Đánh giá chất lượng và khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn hà giang

Đánh giá chất lượng và khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn hà giang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------------------------------- NGÔ VĂN DƢƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------------------------------- NGÔ VĂN DƢƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số: 60.42.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN LAM ĐIỀN Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố. Tác giả Ngô Văn Dƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Lam Điền đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin cảm ơn KTV Cao Phƣơng Thảo (phòng Thực vật học), KTV Đào Thu Thủy (phòng thí nghiệm Công nghệ tế bào), CN Nguyễn Ích Chiến (phòng thí nghiệm Di truyền học và Công nghệ gen), Khoa Sinh- KTNN, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên) đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm và các thầy cô giáo, cán bộ khoa sinh - KTNN, Ban giám hiệu Trƣờng THPT Bắc Sơn, Sở GD&ĐT Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn. Tác giả luận văn Ngô Văn Dƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU………………………………………………………………. 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về cây lúa………………………………………………… 3 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa……………………………………… . 3 1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa……………………………………………… 4 1.1.3. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và ở Việt Nam……………………. 5 1.1.4. Thành phần hoá sinh của hạt lúa . 10 1.1.5. Đặc điểm sinh học của cây lúa cạn………………………… 11 1.2. Hạn và cơ chế chịu hạn của thực vật………………………………… 13 1.2.1. Khái niệ m về hạ n………………………………………………………. 13 1.2.2. Tính chịu hạn và tác động của hạn đến thực vật…………… 14 1.2.3. Cơ sở sinh lý , sinh hoá và di truyề n củ a tí nh chị u hạ n ở cây lú a………. 16 1.2.4. Nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây lúa………………… 21 1.3. Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thức vật vào việc đánh giá khả năng chống chịu ở cây lúa…………………… 22 1.3.1. Hệ thố ng nuôi cấ y……………………………………………………… 22 1.3.2. Mộ t số thành tựu về đá nh giá khả năng chố ng chị u và chọn dòng tế bào soma bằ ng kỹ thuậ t nuôi cấ y in vitro……………………………… 23 Chƣơng 2. VẬ T LIỆ U VÀ PHƢƠNG PHÁ P NGHIÊN CƢ́ U 2.1. Vậ t liệ u và đị a điể m nghiên cƣ́ u…………………………… . 25 2.1.1. Vật liệu thực vật……………………………………………………… . 25 2.1.2. Ha chất và thiết bị . 25 2.1.3. Địa điểm nghiên cứu 26 2.2. Phƣơng phá p nghiên cƣ́ u 27 2.2.1. Phƣơng pháp phân loại các giống lúa cạn …………………………… 26 2.2.2. Phƣơng phá p hó a sinh 26 2.2.3. Đá nh giá khả năng chị u hạ n ở giai đoạ n mạ bằ ng phƣơng phá p gây hạ n 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nhân tạ o………………………………………………………………… 2.2.4. Phƣơng phá p nuôi cấ y in vitro………………………………………………. 31 2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu và tính toán kết quả……………………… . 33 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phân loạ i, đặ c điể m hì nh thá i củ a cá c giố ng lú a ………… . 34 3.1.1. Phân loạ i cá c giố ng lú a………………………………………………… 34 3.1.2. Đặc điểm hình thái các giống lúa……………………………………… 35 3.2. Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t……………………….…………………… 37 3.2.1. Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t trên phƣơng diệ n cả m quan…………………. 37 3.2.2. Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t trên phƣơng diệ n hó a sinh 38 3.3. Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa …………………… 42 3.3.1. Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn nảy mầm… 42 3.3.2. Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn mạ……………………… 51 3.4. Khả năng chịu han của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mô sẹo 59 3.4.1. Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh của các giống lúa nghiên cứu………………………………………… 59 3.4.2. Độ mất nƣớc của mô sẹo………………………………… 60 3.4.3. Khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo………………………………… 61 3.4.4. Tốc độ sinh trƣởng của mô sẹo sau khi sử lý thổi khô………………… 62 3.4.5. Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô……………… 63 3.4.6. Xác định nhanh sức sống của tế bào mô sẹo bằng phƣơng pháp nhuộm TTC 64 KẾ T LUẬ N VÀ ĐỀ NGHỊ ……………………………………………. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… . 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Diện tích, năng xuất và sản lƣợng lúa của toàn Thế giới giai đoạn từ 1970 đến 2007 . 6 Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng lúa của 10 nƣớc c sản lƣợng lúa hàng đầu thế giới năm 2007 7 Bảng 1.3. Tình hình sản xuất và xuất khẩu lúa gạo của Việt Nam giai đoạn 1990 – 2007 9 Bảng 2.1. Các giống lúa cạn sử dụng làm vật liệu nghiên cứu…………………… . 25 Bảng 3.1. Phân loại các giống lúa nghiên cƣ́ u……………………………………… 34 Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái và khối lƣợng 1000 hạt của các giống lúa 35 Bảng 3.3. Mộ t số chỉ tiêu chấ t lƣợ ng hạ t củ a các giống lúa……………………… . 37 Bảng 3.4. Hàm lƣợng protein, đƣờ ng tan củ a cá c giố ng lú a (% khố i lƣợ ng khô) . 39 Bảng 3.5. Hàm lƣợng axit amin dƣ̣ trƣ̃ trong hạt của các giống lúa (g axit amin /100g mẫ u) . 40 Bảng 3.6. Thành phần và lƣợng axit amin trong protein hạt của các giống lúa (g axit amin/ 100g protein) . 41 Bảng 3.7. Thành phần và hàm lƣợng các axit amin không thay thế trong hạ t củ a các giống lúa (g axit amin/ 100g protein) . 41 Bảng 3.8. Hoạt độ của -amylase trong giai đoạ n hạ t nả y mầ m khi xƣ̉ lý sorbitol 5% ( ĐVHĐ/mg hạ t nả y mầ m)………………………………………… 43 Bảng 3.9. Hàm lƣợng đƣờng tan của các giố ng lú a khi xƣ̉ lý sorbitol 5% ở giai đoạ n nả y mầ m(%)………………………………………………………. 45 Bảng 3.10. Tƣơng quan giƣ̃ a hoạ t đô enzyme α-amylase vớ i hà m lƣợ ng đƣờ ng tan của các giống lúa………………………………………………………… 46 Bảng 3.11. Hoạt độ protease củ a cá c giố ng lú a khi xƣ̉ lý sorbitol 5% ở giai đoạ n nảy mầm (ĐVHĐ/mg)…………………………………………… . 47 Bảng 3.12. Hàm lƣợng protein của cá c giố ng lú a giai đoạ n nả y mầ m khi xƣ̉ lý 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn sorbitol 5 % (%)………………………………………………………… Bảng 3.13. Tƣơng quan giƣ̃ a hoạ t độ protease vớ i hà m lƣợ ng protein tan ở giai đoạ n nảy mầm của các giống lúa………………………………………………. 50 Bảng 3.14. T lệ thiệt hại do hạn của các giống lúa ở giai đoạn mạ (%)……………. 52 Bảng 3.15. Khả năng gi nƣớc của các giống lúa (%)………………………………. 53 Bảng 3.16. Chiề u dà i rễ tạ i cá c thờ i điể m gây hạ n củ a cá c giố ng lú a ở giai đoạn mạ (cm)……………………………………………………………………… 54 Bảng 3.17. Chỉ số chịu hạn tƣơng đối của các giống lúa ở giai đoạn mạ…………… 56 Bảng 3.18. Hàm lƣợng proline của các giống lúa ở giai đoạn mạ (mM/g khố i lƣợ ng tƣơi)………………………………………………………………………. 58 Bảng 3.19. Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh của 5 giống lúa…………………………………………………………… 60 Bảng 3.20. Kiểm tra sức sống của các giống lúa cạn bằng phƣơng pháp nhuộm TTC 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Trang Hình 3.1. Hình thái hạt của các giống lúa nghiên cứu…………………………. 36 Hình 3.2. Hàm lƣợng axit amin không thay thế của các giống lúa nghiên cứu vớ i tiêu chuẩ n củ a FAO……………………………….……………. 42 Hình 3.3. Sự biến động hoạt độ enzyme α-amylase củ a cá c giố ng lú a ………. 44 Hình 3.4. Đị nh tí nh hoạ t độ enzyme α-amylase củ a cá c giố ng lú a…………… 44 Hình 3.5. Sự biến động hàm lƣợng đƣờng tan các giống lúa ở giai đoạn nảy mầ m…………………………………………… ………………… 45 Hình 3.6. Sự biế n độ ng hoạ t độ củ a enzyme protease củ a cá c giố ng lúa………. 47 Hình 3.7. Ảnh định tính hoạt độ enzyme protease của các giống lúa………… 48 Hình 3.8. Hàm lƣợng protein các giống lúa ở giai đoạn nảy mầm…………… 49 Hình 3.9. T lệ thiệ t hạ i do hạ n củ a cá c giố ng lú a ở giai đoạn mạ…………… 52 Hình 3.10. Chiề u dà i rễ củ a cá c giố ng lú a ở giai 7 ngày hạn……………………. 54 Hình 3.11. Đồ thị hình rada biểu thị khả năng chịu hạn của các giống lúa ở giai đoạn mạ…………………………………………………………… 55 Hình 3.12. Ảnh các giống lúa trƣớc và sau 5 ngày gây hạn ở giai đoạn mạ…… 57 Hình 3.13. Sự biến động hàm lƣợng proline ở giai đoạn mạ của các giống lúa… 58 Hình 3.14. Tốc độ mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa sau khi xử lý thổi khô…. 60 Hình 3.15. Khả năng sống st của mô sẹo sau khi xử lý thổi khô (%)…………. 62 Hình 3.16. Tốc độ sinh trƣởng tƣơng đối của mô sẹo sau 4 tuần nuôi cấy……… 62 Hình 3.17. Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô…………… 63 Hình 3.18. Đánh giá khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa cạn…… 64 Hình 3.19. Khả năng phục hồi và tái sinh sau thổi khô của các giống lúa cạn ở mức độ mô sẹo………………………………………………………. 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHỮ VIẾT TẮT ABA Abscisic Acid ATPaza Adenosin triphosphatase (Enzym phân giải ATP giải phng năng lƣợng) ADN Deoxyribose Nucleic Acid AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều dài các phân đoạn đƣợc nhân bản) ASTT Áp suất thẩm thấu 2,4D Axit 2,4 – Dichlorphenoxyacetic cADN Complementary ADN (ADN bổ sung đƣợc tổng hợp nhờ enzym phiên mã ngƣợc từ ARN thông tin) CS Cộng sự CSCHTĐ Chỉ số chịu hạn tƣơng đối ĐVHĐ Đơn vị hoạt độ ĐVMS Đơn vị mô sẹo EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid HSP Heat shock protein (Protein sốc nhiệt) IRRI International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu lúa quốc tế) Kb Kilobase MS Murashige Skoog (Môi trƣờng theo Murashige và Skoog) LEA Late Embryogenesis Abundant protein (Protein tổng hợp với số lƣợng lớn ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển phôi) PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) RAPD Random Amplified Polymorphism ADN (Phân tích ADN đa hình đƣợc nhân bản ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài các phân đoạn ADN cắt hạn chế) sHSP Small heat shock protein (Protein sốc nhiệt nhỏ từ 10 - 30 kDa) [...]... - Đánh giá chất lƣợng và khả năng chịu hạn của 5 giống lúa cạn trồng ở tỉnh Hà Giang 3 Nội dung nghiên cứu - Phân loại các giống lúa nghiên cứu - Đánh giá chất lƣợng hạt các giống lúa nghiên cứu - Đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn hạt nảy mầm - Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mạ ba lá - Đánh giá khả năng chịu hạn ở mức độ mô sẹo bằng kỹ thuật thổi khô Số. .. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 mất dần, diện tích trồng lúa bị thu hẹp Vì vậy sƣu tập và tuyển chọn các giống lúa cạn có chất lƣợng tốt, khả năng chống chịu cao làm cơ sở cho chọn tạo giống trở thành một vấn đề cấp thiết Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: Đánh giá chất lƣợng và khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn Hà Giang ... lúa một tuần tuổi băng NaCl , Lê trần Bình và Cs (1998) đã chọn đƣợc hai dòng lúa có khả năng ̀ chịu muối là C0 và C8 [1] Lê Xuân Đăc (1998) xử lý lạnh hai giống lúa C71 và ́ TK90 ở nhiệt độ 1±0,50C đã thu đƣợc một số dòng lúa có khả năng chịu lạnh [5] Nguyễn Thu Hoài (2005) nghiên cứu khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phƣơng thu thập ở Bắc Kạn, Cao Bằng, Sơn La đã so sánh đƣợc khả năng. .. khả năng chịu hạn của các giống lúa để làm vật liệu khởi đầu cho việc chọn, tạo các giống lúa [17] Cũng theo hƣớng nghiên cứu này Bùi Thị Thu Thuỷ (2006) đã đánh giá đƣợc khả năng chịu hạn của các giống lúa CR203, U17, KD18, BT [54] Price và Cs (2002) sử dụng RFLP và AFLP, SSR đã xác định đƣợc 142 chỉ thị phân tử liên quan đến tính trạng số lƣơng của cây lúa cạn có khả năng tránh hạn ̣ [83] Số hóa... cạn do lúa nƣớc biến đổi thành và những giống lúa này có khả năng trồng đƣợc ở những vùng khô hạn, vẫn có khả năng sinh trƣởng phát triển bình thƣờng trên ruộng có nƣớc Đây là một đặc tính nông học của lúa cạn, khác với cây trồng khác Hiện nay có thể chia lúa cạn thành hai nhóm: Nhóm lúa cạn cổ truyền, bao gồm những giống lúa cạn địa phƣơng, thích nghi cao và tồn tại lâu đời, tính chống chịu. .. Tiến Sỹ (2007) đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống đỗ tƣơng địa phƣơng của tỉnh Cao Bằng ở giai đoạn mầm đã nhận thấy khả năng chịu hạn của các giống có tƣơng quan thuận với tỷ lệ tăng của hàm lƣợng đƣờng tan, hoạt độ enzym amylase [46] Axit amin prolin có vai trò quan trọng trong điều hoà áp suất thẩm thấu của tế bào, đồng thời nó là một axit amin ƣa nƣớc có khả năng giữ và lấy nƣớc cho... cứu đặc điểm hình thái của bộ rễ lúa nhận thấy tổng chiều dài bộ rễ có liên quan chặt chẽ đến tính chịu hạn của lúa nƣơng [84] Sau đó các nghiên cứu về đặc điểm sinh lý, hoá sinh liên quan đến khả năng chịu hạn của lúa đƣợc quan tâm Đinh Thị Phòng (2001) đã chọn, tạo đƣợc giống lúa DR1 và DR2 cho năng suất cao, ổn định, có khả năng chịu hạn, chịu lạnh hơn hẳn so với giống lúa gốc bằng phƣơng pháp... nguồn gen lúa cạn, đến nay đã có nhiều công trình sƣu tập đánh giá khả năng chịu hạn, đặc điểm hình thái, hóa sinh của các giống lúa nhằm bảo tồn nguồn gen quý Đó là công trình nghiên cứu của Nguyễn Thu Hà và Cs (2003) về 47 giống lúa cạn sƣu tập tại các tỉnh phía Bắc [14], Trần Văn Thuỷ (1999) đánh giá nguồn gen cây lúa ở Tây Nguyên [53] Các công trình nghiên cứu của Đỗ Thị Dƣơng (2001) [11], của Nguyễn... chịu cao, tuy nhiên giống lúa này có hạn chế là năng xuất thấp Nhóm lúa không chủ động nƣớc hoặc sống nhờ nƣớc trời Loại này đƣợc phân bố trên những nƣơng bằng, chân đồi thấp cố độ dốc dƣới 5o Đây là những giống lúa cạn mới lai tạo, có khả năng chịu hạn trong những giai đoạn sinh trƣởng nhất định, hiệu xuất sử dụng nƣớc và tiềm năng năng xuất cao [16] Năng xuất của các giống lúa cạn thƣờng thấp do... Thị Xuân Thủy (2008) [61], của Nguyễn Đức Hoàng (2008) [18] đã nghiên cứu về đặc điểm sinh hóa hạt, phân tích đa hình protein hạt và khả năng chịu hạn của các giống lúa 1.3 Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thức vật vào việc đánh giá khả năng chống chịu ở cây lúa 1.3.1 Hê thông nuôi cây ̣ ́ ́ Kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật có thể đƣợc sử dụng để đánh giá khả năng chông chị u cua cây . tài: Đánh giá chất lƣợng và khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn Hà Giang . 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất lƣợng và khả năng chịu hạn của. - Đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn hạt nảy mầm. - Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mạ ba lá - Đánh giá khả