Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt trong gạo cao và amylose thấp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -o0o - NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN CÓ HÀM LƯỢNG SẮT TRONG GẠO CAO VÀ AMYLOSE THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 62 42 20 01 CẦN THƠ, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -o0o - NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN CÓ HÀM LƯỢNG SẮT TRONG GẠO CAO VÀ AMYLOSE THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 62 42 20 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRẦN THỊ CÚC HÒA CẦN THƠ, 2019 LỜI CẢM ƠN Chân thành cảm ơn Cô PGS.TS Trần Thị Cúc Hịa tận tình hướng dẫn khoa học, dạy cho nhiều cách tiếp cận kiến thức khoa học lĩnh vực nghiên cứu Cơ giúp đỡ hỗ trợ hóa chất, trang thiết bị, kinh phí cho nghiên cứu để giúp tơi hồn thành tốt luận án Nghiên cứu sinh Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh Đạo Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Khoa Sau Đại Học Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ tạo điều kiện thuận lợi thực thủ tục cho suốt q trình học tập Nghiên cứu sinh Tơi xin chân thành cám ơn dạy dỗ nhiệt tình Các Thầy, Cô Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ giúp mở mang thêm kiến thức, hỗ trợ cho nghiên cứu Xin gởi lời chân thành biết ơn đến Ban Lãnh đạo Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long, anh chị em Bộ môn Công nghệ Sinh học Bộ môn Di truyền chọn giống hỗ trợ giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho xuốt thời gian thực nghiên cứu Viện Chân thành cảm ơn Lãnh đạo Bộ môn CNSH, Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp & TNTN, BGH Trường Đại học An Giang ủng hộ hỗ trợ cho suốt thời gian học Cám ơn em sinh viên Công nghệ Sinh học, Trường Đại học An Giang khóa DH11SH, DH12SH, DH13SH, DH14SH DH15SH hỗ trợ trình thực thí nghiệm Nghiên cứu sinh Sau xin cảm ơn người thân yêu gia đình ln động viên, chia tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập nghiên cứu Nguyễn Thị Mỹ Dun ii Tóm tắt Đề tài nhằm mục đích lai tạo chọn lọc giống lúa vừa có khả trồng đất nhiễm mặn, vừa giàu sắt có hàm lượng amylose thấp Mặt khác, nghiên cứu giống lúa có khả chịu mặn thơng qua kết hợp phương pháp lai tạo truyền thống chọn lọc đại thị phân tử cho phép rút ngắn thời gian tăng hiệu chọn tạo giống lúa Qua đánh giá 36 dòng/giống lúa triển vọng Bộ môn Công nghệ Sinh học - Viện lúa ĐBSCL, chọn dịng/giống có hàm lượng sắt cao amylose thấp làm giống mẹ (nhận gen) bao gồm OM238, OM5451, OM121 OM231 để lai tạo với giống lúa có khả chịu mặn cao Pokkali (giống bố cho gen) Kết nghiên cứu cho thấy tổ hợp lại OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 OM5451/Pokkali//OM5451 tổ hợp đáp ứng tiêu chí hàm lượng sắt, amylose khả chịu mặn Thế hệ BC3F4 chọn dòng lai triển vọng thuộc tổ hợp với hàm lượng sắt gạo lức dao động từ 14,13 - 16,19 mg/kg, hàm lượng sắt gạo trắng dao động từ 4,55 - 6,65 mg/kg; hàm lượng amylose đạt từ 18,12 - 19,95% Ở hệ BC3F5, chọn dòng triển vọng mang gen chịu mặn có hàm lượng sắt cao hàm lượng amylose thấp bao gồm: dòng BC3F5-5-1-1 thuộc tổ hợp OM231/Pokkali//OM231 với hàm lượng sắt đạt 16,15 mg/kg 6,09 mg/kg gạo lức gạo trắng, amylose đạt 17,90%; tổ hợp OM238/Pokkali//OM238 cho dòng BC3F5-22-1-1 với hàm lượng sắt gạo lức gạo trắng 15,85 mg/kg 6,02 mg/kg, amylose đạt 19,90%; dịng BC3F5-22-1-3 có hàm lượng sắt gạo lức 14,70 mg/kg hàm lượng sắt gạo trắng 5,39 mg/kg, amylose đạt 18,66% Các dịng có tiềm phát triển vùng ĐBSCL nguồn vật liệu cho nghiên cứu Từ khóa: dòng lúa chịu mặn, thị phân tử SSR, gen Saltol, hàm lượng amylose, hàm lượng sắt iii Abstract This thesis aimed to breed and select new rice varieties, which are salt tolerant with hight iron and low amylose contents In order to shorten the time and increase the efficiency of the selecttion procedure, the combination of traditional backcrossing and modern molecular selection methods using SSR marker was performed From 36 promissing rice lines/varieties providing by The Department of Biotechnology- Mekong Delta Rice Institute, lines/varieties with high iron and low amylose content such as OM238-1, OM5451, OM121 and OM231 were selected for hybridization with high salttolerant rice variety Pokkali (donor gene) The research result showed that there were three hybrid combinations (OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 OM5451/Pokkali//OM5451) which can meet the demand Result in the BC3F4 generation, promissing lines/varieties were selected with the iron content in brown rice ranging from 14,13 to 16,19 mg/kg, the iron content in white rice ranged from 4,55 – 6,65 mg/kg; amylose content is from 18,12% to 19,95% In the BC3F5 generation, the potential lines/varieties carrying the salt-tolerant gene with high iron content and low amylose content include: rice line BC3F5-5-1-1 from the hybrid combinations OM231/Pokkali //OM231 with an iron content of 16,15 mg/kg and 6,09 mg/kg in brown rice and white rice, amylose content was 17,90%; and the hybrid combinations OM238/Pokkali//OM238 was selected rice line BC3F5-22-1-1 with iron content in brown rice and white rice respectively at 15,85 mg/kg and 6,02 mg/kg, amylose content was 19,90%; and rice line BC3F5-22-1-3 had brown iron content of 14,70 mg/kg and iron content in white rice was 5,39 mg/kg, amylose content was 18,66% These rice lines have been aple to develop in the Mekong Delta as well as a valuable resource for further research Keywords: salt-tolerant rice varieties, SSR (microsatellite) marker, saltol gene, amylose content, iron content iv CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án “Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt gạo cao amylose thấp” hoàn thành dựa kết nghiên cứu hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa Các kết cơng trình nghiên cứu chưa dùng cho luận án cấp khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Mỹ Duyên v MỤC LỤC Tóm tắt iii Abstract iv Cam kết kết v Mục lục vi Danh sách bảng x Danh sách hình xiii Danh mục từ viết tắt xvii Chương 1: Giới thiệu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.3.1 Nội dung 1: Đánh giá vật liệu di truyền để chọn bố mẹ sử dụng cho nghiên cứu 1.3.2 Nội dung 2: Lai tạo, lai hồi giao đánh giá tuyển chọn dòng lai mang tính trạng mong muốn .3 1.3.3 Nội dung 3: Trồng khảo nghiệm dịng lúa lai ưu tú có khả chịu mặn, gạo có sắt cao amylose thấp vùng sinh thái 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học .4 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.5 Tính khoa học đề tài .4 1.6 Những đóng góp đề tài 1.7 Tính ứng dụng đề tài 1.8 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Chương 2: Tổng quan tài liệu nghiên cứu liên quan 2.1 Sự xâm nhập mặn đất nhiễm mặn khu vực ĐBSCL 2.2 Sự ảnh hưởng mặn lên lúa .6 2.2.1 Ảnh hưởng giai đoạn nảy mầm đầu giai đoạn mạ 2.2.2 Ảnh hưởng mặn lên chiều cao lúa .7 2.2.3 Ảnh hưởng mặn lên độ hữu thụ hạt phấn 2.2.4 Ảnh hưởng mặn lên chiều dài suất lúa 2.3 Tính chống chịu mặn đặc điểm di truyền giống lúa chịu mặn vi 2.3.1 Tính chống chịu mặn lúa 2.3.2 Nghiên cứu đặc điểm di truyền giống lúa chống chịu mặn .9 2.4 Chỉ thị phân tử SSR 10 2.5 Sắt vai trò sắt 10 2.5.1 Nhu cầu sắt thể người tác hại thiếu sắt 10 2.5.2 Thành phần sắt có hạt gạo 11 2.5.3 Cung cấp sắt cho thể dựa vào thực phẩm từ gạo giàu sắt 12 2.6 Một số tiêu chí phân loại chất lượng gạo 13 2.6.1 Hàm lượng amylose .13 2.6.1.1 Cấu trúc phân tử amylose 14 2.6.1.2 Đặc điểm hàm lượng amylose hạt lúa 14 2.6.1.3 Cơ sở di truyền tính trạng hàm lượng amylose 15 2.6.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng amylose 16 2.6.2 Các tiêu phẩm chất cơm liên quan đến hàm lượng amylose 16 2.6.2.1 Nhiệt độ trở hồ 16 2.6.2.2 Độ bền thể gel .17 2.7 Các nghiên cứu liên quan 18 2.7.1 Các nghiên cứu chọn tạo giống lúa giàu sắt 18 2.7.2 Các nghiên cứu hàm lượng amylose giống lúa 20 2.7.3 Một số thành tựu chọn tạo giống lúa chống chịu mặn 24 Chương 3: Phương pháp nghiên cứu 31 3.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu .31 3.1.1 Thanh lọc mặn .31 3.1.2 Sử dụng dấu phân tử SSR để nhận diện gen mặn 31 3.1.3 Phân tích phẩm chất hạt 31 3.1.4 Lai tạo hệ lai (F1 đến BC3F1) 31 3.1.5 Đánh giá chọn dòng (BC3F2 đến BC3F3) .31 3.1.6 Trồng thử nghiệm dòng lúa lai ưu tú hệ BC3F4 đến BC3F5 vùng sinh thái mặn 31 3.2 Phương tiện nghiên cứu 32 3.2.1 Vật liệu 32 3.2.2 Dụng cụ hóa chất .32 3.3 Phương pháp nghiên cứu 34 vii ... xoắn có gốc 13 glucose Amylose thường phân bố bên hạt tinh bột Dung dịch amylose có độ nhớt thấp amylosepectin Amylose phản ứng với dung dịch iod cho màu xanh tím tạo phức amylose iod Nguyễn Phước... lƣợng amylose hạt lúa Trong gạo hàm lượng amylose phổ biến từ 15 - 35% Phần lớn quốc gia trồng lúa thích loại gạo có hàm lượng amylose trung bình, ngồi trừ 14 giống japonica có hàm lượng amylose. .. lượng amylose trung bình Trong đó, phần lớn gạo từ Việt Nam, Thái Lan, Myanmar tiểu lục địa Ấn Độ có hàm lượng amylose cao (Trương Bá Thảo, 2006) 2.6.1.3 Cơ sở di truyền tính trạng hàm lƣợng amylose