Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học và giá trị chọn giống của 8 dòng đột biến từ giống lúa HT1 ở thế hệ thứ 5

Một trong những phương pháp tạo giống hiện nay mang lại hiệu quả cao được áp dụng rộng rãi ở nước ta và trên thế giới là phương pháp tạo dòng đột biến.. Ưu điểm của phương pháp là không

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

LÚA HT1 Ở THẾ HỆ THỨ 5

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Di truyền học

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập tại khoa Sinh- KTNN- Trường ĐHSP Hà Nội 2,

để hoàn thành khoá luận tốt nghiệp, ngoài cố gắng nỗ lực học tập của bản thân tôi còn được sự giúp đỡ của các Thầy, Cô và các bạn cùng gia đình Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2

- Ban chủ nhiệm, các thầy cô trong tổ bộ môn Di truyền - Tiến hoá khoa Sinh - KTNN

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GVC TS Đào Xuân Tân

đã tận tình chỉ bảo trong thời gian tôi thực hiện khoá luận

Để đề tài được hoàn thiện hơn rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn

chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2009

Sinh viên

Nguyễn Thị Hợp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trình bày trong khoá luận tốt nghiệp này đều là sự thực, tất cả các số liệu đều thu thập từ thực nghiệm và không trùng với bất cứ tài liệu nào

Đề tài có trích dẫn một số dẫn liệu của một số tác giả khác Tôi xin phép tác giả được trích dẫn, bổ sung cho khóa luận của mình

Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2009

Sinh viên

Nguyễn Thị Hợp

2.1 Nguồn gốc, phân loại và giá trị kinh tế của cây lúa 6

2.2.1 Đặc điểm hình thái- sinh học của cây lúa 8 2.2.2 Đặc điểm sinh trưởng- phát triển của cây lúa 11 2.3 Ứng dụng của đột biến trong quá trình chọn tạo giống lúa 12 2.3.1 Lịch sử nghiên cứu đột biến thực nghiệm 12 2.3.2 Tác dụng của các tác nhân đột biến trên cây lúa 13 2.4 Tình hình nghiên cứu lúa trên thế giới và ở Việt Nam 14 2.4.1 Tình hình nghiên cứu lúa trên thế giới 14 2.4.2 Tình hình nghiên cứu lúa ở Việt Nam 14

3.3.1 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 16

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

+ ADN : Axít Deroxiribo Nucleic + ARN : Axít Ribo Nucleic + IRRI : International Rice Research Institute - Viện

nghiên cứu lúa quốc tế

+ NSLT : Năng suất lý thuyết + P1000 : Khối lượng 1000 hạt + TGST : Thời gian sinh trưởng + D : Dài (chiều dài hạt gạo) + R : Rộng (chiều rộng hạt gạo) + FAO : Food and Agricuture Organnization - Tổ chức Nông Lương thế giới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1: Khả năng đẻ nhánh

Bảng 2: Chiều cao cây

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Trang

Biểu đồ 1: Khả năng đẻ nhánh

Biểu đồ: Chiều cao cây

Biểu đồ 3: Chiều dài lá đòng

Biểu đồ 11: Chiều dài hạt gạo

Biểu đồ 12: Chiều rộng hạt gạo

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Lúa là một trong ba cây lương thực chính của hơn một nửa dân số thế giới, tập trung tại các nước Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ La Tinh Lúa gạo có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực và ổn định xã hội Theo dự báo của Tổ chức Nông Lương thế giới (FAO - Food and Agricuture Oryganization) nguy cơ thiếu hụt lương thực tại nhiều nước ngày càng tăng, biến đổi khí hậu toàn cầu gây hiểm họa khô hạn, bão lụt, quá trình đô thị hóa làm giảm đất lúa, nhiều nước phải dành đất để trồng cây nhiên liệu sinh học vì

sự khan hiếm nguồn nhiên liệu rất cần thiết cho nhu cầu đời sống và công nghiệp phát triển Chính vì vậy an ninh lương thực là vấn đề cấp thiết hàng đầu của thế giới hiện tại và trong tương lai (Nguyễn Đình Giao, Nguyễn Thiện Huyên, Nguyễn Hữu Tề, Hà Công Vượng, 2001) [3]

Trong khi dân số thế giới tiếp tục tăng thì diện tích đất dùng cho trồng lúa lại không tăng, nếu không muốn nói là giảm theo thời gian Theo dự đoán của các chuyên gia về dân số học, nếu dân số thế giới tiếp tục gia tăng trong vòng 20 năm tới, thì sản lượng lúa gạo phải tăng 80% mới đáp ứng cho nhu cầu sống còn của cư dân mới Trong điều kiện eo hẹp đó, người ta phải suy nghĩ đến một chiến lược để tăng sản lượng lúa gạo (http://cay lua.com) [15]

Để đảm bảo cung cấp đủ lương thực cho dân số thế giới trong khi diện tích đất nông nghiệp giảm, tổ chức FAO đã đưa ra 2 biện pháp kỹ thuật là:

- Luân canh tăng vụ

- Tạo giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt thay thế cho các giống cũ Trong đó việc áp dụng luân canh tăng vụ chỉ giải quyết được phần nào

về sản lượng lúa mà không thể giải quyết thoả đáng về nhu cầu lương thực

Chỉ có biện pháp sử dụng giống tốt mới có khả năng làm tăng sản lượng lúa đáp ứng nhu cầu cho nhân loại

Một phương pháp nữa để tạo ra giống mới đó là áp dụng kỹ thuật chuyển gen tạo ra những giống lúa biến đổi gen Thành tựu của phương pháp này đã rõ dàng, đã tạo ra những giống mới có năng suất cao trong thời gian ngắn Tuy nhiên, những giống lúa này chưa được người tiêu dùng chấp nhận rộng rãi vì độ an toàn của sản phẩm, đồng thời đây là phương pháp đòi hỏi kỹ thuật cao, những nước đang phát triển cũng khó thực hiện (Trần Duy Quý, 1997) [9]

Một trong những phương pháp tạo giống hiện nay mang lại hiệu quả cao được áp dụng rộng rãi ở nước ta và trên thế giới là phương pháp tạo dòng đột biến Ưu điểm của phương pháp là không quá phức tạp, dễ áp dụng, thời gian cho kết quả ngắn một số nghiên cứu đã được ghi nhận về chọn tạo giống lúa đột biến như các nghiên cứu của Trần Duy Quý, Bùi Huy Thuỷ, Hoàng Quang Minh [13]

Để góp phần vào việc chọn tạo giống lúa mới cho nông nghiệp và để khẳng định phẩm chất của một số giống lúa được tạo ra từ việc xử lý đột biến (Co60) chúng tôi tiến hành đề tài:

“ Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học và giá trị chọn giống của 8 dòng đột

biến từ giống lúa HT1 ở thế hệ thứ 5”

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá và xác định mức độ ổn định di truyền ở thế hệ thứ 5 của các dòng lúa đột biến từ giống gốc HT1, cụ thể là các dòng: HT2, HT4, HT5, HT6, HT7, HT8, HT9, HT12

- Tuyển chọn một số dòng có năng suất cao để tiếp tục khảo sát vụ tiếp theo hoặc giữ lại để nhân giống

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát một số đặc điểm nông sinh học và giá trị chọn giống của các dòng đột biến về các chỉ tiêu như: khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây, chiều dài bông, thời gian sinh trưởng, các yếu tố cấu thành năng suất theo tiêu chuẩn của IRRI - 1996

- Lựa chọn một số dòng có ưu thế và tiềm năng về năng suất, chất lượng làm

cơ sở cho việc tạo dòng thuần và tạo giống mới

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tìm hiểu hiệu quả của đột biến thực nghiệm trong công tác chọn tạo giống nói chung và giống lúa nói riêng

- Áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, góp phần nâng cao kiến thức về đột biến trong giảng dạy phần di truyền học

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần vào việc tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống mới có năng suất cao, phẩm chất tốt, thời gian sinh trưởng ngắn để thay thế các giống cũ kém hơn, tiến tới việc gieo trồng đại trà trên nhiều vùng sinh thái khác nhau

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Nguồn gốc, phân loại và giá trị kinh tế của cây lúa

2.1.1 Nguồn gốc cây lúa

Cây lúa (tên khoa học là Oryza sativa) là một trong những cây ngũ cốc

có lịch sử trồng trọt lâu đời nhất

Về nguồn gốc xuất xứ của cây lúa có nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu

và đưa ra ý kiến khác nhau như:

Theo WanG 1908, Vavilop N.T 1926, cây lúa có nguốn gốc từ Ấn Độ Theo De CandolleA 1885, Roshevits R.U 1930, cây lúa xuất hiện đầu tiên ở vùng Nam Trung Quốc

Theo Chevalier A 1937, Komarov V.L 1938, Erughin P.S 1950, cây lúa có nguồn gốc ở Việt Nam, Campuchia

Mặc dù nguồn gốc xuất xứ của Oryza sativa có nhiều ý kiến khác nhau, nhưng hiện nay các nhà khoa học đã đi đến thống nhất là nguồn gốc cây lúa ở vùng Đông Nam Châu Á [15] vì vùng này là nơi có điều kiện lý tưởng cho phát triển nghề trồng lúa Theo kết quả khảo cổ trong vài thập niên qua cho thấy quê hương của cây lúa là ở vùng Đông Nam Á và Đông Dương, những nơi mà dấu ấn của cây lúa đã được ghi nhận là khoảng 10.000 năm trước công nguyên [15] Tại Trung Quốc, bằng chứng về cây lúa lâu đời nhất chỉ khoảng 5.900 đến 7.000 năm trước và thường thấy ở các vùng xung quanh sông Dương Tử [15] Từ Đông Nam Á, nghề trồng lúa được du nhập vào Trung Quốc, rồi sang Nhật Bản, Hàn Quốc những nơi mà cư dân chỉ quen với nghề trồng lúa mạch Sau hết, ở vùng nào lúa gạo cũng được coi là nguồn lương thực chính có liên quan đến đời sống của hàng triệu người

2.1.2 Phân loại cây lúa

Cây lúa thuộc bộ hoà thảo (Graminales), họ hoà thảo (Gramineae), chi Oryza, được phân bố rộng trên thế giới Phân loại của Viện nghiên cứu lúa quốc tế IRRI (1963) chia chi Oryza làm 19 loài, có loài sống một năm có loài sống nhiều năm Trong số 19 loài chỉ có hai loài lúa trồng:

- Loài Oryza sativa L được trồng phổ biến ở tất cả các châu lục

- Loài Oryza glaberrima được trồng ở một số nước Châu Phi

Việc phân loại Oryza sativa L có nhiều quan điểm khác nhau:

Theo Kato (1931) chia Oryza sativa L thành 2 loài phụ:

+ Oryza sativa sub Sp Japonica Kato (loài phụ Nhật Bản)

+ Oryza sativa sub Sp Indica Kato (loài phụ Ấn Độ)

Theo Goutchin (1934, 1943) đứng trên quan điểm thực vật học phân loại thành 3 loài phụ: Indica, Javanica, Japonica Javanica là loại hình trung gian giữa Indica và Japonica nhưng gần với Indica hơn

Ngoài ra, căn cứ vào mùa vụ gieo cấy trong năm và thời gian sinh trưởng Oryza sativa L còn được chia thành lúa chiêm và lúa mùa; theo điều kiện tưới và gieo cấy chia thành lúa nước và lúa cạn; theo chất lượng và hình dạng hạt chia ra lúa tẻ (utilissma) và lúa nếp (glutinosa), lúa hạt dài và lúa hạt tròn

Ở nước ta lúa trồng được phân bố từ Bắc vào Nam, từ ven biển đến đồng bằng, từ trung du đến miền núi, đa số các giống lúa trồng ở nước ta thuộc dạng lúa miền nhiệt đới (loài phụ Indica), một số giống lúa miền núi có tính trung gian giữa loài phụ Indica và loài phụ Japonica

2.1.3 Giá trị kinh tế của cây lúa

Lúa là một trong 3 cây lương thực chủ yếu trên thế giới: lúa mì, lúa và ngô Sản lượng lương thực toàn thế giới đầu những năm 80 là 460 triệu tấn (lúa mì), 573 triệu tấn (lúa gạo) và 529 triệu tấn (ngô) Như vậy sản lượng lúa

gạo là nguồn lương thực chính, 25% sử dụng lúa gạo trên 1/2 khẩu phần lương thực hàng ngày Như vậy lúa gạo có ảnh hưởng tới đời sống ít nhất 65% dân số thế giới (Nguyễn Đình Giao & cs, 2001) [3]

Sản xuất lúa gạo trong vài ba thập kỷ gần đây đã có mức tăng trưởng đáng kể Tuy tổng sản lượng của lúa tăng 70% trong 30 năm, nhưng do dân

số tăng nhanh nhất là ở các nước đang phát triển (châu Á, châu Phi, châu Mỹ

La Tinh), lúa đã đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc giải quyết vấn đề thiếu lương thực

Những năm gần đây cùng với sự phát triển của sinh học đã tạo ra những giống lúa tốt, có năng suất cao Nước ta đã có những bước nhảy vọt trong sản xuất lúa gạo, đặc biệt là xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới (sau Thái Lan) hàng năm đã đóng góp phần lớn vào tổng thu nhập quốc dân (GDP)

Các sản phẩm của cây lúa có các chất dinh dưõng (tinh bột, prôtêin, lipít, xenluloza, vitamin B1, B2, B6, PP ) cần thiết cho đời sống của con người, cho chăn nuôi và cho công nghiệp chế biến mang lại giá trị kinh tế to lớn như:

- Gạo còn chế biến làm nguyên liệu sản xuất rượu, bia

- Tấm: sản xuất tinh bột, rượu cồn, vốtca, axeton, phấn mịn và thuốc chữa bệnh

- Cám: dùng để sản xuất thức ăn cho gia súc Trong công nghệ dược sản xuất vitamin B1 chữa bệnh tê phù Dầu cám có chất lượng cao dùng chữa bệnh, chế tạo sơn cao cấp, làm mỹ phẩm, chế xà phòng…

- Trấu: sản xuất nấm men làm thức ăn gia súc, sản xuất vật liệu đóng lót hàng, dùng để độn chuồng làm phân bón có SiO2 cao Ở nông thôn còn sử dụng làm chất đốt

- Rơm rạ: với thành phần chủ yếu là xenluloza có thể sản xuất thành giấy, đồ

da dụng như dây thừng chão, mũ, dầy dép Cũng có thể dùng rơm, rạ để sản

xuất thức ăn gia súc, trộn với cây họ đậu làm thức ăn ủ chua, sản xuất nấm rơm, độn chuồng, chất đốt…

2.2 Đặc điểm nông - sinh học của cây lúa

2.2.1 Đặc điểm hình thái - sinh học của cây lúa

a Rễ lúa

Rễ lúa thuộc loại rễ chùm, có hai loại:

- Rễ mầm (rễ mộng): hình thành từ phôi hạt sau khi nảy mầm, chỉ có một rễ, không phân nhánh, phát triển một thời gian rồi teo đi

- Rễ phụ: hình thành từ các mắt đốt gốc của thân cây (thân mẹ và thân nhánh) Trên mỗi rễ phụ mọc ra các rễ nhỏ, rễ mầm phát triển một thời gian thì rễ phụ mọc ra

Thân lúa làm nhiệm vụ vận chuyển và dự trữ nước, muối khoáng lên lá

để quang hợp, vận chuyển O2 và các sản phẩm khác từ lá tới các bộ phận rễ, nhánh, bông, hạt và là nơi dự trữ đường, tinh bột để chuyển về hạt ở thời kỳ sau trỗ

- Lá hoàn toàn (lá thật): là loại lá có bẹ lá, phiến lá, tai lá, cổ lá và lưỡi lá (thìa lìa)

Lá lúa là trung tâm hoạt động sinh lý của cây lúa Đó là hoạt động quang hợp, hô hấp, tích luỹ chất khô, thoát hơi nước, điều tiết nhiệt độ, nhận oxy của không khí vào qua thân rồi xuống rễ Bẹ lá còn giúp cho thân chống

đỡ và làm nhiệm vụ như một kho dự trữ tinh bột, đường tạm thời trước khi trỗ bông Tuỳ theo vị trí trên cây mà lá có chức năng khác nhau

Theo chức năng, lá lúa gồm 3 loại: lá sinh trưởng sinh dưỡng thúc đẩy quá trình đẻ nhánh (từ lá thứ 3 đến lá thứ 7), lá quá độ thúc đẩy phát triển thân và tạo bông hạt (từ lá thứ 8 đến lá thứ 10), lá sinh trưởng bông hạt (từ lá thứ 11 trở đi) Theo Tulaka (1958), từ lá thứ 12 trở đi chuyển các chất đồng hoá về bông hạt, ngược lại lá dưới thấp, từ lá thứ 8 trở xuống chuyển các chất đồng hóa được cho rễ [14]

Thân bông và cuống bông nối với nhau bằng đốt cổ bông

+ Hoa lúa: là hoa lưỡng tính gồm đế hoa, lá bắc, vảy cá, nhị và nhụy

Lá bắc có 4 lá, 2 lá phía trong phát triển thành 2 vỏ trấu, 2 lá phía ngoài là mày hoa

Vảy cá là một màng mỏng không màu, hình vảy cá nằm ở giữa bầu nhụy và vỏ trấu, điều khiển sự đóng mở của vỏ trấu khi hạt lúa phơi màu

Nhị có 6 bao phấn, mọc xen kẽ thành 2 vòng, mỗi bao phấn có 4 ngăn chứa nhiều hạt phấn Hạt phấn có 2 tầng tế bào và có 2 lỗ để nảy mầm

Nhụy ở giữa hoa, hình trứng dài, đầu nhụy có 3 nhánh nhưng chỉ có

2 nhánh phát triển còn một nhánh thoái hoá

+ Hạt thóc: sau khi thụ tinh hoa lúa phát triển thành quả (hạt thóc), bao gồm hạt nhũ và phôi: nội nhũ chiếm phần lớn hạt gạo

Phôi gồm: rễ phôi, trục phôi và lá phôi

Bông lúa làm nhiệm vụ dự trữ chất đường, bột để con người sử dụng

và làm nhiệm vụ sinh sản (hạt thóc) để tạo các thế hệ sau (làm giống) Bông lúa được phát triển từ đốt cuối cùng của thân, trải qua thời kỳ phân hóa, trỗ, phơi màu, thụ phấn, thụ tinh, chín sữa và chín [10]

2.2.2 Đặc điểm sinh trưởng- phát triển của lúa

Các điều kiện cần cho sự sinh trưởng và phát triển tốt của cây lúa:

- Thời vụ cấy phải phù hợp để đảm bảo các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, lượng mưa…

- Mặt ruộng phải bằng phẳng, luôn có nước từ 10-15 cm để giúp cây lúa sinh trưởng và phát triển tốt (thuận lợi là ở lưu vực các con sông lớn)

- Thời kỳ sinh trưởng cần lượng mưa vào khoảng 125 mm/tháng

- Thời kỳ lúa phơi màu, thời tiết cần khô ráo, mát mẻ để tăng khả năng thụ phấn, kết hạt cao

- Thời kỳ thu hoạch cần nhiều nắng để bảo quản sản phẩm

- Xét về thời gian sinh trưởng của cây lúa dài hay ngắn tuỳ thuộc vào từng giống và điều kiện ngoại cảnh Những giống ngắn ngày có thời gian sinh trưởng vào khoảng 90-100 ngày, giống dài ngày có thời gian sinh trưởng khoảng 150-180 ngày, có những giống thời gian sinh trưởng còn dài hơn tới

270 ngày

Theo IRRI, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa được chia làm 2 thời kỳ và 9 giai đoạn:

- Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng: - Thời kỳ sinh trưởng sinh thực:

1.Giai đoạn nảy mầm 5 Giai đoạn làm đòng

2 Giai đoạn mạ 6 Giai đoạn trỗ bông

3 Giai đoạn đẻ nhánh 7 Giai đoạn chín sữa

4 Giai đoạn vươn lóng 8 Giai đoạn vào chắc

9 Giai đoạn chín hoàn toàn Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng cây lúa chủ yếu phát triển cơ quan sinh dưỡng như thân, lá, rễ, tích luỹ các chất dự trữ ở thân trước khi đưa lên quả (hạt lúa)

Thời kỳ sinh trưởng sinh thực cây lúa tạo thêm cơ quan sinh sản như đòng lúa, bông lúa, tạo quả, hạt

Hai thời kỳ này có liên quan mật thiết với nhau và quyết định năng suất

vụ lúa Cây lúa có thời gian sinh trưởng sinh dưỡng mạnh mẽ thì mới tạo được một số giống phù hợp, tạo được bông đủ dài từ đó mới có nhiều hạt giúp năng suất mùa vụ tăng cao

2.3 Ứng dụng của đột biến trong quá trình chọn tạo giống lúa

2.3.1 Lịch sử nghiên cứu của đột biến thực nghiệm

Lần đầu tiên năm 1925, tại viện Radium Leningrad, Naxon và Philipop

đã phát hện khả năng gây đột biến của tia Rơnghen ở nấm hạ đẳng sau đó Muller (1927) và Stadler (1928) cũng phát hiện hiệu quả này của tia Rơnghen

ở ruồi giấm và ngô [13]

Còn khả năng gây đột biến của các hoá chất thì lần đầu tiên đựơc Stubbe (1930) và Xakharov (1932) phát hiện ra Nhưng chỉ sau những công trình của

Rapoport và Auer bach (1943) thì vấn đề này mới được nghiên cứu mạnh mẽ

và được ứng dụng dần vào thực tiễn [13]

Sau khi phát hiện ra hiệu quả gây đột biến của các dạng phóng xạ, các nhà khoa học Liên Xô đã sử dụng chúng vào chọn giống ngay ở những thời

kỳ rất xớm Đelone và Didut trong những năm 1927-1938 đã tạo ra hàng trăm dạng đột biến có giá trị ở lúa mì, lúa mạch [13]

Tuy nhiên trong thời gian đầu việc sử dụng phóng xạ hóa chất vào việc chọn tạo giống mới chưa được phổ biến bởi nhiều nhà khoa học, nhiều nhà chọn giống còn nghi ngờ tác dụng của đột biến, cho rằng đột biến chỉ gây ra những biến đổi có hại Nhưng chỉ 40 năm sau những phát minh của Naxon, Philipop, Muller, Stadler và 20 năm sau những phát kiến của Rapoport và Auerbach (1943) kỷ nguyên của chọn giống đột biến bằng phóng xạ - hoá chất mới bắt đầu chứng minh rõ dàng tác dụng ưu việt của đột biến trong chọn tạo giống mới Theo thống kê của tổ chức Nông lương thế giới (FAO) năm

1960 thế giới đã có tới 1870 sinh vật đột biến gen đem lại hiệu quả kinh tế lớn cho nhân loại

2.3.2 Tác dụng của các tác nhân đột biến lên cây lúa

Một số tác nhân đột biến thường được sử dụng trong chọn tạo giống lúa gồm các tác nhân: vật lý, hoá học, sinh học Trong đó tác nhân vật lý có vị trí rất quan trọng được sử dụng rộng rãi nhất Tác nhân vật lý chia làm hai nhóm:

- Nhóm tia bức xạ không gây ion hoá (tia tử ngoại) có bước sóng dài (2580

A0) có tác dụng cực mạnh lên phân tử ADN vì bước sóng này bức xạ được ADN hấp thụ mạnh nhất [9]

- Nhóm tia bức xạ gây ion hoá gồm tia Rơnghen (X), tia gamma (), tia bêta (), tia anpha () các tia này tham gia vào các phản ứng gây biến đổi trong vật chất di truyền (ADN, ARN) [9]

Đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc sử dụng tác nhân vật lý trong chọn tạo giống lúa Mở đầu là công trình của các nhà khoa học Nhật Bản: Yarmaha, Naêamma, Saiki nghiên cứu ảnh hưởng phóng xạ ion hoá (tia X, ,

,  ) lên cây lúa nước vào năm 1917-1918 Sau đó Sharma, Kimura nghiên cứu ảnh hưởng của các tia phóng xạ lên hạt lúa Ở Việt Nam năm 1967-1970, hai tác giả Trịnh Bá Hữu và Lê Duy Thành (Trường Đại Học Tổng Hợp) nghiên cứu tác động của tia gamma đến giống lúa NN8 [4]

Năm 1983, giống lúa DT-205 của Viện khoa học Việt Nam đã được đưa vào gieo trồng đại trà ở nhiều tỉnh thu được nhiều kết quả khả quan [11] Năm

2004 giống lúa nếp PD2 của TS Đào Xuân Tân - Trường ĐHSP Hà Nội 2 được công nhận là giống quốc gia hiện đang gieo trồng đại trà ở nhiều tỉnh Một số các nghiên cứu khác đi tới kết luận rằng: khi xử lý tia  từ nguồn Co60 lên hạt lúa có thể làm xuất hiện một số đột biến có lợi như cây chín sớm, bông dài, hạt xếp sít (Hoàng Quang Minh, Nguyễn Như Toản)

2.4 Tình hình nghiên cứu lúa trên thế giới và Việt Nam

2.4.1 Tình hình nghiên cứu lúa trên thế giới

Lúa là cây lương thực quan trọng trên thế giới Cây lúa nước được gieo trồng trên 112 nước nhưng tập trung không đều, chủ yếu ở Châu Á (chiếm khoảng 90%) Tùy từng vùng và tùy từng điều kiện canh tác của mỗi nước khác nhau mà năng suất lúa khác nhau, dao động từ 3-7 tấn/ha Những nước

có năng suất lúa cao như Australia (3,5-6,8 tấn/ha), Nhật Bản (5,6-6.8 tấn/ ha), đặc biệt có những giống lúa được gieo trồng ở một số nước năng suất đạt

10 tấn/ha Thái Lan hiện nay là nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới (khoảng 6,5-7 triệu tấn/năm) nhờ việc tập trung đầu tư vốn, giống, khoa học kỹ thuật trong nông nghiệp [3]

Gần đây các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đang

có những công trình nghiên cứu nhằm tìm ra dạng cây lúa mới có năng suất chất lượng cao hẳn giống hiện tại Cụ thể đã tạo ra được dòng IR 608 19-34- 2-1 là dòng có nhiều hạt trên bông, năng suất đạt 10 tấn/ha đối với vùng nhiệt đới và 15 tấn/ha đối với vùng ôn đới

Ngay sau khi hai công ty Syngenta (công ty hạt giống và nông nghiệp Nhật Bản) và Myriad Genetic S (công ty công nghệ sinh học ở Utah - Mỹ) công bố bản đồ gen của cây lúa gần như hoàn chỉnh ngày 26-01-2001 có thể giúp các nhà chọn giống sớm đưa ra những giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt [6]

2.4.2 Tình hình nghiên cứu lúa ở Việt Nam

Hiện nay, Việt Nam là nước xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới sau Thái Lan với sản lượng 5,2 triệu tấn (năm 2005) thu về 1,4 tỷ USD cho nền kinh tế quốc dân, mặc dù hơn trước 1989 Việt Nam vẫn lâm vào tình trạng thiếu lương thực trầm trọng Để có kết quả thắng lợi này là nhờ một phần không nhỏ của khoa học chọn giống, thay thế giống cũ bằng những giống mới

có năng suất cao hơn, phẩm chất tốt hơn

Ở Việt Nam, những thành tựu của việc chọn tạo giống lúa trong vài ba thập niên qua đã từng làm các đồng nghiệp quốc tế khâm phục Từ giống lúa IR8 hay Thần Nông 8 vào cuối thế kỉ XX với nỗ lực của giới khoa học nông nghiệp Việt Nam, đến nay chúng ta đã có khoảng 70-80 giống lúa được công nhận và phổ biến, năng suất hơn hẳn các giống lúa địa phương từ 20-40% [8] Không những thế các giống lúa này còn có chất lượng cao, như tổ hợp lai giữa giống IR2588 và Xuân số 2, Viện cây lương thực thực phẩm đã tạo ra giống lúa P6 có hàm lượng prôtêin cao hơn hạt gạo cổ truyền 1,5 lần [3] Nhiều giống lúa cải tiến có chất lượng tốt hơn được đưa ra thử nghiệm và sản

truyền địa phương (Tám, Dự, Nàng hương ) cũng đang được phục tráng và

mở rộng diện tích trong sản xuất [5]

Tuy vậy khó khăn của Việt Nam hiện nay là chất lượng gạo còn kém do chưa có nhiều giống chất lượng cao, dư lượng thuốc hoá học bảo vệ thực vật còn cao, sử dụng nhiều phân hoá học trong canh tác vì thế giá xuất khẩu của gạo không cao hoặc không được thị trường thế giới chấp nhận Một khó khăn nữa đó là chi phí cho nghề trồng lúa ngày một cao (do giá cả phân bón, giống lúa mới rất cao) so với giá trị của hạt gạo Đây là một trong những trở ngại lớn mà nghề trồng lúa của Việt Nam phải vượt qua trong thời gian tới

CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: 8 dòng lúa đột biến HT2, HT4, HT5, HT6, HT7, HT8, HT9, HT12 trong bộ sưu tập của TS Đào Xuân Tân do xử lý tia gamma (nguồn Co60) lên giống lúa HT1 ở thế hệ thứ 5

Giống đối chứng HT1 là giống lúa thuần nhập nội từ Trung Quốc Là giống ngắn ngày, có thể gieo cấy ở vụ xuân muộn và mùa sớm Sinh trưởng,

nhỏ dài, hạt không có râu, vỏ trấu màu nâu Gạo trong, cơm thơm ngon, khả năng chống chịu trung bình, ít sâu bệnh, chịu thâm canh trung bình, thích hợp với nhiều chân dất, thời gian sinh trưởng 120-130 ngày (vụ xuân muộn) và 100-105 ngày (vụ mùa sớm) [15]

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.2.1 Địa điểm nghiên cứu

- Phòng thí nghiệm Di truyền, Khoa Sinh - KTNN , Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2

- Xã Nam Viêm - Xuân Hoà - Phúc Yên - Vĩnh Phúc

3.2.2 Thời gian nghiên cứu

Vụ xuân năm 2008

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp thí nghiệm ngoài đồng ruộng

- Mạ của các dòng được gieo thành từng lô theo phương pháp mạ dược, cấy khi tuổi mạ đạt 15-20 ngày (mạ có 3-4 lá thật)

- Ruộng làm đất kỹ san phẳng chia thành luống (rộng 1,5m2, dài theo chiều dài của luống)

- Mật độ cấy 45 khóm/m2, cấy 1 dảnh/khóm

- Ngày gieo : 20/01/2008- 05/02/2008

- Ngày thu hoạch: 25/05/2008- 07/06/2008

Chăm sóc theo quy trình chung

3.3.2 Phương pháp thu thập số liệu

Theo dõi và thu thập một số biến dị hình thái sinh trưởng và phát triển, các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng lúa đột biến

Các chỉ tiêu được xác định theo “Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen lúa”-1996 của IRRI (phụ lục bảng)

1 Giai đoạn nảy mầm 5 Giai đoạn làm đòng

2 Giai đoạn mạ 6 Giai đoạn trỗ bông

3 Giai đoạn đẻ nhánh 7 Giai đoạn chín sữa

4 Giai đoạn vươn lóng 8 Giai đoạn vào chắc

9 Giai đoạn chín hoàn toàn

n i

 n 30

1

) (

n i

Với n: số cá thể trong mẫu

Xi: giá trị các biến số

* Hệ số biến động: CV% = x100 %

X



CV% < 10%: sự biến động không đáng kể CV% = 10-20%: sự biến động trung bình

CV% > 20%: sự biến động cao

* NSLT = số khóm/m2 x số bông/khóm x số hạt chắc/bông x

P1000hạt x 10-5 tấn/ha

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 Đặc điểm nông sinh học của 8 dòng đột biến từ giống lúa HT1

4.1.1 Khả năng đẻ nhánh (bảng 1, biểu đồ 1)

Xác định số nhánh của một dòng nghĩa là xét khả năng đẻ nhánh của dòng

chẽ đến quá trình hình thành số bông và năng suất sau này, là một trong các chỉ tiêu được các nhà chọn giống quan tâm đặc biệt Cây lúa có thể chịu được mật độ cao, do vậy khả năng đẻ nhánh sẽ có lợi cho việc đạt năng suất cao trong các ruộng lúa cấy

Theo Chang T.T (1964) có ít nhất 3 loại locus tác động cộng gộp (polimery) chi phối tính trạng đẻ nhánh Các alen trội “Ti” quy định khả năng

đẻ nhánh yếu, còn các alen lặn “ti” quy định khả năng đẻ nhánh mạnh Các giống có khả năng đẻ nhánh cao hoặc đẻ nhánh tốt có 3 cặp gen đồng hợp tử: ti1ti1ti2ti2ti3ti3 Các giống đẻ nhánh trung bình có 2 cặp gen lặn, còn các giống đẻ nhánh yếu thì chỉ có 1 cặp gen lặn, các giống khác có khả năng đẻ nhánh rất thấp thì đồng hợp tử về 3 gen trội nói trên (Ti1Ti1Ti2Ti2Ti3Ti3)

Kết quả ở bảng 1, biểu đồ 1 cho thấy khả năng đẻ nhánh cao nhất là dòng HT5 (13,13  0,73) và dòng có khả năng đẻ nhánh thấp nhất là dòng HT2 (5,8  0,23)

Các dòng trên đều có hệ số biến dị cao (17,54% cho đến 31,24%) điều này cho thấy khả năng đẻ nhánh của các dòng lúa còn chưa đồng đều Dòng

Biểu đồ 1: Khả năng đẻ nhánh của 8 dòng đột biến từ giống lúa HT1

4.1.2 Chiều cao cây (bảng 2, biểu đồ 2)

Chiều cao cây là tính trạng do nhiều gen quy định và cũng chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường Theo nghiên cứu của Viện lúa quốc tế (IRRI) chiều cao cây lúa được chia thành 3 nhóm:

- Nhóm trung bình có chiều cao cây từ 90-125 cm

- Nhóm có chiều cao lớn hơn 125 cm

Chiều cao cây lúc được kiểm tra bởi vài kiểu gen: Bg hay D5, Sm5, d,

md, dw, T Về độ cao cây, mức độ của các gen phân bố như sau: D > Sm > d

> md Trong đó I- T- là trội, các gen Sm, d, md, dw là lặn Gen I- T- lấn át sự phát triển ngoại hình của cây tính lùn [10]

Theo Syakydo (1958, 1961) Jenning (1971) [13] và nhiều tác giả khác thì chiều cao cây lúa do nhiều locus chi phối, chúng phân bố ở 11/12 nhóm gen liên kết ( O Sativa, 2n = 24) Trừ nhiễm sắc thể số 7

Theo Khush G.S và Toennisen (1991) [12] có tới 50 gen gây nên tính lùn hoặc rút ngắn một bộ phận của cây hầu hết là các gen lặn, chỉ có một gen trội là D35 (DK-3) thuộc nhiễm sắc thể số 9 (thuộc nhóm gen liên kết VIII) Trừ nhiễm sắc thể số 7, các gen gây tính lùn nói trên được phân bố trên 11 nhiễm sắc thể còn lại Sự phân bố và tương tác của các gen này trong kiểu gen đã gây ra sự khác nhau về chiều cao cây của giống mang kiểu gen đó

Theo Chang T T (1964) [12] thì gen T quy định tính trạng cao cây và gen I át chế gen T Các dòng đột biến cao cây có kiểu gen iiTT

Cũng theo quan niệm của Chang T T (1964 và 1983) và tác giả khác thì đột biến thấp cây thuộc đột biến lặn Dưới tác dụng của các tác nhân đột biến thì gen trội “D” sẽ biến đổi thành gen lặn “d” Tùy thuộc vào kiểu gen cụ thể mà cặp gen lặn “d” thể hiện ở mức độ khác nhau

Chiều cao cây có liên quan đến tính kháng đổ do vậy là yếu tố quan trọng quyết định năng suất của lúa Nếu cây lúa quá cao thì thân thường yếu,

dễ bị đổ, năng suất giảm Nếu cây lúa có chiều cao hợp lý thì sẽ đảm bảo năng suất lúa đạt được Ở nước ta có khí hậu nhiệt đới, có bão lũ nhiều (nhất là vụ mùa) nên các dòng lúa có đặc điểm thấp cây, cây cứng, không bị đổ sẽ được

Kết quả ở bảng 2, biểu đồ 2 cho ta thấy 8 dòng khảo sát đều có chiều cao cây ở mức trung bình từ (X = 92,3 cho đến 102,64 cm) Dòng có chiều cao cây lớn nhất là HT6 (102,64  1,45) Dòng có chiều cao cây nhỏ nhất là HT9 (92,3  1,02) So với HT1 (101  0,69) thì đa số các dòng có chiều cao cây thấp hơn, trừ dòng HT6 (102,64  1,45)

Chiều cao của các dòng được sắp xếp theo thứ tự như sau:

HT6 > HT5> HT1 > HT8 > HT12 > HT7 > HT2 > HT4 > HT9

Hệ số biến dị của tính trạng này ở 8 dòng lúa trên là không đáng kể (CV% < 6,14%) Điều này cho thấy các dòng lúa này có chiều cao cây không chênh lệch nhau nhiều Trong mỗi dòng giữa các cây không có sự biến động

về chiều cao cây nhiều Dòng HT12 có hệ số biến dị cao nhất so với 7 dòng (CV% = 6,14%) Dòng có hệ số biến dị thấp nhất là dòng HT9 (CV% = 3,47%)

Hệ số biến dị của các dòng được sắp xếp theo thứ tự như sau:

HT12 > HT5 > HT6 > HT7> HT1 > HT2 > HT8 > HT4 > HT9

Bảng 2: Chiều cao cây của 8 dòng đột biến từ giống lúa HT1

Chiều cao cây

Biểu đồ 2: Chiều cao cây của 8 dòng đột biến từ giống lúa HT1

4.1.3 Chiều dài lá đòng (bảng 3, biểu đồ 3)