Tài liệu Tóm tắt luận án tiến sĩ phát triển vật liệu lúa cẩm theo hướng tăng khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGÔ THỊ HỒNG TƯƠI PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU LÚA CẨM THEO HƯỚNG TĂNG KHẢ NĂNG QUANG HỢP VÀ KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ: 62 62 01 11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI, 2015 Công trình được hoàn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Văn Hoan 2. PGS. TS. Phạm Văn Cường Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Trâm Hội Giống cây trồng Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Trí Hoàn Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Tấn Hinh Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện họp tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Vào hồi: giờ ngày tháng năm 2015. Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Gạo nếp cẩm có màu đen còn gọi là bổ huyết mễ, là loại gạo có hàm lượng giá trị dinh dưỡng cao như: hàm lượng protein trong gạo nếp cẩm cao hơn 6,8%, chất béo cao hơn 20% so với gạo khác, ngoài ra trong gạo nếp cẩm còn chứa caroten, 8 loại axit amin, chứa anthocyanin và các nguyên tố vi lượng (sắt, kẽm) cần thiết cho cơ thể (UPI, 2010). Các giống nếp cẩm địa phương thường có màu tím trên các bộ phân cây lúa, góc lá đòng và lá công năng ngang đến gập xuống nên khả năng quang hợp không cao, năng suất thấp, nhiễm bệnh bạc lá, cao cây và thời gian sinh trưởng dài và thường phản ứng với ánh sáng ngày ngắn nên chỉ trồng được một vụ trong năm. Các giống lúa nếp cẩm có các màu sắc khác ở vỏ trấu và vỏ cám như màu đỏ, tía hoặc đen thường có hàm lượng các chất hữu cơ đặc thù như chất kháng oxy hóa anthocyanin, vitamin, các vi lượng có lợi cho sức khỏe của con người và có thể ngăn ngừa một số bệnh nguy hiểm nên đã thu hút nhiều nhà nghiên cứu trong những năm gần đây. Anthocyanin là chất có khả năng kháng oxy hóa cao và có hàm lượng cao trong lúa cẩm, hiện nay đang được nghiên cứu nhiều ở các nước trồng lúa (Kristamtini et al., 2012). Một giống lúa để đưa ra sản xuất ngoài năng suất, giá trị dinh dưỡng còn cần phải có khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học, trong đó bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae là một bệnh gây hại nghiêm trọng ở các vùng trồng lúa trên thế giới, bệnh có thể làm thiệt hại năng suất từ 20-30% (Suh et al., 2013). Lúa cẩm trong sản xuất hiện nay hầu hết là các giống địa phương, những nghiên cứu về di truyền và chọn giống lúa cẩm còn hạn chế. Do vậy, để phát triển sản xuất lúa cẩm có 1 hiệu quả cao cần thiết phải có những nghiên cứu chọn tạo giống lúa cẩm mới đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn sản xuất. Từ việc nghiên cứu và đánh giá nguồn vật liệu ban đầu về các tính trạng quan tâm trên tập đoàn lúa cẩm, ý tưởng tạo ra các vật liệu lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá để tiến tới tạo ra các giống lúa tẻ cẩm năng suất cao, kháng bệnh bạc lá và có thể trồng được 2 vụ trong năm từ nguồn vật liệu nếp cẩm địa phương đã gợi cho chúng tôi có định hướng để thực hiện đề tài này. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu phát triển, tạo các vật liệu lúa cẩm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá. 3. Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của một số nguồn vật liệu. - Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm. - Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao, kháng bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới cải tiến. 4. Những đóng góp mới của luận án - Đã thu thập và đánh giá đa dạng di truyền của nguồn vật liệu lúa cẩm mới. - Xác định được khả năng quang hợp và khả năng kháng bạc lá của tập đoàn lúa cẩm để phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa tẻ cẩm mới. - Chọn lọc được 3 dòng lúa cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá, góp phần vào công tác chọn tạo các giống lúa cẩm chất lượng ở Việt Nam. 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Thu thập và phân tích đa dạng di truyền vật liệu lúa cẩm từ các địa phương khác nhau. - Xác định khả năng quang hợp và khả năng kháng bệnh bạc lá làm cơ sở cho việc chọn tạo giống lúa cẩm chất lượng mới. - Chọn lọc được các dòng lúa tẻ cẩm có khả năng quang hợp cao và kháng bệnh bạc lá. 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6.1. Đối tượng nghiên cứu Một số giống nếp cẩm địa phương và một số giống lúa cẩm cải tiến. 6.2. Phạm vị nghiên cứu Đề tài thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và bắt đầu từ năm 2009 đến năm 2014. Tập trung nghiên cứu về đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, khả năng quang hợp và kháng bệnh bạc lá của nguồn vật liệu mới thu thập và các thế hệ phân ly sau lai hữu tính. Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc – phân biệt lúa nếp, lúa tẻ 1.1.1. Nguồn gốc cây lúa, cây lúa nếp Lúa nếp có thể thích ứng với nhiều điều kiện khí hậu khắc nghiệt như lạnh, khô hanh. Lúa nếp nương là dạng khởi nguồn của lúa trồng vì nó được tìm thấy đầu tiên ở Assam - Yunna, nơi lúa nếp chiếm ưu thế. Nguồn gốc của lúa cẩm (lúa đen) vẫn chưa rõ ràng nhưng có thể có nguồn gốc từ các nước châu Á bao gồm Trung Quốc (Mingwei et al., 1995), Nhật Bản (Natsumi and Noriko, 1994) và ở Việt Nam (Quan, 3 1999). Chaudary and Tran (2001) cho rằng lúa đen có nguồn gốc từ Sri Lanka, Philippin, Bangladesh, Thailand, Myanmar và Indonesia. Lúa cẩm chưa được biết rõ về nguồn gốc, nhưng hầu hết các nghiên cứu đều cho rằng lúa cẩm có nguồn gốc từ các nước châu Á. Lúa cẩm chủ yếu là lúa nếp và có ở cả hai loài phụ Indica và Japonica (Mingwei et al., 1995). 1.1.2. Phân biệt lúa nếp và lúa tẻ Căn cứ chủ yếu để phân chia lúa nếp và tẻ dựa trên cấu tạo tinh bột của nội nhũ. Nhuộm tinh bột bằng dung dịch KI1% để phân biệt lúa nếp và lúa tẻ. 1.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền trong chọn tạo giống lúa 1.2.1. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền - Chỉ thị hình thái - Chỉ thị enzyme - Chỉ thị phân tử 1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống - Phân tích đa dạng di truyền - Tìm chỉ thị phân tử liên kết gen và lập bản đồ - Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử 1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu về đa dạng di truyền Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã ứng dụng các chỉ thị về hình thái, enzyme, phân tử trong các nghiên cứu về đa dạng di truyền. Đã phân nhóm được rất nhiều nguồn vật liệu nghiên cứu ban đầu, giúp cho công tác chọn tạo giống nhanh và hiệu quả hơn. 1.3. Quang hợp và năng suất ở lúa 1.3.1. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất lúa Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định đến năng suất cây trồng. Dựa vào mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất, để tăng 4 năng suất cây trồng cần phối hợp nhiều biện pháp tác động vào nhiều nhân tố sinh thái một cách hợp lý để cho quá trình quang hợp xảy ra ở mức tối ưu. Tăng năng suất cây trồng thông qua điều khiển quang hợp như tăng diện tích lá, tăng hiệu suất quang hợp, thời gian quang hợp. 1.3.2. Một số kết quả nghiên cứu vềquang hợp ở cây lúa - Mối quan hệ giữa hàm lượng diệp lục và quang hợp - Mối quan hệ giữa cường độ quang hợp và năng suất Đã có rất nhiều các nghiên cứu về mối quan hệ giữa hàm lượng diệp lục và quang hợp, giữa cường độ quang hợp và năng suất ở lúa tẻ, còn trên lúa cẩm thì chưa được nghiên cứu nhiều. 1.4. Di truyền một số tính trạng ở cây lúa - Di truyền kích thước hạt gạo - Hàm lượng amylose - Nhiệt hóa hồ - Hàm lượng protein tổng số - Độ bền thể gel - Di truyền tính trạng màu sắc vỏ trấu - Di truyền tính trạng màu sắc hạt gạo lật - Di truyền tính trạng về góc và chiều dài lá đòng, lá công năng 1.5. Di truyền tính kháng bệnh bạc lá ở lúa 1.5.1. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa có tên gọi là Xanthomonas oryzae pv. oryzae thuộc chi Xanthomonas, họ Pseusomonadaceae, bộ Eubacteriales, lớp Schizomycetes (Eubacteria). 1.5.2. Đặc tính gây bệnh Về đặc tính gây bệnh của vi khuẩn, các nghiên cứu đã chỉ ra có liên quan đến 3 nhóm gen: hrp, avr và hrpX. 5 1.5.3. Các chủng vi khuẩn Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới công bố có 30 chủng vi khuẩn Xoo gây bệnh trên lúa (Xia et al., 2012). Nhật Bản xác định được 12 chủng, Philippine xác định có 6 chủng, Indonesia có 9 chủng, Ấn Độ xác định được 9 chủng (Swamy et al., 2006). Việt Nam có 13 nhóm chủng. 1.5.4. Mối quan hệ ký sinh - ký chủ, thuyết “gen đối gen” Năm 1956 thuyết “gen đối gen” của Flor chỉ ra rằng: cứ mỗi một gen R quy định tính kháng ở giống cây ký chủ thì có một gen a quy định độc tính ở chủng ký sinh, không trước thì sau gen độc a tương ứng này sẽ vượt qua được gen kháng R dẫn đến tình trạng nhiễm bệnh. Đồng thời cứ mỗi một gen kháng R ở giống cây ký chủ cũng sẽ có một gen A tương ứng ở ký sinh để kích hoạt cây ký chủ hình thành các phản ứng tự vệ chống lại gen A đó dẫn đến tình trạng không nhiễm bệnh. 1.5.5. Tổng hợp nghiên cứu về bệnh bạc lá lúa Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có rất nhiều nghiên cứu về bệnh bạc lá lúa. Đã có rất nhiều thành tựu trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá, đặc biệt trên các giống lúa tẻ. Còn trên các giống nếp cẩm và tẻ cẩm chưa được nghiên cứu nhiều. Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 2.1.1.1. Các mẫu giống lúa sử dụng làm vật liệu - Các mẫu giống lúa cẩm được thu thập ở các địa phương khác nhau do Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật và ở một số Viện nghiên cứu cung cấp. 6 - Dòng đẳng gen IRBB21: là dòng cho gen Xa21; Giống IR24: làm giống chuẩn nhiễm bệnh bạc lá; Các dòng đẳng gen IRBB5, IRBB7, IRBB21: làm chuẩn kháng bệnh bạc lá; Giống BT7 làm đối chứng cho các dòng chọn lọc. 2.1.1.2. Các isolate vi khuẩn gây bệnh bạc lá Sử dụng 3 isolate vi khuẩn Xanthomonas oryzae được ký hiệu là XooND, XooTH và XooTN. 2.1.1.3. Các chỉ thị phân tử sử dụng trong nghiên cứu - 35 cặp mồi SSR sử dụng trong đánh giá đa dạng di truyền của nguồn vật liệu. - Các mồi chỉ thị liên kết với các gen kháng hữu hiệu với vi khuẩn gây bệnh bạc lá ở lúa: Xác định gen xa5 dùng mồi RM122, xác định gen Xa7 dùng mồi RM5509 (McCouch, 2002), xác định gen Xa21 dùng mồi M2Xa21 (Vu, 2008). 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu Thí nghiệm đồng ruộng tại Khu thí nghiệm đồng ruộng Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Gia Lâm, Hà Nội Thí nghiệm phân tử tại Phòng thí nghiệm Dự án Jica, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Gia Lâm, Hà Nội. 2.1.3. Thời gian nghiên cứu Từ 2/2009 đến 11/2014. 2.2. Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá một số đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu. - Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm. 7 - Phát triển vật liệu tạo giống lúa cẩm có khả năng quang hợp cao, kháng bệnh bạc lá và chọn tạo nguồn vật liệu lúa cẩm mới cải tiến. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Thí nghiệm đánh giá các đặc điểm nông sinh học của các dòng giống lúa Thí nghiệm bố trí theo phương pháp khảo sát tập đoàn, tuần tự không nhắc lại, mỗi mẫu giống 10m2. Thời gian: vụ mùa 2009 và vụ xuân 2010. 2.3.2. Phương pháp chỉ thị phân tử Tách chiết ADN của Doyle et al. (1987), kỹ thuật PCR, điện di. Thời gian thực hiện: Vụ mùa 2009 và vụ mùa 2014. 2.3.3. Phương pháp lây nhiễm vi khuẩn bạc lá nhân tạo Sử dụng phương pháp lây nhiễm nhân tạo bệnh bạc lá của Furuya et al. (2002). Thời gian: vụ mùa 2009, vụ xuân – vụ mùa 2011 và vụ mùa 2014. 2.3.4. Phương pháp lai Lai tạo theo phương pháp truyền thống: Lai hữu tính, lai đơn. Các thí nghiệm chọn dòng được bố trí theo kiểu tuần tự, không nhắc lại. 2.3.5. Phương pháp bố trí thí nghiệm so sánh giống Thời gian: vụ Mùa 2014 Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh, 3 lần lặp lại, mỗi ô 10m2, cấy 1 dảnh/khóm, khoảng cách 15cm x 20cm. Các chỉ tiêu theo dõi được lấy mẫu và đánh giá theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo kiểm nghiệm giá trị canh tác và giá trị sử dụng của giống lúa: theo quy chuẩn QCVN01 -55-2011 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. 8 2.3.6. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về chất lượng 2.3.6.1 Xác định hàm lượng anthocyanin Theo phương pháp pH vi sai (Wrolstad et al., 1993), đo bằng máy quang phổ UV 2550. 2.3.6.2. Chất lượng xay xát Thực hiện theo phương pháp của Govindewami and Ghose (1969); Hàm lượng amylose: theo phương pháp của Sadavisam and Manikam (1992) và được phân loại theo Kumar and Khush (1987); Hàm lượng protein: Được phân tích theo phương pháp của Kijeldahll (1883); Nhiệt hóa hồ: phân tích theo phương pháp của Litle (1958). 2.3.7. Một số phương pháp xác định các chỉ tiêu về quang hợp Cường độ quang hợp: đo bằng máy LICOR - 6400 (Hoa Kỳ) ở điều kiện 300C, nồng độ CO2 là 360 - 370 ppm, cường độ ánh sáng là 1500 µmol CO2/m2 lá/giây và độ ẩm 60%. Chỉ số SPAD: đo bằng máy SPAD - 502 của Nhật Bản. Diện tích lá và khối lượng chất khô tích lũy: Diện tích lá đo bằng máy quét diện tích lá (Licor - 3100, Hoa Kỳ). Khối lượng chất khô tích lũy được cân sau khi sấy khô ở nhiệt độ 800C đến khi khối lượng không đổi. 2.3.8. Phương pháp phân biệt nhóm lúa nếp/tẻ Phân loại lúa nếp, lúa tẻ dựa theo phản ứng bắt màu với dung dịch KI 1% (Lưu Ngọc Trình, 1997): tinh bột lúa tẻ nhuộm màu xanh, tinh bột lúa nếp cho nhuộm màu đỏ tía. 2.3.9. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan cơm bằng cho điểm Theo tiêu chuẩn 10 TCN 590 - 2004. 2.3.10. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được xử lý thống kê theo phương pháp phân tích phương sai bằng phần mềm IRRISTAT 5.0, sử dụng EXCEL và xây dựng sơ đồ hình cây để so sánh hệ số tương đồng theo phương pháp UPGMA bằng phần mềm NTSYS 2.1. 9 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thu thập và đánh giá nguồn vật liệu lúa cẩm 3.1.1. Kết quả thu thập và phân loại nếp/tẻ của các mẫu giống lúa cẩm Qua đánh giá vật liệu lúa cẩm kết quả cho thấy: 43 mẫu giống lúa cẩm thuộc hai loài phụ: nhóm lúa thuộc loài phụ Japonica gồm 26 mẫu giống nếp cẩm địa phương và đối chứng là giống Asominori của Nhật Bản (lúa Japonica) và nhóm lúa thuộc loài phụ Indica gồm 17 mẫu giống cả nếp cẩm, tẻ cẩm và dòng đẳng gen IRBB21 (lúa Indica). Kết quả phân biệt nếp/tẻ dựa theo phương pháp nhuộm tinh bột bằng KI 1% cho thấy trong 43 mẫu giống lúa cẩm có 5 mẫu giống là lúa tẻ và 38 mẫu giống là lúa nếp. Các mẫu giống lúa tẻ đều thuộc nhóm lúa Indica. 3.1.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống lúa cẩm 3.1.2.1. Thời gian sinh trưởng Kết quả đánh giá thời gian sinh trưởng của 43 mẫu giống lúa trong nghiên cứu này được trình bày trong bảng 3.1 cho thấy: thời gian sinh trưởng trong khoảng 128 - 165 ngày trong vụ xuân và 99 136 ngày trong vụ mùa. Bảng 3.1. Phân nhóm theo thời gian sinh trưởng của các mẫu giống Theo tiêu chuẩn của IRRI Vụ xuân Vụ mùa (ngày) Phân nhóm mẫu giống Số Số Vụ Vụ Tỷ Tỷ mẫu mẫu xuân mùa lệ % lệ % giống giống <110 0 0 0 0 Nhóm cực ngắn ngày <115 115-135 100-115 17 39,5 2 4,6 Nhóm ngắn ngày 136-160 116-130 15 34,9 27 62,8 Nhóm trung bình >160 >130 11 25,6 14 32,6 Nhóm dài ngày 10 3.1.2.2. Thời gian trỗ Kết quả theo dõi 43 mẫu giống các giống lúa có thời gian trỗ dao động 6 - 9 ngày (vụ mùa) và từ 6 - 11 ngày (vụ xuân). 3.1.2.3. Khả năng đẻ nhánh Khả năng đẻ nhánh của 43 mẫu giống: trong vụ xuân 55,8% mẫu giống thuộc nhóm đẻ nhánh thấp, 37,2% mẫu giống thuộc nhóm đẻ nhánh trung bình và 7,0% mẫu giống thuộc nhóm đẻ nhánh nhiều. Trong vụ mùa có 48,8% mẫu giống xếp vào nhóm đẻ nhánh thấp, 46,5% mẫu giống xếp vào nhóm đẻ nhánh trung bình và 4,7% mẫu giống xếp vào nhóm đẻ nhánh nhiều. Theo tiêu chuẩn đánh giá của IRRI, các mẫu giống nghiên cứu được phân nhóm trong bảng 3.2. Bảng 3.2. Phân nhóm theo khả năng đẻ nhánh của các mẫu giống Số Theo tiêu chuẩn nhánh/khóm của IRRI Vụ xuân Vụ mùa Số mẫu Tỷ lệ Số mẫu Tỷ lệ giống % giống % <5 Đẻ nhánh thấp 24 55,8 21 48,8 5-9 Đẻ nhánh trung bình 16 37,2 20 46,5 >9 Đẻ nhánh nhiều 3 7 2 4,7 Qua chỉ tiêu về khả năng đẻ nhánh chúng tôi thấy mẫu giống N13 và N17 thuộc nhóm đẻ nhánh nhiều trong vụ mùa; mẫu giống N38, N39 và N43 là các mẫu giống thuộc nhóm đẻ nhánh nhiều trong vụ xuân. 3.1.2.4. Chiều cao cây Kết quả đánh giá chiều cao cây của các mẫu giống trong tập đoàn vật liệu, cho thấy: trong vụ mùa các mẫu giống có chiều cao cây dao động từ 94,8 cm (N44) đến 169,8 cm (N4), còn ở vụ xuân dao động 95,2 cm (N44) đến 170,5 cm (N4). 11 3.1.2.5. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất Tỷ lệ hạt chắc được đưa ra trong bảng 3.3: Các mẫu giống có tỷ lệ hạt chắc dao động 80 % (N23) đến 96,4 % (N21) trong điều kiện vụ xuân và 66,9% (N36) đến 95,8 % (N7) trong điều kiện vụ mùa. Bảng 3.3. Phân nhóm theo tỷ lệ hạt chắc các mẫu giống Vụ mùa Vụ xuân Tỷ lệ Phân nhóm hạt chắc theo tiêu chuẩn Số mẫu Tỷ lệ Số mẫu Tỷ lệ (%) IRRI giống (%) giống (%) ≥90 Chắc cao 18 41,8 17 39,5 75-89 Chắc 24 55,8 26 60,5 50-74 Lép trung bình 1 2,4 0 0 <50 Lép cao 0 0 0 0 Các mẫu giống N6, N10, N13, N20, N21, N22, N30, N31, N34 và N41 có tỷ lệ hạt chắc cao trong cả hai vụ, có thể sử dụng làm vật liệu lai tạo trong chọn tạo giống có tỷ lệ hạt chắc cao. Năng suất cá thể của các mẫu giống từ 8,2g đến 42,2g trong vụ xuân và trong vụ mùa từ 7,3g đến 28,9g. Về dạng hạt: các mẫu giống rất đa dạng về dạng hạt từ bầu, trung bình đến thon dài. Phân nhóm các mẫu giống theo hình dạng hạt được trình bày trong bảng 3.4. Bảng 3.4. Phân nhóm theo hình dạng hạt các mẫu giống Hình dạng hạt Phân nhóm theo Số mẫu Tỷ lệ (D/R) tiêu chuẩn IRRI giống (%) >3,0 2,1-3,0 1,1-2,0 Thon dài Trung bình Bầu 4 36 3 9,3 83,7 7,0 <1,1 Tròn 0 0 Chúng tôi chọn ra các mẫu giống có năng suất cá thể cao là: N1, N4, N13, N22, N30 và N39 (ở vụ mùa); các mẫu giống N4, N6, N8, 12 N13, N17, N19, N22, N24, N32, N33, N38, N39 và N43 (ở vụ xuân). 3.1.2.6. Hàm lượng anthocyanin trong các mẫu giống lúa cẩm nghiên cứu Các mẫu giống có hàm lượng anthocyanin từ cao đến rất cao là: N4, N10, N14, N16, N18, N20 và N22. 3.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống lúa cẩm bằng chỉ thị SSR 3.1.3.1. Đa hình các chỉ thị SSR với các mẫu giống lúa lúa cẩm Kết quả phân tích 35 chỉ thị SSR với 43 mẫu giống lúa cẩm nghiên cứu có 9 chỉ thị RM312, RM452, RM338, RM124, RM334, RM133, RM455, RM105, RM474 không cho đa hình và 26 chỉ thị cho đa hình. Trong tổng số 35 chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu có 26 chỉ thị (74,3%) cho đa hình với tổng cộng 70 alen. Số lượng alen dao động từ 2 đến 5 alen, cặp mồi OSR13 cho 5 alen, có 3 cặp mồi cho 4 alen (RM154, RM215, RM552), 9 cặp mồi cho 3 alen (RM413, RM122, RM454, RM162, RM5509, RM11, RM447, RM316, RM484) và 13 cặp mồi còn lại cho 2 alen, giá trị trung bình là 2,69 alen/locus. 3.1.3.2. Quan hệ di truyền giữa các mẫu giống lúa cẩm nghiên cứu Quan hệ di truyền giữa các mẫu giống lúa cẩm nghiên cứu được phân tích bằng phần mềm NTSYS 2.1, từ đó xác định hệ số tương đồng di truyền và cây phát sinh chủng loại (Hình 3.1). Hệ số tương đồng di truyền dao động từ 0,52 đến 1,0. Sơ đồ hình cây cho thấy 43 mẫu giống lúa cẩm phân thành 2 nhóm rõ rệt: Nhóm I gồm 26 giống lúa nếp cẩm và giống Asominori (lúa Japonica) có nguồn gốc Nhật Bản, giống này tách biệt với các giống địa phương, nhóm II gồm 17 giống lúa nếp cẩm, tẻ cẩm và giống IRBB21 (lúa Indica). 13 N1 N2 N23 N31 N11 N30 N33 N32 N14 N15 N3 N16 N20 N17 N19 N21 N6 N8 N9 N18 N36 N24 N25 N40 N26 N27 Asominori N4 N5 N10 N13 N7 N22 N41 N42 N46 N37 N38 IRBB21 N43 N44 N45 N29 N34 N39 I.1 Asom inori II.1 I I.2 II II.2 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Coefficient Hình 3.1. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 43 mẫu giống lúa cẩm dựa trên phân tích ADN với 26 chỉ thị phân tử SSR Như vậy qua sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền cho thấy 43 mẫu giống lúa nghiên cứu cho mức độ tương đồng di truyền khá cao. Đa phần các giống lúa nếp cẩm địa phương nghiên cứu đều thuộc nhóm lúa Japonica. Còn lại các giống tẻ cẩm và một số ít lúa nếp cẩm thuộc nhóm lúa Indica. 14 3.1.4. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá và khả năng quang hợp của nguồn vật liệu 3.1.4.1. Đánh giá khả năng kháng bạc lá của các mẫu giống lúa cẩm a. Xác định các gen kháng bằng chỉ thị phân tử Trong nghiên cứu này, phân tích khả năng kháng bệnh bạc lá nhờ các cặp mồi đặc hiệu của các gen có khả năng kháng với các nòi phổ biến ở miền Bắc Việt Nam là gen xa5, Xa7. Xác định gen kháng xa5: Nhờ chỉ thị RM122 cho thấy trong 43 mẫu giống lúa cẩm địa phương có 9 mẫu giống mang gen kháng xa5. Các mẫu giống chứa gen xa5 là: N1, N2, N3, N4, N14, N15, N16, N17 và N29. Xác định gen kháng Xa7: Nhờ chỉ thị RM5509 trong 43 mẫu giống lúa cẩm địa phương có 5 mẫu giống mang gen kháng Xa7. Đó là các mẫu giống được ký hiệu: N5, N7, N8, N10 và N13. Qua bảng kết quả điện di xác định xa5 và Xa7 đã chỉ ra trong số 43 mẫu giống lúa cẩm địa phương có 29 mẫu giống không chứa gen kháng xa5 và Xa7, 14 mẫu giống chứa đơn gen. b. Đánh giá tính kháng bệnh bạc lá của mẫu giống lúa cẩm bằng lây nhiễm nhân tạo Kết quả đánh giá về tính kháng bệnh bạc lá, cho thấy: những mẫu giống nào có chứa gen xa5 hoặc Xa7 thì kháng được cả 3 isolate lây nhiễm, kết quả này phù hợp với kiểu biểu hiện nhiễm của gen kháng ở dòng đẳng gen IRBB5 và IRBB7 với 3 isolate này. Các mẫu giống còn lại thì nhiễm với cả 3 isolate vi khuẩn lây nhiễm. 15 Các mẫu giống được đánh giá có các đặc điểm nông sinh phù hợp với mục tiêu, có hàm lượng anthocyanin cao và chứa gen xa5 hoặc Xa7 sẽ tiếp tục đưa vào đánh giá khả năng quang hợp. 3.1.4.2. Đánh giá khả năng quang hợp của nguồn vật liệu Trong thí nghiệm này chúng tôi tiến hành đánh giá khả năng quang hợp thông qua các chỉ tiêu như: Cường độ quang hợp, chỉ số SPAD, diện tích lá và khối lượng chất khô tích lũy. Kết quả các mẫu giống N1, N5, N7, N13, N29 có khả năng quang hợp cao. 3.2. Tìm hiểu biểu hiện di truyền của một số tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm 3.2.1. Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai Thông qua đánh giá 43 mẫu giống lúa cẩm cho thấy: nhiều mẫu giống có giá trị chọn giống cao (Bảng 3.5). Bảng 3.5. Phân nhóm vật liệu lúa cẩm theo đặc điểm giá trị chọn giống STT 1 2 3 4 5 6 Tính trạng có giá trị chọn giống Cao cây (>125 cm) Cây cao trung bình (<90125cm) Thấp cây (<90cm) Bông to (trên 200 hạt) Kháng bạc lá (có chứa gen xa5 hoặc Xa7) Quang hợp cao Số mẫu mang tính trạng 26 17 Tỷ lệ (%) 60,4 39,6 0 7 14 0 16,2 32,6 5 11,6 Có 8 mẫu giống đạt mục tiêu được sử dụng làm mẹ để thực hiện các phép lai, đó là các mẫu giống: N1, N4, N5, N7, N13, N14, N16 và N29. 16 3.2.2. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện tính trạng đặc trưng ở lúa cẩm 3.2.2.1. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng số lượng Kết quả nghiên cứu về sự di truyền và biểu hiện tính trạng chiều cao cây: ở F1 biểu hiện siêu trội dương, chiều dài bông cho biểu hiện cả siêu trội âm và siêu trội dương, còn số hạt/bông cho biểu hiện siêu trội âm hoặc trội không hoàn toàn. Kết quả đánh giá chiều dài, chiều rộng lá đòng và lá công năng cho biểu hiện siêu trội dương hoặc trội không hoàn toàn. 3.2.2.2. Nghiên cứu sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng chất lượng Kết quả nghiên cứu cho thấy: góc lá đòng rộng trội so với góc lá đòng hẹp, góc lá công năng hẹp lại trội so với góc lá công năng rộng. Hai tính trạng này di truyền độc lập với nhau và để chọn cây lúa có lá đòng đứng và góc lá công năng đứng thì tỷ lệ xuất hiện là 3/16. Kết quả đánh giá sự di truyền và biểu hiện một số tính trạng màu sắc hạt lúa: Màu mày hạt phân ly theo tỷ lệ 9:6:1; màu vỏ trấu phân ly theo tỷ lệ 9:3:3:1 và màu sắc hạt gạo lật có tỷ lệ phân ly là 1:2:1. 3.3. Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng tẻ cẩm mới kháng bệnh bạc lá 3.3.1. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tẻ cẩm mới triển vọng Các dòng tẻ cẩm mới triển vọng được đánh giá trên các chỉ tiêu: số bông hữu hiệu/khóm, số hạt chắc/bông, tỷ lệ lép, khối lượng 1000 hạt và năng suất. Kết quả được trình bày ở bảng 3.6. Năng suất thực thu đạt từ 39,1 - 45,4 tạ/ha trên diện tích thí nghiệm 10m2/ô, trong đó dòng TĐ1 tương đương với giống đối 17 chứng. Năng suất lý thuyết đạt từ 82,6 - 113,5 tạ/ha, tương đương hoặc cao hơn so với đối chứng. Bảng 3.6. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tẻ cẩm mới triển vọng vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội Số bông KL Tỷ lệ Dòng, hữu Số hạt 1000 NSLT NSTT STT lép giống hiệu/ chắc/bông hạt (tạ/ha) (tạ/ha) (%) khóm (g) 1 TĐ1 8,3 132,5 11,0 25,0 96,2 45,4 2 TĐ2 9,1 121,5 15,6 21,9 84,7 42,4 3 TĐ3 8,1 136,2 10,7 21,4 82,6 39,1 4 TĐ4 10,0 117,0 9,7 23,0 94,1 43,6 5 TĐ5 8,7 165,8 13,9 22,5 113,5 42,8 6 BT7 (đ/c) 10,0 131,1 8,3 18,1 83,0 45,0 CV% 1,6 30,8 20,5 3,2 23,8 1,5 LSD0,05 6,5 18,3 8,4 8,2 6,7 4,6 3.3.2. Một số chỉ tiêu về chất lượng của các dòng tẻ cẩm mới triển vọng Tỷ lệ gạo lật của các dòng tẻ cẩm đạt từ 78,3 – 82,2%, trong đó dòng TĐ2 đạt tỷ lệ gạo lật cao nhất 82,2%, đối chứng BT7 là 78,6%. Tỷ lệ gạo xát của các dòng tẻ cẩm đạt từ 72,1% - 77,7% cao hơn giống đối chứng từ 0,4 - 7,0 % (Bảng 3.7). Bảng 3.7. Chất lượng xay xát của các dòng tẻ cẩm mới STT 1 2 3 4 5 6 vụ Mùa 2014 tại Gia Lâm - Hà Nội Tỷ lệ gạo Tỷ lệ gạo Dòng, Tỷ lệ gạo xát lật nguyên giống (% thóc) (% thóc) (% gạo xát) TĐ1 80,1 72,1 85,4 TĐ2 82,2 77,7 56,1 TĐ3 80,7 75,2 49,7 TĐ4 78,3 72,6 73,8 TĐ5 80,9 75,6 57,4 BT7 (đ/c) 78,6 71,7 76,6 18