2.2.3.1 Nghiờn cứu vềủặc trưng hỡnh thỏi và sinh trưởng
Theo Chang T.T. và cộng sự (1972), trớch dẫn qua [37], ở hầu hết cỏc giống lỳa cạn ủịa phương thường cú thõn to và dày, bộ lỏ và thõn bị già cỗi nhanh chúng khi lỳa chớn vỡ vậy chỳng thường ủổ vào giai ủoạn chớn và chỳng
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ20 phản ứng với mức nghốo Nitơ.
Cỏc nghiờn cứu của Reddy và Ram Rao (2004), trớch dẫn qua [37], cho thấy khi lai giữa cỏc giống lỳa cao cõy với cỏc giống lỳa thấp cõy cú chứa gen sd1, con lai F1 cú kiểu hỡnh cao cõy. Ở thế hệ F2 chỳng phõn ly theo tỷ lệ 3 cao : 1 trung gian. Trong một số trường hợp thế hệ F2 phõn ly theo tỷ lệ 9:6:1 hoặc 9:7.
Ngoài ra, cỏc nghiờn cứu của Guliaep (1975), trớch dẫn qua [44], cho rằng cú 4 gen kiểm soỏt chiều cao cõy. Khi nghiờn cứu cỏc dạng lựn tự nhiờn và ủột biến, ụng nhận thấy cú trường hợp tớnh lựn ủược kiểm soỏt bởi 1 cặp gen lặn, cú trường hợp bởi 2 cặp gen lặn và ủa số trường hợp do 8 gen lặn kiểm tra là d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8.
Theo Chang T.T. (1972), trớch dẫn qua [9], khả năng ủẻ nhỏnh kộm và biến
ủộng ở cỏc giống lỳa cạn làm hạn chế năng suất của chỳng ngay trong ủiều kiện canh tỏc phự hợp. Ngoài ra, Hasegawa (1963), trớch dẫn qua [37], thấy rằng nhỏnh
ủẻ ủầu tiờn của cỏc giống lỳa cạn thường xuất hiện ở nỏch lỏ thật ủầu tiờn, trong khi ở cỏc giống lỳa nước nhỏnh ủầu tiờn ủược xuất hiện ra từ nỏch lỏ thật thứ hai.
Nghiờn cứu về lỏ, Hasegawa cho biết cỏc giống lỳa cạn của Nhật Bản cú lỏ thứ hai dài và rộng hơn, cỏc giống lỳa cạn ủú cũng cú phiến lỏ dày hơn so với lỳa nước.
Theo Chang T.T. và Benito S. Vergara (1975), trớch dẫn qua [49], phần lớn cỏc giống lỳa cạn nhiệt ủới cú bộ lỏ màu xanh nhạt thường ủi kốm với ủặc
ủiểm lỏ dài và rủ xuống. Cỏc giống lỳa cạn chõu Phi và Philippin cú gúc lỏ lớn, thường gấp ủụi gúc lỏ của cỏc giống bỏn lựn.
Theo K.S. Fischer và S. Fukai, 2003 [22] cỏc cõy duy trỡ hoặc giữ nước nhiều hơn trong thời kỳ chắc hạt sẽ duy trỡ bộ lỏ xanh dài hơn, khụ lỏ xảy ra ớt hơn cỏc lỏ mỏt hơn do thoỏt hơi nước.
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ21 hết cỏc giống lỳa ủịa phương cú bụng dài, cổ bụng dài tạo cho chỳng thớch nghi với việc thu hoạch và tăng cường tớnh chống gẫy bụng. Ở những giống
ủịa phương bụng cũng thường cú hạt xếp dày và rừ nột, cú khối lượng hạt cao. Một ủặc ủiểm rất dễ nhận biết ở lỳa cạn là khả năng tập trung ủể tạo ra cỏc bụng hữu hiệu với cỏc hạt hoàn toàn ủầy chắc.
Cỏc nhà khoa học ở IRRI năm 1974 trớch dẫn qua [37], ủó tiến hành phõn tớch hàm lượng amylose của cỏc giống lỳa cạn chõu Phi và chõu Á cho thấy, chỳng thuộc loại thành phần amylose cao (22-26%), trung bỡnh là 25%. Nhiệt ủộ húa hồ hầu hết là trung bỡnh. Riờng cỏc giống lỳa cạn Nhật Bản cú hàm lượng amylose thấp (15%) và cú một số cú gạo dẻo.
Shakudo (1951) ủó xỏc ủịnh cú một gen chớnh trội khụng hoàn toàn kiểm soỏt chiều dài hạt và chiều cao cõy. Sau ủú, nghiờn cứu của Ikeda (1952) cũng cho kết quả nghiờn cứu tương tự, trớch dẫn qua [37]. đến năm 1980, nghiờn cứu của Takeda và Saito [60] ủó xỏc ủịnh ủược ở giống lỳa ủịa phương Fusayoshi cú một gen trội chớnh khụng hoàn toàn, Lk-f, kiểm soỏt chiều dài hạt. Gen Lk-f cũng tỏc ủộng tăng cường chiều dài bụng và chiều cao cõy. Takamure và Kinoshima (1983), trớch dẫn qua [37], ủó chứng minh rằng, gen Lk-f liờn kết mạnh với gen Mi và gen này cũng liờn kết gen quy ủịnh tớnh cú rõu ở hạt [60]. Takamure và Kinoshima (1983) ủó phỏt hiện một gen lặn lk- i trong cỏc giống cú chiều rộng hạt lớn.
Hasegawa (1963), trớch dẫn qua [37] ủó kết luận: Hạt màu nõu của lỳa cạn hỳt nước và nảy mầm nhanh hơn lỳa nước, cỏc giống lỳa cạn của Nhật cú sự sinh trưởng của lỏ mầm ngắn hơn song sự sinh trưởng của ủốt mầm ủầu tiờn lại dài hơn lỳa nước.
Kết quả so sỏnh về thời gian sinh trưởng ở hai ủiều kiện gieo trồng cạn và cấy ủó ủược Chang T.T. (1975), trớch dẫn qua [37]) nghiờn cứu và cho nhận xột: hầu hết cỏc giống lỳa cạn ởủiều kiện gieo cạn chớn muộn hơn từ 1 - 15 ngày.
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ22 R. Lafitte, 2003 [22] cho rằng, lỳa ủặc biệt mẫn cảm với hạn xung quanh thời kỳ trỗ, ủiều này cú nghĩa là cỏc dũng cú khả năng trỗ thoỏt trong một thời gian ngắn, khi thỏo hết nước dũng ủú sẽ ớt bị ảnh hưởng bởi hạn hơn so với những dũng trỗ muộn và kộo dài.
Theo K.S. Fischer và S. Fukai, 2003 [22] cõy lỳa rất mẫn cảm với thiếu hụt nước trước trỗ 50% khoảng 12 ngày ủến sau khi trỗ 7 ngày. Nếu kiểu thiếu hụt nước ở ủịa phương cú thể dựủoỏn trước ủược thỡ lựa chọn giống và thời vụ trỏnh hạn là phương ỏn hiệu quả nhất ủể cải thiện chống chịu hạn.
Theo Lores và Chang (1971), trớch dẫn qua [37], nghiờn cứu bộ rễ lỳa cạn về hỡnh thỏi và ủặc ủiểm chống chịu cho thấy tỷ lệ dày ủặc của rễ cao, rễ
dày và dài; bộ rễ dày ủặc, khả năng phõn nhỏnh từ rễ chớnh nhiều.
Basshar, Das và Chang 1989 (Băngladesh) nghiờn cứu sự ủa dạng của gen cho rằng ủặc tớnh của rễ và thõn lỏ cú liờn quan ủến tớnh chống chịu hạn trờn cỏc giống lỳa cạn của chõu Phi, trờn cỏc giống lỳa bỏn khụ hạn, lỳa ủồi và lỳa Australia ủó kết luận: Giống lỳa cạn cú kớch thước rễ là lớn nhất, số mạch dẫn cao nhất, ngược lại những giống mẫn cảm với hạn cú thể tớch rễ thấp, rễ
mỏng, nhiều nhỏnh ngắn, lỏ ngắn và hẹp. đặc tớnh này ủược sử dụng như một chỉ tiờu chọn lọc gen chống chịu hạn, trớch dẫn qua [37].
Theo Hanson và cộng sự (1990) trớch dẫn qua [31], trong chọn tạo giống lỳa cạn theo hướng tăng cường tớnh chịu hạn thỡ mục tiờu tăng kớch thước và khả năng xuyờn sõu của bộ rễ là chủủạo.
Cũn Namuco và cộng sự (1993), trớch dẫn qua [37], nghiờn cứu phõn tớch tương quan giữa cỏc ủặc tớnh của rễ với tớnh chịu hạn tại Viện Nghiờn cứu lỳa Quốc tế ủó kết luận: đường kớnh rễ lớn nhất ở những giống chịu khụ và nhỏ nhất ở cỏc dũng giống mẫn cảm. độ dày ủặc của rễ là ủặc tớnh ổn ủịnh cú tương quan cao với ủặc tớnh chống chịu hạn. Cú thể chọn ủộ dày ủặc của rễ
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ23 chọn lọc gen chống chịu hạn.
Nghiờn cứu về hỡnh thỏi bộ rễ lỳa, Sharma và cộng sự (1994), trớch dẫn qua [31], nhận thấy hỡnh thỏi của rễ lỳa rất ủa dạng. Trong khi cỏc giống lỳa nương cú bộ rễ khoẻ, to và cú khả năng xuyờn sõu, thỡ cỏc giống lỳa nước cú bộ rễ lan rộng (nhiều rễ phụ) và cú nhiều mụ thụng khớ.
Sự phỏt triển của cỏc nhỏnh rễ phụ hay sự gia tăng chiều dài bộ rễảnh hưởng nhiều ủến khả năng ủẻ nhỏnh của lỳa trong ủiều kiện khụ hạn. Khả
năng thu nhận nước và cung cấp ủủ nước thụng qua rễ tới cỏc bộ phận của cõy trong ủiều kiện khú khăn về nước ủược coi là chỉ tiờu quan trọng ủể ủỏnh giỏ tớnh chịu hạn (Blum và Richie, 1984; Nguyen và cộng sự, 1997 [77]).
Kết quả nghiờn cứu ở Mỹ của Lu, L.X; Ray, Ơ.Toole và Nguyen (1995) trớch dẫn qua [31], sử dụng màng sỏp nhõn tạo nghiờn cứu sự xõm nhập ủõm xuyờn qua màng của rễủó cho kết luận: Bộ rễ cỏc giống lỳa chịu hạn cú khả năng
ủõm xuyờn qua lớn hơn cỏc giống lỳa nước về số lượng rễ và chiều dài rễ. đõy là một kỹ thuật cú hiệu quảủểủo lường sự thõm nhập mạnh hay yếu của bộ rễ.
Bản ủồ liờn kết di truyền nhằm xỏc ủịnh vị trớ cỏc chỉ thị phõn tử trờn nhiễm sắc thể liờn quan ủến ủặc ủiểm hỡnh thỏi rễ ủang ủược phõn lập ở cõy lỳa (Nguyen và cộng sự, 1997) [77]. Cỏc nhà khoa học hy vọng rằng khi cỏc chỉ thị phõn tử vềủặc ủiểm của bộ rễ ủược xỏc ủịnh thỡ việc tạo ra một giống lỳa cú bộ rễ lý tưởng, cú tớnh chịu hạn cao trong tương lai sẽ cú tớnh khả thi cao hơn. Tuy nhiờn một kiểu hỡnh lý tưởng của bộ rễủối với cõy lỳa nước cần phải cú thờm tớnh thớch nghi một cỏch mềm dẻo với những ủiều kiện bất lợi khỏc nhau như hạn hỏn, ngập ỳng, thiếu O2,... thường xuyờn tỏc ủộng ủến quỏ trỡnh sinh trưởng và phỏt triển của cõy lỳa.
2.2.3.2 Nghiờn cứu về cấu tạo giải phẫu và hoạt ủộng sinh lý chống chịu hạn
Ở cõy lỳa phản ứng ủầu tiờn khi gặp hạn là khớ khổng ủúng lại ủể ngăn chặn sự thoỏt hơi nước ra ngoài. Quỏ trỡnh ủúng mở khớ khổng liờn quan ủến
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ24 hàng loạt cỏc quỏ trỡnh như quang hợp, hụ hấp, trao ủổi ion, hấp thu dinh dưỡng,... khi mất nước nặng nề, khớ khổng khụng cũn khả năng ủúng lại, hơi nước tự do thoỏt ra ngoài dẫn ủến tỡnh trạng cõy hộo và chết (Bohnert và Jensen, 1996 [51]).
Khả năng ủiều chỉnh ỏp suất thẩm thấu cú mối liờn quan trực tiếp ủến khả năng cạnh tranh nước của tế bào rễ ủối với ủất. Trong ủiều kiện hạn, ỏp suất thẩm thấu tăng lờn giỳp cho tế bào rễ thu nhận ủược những phõn tử nước ớt ỏi cũn trong ủất. Bằng cơ chế như vậy thực vật cú thể vượt qua ủược tỡnh trạng hạn cục bộ (Steponkus và cộng sự, 1980, 1982 trớch dẫn qua [31]).
Nguyen và cộng sự, (1997), trớch dẫn qua [31], cũn cho rằng tớnh trạng cuộn lỏ khi gặp hạn cũng liờn quan ủến khả năng ủiều chỉnh ỏp suất thẩm thấu. Cuộn lỏ cũng là một biểu hiện của sự mất sức trương gõy bởi tiềm năng nước thấp ở lỏ. Ngược lại, khi quan sỏt trờn ủồng ruộng Dingkuha và cộng sự (1991), trớch dẫn qua [37] thấy rằng, cỏc giống lỳa khỏc nhau cú biểu hiện cuộn lỏ khỏc nhau và khụng nhất thiết phụ thuộc vào khả năng ủiều chỉnh ỏp suất thẩm thấu.
Singh và Mackill (1990), trớch dẫn qua [37], ủó sử dụng 10 tổ hợp lai giữa giống lỳa chịu hạn và khụng chịu hạn ủể ủỏnh giỏ mức ủộ "lũng mo của lỏ" và thấy rằng, tớnh trạng "lũng mo của lỏ" liờn quan chặt chẽ ủến tớnh chịu hạn và tớnh trạng này phõn ly theo ủịnh luật Mendel (3:1).
Những thay ủổi hoỏ sinh khỏc do hạn hỏn gõy ra cũng ủó ủược nghiờn cứu, chẳng hạn như giảm cốủịnh CO2 giảm tổng hợp protein và axit nucleic, tăng hoạt tớnh ribonuclease (RNase) và tăng hàm lượng proline (Nabors, 1990), tăng nồng ủộ cỏc chất hoà tan như betaine (Handa và cộng sự, 1983).
Ở cõy khi bị hạn cú hàng loạt gen ngủ nghỉ ủược hoạt hoỏ (Bertrand và cộng sự, 1994; Perez-Molphebalch và cộng sự, 1996), trớch dẫn qua [31].
Theo Bruggemann, 1992; Ha và cộng sự, 1996 [59]; Sehawab và cộng sự, 1984; Sthapit và cộng sự, 1995 [83]; Wilson và cộng sự, 1990, màng
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ25 thylacoid của bộ mỏy quang hợp của những cõy chống chịu khỏ với cỏc ủiều kiện bất lợi của mụi trường bền vững hơn so với màng thylacoid của cõy chống chịu kộm, trớch dẫn qua [31].
Theo Blum (1994), những giống lỳa chịu hạn sẽ cú khả năng sử dụng nước hợp lý và cho năng suất ổn ủịnh trong ủiều kiện khụ hạn. Hiệu quả sử
dụng nước xột về mặt sinh lý học là tỷ lệ giữa khả năng ủồng hoỏ cacbon và sự thoỏt nước. Hiệu quả sử dụng nước ủó ủược chứng minh trong cỏc nghiờn cứu về quang hợp thụng qua kỹ thuật ủỏnh dấu cacbon ở một số loại cõy trồng trong ủú cú lỳa, trớch dẫn qua [31].
2.2.3.3 Nghiờn cứu về di truyền tớnh chịu hạn
Chống chịu khụ hạn là tớnh trạng cực kỳ phức tạp, bị ảnh hưởng bởi sự
thể hiện ủồng thời cả một hệ thống gen mục tiờu (Thomashow 1999 [84]; Xiong và ctv. 2002 [88]) và bị ảnh hưởng bởi cỏc yếu tố về mụi trường, vật lý, húa học (Soltis và Soltis 2003) [82].
Cỏc marker ủược ứng dụng trong chọn giống cõy trồng phải cú liờn kết chặt với gen mục tiờu, trờn cơ sở bản ủồ phõn tớch di truyền. Hiện nay, marker hiệu quả ủỏng tin cậy là "microsatellite" (SSR). Người ta cũng chuẩn bị ủưa vào sử dụng rộng rói marker SNP (single nucleotide polymorphisms) trong vài năm tới. Theo Goff và 30 tỏc giả khỏc (2002), chuỗi ký tự của SSR và SNP hiện ủược thiết kế ước khoảng 40 000 marker, kể cả cỏc phõn tử mất
ủoạn hay xen ủoạn. Theo Gale (2002), ủõy là những chuỗi mó ủồng nhất ở
mức ủộ 1%, mật ủộ 24 cM trờn mỗi gen, trớch dẫn qua [9].
Bằng việc so sỏnh sự trựng khớp ngẫu nhiờn của cỏc locus tớnh trạng số
lượng với một số tớnh trạng ủặc biệt khỏc, người ta ủó chứng minh vựng gen ký hiệu RG9.39-RG476-RG214 trờn nhiễm sắc thể số 4 quyết ủịnh quan hệ bộ
rễ với tớnh trạng chịu hạn (Babu, 2003 [48]).
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ khoa học Nụng nghiệp ẦẦẦ26 (Mitogen-activated protein kinase 5) cú vai trũ tăng cường sức chống chịu của cõy lỳa với cỏc khủng hoảng mụi trường trong ủú cú hạn.
Người ta ủó sử dụng quần thể ủơn bội kộp (DH) của cặp lai IR64 x Azucena tại Viện Lỳa Quốc Tế (IRRI). Sau ủú Shen và ctv. (1999) [80], ủó phỏt triển quần thể gần như ủẳng gen (NIL) của IR64 ủược du nhập với những QTL chủ lực. Cỏc tỏc giảủó ghi nhận bốn ủoạn trờn nhiễm sắc thể số 1, 2, 7, và 9 là nơi ủịnh vị cỏc QTL chủ lực trong phõn tớch chọn lọc từng QTL mục tiờu.
Tại đại học Texas Tech, Zhang và ctv. (1999) [91] ủó thực hiện bản ủồ
di truyền QTL ủối với 2 tớnh trạng quan trọng liờn quan ủến sự kiện chống chịu khụ hạn, ủú là: khả năng ủiều tiết ỏp suất thẩm thấu (OA), và những tớnh trạng hỡnh thỏi của rễ lỳa.
Zhikang Li và ctv. (CAAS, IRRI) ủó sử dụng 260 vật liệu (trong ủú cú OM1723 của Việt Nam) từ 15 quốc gia ủể thực hiện hồi giao với IR64 và Teqing. Họ thanh lọc tớnh chống chịu khụ hạn của 215 quần thể BC1F1, và 4.677 dũng lai cận giao (Ils) ủể nghiờn cứu sự biến thiờn di truyền chưa ủược biết (CGV: cryptic genetic variation) của gen chống chịu khụ hạn thụng qua phõn tớch QTL.
Ray Wu, đH Cornell, Mỹ, ủó phỏt triển 3 dũng lỳa chuyển gen: (1) gen tổng hợp proline p5cs, (2) gen choline oxidase COX, (3) dung hợp cả hai gen TPS và TPP trong tổng hợp trehalose. Gorantla và ctv. nghiờn cứu phổ thể
hiện cỏc gen ủiều khiển tớnh chống chịu khụ hạn với nhiều gen mục tiờu ủó
ủược phỏt hiện [87].
Hiện tượng nụng học WUE trong cõy lỳa ủó ủược Karaba và ctv. (2007) nghiờn cứu khỏ hệ thống với sự thể hiện của gen HRD chuyển nạp từ
Arabidopsis. Cõy lỳa chống hạn tiờu thụ nước ớt biểu thị sự kiện sinh khối rễ
tăng lờn trong ủiều kiện cú tưới trở lại. Gen HDR với yếu tố chuyển mó