CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2.2. Tình hình nghiên cứu các giống lúa chịu mặn trên thế giới và ở Việt Nam
Các quốc gia trên thế giới, đã và đang tiến hành chọn tạo và canh tác có hiệu quả một số giống lúa chịu mặn. Những năm cuối thế kỷ 20, các nhà chọn tạo giống đã sử dụng những biến đổi di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng năng suất cao, chất lượng gạo tốt, kháng một số sâu bệnh chính và chống chịu với những điều kiện bất lợi như khô hạn, ngập úng, mặn. Trong chiến lược chọn tạo giống lúa chống chịu mặn, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), từ năm 1977-1980 đã tiến hành chọn được những dòng lúa chống chịu mặn tốt như IR42, IR4432-28-5, IR4595-4-1, IR463-22-2, IR9884-54-3. Năng suất đạt 3,6 tấn/ha trung bình cho tất cả 25 thí nghiệm. Những giống lúa cải tiến này cho năng suất cao hơn những lúa cổ truyền 2 tấn/ha [56].
Năm 1993, IRRI phát triển giống lúa IR66946, một giống lúa chống chịu mặn khá tốt từ tổ hợp lai của Pokkali/IR29. Từ đó hướng lai tạo tập trung vào lai chuyển gen chống chịu mặn từ Pokkali và một số giống lúa mùa địa phương có tính chống chịu mặn bằng phương pháp hồi giao vào các nguồn giống lúa cao sản thích nghi với từng vùng sinh thái trồng lúa riêng biệt [43].
Các nghiên cứu của Gregorio (1997) và Niones (2004) đã lập được bản đồ gen rất chi tiết cho QTL “Saltol” hiện diện trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40 - 65% tính chống chịu mặn của lúa [37, 52]. M. R. Islam và ctv lập bản đồ chi tiết QTL “Saltol” trên nhiễm sắc thể số 1, 8 quyết định tới 20 - 20% tính chống chịu mặn.
Ứng dụng công nghệ chuyển gen để tạo giống kháng là một trong những hướng được quan tâm hiện nay. Với mục đích tăng cường khả năng chịu mặn của lúa, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã chuyển một số gen từ các nguồn thực vật khác nhau vào lúa. Xu và ctv (1996) chuyển gen hvaI của lúa mạch vào giống lúa Nipponbare, thời gian 3 tuần tuổi, lúa chuyển gen và không chuyển gen được xử lý mặn qua 2 vòng: lần đầu với 200 mM NaCl trong 10 ngày, tiếp theo là không xử lý mặn 10 ngày; lần hai xử lý mặn 30 ngày với 50 mM NaCl. Tác giả ghi nhận là cây lúa chuyển gen có tốc độ sinh trưởng và phục hồi tốt hơn cây lúa không chuyển gen khi bị xử lý mặn và không xử lý mặn [62].
Gregorio và cs (2002) đã báo cáo kết quả nuôi cấy tế bào soma lúa để tạo ra các biến dị soma chống chịu mặn. Từ giống lúa Pokkali (lúa mùa cao cây, cảm quang, yếu rạ, lá dài to bản và rũ, đẻ chồi ít, gạo màu đỏ, phẩm chất gạo xấu), tác giả đã thu được dòng biến dị soma TCCP226-2-49-B-B-3 là giống lúa cao sản, thấp cây, sinh trưởng mạnh, chống chịu mặn cao như Pokkali, gạo có màu trắng và phẩm chất gạo tốt hơn giống gốc, cho năng suất cao hơn nhiều so với Pokkali. Giống lúa TCCP226-2-49-B- B-3 đã được sử dụng trong các chương trình tạo giống lúa chịu mặn tại nhiều trung tâm nghiên cứu lúa trên thế giới [39].
Ohta và cs (2002) cũng đã chuyển gen Na+/H+ antipoter vào giống lúa mẫn cảm với mặn Kinhuikari. Cây lúa chuyển nạp gen sống sót sau khi thanh lọc mặn ở mức 300 mM NaCl trong 3 ngày, các cây lúa không được chuyển gen đều chết [49].
Nagamiya và cs (2007) lại chuyển nạp gen kat E, một catalase gen, vào giống lúa japonica. Các cây lúa được chuyển gen sống và phát triển hơn 14 ngày trong môi trường mặn có hàm lượng muối 250 mM, trổ bông và cho hạt ở nồng độ muối 100 mM. Khi đánh giá mức độ biểu hiện của gen catalase trong cây lúa được chuyển gen, hoạt động của enzyme catalase tăng lên khoảng 1,5-2,5 lần so với cây lúa không được chuyển gen [52].
Nhiều nhà khoa học ở IRRI đã xác định một vị trí tính trạng số lượng chính trên nhiễm sắc thể số 1, đặt tên là saltol và gen này liên quan đến tính chống chịu mặn cao ở lúa (Bonilla và cs, 2002) [33]. Những tính trạng này chống chịu suốt giai đoạn mạ và giai đoạn sinh trưởng sinh thực là mục tiêu để phát triển giống chống chịu mặn. Cách tiếp cận như vậy được dùng để nghiên cứu và phát triển giống lúa chống chịu ngập úng, chúng được dùng với locus saltol cho lúa chống chịu ngập và mặn. Đây là mục tiêu đặc biệt cho vùng ven biển, vì đây là vùng mà suốt mùa mưa bị cả mặn lẫn ngập úng. Những thành tựu gần đây của IRRI đã cho thấy gen Sub1 và Saltol có thể được tổng hợp trong cùng một kiểu gen. Những nhà di truyền đã phối hợp gen saltol vào giống lúa phổ biến như các giống BRRI Dhan 11, 28 và 29 được đưa ra sản xuất ở Bangladesh và đây cũng là những giống được trồng phổ biến ở Tây Phi (Nguyễn Trung Tiền, 2013) [19].
Trong nghiên của của mình, tác giả Mohammadi - Nejad và ctv, (2008) thí nghiệm 33 SSR marker đa hình trên đoạn Saltol của nhiễm sắc thể số 1 nhằm xác định mức độ liên kết và hữu dụng của các marker này trong chọn giống chống chịu mặn.
Các SSR marker này được dùng để thử nghiệm trên 36 giống lúa được phân loại thành 5 nhóm: chống chịu tốt, chống chịu, chống chịu trung bình, nhiễm mặn và nhiễm mặn tốt qua thanh lọc mặn nhân tạo. Trong số 33 marker, có 6 marker: RM10745, RM1287, RM8094, RM3412, RM493 và RM140 liên kết chặt với đoạn Saltol ở vị trí 10.8 - 12.28 Mb. Đoạn Saltol có thể nằm trong vị trí có chứa các marker RM8094, RM3412, RM493. Các giống lúa: IR70023, IR65858, IR69588, IR74105, IR71832, IR74099, Cherivirrupo và IR66946-3R-178-1-1 (FL478) có sản phẩm PCR giống như sản phẩm PCR của Pokkali khi được nhân bản bởi marker RM 8094 và cho tính chống chịu rất tốt hoặc tốt đối với mặn. Do đó, marker RM8094 thể hiện liên kết thuận và chặt chẽ với tính kháng mặn ở giai đoạn mạ. Tác giả G. Mohammadi - Nejad và ctv, (2008) cũng khuyến cáo việc sử dụng hai marker RM8094 và RM10745 trong xác định kiểu gen của cây lúa chống chịu mặn có mang đoạn QTL Saltol trong các chương trình lai tạo giống lúa chịu mặn [49].
Đến nay, IRRI với sự giúp đỡ của những quốc gia thành viên, đã phát triển hơn 100 dòng lúa chống chịu mặn. Những dòng đặc sắc này sở hữu những tính trạng cao cấp như năng suất cao, chất lượng gạo tốt, kháng sâu bệnh, chống chịu được môi trường bất lợi và hiện nay có thể đưa ra sản xuất thử trên đồng ruộng. Tình hình sử dụng giống lúa chịu mặn trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.8.
Bảng 1.8. Tình hình sử dụng giống lúa chịu mặn tại một số nước trên thế giới năm 2012
Nước Philippine Ấn Độ Bangladesh Việt Nam
Tên giống
PSBRc48 CSR10 BRRI dhan 40 GKG 1
PSBRc5 CSR13 BRRI dhan 41 OM2717
PSBRc84 CSR23 OM2517
PSBRc86 CSR27 OM3242
PSBRc88 CSR30 OM6976
NSICRc106 CSR36 Đốc Đỏ
Vytilla 1, 2, 3, 4 Đốc Phụng
Panvel 1, 2 Usar dhan 1, 2, 3
(Nguồn: Nguyễn Trung Tiền, 2013) [19]
Bảng 1.8 cho thấy tình hình sử dụng giống lúa chịu mặn là khác nhau về số lượng giống. Ấn độ là nước sử dụng nhiều giống lúa chịu mặn nhất (9 giống), Việt Nam và Philippines sử dụng nguồn giống là tương đương nhau (6 – 7 giống) và Bangladesh là ít nhất (2 giống). Tuy nhiên, trên thực tế nguồn giống lúa chịu mặn được sử dụng là phong phú hơn nhiều.
1.2.2.2. Tình hình nghiên cứu các giống lúa chịu mặn ở Việt Nam
Trong vòng 3 năm (1992-1995), Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam đã tiến hành đánh giá 88 giống lúa địa phương và 100 giống lúa của IRRI, kết quả chọn được 14 giống kháng mặn và triển vọng, trong đó có 02 giống từ bộ giống của IRRI là: FRG67 và ROHYD15; 12 giống lúa từ tập đoàn giống lúa địa phương: lúa Tiêu, Ba Lê, Đốc Đỏ, Nàng Thước Dài, Châu Hương, Tam Sắc, Nàng Quốc Nhuyễn, Nàng Hương 2, Nàng Hương 3,
Nàng Co Đỏ, Bảy Dảnh, Một Bụi. Giống FRG67 có nguồn gốc từ Pakistan cho năng suất cao, chống chịu mặn và phẩm chất gạo tốt [16].
Diện tích đất mặn nhiều và tập trung nhất ở nước ta là đồng bằng sông Cửu Long, vào khoảng 0,7 triệu ha [7]. Các nhà chọn giống lúa Viện lúa đồng bằng sông Cửu Long đã đánh giá 418 giống lúa địa phương trong điều kiện mặn với độ dẫn điện EC: 6 – 12 dS/m đã thu được 44 mẫu giống lúa chống chịu tốt, trong đó có các giống điển hình: Nàng Co Đỏ, Sóc Nâu, Đốc Đỏ, Đốc Phụng, Trái Mây, Cà Đung Trắng. Đó là những mẫu giống cho gen mục tiêu để cải tiến giống lúa chịu mặn có hiệu quả [5].
Nghiên cứu của Trường Đại học Cần Thơ (1997) cho thấy, ở nồng độ muối EC
= 10dS/m, một số giống lúa chịu mặn ở giai đoạn mạ tốt gồm: Nàng Co Đỏ, Thần Nông Đỏ, Sóc Nâu, Ba Xuyên, nếp Ruồi Mốc. Một số giống lúa có khả năng kháng mặn tốt trong số 62 giống lúa địa phương được đánh giá mặn đó là: Nếp Áo Già, Trắng Điệp, Móng Chim, Móng Chim Rơi và Nếp Bờ Giếng. Nguyễn Thị Lang và cs, 2002 đánh giá tính chống chịu mặn của 62 giống lúa cổ truyền, với Pokkali là giống chuẩn kháng và giống IR29 là giống chuẩn nhiễm đã thu được các giống chống chịu mặn là: Nếp áo Già, Trắng Điệp, Móng Chim, Móng Chim Rơi và Nếp Bờ Giếng [9].
Đặng Minh Tâm và Nguyễn Thị Lang (2003) đã nuôi cấy mô 10 giống, bao gồm lúa mùa địa phương và cao sản chống chịu mặn khá (cấp 3-5). Kết quả cho thấy: trong môi trường có chứa NaCl ở mức 1,0 và 1,5% cho tỷ lệ tái sinh cao [62].
Đỗ Hữu Ất (2005) đã nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong cải tạo một số giống lúa địa phương vùng đồng bằng ven biển Bắc Bộ. Kết quả gây đột biến nguồn Coban (Co60) đã cho ra những biến dị có lợi cho chọn giống. Các giống lúa CM1, CM5, ... là những giống tạo ra cho vùng mặn, kết hợp được những đặc tính chống chịu mặn, kháng đổ ngã, kháng bệnh và cho năng suất cao [2].
Ngô Đình Thức (2006) cũng đã ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và nuôi cấy túi phấn trong chọn tạo giống lúa chịu mặn đạt được kết quả khả quan. Tác giả tạo được 8 dòng biến dị soma từ OM576, IR64, Basmati và VD20 có khả năng chống chịu mặn ở cấp 5 khi thanh lọc ở giai đoạn mạ với EC = 12 dS/m [17].
Nguyễn Trung Tiền (2006) [18], nghiên cứu phân nhóm di truyền 40 giống lúa địa phương triển vọng chống chịu mặn qua thanh lọc mặn các giai đoạn bằng markerphân tử SSR trên cơ sở kỹ thuật PCR cho thấy sự biểu hiện đa hình tại 17 locus với các marker: RM22, RM44, RM205, RM207, RM214, RM232, RM234, RM289, RM317,RM319, RM315, RM307, RM13, RM116, RM42, OSR2 và RM223 qua hình chụp sản phẩm điện di và được phân thành 3 nhóm: (i) nhóm thứ nhất: Có 19 giống, là nhóm có tính chống chịu mặn khá, tương đương với giống chuẩn kháng Pokkali, nhóm này được chia làm 2 nhóm phụ ở hệ số tương đồng 0,84, như giống Thuận Yến, Cẩn Lùn 1, Cẩn Lùn 2… (ii) Nhóm thứ hai: Có 18 giống, là nhóm có giống có tính chống
chịu mặn cao, nhóm này cũng chia ra 2 nhóm phụ, trong đó nhóm phụ thứ nhất với 17 giống có tính chống chịu mặn cao và cho năng suất tốt, trong đó có giống cải tiến MTL119; MTL145; Một Bụi Đỏ… (iii) Nhóm thứ ba: Có 3 giống, là nhóm hầu như bị nhiễm mặn, tương đương với giống chuẩn nhiễm IR29.
Nhờ sự tiến bộ của Công nghệ sinh học nên công tác chọn tạo giống đã trở nên hiệu quả hơn. Sử dụng các gen (hay QTL) đã được lập bản đồ chúng ta có thể dễ dàng đưa chúng vào các giống cây trồng theo con đường lai tạo và sử dụng chỉ thị phân tử để chọn ra những cây mang gen mong muốn. Đối với tính kháng mặn ở lúa việc sử dụn gen trong chọn tạo giống cũng trở nên rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Năm 2000, Vương Đình Tuấn và cộng sự đã xác định được 3 chỉ thị RFLP đó là: R1928, R674 và G257 liên kết với các QTL điều khiển tính chịu mặn trên các nhiễm sắc thể số 1, 6 và 11 [21].
Tác giả Nguyễn Thị Lang và cộng sự (2008), nghiên cứu ứng dụng marker phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng kỹ thuật nuôi cấy túi phấn, đã tạo ra được 72 dòng lúa bằng nuôi cấy túi phấn trong nhà lưới. Từ kết quả thanh lọc mặn ở giai đoạn mạ thông qua các dữ liệu marker SSR với primer RM 223 sử dụng trên 72 dòng, kết quả, các băng hình thu được có sự phân tách giữa giống chống chịu và giống nhiễm với kích thước phân tử có chiều dài nằm trong khoảng 140 - 160bp. Các dòng lúa tái sinh qua nuôi cấy túi phấn: C53/Đốc Phụng - 17, C53/Đốc Phụng - 19, C53/Pokkali - 5, C53/Pokkali - 11, C53/Pokkali - 27, C53/Pokkali - 42, C53/Pokkali - 43, C53/Pokkali - 44, C53/D51 - 4, C53/D51 - 5 và C53/D51 - 8 là các dòng có khả năng chống chịu tốt với điều kiện mặn [10].
Nguyễn Thị Tâm và cộng sự (2008), đánh giá khả năng chịu mặn ở mức độ mô sẹo của 4 giống lúa: OM 4498, VND 95-20, IR 64, CR 203 bằng phương pháp nuôi cấy in vitro nhằm phục vụ cho việc chọn tạo vật liệu khởi đầu. Qua nghiên cứu, tác giả đã thu được ở cả 4 giống lúa đều có khả năng tạo mô sẹo và khi xử lý mô sẹo ở các nồng độ NaCl 0,03M, NaCl 0,07M và NaCl 0,1M. Mô sẹo ở các giống lúa có tốc độ sinh trưởng và khả năng tái sinh chồi khác nhau, cao nhất là giống OM 4498. Tác giả đã tạo được 68 dòng mô và 180 dòng cây xanh [15].
Nguyễn Thanh Tường và cs. (2011) [23] đã tiến hành đánh giá khả năng chịu mặn của 56 giống lúa mùa trồng ven biển vùng ĐBSCL bằng phương pháp điện di ADN, sử dụng chỉ thị phân tử với primer (cặp mồi) RM23. Kết quả thí nghiệm cho thấy có 21 giống lúa thể hiện băng ADN giống như giống chuẩn kháng mặn (Đốc Phụng) và 27 giống thể hiện băng ADN tương tự như giống chuẩn nhiễm mặn (IR28).
Lưu Ngọc Huyền (2012) [8] đã sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai hồi giao (MABC – Marker Assisted Back Crossing) để quy tụ Saltol vào giống lúa AS996. Trong tổng số 500 chỉ thị SSR nằm rải rác trên 12 nhiễm
sắc thể được sử dụng để sàng lọc đa hình các giống bố mẹ có 52 chỉ thị trong vùng gel Saltol. Chỉ tìm được 63/500 chỉ thị đa hình, được sử dụng để sàng lọc cá thể của các quần thể hồi giao BC1F1, BC2F1 và BC3F1. Qua ba thế hệ chọn lọc, đã thu được một dòng BC3F1- P284-112-209 có chứa vùng gen Saltol và gần 100% nền di truyền của giống nhận gen và bốn dòng BC3F1 khác P307-305-21, P284-112-198, P284-112-213 chỉ có một locus (vị trí) dị hợp tử trong số 63 chỉ thị sàng lọc. Dòng BC4F1 được lai tạo mang gần 100% hình thái và nền gen của cây nhận gen AS996 sẵn sàng cho phát triển giống lúa mới AS996-Saltol chịu mặn.
Lã Tuấn Nghĩa (2012) [12] đã tiến hành phân tích khả năng chịu mặn của 200 giống/dòng lúa. Kết quả cho thấy các giống lúa có khối lượng rễ khô, thân khô lớn về cơ bản cũng có khả năng chịu mặn tốt và thời gian sống sót cũng dài hơn. Nghiên cứu xác định được 4 giống lúa là: Chành trụi, Cườm dạng 2, Ngoi tía, Nếp cúc có khả năng chịu mặn tốt với điều kiện thí nghiệm với 0,8% NaCl, EC=16dS/m và điều kiện thí nghiệm đồng ruộng với 0,5% NaCl, EC = 10dS/m.
Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2009 đến nay đã bước đầu tìm 30 dòng lúa có triển vọng chịu mặn là những dòng lúa kế thừa, được phát hiện chịu mặn qua nhiều lần thanh lọc trong phòng thí nghiệm và nhà lưới. Một số giống lúa mới của Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long xác định có khả năng kháng mặn khá cao như:
OM6976, OM6677, OM5464, OM5629, OM5166, OM 5451, OM 4059 và OM 6164 đã và đang được khảo nghiệm ở một số tỉnh như Sóc Trăng, Kiên Giang, Bến Tre, Bạc Liêu. Kết quả khảo nghiệm ban đầu ghi nhận khá khả quan, trong đó giống lúa OM5464 đang được đề nghị nhân rộng và trình Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận là giống lúa sản xuất thử trong năm 2010. Hai giống OM6976 và OM5166 đang được tiếp tục khảo nghiệm, xác định biện pháp kỹ thuật thích hợp để tăng tính chịu mặn và năng suất của giống. Hai giống lúa mới này dự kiến xin công nhận trong năm 2011.
Trong những năm qua, tại các tỉnh miền Trung, đặc biệt là Quảng Nam đã có một số chương trình nghiên cứu các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu trong sản xuất lúa. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu tuyển chọn giống lúa cho vùng đất nhiễm mặn là còn hạn chế và cũng là vấn đề nghiên cứu mới nên chưa có các giống lúa chịu mặn thích hợp cho vùng đất nhiễm mặn ở Quảng Nam. Các giống được sử dụng phổ biến hiện nay tại Quảng Nam như Xi23, 13/2, Nhị ưu 838, HT1, Thiên Ưu 8, TBR225, SV181, Đài Thơm 8, NX30, BC15, Khang Dân, … có khả năng chịu mặn thấp và thời gian sinh trưởng dài. Do đó, trong công tác giống, sẽ hướng tới sử dụng các giống chủ lực có năng suất cao, chống chịu tốt, ngon cơm và đặc biệt là bộ giống có thời gian sinh trưởng ngắn và trung ngày nhằm né tránh tốt với điều kiện bất thuận (Sở NN và PTNT Quảng Nam, 2017) [26].