3.1. Kết quả tạo lập quần thể nghiên cứu từ tổ hợp lai Khẩu noong mó ừ Q5 Q5
Lai tạo quần thể là bước quan trọng ựầu tiên trong công tác lập bản ựồ
QTL. Một số yêu cầu cần chú ý khi lai tạo quần thể là cây trồng mục tiêu phải
ựược cách ly, các giống bố/ mẹ ựược lựa chọn cho việc tạo lập quần thể sẽ
mang một hay nhiều tắnh trạng mong muốn, kắch thước quần thể thường nằm trong khoảng 50 Ờ 250 cá thể, lập bản ựồ với ựộ phân giải càng cao thì kắch thước quần thể phải càng lớn (Mohan và cs., 1997).
để ựáp ứng những yêu cầu của công tác lai tạo quần thể lập bản ựồ di truyền, chúng tôi ựã tiến hành thắ nghiệm tại khu nhà lưới thắ nghiệm, Trung tâm chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông trực thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Quần thể lúa ựược trồng trong các ô thắ nghiệm, có hệ
thống cung cấp nước tưới ựầy ựủ, ựược cách ly với xung quanh, ựảm bảo yêu cầu thiết kế thắ nghiệm. Với thời lượng và vật liệu nghiên cứu hiện có, chúng tôi sử dụng quần thể lập bản ựồ là các cá thể F2 và bố mẹ P1, P2. Tạo lập quần thể F2 từ bố mẹ ban ựầu Khẩu noong mó x Q5 chỉ yêu cầu thời gian ngắn (trong khi quần thể RIL và DH thường yêu cầu phải 6 Ờ 8 vụ mới tạo lập
ựược), phù hợp với mục tiêu nghiên cứu của ựề tài.
Kết quả, ựã lai tạo ựược 130 cá thể F2 từ tổ hợp lai Khẩu noong mó ừ Q5. 130 cá thể F2 ựạt ựủ tiêu chuẩn ựể thực hiện các ựánh giá kiểu hình và phân tắch kiểu gen (hình 3.1). Tuân theo các bước trong nghiên cứu phân tắch QTL, ựánh giá kiểu hình phải ựược tiến hành trước khi phân tắch genôm.
đểựánh giá khả năng chịu hạn của quần thể F2 trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo, chúng tôi sử dụng quần thể F2:3 ựể tiến hành phân tắch. Từ các cây F2 tiến hành tự thụ phấn riêng lẻ, các cá thể F2:3 tương ứng ựược tạo ra; 130 cá
40
thể F2 tạo ra 130 cá thể F2:3 tương ứng. Theo phương pháp tạo quần thể F2:3 như trên, từ kiểu hình các cây F2:3, ta có thể suy ngược ra kiểu hình của cây F2 tương ứng. Như vậy, bước tiếp theo trong phân tắch QTL là ựánh giá kiểu hình chịu hạn của quần thể F2:3 trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo.
Hình 3.1. Quần thể lúa F2 từ tổ hợp lai Khẩu noong mó ừ Q5
3.2. Kết quả ựánh giá kiểu hình chịu hạn của quần thể F2:3 dưới ựiều kiện khô hạn nhân tạo khô hạn nhân tạo
Thắ nghiệm ựánh giá khả năng chịu hạn của quần thể lúa F2 của tổ hợp lai Khẩu noong mó ừ Q5 ựược tiến hành thông qua việc kiểm tra kiểu hình của quần thể lúa F2:3 so sánh với 2 giống bố mẹ. 130 cá thể F2:3 ựược tạo lập từ
các cá thể F2 tương ứng thông qua quá trình tự thụ phấn. Kiểu hình của các cá thể F2:3, ở ựây là các tắnh trạng hình thái lá mong muốn, ựược kiểu gen của từng cá thể F2 tương ứng quy ựịnh. Như vậy, ựánh giá kiểu hình F2:3 cho phép xác ựịnh sự tương quan về sự phân ly kiểu hình ở quần thể F2 so với hai giống bố mẹ P.
41
lặp lại. Nước ựược kiểm soát nghiêm ngặt ựể gây trạng thái hạn nhân tạo cho quần thể lúa. Trong lần tưới cuối cùng, nước ựược cung cấp ựủ 100%. Các cây lúa F2:3 ựược trồng trong các ô thắ nghiệm. Quá trình ựánh giá kiểu hình chịu hạn ựược tiến hành ở thời ựiểm 45 ngày tuổi tắnh từ khi cấy. đây là giai
ựoạn ựẻ nhánh, cây lúa sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh về bộ rễ và hình thái lá. Trong ựiều kiện hạn, cây lúa hồi ựáp những kắch thắch thông qua hàng loạt các phản ứng sinh lý, sinh hóa trong cơ thể. Phản ứng ựặc trưng nhất là
ựiều chỉnh áp suất thẩm thấu trong tế bào, thay ựổi những ựặc ựiểm về hình thái lá và bộ rễẦ Các nghiên cứu trước ựây, nhiều nhóm tác giả ựã phân tắch kiểu hình chịu hạn của lúa trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo. Srividhya và cs (2011) ựánh giá các ựặc ựiểm về hình thái bộ rễ lúa như chiều dài rễ, trọng lượng rễ, tỷ số giữa strọng lượng khô của rễ/ cây trong ựiều kiện hạn nhân tạo. Các ựặc ựiểm về hình thái lá như hàm lượng nước tương ựối, mật ựộ diệp lục, ựộ khô lá, ựộ cuốn láẦ ựã ựược nhắc tới trong công trình của Babu C. và cs (2003). Trong nghiên cứu này, ba chỉ tiêu ựộ cuốn lá, ựộ khô lá và khả
năng phục hồi của cây ựược lựa chọn ựể ựánh giá khả năng chịu hạn của tập
ựoàn lúa. Các chỉ tiêu này ựược theo dõi tuân theo thang ựánh giá của ỘHệ
thống ựánh giá tiêu chuẩn của IRRI - 2002Ợ (Standard Evaluation System Ờ IRRI). Chỉ tiêu ựộ cuốn lá ựược ựánh giá sau 14, 16, 18 và 22 ngày ngừng tưới; ựộ khô lá (sau 20, 22 và 23 ngày ngừng tưới); và khả năng phục hồi của cây (ựược ựánh giá 10 ngày sau khi tưới nước trở lại).
Chỉ tiêu ựộ cuốn lá ựược ựánh giá sau 14, 16, 18, 22 ngày ngừng tưới.
Cây có khả năng chịu hạn tốt cho biểu hiện lá từ khỏe, bình thường ựến lá khum hình chữ V, tương ứng với thang ựiểm 0 Ờ 3, cây có khả năng chịu hạn trung bình xét theo thang ựiểm 4 Ờ 6, cây mẫn cảm hạn tắnh thang ựiểm 7 Ờ 9: lá cuộn tròn O Ờ lá cuốn chặt. Kết quảựo ựếm ựược xử lý ở phụ lục 3.
Giống mẹ Q5 rất mẫn cảm với trạng thái hạn, cho biểu hiện lá cuộn tròn O hoặc cuộn chặt. Trong khi ựó, dòng bố Khẩu noong mó là giống lúa ựịa
42
phương, có khả năng chịu hạn rất tốt. Các lá chỉ có hiện tượng gấp mép nhẹ
do cây có cơ chế chống mất nước xảy ra trong tế bào lá. 130 cá thểở quần thể
F2:3 có những phản ứng khác nhau với ựiều kiện khô hạn nhân tạo, 37 cá thể
có khả năng chịu hạn tốt Ờ thang ựiểm trung bình từ 0 Ờ 3; 58 cá thể có khả
năng chịu hạn trung bình Ờ thang ựiểm trung bình từ 4 Ờ 6; 35 cá thể mẫn cảm với khả năng chịu hạn Ờ thang ựiểm trung bình từ 7 Ờ 9. Các số liệu trung bình
ựược xử lý ựểựánh giá mối tương quan giữa kiểu gen quy ựịnh tắnh trạng ựộ
cuốn lá.
Chỉ tiêu ựộ khô lá ựược ựánh giá sau 20, 22 và 23 ngày ngừng tưới. Các cây có lá không bị khô hoặc bị khô nhẹựược coi là chịu hạn tốt, lá bị khô ựến ơ chiều dài lá là các dòng chịu hạn trung bình, trong khi các cây mẫn cảm với trạng thái hạn có trạng thái lá bị khô hoàn toàn. Số liệu ựánh giá quần thể F2:3
ựược phân tắch ở phụ lục 4.
Trong ựiều kiện hạn nhân tạo, hai dòng bố mẹ Khẩu noong mó và Q5 cho hai trạng thái ựối lập nhau về tắnh trạng ựộ khô lá. Q5 có lá bị khô gần như hoàn toàn, trong khi các lá của Khẩu noong mó chỉ bị khô nhẹ, hàm lượng diệp lục trong tế bào cao, lá vẫn xanh, cây sinh trưởng bình thường. Ở
quần thể F2, có 37 dòng có khả năng chịu hạn tốt, 58 dòng có khả năng chịu hạn trung bình, 35 dòng mẫn cảm với trạng thái hạn.
Sau khi ựánh giá hai chỉ tiêu lá, chúng tôi tiến hành ựánh giá khả năng phục hồi của cây bằng cách cung cấp ựầy ựủ nước cho quần thể F2:3. Khả
năng phục hồi của cây (%) ựược ựánh giá sau 10 ngày tưới phục hồi. Kết quả ựược thể hiện ở phụ lục 5.
đối với các cây có khả năng chịu hạn tốt, chúng có khả năng phục hồi từ 90 Ờ 100%, ựạt ựiểm 0 Ờ 1 (theo thang ựánh giá IRRI Ờ 2002), trong khi số
khác có khả năng chịu hạn trung bình có khả năng phục hồi từ 40 Ờ 70%, còn các cây mẫn cảm với hạn thì khả năng phục hồi từ 0 Ờ 20 %. Ở quần thể F2:3
43
có sự phân ly là 31 dòng chịu hạn tốt, 58 dòng chịu hạn trung bình và 41 dòng mẫn cảm hạn.
đánh giá 3 chỉ tiêu hình thái lá có thể thấy rằng, 2 giống bố mẹ có sự
tương phản nhau về khả năng chịu hạn Ờ Khẩu noong mó có khả năng chịu hạn tốt (ựiểm 0 Ờ 1), trong khi Q5 rất mẫn cảm với ựiều kiện hạn (ựiểm 7 Ờ 9), 130 dòng F2:3 cho những cấp biểu hiện khác nhau Ờ từ chịu hạn tốt, khá, trung bình và mẫn cảm hạn. đánh giá này cũng ựược ghi nhận tương tự trong các nghiên cứu trước ựây (Phạm Thị Hoa, 2011; Nguyễn Thị Thanh. Thủy, 2013). Kết quả ựược thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả ựánh giá khả năng chịu hạn của quần thể F2:3 từ tổ hợp lai Khẩu noong mó ừ Q5 trong ựiều kiện gây hạn nhân tạo
Chỉ tiêu độ khô lá độ cuốn lá Khả năng phục hồi (%) Khẩu noong mó 1,00 ổ 0,87 1,22 ổ 0,67 83,33 ổ 10,00
Q5 8,56 ổ 0,88 8,33 ổ 1,00 14,44 ổ 8,82
F2:3 5,29 ổ 2,85 4,99 ổ 2,57 40,06 ổ 25,15
Ghi chú: điểm chịu hạn 0 Ờ 1: chịu hạn tốt; 3 Ờ 5: chịu hạn khá; 5 Ờ 7: chịu hạn trung bình; 7 Ờ 9: mẫn cảm; 9: rất mẫn cảm
Giá trị trung bình của các chỉ tiêu ựộ khô lá, ựộ cuốn lá và khả năng phục hồi của quần thể F2: 3 tương ứng là 5,29; 4,99; và 40,06 % nằm ở khoảng giữa so với hai giống bố mẹ là ♂ - Khẩu noong mó: 1,00; 1,22; 83,33 % và ♀
- Q5: 8,56; 8,33; 14,44%, chứng tỏ ựã có sự phân ly kiểu hình ở quần thể F2:3 so với hai giống bố mẹ. Giá trị trung bình của 130 dòng F2:3 cho thấy mức ựộ
tập trung các giá trị khác nhau của tắnh trạng nghiên cứu ở khoảng chịu hạn trung bình. Mặt khác, các tắnh trạng chịu hạn trong quần thể F2:3 biểu thị sự
biến thiên liên tục và từ giá trị thấp ựến giá trị cao qua nhiều dạng trung gian. Quần thể F2:3 phân ly kiểu hình với ba dạng: chịu hạn tốt (với thang ựiểm của các chỉ tiêu từ 0 Ờ 3), chịu hạn trung bình (4 Ờ 6), mẫn cảm với hạn (7 Ờ 9).
44 để xác ựịnh sự biến ựộng kiểu hình của quần thể F2:3 có phải do tác ựộng của các yếu tố di truyền (kiểu gen) gây ra hay không, chúng tôi sử dụng hệ số di truyền theo nghĩa rộng H2B.
Hệ số di truyền theo nghĩa rộng (H2B) là một tham số ựược sử dụng nhiều trong các nghiên cứu về khả năng chịu hạn ở lúa. Hiệu quả chọn lọc ựối với một tắnh trạng phụ thuộc vào ý nghĩa tương ựối của các yếu tố di truyền và không di truyền trong sự khác nhau kiểu hình giữa các kiểu gen trong quần thể - gọi là hệ số di truyền. Hệ số di truyền biểu thị sự tương ứng giữa kiểu gen và kiểu hình của tắnh trạng. Theo Jones A. (1986), hệ số di truyền càng cao bao nhiêu thì quan hệ giữa giá trị kiểu hình và giá trị kiểu gen càng chặt bấy nhiêu. Hệ số di truyền theo nghĩa rộng ước lượng dựa vào các thành phần phương sai có giá trị từ trung bình ựến cao, thể hiện mức ựộ thỏa ựáng ựể
chọn lọc hỗn hợp hay cá thể ựều có hiệu quả. đây là một ựại lượng thống kê biểu thị tỉ số giữa các phương sai; nên hệ số di truyền là ựại lượng ựặc trưng cho một quần thể xác ựịnh trong một môi trường xác ựịnh, tại thời ựiểm xác
ựịnh. Bản thân giá trị di truyền của một quần thể không nói lên tắnh ưu việt của quần thể ựó. Giá trị H2B dao ựộng trong khoảng từ 0 ựến 1; trong một dòng thuần các cá thể có cùng kiểu gen nên toàn bộ sự biến ựộng hay sự khác nhau giữa các cá thể hoàn toàn do các yếu tố ngoại cảnh và H2B nhận giá trị
bằng 0.
Trên thực tế, việc xác ựịnh giá trị các thành phần phương sai không có ý nghĩa lớn, song việc xác ựịnh giá trị kiểu hình ựược di truyền ra sao lại rất quan trọng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp tổ hợp hay phương pháp lai truyền thống nên phương thức tắnh hệ số di truyền theo nghĩa rộng là tỉ số của phương sai di truyền và phương sai kiểu hình hay tổng phương sai, các số liệu ựược xử lý thông kê như bảng 3.2.
Bảng 3.2. Hệ số di truyền nghĩa rộng (H2