Trang thông tin Luận án tiến sĩ của NCS Ngô Thị Hồng Tươi 1. Tên luận án:“Phát triển vật liệu lúa cẩm theo hướng tăng khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá” 2. Thông tin về nghiên cứu sinh Họ và tên: Ngô Thị Hồng Tươi Năm nhập học: 2009 Năm tốt nghiệp: 2015 Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 Chức danh khoa học, học vị và tên người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan 2. PGS.TS. Phạm Văn Cường Cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam 3. Nội dung nghiên cứu của luận án Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu. Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm. Phát triển vật liệu tạo giốnglúa cẩmcó khả năng quang hợp cao, kháng bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới cải tiến. 4. Những đóng góp mới về mặt học thuật, lý luận của luận án: (1). Ý nghĩa khoa học Thu thập và đánh giá được mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm mới. Xác định được khả năng quang hợp và khả năng kháng bạc lá của tập đoàn lúa cẩm để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa tẻ cẩm mới. Chọn lọc được 3 dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá, góp phần vào công tác chọn tạo các giống lúa cẩm chất lượng ở Việt Nam. (2) Ý nghĩa thực tiễn Thu thập và phân tích đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm từ các địa phương khác nhau do Trung tâm Tài nguyên di truyền và một số Viện nghiên cứu cung cấp. Xác định khả năng quang hợp và khả năng kháng bệnh bạc lá làm cơ sở cho việc chọn tạo giống lúa cẩm chất lượng mới. Chọn lọc các dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ: 62 62 01 11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN HOAN 2. PGS.TS. PHẠM VĂN CƯỜNG HÀ NỘI, 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án Ngô Thị Hồng Tươi ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn: Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Quản lý đào tạo, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam; Dự án Việt – Bỉ, Dự án JICA – JST thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Đặc biệt Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan và PGS.TS. Phạm Văn Cường đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ hết sức tận tình trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn: Các thầy cô, các đồng nghiệp trong khoa Nông học đã quan tâm giúp đỡ, động viên và đóng góp nhiều ý kiến cho việc hoàn thành bản luận án này. Các cộng tác viên và kỹ thuật viên tại Viện nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Phòng thí nghiệm JICA đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm thí nghiệm. Các thành viên trong gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả luận án Ngô Thị Hồng Tươi iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 3. Nội dung nghiên cứu 2 4. Những đóng góp mới của luận án 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 6.1. Đối tượng nghiên cứu 3 6.2. Phạm vi nghiên cứu 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Nguồn gốc - phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 4 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp 4 1.1.2. Phân biệt lúa nếp và lúa tẻ 5 1.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền trong chọn tạo giống lúa 7 1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 7 1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa 13 1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu về đa dạng di truyền ở lúa 15 1.3. Quang hợp và năng suất ở lúa 19 1.3.1. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất lúa 19 1.3.2. Một số kết quả nghiên cứu về quang hợp ở cây lúa 20 1.4. Di truyền một số tính trạng ở cây lúa 22 1.4.1. Di truyền một số tính trạng chất lượng gạo 22 iv 1.4.2. Di truyền tính trạng màu sắc vỏ trấu 25 1.4.3. Di truyền tính trạng màu sắc hạt gạo lật 26 1.4.4. Di truyền tính trạng về góc và chiều dài lá đòng, lá công năng 28 1.5. Di truyền tính kháng bệnh bạc lá ở lúa 29 1.5.1. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa 29 1.5.2. Đặc tính gây bệnh 30 1.5.3. Các chủng vi khuẩn 31 1.5.4. Mối quan hệ ký sinh –ký chủ, thuyết “gen đối gen” 32 1.5.5. Tổng hợp nghiên cứu về bệnh bạc lá lúa 33 Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu 40 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 40 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu 41 2.1.3. Thời gian nghiên cứu 41 2.2. Nội dung nghiên cứu 41 2.3. Phương pháp nghiên cứu 41 2.3.1. Thí nghiệm đánh giá các đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa cẩm 41 2.3.2. Phương pháp chỉ thị phân tử 42 2.3.3. Phương pháp lây nhiễm vi khuẩn bạc lá nhân tạo 44 2.3.4. Phương pháp lai 45 2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm so sánh giống 46 2.3.6. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về chất lượng 46 2.3.7. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về quang hợp 49 2.3.8. Phương pháp phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ 50 2.3.9. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan cơm bằng cho điểm 50 2.3.10. Một số công thức sử dụng 50 2.3.11. Phương pháp xử lý số liệu 51 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 3.1. Thu thập và đánh giá nguồn vật liệu lúa cẩm 52 v 3.1.1. Kết quả thu thập và phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa cẩm 52 3.1.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống lúa cẩm 54 3.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống lúa cẩm bằng chỉ thị SSR 63 3.1.4. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của các mẫu giống lúa cẩm 68 3.2. Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm 81 3.2.1. Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 81 3.2.2. Phương pháp lai tạo áp dụng 84 3.2.3. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng đặc trưng ở một số tổ hợp lai giữa các giống nếp cẩm và dòng đẳng gen IRBB21 84 3.3. Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng tẻ cẩm mới kháng bệnh bạc lá 95 3.3.1. Chọn lọc dòng cải tiến mới 95 3.3.2. Đặc điểm nông sinh học của các dòng tẻ cẩm mới 97 3.3.3. Đánh giá khả năng kháng bạc lá của các dòng tẻ cẩm mới 107 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 111 1. Kết luận 111 2. Đề nghị 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC 126 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ADN Axit dezoxyribo nucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc) bp Base pair (Cặp nucleotide) CAP s Cleaved Amplification Polymorrphisms (Đa hình đoạn nhân bội bị cắt giới hạn) CER Cacbondioxide Exchange Rate (Cường độ quang hợp) cM Centimorgan (Đơn vị chiều dài bản đồ di truyền) FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế) Isolate Chủng vi khuẩn MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) NIL s Nearly Isogenic Lines (Dòng đẳng gen) NST Nhiễm sắc thể Nu NSLT NSTT Nucleotide Năng suất lý thuyết Năng suất thực thu PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) IPGRI International Plant Genetic Resources Institute (Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế) RAPD Randomly Amplified Polymorphic DNA s (Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên) RFLP SCAR Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài mảng phân cắt giới hạn) Sequence Characterized Amplified Region (Vùng khuếch đại trình tự đặc trưng) SNP s Single Nucleotide Polymorphism (Đa hình của các nucleotide đơn) SPAD Soil and Plant Analyzer Development (Chỉ số ước tính hàm lượng diệp lục trong lá) SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản) STS RGA Sequence Tagged Site (Vị trí được đánh dấu bởi trình tự) Resistance Gene Anolog (Vùng tương tự gen kháng) Xoo Xanhthomonas oryzae pv. Oryzae (Vi khuẩn gây bệnh bạc lá) PIC Polymorphic Information Content (Hàm lượng thông tin đa hình) UPI United Press International (Hãng thông tấn quốc tế của Hoa Kỳ) vii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1. Các tính trạng quan trọng để phân biệt giống lúa 8 2.1. Đánh giá khả năng kháng/nhiễm theo chiều dài vết bệnh 45 2.2. Quá trình chọn tạo 46 2.3. Phân nhóm hàm lượng anthocyanin 48 2.4. Thang điểm đánh giá chất lượng cảm quan cơm 50 3.1. Kết quả phân biệt nhóm lúa nếp/tẻ của các mẫu giống lúa 52 3.2. Phân nhóm theo thời gian sinh trưởng của các mẫu giống 55 3.3. Phân nhóm theo khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống 55 3.4. Phân nhóm theo chiều cao cây của các mẫu giống 56 3.5. Phân nhóm theo tỷ lệ hạt chắc của các mẫu giống 57 3.6. Phân nhóm theo hình dạng hạt của mẫu giống 58 3.7. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa cẩm vụ Mùa 2009 tại Gia Lâm – Hà Nội 59 3.8. Hàm lượng anthocyanin và phân nhóm hàm lượng anthocyanin của các mẫu giống lúa cẩm 62 3.9. Số alen và hệ số PIC của 35 cặp mồi SSR 64 3.10. Kết quả chạy PCR tìm gen kháng xa5 và Xa7 trên các mẫu giống lúa cẩm 69 3.11. Phản ứng của 3 dòng lúa đẳng gen với 3 isolate vi khuẩn Xanthomonas oryzae 72 3.12. Phản ứng của các mẫu giống lúa cẩm với các isolate vi khuẩn lây nhiễm 73 3.13. Cường độ quang hợp qua các giai đoạn sinh trưởng vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội 76 3.14. Chỉ số SPAD của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội 77 3.15. Diện tích lá của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội 78 viii 3.16. Khối lượng chất khô tích lũy của các mẫu giống lúa cẩm vụ Xuân 2010 tại Gia Lâm – Hà Nội 80 3.17. Phân nhóm vật liệu lúa cẩm theo đặc điểm giá trị chọn giống 81 3.18. Đặc điểm của các mẫu giống lúa cẩm sử dụng trong các tổ hợp lai 82 3.19. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa cẩm sử dụng trong lai tạo 83 3.20. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều cao cây (cm) của bố mẹ và con lai F 1 85 3.21. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều dài bông (cm) của bố mẹ và con lai F 1 86 3.22. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng số hạt/bông của bố mẹ và con lai F 1 87 3.23. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều dài lá đòng và lá công năng (cm) của bố mẹ và con lai F 1 88 3.24. Sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều rộng lá đòng và lá công năng (cm) của bố mẹ và con lai F 1 89 3.25. Sự phân ly tính trạng góc lá đòng và góc lá công năng ở F 2 90 3.26. Sự phân ly đồng thời hai tính trạng góc lá đòng và góc lá công năng 91 3.27. Kiểu hình ở F 1 và sự phân ly ở F 2 về tính trạng màu mày hạt 92 3.28. Kiểu hình ở F 1 và sự phân ly ở F 2 về tính trạng màu sắc vỏ trấu 93 3.29. Kiểu hình ở F 1 và sự phân ly ở F 2 về tính trạng màu sắc hạt gạo lật 94 3.30. Nguồn gốc và loại hình của các dòng tẻ cẩm mới 96 3.31. Đặc điểm sinh trưởng của các dòng tẻ cẩm mới vụ Xuân và vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 97 3.32. Một số chỉ tiêu về quang hợp của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 98 3.33. Một số đặc điểm cấu trúc kiểu cây của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 99 3.34. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên của các dòng tẻ cẩm mới vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội 101 [...]... quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá 3 Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu - Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm - Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao, kháng bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới... đoàn lúa cẩm, ý tưởng tạo ra các vật liệu lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá để tiến tới tạo ra các giống lúa tẻ cẩm năng suất cao, kháng bệnh bạc lá và có thể trồng được 2 vụ trong năm từ nguồn vật liệu nếp cẩm địa phương đã cho chúng tôi có định hướng để thực hiện đề tài này 2 Mục tiêu nghiên cứu Phát triển vật liệu lúa cẩm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cẩm có khả năng quang. .. Thu thập và đánh giá được mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm mới 2 - Xác định được khả năng quang hợp và khả năng kháng bạc lá của tập đoàn lúa cẩm để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa tẻ cẩm mới - Chọn lọc được 3 dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá, góp phần vào công tác chọn tạo các giống lúa cẩm chất lượng ở Việt Nam 5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa... thập và phân tích đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm từ các địa phương khác nhau - Xác định khả năng quang hợp và khả năng kháng bệnh bạc lá làm cơ sở cho việc chọn tạo giống lúa cẩm chất lượng mới - Chọn lọc được các dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá 6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6.1 Đối tượng nghiên cứu Một số giống nếp cẩm địa phương và một số giống lúa cẩm. .. 1.3 Quang hợp và năng suất ở lúa 1.3.1 Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất lúa Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định đến năng suất cây trồng Dựa vào mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất, để tăng năng suất cây trồng cần phối hợp nhiều biện pháp tác động vào nhiều nhân tố sinh thái một cách hợp lý để cho quá trình quang hợp xảy ra ở mức tối ưu Tăng năng suất cây trồng thông qua điều khiển quang. .. gian quang hợp: tuổi thọ của lá được xem là thời gian quang hợp của cây trồng Đối với lúa, trong các lá thì các lá cuối cùng (lá đòng và lá công năng) có ý nghĩa rất quan trọng vì hầu như sản phẩm quang hợp của chúng được vận chuyển tích lũy vào các cơ quan kinh tế Vì vậy hình thái lá, góc lá đòng và lá công năng quyết định đáng kể đến năng suất lúa 1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu về quang hợp ở cây lúa. .. dạng di truyền, khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá của nguồn vật liệu mới thu thập và các thế hệ phân ly sau lai hữu tính 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nguồn gốc - phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 1.1.1 Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp Có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về nguồn gốc cây lúa Tuy nhiên, gần đây phân tích gen sh4 về tính trạng rụng hạt cho thấy mức độ giảm rụng từ lúa dại đến lúa trồng, như... trên các bộ phận cây lúa, góc lá đòng và lá công năng ngang đến gập xuống nên khả năng quang hợp không cao, năng suất thấp, nhiễm bệnh bạc lá, cao cây, thời gian sinh trưởng dài và thường phản ứng với ánh sáng ngày ngắn nên chỉ trồng được một vụ trong năm Hơn nữa các giống lúa này đang dần mất đi nên cần được nghiên cứu và bảo tồn Việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen tập đoàn lúa cẩm không chỉ có ý nghĩa... 3 ngày và 5 ngày sau trỗ trên hai giống lúa Yangdao 6 và Nanjing 43, Xie et al (2011) đã công bố rằng cường độ quang hợp của lá đòng có tương quan chặt với năng suất hạt với hệ số tương quan r = 0,94 (ở p = 0,01) Trên đây là các kết quả nghiên cứu về quang hợp trên lúa tẻ, còn trên lúa nếp và lúa cẩm thì chưa có nhiều nghiên cứu được công bố Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu về quang hợp và năng suất... quang hợp như: Tăng diện tích lá: Chọn giống có hệ số lá tối ưu cao là một hướng quan trọng Chỉ số diện tích lá là rất cần thiết để đón nhận được nhiều năng lượng ánh sáng mặt trời Tuy vậy, để quang hợp của lá đặt tối đa thì hướng lá là quan trọng hơn cả, bởi nó sẽ quyết định đến khả năng đâm xuyên của ánh sáng trong tán Lá đứng, góc lá nhỏ cho phép ánh sáng đâm xuyên sâu hơn (Yoshida, 1981) Tăng hiệu . giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu. - Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm. - Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ . tiêu nghiên cứu Phát triển vật liệu lúa cẩm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá. 3. Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá một số