Nghiên cứu sử dụng các gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng

luận văn

1 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I -------------------------------------------------- Đoàn Thị Minh Thuý Nghiên cứu sử dụng các gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo lúa lai hai dòng Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp Chuyên ngành: Chọn giống cây trồng Mã số : 60 62 05 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Phan hữu Tôn Hà Nội - 2006 2 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận văn đều đã đợc ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Đoàn Thị Minh Thuý 3 Lời cảm ơn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Phan Hữu Tôn, Trởng Bộ môn Công nghệ sinh học và Phơng pháp thí nghiệm, Trờng Đại học Nông nghiệp I. Thầy đã tận tình hớng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô phòng đào tạo Khoa sau đại học, Khoa Nông học, các thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học và Phơng pháp thí nghiệm, Bộ môn Di truyền và Chọn giống- Trờng Đại học Nông nghiệp I. Ban lãnh đạo, Bộ môn Di truyền và Công nghệ lúa lai- Viện Di truyền Nông nghiệp đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TSKH. Trần Duy Quý, TS. Phạm Ngọc Lơng, CN. Bùi Huy Thuỷ và các anh chị em đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn: KS. Tống Văn Hải- Bộ môn Công nghệ sinh học và Phơng pháp thí nghiệm. THS. Vũ Hồng Quảng- Bộ môn Di truyền và Chọn giống, Trờng Đại học Nông nghiệp I. Và sau cùng là gia đình đã luôn động viên, khích lệ tôi trong hai năm qua. Xin chân thành cảm ơn./. 4 Mục lục Lời cam đoani Lời cám ơn .ii Mục lục .iii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu. v Danh mục các bảng.vi Danh mục các hìnhvii Phần I1 Mở đầu1 1.1. Đặt vấn đề .1 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài3 1.2.1. Mục đích3 1.2.2. Yêu cầu của đề tài 3 Phần II Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài.4 2.1. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trong và ngoài nớc .4 2.1.1. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới.4 2.1.2. Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam 6 2.2. Những nghiên cứu về lúa lai.7 2.3. Tình hình nghiên cứu bệnh bạc lá lúa Xanthomonas oryzae. pv oryzae 19 2.3.1. Những nghiên cứu ngoài nớc về bệnh bạc lá lúa19 2.3.2. Những nghiên cứu trong nớc về bệnh bạc lá lúa20 2.3.3. Đặc điểm sinh lý của vi khuẩn.21 2.3.4. Đặc điểm triệu chứng của bệnh bạc lá.22 2.3.5. Nguyên nhân gây bệnh.24 2.3.6. Các yếu tố ảnh hởng đến sự phát sinh, phát triển của bệnh24 2.3.7. Thành phần nòi của vi khuẩn bạc lá lúa .26 2.3.8. Vấn đề phòng trừ bệnh bạc lá .26 5 2.3.9. Cơ sở khoa học của chọn giống kháng bệnh bạc lá 27 2.3.10. Tình hình chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá ở các nớc32 Phần III Đối tợng, địa điểm, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 34 3.1. Đối tợng nghiên cứu.34 3.2. Địa điểm.35 3.3. Nội dung nghiên cứu 35 3.4. Phơng pháp nghiên cứu35 Phần IV Kết quả nghiên cứu và thảo luận 40 4.1. Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của các dòng đợc sử dụng làm vật liệu khởi đầu .40 4.2. Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai .43 4.3. Đặc điểm sinh trởng giai đoạn mạ của các tổ hợp lai .49 4.4. Thời gian qua các giai đoạn sinh trởng của các tổ hợp lai51 4.5. Đặc điểm cấu trúc bộ lá 53 4.6. Đặc điểm cấu trúc thân và bông của các tổ hợp lai 55 4.7. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất.59 4.8. Một số chỉ tiêu về hình thái hạt thóc 65 4.9. Tình hình sâu bệnh trên đồng ruộng .67 4.10. Nghiên cứu u thế lai một số tính trạng của các tổ hợp lai 69 Phần V Kết luận và đề nghị.78 5.1. Kết luận 78 5.2. Đề nghị .79 Tài liệu tham khảo 6 Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu - Dòng A: Dòng bất dục đực tế bào chất (Cytoplasmic male sterile line- CMS) - Dòng B: Dòng duy trì tính bất dục đực (Maintainer line) - CS: Cộng sự - Ctv: Cộng tác viên - Ctv: Cộng tác viên - Dòng EGMS: Dòng bất dục đực di truyền nhân cảm ứng với môi trờng (Enviromental sensitive genic male sterile line). - IRRI: Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (International Rice reseach institute) - PCR: Phản ứng tổng hợp nhờ Polymerase (Polymerase chain Reaction) - PGMS: Dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với độ dài chiếu sáng (Photoperiodic sensiive genic male sterile line) - Dòng R: Dòng phục hồi tính hữu dục (Restorer line) - RFLP: Đa hình độ dài đoạn AND bị phân cắt - TGMS: Dòng bất dục đực di truyền nhân nhạy cảm với nhiệt độ (Thermo sensitive genic male sterile line) - UTL: u thế lai - WA: Dòng bất dục đực tế bào chất dạng hoang dại (Wild Abortion) - WCG: Gen tơng hợp rộng (Wide compatibility gene) 7 Danh mục các bảng Số bảng Tên bảng Trang Bảng 4.1. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng bố mẹ .41 Bảng 4.2. Phản ứng của các tổ hợp lai đối với 4 isolate vi khuẩn bệnh bạc lá Xanthomonas oryzae pv. oryzae .44 Bảng 4.3. Một số đặc điểm sinh trởng của các tổ hợp lai trong thời kỳ mạ .50 Bảng 4.4. Thời gian qua các giai đoạn sinh trởng của các tổ hợp lai.52 Bảng 4.5. Đặc điểm lá đòng của các tổ hợp lai54 Bảng 4.6. Đặc điểm thân và bông của các tổ hợp lai57 Bảng 4.7. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai 62 Bảng 4.8. Một số chỉ tiêu về hình dạng hạt thóc 66 Bảng 4.9. Tình hình sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các tổ hợp lai 68 Bảng 4.10.1. u thế lai về chiều cao cây và số nhánh hữu hiệu .71 Bảng 4.10.2. u thế lai về số hạt/ bông và khối lợng 1000 hạt 73 Bảng 4.10.3. u thế lai về năng suất cá thể của các tổ hợp lai.75 Bảng 4.10.4. Một số đặc điểm chính của các tổ hợp lai mới77 8 Danh môc c¸c h×nh H×nh 4.2.1. Ph¶n øng cña c¸c tæ hîp lai víi isolate HAU02034- 3…………….45 H×nh 4.2.2. Ph¶n øng cña c¸c tæ hîp lai víi isolate HAU02009 - 2……………45 H×nh 4.2.3. Ph¶n øng cña c¸c tæ hîp lai víi isolate HAU01008 - 1…………. 46 H×nh 4.2.4. Ph¶n øng cña c¸c tæ hîp lai víi isolate HAU01030- 3…………….46 H×nh 4.2.5. Ph¶n øng cña mét sè tæ hîp lai ®èi víi c¸c chñng b¹c l¸ kh¸c nhau ……………………………………………………………………. 47 H×nh 4.7.1. N¨ng suÊt c¸ thÓ cña mét sè tæ hîp lai míi……………………… .64 9 Phần I Mở đầu 1.1. Đặt vấn đề Lúa là một trong những cây lơng thực chiếm vị trí quan trọng trên thế giới, đặc biệt là các nớc Đông Nam á trong đó có Việt Nam và là lơng thực chính nuôi sống hơn 1/2 dân số toàn cầu. Tuy nhiên, với tốc độ gia tăng dân số nh hiện nay thì vấn đề an ninh lơng thực luôn là mối quan tâm của nhiều quốc gia. Chính vì vậy, các nhà khoa học của nhiều nớc đã nghiên cứu hiện tợng u thế lai ở lúa để tăng năng suất và chống đói nghèo. Thành công về chọn giống lúa lai là một thành tựu rất lớn của loài ngời từ 35 năm nay. Lúa lai cho năng suất cao hơn lúa thờng từ 20- 30%, nhờ ứng dụng lúa lai trên diện rộng mà Trung Quốc đã thành công trong công cuộc đảm bảo an ninh lơng thực cho đất nớc có trên 1,2 tỷ dân [19]. Sau hơn 10 năm đa vào Việt nam, lúa lai đã có chỗ đứng khá bền vững với diện tích ra tăng nhanh chóng từ 11.340 ha năm 1992 lên gần nửa triệu ha năm 2001 và đạt 621.303 ha năm 2003 [36]. Lúa lai đã đáp ứng đợc năng suất nhng lại biểu hiện hàng loạt hạn chế nh thời gian sinh trởng cha đáp ứng đợc yêu cầu, nhiễm bệnh bạc lá nặng làm cho diện tích gieo cấy lúa lai trở nên không ổn định, nhất là trong điều kiện vụ mùa sớm ở khu vực các tỉnh Trung du và đồng bằng Bắc Bộ. Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây ra, là một trong những bệnh gây hại nặng nhất đối với cây lúa trên toàn thế giới và một số khu vực ở Châu á (Mew, 1987) [54] và nó có thể làm giảm năng suất từ 20- 30% có khi lên tới 50% (Ou, 1972; Huang và ctv, 1997) [45]. ở Việt nam từ những năm 70 trở lại đây, những giống mới năng suất cao, đặc biệt là những giống chịu thâm canh đợc trồng phổ biến thì bệnh bạc lá thực sự gây tác hại, nó làm giảm năng suất từ 30- 60% (Tạ Minh Sơn, 1987) [17], nhất là 10 các tổ hợp lúa lai nhập nội từ Trung Quốc và cha có một tổ hợp nào kháng đợc bệnh bạc lá. Điều đó cho thấy việc sản xuất lúa lai trên diện rộng là hết sức khó khăn và phức tạp. Mặt khác cho dến nay vẫn cha có loại thuốc nào đặc hiệu để phòng trừ bệnh bạc lá lúa. Do đó việc chọn tạo và sử dụng các giống kháng là phơng pháp kinh tế và hiệu quả nhất để khống chế bệnh. Để chọn tạo thành công giống lúa lai kháng bệnh bạc lá thì việc có đợc nguồn gen kháng phong phú đóng vai trò quan trọng. Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học đã xác định đợc 29 gen kháng vi khuẩn bạc lá khác nhau từ Xa1 đến Xa29. Việc đa các gen kháng bệnh bạc lá vào cây lúa bằng con đờng lai hữu tính đã đạt đợc từ những năm 70, một trong những ví dụ điển hình đó là gen kháng Xa4 ( Khush và ctv, 1989) [51]. Hầu hết những giống mới của IRRI nh IR20, IR22, IR64 . đặc biệt là các giống lúa có giá trị kinh tế ở các nớc nh Trung Quốc, ấn độ, Indonesia đều mang gen Xa4. Nhng việc sử dụng lâu dài một loại gen kháng đã làm nảy sinh nòi bệnh mới và những giống lúa đó nay trở nên nhiễm bệnh ( Mew và ctv, 1992) [55], [9]. Mặt khác, mỗi một vùng sinh thái trồng lúa trong đó có Việt Nam, thì tồn tại số lợng và chủng gây bệnh bạc lá khác nhau. Nhng liệu các gen này có chống đợc các chủng bạc lá ở Việt nam hay không, nếu chống đợc thì chống mạnh hay chống yếu. Theo kết quả nghiên cứu bớc đầu tại trờng ĐHNNI trong 3 năm 2001- 2003 (Furuya và ctv, 2002) cho thấy riêng các tỉnh phía Bắc Việt Nam đã có 10 chủng Xanthomonas đang tồn tại [56]. Nghiên cứu tìm hiểu các gen kháng bệnh bạc lá các nhà khoa học kết luận: Các gen Xa7, Xa21, xa 5 và Xa4 chống đợc hầu hết các chủng bạc lá ở miền Bắc Việt nam. Từ việc tìm đợc các gen kháng bệnh hữu hiệu, ngời ta có thể tổ hợp đợc nhiều gen kháng vào một giống để tăng khả năng kháng ngang, cho nên sử dụng các gen kháng hữu hiệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống ở Việt Nam là phơng pháp đơn giản và cho hiệu quả. Những thành công bớc đầu về sử dụng các