luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VŨ HỒNG QUẢNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ DÒNG LÚA MANG GEN LÙN DAIKOKU, GEN TƯƠNG HỢP RỘNG VÀ GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ Xa7, Xa21 TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG Chuyên ngành : Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 62 62 05 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN VĂN HOAN HÀ NỘI – 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. i LỜI CAM ðOAN Luận án tiến sĩ nông nghiệp: “Nghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn Daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bệnh bạc lá Xa21, Xa7 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng”, chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng mã số 62.62.05.01 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Luận án ñã sử dụng một số thông tin từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, các thông tin trích dẫn trong luận án ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin cam ñoan các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào cũng như chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận án Vũ Hồng Quảng Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. ii LỜI CẢM ƠN Công trình nghiên cứu: “Nghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn Daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng” ñã ñược thực hiện từ năm 2006 ñến 2010. Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các cơ quan nghiên cứu, các cán bộ khoa học, các Trung tâm giống cây trồng, Trung tâm KKNSP cây trồng và Phân bón Quốc gia, các huyện, các hộ nông dân tại các ñịa phương ñã tận tình giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Ban Giám hiệu nhà trường; Viện ðào tạo Sau ñại học, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa công nghệ sinh học, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội; Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh ñạo Viện Nghiên cứu lúa, cán bộ, công nhân viên của Viện ñã giúp ñỡ tận tình, tạo ñiều kiện về vật chất và thời gian ñể tôi hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan ñã giúp ñỡ, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện ñề tài và hoàn thành bản luận án này. Nhân dịp này, tôi xin gửi tới các bạn bè, ñồng nghiệp, gia ñình, người thân trong và ngoài cơ quan lời cảm ơn chân thành nhất về sự giúp ñỡ vô tư và những lời ñộng viên khích lệ nhiệt tình dành cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Tác giả luận án Vũ Hồng Quảng Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục .iii Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt .vii Danh mục các bảng viii Danh mục các hình xi Danh mục ảnh xiii 1. MỞ ðẦU 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 3 3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài .3 3.1. Ý nghĩa khoa học của ñề tài .3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 4 4. Giới hạn và ñối tượng nghiên cứu của ñề tài 5 4.1. Giới hạn nội dung nghiên cứu của ñề tài .5 4.2. ðối tượng nghiên cứu 6 4.3. ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 6 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 8 1.1. Tình hình nghiên cứu về gen tương hợp rộng, bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây .8 1.1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng về gen tương hợp rộng 8 1.1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gen kháng bệnh bạc lá trên cây lúa 9 1.1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng loại hình lúa thấp cây 10 1.2. ðặc ñiểm hình thái của các giống lúa mang gen tương hợp rộng, kháng bệnh bạc lá và giống lúa thấp cây 12 1.2.1. ðặc ñiểm của gen tương hợp rộng và sử dụng gen tương hợp rộng trong lai xa .12 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. iv 1.2.2. ðặc ñiểm của các dòng lúa ñẳng gen, nhóm nòi và ñộc tố của vi khuẩn Xanthomonas oryzae .13 1.2.3. ðặc ñiểm hình thái của kiểu hình thấp cây 20 1.3. Cơ chế di truyền của gen tương hợp rộng, cơ chế tính kháng, nhiễm bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây 24 1.3.1. Cơ chế di truyền của gen tương hợp rộng .24 1.3.2. Cơ chế di truyền tính kháng bệnh bạc lá .26 1.3.3. Cơ chế di truyền của kiểu hình thấp cây .29 1.4. Thành tựu ứng dụng gen tương hợp rộng, gen kháng bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây trong chọn tạo giống lúa 32 1.4.1. Các thành tựu ứng dụng của gen tương hợp rộng .32 1.4.2. Các thành tựu ứng dụng gen kháng bệnh bạc lá .36 1.4.3. Thành tựu ứng dụng của các kiểu hình thấp cây trong tạo giống lúa có tiềm năng năng suất cao 39 1.5. Nhận xét chung 41 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1. Nội dung 1: Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 42 2.1.1. ðánh giá ñặc ñiểm của con lai F 1 khi lai xa giữa các loài phụ Indica và Japonica 42 2.1.2. Chọn tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng .42 2.1.3. ðánh giá sự có mặt của gen tương hợp rộng(WCG) trong dòng mẹ TGWCG530s bằng chỉ thị phân tử .42 2.1.4. Vật liệu nghiên cứu cho nội dung một. Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 43 2.1.5. Phương pháp nghiên cứu .43 2.1.6. Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá. 44 2.2. Nội dung 2: Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 45 2.2.1. ðánh giá ñặc ñiểm của con lai F1 khi lai dòng bố mẹ không mang gen kháng bệnh bạc lá. .45 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. v 2.2.2. Chuyển gen kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp lai lại(Bakcross) . 45 2.2.3. Kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 bằng chỉ thị phân tử. .46 2.2.4. Sử dụng dòng bố R75 kháng bệnh bạc lá ñể tạo ra tổ hợp lúa lai mới Việt Lai 75 .46 2.2.5.Vật liệu nghiên cứu cho nội dung chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 46 2.2.6. Phương pháp nghiên cứu .47 2.2.7. Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá. 48 2.3. Nội dung 3: Sử dụng kiểu hình làm ngắn ñốt thân và làm ngắn ñốt bông từ giống Daikoku Dwarf. .49 2.3.1. ðặc ñiểm hình thái làm ngắn lóng, dày thân của giống Daikoku Dwarf 49 2.3.2. Nghiên cứu sự phân ly tính trạng mục tiêu ở quần thể F2 của các cặp lai có sự tham gia của giống Daikoku Dwarf. 49 2.3.3. ðặc ñiểm nông sinh học của dòng R50- kiểu cây mới ñược tạo ra sử dụng các tính trạng kiểu cây của Daikoku Dwarf .49 2.3.4. Sử dụng dòng R50 trong chọn giống lúa lai hai dòng. .50 2.3.5. Vật liệu nghiên cứu cho nội dung 3 50 2.3.6. Phương pháp nghiên cứu .50 2.3.7.Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá. .51 2.4. Nội dung 4: Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng triển vọng Việt Lai 50 và Việt Lai 75. .54 2.4.1. Vật liệu 54 2.4.2. Nội dung 54 2.4.3. Phương pháp khảo nghiệm 55 2.4.4.Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá 56 2.4.5. Phương pháp xử l ý số liệu .56 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. vi Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 57 3.1. Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 57 3.1.1. ðặc ñiểm của con lai F1 khi lai xa giữa loài phụ Indica và Japonica .57 3.1.2. Chọn tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng .59 3.1.3. ðánh giá sự có mặt của gen tương hợp rộng (WCG) trong dòng mẹ TGWCG 530 S bằng chỉ thị phân tử .66 3.2. Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 71 3.2.1. Chuyển gen kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp lai lại (phương pháp Bakcross) 71 3.2.2. Kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá bằng chỉ thị phân tử .77 3.2.3. ðặc ñiểm nông sinh học và tính kháng bệnh bạc lá của tổ hợp lúa lai mới Việt Lai 75(TGMS 135s/R75) .84 3.3. Sử dụng kiểu hình làm ngắn ñốt thân và làm ngắn ñốt bông từ giống Daikoku Dwarf ñể tạo vật liệu mới .87 3.3.1. ðặc ñiểm hình thái làm ngắn lóng, dày thân của giống Daikoku Dwarf .87 3.3.2. Nghiên cứu sự phân ly một số tính trạng chính ở quần thể F2 trong các cặp lai có sự tham gia của giống Daikoku Dwarf 93 3.3.3. ðặc ñiểm nông sinh học của dòng R50- kiểu cây mới ñược tạo ra sử dụng các tính trạng kiểu cây của Daikoku Dwarf .100 3.3.4. Sử dụng dòng R50 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng 114 3.4. Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng triển vọng Việt Lai 75, Việt Lai 50 117 3.4.2. Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng Việt Lai 50 124 Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 132 Kết luận. 132 Kiến nghị .133 CÁC CÔNG TRÌNH ðà CÔNG BỐ LIÊN QUAN ðẾN LUẬN ÁN 134 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. vii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Diễn giải 1 TGMS Thermo-genic male sterile (Bất dục ñực di truyền nhân phản ứng với nhiệt ñộ) 2 PGMS Photoperiod-genic male sterile (Bất dục ñực di truyền nhân phản ứng với ánh sáng) 3 CMS Cytoplasma male sterile (Bất dục ñực di truyền tế bào chất) 4 WCG Wide compatibility genic(Gen tương hợp rộng) 5 TGWCG Thermo-genic wide compatibility genic 6 ƯTL Ưu thế lai 7 BB Bacterial Blight (Bạc lá) 8 NIL Near Isogenic lines (Các dòng ñẳng gen) 9 DGWG Dee-Geo-Woo-Gen (ðề cước ô tiêm) 10 NSLT Năng suất lý thuyết 11 NSTT Năng suất thực thu 12 NSSVH Năng suất sinh vật học 13 HSKT Hệ số kinh tế 14 HPHD, HPBD Hạt phấn hữu dục, Hạt phấn bất dục 15 BCF . Backcross (lai trở lại) với con lai F 1 16 NSCT Năng suất cá thể 17 BTST Bồi tạp sơn thanh 18 PCR Phản ứng chuỗi 19 Hb Ưu thế lai thực 20 Hs Ưu thế lai chuẩn 21 HAU Isolate Ha Noi Agriculture University -Isolate 22 JICA Japan International Cooperation Acency Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. viii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 1.1: Các nhóm phản ứng với bệnh bạc lá ở giống lúa Nhật Bản. .16 Bảng 3.1: Tỷ lệ hạt phấn hữu dục và tỷ lệ hạt chắc/bông của con lai giữa dòng mẹ 135s, Pei Ải 64s có mang gen WCG với một số giống Indica và Japonica 57 Bảng 3.2: Một số tổ hợp ñiển hình có tỷ lệ hạt phấn hữu dục và hạt chắc cao (xuân 2008) 61 Bảng 3.3: ðánh giá dòng mẹ có khả năng mang gen tương hợp rộng (WGC) thông qua các tổ hợp lai sau 63 Bảng 3.4 : Một số dòng mẹ có khả năng mang gen tương hợp rộng cho con lai F 1 có tỷ lệ hạt chắc cao, vụ mùa 2008 64 Bảng 3.5: Một số ñặc ñiểm nông sinh học của dòng mẹ TGWCG 530 s , mùa 2008 66 Bảng 3.6 : ðặc ñiểm nông sinh học của dòng mẹ TGMS 530s và dòng mẹ mới TGWCG111s. .70 Bảng 3.7: Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của ba dòng bố 9311, D42, R308 của thế hệ lai BC1F1, vụ xuân 2006 .72 Bảng 3.8: Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của dòng bố 9311, D42, R308 ở thế hệ lai BC2F1, vụ mùa 2006 74 Bảng 3.9 : Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của ba dòng bố ở thế hệ lai BC3F1 vụ mùa 2007 .75 Bảng 3.10: Kết quả kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá dòng bố R75 .78 Bảng 3.11: Tính kháng bệnh bạc lá của các dòng bố và con lai F1, vụ mùa 2008 82 Bảng 3.12: ðặc ñiểm của các tổ hợp lúa lai kháng bệnh bạc lá .83 Bảng 3.13: Phản ứng của tổ hợp Việt Lai 75 với các chủng vi khuẩn bạc lá chính ở miền Bắc Việt Nam, vụ xuân 2009 .84 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ………………………. ix Bảng 3.14: ðặc ñiểm nông sinh học của tổ hợp lai Việt Lai 75 vụ mùa 2009 86 Bảng 3.15: Chiều dài các lóng trên thân chính của ba giống CR203, Q5 và Daikoku Dwarf vụ mùa năm 2006 87 `Bảng 3.16: Tỷ lệ phân bố chiều dài các lóng trên thân của ba giống CR203, Q5 và Daikoku Dwarf vụ mùa năm 2006 .89 Bảng 3.17 : ðộ dày vách thân của giống Daikuko Dwarf so với hai giống CR203, Q5 90 Bảng 3.18: ðặc ñiểm về cấu trúc kiểu bông của Daikoku Dwarf so với giống Q5, CR203 và dòng số 9, vụ xuân năm 2007 91 Bảng 3.19 : Sự phân ly tính trạng chiều cao cây của các tổ hợp lai vụ mùa năm 2006 93 Bảng 3.20 : Sự phân ly tính trạng số gié cấp 1 của các tổ hợp lai vụ mùa năm 2006 95 Bảng 3.21 : Sự phân ly tính trạng số hạt trên bông của các tổ hợp lai vụ mùa năm 2006 97 Bảng 3.22: Sự phân ly tính trạng bông hữu hiệu/khóm ở F 2 của các tổ hợp lai vụ mùa năm 2006 .99 Bảng 3.23: Chiều dài của các lóng trên thân của dòng R50 so với giống CR203 và Q5 vụ xuân năm 2007 .102 Bảng 3.24: ðộ dày vách thân của dòng R50 so với giống CR203 và Q5 .103 Bảng 3.25 : ðặc ñiểm cấu trúc bông của các giống CR203, Q5 và dòng R50 vụ xuân năm 2007 110 Bảng 3.26: So sánh sự khác nhau về mật ñộ hạt của dòng R50 với giống CR203 và Q5 111 Bảng 3.27: ðặc ñiểm nông sinh học chính của các dòng, giống lúa vụ mùa, năm 2007. 112 Bảng 3.28: Một số yếu tố liên quan ñến năng suất của các tổ hợp lai F 1 với mẹ là dòng TGMS135 s .114