Nghiên cứu khả năng kháng rầy nâu và đặc điểm nông sinh học của một số giống lúa tại thừa thiên huế

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lúa lương thực 50% dân số giới, đặc biệt người dân Châu Á Đối với Việt Nam, lúa gạo nguồn lương thực chính, lúa gạo nguồn xuất thu nhiều ngoại tệ Tuy nhiên, rầy nâu (Nilarpavata lugens Stal) tác nhân hại lúa nghiêm trọng đặc biệt nước Châu Á Giải pháp lâu dài mà an toàn với môi trường sức khỏe người dân xác định phổ biến giống lúa kháng rầy nâu đến với người nông dân Hiện đa số giống lúa trồng chủ yếu tỉnh Thừa Thiên Huế nhiễm rầy nâu Do vậy, việc di nhập giống lúa kháng rầy nâu từ vùng miền khác để trồng đánh giá khả kháng rầy nâu đặc điểm nông sinh học Thừa Thiên Huế việc thiết yếu nhằm tuyển chọn bổ sung nguồn giống lúa kháng rầy nâu, sinh trưởng phát triển tốt điều kiện sinh thái địa phương Khả kháng rầy nâu giống lúa đánh giá thông qua phản ứng với quần thể rầy nâu địa phương, đồng thời sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử việc xác định gen kháng rầy cho kết xác rút ngắn thời gian thử nghiệm Ngoài việc chọn lọc giống lúa kháng rầy nâu suất cao chất lượng gạo mục tiêu quan tâm Những giống lúa có ưu chất lượng gạo hàm lượng tinh bột, amylose, độ trở hồ, độ bền gel…làm cho cơm có vị ngọt, ngon, mềm dẻo đồng thời có hàm lượng chất dinh dưỡng cao giống lúa cần khai thác Xuất phát từ lý trên, chúng chọn đề tài: “Nghiên cứu khả kháng rầy nâu đặc điểm nông sinh học số giống lúa Thừa Thiên Huế” Mục tiêu nghiên cứu Trên sở đánh giá khả kháng rầy nâu số giống lúa, phân tích đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả đẻ nhánh, suất, chất lượng ) giống lúa kháng rầy nâu, phân tích đặc điểm sinh học phân tử giống kháng rầy nâu trồng Thừa Thiên Huế Dựa kết nghiên cứu, tham mưu, đề xuất cho địa phương sử dụng giống lúa phù hợp Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3.1 Ý nghĩa khoa học Kết nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng phát triển, nông sinh học sinh học phân tử số giống lúa để sàng lọc khả kháng rầy nâu Thừa Thiên Huế cung cấp chứng khoa học cho công tác chọn tạo giống địa phương tương lai 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Giới thiệu giống lúa có suất cao, chất lượng gạo tốt mang gen kháng rầy nâu cho Thừa Thiên Huế địa phương có đặc điểm sinh thái tương tự Đóng góp luận án Phân tích mối liên quan yếu tố nông sinh học với suất, suất với tình hình nhiễm rầy nâu Xác định ba giống lúa có mang đa gen kháng rầy nâu bph1, bph2, bph3, bph4, bph10, bph14, biểu kháng rầy nâu giống lúa tốt Trong giống lúa Sài Đường Kiến An giống có nhiều ưu điểm thể khả thích nghi với điều kiện tự nhiên Thừa Thiên Huế, suất cao, chất lượng tốt khả kháng rầy nâu tốt Chuyển giao lượng lúa giống tuyển chọn cho hộ nông dân trồng thử nghiệm diện rộng địa bàn xã An Đông, thành phố Huế Bố cục luận án Luận án gồm 117 trang với 12 bảng số liệu, 16 hình 107 tài liệu tham khảo Kết cấu luận án gồm mở đầu: trang; tổng quan tài liệu: 25 trang; nguyên liệu, nôi dung phương pháp nghiên cứu: 14 trang; kết nghiên cứu thảo luận: 42 trang; kết luận đề nghị: trang; công trình công bố: trang, tài liệu tham khảo: 11 trang, phụ lục: 20 trang NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu lúa gạo Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi chiếm đại phận diện tích lúa giới Oryza sativa L Hiện có loại lúa nhóm lúa Indica Japonia Các phận nhánh lúa bao gồm: rễ, thân, có Các mỏng, hẹp (2,0-2,5 cm) dài 50-100 cm Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió, mọc thành cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài khoảng 30-50 cm Hạt lúa loại thóc (hạt nhỏ, cứng loại ngũ cốc) dài 5-12 mm dày 2-3 mm Sau xát bỏ lớp vỏ ngoài, thu sản phẩm gạo phụ phẩm cám trấu 1.2 Đặc điểm sinh lý lúa 1.2.1 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển lúa Thời gian sinh trưởng lúa từ nảy mầm chín thay đổi từ 90- 180 ngày tùy theo giống điều kiện ngoại cảnh Cây lúa trải qua thời kỳ sinh trưởng, phát triển sinh trưởng dinh dưỡng sinh trưởng sinh thực Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng tính từ lúc gieo đến lúc làm đòng, gồm thời kỳ nảy mầm, mạ làm đốt, làm đòng Trong thời kỳ lúa hình thành phát triển quan dinh dưỡng lá, phát triển rễ, đẻ nhánh Thời kỳ có ảnh hưởng trực tiếp tới việc hình thành số Thời kỳ sinh trưởng sinh thực thời kỳ phân hóa, hình thành quan sinh sản từ lúc làm đòng thu hoạch, bao gồm trình làm đòng, trổ hình thành hạt Thời kỳ làm đốt định việc hình thành số hạt bông, tỷ lệ hạt trọng lượng hạt 1.2.2 Hoạt động sinh lý lúa Các hoạt động sinh lý lúa trình phát triển quang hợp, trao đổi nước, dinh dưỡng khoáng, khả chống chịu, ảnh hưởng đến suất lúa Nghiên cứu đặc điểm sinh lý trình hình thành suất nghiên cứu trình hình thành, tích lũy chất khô (carbohydrate) hạt Năng suất sinh học lúa phụ thuộc vào yếu tố cường độ quang hợp, thời gian quang hợp, diện tích Để nâng cao suất kinh tế lúa phải có biện pháp tưới nước, bón phân, bố trí thời vụ hợp lý, phòng trừ sâu bệnh 1.2.3 Yếu tố hình thành suất lúa Năng suất định số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt Mỗi giai đoạn phát triển lúa liên quan mật thiết đến yếu tố cấu thành suất Mỗi yếu tố đóng vai trò khác nằm hệ liên hoàn tạo nên hiệu suất cao mà yếu tố có liên quan mật thiết với 1.2.4 Ảnh hưởng số điều kiện sinh thái đến sinh trưởng, phát triển lúa Sự sinh trưởng phát triển lúa có liên quan mật thiết với điều kiện thời tiết khí hậu Đó yếu tố nhiệt độ, ẩm độ không khí, lượng mưa ánh sáng Các yếu tố thuận lợi điều kiện để nâng cao suất trồng ngược lại 1.3 Đặc điểm hình thái, đặc tính hóa sinh hạt gạo Chất lượng hạt gạo đánh giá thông qua chất lượng dinh dưỡng, chất lượng nấu nướng chất lượng xay chà Hàm lượng chất dinh dưỡng có hạt gạo bao gồm: hàm lượng protein, tinh bột, lipid Độ mềm dẻo hạt gạo nấu thành cơm đánh giá thông qua hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền gel Ngoài tiêu hình dạng hạt gạo độ bạc bụng sử dụng để đánh giá chất lượng gạo 1.4 Rầy nâu gây hại khả kháng rầy nâu lúa 1.4.1 Giới thiệu rầy nâu Rầy nâu (Nilarpavata lugens S.) chích hút trực tiếp chất dinh dưỡng từ phát triển, làm giảm suất, mật độ rầy cao làm chết lúa, gây tượng cháy khô đám ruộng Ngoài ra, rầy nâu gây hại gián tiếp cho lúa cách truyền virus gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn 1.4.2 Biotype rầy nâu Rầy nâu có biotype: biotype phân bố rộng vùng Đông Á Đông Nam Á, biotype có nguồn gốc Philippin phát sinh sau sử dụng rộng rãi giống có gen bph1, biotype phát sinh từ phòng thí nghiệm Nhật Bản Philippin, biotype thấy vùng Nam Á Quần thể rầy nâu tỉnh Thừa Thiên Huế thuộc biotype biotype 1.4.3 Cơ chế kháng rầy nâu lúa Tính kháng phản ứng tự vệ chống lại công côn trùng mầm bệnh Hiểu rõ chế kháng rầy tiền đề quan trọng cho biện pháp nhằm hạn chế thiệt hại rầy nâu gây Những nghiên cứu dựa vào kỹ thuật phân tử gần cho thấy có thay đổi mặt di truyền, sinh lý hóa sinh lúa có công rầy nâu 1.4.4 Gen kháng rầy nâu lúa Cho đến năm 2010, có 24 gen kháng rầy nâu xác định Viện lúa quốc tế IRRI Các gen kháng rầy nâu nằm vị trí nhiễm sắc thể (NST) khác lúa Một nhóm gen như: bph1, bph2, bph9, bph10, bph18, and bph21 nằm cánh dài NST số 12, gen bph12, bph15, bph17, bph20 nằm cánh ngắn NST số 4, gen bph11, bph14 nằm cánh dài NST số 3, gen Bph13, bph19 nằm cánh ngắn NST số 1.5 Nghiên cứu lúa kháng rầy nâu Việt Nam Mỗi năm CLRRI sản xuất khoảng 10-20 giống lúa có khả kháng rầy nâu giống lúa chủ yếu trồng thử nghiệm trồng đại trà vùng lúa thuộc khu vực ĐBSCL, khu vực miền Trung việc giống lúa kháng rầy chưa quan tâm nhiều Chương NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu giống lúa IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An Lốc Nước Trung tâm Tài nguyên Thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp, Hà Nội cung cấp (có cấp độ kháng rầy từ 0-3), giống TN1 (chuẩn nhiễm) Giống lúa Khang Dân Quần thể rầy nâu Thừa Thiên Huế 2.2 Nội dung nghiên cứu - Các đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả đẻ nhánh, chiều cao cây, diện tích lá, cường độ quang hợp, tiêu suất ) giống lúa nghiên cứu hai vụ Hè Thu Đông Xuân hợp tác xã An Đông, thành phố Huế - Các đặc điểm chất lượng hạt gạo (hàm lượng protein, amylose, độ trải gel, hình dạng hạt, độ bạc bụng ) giống lúa nghiên cứu hai vụ Hè Thu Đông Xuân hợp tác xã An Đông, thành phố Huế - Đánh giá tính kháng rầy nâu giống lúa nghiên cứu (trong nhà lưới đồng ruộng) hai vụ Hè Thu Đông Xuân hợp tác xã An Đông, thành phố Huế - Xác định gen kháng rầy nâu có giống lúa nghiên cứu kỹ thuật sinh học phân tử 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm gồm giống lúa có nguồn gốc mức độ kháng rầy nâu khác Mỗi giống công thức thí nghiệm bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ với lần nhắc lại, ô thí nghiệm có diện tích 10 m2 (5 m x m), khoảng cách ô 30 cm 2.3.2 Đánh giá tiêu nông sinh học: được xác định đánh giá dựa theo “Quy phạm khảo nghiệm giống quốc gia 10 TCN 558-2002” (Bộ NN&PTNT, 2002) và "Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá lúa" của IRRI (IRRI, 2002) 2.3.3 Đánh giá chất lượng gạo: hàm lượng protein xác định theo phương pháp Bradford (1976), hàm lượng glucose xác định xác định theo phương pháp Lindsay (Lindsay, 1973), hàm lượng lipid xác định phương pháp Soxhlet (Mùi, 2001), hàm lượng amylose xác định theo phương pháp Sadavisam Manikam (1992), độ bền gel xác định theo phương pháp Cagampang (1973), độ trở hồ xác định theo phương pháp Little cs (1958), hình dạng hạt gạo độ bạc bụng đánh giá theo tiêu chuẩn IRRI (IRRI, 2002) 2.3.4 Đánh giá tính kháng rầy nâu: - Đánh giá phản ứng với rầy nâu nhà lưới theo phương pháp Tanaka (2000), đánh giá mật độ rầy nâu đồng ruộng theo "Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá lúa" của IRRI (IRRI, 2002) - Phương pháp sinh học phân tử DNA tổng số tách chiết theo phương pháp Kang và cs (2003) Khuếch đại thị liên kết với gen bph1 sử dụng cặp mồi BpE183 (R/F) (Kim cs, 2005); khuếch đại thị liên kết với gen bph3 sử dụng cặp mồi RM589 (R/F) (Jairin cs, 2007); khuếch đại thị liên kết với gen bph4 sử dụng cặp mồi RM586 (R/F) (Jairin cs, 2007) Dựa trình tự vùng cds gen kháng rầy nâu bph14 (Accession: FJ941067.1), chúng sử dụng chương trình DNASIS để thiết kế cặp mồi, được ký hiệu là: M1-F và R, M2-F và R, M3-F và R, M4-F và R nhằm khuếch đại đoạn overlapping (M1, M2, M3, M4) toàn bộ chiều dài vùng cds gen kháng rầy nâu bph14 (Du, 2010) Điều kiện cho phản ứng PCR là: 95oC-5 phút; 30 chu kỳ: 95oC1 phút, 55oC đến 60oC-1 phút và 72oC-1 phút; 72oC-10 phút Tạo dòng DNA trình tự đoạn DNA tái tổ hợp phân tích phương pháp dioxy máy Instrument Model/Name: 3730xl công ty Bioneer, Korea thực 2.3.3 Xử lý thống kê Các thí nghiệm lặp lại lần (n≥30) Số liệu thực nghiệm tính giá trị trung bình phân tích ANOVA (một yếu tố hai yếu tố), phân tích mô hình tuyến tính nhiều biến phần mềm R SM SM 41 14 54 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm nông sinh học giống lúa 3.1.1 Thời gian sinh trưởng phát triển Hình 3.2 Diễn biến yếu tố thời tiết qua vụ lúa vụ Hè Thu (A, B) vụ Đông Xuân (C, D) Bảng 3.1 Thời gian sinh trưởng giống lúa Giốn g KD L1 L3 L25 L27 Làm đòng Đẻ nhánh Trổ rộ Chín HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX 38,7ABa±1,2 39,7Aa±0,6 37,7AB±0,6 37,3B±0,6 39,0AB±1,0 41,3Ab±1,2 27,0Cb±1,0 36,3B±1,5 39,7AB±1,5 41,3A±1,2 68,3Aa±0,6 67,7ABa±0,6 65,3Ba±0,6 67,7ABa±1,2 73,3Ca±1,5 80,7Ab±0,6 71,7Bb±1,5 79,3Ab±0,6 86,3Cb±1,2 84,3Cb±0,6 77,3Aa±0,6 78,7Aa±1,5 74,3Ba±0,6 77,3Aa±0,6 85,3Ca±0,6 111,7Ab±2,9 104,7Bb±0,6 105,3Bb±1,2 103,3Bb±1,5 94,0Cb±1,7 96,3Aa±0,6 96,3Aa±0,6 94,7Ba±0,6 96,3Aa±0,6 96,7Aa±0,6 137,0Ab±1,7 137,3Ab±1,2 135,3ABb±0,6 132,3Bb±2,5 126,0Cb±1,0 Chú thích: - Chữ in hoa sai khác giống, chữ thường sai khác mùa (P 95%) (Bảng 3.2) 3.1.3 Số nhánh Số nhánh/cây mùa vụ gieo trồng khác Các giống trồng vụ Hè Thu có 6,3-8,0 nhánh/cây, giống trồng vụ Đông Xuân có 7,0-9,0 nhánh/cây Theo cấp phân loại IRRI giống lúa nghiên cứu có số nhánh cuối thuộc nhóm nhóm thấp (số nhánh cuối từ 5-9) 3.1.4 Diện tích đòng Kết bảng 3.2 cho thấy diện tích đòng có sai khác rõ giống lúa, vụ Hè Thu (20,2-31,4 m2), vụ Đông Xuân (19,9-30,7 m2) Kết phân tích ANOVA-hai yếu tố cho thấy diện tích đòng giống lúa trình bày bị ảnh hưởng đặc tính di truyền giống lúa nghiên cứu (Bảng 3.5) 3.1.5 Chiều dài Các giống lúa nghiên cứu có chiều dài từ 21,8-24,9 cm (vụ Hè Thu) 21,5-24,3 cm (vụ Đông Xuân) Kết cho thấy chiều dài thường tính di truyền quy định, bị chi phối điều kiện ngoại cảnh chế độ canh tác 3.1.6 Chiều cao Chiều cao đo giống lúa dao động từ 93-107 cm vụ Hè Thu, từ 94,3-106,7 cm vụ Đông Xuân Theo thang điểm để đánh giá chiều cao IRRI giống phổ biến địa phương Khang Dân giống lúa nghiên cứu thuộc nhóm lúa bán lùn ([...]... Kiến An và Lốc Nước có biểu hiện kháng trong phòng thí nghiệm thì mật độ rầy nâu trên đồng ruộng cũng thấp hơn so với các giống khác Bảng 3.11 Ảnh hưởng của giống và mùa vụ đối với khả năng kháng rầy Giá trị F và (giá trị P) Chỉ tiêu SLN 5 (ống nghiệm) SLN 7 (ống nghiệm) Số rầy/ cây (45 NSG) Số rầy/ cây (52 NSG) Số rầy/ cây (59 NSG) Số rầy/ cây (66 NSG) Số rầy/ cây (73 NSG) Số rầy/ cây (80 NSG) Số rầy/ cây... 3 Kết luận về phản ứng kháng rầy nâu: Kết quả đánh giá tính kháng rầy nâu trong nhà lưới và theo dõi mật độ rầy nâu ngoài đồng ruộng cho thấy các giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều có biểu hiện kháng tốt với quần thể rầy nâu Thừa Thiên Huế, giống Khang Dân nhiễm rầy nâu Kết quả phân tích mối liên quan giữa năng suất và 23 thời gian nhiễm rầy cho thấy thời điểm tính từ sau khi gieo... những giống lúa thể hiện khả năng kháng bền vững 2 Đề nghị - Trồng khảo nghiệm các giống lúa ở diện rộng trên một số vùng chuyên trồng lúa khác nhau thuộc địa bàn Thừa Thiên Huế, tiếp tục theo dõi tính ổn định về khả năng kháng rầy, năng suất và phẩm chất gạo, làm cơ sở khoa học cho việc sử dụng các giống lúa được tuyển chọn thay thế dần cho các giống địa phương đã bị thoái hóa - Tiếp tục triển khai nghiên. .. 1,19 (0,35) 3,07 (0,04) 3.4 Đánh giá tính kháng rầy nâu của các giống lúa 3.4.1 Đánh giá tính kháng rầy trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng * Đánh giá tính kháng rầy trong nhà lưới +Theo phương pháp ống nghiệm: sau 5 ngày lây nhiễm các giống lúa nghiên cứu đều kháng tốt với quần thể rầy nâu Thừa Thiên Huế (cấp gây hại từ 1,8-2,5), giống Khang Dân có biểu hiện kháng vừa (cấp gây hại là 4,5) Tuy nhiên,... An và Lốc Nước kháng vừa với rầy 13 nâu thể hiện ở cấp gây hại từ 3,8-4,3; giống Khang Dân nhiễm rầy nâu (cấp gây hại 6,2); giống lúa IRRI 352 nhiễm vừa (cấp gây hại 4,7) Qua kết quả thử nghiệm phản ứng với rầy nâu trong nhà lưới, chúng tôi nhận thấy các giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều kháng rầy nâu khá tốt, trong khi đó giống Khang Dân nhiễm với rầy nâu Bảng 3.9 Cấp gây hại của. .. gây hại của rầy là 5,8 tương ứng với mức độ nhiễm rầy nâu thì các giống lúa nghiên cứu IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước vẫn biểu hiện kháng vừa với quần thể rầy nâu (cấp gây hại từ 3,7-4,3) + Theo phương pháp hộp mạ: sau 5 ngày lây nhiễm các giống lúa nghiên cứu biểu hiện kháng rầy nâu (cấp gây hại 1,8-2,3), giống Khang Dân nhiễm vừa (cấp gây hại 5,2) Sau 7 ngày lây nhiễm các giống. .. đoạn lúa làm đòng thì mật độ rầy tăng vọt với số lượng rầy dao động từ 109,1 con/m2 (giống Lốc Nước) đến 278,6 con/m2 (giống IRRI 352) Đến giai đoạn lúa trổ thì mật độ rầy nâu đạt cực đại ở tất cả các giống lúa, trong đó giống Khang Dân Vụ Đông Xuân (từ tháng 1tháng 5) rầy nâu bắt đầu xuất hiện vào thời điểm 60 ngày sau gieo.Từ đầu tháng 4 đến tháng 5, thì lượng rầy xuất hiện nhiều ở các giống lúa nghiên. .. ngày và 129 ngày ảnh hưởng đến 62% năng suất lúa ở mức ý nghĩa P = 0,0015 4 Kết luận về gen kháng rầy nâu: giống IRRI 352 có mang gen bph1; giống BG 367-2 có gen bph1, bph3, bph4 và bph10 ; giống Sài Đường Kiến An có gen bph1, bph3, bph4 và bph14; giống Lốc Nước có mang gen bph1, bph3, bph4 và bph14 Như vậy, ba giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều là giống mang đa gen kháng rầy nâu, ... 3.4.2 Đặc điểm sinh học phân tử liên quan đến khả năng kháng rầy * Xác định gen kháng rầy nâu bph1 + Phản ứng PCR Khuếch đại PCR trên DNA tổng số của các giống lúa IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước với cặp mồi BpE18-3 Kết quả hình 3.7 cho thấy tất cả các giống lúa nghiên cứu đều xuất hiện băng DNA khuếch đại với kích thước khoảng 500 bp Các băng DNA khá rõ chứng tỏ gen kháng rầy. .. khá lớn ở các giống lúa nghiên cứu ở vụ Hè Thu chiều dài gel đo được từ 28,7-93,6 mm Giống Khang Dân là giống có độ trải gel thấp nhất 28,67 mm, giống lúa IRRI 352 có chiều dài gel đo được dài nhất 93,6 mm Chiều dài gel của các giống lúa trong vụ Đông Xuân đo được từ 25,391,9 mm Hình 3.4 Chiều dài gel của các giống lúa 12 3.3.6 Hình dạng và độ bạc bụng của hạt Hạt gạo các giống lúa tẻ Khang Dân, BG