Mục đích cơ bản của luận án này là cải tiến giống lúa Khang Dân 18 theo hướng chịu ngập bằng phương pháp lai trở lại có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử. Đánh giá được đặc điểm nông sinh học, tiềm năng năng suất, mức độ nhiễm sâu bệnh hại của giống được cải tiến. Hoàn thiện quy trình kỹ thuật canh tác giống cải tiến trong điều kiện ngập úng.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO VĂN KHỞI NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN GIỐNG LÚA KHANG DÂN 18 CHỊU NGẬP ỨNG PHĨ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI CÁC TỈNH PHÍA BẮC Chuyên ngành: Khoa học trồng Mã số: 9620110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NƠNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2018 Cơng trình hồn thành tại: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hùng Lĩnh TS Hà Quang Dũng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ hội đồng chấm luận án cấp viện họp tại: Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Viện khoa học Nơng nghiệp Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lúa gạo (Oryza sativa L.) loại lương thực quan trọng hàng đầu, đóng vai trò quan trọng cấu sản xuất nông nghiệp giữ vai trò chủ đạo đảm bảo an ninh lương thực Việt Nam Tuy nhiên, năm gần biến đổi khí hậu ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng phát triển lúa tồn cầu nói chung vùng trồng lúa Việt Nam nói riêng Một vấn đề mà sản xuất lúa gạo Việt Nam đối mặt phải, tượng ngập úng diễn giai đoạn sinh trưởng lúa Cho đến nay, chế chống chịu với điều kiện ngập úng thực vật lúa gạo chưa hồn tồn sáng tỏ Gần đây, với thành tựu việc phát Sub1 locus kiểm soát tính trạng số lượng (Quantitative trait loci, QTL) liên quan đến chế chống chịu ngập lúa, nhiều nghiên cứu nước quốc tế, dựa kỹ thuật công nghệ sinh học đại, ghi nhận nhằm nâng cao tính chống chịu ngập lúa Một điều rõ ràng nhận thấy, bên cạnh chọn giống truyền thống, phương pháp chọn giống nhờ thị phân tử kết hợp lai trở lại (Marker-assisted backcrossing, MABC) xem cách tiếp cận đại, hiệu quả, tiết kiệm nhằm quy tụ gen mục tiêu từ giống cho vào giống nhận Đến nay, phương pháp MABC áp dụng thành công lúa, nhằm quy tụ gen mục tiêu, chủ yếu liên quan đến tính trạng chống chịu điều kiện bất thuận vào giống mong muốn Tuy nhiên, nghiên cứu tích hợp gen chịu ngập Sub1 vào giống lúa phổ biến Việt Nam, đặc biệt tỉnh phía Bắc, đánh giá hiệu sản xuất giống lúa cải tiến chưa ghi nhận nhiều Trong cấu giống lúa tỉnh phía Bắc, Khang dân 18 biết đến giống chủ lực nhiều năm gần Đây giống lúa nhập nội, ngắn ngày, suất cao phù hợp với cấu canh tác tỉnh phía Bắc Một điểm đáng ý giống KD18 mẫn cảm với tình trạng ngập úng, xem yếu tố tác động tiêu cực đến gieo trồng giống lúa KD18 đồng ruộng Xuất phát từ yêu cầu nêu trên, tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu phát triển giống lúa Khang Dân 18 chịu ngập ứng phó với biến đổi khí hậu tỉnh phía Bắc” Mục tiêu đề tài - Cải tiến giống lúa KD18 theo hướng chịu ngập phương pháp lai trở lại có hỗ trợ thị phân tử - Đánh giá đặc điểm nông sinh học, tiềm năng suất, mức độ nhiễm sâu bệnh hại giống cải tiến - Hồn thiện quy trình kỹ thuật canh tác giống cải tiến điều kiện ngập úng Tính đóng góp đề tài - Phân tích đa hình vùng locus gen Sub1 xác định thị liên kết chặt với gen Sub1 ART5 SC3 cho đa hình giữu giống KD18 PSB1 Rc68 Hai thị phân tử sử dụng để chọn lọc cá thể mang Sub1 quần thể lai trở lại - Cải tiến thành công giống lúa KD18 chịu ngập (được đặt tên SHPT2) phương pháp lai trở lại nhờ thị phân tử Giống SHPT2 có đặc điểm nông sinh học, suất, chất lượng khả chống chịu sâu bệnh hại tương tự giống KD18, đặc biệt có khả chịu ngập 10 ngày điều kiện ngập hoàn toàn Giống SHPT2 Bộ Nông nghiệp PTNT công nhận sản xuất thử năm 2017 - Hoàn thiện kỹ thuật canh tác giống SHPT2 điều kiện ngập úng vùng đồng sơng Hồng, cấy dảnh/khóm, mật độ cấy 50 khóm/m2 bón phân với lượng 110 kg N + 100 kg P2O5 + 90 K20 kg/ha phù hợp để giống đạt suất cao Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học - Kết nghiên cứu cung cấp dẫn liệu khoa học nhằm bổ sung nguồn thông tin nghiên cứu tuyển chọn giống lúa quy tụ gen mục tiêu phương pháp MABC - Đã bổ sung liệu góp phần hồn thiện phương pháp đánh giá giống mang gen mục tiêu chọn tạo phương pháp MABC Việt Nam Từ đánh giá xác có mặt gen mục tiêu khả biểu tính trạng chịu ngập giống cải tiến 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Chọn tạo thành công giống SHPT2 chịu ngập phương pháp MABC mở khả ứng dụng rộng rãi việc cải tiến để nâng cao khả chống chịu giống sản xuất đại trà - Giống SHPT2 có thời gian sinh trưởng ngắn, suất cao, chịu ngập tốt, được Bộ Nông nghiệp PTNT công nhận sản xuất thử năm 2017, góp phần đa dạng giống lúa gieo cấy vùng đất trũng, ngập úng tỉnh phía Bắc năm tới Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu giống lúa trồng đại trà có quy mô lớn sản xuất Khang dân 18 Giống lúa PSB-Rc68 mang locus gen chịu ngập Sub1 nhập nội từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) 5.2 Phạm vi nghiên cứu - Lai tạo sử dụng thị phân tử xác định cá thể mang locus gen mong muốn - Đánh giá khả chịu ngập giống chọn tạo - Đánh giá đặc điểm nông sinh học, tiềm năng suất khả thích ứng, phát triển giống số tỉnh đại diện cho vùng sinh thái phía Bắc - Thời gian nghiên cứu: từ năm 2010 đến 2017 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Thực trạng biến đổi khí hậu thách thức với ngành nông nghiệp giới Việt Nam Biến đổi khí hậu (BĐKH) biến động trạng thái trung bình khí hậu tồn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm Những biến đổi gây trình vận động trái đất, xạ mặt trời, gần có thêm hoạt động người BĐKH kỷ 20 đến gây chủ yếu người, thuật ngữ BĐKH (hoặc gọi ấm lên toàn cầu – global warming) coi đồng nghĩa với BĐKH đại (DaMatta et al., 2010, Pandey et al., 2017) Theo nhà khoa học, tượng trái đất ấm dần lên kéo theo tình trạng tử vong, nhiều loại bệnh tật truyền nhiễm dị ứng Những khu vực khô hạn lâu trở nên khô kiệt Do thiếu nước, hạn hán gây mùa nguy đói gia tăng Theo Savo cs (2016) có khoảng 2.230 địa phương 137 quốc gia khác bị ảnh hưởng biến đổi khí hậu (Savo et al., 2016) Năm 2050 có tỷ người giới thiếu nước ngọt, đặc biệt mà mức sống số vùng Trung Á, Nam Á, Đông Á, Đông Nam Á tăng lên tình trạng thiếu nước trở nên trầm trọng (Mahmoud and Gan, 2018) Với khoảng 3.260 km đường bờ biển chạy dài suốt từ Bắc xuống Nam, với khoảng 50% dân số nước vùng đất thấp, Việt Nam đánh giá quốc gia dễ bị tổn thương chịu nhiều tác động tiêu cực nước biển dâng gây (Huong and Pathirana, 2013, Wassmann et al., 2004) Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới (2016), mực nước biển dâng 50cm gây ngập lụt 5.304 km2, dâng 75cm ngập 10.350 km2, mực nước biển dâng 1m bị ngập 17.423 km2 10,8% dân số bị ảnh hưởng trực tiếp, tổn thất GDP khoảng 10%; 7% sản lượng nông sản bị (Hoang et al., 2018, Radhakrishnan et al., 2017) Có thể thấy, hậu biến đổi khí hậu mực nước biển dâng Việt Nam nghiêm trọng nguy hữu cho mục tiêu xóa đói giảm nghèo, ảnh hưởng tiêu cực đến việc thực mục tiêu thiên niên kỷ với việc mực nước biển dâng Biến đổi khí hậu đe dọa nghiêm trọng đến an ninh lương thực phát triển nơng nghiệp: Thu hẹp diện tích đất nơng nghiệp, đặc biệt phần đáng kể vùng đất thấp đồng ven biển, đồng sông Hồng, sông Cửu Long bị ngập mặn nước biển dâng; tác động lớn đến sinh trưởng, suất trồng, thời vụ gieo trồng, làm tăng nguy lây lan sâu bệnh hại trồng… Do tác động biến đổi khí hậu, tài ngun nước có nguy suy giảm hạn hán ngày tăng số vùng, mùa vụ, ảnh hưởng trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp, cung cấp nước cho sinh hoạt nông thôn, thành thị thủy điện Chế độ mưa thay đổi gây lũ lụt nghiêm trọng vào mùa mưa, hạn hán vào mùa khô, tăng mâu thuẫn khai thác sử dụng tài nguyên nước Nhận thức vấn đề BĐKH, Chính phủ, Bộ Nơng nghiệp PTNT có nhiều hoạt động triển khai hoạt động ứng phó với BĐKH Bộ tích cực thực Chương trình mục tiêu Quốc gia ứng phó với BĐKH (Quyết định số 158/2008/QĐ-TTg ngày 02/12/2008 Thủ tướng Chính phủ), cơng bố khung Chương trình hành động thích ứng với BĐKH ngành, giai đoạn 2008-2020 vào ngày 05 tháng năm 2008 (Bộ Nông nghiệp PTNT, 2008); phê duyệt thực kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH theo Quyết định 543/QĐ-BNN-KHCN ngày 23 tháng năm 2011 phê duyệt đề án giảm phát thải khí nhà kính đến 2020 tầm nhìn 2030 theo Quyết định số 3119/QĐ-BNN-KHCN ngày 16 tháng năm 2011 2.1.3 Cơ chế chịu ngập lúa Các kết nghiên cứu biến dưỡng trồng bị ngập cho thấy (i) hơ hấp: chuyển từ hiếu khí sang yếm khí gây khủng hoảng mặt lượng tạo 2ATP từ glucose so với 36ATP điều kiện hiếu khí (Nishiuchi et al., 2012, Voesenek and Bailey-Serres, 2013) Chính lên men yếm khí dẫn tới tích lũy hợp chất gây độc cho tế bào ethanol lactate; (ii) quang hợp: giảm nhanh lồi mẫn cảm, khí đóng làm giảm bốc nước, thay đổi phân bổ sản phẩm quang hợp dẫn đến tượng “đói carbohydrate” rễ; (iii) dinh dưỡng: giảm vận chuyển nguyên tố dinh dưỡng đến lá, hàm lượng ATP thấp làm giảm trình hấp thu dinh dưỡng chủ động, điều kiện yếm khí đất dẫn đến thay đổi độ hữu dụng nguyên tố đa lượng; (iv) chất điều hòa sinh trưởng: giảm vận chuyển cytokinin gibberellin từ rễ đến ABA ethylene ngược lại, hàm lượng auxin gia tăng chồi giảm rễ (Fukao and Xiong, 2013, Nishiuchi et al., 2012, Steffens et al., 2013) Sự tương tác hormone thực vật điều kiện ngập nước phức tạp Không giống trồng khác, lúa có số chế chống chịu ngập hình thành trình tiến hóa gồm: chế “thốt lũ” ; chế “chịu đựng ngập lũ” Đối với chế “thoát lũ” lúa gắn liền với việc vươn dài lóng thân để mặt nước mực nước lũ dâng lên từ từ kéo dài nhiều tháng Một chế khác chế “chịu đựng ngập lũ” (quiescence strategy): chế thực vật chịu đựng môi trường ngập nước cách hạn chế tích lũy chất gây độc chúng chịu đựng với độc tố Cây lúa chống chịu với ngập chìm hồn tồn bảo tồn lượng nhờ hạn chế kéo dài rễ, thân để tiếp tục tăng trưởng sau giảm mức nước (Ahmed et al., 2013, Pradhan et al., 2015) Những giống lúa có khả chịu ngập úng từ 10-14 ngày Một nguồn gen lúa chịu ngập tiếng giống lúa địa Ấn Độ với tên gọi FR13A (Septiningsih et al., 2012, Singh et al., 2017a) Giống nhà chọn giống giới sử dụng từ năm 1970 Tuy nhiên, sở di truyền tính chống chịu ngập chưa khám phá (Ahmed et al., 2013, Singh et al., 2017a) Đến nửa sau năm 1990, hai nhóm tác giả nghiên cứu độc lập sử dụng dòng tự thụ tái tổ hợp từ giống FR13A để lập đồ di truyền tính chịu ngập Kết tác giả tìm QTL Sub1 nằm nhiễm sắc thể số QTL liên quan đến khả chống chịu ngập hoàn toàn 2-3 tuần lúa (Perata, 2018, Singh et al., 2017a) Sau đó, vùng QTL Sub1 tác giả tách dòng (clone) chia thành ba gen theo yếu tố đáp ứng ethylene (Ethylene Responsive Factor) gồm: Sub1A, Sub1B, Sub1C (Perata, 2018, Septiningsih et al., 2012, Sharma et al., 2018) Trong đó, Sub1A chứng minh gen chủ đạo giúp lúa chống chịu ngập hoàn toàn (Locke et al., 2018, Perata, 2018) Ngoài ra, gen Sub1A có tác dụng làm tăng biểu gen SLR1 SLRL1 gây ức chế tổng hợp GA3 lúa dẫn đến giảm khả vươn lóng kéo dài chồi điều kiện ngập (Fukao and Bailey-Serres, 2008) 2.1.4 Nghiên cứu ứng dụng phương pháp MABC chọn tạo giống lúa chịu ngập úng Với phát triển nhanh sinh học phân tử phương pháp MABC (markerassisted backcrossing) cơng cụ hữu ích nhà chọn tạo giống trồng (Hasan et al., 2015) Trong đó, phương pháp chọn giống thị phân tử kết hợp với lai trở lại (MABC) ứng dụng rộng rãi (Collard et al., 2005, Zhang, 2007) Năm 2011, thị phân tử RM23805 sử dụng để tích hợp gen Sub1A vào giống mẫn cảm với ngập OM1490 (Lang cs., 2011) Trong nghiên cứu này, tác giả chọn IR64-Sub1A làm giống cho gen, vị trí thị RM23805 giống IR64-Sub1A allen có kích thước 230bp nhân lên, giống OM1490 240bp Kết thử nghiệm cho thấy, tất dòng quy tụ gen Sub1A tạo có tỷ lệ sống sót cao bị ngập úng Một nghiên cứu khác, Neeraja et al quy tụ thành công gen Sub1A vào giống Ấn Độ suất cao Swarna (Neeraja et al., 2007) Trong công trình mình, tác giả tiến hành lai giống Swarna với giống cho gen Sub1A IR49830-7 Để chọn lọc cá thể tái tổ hợp từ quần thể BC1F1 Neeraja et al sử dụng thị RM219 để xác định locus Sub1 Ở hệ BC2 tác giả sử dụng thị RM316 để chọ lọc cá thể mang gen mục tiêu Sub1A Kết nghiên cứu chứng minh rằng, cải tiến hiệu tính chịu ngập giống sau giao (BC3) mà không làm giảm suất chúng (Neeraja et al., 2007) Ở Việt Nam, Cuc et al (2012) chuyển thành công locus Sub1 từ giống IR64-Sub1 vào giống trồng phổ biến Đồng sông Cửu Long AS996 Trong nghiên cứu tác giả sử dụng hai thị phân tử liên kết chặt với gen mục tiêu ART5 SC3 để xác định cá thể mang locus Sub1 (Cúc cs., 2012) Trong nghiên cứu khác nhóm nghiên cứu Linh cs, giống IR64-Sub1 chọn làm vật liệu cho QTL Sub1 để cải tiến tính chịu ngập giống chất lượng trồng phổ biến miền Bắc nước ta Bắc thơm số Tuy nhiên, trường hợp để chọn cá thể mang locus Sub1 tác giả sử dụng hai thị phân tử ART5 RM23877 (Lĩnh cs., 2012) Cùng thời gian này, gen Sub1A chuyển thành công vào loạt giống Samba Mahsuri CR1009 (ở Ấn Độ), Thudakkam or TDK1 (Lào), BR11 (Bangladesh) Theo kết khảo nghiệm đồng ruộng, giống cải tiến cho tỷ lệ sống sót cao điều kiện ngập úng từ 10-14 ngày Còn điều kiện bình thường gen Sub1A khơng gây ảnh hưởng tới tính trạng nơng sinh học khác (Pucciariello and Perata, 2013, Schmitz et al., 2013, Singh and Sinha, 2016) Năm 2015, Toledo cs công bố kết quy tụ thành công locus AG1 (chịu ngập giai đoạn nảy mầm) vào giống Ciherang mang gen Sub1A Trong nghiên cứu tác giả tiến hành tích hợp QTL AG1 phục hồi di truyền giống Ciherang hệ BC2 Để kiểm sốt có mặt gen Sub1A hai thị phân tử RM8300 ART5 sử dụng (Toledo et al., 2015) CHƯƠNG VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu - Giống lúa KD18: Đang gieo trồng phổ biến Việt Nam, có nguồn gốc nhập nội từ Trung Quốc - Giống PSB Rc68 mang gen chịu ngập Sub1, nhập nội từ Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) - Giống lúa IR42, giống lúa chuẩn mẫn cảm với ngập, nhập nội từ Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI - Bộ 458 thị phân tử SSR chọn lọc ngẫu nhiên từ 12 NST hệ gen lúa Thông tin thị phân tử lấy từ trang web chuyên ngành GRAMENE (Phụ lục 1) 2.2 Nội dung nghiên cứu - Đánh giá nguồn vật liệu, xác định thị liên kết chọn lọc cá thể mang gen chịu ngập Sub1 - Phân tích kiểu gen, chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập mang di truyền giống KD18 hệ lai trở lại - Đánh giá khả chịu ngập, đặc điểm nông sinh học suất dòng/giống lúa cải tiến - Hồn thiện quy trình kỹ thuật canh tác dòng/giống lúa chịu ngập - Khảo nghiệm sản xuất giống lúa chịu ngập SHPT2 số tỉnh phía Bắc 2.3 Địa điểm nghiên cứu - Các thí nghiệm xác định gen chịu ngập Sub1 thị phân tử thực Phòng thí nghiệm thuộc Bộ mơn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp - Đánh giá khả chịu ngập nhân tạo, đặc điểm nơng sinh học dòng, giống lúa chịu ngập nhà lưới, đồng ruộng Trạm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm trồng Văn Lâm - Hưng Yên Viện môi trường Nông nghiệp, Trung tâm Khảo nghiệm giống trồng Hải Dương - Khảo nghiệm giống lúa chịu ngập triển khai hệ thống khảo nghiệm Quốc gia tỉnh đại diện cho vùng sinh thái: Vùng Trung du miền núi phía Bắc (Yên Bái), Vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa; Nghệ An; Hà Tĩnh), Vùng Đồng sông Hồng (Vĩnh Phúc; Hưng Yên; Hải Dương; Thái Bình) - Khảo nghiệm sản xuất giống lúa chịu ngập SHPT2 thử nghiệm điều ngập sản xuất đại trà địa phương: Hải Dương; Hải Phòng, Hưng Yên, Thái Nguyên, Yên Bái, Thanh Hóa, Thừa Thiên Huế 2.4 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng Phương pháp lai hữu tính: Tiến hành lai giống KD18 (làm mẹ) với giống mang gen chịu ngập Sub1 PSB-Rc68 (làm bố) Sử dụng hệ lai F1, BC1F1, BC2F1 lai lại với giống KD18 để tạo quần thể lai trở lại hệ BC1F1, BC2F1, BC3F1 tương ứng Một số kỹ thuật sử dụng phòng thí nghiệm: Phương pháp tách chiết ADN tổng số; Kiểm tra nồng độ độ tinh ADN tách chiết phương pháp điện di gel agarose; Phương pháp PCR với mồi SSR, Phương pháp điện di gel agarose 2,5%; Phương pháp điện di gel polyacrylamide khơng biến tính, Cải tiến giống lúa KD18 tính trạng chịu ngập giai đoạn sinh trưởng phương pháp chọn giống thị phân tử lai trở lại (MABC) Phương pháp thí nghiệm lúa chịu ngập * Phương pháp bố trí thí nghiệm lúa chịu ngập điều kiện nhân tạo (theo phương pháp Xu et al, 2000) - Thí nghiệm chịu ngập ngồi sản xuất: Chọn địa điểm thí nghiệm hay bị ngập úng điều kiện vụ mùa Mật độ cấy 50 khóm/m2, cấy dảnh/khóm Sau rút nước 15 ngày, tính tỷ lệ sống theo công thức: Số sống sau ngập Tỷ lệ sống (%) = x 100 Tổng số theo dõi Thí nghiệm xác định liều lượng phân bón thích hợp giống SHPT2 điều kiện bị ngập: Thí nghiệm bố trí theo kiểu Split-plot với nhân tố phân bón (ơ lớn) mật độ (ơ nhỏ) Diện tích lớn 45m2 (5m×9m), diện tích nhỏ 15 m2 (3m×5m) Mức phân bón (kg/ha): P1 (90 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O); P2 (110 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O); P3 (130 kg N + 100 kg P2O5 + 90 kg K2O) Mật độ cấy gồm mức (khóm/m2), M1: 45 M2: 50 M3: 55 Cấy dảnh/khóm Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên, lần nhắc lại, diện tích thí nghiệm 10 m2 Quan sát đánh giá dựa theo “Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia khảo nghiệm giá trị canh tác sử dụng giống lúa” (QCVN 01-55:2011/BNNPTNT)” “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khảo nghiệm tính khác biệt, tính đồng tính ổn định giống lúa QCVN 01-65:2011/BNNPTNT” 2.5 Phương pháp xử lý số liệu - Thí nghiệm đồng ruộng (khảo sát, đánh giá, hồn thiện qui trình canh tác ) xử lý theo chương trình IRRISTAT 5.0; Cropstat7.2; Statistic 8.2, Excel 2007 - Kỹ thuật thu thập số liệu phân tích số liệu phòng thí nghiệm theo chương trình Graphical Genotyper (Van Berloo, 2008) CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá nguồn vật liệu, xác định thị liên kết chọn lọc cá thể mang gen chịu ngập Sub1 3.1.1 Đánh giá nguồn vật liệu lai tạo Vụ xuân mùa 2009, nhóm tác giả tiến hành đánh giá giống bố mẹ nhằm xác định số thông tin đặc điểm nông sinh học, suất yếu tố cấu thành suất phục vụ cho bước trình thực luận án Kết thể bảng 3.1 Số liệu theo dõi bảng 3.1 cho thấy: Giống KD18 giống PSP-Rc68 có thời gian sinh trưởng thuộc nhóm ngắn ngày (vụ xuân: 127-128; vụ mùa: 106107 ngày); chiều cao giống bố mẹ từ 110-117 cm thuộc nhóm cao trung bình Giống KD 18 cơng nhận giống theo Quyết định số 1659 QĐ/BNN-KHCN, ngày 13 tháng năm 1999 Kết điều tra, rà soát giống lúa năm 2015 Cục Trồng trọt- Bộ Nông nghiệp PTNT, giống KD 18 có diện tích gieo trồng đạt 389.030 ha/năm đứng đầu tốp 10 giống có diện tích gieo trồng lớn tỉnh phía Bắc (Trần Xuân Định cs., 2015) Giống PSBRc68 giống nhập nội từ IRRI, qua kết khảo sát năm 2009 cho thấy: Giống đẻ nhánh trung bình; số hạt/bông đạt 141,4-152,8; tỷ lệ hạt lép cao 17,4-20,4%; suất thực thu giống đạt 5,02 tấn/ha (vụ xuân) 4,54 Hình 3.4 Kết chạy điện di sản phẩm PCR cá thể quần thể BC1F1 với thị SC3 liên kết chặt với locus gen Sub1 gel agarose 2.5% Từ trái sang phải: 1-38: Các cá thể BC1F1; PSB: giống cho gen Sub1;KD: KD18; Thang ADN chuẩn 1kb+ A: Kiểu gen giống nhận gen KD18; H: Kiểu gen dị hợp tử Hình 3.5 Kết phân tích di truyền 46 cá thể BC1F1 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Phía là số thứ tự nhiễm sắc thể; số phía bên trái là số thứ tự 46 cá thể BC1F1 kiểm tra nền di truyền, phần biểu thị mầu đỏ nền di truyền KD18, phần xanh dị hợp tử Hình 3.6 Kết phân tích di truyền cá thể BC1F1 số 14 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Bản đồ vị trí 56 thị SSR 12 nhiễm sắc thể cá thể BC1F1 số 14 Phần biểu thị mầu đỏ (A) nền di truyền KD18, phần xanh (H) dị hợp tử Đơn vị đồ: cM 3.2.2 Kết chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập di truyền giống KD18 quần thể BC2F1 150 cá thể quần thể BC2F1 tách chiết ADN tổng số phân tích kiểu gen với hai thị phân tử liên kết gen Sub1 SC3 ART5 Kết thu 67 cá thể mang locus gen Sub1 Kết phân tích di truyền xác định cá thể số 59, 60 có di truyền giống KD18 92,0% (Hình 3.7, 3.8) Cá thể số 60 lựa chọn tiếp tục lai trở lại với giống KD18 để phát triển quần thể BC3F1 11 Hình 3.7 Kết phân tích di truyền 67 cá thể quần thể BC2F1 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Phía là số thứ tự nhiễm sắc thểsố phía bên trái là số thứ tự 67 cá thể BC2F1 kiểm tra nền di truyền, phần biểu thị mầu đỏ nền di truyền KD18, phần xanh dị hợp tử Hình 3.8 Kết phân tích di truyền cá thể BC2F1 số 60 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Bản đồ vị trí 56 thị SSR 12 nhiễm sắc thể cá thể BC2F1 số 60 Phần biểu thị mầu đỏ (A) nền di truyền KD18, phần xanh (H) dị hợp tử Đơn vị đồ: cM 3.2.3 Kết chọn lọc cá thể mang gen Sub1 chịu ngập di truyền giống KD18 quần thể BC3F1 Hình 3.9 Kết phân tích di truyền 54 cá thể quần thể BC3F1 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Phía số thứ tự nhiễm sắc thể; số phía bên trái số thứ tự 54 cá thể BC3F1 kiểm tra di truyền, phần biểu thị mầu đỏ di truyền KD18, phần xanh dị hợp tử 12 Hình 3.10 Kết phân tích di truyền cá thể BC3F1 số 42 phần mềm GGT v 2.0 Ghi chú: Bản đồ vị trí 56 thị SSR 12 nhiễm sắc thể cá thể BC3F1 số 42 Phần biểu thị mầu đỏ (A) di truyền KD18, phần xanh (H) dị hợp tử Đơn vị đồ: cM Tổng số 100 cá thể BC3F1 phân tích kiểu gen với thị phân tử liên kết Sub1, kết thu 54 cá thể mang locus gen Sub1 Kết phân tích di truyền 54 cá thể cho thấy: Cá thể số 42 quần thể BC3F1 mang locus gen Sub1 mang 99,5% di truyền giống KD18 Cá thể chọn phát triển quần thể hệ BC3F2 (Hình 3.9, 3.10) Tại hệ BC3F2, hai thị phân tử liên kết gen Sub1 tiếp tục sử dụng để xác định cá thể mang Sub1 đồng hợp tử Kết phân tích Hình 3.11 cho thấy cá thể 05, 06, 11, 13 15 mang gen Sub1 đồng hợp tử Hình 3.11 Kết chạy điện di sản phẩm PCR cá thể quần thể BC3F2 với thị SC3 liên kết chặt với gen Sub1 gel agarose 2.5% Chú thích: Từ trái sang phải: Thang ADN chuẩn 1kb+; PSB: giống cho gen Sub1; KD: KD18 Số 1-20: Các cá thể BC3F2; A: Kiểu gen giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen giống cho gen PSB Rc68; H: Kiểu gen dị hợp tử Các cá thể đồng hợp tử hệ BC3F2 sử dụng để phát triển quần thể BC3F3 tiếp tục kiểm tra có mặt gen Sub1 hai thị phân tử SC3 ART5 (Hình 3.12, Hình 3.13) Kết phân tích cho thấy cá thể BC3F3 mang Sub1 đồng hợp tử Hình 3.12 Kết chạy điện di sản phẩm PCR cá thể quần thể BC3F3 với thị ART5 liên kết chặt với gen Sub1 gel agarose 2,5% Chú thích: Từ trái sang phải: 1-16: Các cá thể BC3F3; KD: KD18; Sub1: giống cho gen PSBRc68; A: Kiểu gen giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen giống cho gen PSB Rc68; Hình 3.13 Kết chạy điện di sản phẩm PCR cá thể quần thể BC3F3 với thị SC3 liên kết chặt với gen Sub1 gel agarose 2,5% Chú thích: Từ trái sang phải: KD: KD18; Sub1: giống cho gen PSBRc68; 1-16: Các cá thể BC3F3; A: Kiểu gen giống nhận gen KD18; B: Kiểu gen giống cho gen PSB Rc68; 13 3.2.4 Kết đánh giá khả chịu ngập, đặc điểm nông sinh học suất khảo nghiệm tác giả dòng KD18-Sub1 3.2.4.1 Kết tuyển chọn dòng lúa chịu ngập có triển vọng Kết hợp đánh giá đặc điểm nông sinh học đồng ruộng khả chịu ngập điều kiện nhân tạo dòng 05, 06, 11, 13 15 hệ BC3F4, dòng số 06 thể độ đồng ruộng cao, đặc điểm nông sinh học, tiềm năng suất khá, chịu ngập tương đương so với giống PSBRc68 Vì vậy, dòng số 06 lựa chọn để phát triển hệ BC3F5 vụ mùa 2013 đặt tên KD18-Sub1 3.2.4.2 Kết theo dõi, đánh giá các đặc điểm nông sinh học giống KD18-Sub1 ngoài đồng ruộng Vụ Mùa 2013 Các đặc điểm hình thái dạng thân, dạng lá, hình dạng, màu sắc, kích thước, dạng hoa, hạt xem tính trạng đặc trưng để phân biệt giống với Kết theo dõi cho thấy: Giống KD18Sub1 giống KD18 khơng có khác biệt rõ ràng chắn đặc điểm hình thái suất thực thu vụ mùa 2013 Bảng 3.7 Kết theo dõi tính trạng đặc trưng hình thái giống KD18-Sub1 giống KD18 vụ mùa 2013 Giống KD18 (ĐC) Chỉ tiêu KD18Sub1 Giống KD18 (ĐC) Chỉ tiêu Tính trạng chất lượng KD18 -Sub1 Tính trạng số lượng Xanh trung bình Xanh trung bình Chiều dài (cm) 43,66±2,8 43,13±3,2 Trung bình Trung bình Chiều rộng (cm) 1,39±0,09 1,41±0,11 Xẻ Xẻ Đường kính thân (mm) 6,62±0,39 6,93±0,47 Thẳng đến nửa thẳng Thẳng đến nửa thẳng Chiều dài thân (cm) 94,64±3,31 93,58±4,06 Độ tàn Trung bình Trung bình 75 75 Thế Nửa đứng Nửa đứng 104 104 Trạng thái trục bơng Gục nhẹ Gục nhẹ Chiều dài (cm) 25,35±1,23 23,94±1,22 Bông: Râu Không có Khơng có Chiều dài hạt thóc (mm) 7,86±0,26 7,66±0,42 2,55±0,18 2,62±0,12 19,00±0,15 19,38±0,31 Màu sắc Mức độ lông phiến Hình dạng thìa lìa Trạng thái đòng Thời gian gieo đến trỗ (ngày) Thời gian sinh trưởng (ngày) Chiều rộng hạt thóc (mm) Khối lượng 1000 hạt (g) Mầu mỏ hạt thóc Vàng Vàng Mầu vỏ trấu Vàng Vàng Màu hạt gạo lật Nâu nhạt Nâu nhạt Chiều dài hạt gạo (mm) 5,96±0,23 5,81±0,29 Trung bình Trung bình Chiều rộng gạo (mm) 2,30±0,09 2,32±0,11 Khơng có Hàm lượng amylose (%) 29,19 29,02 Phản ứng phenol vỏ trấu Hương thơm hạt gạo lật Khơng có 14 Bảng 3.8 Yếu tố cấu thành suất suất thực thu giống KD18-Sub1 so sánh với giống gốc KD 18 vụ mùa 2013 Chỉ tiêu Giống KD18 Số bơng /khóm 5,5 Số hạt/ bơng 170,4 Tỷ lệ lép (%) 13,5 KL 1000 hạt (g) 19,8 Năng suất (tấn/ha) 6,38 KD18-Sub1 5,6 165,6 12,1 20,1 6,32 LSD0.05 2,0 52,2 3,7 - 1,69 CV (%) 10,3 9,0 8,4 - 7,7 3.2.4.3 Kết so sánh giống lúa KD18-Sub1 với giống KD18 điều kiện bị ngập và điều kiện thường Trong điều kiện canh tác bình thường giống KD18-Sub1 có đặc điểm nông sinh học tương tự giống KD18: Thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp với cấu Xuân muộn- Mùa sớm tỉnh phía Bắc; sinh trưởng phát triển khá, quần thể đồng đều; chiều cao trung bình 110-115 cm, trỗ cổ bơng tập trung, bền lá, khả chống đổ (điểm 5) Bảng 3.9: Đặc điểm sinh trưởng giống KD18-Sub1 điều kiện canh tác bình thường điểm khảo nghiệm Chỉ tiêu Giống KD18 KD18-Sub1 Sức sống mạ (điểm) 5 Độ dài giai đoạn trỗ (điểm) 5 Độ cổ bơng (điểm) 1 Độ cứng (điểm) 5 Độ tàn (điểm) 3 Chiều cao (cm) TGST (ngày) 110-115 110-115 105 104 Cùng điểm thí nghiệm Hưng Yên Hải Dương, tiến hành xử lý ngập nhân tạo sau cấy ngày Giống KD18-Sub1 KD18 gây ngập thời gian 10 ngày, sau tháo nước để đánh giá khả chịu ngập Kết đánh giá cho thấy điều kiện xử lý ngập, giống lúa KD18-Sub1 quy tụ gen Sub1 có khả chịu ngập cao Tỷ lệ sống sau xử lý ngập giống KD18-Sub1 đạt 83,2% (Hưng Yên); 85% (Hải Dương) giống KD18 đạt 12,8-14,3% Khả phục hồi sau ngập giống nhanh so với giống KD18; vòng 7-8 ngày bắt đầu xuất nhánh mới; giống KD18 phải 9-10 ngày Như giống KD18-Sub1 có chứa gen mục tiêu Sub1 thể khả chịu ngập tốt so với giống KD18 Sau phục hồi, giống KD18-Sub1 có tính trạng đặc trưng độ cổ bơng, độ cứng cây, độ tàn chiều cao sai khác không nhiều so với giống KD18 Riêng thời gian sinh trưởng giống KD18-Sub1 ngắn giống KD18 sau ngập giống hồi phục nhanh hơn, quần thể đồng so với giống KD18 (Bảng 3.10) 15 Bảng 3.10: Đặc điểm sinh trưởng giống KD18-Sub1 khảo nghiệm so sánh với điều kiện xử lý ngập úng vụ Mùa 2013 Chỉ tiêu Giống KD18 KD18-Sub1 Tỷ lệ sống (%) Hưng Hải Yên Dương 12,8 14,3 83,2 85,0 Thời gian phục hồi (ngày) 9-10 7-8 Chiều cao (cm) 110-115 110-115 TGST (ngày) 122-126 120-125 Ghi chú: Xử lý ngập nhân tạo sau cấy 10 ngày, địa điểm thí nghiệm với khảo nghiệm so sánh Trạm Khảo nghiệm Văn Lâm vụ Mùa 2013 Kết so sánh giống KD18-Sub1 giống KD18 điều kiện thường ngập: - Tại điểm thí nghiệm Hưng Yên, kết theo dõi đánh giá cho thấy: Số bông/ m2 yếu tố bị ảnh hưởng lớn làm giảm suất thực thu giống Trong điều kiện bình thường số bơng/ m2 giống chênh 0,6 bông; điều kiện ngập nước số bông/ m2 giống chênh 165,6 bông; tiêu khác yếu tố cấu thành suất chênh không lớn Về suất điều kiện bình thường hai giống chênh lệch khoảng 0,11 tấn/ha; nhiên điều kiện ngập nước, giống KD18-Sub1 có khả chịu ngập nên suất cao giống KD18 khoảng 3,36 tấn/ - Tại Hải Dương, so sánh suất yếu tố cấu thành suất giống KD18 KD18-Sub1 điều kiện bình thường điều kiện có xử lý ngập úng cho thấy: Yếu tố bị thiệt hại nhiều ảnh hưởng lớn tới suất số bơng/ m2 Trong điều kiện bình thường số bông/ m2 giống chênh 4,6 Tuy nhiên điều kiện ngập nước số bông/ m2 giống KD18-Sub1 cao nhiều so với giống KD18 (187,1 bông); tiêu khác yếu tố cấu thành suất khơng có biến động nhiều Trong điều kiện sản xuất đại trà suất giống KD18-Sub1 KD18 đạt 6,086,12 tấn/ Trong điều kiện ngập úng suất giống KD18-Sub1 đạt 4,42 tấn/ ha, vượt so với giống KD18 3,79 tấn/ Bảng 3.11 Năng suất yếu tố cấu thành suất giống KD18-Sub1 với giống KD18 vụ mùa 2013 Số bông/m2 Tỷ lệ lép KL 1.000 hạt NSTT (%) (g) (tấn/ha) Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều Điều kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên kiên Giống thường ngập thường ngập thường ngập thường ngập thường ngập Trạm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm trồng Văn Lâm KD18 256,3 35,7 170,6 160,0 13,2 15,6 19,2 19,0 6,04 0,75 KD18-Sub1 255,7 201,3 178,2 156,3 15,1 12,5 19,3 19,2 6,15 4,11 Chênh lệch -0,6 165,6 7,6 -3,7 1,9 -3,1 0,1 0,2 0,11 3,36 Trung tâm Khảo nghiệm giống trồng Hải Dương KD18 285,7 28,6 150,6 168,3 12,1 14,6 19,5 19,0 6,08 0,63 KD18-Sub1 290,3 215,7 155,7 155,7 14,3 15,0 19,8 19,2 6,12 4,42 Chênh lệch 4,6 187,1 5,1 -12,6 2,2 0,4 0,3 0,2 0,04 3,79 Chỉ tiêu Số hạt/bông 16 Tóm lại, kết đánh giá đặc điểm hình thái, đặc điểm nông sinh học nhận thấy KD18-Sub1 sai khác so với giống gốc KD18 kiểu suất yếu tố cấu thành suất Tuy nhiên, giống KD18-Sub1 sau gây ngập Hưng Yên Hải Dương có tỷ lệ sống cao (83,2-85,0%), giống KD18 có tỷ lệ sống thấp (12,8-14,3%) Như nhờ quy tụ gen mục tiêu Sub1 giống lúa KD18-Sub1 có khả chịu ngập tốt so với giống KD18, tỷ lệ chết thấp, khả phục hồi sau ngập nhanh hơn, tạo điều kiện cho giống trì độ ổn định quần thể, khả sinh trưởng, phát triển suất cao nhiều so với giống KD18 điều kiện bị ngập Đây yếu tố để chọn lọc phát triển giống chịu ngập điều kiện biến đổi khí hậu diễn với tần suất ngày tăng Để thực bước trình nghiên cứu, đổi tên giống KD18-Sub1 thành SHPT2 3.3 Kết nghiên cứu ảnh hưởng lượng phân đạm mật độ cấy đến sinh trưởng phát triển giống SHPT2 điều kiện bị ngập Khi mạ sân 15 ngày tuổi (3,0-3,5 lá) bắt đầu tiến hành cấy thí nghiệm Thí nghiệm gây ngập sau cấy 10 ngày, lúa bén rễ hồi xanh bắt đầu đẻ nhánh Để đánh giá ảnh hưởng liều lượng phân đạm mật độ cấy giống SHPT2 điều kiện bị ngập gây ngập thời gian 10 ngày Kết theo dõi cho thấy: Trong điều kiện bị ngập giống SHPT2 nhờ mang gen Sub1 nên có khả chịu ngập khá, tỷ lệ sống sau 15 ngày rút nước đạt 80,1-87,1% khơng có sai khác lớn cơng thức tham gia thí nghiệm Chiều cao giống SHPT2 bị ngập vụ mùa 2014, mùa 2015 dao động khoảng 110-115 cm Thời gian sinh trưởng giống SHPT2 thí nghiệm từ 120-125 ngày, dài so với điều kiện bình thường khoảng 10-15 ngày Bảng 3.12: Ảnh hưởng liều lượng đạm đến thời gian sinh trưởng giống lúa SHPT2 qua giai đoạn sinh trưởng TT Công thức Thời gian ngập (ngày) P1M1 P1M2 P1M3 P2M1 P2M2 P2M3 P3M1 P3M2 P3M3 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Chiều cao (cm) Vụ mùa 2014 80,6 111 82,4 114 85,3 110 87,1 112 86,0 113 84,2 115 85,2 114 81,2 112 82,6 114 Tỷ lệ sống (%) TGST (ngày) Thời gian ngập (ngày) 123 124 123 122 124 124 125 124 125 10 10 10 10 10 10 10 10 10 17 Chiều cao (cm) Vụ mùa 2015 83,9 112 85,6 111 86,1 110 85,0 111 86,0 110 82,1 110 86,4 113 84,2 112 80,1 112 Tỷ lệ sống (%) TGST (ngày) 120 123 121 123 124 121 120 122 124 3.3.2 Ảnh hưởng lượng phân đạm mật độ cấy đến yếu tố cấu thành suất giống SHPT2 tham gia thí nghiệm điều kiện bị ngập Kết theo dõi yếu tố cấu thành suất suất giống SHPT2 bố trí phân bón mật độ cấy khác điều kiện bị ngập thể bảng 3.13 Bảng 3.13: Ảnh hưởng liều lượng phân bón đến yếu tố cấu thành suất giống lúa SHPT2 tham gia thí nghiệm Mức Mật phân độ Số bơng/ khóm Số Tỷ lệ hạt hạt lép /bông (%) Vụ mùa 2014 M1 M2 M3 M1 M2 M3 M1 M2 M3 158,7 162,0 159,0 161,7 184,6 165,0 147,7 171,2 177,7 161,2 171,0 160,0 176,3 175,6 170,1 177,3 157,3 165,5 P1 P2 P3 15,1 18,1 16,7 17,1 15,9 18,5 16,2 18,0 19,6 KL 1000 hạt (g) Số bơng/ khóm Số Tỷ lệ hạt hạt lép /bông (%) Vụ mùa 2015 20,1 19,6 20,1 19,8 19,9 19,8 19,9 20,2 19,5 145,2 166,0 160,6 158,2 178,5 154,2 160,0 189,6 170,3 154,2 165,0 169,3 172,6 161,5 155,4 165,3 160,3 154,7 12,8 16,3 13,4 16,8 12,3 16,3 14,7 17,3 19,1 KL 1000 hạt (g) 20,1 20,0 20,2 20,1 20,8 20,0 19,9 20,0 19,8 Kết theo dõi thể qua bảng 3.18 cho thấy: Số /m2 cơng thức thí nghiệm vụ mùa 2014 dao động từ 147,7 – 184,6 bông/m2, vụ Mùa 2015 từ 145,2 – 189,6 bông/m2 Giống SHPT2 điều kiện bị ngập bố trí mật độ cấy phân bón có số hạt/bơng cao (157,3 – 177,3 hạt vụ mùa 2014 154,2 – 172,6 hạt vụ mùa 2015) đặc điểm tốt giống mở rộng sản xuất đại trà Trong vụ mùa 2014, tỷ lệ hạt lép thấp công thức P 1M1 (15,1 %) cao công thức P3M3 (19,6%) Trong vụ mùa 2015 tỷ lệ hạt lép giống dao động từ 12,319,1% cao công thức P3M3 Giữa cơng thức có biến động khối lượng 1000 hạt vụ thí nghiệm (19,5-20,8 gam) 3.3.3 Ảnh hưởng lượng phân đạm mật độ cấy đến suất thực thu giống SHPT2 điều kiện bị ngập Kết theo dõi suất thực thu thí nghiệm hồn thiện quy trình kỹ thuật giống lúa SHPT2 điều kiện bị ngập mức phân bón mật độ cấy khác vụ mùa 2014, 2015 cho thấy: Khi cấy với mật độ 50 khóm/m2 (cấy dảnh/khóm) bón với phân 110 kg N + 100 kg P 2O5 + 90 kg K2O suất thực thu giống đạt cao sai khác có ý nghĩa so với công thức khác tham gia thí nghiệm Căn vào kết thí nghiệm, khuyến cao sản xuất đại trà mở rộng diện tích gieo cấy 18 Bảng 3.14: Ảnh hưởng liều lượng phân bón đến suất thực thu giống lúa SHPT2 tham gia thí nghiệm Đvt: Tấn/ha Nền phân bón Mật độ cấy M1 M2 M3 Trung bình Vụ mùa 2014 Mật độ cấy M1 M2 M3 Trung bình Vụ mùa 2015 P1 3,19 3,44 3,33 3,32 3,24 3,34 3,52 3,37 P2 3,60 4,45 3,41 3,82 3,45 4,32 3,02 3,60 P3 3,26 3,75 3,57 3,51 4,01 3,24 3,35 3,88 3,53 - 3,40 3,89 3,59 - Trung bình 3,44 3,26 LSD0,05 (PB) 0,27 0,38 LSD0,05 (MĐ) 0,36 0,27 LSD0,05 (PB*MĐ) 0,62 0,47 CV (%) 9,8 7,5 3.4 Kết đánh giá đặc điểm sinh trưởng, yếu tố cấu thành suất suất thực thu giống SHPT2 hệ thống khảo nghiệm Quốc gia tỉnh phía Bắc vụ xuân 2014, xuân 2015 mùa 2015 Để xác định giá trị canh tác khả thích ứng giống lúa SHPT2, chúng tơi tiến hành thí nghiệm số tỉnh đại diện cho vùng sinh thái phía Bắc Kết đánh giá cho thấy: Giống lúa SHPT2 thuộc nhóm ngắn ngày, có thời gian sinh trưởng ngắn phù hợp với cấu xuân muộn-mùa sớm tỉnh phía Bắc Thời gian sinh trưởng giống SHPT2 128-134 ngày (vụ xuân), 101 ngày (vụ mùa) tương đương so với KD18 Chiều cao trung bình giống 100-110 cm tương đương so với giống KD18 Trong điều kiện vụ Xuân vụ Mùa tỉnh phía Bắc, giống nhiễm nhẹ loại sâu bệnh hại Độ đồng ruộng giống SHPT2 đánh giá vụ khảo nghiệm cao (điểm 1) Số bơng hữu hiệu/khóm giống biến động khoảng từ 4,3-4,9 bơng khơng có khác biệt nhiều giống KD18 SHPT2 Tổng số hạt/bông giống tham gia thí nghiệm từ 178-200 hạt; giống SHPT2 có số hạt/bơng cao so với KD18 từ 14-17 hạt/bông tương ứng với khoảng 7,8-9,6% vụ xuân 2014 mùa 2015; riêng vụ xuân 2015 số hạt/bơng hai giống tham gia thí nghiệm tương đương (193-200 hạt/bông) Tỷ lệ lép giống biến động từ 9,018,0%; nhìn chung giống tham gia thí nghiệm có tỷ lệ lép thấp Khối lượng 1000 hạt giống KD18 SHPT2 ổn định khoảng 19,1-20,1 g Căn vào kết đánh giá Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm trồng Quốc gia cho thấy, giống SHPT2 có đặc điểm nơng sinh học, yếu tố cấu thành suất mức độ nhiễm sâu bệnh hại đồng ruộng tương tự so với giống KD18 Nhìn chung, suất thực thu giống SHPT2 đa số điểm khảo nghiệm đại diện cho vùng sinh thái phía Bắc khơng có sai 19 khác có ý nghĩa mặt thống kê so với giống KD18 (bảng 3.15) Bảng 3.18 Năng suất thực thu giống SHPT2 tỉnh phía Bắc Đvt: tấn/ha Địa điểm Hưng Tên giống Yên Vụ xuân 2014 KD18 5,931 SHPT2 5,412 CV (%) 5,5 LSD0.05 0,52 Vụ xuân 2015 KD18 6,934 SHPT2 7,072 CV (%) 6,0 LSD0.05 0,72 Vụ mùa 2015 KD18 5,773 SHPT2 6,288 CV (%) 5,6 LSD0.05 0,52 Hải Dương Thái Bình Vĩnh Phúc n Bái Thanh Hố Nghệ An Hà Tĩnh Trung bình 5,629 5,096 7,3 0,66 5,178 5,904 7,8 0,74 6,300 6,500 6,1 0,63 4,910 5,310 6,9 0,59 5,677 5,170 7,8 0,53 5,570 6,103 4,8 0,48 4,713 5,310 7,6 0,60 5,489 5,601 - 6,599 5,832 4,9 0,55 5,780 6,037 6,9 0,66 6,600 6,150 4,9 0,54 6,133 5,753 4,7 0,49 5,547 5,253 4,2 0,35 6,253 6,280 5,4 0,58 4,893 4,313 6,7 0,51 6,092 5,836 - 6,318 6,408 5,8 0,59 5,007 5,796 4,3 0,40 5,200 5,200 3,7 0,32 5,537 6,090 5,5 0,50 5,157 5,173 4,30 0,34 5,077 5,403 4,50 0,42 - 5,292 5,574 - Nguồn: Trung tâm Khảo kiểm nghiệm GSPCT Quốc gia 3.5 Kết khảo nghiệm sản xuất giống lúa chịu ngập SHPT2 số tỉnh phía Bắc 3.5.1 Kết đánh giá giống SHPT2 điều kiện bị ngập sản xuất Bảng 3.21 Một số đặc điểm nông sinh học giống SHPT2 sau ngập úng điểm khảo nghiệm Chỉ tiêu Tên giống Tỷ lệ sống (%) Độ tàn (điểm) Độ cứng điểm) Chiều cao (cm) TGST (ngày) Vụ mùa 2015 KD18 SHPT2 15,1 86,2 5 3 106,4 107,7 123 121 Vụ mùa 2016 KD18 SHPT2 17,5 88,2 5 3 104,1 105,0 124 120 Kết đánh giá khả chịu ngập sản xuất cho thấy: Tỷ lệ sống giống SHPT2 KD18 có khác sau bị ngập Tại vụ mùa 2015 giống lúa mang QTL Sub1 SHPT2 có tỷ lệ sống sau ngập đạt 86,2%; cao so với giống KD18 đối chứng 71,1% Trong vụ mùa 2016, giống SHPT2 có tỷ lệ sống cao đạt 88,2% sau ngập 10 ngày, giống KD18 có tỷ lệ sống đạt 17,5% Giống SHPT2 KD18 có độ tàn muộn chậm (điểm 5) Trong điều kiện bị ngập, giống SHPT2 có thời gian sinh trưởng dài so với điều kiện bình thường 15 ngày Nguyên nhân thời gian bị ngập giống ngừng sinh trưởng phải thời gian hồi phục trước bước vào giai đoạn chu kỳ sinh trưởng 20 Khi ruộng lúa bị ngập, số bông/m2 chịu ảnh hưởng lớn tỷ lệ sống sót giống Kết theo dõi, đánh giá giống mang gen Sub1 cho thấy: Giống SHPT2 có số bơng/m2 đạt 172,9-185,7 cao so với giống KD18 (32,0-38,3 bông/m2) vụ tiến hành thí nghiệm chịu ngập Sau bị ngập giống SHPT2 đạt 155,7-163,5 hạt/bông tương đương so với KD18 (156,3-160,0 hạt/bơng) Giống SHPT2, KD18 có tỷ lệ hạt lép thấp 14,5% Khối lượng 1000 hạt giống SHPT2 KD18 khơng có biến động lớn (19,821,0 gam) Trong điều kiện bị ngập, suất thực thu giống KD18 bị giảm nhiều Tại vụ mùa 2015: Năng suất thực thu giống KD18 đạt 0,76 tấn/ha, thấp giống SHPT2 3,00 tấn/ha Tại vụ mùa 2016: Năng suất thực thu giống SHPT2 đạt 4,12 tấn/ha cao so với giống KD18 (0,68 tấn/ha) 3,44 tấn/ha Như có mặt gen chịu ngập Sub1 giống SHPT2 phát huy khả chịu ngập tốt giống điều kiện lúa bị ngập 10 ngày Bảng 3.23 Năng suất yếu tố cấu thành suất giống SHPT2 sau ngập vụ Mùa 2015, 2016 Chỉ tiêu Tên giống Vụ mùa 2015 KD18 SHPT2 Vụ mùa 2016 KD18 SHPT2 Số bông/m2 Số hạt/ Tỷ lệ hạt lép (%) KL 1000 hạt (g) NSTT (tấn/ha) Vượt đối chứng (tấn/ha) 38,3 172,9 156,3 155,7 14,2 11,9 19,8 20,1 0,76 3,76 3,00 32,0 185,7 160,0 163,5 14,5 14,0 20,6 21,0 0,68 4,12 3,44 Để đánh giá số tiêu chất lượng gạo giống lúa SHPT2 thí nghiệm đánh giá khả chịu ngập, mẫu hạt giống phân tích thu xã Văn Tố, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Vụ Mùa 2016 Kết nghiên cứu cho thấy: Giống SHPT2 có tỷ lệ gạo lật cao, gạo xát gạo nguyên/gạo xát cao Giống SHPT2 có hàm lượng amylose khoảng 29,0% nên thuộc loại hình cơm cứng, thích hợp với làm bánh bún Bảng 3.25 Kết phân tích chất lượng gạo giống SHPT2 sau ngập Vụ Mùa 2016 Chỉ tiêu Tỷ lệ gạo lật (%) Tỷ lệ gạo xát (%) Tỷ lệ gạo nguyên/ gạo xát (%) Hàm lượng Amyloza (%CK) KD18 80,12 73,30 77,34 29,63 SHPT2 80,36 74,15 76,82 29,11 Tên giống Hạch toán hiệu kinh tế gieo cấy giống SHPT2 điều kiện bị ngập úng không cấy dặm cho thấy: Giống SHPT2 cho lãi 1.120.000 đ/ha Trong giống KD18 bị lỗ 13.620.000 đồng/ha Đây ưu điểm bật giống SHPT2 gieo cấy sản xuất đại trà điều kiện biến đổi khí hậu 21 diễn mạnh mẽ giai đoạn tương lai (Bảng 3.26) Bảng 3.26 Hiệu kinh tế gieo trồng giống lúa SHPT2 điều kiện bị ngập Nội dung Phần chi Giống (kg) Công lao động (công) Phân bón Bảo vệ thực vật Chi khác Tổng chi Phần thu Năng suất TB (tấn/ha) Đơn giá (đồng/tấn) Tổng thu (ha) Lãi (ha) SHPT2 Đơn giá (đ) Số lượng Thành tiền (đ) Số lượng KD18 Đơn Thành tiền giá (đ) (đ) 60 85 - 16.500 200.000 - 990.000 17.000.000 4.000.000 2.000.000 500.000 24.490.000 50 70 - 16.000 200.000 - 800.000 14.000.000 2.000.000 1.000.000 500.000 18.300.000 - - 3,94 6.500.000 25.610.000 1.120.000 - - 0,72 6.500.000 4.680.000 -13.620.000 Ghi chú: Đạm Urê giá 7.500 đ/kg; Supe Lân: 3.300 đ/kg; Kaliclorua: 8.500 đ/kg 3.5.2 Kết đánh giá giống SHPT2 điều kiện sản xuất bình thường Đặc điểm nơng sinh học giống tính trạng đặc trưng, phản ảnh tương tác kiểu gen môi trường điều kiện định giống Các đặc điểm nông sinh học như: Độ dài giai đoạn trỗ, độ cứng cây, Độ tàn lá, chiều cao thời gian sinh trưởng có liên quan đến khả sử dụng phát triển giống sản xuất Kết theo dõi cho thấy: Giống SHPT2 trỗ tập trung khoảng 5-6 ngày (điểm 5); giống cứng nên khả chống đổ tốt (điểm 1-5); giống có độ tàn trung bình (điểm 5); chiều cao trung bình đạt 105-110 cm Thời gian sinh trưởng giống vụ mùa 105-110 ngày, vụ xuân 125-130 ngày phù hợp với cấu xuân muôn-mùa sớm (hè thu) tỉnh phía Bắc Bảng 3.27 Đặc điểm sinh trưởng giống SHPT2 địa phương đại diện cho vùng sinh thái phía Bắc Chỉ tiêu Tên giống Vụ mùa 2014 KD18 SHPT2 Vụ xuân 2015 KD18 SHPT2 Độ dài giai đoạn trỗ (điểm) Độ cứng (điểm) Độ tàn (điểm) Chiều cao (cm) TGST (ngày) 5 1-5 1-5 5 105-110 105-110 105-110 105-110 5 1 5 105-110 105-110 125-130 125-130 Kết theo dõi suất thực thu giống SHPT2 tỉnh phía Bắc vụ mùa 2014 xuân 2015 cho thấy: 22 Bảng 3.28 Năng suất yếu tố cấu thành suất giống SHPT2 tỉnh phía Bắc Chỉ tiêu Giống KD18 SHPT2 KD18 SHPT2 KD18 SHPT2 KD18 SHPT2 KD18 SHPT2 KD18 SHPT2 Tỷ Điểm Số Số lệ khảo hạt lép nghiệm /khóm /bơng (%) Vụ mùa 2014 n 5,8 165,9 18,1 Bái 6,0 155,6 16,1 Thái 5,2 168,7 14,6 Nguyên 5,4 173,2 17,1 Hưng 5,4 168,3 14,9 Yên 5,6 175,1 19,4 Hải 5,8 170,2 14,7 Phòng 5,8 172,0 15,1 Thừa 5,8 165,0 15,2 Thiên 6,0 160,0 16,9 Huế Thanh Hóa - KL Tỷ Số Số 1000 NSTT lệ bơng hạt hạt (tấn/ha) lép /khóm /bơng (g) (%) Vụ xn 2015 19,5 6,01 5,6 170,2 14,7 20,1 6,12 5,0 178,7 12,9 20,1 5,83 6,2 153,6 14,2 19,0 6,01 5,6 167,8 15,2 21,0 6,36 5,4 178,2 16,8 20,5 6,21 5,6 169,3 16,5 20,1 6,52 6,2 175,6 14,2 20,0 6,76 6,0 178,9 12,9 19,7 6,13 6,0 174,4 17,2 KL 1000 NSTT hạt (tấn/ha) (g) 20,2 20,9 20,1 19,8 20,7 20,3 20,3 20,0 20,5 6,53 6,41 6,36 6,46 6,44 6,57 6,78 6,82 6,56 20,0 6,06 6,2 179,6 22,3 20,2 6,63 - - 5,8 6,2 168,9 14,2 20,1 173,6 15,2 19,8 6,41 6,59 - Tại vùng Trung du miền núi phía Bắc (Yên Bái, Thái Nguyên), vụ mùa 2014, hai giống tham gia thí nghiệm có số bơng hữu hiệu/khóm dao động từ 5,8-6,0 Tổng số hạt/bông giống biến động từ 155,6-173,2 hạt/bông Tỷ lệ lép giống dao động từ 14,6-18,1% Năng suất thực thu giống SHPT2 đạt 6,01 - 6,12 tấn/ha tương đương so với giống KD18 (5,83-6,01 tấn/ha) Vụ xuân 2015, số hữu hiệu/khóm giống tham gia thí nghiệm khơng có sai khác nhiều từ 5,0-5,7 Số hạt/bông giống dao động từ 153,6-178,7 hạt Tỷ lệ hạt lép giống biến động từ 12,9-15,2% Khối lượng 1000 hạt giống ổn đinh khoảng 19,820,2 g Năng suất thực thu giống SHPT2 KD18 sai khác nhiều đạt trung bình 6,4 tấn/ha - Tại vùng Đồng Sông hồng, giống SHPT2 triển khai tỉnh Hưng Yên Hải Phòng Giống SHPT2 tham gia thí nghiệm vụ mùa 2014 vụ xuân 2015 có yếu tố cấu thành suất suất thực thu sai khác lớn so với giống KD18 - Tại vùng Bắc Trung (Thanh Hóa, Thừa Thiên Huế), kết đánh giá suất yếu tố cấu thành suất giống tham gia thí nghiệm điều kiện vụ Mùa 2014 cho thấy: Số bơng/m2 giống đối chứng KD18 đạt từ 5,8-6,1 bơng/khóm tương đương so với SHPT2 Số hạt giống SHPT2 KD18 khơng có sai khác nhiều điểm tiến hành thí nghiệm Tỷ lệ hạt lép giống tham gia thí nghiệm nghiệm thấp khoảng 14,3-16,9% Năng suất thực thu giống SHPT2 đạt 6,06 tấn/ha (Thừa Thiên Huế); 6,18 tấn/ha (Thanh Hóa) 23 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Phân tích đa hình vùng locus gen Sub1 xác định thị liên kết chặt với gen Sub1 ART5 SC3 cho đa hình ADN giống PSBRc68 KD18 Hai thị phân tử sử dụng lựa chọn cá thể mang Sub1 quần thể lai trở lại Thông qua khảo sát đa hình xác định 56 thị đa hình hai giống lúa PSB-Rc68 KD18 chiếm 12,22% tổng số thị phân tử dùng khảo sát Các thị phân tử sử dụng để phân tích di truyền cá thể lai so với giống cần cải tiến Thông qua đánh giá hệ chọn dòng 06 (BC3F5) có độ đồng ruộng cao, thời gian sinh trưởng đặc điểm nông sinh học tương tự giống KD18, đặc biệt có khả chịu ngập tốt, đặt tên KD18-Sub1 Dòng KD18-Sub1 khảo nghiệm tác giả đánh giá khả chịu ngập điều kiện tự nhiên Dòng KD18-Sub1 đặt tên SHPT2 để gửi khảo nghiệm khảo nghiệm sản xuất Trong điều kiện sản xuất đại trà, giống SHPT2 giống cảm ôn, thời gian sinh trưởng 125-130 ngày vụ xuân 105-110 ngày vụ mùa Giống sinh trưởng phát triển tốt, dạng hình đẹp, đẻ nhánh tập trung, trỗ nhanh, cổ bông, độ đồng ruộng cao, nhiễm nhẹ sâu bệnh đặc biệt bệnh đạo ôn, bạc rầy nâu Năng suất thực thu đạt từ 6,12-6,15 tấn/ha vụ mùa, tương đương giống KD18 Trong điều kiện ngập úng, giống SHPT2 có khả chịu ngập 10 ngày, tỷ lệ sống cao, khả phục hồi nhanh, sinh trưởng phát triển tốt Năng suất thực thu giống đạt 3,76-4,12 tấn/ha cao so với KD18 từ 3,00-3,44 tấn/ha Khi gieo trồng giống lúa SHPT2 điều kiện bị ngập không cấy dặm cho lãi khoảng 1.120.000 đồng/ha Giống SHPT2 có tính độ ổn định suất thực thu địa phương khảo nghiệm sản xuất Giống SHPT2 Bộ Nông nghiệp PTNT công nhận sản xuất thử Quyết định số 336/QĐ-TT-CLT ngày 21 tháng năm 2017 Trong điều kiện bị ngập úng, cấy dảnh/khóm, mật độ cấy 50 khóm/m2 bón phân với lượng 110 kg N + 100 kg P2O5 + 90 K20 kg/ha phù hợp để giống SHPT2 đạt suất thực thu cao Khẳng định phương pháp chọn giống nhờ thị phân tử lai trở lại (MABC) phương pháp hiệu để quy tụ gen mục tiêu đồng thời giữ đặc điểm tốt giống cần cải tiến Kết nghiên cứu chúng tơi tích hợp thành cơng gen Sub1 từ giống PSB-Rc68 vào giống lúa SHPT2 Giống SHPT2 mang gen Sub1 trạng thái đồng hợp tử mang 99,5% di truyền giống KD18 Đề nghị - Khuyến cáo phát triển giống SHPT2 sản xuất, đặc biệt vùng đất bị ngập úng 24 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Đào Văn Khởi, Lê Hùng Lĩnh, Lê Huy Hàm (2015), “Kết khảo nghiệm giống lúa Khang Dân 18- Sub1 chịu ngập số tỉnh phía Bắc”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Nông nghiệp Việt Nam, số (60), 19-23 Lê Hùng Lĩnh, Chu Đức Hà, Đào Văn Khởi, Phạm Thị Lý Thu (2017), “Tích hợp gen/QTL cải tiến giống lúa ứng phó với biến đổi khí hậu phương pháp chọn giống nhờ thị phân tử kết hợp lai trở lại”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, Tập 15 - số 4, 59-64 Đào Văn Khởi, Chu Đức Hà, Hà Quang Dũng, Lê Hùng Lĩnh (2018), “Đánh giá hiệu giống lúa cải tiến SHPT2 điều kiện ngập Đồng Sông Hồng”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam, Số (87), trang 76-79 ... trên, tiến hành nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phát triển giống lúa Khang Dân 18 chịu ngập ứng phó với biến đổi khí hậu tỉnh phía Bắc Mục tiêu đề tài - Cải tiến giống lúa KD18 theo hướng chịu ngập. .. đặc biệt tỉnh phía Bắc, đánh giá hiệu sản xuất giống lúa cải tiến chưa ghi nhận nhiều Trong cấu giống lúa tỉnh phía Bắc, Khang dân 18 biết đến giống chủ lực nhiều năm gần Đây giống lúa nhập nội,... tượng nghiên cứu giống lúa trồng đại trà có quy mơ lớn sản xuất Khang dân 18 Giống lúa PSB-Rc68 mang locus gen chịu ngập Sub1 nhập nội từ Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) 5.2 Phạm vi nghiên cứu