha, thi gian sinh trng 10 5 ngy; Swarna Sub1 (IR82 810 - 407) t nng sut 5,8 tn/ha v cú kh nng chu ngp t 7 -1 0 ngy Thớ nghim ti ch Mi huyn Vnh Hng Long An nụng dõn la chn ging IR 8235 5-5 - 2-3 v tip ú l ging IR64 -Sub1 u cho nng sut ln lt l 4,2 tn/ha v 4,6 tn/ha v cú kh nng chu ngp 7 -1 0 ngy Gn õy nht, (Vin, K.h.K.D.h.N.T.B, 2009) [12 ] nh phng phỏp... Nụng nghip Vit Nam) trin khai trng th nghim 7 loi ging lỳa chu ngp ti Bỡnh nh, gm cỏc xó Nhn Ngp v Nhn Hng (huyn An Nhn), Phc Thun (huyn Tuy Phc), mi xó 10 0 m2 Theo ỏnh giỏ ban u ca ASISOV (Phng, L.M, 19 91) [11 ] 3/7 ging lỳa trin khai th nghim trong nm 2007 ó cho kt qu tt ú l cỏc ging IR64 -Sub1 ; Swarna -Sub1 ; Inbara3 -Sub1 phự hp vi th nhng vựng duyờn hi Nam Trung b Hin nay ging IR64 -Sub1 ó c tnh Bỡnh . Nghiên cứu giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu của một số dòng lúa mang gen sub- 1 tại lưu vực sông Sò tỉnh Nam Định 2. Mục tiêu tổng quát nghiên cứu - Nghiên cứu lựa chọn một số dòng. 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. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. 1. Biến đổi khí hậu và xây dựng mô hình ứng phó với Biến đổi khí hậu 1. 1 .1 Biến đổi khí hậu - Biến đổi khí hậu (Climate Change): Sự thay đổi của khí hậu được quy trực tiếp