Đánh giá khả năng chịu hạn của một số dòng, giống lúa triển vọng tại gia lộc hải dương

MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 Cơ sở khoa học của đề tài 4 1.1.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn 4 1.1.2 Khái niệm về hạn và phân loại hạn 6 1.1.3 Khái niệm và cơ chế của tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn và khả năng phục hồi sau hạn 7 1.1.4 Bản chất của tính chịu hạn 19 1.1.5 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sinh trưởng của cây lúa 20 1.1.6 Những biện pháp nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn của cây lúa 21 1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất trong và ngoài nước 22 1.2.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn 22 1.2.2 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn 24 1.2.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới và ở Việt Nam 26 1.3 Những kết luận rút ra từ nghiên cứu tổng quan 40 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Vật liệu nghiên cứu 41 2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 42 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 42 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 42 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu 42 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv 3.2.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 47 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Tình hình khí hậu thời tiết ở Hải Dương trong thời gian làm thí nghiệm 48 3.2 Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo 49 3.2.1 Đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện chậu vại 49 3.3 Đánh giá tính chịu hạn của các mẫu giống thí nghiệm qua bộ rễ 54 3.4 Đánh giá khả năng chống chịu hạn và đặc điểm nông sinh học trong điều kiện chủ động nước và nhờ nước trời 57 3.4.1 Đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện đồng ruộng (nhờ nước trời) 57 3.4.2 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến thời gian sinh trưởng của các mẫu giống, giống tham gia thí nghiệm 60 3.4.3 Đánh giá một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa thí nghiệm 62 3.4.4 Chiều cao cây lúa và khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống, giống tham gia thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường 65 3.4.5 Đặc điểm lá đòng của các mẫu giống lúa tham gia thí nghiệm 67 3.4.6 Đặc điểm bông và hạt của các mẫu giống tham gia thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường 69 3.4.7 Khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ của các mẫu giống lúa thí nghiệm 72 3.4.8 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suấtcủa các mẫu giống tham gia thí nghiệm 76 3.4.9 Đánh giá mối tương quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu hạn và các tính trạng khác ở các mẫu giống nghiên cứu 80 3.5 Xác định một số mẫu giốnggiống có khả năng chịu hạn bằng chỉ thị SSR liên kết với QTL kiểm soát tính trạng hình thái rễ có lợi cho khả năng chịu hạn. 83 3.5.1 Kiểm tra độ nguyên vẹn và tinh sạch DNA của các mẫu giống, giống lúa nghiên cứu 83 3.5.2 Đánh giá tính chịu hạn của các mẫu giống, giống thông qua các Maker liên kết RM250, RM270, RM221, RM242 và RM167 84 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v 3.5.3 Kết quả đánh giá sự có mặt của các QTL liên quan đến tính chịu hạn 85 3.5.4 Xác lập kiểu hinh và kiểu gen qua kết quả nghiên cứu 87 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 89 Một số hình ảnh minh họa 91 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 98

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ NGỌC ĐIỆP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ DÒNG, GIỐNG LÚA TRIỂN VỌNG TẠI GIA LỘC – HẢI DƯƠNG Chuyên ngành : Khoa học cây trồng Mã số : 60.62.01.10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VĂN HOAN HÀ NỘI – 2014 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiên luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Phạm Thị Ngọc Điệp Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành xong luận văn này, ngoài sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm , giúp đỡ của thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình và người thân. Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến PGS.TS.Nguyễn Văn Hoan, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong việc định hướngđề tài cũng như trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc và tập thể cán bộ, công nhân viên trong Bộ môn Chọn tạo giống lúa cho vùng khó khăn, Trung tâm Nghiên cứu và phát triển lúa thuần, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Liên Hồng, Gia Lộc, Hải Dương đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện về mặt vật chất và thời gian để tôi hoàn thành khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các Thầy cô giáo trong Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, là những người luôn ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập, công tác và thực tập tốt nghiệp. Tác giả luận văn Phạm Thị Ngọc Điệp Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu vi Danh mục bảng vii Danh mục hình ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1 Cơ sở khoa học của đề tài 4 1.1.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn 4 1.1.2 Khái niệm về hạn và phân loại hạn 6 1.1.3 Khái niệm và cơ chế của tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn và khả năng phục hồi sau hạn 7 1.1.4 Bản chất của tính chịu hạn 19 1.1.5 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sinh trưởng của cây lúa 20 1.1.6 Những biện pháp nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn của cây lúa 21 1.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất trong và ngoài nước 22 1.2.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn 22 1.2.2 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn 24 1.2.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới và ở Việt Nam 26 1.3 Những kết luận rút ra từ nghiên cứu tổng quan 40 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Vật liệu nghiên cứu 41 2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 42 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 42 2.2.2 Nội dung nghiên cứu 42 2.2.3 Phương pháp nghiên cứu 42 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv 3.2.3 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 47 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Tình hình khí hậu thời tiết ở Hải Dương trong thời gian làm thí nghiệm 48 3.2 Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo 49 3.2.1 Đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện chậu vại 49 3.3 Đánh giá tính chịu hạn của các mẫu giống thí nghiệm qua bộ rễ 54 3.4 Đánh giá khả năng chống chịu hạn và đặc điểm nông sinh học trong điều kiện chủ động nước và nhờ nước trời 57 3.4.1 Đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện đồng ruộng (nhờ nước trời) 57 3.4.2 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến thời gian sinh trưởng của các mẫu giống, giống tham gia thí nghiệm 60 3.4.3 Đánh giá một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa thí nghiệm 62 3.4.4 Chiều cao cây lúa và khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống, giống tham gia thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường 65 3.4.5 Đặc điểm lá đòng của các mẫu giống lúa tham gia thí nghiệm 67 3.4.6 Đặc điểm bông và hạt của các mẫu giống tham gia thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường 69 3.4.7 Khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ của các mẫu giống lúa thí nghiệm 72 3.4.8 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suấtcủa các mẫu giống tham gia thí nghiệm 76 3.4.9 Đánh giá mối tương quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu hạn và các tính trạng khác ở các mẫu giống nghiên cứu 80 3.5 Xác định một số mẫu giống/giống có khả năng chịu hạn bằng chỉ thị SSR liên kết với QTL kiểm soát tính trạng hình thái rễ có lợi cho khả năng chịu hạn. 83 3.5.1 Kiểm tra độ nguyên vẹn và tinh sạch DNA của các mẫu giống, giống lúa nghiên cứu 83 3.5.2 Đánh giá tính chịu hạn của các mẫu giống, giống thông qua các Maker liên kết RM250, RM270, RM221, RM242 và RM167 84 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v 3.5.3 Kết quả đánh giá sự có mặt của các QTL liên quan đến tính chịu hạn 85 3.5.4 Xác lập kiểu hinh và kiểu gen qua kết quả nghiên cứu 87 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 89 Một số hình ảnh minh họa 91 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 98 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CDR Chiều dàu rễ CĐ Cường độ CIAT Trung tâm Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế CH Chịu hạn CURE Chương trình nghiên cứu và phát triển lúa cho vùng khó khăn FAO Tổ chức Nông lương thế giới HL Hàm lượng IAC Viện Nông nghiệp Campinas ICA Viện Nông nghiệp Cô-lôm-bia IITA Viện Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế IRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRAT Viện Nghiên cứu Nông nghiệp nhiệt đới KLR Khối lượng rễ NSTT Năng suất thực thu NT Nước trời S.E.S Hệ thống đánh giá tiêu chuẩn trên cây lúa RN Ruộng nước SRC Số rễ chớnh TGST Thời gian sinh trưởng TLL Tỷ lệ lộp WMO Tổ chức Khí tượng thế giới Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii DANH MỤC BẢNG STT Tên hình Trang 2.1 Nguồn gốc các dòng tham gia thí nghiệm 41 3.1 Số liệu khí tượng vùng tiến hành thí nghiệm vụ xuân 2013 49 3.2 Khả năng chịu hạn ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của các mẫu giống lúa 50 3.3 Ảnh hưởng của xử lý hạn nhân tạo ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau đến năng suất của các mẫu giống lúa thí nghiệm 52 3.4 Một số chỉ tiêu sinh lý liên quan đến khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa thí nghiệm 53 3.5 Chiều dài bộ rễ, số lượng rễ chính và khối lượng bộ rễ trong thí nghiệm hộp rễ (60 ngày sau mọc) 56 3.6 Khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa ở một số giai đoạn gặp hạn trong điều kiện nước trời tại Gia Lộc, Hải Dương, vụ xuân 2013 58 3.7 Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống lúa ở hai điều kiện môi trường 61 3.8 Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống, giống lúa thí nghiệm tại Gia Lộc, Hải Dương, vụ xuân 2013 63 3.9 Chiều cao cây cuối cùng và khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống, giống lúa ở hai điều kiện môi trường 66 3.10 Đặc điểm lá đòng của các mẫu giống lúa thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường 68 3.11 Chiều dài bông, chiều dài cổ bông và khối lượng 1000 hạt ở hai điều kiện môi trường 70 3.12 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại chính và điều kiện bất thuận của các mẫu giống lúa thí nghiệm tại Gia Lộc, Hải Dương, vụ xuân 2013 73 3.13 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các mẫu giống lúa thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường tại Gia Lộc, Hải Dương, vụ Xuân 2013 79 3.14 Tương quan giữa chỉ tiêu năng suất và một số đặc trưng nông sinh học liên quan đến khả năng chịu hạn của các giống lúa thí nghiệm 81 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii 3.15 Độ tinh sạch DNA chiết tách 83 3.16 Xác lập kiểu hình và kiểu gen về tính chịu hạn của các mẫu giống nghiên cứu 87 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ix DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 3.1 Ảnh điện di kiểm tra độ nguyên vẹn DNA chiết tách 83 3.2 Sản phẩm PCR với mồi RM 242 vơi 21 giống lúa thí nghiệm trên gel polyacrylamide: 1-21: mẫu giống G1-G21; M. Marker 85 3.3 Sản phẩm PCR với mồi RM 221 vơi 21 giống lúa thí nghiệm trên gel polyacrylamide: 1-21: mẫu giống G1-G21; M. Marker 85 3.4 Sản phẩm PCR với mồi RM 167 vơi 21 giống lúa thí nghiệm trên gel polyacrylamide: 1-21: mẫu giống G1-G21 86 3.5 Sản phẩm PCR với mồi RM 250 với 21 mẫu giống lúa thí nghiệm trên gel polyacrylamide: 1-21: mẫu giống G1-G21; M. Marker 86 3.6 Sản phẩm PCR với mồi RM 270 với 21mẫu giống lúa thí nghiệm trên gel polyacrylamide: 1-21: mẫu giống G1-G21 87 [...]... nghiên cứu: Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống, giống lúa triển vọng tại Gia Lộc – Hải Dương. ” Mục đích và yêu cầu của đề tài * Mục đích Đánh giá các mẫu giống có khả năng chịu hạn tốt, năng suất cao và ổn định chống chịu với sâu bệnh hại, chống đổ và chống rét, xác định kiểu gen chịu hạn và đặc điểm nông-sinh học của các dòng lúa chịu hạn triển vọng * Yêu cầu - Đánh giá một số đặc tính... học của đề tài - Đánh giá được những đặc điểm cơ bản của giống lúa chịu hạn - Trên cơ sở đánh giá một số chỉ tiêu chống chịu hạn, xác định được hệ số tương quan giữa một số tính trạng nông sinh học với khả năng chống chịu hạn - Đề xuất được các giống lúa mang gen kiểm soát các tính trạng liên quan đến khả năng chịu hạn * Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Chọn lọc được những mẫu giống, giống lúa có khả năng. .. nhờ nước trời hoặc có một phần ít nước tưới, ruộng ở vị trí cao thường xuyên mất nước Do điều kiện môi trường sống thường xuyên bị hạn hoặc thiếu nước nên nhiều giống lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt Tuy nhiên, một số giống lúa nước cũng có khả năng chịu hạn ở một số giai đoạn của chúng 1.1.2 Khái niệm về hạn và phân loại hạn 1.1.2.1 Khái niệm về hạn Theo J.H Hulse (1989), từ hạn , tiếng Anh là “drought”,... đó - Thoát hạn: là khả năng “chín sớm” của một loài thực vật trước khi vấn đề khủng hoảng nước trở thành một nhân tố hạn chế năng suất nghiêm trọng - Tránh hạn: là khả năng duy trì trạng thái trương nước cao của một loài thực vật trong suốt thời kỳ hạn - Chịu hạn: là khả năng chịu đựng sự thiếu hụt nước của một loài thực vật khi được đo bằng mức độ và khoảng cách thời gian của sự giảm tiềm năng nước... nhưng năng suất lúa vùng cạn đạt rất thấp, từ 10-18 tạ/ha Ở những vùng đất cạn, khó khăn về nước tưới, thường sử dụng các giống lúa địa phương, có năng suất thấp, thời gian sinh trưởng dài, nhưng có khả năng chịu hạn tốt và chất lượng gạo ngon Đối với những vùng bấp bênh về nước, thì ngoài các giống lúa địa phương còn sử dụng một số giống lúa thâm canh, nhưng khả năng chịu hạn kém, hoặc sử dụng một số giống. .. Phục hồi: là khả năng phục hồi lại sự sinh trưởng và cho năng suất của một loài thực vật sau khi xảy ra khủng hoảng nước, những thiệt hại do sự thiếu nước gây ra là không đáng kể Khả năng chống hạn ở thực vật có thể là một trong bốn khả năng: thoát hạn, tránh hạn, chịu hạn và phục hồi hoặc là sự kết hợp của cả bốn khả năng trên 1.1.3.2 Cơ chế của tính chống, né (thoát), tránh, chịu hạn và khả năng phục... tính chống chịu hạn và hoạt động của các gen chống chịu để chọn tạo ra các giống lúa chịu hạn, có khả năng sinh trưởng và sử dụng nước tốt, cho năng suất ổn định trong những điều kiện khắc nghiệt Để nghiên cứu vấn đề này những khái niệm sau đây cần được quan tâm: 1.1.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn Hiện nay, trên thế giới có nhiều định nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa chịu hạn Theo... hình thái của cây lúa liên quan đến khả năng chịu hạn trong điều kiện đồng ruộng (đủ nước và nước trời) - Đánh giá khả năng chống chịu hạn, chống chịu sâu bệnh, chống đổ, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong điều kiện đồng ruộng (đủ nước và nước trời) - Sử dụng chỉ thị phân tử xác định các gen kiểm soát các tính trạng liên quan đến khả năng chịu hạn Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài... nhiều lượng nước liên kết hơn các giống không chịu hạn Biết được bản chất tính chịu hạn ở cây trồng cho phép các nhà chọn giống có thể đẩy nhanh tiến độ cải tiến giống chống chịu và công việc tạo giống lúa chống chịu dường như sẽ khả thi hơn 1.1.5 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sinh trưởng của cây lúa Hạn hán là một hiện tượng tự nhiên, nó được xem như một điều kiện không cân bằng giữa... bất kì giai đoạn sinh trưởng nào của cây lúa cũng có thể gây giảm năng suất 1.1.6 Những biện pháp nhằm nâng cao năng suất và khả năng chịu hạn của cây lúa Để tăng năng suất lúa trong điều kiện thiếu nước, các nhà chọn giống đồng thời phải tiến hành hai công việc: cải tiến các đặc điểm nông học và các biện pháp kỹ thuật canh tác; chọn tạo các giống có khả năng thích ứng tốt hơn với điều kiện hạn Học . cứu: Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống, giống lúa triển vọng tại Gia Lộc – Hải Dương. ” Mục đích và yêu cầu của đề tài * Mục đích Đánh giá các mẫu giống có khả năng chịu hạn. nhân tạo 49 3.2.1 Đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện chậu vại 49 3.3 Đánh giá tính chịu hạn của các mẫu giống thí nghiệm qua bộ rễ 54 3.4 Đánh giá khả năng chống chịu hạn và đặc điểm. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ NGỌC ĐIỆP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ DÒNG, GIỐNG LÚA TRIỂN VỌNG TẠI GIA