Khảo sát đánh giá năng suất, chất lượng và khả năng kháng bệnh bạc lá nguồn gen các lúa nếp bằng chỉ thị phân tử DNA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI MAI THỊ HƯƠNG KHẢO SÁT ðÁNH GIÁ NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NGUỒN GEN CÁC LÚA NẾP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI MAI THỊ HƯƠNG KHẢO SÁT ðÁNH GIÁ NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NGUỒN GEN CÁC LÚA NẾP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mà SỐ: 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN HỮU TÔN HÀ NỘI - 2014 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp i LỜI CAM ðOAN - Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Mai Thị Hương Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành ñến PGS.TS. Phan Hữu Tôn, Trưởng Bộ môn SHPT&CNSH ứng dụng, khoa CNSH trường ñại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tận tình giúp ñỡ, hướng dẫn tôi trong việc ñịnh hướng ñề tài cũng như trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ công nhân viên trong Bộ môn SHPT&CNSH ứng dụng, ñã giúp ñỡ, tạo mọi ñiều kiện về vật chất và thời gian ñể tôi hoàn thành ñề tài và khóa học. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong Phòng ñào tạo sau ñại học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi, giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện ñề tài. Qua ñây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia ñình, người thân, bạn bè, là những người luôn ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Tác giả Mai Thị Hương Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt và kí hiệu vi Danh mục các bảng vii Danh mục hình ix PHẦN 1 MỞ ðẦU 1 1.1 ðặt vấn ñề 1 1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài 2 1.2.1 Mục ñích 2 1.2.2 Yêu cầu 3 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3 1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài 3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 3 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 2.1 Nghiên cứu chung về cây lúa, lúa nếp 4 2.1.1 Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp 4 2.1.2 Một số tính trạng nông sinh học ñặc trưng của cây lúa tẻ và lúa nếp. 6 2.1.3 Phân loại cây lúa 14 2.2 Tình hình sản xuất, nghiên cứu chọn tạo lúa nếp ở trên thế giới và trong nước 17 2.2.1 Tình hình sản xuất, nghiên cứu chọn tạo giống lúa nếp trên thế giới 17 2.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng lúa nếp ở trong nước 18 2.2.3 Tình hình nghiên cứu, chọn tạo giống lúa nếp ở trong nước 22 2.3 Chọn giống lúa chất lượng cao 28 2.3.1 Nghiên cứu về tính trạng mùi thơm 28 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp iv 2.4 Chọn giống lúa kháng bệnh bạc lá 32 2.4.1 Giới thiệu về bệnh bạc lá lúa 32 2.4.2 Ứng dụng CNSH trong nghiên cứu và chọn giống kháng bệnh bạc lá 33 PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 3.1 Vật liệu nghiên cứu 36 3.2 ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 37 3.3 Phương pháp nghiên cứu 37 3.3.1 Bố trí thí nghiệm 37 3.3.2 Kỹ thuật trồng và chăm sóc 37 3.3.3 Phương pháp ñánh giá một số ñặc ñiểm nông sinh học cơ bản 37 3.4 Phương pháp lây nhiễm nhân tạo ñánh giá khả năng kháng bạc lá 39 3.5 Phương pháp xác ñịnh gen mùi thơm, kháng bệnh bạc lá Xa4, Xa7 bằng chỉ thị phân tử 40 3.5.1 Phương pháp tách chiết DNA 40 3.5.2 Phương pháp xác ñịnh gen thơm bằng PCR 41 3.5.3 Kiểm tra khả năng mang gen kháng Xa4, Xa7 bằng PCR 42 3.5.4 ðiện di sản phẩm PCR trên gel agarose 43 3.6 Phương pháp ñánh giá chất lượng gạo 43 3.6.1 Phương pháp ñánh giá cảm quan mùi thơm 43 3.6.2 Nhiệt hóa hồ 44 3.6.3 Một số chỉ tiêu liên quan ñến hạt 44 3.7 Phương pháp xử lý số liệu 46 PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 4.1 Kết quả ñánh giá các tính trạng nông sinh học 47 4.1.1 Thời gian sinh trưởng, ñộ dài giai ñoạn trỗ, chiều cao cây 47 4.1.2 Khả năng ñẻ nhánh, tỉ lệ nhánh hữu hiệu 51 4.1.3 Chiều dài bông, ñộ thoát cổ bông, ñộ cứng cây 54 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp v 4.1.4 Chiều dài, chiều rộng lá ñòng 58 4.1.5 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 60 4.2 Kết quả ñánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá 64 4.2.1 Kết quả lây nhiễm nhân tạo 64 4.2.2.Kết quả PCR kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá 66 4.2.3 So sánh kết quả PCR với kết quả lây nhiễm nhân tạo 68 4.3 Một số chỉ tiêu xác ñịnh chất lượng gạo 74 4.3.1 Chiều dài, chiều rộng và hình dạng gạo xay 74 4.3.2 Dạng nội nhũ và màu sắc hạt gạo 77 4.3.3 ðánh giá tỉ lệ lật (gạo xay) 77 4.3.4 ðộ phân hủy trong kiềm (như một chỉ tiêu biểu thị cho nhiệt ñộ hóa hồ) 78 4.4 Kết quả ñánh giá mùi thơm và khả năng mang gen mùi thơm 81 4.4.1 ðánh giá cảm quan mùi thơm lá, hạt gạo 81 4.4.2 Kết quả ñánh giá mùi thơm bằng phương pháp dùng chỉ thị phân tử 85 4.4.3 So sánh kết quả ñánh giá mùi thơm bằng phương pháp cảm quan và kết quả dùng chỉ thị phân tử 87 4.5 Giới thiệu một số mẫu giống có tính trạng tốt nổi trội 87 PHẦN 5, KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 90 5.1 Kết luận 90 5.2 ðề nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 98 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Ký hiệu tắt Nội dung CNSH Công nghệ sinh học NST Nhiễm sắc thể NSLT Năng suất lý thuyết ðC, ñ/c ðối chứng IRRI Internationnal Rice Research Institute – Viện nghiên cứu lúa quốc tế BAC Bacterial Artificial Chromosome - nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn BAD2 Enzyme betaine aldehyde dehydrogenase 2 EDTA Ethylendiamine tetra acetic acid PCR Polymerase chain reaction – phản ứng chuỗi trùng hợp, kỹ thuật chỉ thị phân tử nhằm nhân một ñoạn DNA ñã biết trước QTL Quantative trait locus – locus tính trạng số lượng RFLP Restriction fragment length polymorphism – sự ña hình về chiều dài của những ñoạn cắt giới hạn SDS Sodium dodecyl sulphate SNPs Single nucleotide polymorphisms – hiện tượng ña hình ñơn nucleotide SSRs Simple sequence repeats – kỹ thuật chỉ thị phân tử nhằm nhân hoặc lai các ñoạn lặp DNA nguyên bản Tris-HCl (Tris hydroxylmethyl) amino methane 2-ACP 2-acetyl-1-pyrroline Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp vii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gam gạo 14 2.1 Diện tích lúa ñặc sản theo Mùa – vụ ở các vùng (2000-2001) 20 2.2 Diện tích gieo trồng của một số loại lúa ở miền Bắc và miền Trung 20 2.3 Diện tích các giống lúa nếp trong Danh mục giống ñược phép sản xuất kinh doanh ở các vùng phía Bắc năm 2009 (ha) 21 3.1 Các mẫu giống lúa làm vật liệu ñánh giá 36 3.2 Thành phần dung dịch chiết tách 40 3.3 Thành phần dung dịch TE 41 3.4 ðánh giá nhiệt ñộ hóa hồ và ñộ phân hủy theo thang ñiểm IRRI (1996) 44 4.1 Thời gian sinh trưởng, ñộ dài giai ñoạn trỗ, chiều cao cây cuối cùng của các mẫu giống lúa thí nghiệm 49 4.2 Số nhánh tối ña, số nhánh hữu hiệu, tỷ lệ nhánh hữu hiệu của các mẫu giống lúa thí nghiệm 52 4.3 Chiều dài bông, ñộ thoát cổ bông, ñộ cứng cây của các mẫu giống lúa thí nghiệm 56 4.4 Chiều dài, chiều rộng lá ñòng của các mẫu giống thí nghiệm 58 4.5 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa thí nghiệm 61 4.6 Phản ứng của dòng ñẳng gen với các chủng vi khuẩn 64 4.7 So sánh kết quả xác ñịnh gen kháng bằng PCR và lây nhiễm nhân tạo 69 4.8 Chiều dài, chiều rộng và hình dạng gạo xay của các mẫu giống lúa thí nghiệm 74 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp viii 4.9 Tỉ lệ gạo lật, nhiệt ñộ hóa hồ, dạng nội nhũ và màu sắc hạt của các mẫu giống lúa thí nghiệm 79 4.10 Kết quả ñánh giá cảm quan mùi thơm trên lá và hạt gạo của các mẫu giống lúa thí nghiệm 82 4.11 Sự ña dạng của các locus mùi thơm giữa các mẫu giống lúa 85 4.12 So sánh kết quả ñánh giá mùi thơm bằng KOH 1,7% và kết quả bằng phương pháp dùng chỉ thị phân tử 87 4.13 Một số mẫu giống có tính trạng tốt nổi trội 88 [...]... v công tác ch n t o các dòng gi ng lúa n p ch t lư ng cao, kháng b nh b c lá, chúng tôi ti n hành ñ tài: “Kh o sát ñánh giá năng su t, ch t lư ng và kh năng kháng b nh b c lá ngu n gen các gi ng lúa n p b ng ch th phân t DNA 1.2 M c ñích và yêu c u c a ñ tài 1.2.1 M c ñích Phát hi n nhanh ñư c các m u gi ng lúa n p năng su t cao, ch t lư ng t t ñ ng th i ch a gen kháng b nh b c lá b ng can thi p c... phân t ñ làm v t li u lai t o gi ng lúa n p m i H c vi n Nông nghi p Vi t Nam – Lu n văn th c s Khoa h c Nông nghi p 2 1.2.2 Yêu c u - Kh o sát các ñ c tính nông sinh h c, các ch tiêu ch t lư ng và b o qu n c a các m u gi ng - ðánh giá ñư c kh năng kháng b nh b c lá c a các gi ng lúa n p b ng phương pháp lây nhi m nhân t o - Xác ñ nh s có m t c a các gen kháng b nh b c lá Xa4, Xa7 và gen mùi thơm các. .. c/bông ñ n năng su t c a các gi ng lúa Thông thư ng kh năng ñ nhánh t , ñ c bi t là các gi ng lúa n p kém hơn các gi ng lúa các gi ng lúa n p c truy n Tuy nhiên trong th c t v n có m t s gi ng lúa n p th p cây như: N97, N98 có kh năng ñ nhánh t t, ñ t 5-7 d nh/khóm như các gi ng lúa t Ch n t o gi ng n p m i có năng su t cao c n quan tâm ñ n kh năng ñ nhánh c a gi ng m i S d ng các v t li u có kh năng ñ... trong vi c t o ra các gi ng lúa t t, ch t lư ng cao và kháng ñư c sâu b nh h i Ngày nay, các gen quy ñ nh mùi thơm, gen kháng b nh b c lá ñư c nghiên c u và tìm ra các ch th phân t liên k t v i chúng Phương pháp ch n l c nh các ch th phân t liên k t v i gen m c tiêu ñã tr thành công c h u hi u có th ch n nhanh, s m, chính xác, cùng m t lúc ti n hành ñư c nhi u tính tr ng và không ph thu c vào môi trư ng... th ng và phương pháp ch th phân t - ð xu t ñư c các gi ng lúa mang gen ki m soát các tính tr ng liên quan ch t lư ng các gi ng lúa n p cho công tác ch n t o gi ng lúa n p m i 1.3.2 Ý nghĩa th c ti n c a ñ tài - ðánh giá nhanh ñư c ngu n v t li u ch n gi ng trên cơ s xác ñ nh kh năng mang gen mùi thơm b ng phương pháp c m quan và ch th phân t - Ch n l c ñư c nh ng dòng/gi ng lúa n p có ñ c tính năng. .. không cao quá 50 cm Lúa n i: Lúa ñư c gieo tr ng trư c Mùa mưa; khi mưa l n, cây lúa ñã ñ nhánh; khi nư c lên cao cây lúa vươn kh i m t nư c kho ng 10 cm/ngày ñ ngoi theo Vi t Nam t n t i c 4 nhóm lúa trên 2.1.3.4 Phân lo i lúa n p và lúa t T lâu, các nhà khoa h c ñã d a vào d ng n i nhũ ñ phân bi t các gi ng lúa n p hay t , các ñ c ñi m hình thái, sinh lý ñ nh n bi t các d ng lúa Theo (IRRI ,1996), g... ñó ñánh giá b ng phương pháp ng i c m quan v i 4 c p: không thơm, thơm nh , thơm và thơm ñ m ðánh giá mùi thơm trên lá v i 3 c p là: thơm, thơm nh và không thơm và cho r ng: k t qu ñánh giá mùi thơm trên lá và h t không chênh l ch nhi u Tuy nhiên, có nh ng gi ng th hi n mùi thơm trên lá nhưng không th hi n trên h t và ngư c l i Trong chương trình t o gi ng lúa năng su t và ch t lư ng cao cho các t nh... v a có năng su t khá, ch t lư ng t t, c m ôn (c y ñư c nhi u v trong năm), cơm d o, thơm mà l i kháng b nh b c lá, ñ o ôn, r y nâu t t B nh b c lá lúa do vi khu n Xanthomonas oryzae pv oryzae (Xoo) ñang gây h i nghiêm tr ng, nh hư ng l n ñ n năng su t, ch t lư ng c a cây lúa Ch n l c ra các gen quy ñ nh nh ng tính tr ng ch t lư ng, gen kháng b nh, ñ c bi t là b nh b c lá ñ lai chuy n vào cây lúa là... gen mùi thơm các gi ng lúa n p s d ng các PCR – based marker - L a ch n m t s gi ng lúa tri n v ng h i t nhi u ñ c ñi m quý: gen kháng b c lá, gen thơm, năng su t cao, ch t lư ng t t, ng n ngày phù h p cho cơ c u mùa v các t nh mi n B c và mi n Trung 1.3 Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài 1.3.1 Ý nghĩa khoa h c c a ñ tài - ðánh giá ñư c nh ng ñ c ñi m cơ b n c a các gi ng lúa n p b ng k t h p phương... công thì vi c có ñư c ngu n gen càng ña d ng phong phú, ch a nhi u tính tr ng t t bao g m các gen m c tiêu có ý nghĩa quy t ñ nh Ngu n gen các m u gi ng lúa, trong ñó có lúa n p c a nư c ta r t phong phú và ña d ng, có nhi u gi ng ch t lư ng r t cao, cơm d o lâu và thơm, có ti m năng năng su t cao, có nhi u gi ng v n ñư c ñ ng bào các dân t c mi n núi gi l i tr ng Tuy nhiên, các tính tr ng t t này l i . tạo các dòng giống lúa nếp chất lượng cao, kháng bệnh bạc lá, chúng tôi tiến hành ñề tài: Khảo sát ñánh giá năng suất, chất lượng và khả năng kháng bệnh bạc lá nguồn gen các giống lúa nếp bằng. BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI MAI THỊ HƯƠNG KHẢO SÁT ðÁNH GIÁ NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NGUỒN GEN CÁC LÚA NẾP BẰNG. MAI THỊ HƯƠNG KHẢO SÁT ðÁNH GIÁ NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NGUỒN GEN CÁC LÚA NẾP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ