Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma (co60) vào hạt nảy mầm

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lúa gạo lương thực chính, cung cấp lương thực cho nửa dân số giới (Li G et al., 2017) [106], cho người dân nước khu vực châu Á Từ lâu, gạo nếp trở thành phần thiếu đời sống kinh tế tinh thần không người dân Việt Nam mà nhiều nước khu vực Thế giới Lúa nếp chủ yếu phục vụ nhu cầu lương thực vùng cao, thiếu ngày tết nguyên đán nhiều lễ hội cổ truyền nguồn nguyên liệu phục vụ chế biến loại xôi bánh Cùng với phát triển đời sống kinh tế xã hội, nhu cầu lương thực người dân ngày tăng cao, từ nhu cầu ăn đủ no đến ăn ngon đẹp (mầu sắc, hình dạng đồ ăn) Ở nước ta nhu cầu gạo dẻo, gạo thơm đặc biệt gạo nếp không ngừng tăng cao Tuy nhiên, giống lúa nếp đặc sản có chất lượng cao, cho xơi dẻo có mùi thơm đặc trưng thường cảm ứng chặt với quang chu kỳ, cao, dễ đổ, khả đồng hóa đạm thấp nên cho suất thấp nên chưa đáp ứng nhu cầu sản xuất, diện tích gieo trồng ngày thu hẹp, nhiều giống khơng sản xuất Các giống lúa nếp cải tiến có suất cao không thơm thơm nhẹ nên việc mở rộng diện tích gieo trồng nhiều hạn chế Nguồn vật liệu cho chọn tạo giống lúa nếp thơm đa dạng Do đó, thực tiễn, tác giả thực nghiên cứu độc lập sử dụng nguồn vật liệu phương pháp nghiên cứu chọn tạo giống tương tự nên số giống lúa nếp tạo có nhiều đặc điểm tương tự nhau, làm giảm giá trị giống Các giống lúa nếp đặc biệt giống lúa nếp thơm tạo ít, chưa đáp ứng nhu cầu sản xuất số lượng chất lượng Chọn tạo giống lúa phương pháp đột biến được sử dụng thành công nhiều Quốc gia tạo giống lúa nếp mới, đặc biệt thành công Việt Nam, Thái Lan Trung Quốc Tuy nhiên, chủ yếu thành công giống lúa thâm canh, lúa chất lượng, lúa thơm nghiên cứu lúa nếp Theo Rajarajan D et al., (2014)[131], đột biến thực nghiệm công cụ quan trọng để cải tiến đặc tính tạo biến dị di truyền có ý nghĩa, sử dụng tác nhân gây đột biến làm tăng đáng kể tần xuất đột biến so với tự nhiên Nhằm tạo nguồn vât liệu đa dạng hơn, cung cấp nguồn nguyên liêu phong phú cho chọn tạo giống lúa nếp thơm mới, nâng cao hiệu sử dụng giống lúa nếp, đặc biệt giống lúa nếp cổ truyền, chọn đề tài: “Nghiên cứu cải tiến số giống lúa nếp chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm” Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu chung Xác định ảnh hưởng liều lượng chiếu xạ vật liệu xử lý đến hiệu gây đột biến lúa nếp, phục vụ cho cải tạo giống lúa nếp Việt Nam 2.2 i Mục tiêu cụ thể Xác định ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ M1 đến tần xuất số đột biến có ý nghĩa cải tiến giống hệ M2 ii Xác định tương quan tần xuất xuất đột biến diệp lục với tần xuất xuất số đột biến có ý nghĩa cải tiến giống M2 iii Xác định khác biệt hiệu gây đột biến chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm giống gốc dòng đột biến iv Đánh giá tuyển chọn từ đến dòng đột biến ưu tú có khả cải tiến giống trực tiếp phục vụ sản xuất Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng mùa vụ gieo trồng hệ M (xuân mùa) đến phát sinh đột biến có ý nghĩa chọn giống hệ thứ (chỉ sử dụng giống lúa nếp: Phú Quý, Lang Liêu N98, tiến hành chiếu xạ vụ Xuân mùa 2013, xác định hiệu gây đột biến vụ Mùa 2013, vụ Xuân vụ Mùa 2014 - Nghiên cứu so sánh hiệu gây đột biến chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm dòng đột biến giống gốc (sử dụng giống lúa nếp: Cái Hoa Vàng, 415, TK90 dòng đột biến từ chúng: HV-H, M50, TK97) Các thí nghiệm thực vụ Mùa 2014, vụ Xuân vụ Mùa 2015 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Về khoa học: Các kết đề tài về: chọn vật liệu mang xử lý đột biến ( chiếu xạ hạt dòng đột biến cho hiệu gây đột biến cao so với chiếu xạ hạt giống gốc), phương pháp xử lý đột biến (chiếu xạ tia gamma (Co60) với liều lượng 150Gy vào hạt lúa khoảng thời điểm nảy mầm 6972h), quy trình gieo trồng để thu nhận nhiều đột biến (gieo trồng M1 vụ Mùa cho hiệu cao so với vụ Xuân ), quy trình thu nhận đột biến M2 (chỉ lấy hạt từ bơng M để gieo sang M 2) đánh giá hợp lý dòng đột biến gây tạo (sự biểu khác biệt tính trạng vụ Xuân vụ Mùa ) để tuyển chọn dòng ưu tú đóng góp lý luận cho khoa học chọn giống đột biến, góp phần nâng cao hiệu phương pháp chọn giống phóng xạ lúa nói chung lúa nếp nói riêng Về thực tiễn: Việc phát nhiều dòng đột biến tính cảm quang trở thành cảm ơn, gieo cấy vụ năm nguồn vật liệu có giá trị cho cơng tác chọn tạo giống lúa nếp thơm Việc cải tạo thành công giống lúa nếp: Cái Hoa Vàng nếp Đuôi Trâu đặc điểm: phá vỡ cảm ứng quang chu kỳ, tăng khả chống đổ, tăng xuất, có khả gieo cấy vụ/năm góp phần mở rộng diện tích gieo trồng tăng sản lượng gạo nếp có chất lượng gạo đặc sản Những đóng góp luận án - Mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) có ảnh hưởng đến phát sinh đột biến có ý nghĩa cải tiến giống lúa cũ tạo giống lúa hệ thứ (M2); gieo trồng M1 vụ Mùa cho tần xuất xuất đột biến cao hơn, phổ đột biến rộng (ở M2) so với gieo trồng M1 vụ Xuân - Chiếu xạ vào hạt dòng đột biến cho hiệu phát sinh đột biến cao so với chiếu xạ vào hạt giống gốc Khi chiếu xạ vào hạt dòng đột biến ngồi đột biến cũ phát số đột biến mới, mở khả tăng dần số lượng đột biến có ý nghĩa chọn giống - Đã cải tiến thành công giống lúa nếp Đi Trâu (dòng ĐT4) đặc điểm như: tính cảm quang, thấp cứng hơn, đòng đứng xanh thẫm hơn, suất cao giữ phẩm chất gạo đặc sản, cho xôi dẻo thơm tương tự giống gốc - Đã tạo chọn giống lúa nếp thơm (nếp Cái Hoa Vàng đột biến), tính cảm quang, gieo trồng nhiều vụ năm, cho suất tương tự giống nếp cao sản, ngắn ngày, khơng có mùi thơm (N97), giữ chất lượng gạo mùi thơm Bố cục luận án: Luận án gồm 147 trang (không kể phần tài liệu tham khảo phụ lục), phần mở đầu (4 trang); chương 1: tổng quan tài liệu (37 trang); chương 2: vật liệu, nội dung phương pháp nghiên cứu (13 trang); chương 3: kết nghiên cứu thảo luận (93 trang); kết luận kiến nghị (2 trang) Luận án gồm 29 bảng, 14 hình, 150 tài liệu tham khảo Trong đó: 54 tài liệu tiếng việt 96 tài liệu tiếng anh, 110 tài liệu năm trở lại (từ 20132018) chiếm 73,3 %; phần phụ lục gồm 45 trang với 32 hình ảnh thí nghiệm, 15 bảng kết phân tích thống kê xử lý số liệu thí nghiệm CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nguồn gốc phân loại lúa, lúa nếp 1.1.1 Nguồn gốc lúa, lúa nếp Lúa trồng (O.sativa L) thuộc họ hoà thảo (Poaceae), chi Oryza Ngoài loài lúa trồng O.sativa L O.glaberrima 21 lồi lúa dại phân bố khắp vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới ôn đới Hầu hết giống lúa trồng thuộc lồi O.sativa L Từ O.sativa L phân hố thành kiểu sinh thái là: Indica (trồng vùng nhiệt đới cận nhiệt đới), Japonica (trồng Nhật Bản, Hàn Quốc Bắc Trung Quốc) Javanica (Sharma A Singh S.K 2013) [135] Có nhiều quan điểm khác nguồn gốc lúa Theo Sampth Rao (1951), Ting (1993) lúa trồng châu Á (O.sativa L) có nguồn gốc từ Trung Quốc Ấn Độ; Chang T.T (1985), lại cho rằng: lúa trồng châu Á có nguồn gốc từ vùng núi phía Nam dãy Hymalaya, miền Nam đông Nam châu Á (dẫn theo Nguyễn Tiến Thăng 2012)[41] Lúa trồng châu Á xuất khoảng 8000 năm trước chưa có kết luận chắn tổ tiên trực tiếp Theo Civsavn P et al., (2015)[67], Huang X Han B (2015)[88], lúa trồng châu Á trải qua q trình tiến hóa lâu dài để thích ứng với mơi trường khác từ hình thành nhóm chính: Indica, Japonoca Javanica, dùng số đặc điểm hình thái: thân, lá, hạt hàm lượng amyloza, amylopectin, khả chịu hạn, lạnh để nhận biết Các giống lúa thuộc nhóm Japonica thường có suất cao Indica khoảng 0,51tấn/ha (Hoàng Tuyết Minh cs 2016)[27] Theo Takane Matsuo (1997), lúa nếp nương dạng khởi nguồn lúa trồng, tìm thấy Assam-Yunnan, nơi lúa nếp chiếm ưu Watabe (1976) cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào vùng Bắc, đơng Bắc Thái Lan Ngồi ra, vùng Shan Kachin Myanmar; Kwangsichuang Yunnan Trung Quốc; khu vực biên giới Campuchia, Thái Lan Lào; vùng núi khu vực biên giới Việt Nam Lào vùng trồng nhiều lúa nếp Cùng quan điểm đó, Chaudhary R.C D.V Tran (2001) cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào đông Bắc Thái Lan (dẫn theo Nguyễn Văn Vương 2013) [53] Tuy nhiên, quan điểm Khush (1997), tiến hóa loại lúa trồng phổ biến nhiều nhà khoa học thừa n hận (dẫn theo Nguyễn Văn Vương 2013)[53] 1.1.2 Phân loại lúa, lúa nếp Từ lâu nhà khoa học dựa vào dạng nội nhũ để phân biệt lúa nếp với lúa tẻ, dựa đặc điểm hình thái, sinh lý để nhận biết dạng lúa Theo IRRI (2013)[91], gạo nếp có hàm lượng amyloza thấp (< 5%), việc phân biệt dạng nội nhũ giống lúa địa phương giúp cho nhà quản lý nguồn gen xác định kỹ thuật bảo quản phù hợp Theo Nguyễn Văn Vương (2013) [53], cấu tạo tinh bột nội nhũ chủ yếu để phân chia thành lúa nếp lúa tẻ Nội nhũ lúa tẻ tích luỹ tinh bột dạng amyloza tạo thành đơn vị glucose nối với liên kết α-1,4 glycozid Amyloza có cấu trúc xoắn, phân tử glucose nối thành vòng, chuyển thành màu xanh nhuộm với Iốt Nội nhũ lúa nếp tích luỹ tinh bột dạng amylopectin với cấu trúc phân nhánh đơn vị glucose liên kết với liên kết α- 1,4 1,6- glycozid, phản ứng với Iốt chuyển màu đỏ tía Vì vậy, để phân biệt lúa nếp lúa tẻ người ta nhuộm tinh bột dung dịch KaliIotđua (KI) 1% Amyloza Amylopectin Hình 1.1 Cấu trúc hố học amyloza Amylopectin Hình 1.2 Nội nhũ lúa nếp lúa tẻ nhuộm KI 1.2 Nghiên cứu, sản xuất tiêu thụ lúa nếp 1.2.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất tiêu thụ lúa nếp giới Trong năm qua, sản suất lúa gạo giới khơng ngừng tăng diện tích, sản lượng suất (hình 1.3) Theo thống kê tổ chức lương thực giới (FAO), tổng sản lượng lúa gạo giới năm 2015 khoảng 749,1 triệu tấn, tăng 1% so với năm 2014 (741,8 triệu tấn) Trong đó, chủ yếu khu vực châu Á với 677,7 triệu tấn, chiếm khoảng 90% tổng sản lượng Nguồn: http://thantrau.vn/tinh-hinh-san-xuat-lua-gao-cua-viet-nam/ Hình 1.3 Diện tích sản lượng lúa tồn cầu giai đoạn 2006 - 2015 Hiện nay, có khoảng 114 nước trồng lúa, tập trung chủ yếu châu Á với 90% diện tích sản lượng lúa hàng năm Do đó, châu Á xem vựa lúa giới, sản suất lúa gạo châu Á tập trung nhiều Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan Việt Nam (Amita Sharma 2014) [56] Hiện nay, sau 14 năm dân số giới tăng tỷ người (Nguyễn Thị Sinh 2016)[33], dự kiến đến năm 2050 tăng gần tỷ người (Joshua C Stein et al., 2018)[ 95], với mức tiêu thụ 65 triệu gạo cho tỷ người/năm (khoảng 100 triệu thóc) Để đảm bảo an ninh lương thực tồn cầu đến năm 2035, tổng sản lượng thóc phải tăng thêm 114 triệu tấn/năm Tuy nhiên, ảnh hưởng biến đổi khí hậu nên năm tới diện tích trồng lúa giảm, suất trung bình tăng chậm, vấn đề đặt với ngành sản xuất lúa gạo nói chung nhà nghiên cứu chọn tạo giống lúa nói riêng phải tiếp tục trì suất, lấy chất lượng bù số lượng Đặc biệt cải tiến 10 giống lúa có sẵn, thêm tính trạng chống chịu với sâu bệnh điều kiện bất thuận, rút ngắn thời gian sinh trưởng,… Trong năm qua, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) tạo hàng ngàn giống lúa Trong đó, giống nếp IRi352 trồng phổ biến Việt Nam Ở Thái Lan, gieo trồng nhiều giống lúa cổ truyền có chất lượng cao, giống lúa cải tiến, ngắn ngày, suất cao chiếm tỷ lệ thấp Thái Lan đứng đầu giới xuất gạo với loại gạo hạt thon dài, trắng trong, cơm thơm, ngon gạo nếp với 4/6 loại gạo chất lượng thị trường giới là: Indica hạt dài, Indica hạt dài trung bình, gạo thơm gạo nếp (dẫn theo Nguyễn Văn Vương 2013)[53] Ở Lào chủ yếu gieo trồng giống lúa nếp cải tiến, ngắn ngày, suất cao vùng đất thấp, chủ động nước tưới, giống cổ truyền trồng với diện tích nhỏ vùng đất cao, khơng chủ động nước tưới Đây nguyên nhân gây tượng xói mòn nguồn gen lúa nếp Lào Lúa nếp Lào chiếm khoảng 85% tổng sản lượng lúa nước, Với sản lượng này, Lào nước có sản lượng lúa nếp lớn khu vực Đông Nam Á Ở Campuchia gieo trồng nhiều giống lúa nếp với khoảng 8% tổng số giống lúa gieo cấy, giống lúa nếp cảm quang, trỗ vào đầu tháng 10 với chất lượng gạo cao (dẫn theo Nguyễn Văn Vương 2013)[53] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất lúa, lúa nếp Việt Nam 1.2.2.1 Tình hình sản xuất lúa, lúa nếp Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa bờ biển dài, địa hình phức tạp nên hình thành nhiều vùng canh tác lúa khác Tùy theo mùa vụ, điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác phương pháp gieo trồng mà nghề trồng lúa nước ta hình thành phát triển với vùng chính: đồng sơng Hồng, đồng ven biển miền Trung đồng sơng Cửu Long phương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng, tùy mục đích điều kiện khách quan mà nhà nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá cho phù hợp 28 * Phương pháp nghiên cứu dựa thị hình thái 28 * Phương pháp nghiên cứu dựa thị đẳng men 29 * Phương pháp nghiên cứu dựa thị phân tử 29 1.4 Nghiên cứu hiệu gây đột biến xử lý tia gamma lên hạt lúa khô, ướt hạt nảy mầm 30 1.5 Cơ sở khoa học lựa chọn mùa vụ gieo trồng hạt lúa bị chiếu xạ tia gamma – hệ thứ (M1) miền Bắc nhằm nâng cao hiệu gây đột biến biểu M2 31 1.6 Một số thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến 36 1.6.1 Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến giới 36 1.6.2 Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến Việt Nam 38 1.7 Cơ sở sinh lý, di truyền mùi thơm số đột biến lúa 40 1.7.1 Cơ sở sinh lý, di truyền tính trạng mùi thơm 40 1.7.2 Sự di truyền số đột biến lúa nếp 43 1.8 Nghiên cứu tương tác kiểu gen môi trường 46 1.8.1 Trên giới 46 1.8.2 Ở Việt Nam 47 Một số vấn đề cấp thiết ngành chọn giống đột biến lúa Việt Nam 48 CHƯƠNG 49 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 2.1 Vật liệu nghiên cứu 49 Nguồn: * 966 giống trồng Nông nghiệp mới, ** Lê Xuân Trình (2001)[44] 50 2.2 Nội dung nghiên cứu 50 2.3 Phương pháp nghiên cứu 51 2.3.1 Phương pháp chiếu xạ 51 2.3.2 Phương pháp triển khai thí nghiệm đồng ruộng 51 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến hệ thứ 52 2.3.4 Phương pháp nghiên cứu xác định hiệu gây đột biến cải tiến giống chiếu xạ vào hạt nảy mầm giống gốc dòng đột biến 53 2.3.5 Phương pháp nghiên cứu mối tương quan phát sinh đột biến diệp lục giai đoạn mạ với đột biến có ý nghĩa chọn giống 55 2.3.6 Phương pháp nghiên cứu cải tiến giống nếp Đuôi Trâu nếp Cái Hoa Vàng 55 2.3.7 Phương pháp đánh giá đặc điểm hình thái, nơng học chất lượng lúa gạo số dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng, nếp Đuôi Trâu dòng đột biến tự nhiên HV-H 57 2.3.8 Phương pháp đánh giá tính ổn định suất dòng đột biến có triển vọng 60 2.3.9 Phương pháp thu thập xử lý số liệu 62 2.3.10 Phương pháp chọn lọc sau đột biến 64 2.4 Thời gian địa điểm nghiên cứu 64 2.4.1 Thời gian nghiên cứu 64 2.4.2 Địa điểm nghiên cứu 67 CHƯƠNG 69 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 69 3.1 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng đến tỷ lệ sống sót hệ thứ (M1) 69 3.1.1 Tỷ lệ sống sót giai đoạn mạ 70 3.1.2 Tỷ lệ sống sót giai đoạn đẻ nhánh 70 3.1.3 Tỷ lệ sống sót giai đoạn trỗ-chín 71 3.2 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến hệ thứ hai (M2) 72 3.2.1 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến diệp lục 72 Hiện nay, sản suất lúa gạo, đặc biệt khu vực miền Bắc, vụ Xuân đánh giá vụ quan trọng so với vụ Mùa Tuy nhiên, công tác nghiên cứu cải tiến giống lúa cũ tạo giống lúa phát sinh đột biến thực nghiệm nên gieo hạt chiếu xạ để nhận (M1) vào vụ Mùa có thời tiết ấm áp độ ẩm thích hợp cho nảy mầm sinh trưởng mạ 72 Prina A.R et al., (2012)[130], tác nhân phóng xạ gây nhiều biến đổi tế bào đặc biệt tế bào tạo phôi mầm dẫn đến làm giảm sức sống tế bào so với tế bào không chịu tác động Trong tế bào chịu tác động phóng xạ, mức độ bị giảm sức sống không giống dẫn đến khả tồn tại, cạnh tranh (phân chia) chúng khác Khi gặp điều kiện môi trường thuận lợi khắc nghiệt khả tồn cạnh tranh tế bào bị biến đổi giảm Để tạo điều kiện tối ưu cho tế bào bị biến đổi cạnh tranh với tế bào khác (tế bào không chịu tác động phóng xạ), tham gia hình thành giao tử truyền lại cho hệ sau, gieo trồng hạt sau chiếu xạ để nhận M1 vụ Mùa, thu nhiều đột biến hệ thứ (M2), có đột biến phù hợp với mục đích cải tiến giống cũ tạo giống 72 3.2.1.1 Tổng tần xuất phổ đột biến diệp lục 73 3.2.2 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh số đột biến có ý nghĩa chọn giống hệ thứ hai (M2) 75 Sử dụng tác nhân gây đột biến nhằm nghiên cứu quy luật phát sinh di truyền đột biến, ứng dụng để nghiên cứu cải tiến giống lúa cũ tạo giống lúa Do đó, đột biến có ý nghĩa chọn giống (đột biến hữu ích) ln nhà chọn giống quan tâm Chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt lúa nảy mầm giống lúa nếp Phú Quý, Lang Liêu N98 phân lập loại đột biến có ý nghĩa chọn giống là: đột biến thấp cây, đòng dài, bơng dài, hạt to, hạt xếp xít, tăng hạt bơng, chín sớm, tăng khả đẻ nhánh tăng số bơng khóm Các đột biến hữu ích tương tự phân lập Chakravarti et al., (2013)[62], Hallajian et al., (2013)[81], Vasline (2013a)[139] 75 3.2.2.1 Đột biến thấp 76 3.2.2.2 Đột biến đòng dài 77 3.2.2.3 Đột biến tăng chiều dài 77 3.2.2.4 Đột biến tăng kích thước hạt 78 3.2.2.5 Đột biến hạt xếp xít 79 3.2.2.6 Đột biến tăng số hạt 79 Ghi chú: PQ: Phú Quý, LL: Lang Liêu, TC: tính chung 80 3.2.2.7 Đột biến rút ngắn thời gian sinh trưởng 81 3.2.2.8 Đột biến tăng khả đẻ nhánh 81 3.2.2.9 Đột biến tăng số bơng/ khóm 82 3.2.3 Mối tương quan phát sinh đột biến diệp lục giai đoạn mạ với đột biến có ý nghĩa chọn giống 85 3.3 Sự phát sinh số đột biến M2 chiếu xạ tia gamma (Co60)vào hạt nảy mầm giống gốc dòng đột biến 86 3.3.1 Sự phát sinh số đột biến diệp lục 87 3.3.2 Sự phát sinh số đột biến có ý nghĩa chọn giống 89 3.3.2.1 Một số đột biến có ý nghĩa cải tiến thân 89 3.3.2.2 Một số đột biến có ý nghĩa cải tiến bơng hạt 94 3.3.2.3 Một số đột biến cải tiến thời gian sinh trưởng, khả đẻ nhánh tăng số hạt 98 3.3.3 Tổng tần xuất phổ đột biến có ý nghĩa chọn giống phát sinh từ giống gốc dòng đột biến 102 3.3.4 Mối tương quan đột biến diệp lục đột biến có ý nghĩa chọn giống M2 105 3.4 Đánh giá đa dạng tập đồn dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng nếp Đuôi Trâu 105 Việc chiếu xạ thực từ vụ Mùa 2012, theo sơ đồ xử lý phân lập đột biến hình 2.1 Ở M2 (vu Mùa 2013), chúng tơi thu thể đột biến chín sớm (mấtt tính cảm ứng quang chu kỳ) Trong đó, thể đột biến từ liều chiếu xạ 100Gy, thể đột biến từ liều chiếu xạ 150Gy Tiếp tục chiếu xạ vào hạt thể đột biến chín sớm nhằm thu đột biến (thể đột biến thu từ liều chiếu xạ tiếp tục chiếu xạ liều chiếu xạ đó), hệ M3 thu hạt từ bơng (sau chiếu xạ lần 2) gieo sang M4, M4 tiếp tục phân lập thể đột biến, thu 35 thể đột biến đặc điểm hình thái, nơng sinh học Trong đó, 14 thể đột biến thu từ liều chiếu xạ 100Gy (đặt tên ĐT 1-100, ĐT2-100,… ĐT14-100) 21 thể đột biến thu từ liều chiếu xạ 150Gy (ĐT1-150, ĐT2-150,… ĐT21-150) Ở M5 gieo trồng thể đột biến thành dòng riêng rẽ, đánh giá sơ loại bỏ dòng khơng mong muốn, chúng tơi nhận 15 dòng đột biến có ý nghĩa việc cải tiến giống nếp Đuôi Trâu ĐT1-100, ĐT5-100, ĐT6-100, ĐT9-100, ĐT11-100, ĐT14-100, ĐT3-150, ĐT4-150, ĐT7-150, ĐT10-150, ĐT14-150, ĐT15-150, ĐT18-150, ĐT19-150 ĐT20-150 Sau đó, để tiện cho việc đánh giá dòng đột biến chúng tơi mã hóa lại dòng theo thứ tự từ ĐT1, ĐT2,… đến ĐT15 Như vậy, dòng từ ĐT1 đến ĐT6 phát sinh từ liều chiếu 100Gy, dòng từ ĐT7 đến ĐT15 phát sinh từ liều chiếu xạ 150Gy 106 3.4.1 Đánh giá đa dạng tập đoàn dòng đột biến phát sinh từ nếp Đi Trâu 106 3.4.1.1 Một số đặc điểm hình thái, nơng học chủ yếu 106 3.4.1.2 Đa dạng kiểu hình dòng đột biến từ giống lúa nếp Đuôi Trâu 118 3.4.2 Đa dạng kiểu hình dòng đột biến phát sinh từ nếp Hoa Vàng 124 Với phương pháp tương tự với giống lúa nếp Đuôi Trâu, sau chiếu xạ vào hạt giống nếp Cái Hoa Vàng chúng tơi thu thể đột biến chín sớm, thể đột biến thu từ liều chiếu xạ 100Gy, thể đột biến thu từ liều chiếu xạ 150Gy Tiếp tục chiếu xạ lặp lại, M4 phân lập 41 thể đột biến Trong 18 thể đột biến thu từ liều chiếu xạ 100Gy (đặt tên HV1-100, Hv2-100, HV18-100) 23 thể đột biến thu từ liều chiếu 150Gy (đặt tên HV1-150, HV2-150, HV23-150) Ở M5 (vụ Xuân 2015), gieo trồng thể đột biến thành dòng riêng rẽ, đánh giá sơ loại bỏ dòng đột biến khơng mong muốn, chúng tơi thu 14 dòng đột biến có ý nghĩa cải tiến giống nếp hoa vàng Với dòng thu từ liều chiếu xạ 100Gy (HV1-100, HV2-100, HV6-100, HV7-100, HV10-100, HV14-100 HV17-100) dòng thu từ liều chiếu xạ 150Gy (HV3-150, HV4-150, HV8-150, HV9-150, HV10-150, HV15-150 HV21-150) Sau dòng mã hóa lại theo thứ tự ký hiệu HV1, Hv2, HV14, theo dòng HV1, HV2 đến HV7 phát sinh chiếu liều xạ 100Gy, dòng Hv8 đến HV14 phát sinh chiếu liều xạ 150Gy 124 3.4.2.1 Một số đặc điểm hình thái, nơng học chủ yếu 124 Ghi chú: X-vụ Xuân, M-vụ Mùa; HV- giống gốc nếp Cái Hoa Vàng, HV1, HV2,…HV14 - dòng đột biến 133 3.4.2.2 Đa dạng kiểu hình dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng 133 3.5 Kết giải phẫu thân dòng đột biến giống gốc 139 3.6 Mức độ biểu mùi thơm dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng nếp Đuôi Trâu 141 3.7 Đánh giá tính ổn định thích nghi dòng đột có triển vọng phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng nếp Đuôi Trâu 144 3.7.1 Tính ổn định thích nghi suất vụ Mùa 2016 144 3.7.1.1 Năng suất số mơi trường 144 3.7.1.2 Tính ổn định suất vụ Mùa 2016 146 3.7.2 Tính ổn định thích nghi suất vụ Xuân 2017 147 3.7.2.1 Năng suất số môi trường 147 3.7.2.2 Sự ổn định suất thực thu vụ Xuân 2017 148 3.8 Một số kết nghiên cứu chọn tạo dòng đột biến phát sinh từ dòng đột biến HV-H 149 Từ vụ mùa 2014, tiến hành chiếu xạ vào hạt dòng đột biến tự nhiên HV-H với liều xạ 100 150Gy, lô chiếu xạ sử dụng 1000 hạt Ở M1, từ liều xạ 100Gy thu 321 cá thể sống sót đến cuối giai đoạn trỗ - chín (M1) 273 cá thể liều chiếu xạ 150Gy Ở M2 (vụ xuân 2015) thống kê 46 thể đột biến có ý nghĩa cải tiến giống Trong đó, 21 dòng thu từ liều chiếu xạ 100Gy (H1-100, H2-100,…H21-100) 25 dòng từ liều chiếu xạ 150Gy (H1-150, H2-150,…H25-150) Tiếp tục gieo trồng riêng rẽ thể đột biến thành dòng M3, đánh giá sơ loại bỏ dòng đột biến khơng mong muốn nhận 25 dòng đột biến Tiếp tục gieo trồng chọn lọc hệ M4, chúng tơi nhận 17 dòng đột biến có ý nghĩa cải tiến giống, với dòng phát sinh từ liều chiếu xạ 100Gy (H1-100, H5-100, H6-100, H16-100 H19-100) 12 dòng phát sinh từ liều chiếu xa 150Gy (H1-150, H2-15-, H4-150, H6-150, H8-150, H9-150, H12-150, H13-150, H16-150, H19150, H20-150 H22-150) Sau theo thứ tự, dòng mã hóa lại theo thứ tự H1, H2, … đến H17 Như vậy, dòng H1 đến H5 phát sinh từ liều chiếu xạ 100Gy, dòng từ H6 đến H17 phát sinh từ liều chiếu 150Gy Kết đánh giá tiêu hình thái, nơng sinh học dòng đột biến sau: 149 3.8.1 Một số đặc điểm hình thái, nơng học dòng đột biến 150 3.8.2 Tính ổn định thích nghi dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ dòng đột biến HV-H 153 3.8.2.1 Ở vụ Xuân 154 * Năng suất số môi trường 154 3.10.2.2 Ở vụ Mùa 155 3.8.3 Một số kết khảo nghiệm giống nếp Hoa Vàng đột biến 158 Số liệu thể bảng 3.27, 3.28 3.29, kết khảo nghiệm giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến cho thấy: 158 Nguồn: Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm trồng phân bón Quốc gia 160 Ghi chú: Bệnh đạo ơn (0:Khơng có vết bệnh, 1-4: vết bệnh 65%); Bệnh bạc (1: vết bệnh 1-5%, 3: -12%, 5:13 -25%, 7: 26 -50%, 9:51-100%), Bệnh đốm nâu (0:Khơng có vết bệnh, 1: vết bệnh76%); Mùi thơm(1-2: khơng thơm, 3: thơm nhẹ, 4- thơm, 5thơm đậm) 160 3.9 Kết sản suất thử giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến (dòng H6) 160 3.10 Một số đặc điểm hình thái, nơng học dòng đột biến ưu tú tuyển chọn 161 Kết nghiên cứu thể bảng 3.32 cho thấy: 161 Ghi chú: Bệnh đạo ơn (0:Khơng có vết bệnh, 1-4: vết bệnh 65%); Bệnh bạc (1: vết bệnh 1-5%, 3: -12%, 5:13 -25%, 7: 26 -50%, 9:51-100%), Bệnh đốm nâu (0:Khơng có vết bệnh, 1: vết bệnh76%); Mùi thơm(1-2: khơng thơm, 3: thơm nhẹ, 4- thơm, 5thơm đậm) 164 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 165 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 167 CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 167 TÀI LIỆU THAM KHẢO 167 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Cùng với phát triển đời sống kinh tế xã hội, nhu cầu lương thực người dân ngày tăng cao, từ nhu cầu ăn đủ no đến ăn ngon đẹp (mầu sắc, hình dạng đồ ăn) Ở nước ta nhu cầu gạo dẻo, gạo thơm đặc biệt gạo nếp không ngừng tăng cao Tuy nhiên, giống lúa nếp đặc sản có chất lượng cao, cho xơi dẻo có mùi thơm đặc trưng thường cảm ứng chặt với quang chu kỳ, cao, dễ đổ, khả đồng hóa đạm thấp nên cho suất thấp nên chưa đáp ứng nhu cầu sản xuất, diện tích gieo trồng ngày thu hẹp, nhiều giống khơng sản xuất Các giống lúa nếp cải tiến có suất cao không thơm thơm nhẹ nên việc mở rộng diện tích gieo trồng nhiều hạn chế Bảng 1.1 Diện tích sản lượng lúa Việt Nam giai đoạn 2010- 2016 11 Bảng 1.2 Năng suất lúa Việt Nam Thế giới 12 Bảng 1.3 Diện tích tỉ lệ gieo trồng lúa nếp 13 Bảng 1.4 Diện tích gieo cấy giống lúa nếp chủ lực khu vực chủ yếu 13 Bảng 2.1 Nguồn gốc số đặc điểm giống dòng đột biến sử dụng nghiên cứu 49 Bảng 3.1 Tỷ lệ sống sót M1 chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm giống lúa nếp vụ xuân vụ mùa 2013 Thanh Trì, Hà Nội 69 Ghi chú: PQ: Phú Quý, LL: Lang Liêu, TB; Trung bình 69 Bảng 3.2 Tần xuất phổ đột biến diệp lục phát sinh từ ba giống lúa nếp chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm (vụ Mùa 2013, vụ Xuân Mùa 2014) 75 Bảng 3.3 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến thấp cây, đòng dài bơng dài (vụ Mùa 2013, vụ Xuân Mùa 2014) 78 Ghi chú; PQ; Phú Quý, LL” Lang Liêu, TC: tính chung 78 Bảng 3.4 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến hạt to, hạt xếp xít tăng số hạt/ bơng (vụ Mùa 2013, vụ Xuân Mùa 2014) 80 Bảng 3.5 Ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý mùa vụ gieo trồng hệ thứ (M1) đến phát sinh đột biến chín sớm, đẻ nhánh nhiều tăng hữu hiệu (vụ Mùa 2013, vụ Xuân Mùa 2014) 84 Ghi chú: PQ: Phú Quý; LL: Lang Liêu; TC: tính chung 84 Bảng 3.6 Hệ số tương quan tần xuất xuất đột biến diệp lục với tổng tần xuất phổ đột biến có ý nghĩa chọn gống giống (vụ Mùa 2013, vụ Xuân Mùa 2014) 85 Bảng 3.7 Tổng tần xuất phổ đột biến diệp lục phát sinh từ giống gốc dòng đột biến chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm vụ Xuân Mùa 2015 87 Bảng 3.8 Đột biến thấp cây, đòng dài đòng đứng phát sinh chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm giống gốc dòng đột biến (vụ Xuân Mùa 2015) 93 Cây lúa có bơng dài, hạt to nhiều hạt mục tiêu nhà chọn giống, nhiên khó để có đồng thời đặc điểm 94 Bảng 3.9 Đột biến Bông dài, hạt to, hạt xếp xít tăng số hạt bơng 94 giống gốc dòng đột biến (vụ Xuân Mùa 2015) 94 Bảng 3.10 Đột biến chín sớm, tăng khả đẻ nhánh tăng hữu hiệu phát sinh chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm giống gốc dòng đột biến (vụ Xuân Mùa 2015) 99 Bảng 3.11 Tổng tần số phổ đột biến (số loại đột biến) có ý nghĩa chọn giống phát sinh từ giống gốc dòng đột biến phát sinh từ chúng (vụ Xuân Mùa 2015) 103 Bảng 3.12 Hệ số tương quan đột biến diệp lục với tần xuất phổ đột biến có ý nghĩa chọn giống vụ Xuân Mùa 2015 105 Bảng 3.13 Một số đặc điểm hình thái, nơng học dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016 Thanh Trì, Hà Nội 108 Bảng 3.14 Một số đặc điểm nơng học dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016, Thanh Trì, Hà Nội 111 Bảng 3.15 Tỷ lệ lép, P1000, suất chất lượng dòng đột biến vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016, Thanh Trì, Hà Nội 117 Bảng 3.16 Một số đặc điểm hình thái nơng học thân dòng đột biến hệ M5 vàM6 từ nếp Cái Hoa Vàng vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016 Thanh Trì, Hà Nội 126 Bảng 3.17 Một số đặc điểm hình thái nơng học chất lượng dòng đột biến từ nếp Cái Hoa Vàng vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016 Thanh Trì, Hà Nội 130 Bảng 3.18.Các yếu tố cấu thành suất suất dòng đột biến từ nếp Cái Hoa Vàng vụ Mùa 2015 Xuân 2016 Thanh Trì, Hà Nội 133 Bảng 3.19 Biểu mùi thơm hạt dòng đột triển vọng phát sinh từ từ nếp Cái Hoa vàng nếp Đuôi Trâu vụ Mùa 2016 vụ xuân 2017 địa điểm nghiên cứu 142 Bảng 3.20 Năng suất, số ổn định thích nghi dòng đột biến (M8) có triển vọng vụ Mùa 2016 địa điểm nghiên cứu 144 Bảng 3.21: Năng suất, số ổn định thích nghi dòng đột biến có triển vọng vụ Xuân 2017 (M9) địa điểm nghiên cứu 147 Bảng 3.22 Một số đặc điểm hình thái, nơng học dòng đột biến hệ M5 M6 từ HV-H vụ Mùa 2016 Xuân 2017 Thanh Trì, Hà Nội 151 Bảng 3.23 Thời gian sinh trưởng, yếu tố suất, suất mùi thơm dòng đột biến hệ M5 M6 từ HV-H vụ Mùa 2016 Xuân 2017 Thanh Trì, Hà Nội 152 Bảng 3.24 Thời gian sinh trưởng, yếu tố suất, suất mùi thơm dòng đột biến hệ M5 M6 từ HV-H vụ Mùa 2016 Xuân 2017 Thanh Trì, Hà Nội 153 Bảng 3.25 Năng suất, số ổn định (S2di) số thích nghi (bi) dòng đột biến có tiển vọng (M6) từ HV-H vụ Xuân 2017 154 Bảng 3.26: Năng suất, số ổn định (S2di) số thích nghi (bi) dòng đột biến có triển vọng (M7) từ HV-H vụ Mùa 2017 156 Bảng 3.27 Một số đặc điểm nông sinh học giống lúa khảo nghiệm nếp Hoa Vàng đột biến (dòng H6, hệ M7) vụ mùa 2017 Văn Lâm, Hưng Yên 159 Bảng 3.28 Các yếu tố cấu thành suất suất giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến(dòng H6, hệ M7) vụ Mùa 2017 Văn Lâm, Hưng Yên 159 Bảng 3.29.Mức độ nhiễm sâu bệnh dòng đột biến khảo nghiệm (dòng H6, hệ M7) phát sinh từ dòng đột biến HV-H vụ Mùa 2017 Văn Lâm, Hưng Yên 160 Bảng 3.30 Một số kết sản suất thử giống lúa nếp Hoa Vàng đột biến vụ Xuân mùa 2017 161 Bảng 3.31 Một số đặc điểm dòng đột biến ưu tú giống gốc vụ Mùa 2017 164 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hố học amyloza Amylopectin Hình 1.2 Nội nhũ lúa nếp lúa tẻ nhuộm KI Hình 1.3 Diện tích sản lượng lúa tồn cầu giai đoạn 2006 - 2015 Hình 1.4 Cấu trúc phân tử 2AP 41 Hình 1.5 Sơ đồ mơ tả đường sinh tổng hợp 2AP 41 Hình 3.1 Biểu đồ mối tương quan đột biến diệp lục với tổng tần xuất đột biến có ý nghĩa chọn giống phát sinh từ giống lúa nếp 86 Hình 3.2 Biểu đồ tổng tần xuất đột biến diệp lục phát sinh từ giống gốc dòng đột biến liều xạ 100Gy 88 Hình 3.3 Biểu đồ tần xuất đột biến diệp lục phát sinh từ giống gốc dòng đột biến liều xạ 150Gy 88 Hình 3.4 Phân nhóm di truyền dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu vụ Mùa 2015 (thế hệ M6) 119 Với mức tương đồng 0,38, 15 dòng đột biến giống gốc chia thành nhóm sau: 119 Hình 3.5 Phân nhóm di truyền dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đi Trâu vụ Xn 2016(thế hệ M7) 120 Hình 3.6 Phân nhóm di truyền dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Đuôi Trâu vụ Mùa 2015 vụ Xn 2016 123 Hình 3.7 Phân nhóm di truyền dòng đột biến từ nếp Cái Hoa Vàng vụ Mùa 2015 134 Hình 3.8 Phân nhóm di truyền dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng vụ Xuân 2016 135 Hình 3.9 Phân nhóm di truyền dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng giống gốc vụ Mùa 2015 vụ Xuân 2016 138 Ghi chú: hình ảnh có sử dụng kính hiểm vi điện tử với độ phóng đại 2000 lần (tính độ zoom máy ảnh) 139 Hình 3.10 Cấu tạo giải phẫu thân dòng đột biến HV1, HV3 giống gốc 139 Hình 3.11 Mức độ ổn định suất dòng đột biến nghiên cứu 146 vụ Mùa 2016 146 Hình 3.12 Mức độ ổn định suất dòng đột biến nghiên cứu vụ Xuân 2017 149 Hình 3.13 Độ ổn định suất dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ dòng đột biến HV-H vụ Xuân 2017 155 Tính ổn định suất 155 Hình 3.14 Độ ổn định suất dòng đột biến có triển vọng(M7) từ dòng đột biến HV-H vụ Mùa 2017 157 8,9,19,44,75,76,77,101,102,105,113,114,116,117,124,126,134,136 1-7,10-18,20-43,45-74,78-100,103,104,106-112,115,118-123,125,127133,135,137- ... tạo giống lúa nếp thơm mới, nâng cao hiệu sử dụng giống lúa nếp, đặc biệt giống lúa nếp cổ truyền, chọn đề tài: Nghiên cứu cải tiến số giống lúa nếp chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm ... 1.4 Nghiên cứu hiệu gây đột biến xử lý tia gamma lên hạt lúa khô, ướt hạt nảy mầm Cho đến có hàng trăm cơng trình nghiên cứu hiệu gây đột biến xử lý tia gamma (Co 60) lên hạt lúa khô, nghiên cứu. .. khô, chiếu xạ tia gamma vào hạt nảy mầm giai đoạn 69-72h cho hiệu phát sinh đột biến cao so với thời điểm khác Gần đây, nghiên cứu Nguyễn Minh Công CS (2016) [9] chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt