Đề tài Đánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo và sự sinh trưởng các dòng lúa Tám đột biến ở điều kiện nhà lưới

môi trường như hạn, mặn, sâu bệnh… Các dòng này sẽ tiếp tục được sử dụng như là nguyên liệu để chọn tạo giống. 2.4. Phạm vi, địa điểm và thời gian thực hiện - Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn lúa đẻ nhánh và sự sinh trưởng phát triển của 10 dòng/giống lúa nghiên cứu. - §Þa ®iÓm: Trại Thực nghiệm sinh học - Viện Công nghệ sinh học, Cổ Nhuế, Từ Liêm, Hà Nội. - Thêi gian: Tõ ngµy 23 th¸ng 2 ®Õn 22 th¸ng 5 n¨m 2011 PHẦN 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài 1.1. Khái niệm về hạn và phân loại hạn 1.1.1. Khái niệm về hạn Bất cứ một loại cây trồng nào cũng cần phải có nước để duy trì sự sống, mức độ cần nhiều hay ít nước tuỳ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai đoạn sinh trưởng phát triển của chúng. Hạn đối với thực vật là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nước của thực vật do môi trường gây nên trong suốt cả quá trình hoặc trong từng giai đoạn làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển. Mức độ tổn thương của cây trồng do khô hạn gây ra có nhiều mức khác nhau: chết, chậm phát triển hoặc phát triển tương đối bình thường. Những cây trồng có khả năng duy trì sự phát triển và cho năng suất tương đối ổn định trong điều kiện khô hạn được gọi là cây chịu hạn và khả năng của thực vật có thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn (Đinh Thị Phòng, 2001). Tuy nhiên khó có thể xác định được thế nào là một trạng thái hạn đặc trưng vì mức độ khô hạn do môi trường gây nên khác nhau theo từng mùa, từng năm, từng vùng địa lý và không thể dự đoán trước được. Theo Hsiao (1980) thì: "Hạn là sự mất cân bằng nước của thực vật thể hiện trong sự liên quan hữu cơ giữa đất - thực vật - khí quyển". Theo Nguyễn Đức Ngữ (2002) đã định nghĩa: “Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất, gây ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát dục của cây trồng, làm mùa màng thất bát, môi trường suy thoái, gây ra đói nghèo và dịch bệnh”. 1.1.2. Phân loại hạn Theo tài liệu dịch của Vũ Văn Liết (2008) thì những kiểu hạn chính được nhận thấy ở đất thấp canh tác nhờ nước trời là: + Hạn xảy ra thời gian đầu trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng.+ Hạn giữa vụ không liên tục xảy ra ở giai đoạn giữa đẻ nhánh đến kết hạt.+ Hạn muộn xảy ra trong thời kỳ trỗ đến chắc hạt. Theo một các chuyên gia của WMO (Tổ chức Khí tượng thế giới) phân chia thành 4 loại hạn là: hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn và hạn kinh tế xã hộiluận văn - báo cáo - tiểu luận - tài liệu chuyên ngành Xã hội (Nguyễn Đức Ngữ, 2002), Theo Nguyễn Văn Hiển và cs (2000) thì có 3 loại hạn cần quan tâm trong sản xuất nông nghiệp: - Hạn đất: đặc trưng là xảy ra từ từ, khi đó lượng muối và dinh dưỡng trong rễ ở mức độ bị vô hiệu hóa, cây không có đủ nước để hút, mô cây bị khô đi nhiều và sự sinh trưởng trở nên rất khó khăn. Hạn đất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức cây không cạnh tranh được nước của đất làm cho cây không thể lấy nước vào tế bào qua rễ, chính vì vậy, hạn đất thường gây nên hiện tượng cây héo lâu dài. Hạn đất có thể xẩy ra ở bất kỳ vùng đất nào và thường xảy ra nhiều ở những vùng có điều kiện khí hậu, địa hình địa chất thổ nhưỡng đặc thù như sa mạc ở châu Phi; đất trống đồi trọc của châu Á; mùa ít mưa và nhiệt độ thấp ở châu Âu. - Hạn không khí: xảy ra một cách đột ngột, độ ẩm tương đối của không khí giảm xuống 10 - 20% hoặc thấp hơn. Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp lên các bộ phận của cây trên mặt đất như hoa, lá, chồi non… Đối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn không khí thường gây ra hiện tượng héo tạm thời, vì khi nhiệt độ cao, ẩm độ thấp làm cho tốc độ bốc thoát hơi nước quá mức bình thường, lúc đó rể hút nước không đủ để bù đắp lượng nước mất, cây lâm vào trạng thái mất cân bằng về nước. Nếu hạn kéo dài dể làm cho nguyên sinh chất bị đông kết và cây nhanh chóng bị chết, còn gọi là “cảm nắng’’. Ở lúa, hạn không khí gây hại nhất ở giai đoạn lúa phơi màu và thậm chí gây nên mất mùa nếu gặp phải đợt nhiệt độ cao và độ ẩm không khí thấp (mặc dù nước trong đất không thiếu) làm cho hạt phấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh không xảy ra và hạt lép. - Hạn tổng hợp: là hiện tượng khi có cả hạn đất và hạn không khí xảy ra cùng một lúc. Hạn tổng hợp đặc biệt có hại vì lúc này hiện tượng thiếu nước đi kèm với không khí nóng. Trong trường hợp này cùng với sự mất nước do không khí làm cho hàm lượng nuowcstrong lá giảm nhanh dẩn đến nồng độ dịch bào tăng lên, mặc dù sức hút nước từ rễ của cây cũng tăng lên nhưng lượng nước trong đất đã cạn kiệt không đủ cung cấp cho cây. Hạn toàn diện thường dẫn đến hiện tượng héo vĩnh viển, cây không có khả năng phục hồi. Theo một số tác giả khác đã chia hạn thành 4 dạng chính bao gồm: hạn không khí, hạn đất, hạn kết hợp và hạn sinh lý. Trong đó, hạn sinh lý là kiểu hạn mà khi có đầy đủ nước mà cây vẩn không thể hút được có thể do: nhiệt độ quá thấp hoặc phần xung quanh rễ có quá nhiều chất gây độc cho rễ hoặc nồng độ dinh dưỡng quanh rễ qua cao (Trần Nguyên Tháp, 2000), 1.2. Tính chịu hạn của thực vật 1.2.1. Tác động của hạn lên thực vật Nước là yếu tố giới hạn đối với cây trồng, là sản phẩm quan trọng khởi đầu, trung gian và cuối cùng của các quá trình chuyển hoá sinh hoá, là môi trường để các phản ứng trao đổi chất xảy ra. Nước có ý nghĩa sinh thái và sinh lý quyết định trong đời sống thực vật. Thiếu nước là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất cây trồng. Do vậy tính chịu hạn của cây trồng và vấn đề chống chịu hạn thường xuyên được quan tâm. Hạn là tác động của môi trường xung quanh đủ để gây mất nước ở thực vật. Hiện tượng mất nước có thể là tác động sơ cấp, là kết quả của sự thiếu nước của môi trường, hoặc là tác động thứ cấp được gây nên bởi nhiệt độ thấp, sự đốt nóng hoặc tác động của muối. Chống lại khô hạn cây có thể giữ không để mất nước hoặc nhanh chóng bù lại sự thiếu nước thông qua những biến đổi về hình thái. Duy trì áp suất thẩm thấu nội bào có tác dụng bảo vệ hoặc duy trì sức sống của tế bào chất ngay cả khi bị mất nước cực đoan. Đó là khả năng chịu hạn của thực vật. 1.2.2. Cơ chế chịu hạn của thực vật và khả năng khắc phục Thực vật chống mất nước là dựa trên khả năng làm tăng áp lực nội tại, tăng tính đàn hồi của màng tế bào, giảm kích thước tế bào... Những khả năng này cần thiết cho việc duy trì sức trương của tế bào là yếu tố cơ bản để quá trình trao đổi chất, quá trình sinh trưởng và phát triển diễn ra bình thường khi cân bằng nước ở thực vật bị thay đổi. Có hai cơ chế chính liên quan đến khả năng chịu hạn của thực vật được thảo luận tới nhiều: 1.2.2.1. Vai trò của bộ rễ Bộ rễ có hình thái khỏe, dài, mập, có sức xuyên sâu giúp cho cây hút được nước ở những vùng sâu, vùng xa. Hình thái và chức năng của bộ rễ thường liên quan nhiều đến khả năng chịu hạn của cây trồng cạn, trong đó có giống lúa cạn. Khi gặp điều kiện hạn, axit abcisic (ABA) được tăng cường tổng hợp ở rễ, sau đó vận chuyển lên lá, đẩy nhanh tốc độ già hóa của lá, đóng khí khổng làm giảm sự thoát hơi nước. Bên cạnh đó, ABA được tăng cường trên lá làm mức độ héo tăng lên giúp cây tránh bớt được mức độ bức xạ mặt trời trên, giảm sử dụng nước và hiện tượng tăng nhiệt độ bề mặt lá. Khi gặp hạn rể mọc dài hơn, phân bố rộng và sâu hơn vào các lớp đất giúp cây lúa tận dụng nước dưới sâu. Khi bắt đầu gặp điều kiện hạn ở giai đoạn cây con, khối lượng rể và tỉ lệ rể/thân lá tăng lên; sinh nhiều rể đốt vì rể đốt có thể đâm xuyên lớn hơn vào các lớp đất, do đó tăng cường khả năng hấp thu nước. Một số nghiên cứu chỉ ra rằng: khi gặp hạn, tốc độ dài rễ lớn hơn tốc độ dài lá, ở các giống lúa chịu hạn thì chiều dài rễ, số rễ/cây, trọng lượng khô của rễ/cây và tốc độ hút nước của ở các giống chịu hạn cao hơn rất nhiều giống đối chứng khi có nước trở lại. Điều này có ý nghĩa khi cây lúa gặp điều kiện hạn. Bên cạnh đó ở lúa chiu hạn , tế bào rể có áp suất thẩm thấu cao, sức hút nước lớn… (Nguyễn Đình Giao và cs, 1997). 1.2.2.2. Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào rễ có mối liên quan trực tiếp đến khả năng cạnh tranh nước của tế bào rễ cây đối với đất. Trong điều kiện hạn, áp suất thẩm thấu được điều chỉnh tăng lên giúp cho tế bào rễ thu nhận được những phân tử nước có rất ít trong đất. Bằng cơ chế như vậy thực vật có thể vượt qua được tình trạng hạn cục bộ. Đối với những giống lúa nước tính chịu hạn cục bộ có một ý nghĩa quan trọng cho những vùng chưa chủ động được nước tưới (Bùi Chí Bửu và cs, 2003). Khi tế bào bị mất nước dần dần các chất hòa tan sẽ được tích lũy trong tế bào chất nhằm chống lại việc giảm tiềm năngg nước và tăng khả năng giữ nước của nguyên sinh chất. Các chất hòa tan có liên quan bao gồm: Các loại đường, các axit hữu cơ, các loại axit amin, các loại rượu đa chức hay các ion (chủ yếu là ion K+ ). Hầu hết các lọai chất tan hữu cơ có tác dụng điều chỉnh áp suất thẩm thấu được sinh ra ngay trong quá trình đồng hóa và quá trình trao đổi chất (Lê Trần Bình và cs, 1998). 1.3. Tính chịu hạn ở cây lúa Những thực vật tồn tại trên môi trường thiếu nước làm cho chúng bị mất cân bằng về thẩm thấu, để chống lại những điều kiện khắc nghiệt đó đòi hỏi cây trồng phải có những cơ chế đặc biệt. Tránh mất nước và chịu mất nước là hai cơ chế tồn tại ở những cây chịu hạn. Cơ chế tránh mất nước phụ thuộc vào khả năng thích nghi đặc biệt của cấu trúc và hình thái của rễ và chồi. Cơ chế chịu mất nước liên quan đến những thay đổi tinh vi trong sinh hoá tế bào dẫn đến sự tích luỹ các chất hoà tan, các protein và amino acid đặc biệt như proline, mannitol, fructan, glycine betaine, ion K+, các enzym phân hủy gốc tự do... Nhiều các chất mới được tổng hợp để tạo sức kháng cho cơ thể cây trồng. Hiện tượng này có thể diễn ra rất nhanh khi gặp sự mất cân bằng thẩm thấu. Vai trò và chức năng của các chất xuất hiện khi thực vật bị thiếu hụt nước có nhiệm vụ chính là điều chỉnh và bảo vệ thẩm thấu, loại bỏ gốc tự do (Bohnert và cs, 1996). Phản ứng đầu tiên khi cây lúa gặp hạn là khí khổng đóng lại, ngăn chặn sự thoát hơi nước ra ngoài. Quá trình đóng mở khí khổng là rất phức tạp liên quan đến hàng loạt các quá trình như quang hợp, hô hấp, trao đổi ion, hút dinh dưỡng... Khi mất nước nhiều, khí khổng không còn khả năng đóng, nước ồ ạt thoát ra ngoài cuối cùng dẫn đến tình trạng héo và chết (Bohnert và CS, 1996). Trong điều kiện đủ nước khó có thể phân biệt được giống lúa chịu hạn và không chịu hạn, nhưng khi khô hạn xẩy ra thì những kiểu gene liên quan tính chịu hạn được biểu hiện rõ ràng: i) giống có khả năng chịu hạn là những giống có khả năng duy trì sức trương của tế bào và dễ dàng vượt qua thời kỳ khô hạn; ii) giống không có khả năng chịu hạn sẽ bị héo và khô ngay khi có khó khăn về nước. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, cây lúa tiêu thụ một lượng nước rất lớn. Nhìn chung trong các loại cây trồng thì lúa nước là loại cây kém chịu hạn nhất. Giai đoạn phân hoá đòng, ôm đòng, trỗ và phơi màu là những giai đoạn mẫn cảm nhất của cây lúa với nước. Nước thâm nhập vào cây ở trạng thái tự do qua bộ rễ. Khả năng cung cấp nước tuỳ thuộc vào từng loại đất. Nghiên cứu khả năng giữ nước và độ ẩm gây héo cho cây lúa cho thấy đất thịt nặng có khả năng giữ nước tốt nhất và kém nhất là đất cát (McKersie và cs, 1994). Bảng 1. Khả năng giữ ẩm của đất và độ ẩm gây héo cho cây Loại đất Sức chứa ẩm đồng ruộng (%) Độ ẩm gây héo (%) Lượng nước cây sử dụng được (%) Đất thịt nặng Đất thịt Đất phù sa Cát 57 48 29 19 28 25 16 15 29 23 13 4 Theo Nguyen và cs (1997) tính chịu hạn của cây lúa phụ thuộc vào một hoặc nhiều các cơ chế sau: Cây sử dụng nước một cách hợp lý trong điều kiện thiếu nước thông qua việc làm giảm diện tích lá và rút ngắn thời gian sinh trưởng. Khả năng đâm sâu của rễ để khai thác nguồn nước ở độ sâu đảm bảo cho nhu cầu thoát hơi nước. Duy trì sức trương của tế bào thông qua khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu để bảo vệ các chồi non khỏi khô hạn trong điều kiện mất nước cực đoan. Kiểm soát mức độ thoát nước trên bề mặt của lá. Phản ứng chống lại sự thiếu hụt về nước ở thực vật là rất phức tạp, được tham gia bởi hàng loạt các quá trình trao đổi chất khác nhau. Khả năng giữ nước phụ thuộc chủ yếu vào sự đóng mở của khí khổng ở lá, còn khả năng thu nhận nước chủ yếu phụ thuộc vào chức năng của bộ rễ. 1.4. Di truyền phân tử liên quan đến tính chịu hạn ở cây lúa Các kết quả nghiên cứu sinh lý cho phép người ta khẳng định khả năng hút nước từ các tầng đất sâu để đáp ứng nhu cầu thoát hơi nước và khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu của bộ rễ là những đặc điểm chính quyết định tính chịu hạn ở lúa. Vì vậy, đặc điểm xuyên sâu của bộ rễ để thu nhận nước từ tầng đất sâu và khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu là những đặc điểm quan trọng trong chương trình chọn tạo tính chịu hạn ở cây lúa. Tuy nhiên để chọn ra được các tính trạng này thì cần phải có các thí nghiệm lặp lại chuẩn xác trong điều kiện thiếu nước ở nhà kính hoặc trên đồng ruộng. Hiện nay các nhà nghiên cứu đang tập trung tìm kiếm gene liên quan đến tính chịu hạn ở mức độ phân tử. Bản đồ vật lý (Physical map) cho tính trạng số lượng đang được lập trên cây lúa và đã phát hiện ra các dấu chuẩn phân tử. Các dấu chuẩn này sẽ cho phép các nhà chọn giống nhận biết những vị trí của các gene kiểm soát tính chịu hạn bỏ qua việc đánh giá kiểu hình. Ít nhất đã có hai bản đồ khá đầy đủ của lúa được công bố (Cause và cs, 1994). Những bản đồ gene trên đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu về lúa gần 2000 chỉ thị dấu chuẩn phân tử phân bố trong hệ genom với mật độ khoảng 0,9 cM. Những tiến bộ gần đây trong kỹ thuật sinh học phân tử như AFLP và RFLP đang làm tăng mật độ chỉ thị. Bản đồ gene của một số đặc điểm số lượng liên quan đến tính trạng hình thái của rễ như độ dày rễ, tỉ lệ giữa rễ/thân, trọng lượng khô rễ/nhánh và chiều dài tối đa của rễ đã được nhận biết khi tiến hành phân tích các dòng tự phối trong điều kiện nhà kính. Champoux và cs (1995) đã lập được bản đồ liên kết một số tính trạng số lượng liên quan đến khả năng tránh hạn dựa trên đặc điểm cuộn lá dưới điều kiện thiếu nước trong ba giai đoạn phát triển khác nhau. Đặc biệt nhóm nghiên cứu này đã phát hiện ra rằng có hơn 50% các tính trạng số lượng liên quan đến tính tránh hạn dựa vào hình thái của rễ là nằm trên cùng nhiễm sắc thể. Tính trạng số lượng liên quan với khả năng xuyên sâu của rễ lúa cũng đã được xác định bằng cách sử dụng hệ thống sáp nến như là những lớp đất cứng. Ở lúa, nhiều nghiên cứu đã xác định được vị trí của gen liên quan đến điều chỉnh ASTT (áp suất thẩm thấu) nằm trên nhiễm sắc thể số 8. Các nhóm gene số lượng (QTL) liên quan đến những đặc tính khác như hình thái rễ, tính tránh hạn và khả năng điều chỉnh ASTT đã được xác định là chúng nằm gần như trên cùng một vùng của nhiễm sắc thể số 8. Price và cs (1997) đã sử dụng quần thể F2 (Bala x Azucena, giống Bala là giống không chịu hạn, bộ rễ phát triển kém, giống Azucena giống chịu hạn tốt có bộ rễ phát triển) để phân tích kiểu gen chịu hạn liên quan đến bộ rễ khi trồng trong dung dịch hydroponic và phát hiện được 71 nhóm chỉ thị phân làm 17 nhóm bao trùm 1280 cM. Việc nghiên cứu các chỉ thị phân tử để so sánh bản đồ gene giữa các loài họ hàng đang được quan tâm nghiên cứu. Ở họ hoà thảo (Graminae) như lúa mì, lúa mạch, mạch đen (Secale cereale L), yến mạch (Avena sativa L.), ngô và cao lương thì lúa được coi trọng nhất. Khi bản đồ liên kết so sánh đã được thiết lập thì bất kể gene nào cũng có thể được tách ra dựa trên sự tương đồng giữa bản đồ gene của lúa và loài họ hàng. Điều này có ý nghĩa trong công nghệ gen và hy vọng các gene chống chịu sẽ được phân lập từ các loài họ hàng để chuyển vào lúa. Có khá nhiều nghiên cứu ở mức phân tử đã được tiến hành để xác định kiểu biểu hiện gene ở thực vật bao gồm cả lúa trong điều kiện thiếu nước. Nhiều cDNA biểu hiện trong điều kiện khô hạn mã hoá các loại protein khác nhau như LEA, RAB (sản phẩm của ABA) và các protein dẫn truyền ion đã được phân lập, nhưng vai trò của những gene này trong việc chống chịu với các điều kiện bất lợi và những chức năng sinh lý của chúng vẫn chưa được xác định rõ ràng. Bản đồ di truyền và dấu chuẩn phân tử về tính chịu hạn có ý nghĩa quan trọng trong di truyền chọn giống, nó cho phép tìm ra mối quan hệ giữa: gene-tính trạng-môi trường. Trên cơ sở đó các nhà tạo giống có thể đưa ra những phương pháp chọn tạo thích hợp có định hướng tính chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường cho các giống cây trồng. 1.5. Tăng cường tính chịu hạn bằng công nghệ sinh học 1.5.1. Tăng cường tính chịu hạn thông qua kỹ thuật chọn dòng tế bào Cùng với phương pháp tạo giống truyền thống, kỹ thuật chọn dòng tế bào chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật đang là những công cụ có hiệu quả cao trong việc cải tạo giống cây trồng. Dựa trên tính toàn năng của tế bào thực vật, sự xuất hiện các biến dị soma xẩy ra trong nuôi cấy, đặc biệt dưới tác nhân và điều kiện chọn lọc mà các nhà nghiên cứu thực nghiệm có thể phân lập ra được những tế bào có khả năng chịu khá với điều kiện khô hạn. Có khá nhiều nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao tính chịu hạn ở cây trồng (lúa, thuốc lá, cà chua...) ở mức độ in vitro. Các chất như PEG (polyethylene glycol), manitol, sorbitol, saccharose... được dùng như một tác nhân gây khô hạn trong môi trường nuôi cấy; hoặc bổ sung ABA là chất kìm hãm sinh trưởng làm nhân tố tác động để tăng cường khả năng giữ nước và chịu mất nước của mô. Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ sinh học đã sử dụng kỹ thuật thổi khô mô sẹo lúa làm mô mất 85% (so trọng lương tươi ban đầu) kết quả tạo được 2 giống lúa DR1, DR2 và dòng triển vọng DR3 có khả năng chịu hạn khá và cho năng suất ổn định ở vùng khó khăn về nước (Đinh Thị Phòng, 2001). Adkin và cs (1995) sử dụng chất PEG 8000 (polyethylene glycol) để làm tác nhân gây mất nước trong môi trường nuôi cấy mô sẹo. Kết quả là chọn được dòng lúa chịu hạn từ mô sẹo giống lúa Khao Dawk Mali 105. Các tính trạng nông sinh học quan trọng và khả năng chịu hạn đã duy trì và ổn định khi phân tích ở thế hệ R2. 1.5.2.. Tăng cường tính chịu hạn bằng kỹ thuật chuyển gene Mặc dù cơ chế chống chịu với điều kiện bất lợi về nước còn đang trong thời kỳ quá độ, nhưng cho đến nay một số chất liên quan đến tính chịu hạn đã được khẳng định (chẳng hạn sự tích luỹ nhiều proline, glycinebetaine, fructant, manitol...). Việc nghiên cứu những sản phẩm của gene được hình thành trong điều kiện khô hạn đang có ý nghĩa ứng dụng nhằm tạo ra những giống lúa có khả năng chịu hạn tốt. Những nghiên cứu thăm dò về công nghệ gene chịu các điều kiện bất lợi về nước đang tập trung vào các nhóm: Nhóm thứ nhất: Nhóm gen LEA (Late Embryogenic Abundant) của cây lúa mạch mã hoá những protein xuất hiện vào thời kỳ muộn của quá trình hình thành phôi sau khi thụ phấn. Đó là những protein góp phần bảo vệ phôi trong quá trình ngủ và chịu hạn của phôi trong hạt khô. Nhóm thứ 2: Nhóm RAB (Responsive to Absicis acid) của cây lúa nước liên quan đến tác động ức chế sinh trưởng tế bào của ABA khi thực vật gặp điều kiện bất lợi. Các gene RAB phản ứng với ABA nội sinh và ngoại sinh cho ra những protein có chức năng ức chế và bảo vệ thẩm thấu. Nhóm thứ 3: Gene thuộc chu trình sinh tổng hợp proline. Phòng sinh học phân tử, Trường đại học Tự do Bỉ đang tiến hành chuyển gene mã hoá cho enzym P5CS (enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp proline) vào một số giống lúa indica. Tuy nhiên gene này đã được chuyển thành công vào thuốc lá và nhận được kết quả tốt. Lượng proline tăng lên 8-10 lần so với cây đối chứng. Nhóm thứ 4: Các gene liên quan đến điều chỉnh ASTT, glycine betain, manitol synthase... Các nhà khoa học Trung Quốc đã chuyển gene HVAI (gene sản xuất protein giai đoạn cuối trong quá trình tạo phôi được tách từ lúa mạch) vào lúa và nhận thấy khả năng chống chịu thiếu nước và muối cao khi phân tích cây lúa chuyển gene. Ở Nhật Bản, một nhóm nghiên cứu đã dùng gen codA (gen oxy hoá clo) tách từ Arthrobacter globifornis dưới sự điều kiển của promoter 35S để chuyển vào lúa, kết quả phân tích cho thấy ở những cây lúa chuyển gene có sự tích luỹ nhiều glycine betaine. Một nghiên cứu khác đã chuyển gene betA mã hoá cho 2 enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp glycine betaine vào cây lúa, kết quả nhận được hàm lượng tích luỹ glycine betaine tăng ở rễ và lá là 5,1 và 1,2 mmol/gFW. Hướng nghiên cứu chuyển gene tăng cường tính chịu hạn, lạnh, chịu muối... như sau: - Điều khiển sự biểu hiện và sự hoạt động của hệ thống vận chuyển ion K+ Tăng cường sự thải ion Na+ ở trong tế bào rễ và không bào. Điều chỉnh thẩm thấu chủ yếu làm tăng quá trình trao đổi chất để chống lại quang ức chế Bảo vệ tế bào bằng các quá trình trao đổi chất đặc hiệu trong tế bào nhờ các enzyme, protein, loại bỏ gốc hydroxyl... 1.6. Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn ở Việt Nam Theo Vũ Tuyên Hoàng từ cuối thập kỷ 70 Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm đã tập trung nghiên cứu chọn tạo giống lúa cho những vùng khô hạn và những vùng sản xuất lúa thiếu nước tưới. Trong những năm từ 1986 - 1990 Viện đã lần lượt đưa ra 3 giống mới có tên là "CH" gồm: CH2, CH3, CH133. Những giống này có đặc điểm như chịu hạn, thích hợp cho các vùng hạn ở đồng bằng và trung du miền núi phía Bắc. Thời gian sinh trưởng từ 115 - 130 ngày, khả năng chịu hạn và phục hồi sau hạn tốt. Các giống này trong điều kiện thâm canh và được tưới khoảng 60 - 70% lượng nước của lúa nước, có thể đạt 50 - 60 tạ/ha. (Vũ Tuyên Hoàng và cs, 1995) Hiện nay, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm vẫn tiếp tục đẩy mạnh công tác nghiên cứu chọn tạo các giống lúa chịu hạn và cho ra giống lúa chịu hạn mới đã được công nhận là giống được phép sản xuất thử nghiệm là CH207, đồng thời còn đưa ra một số dòng, giống triển vọng đang được tiến hành thử nghiệm và cho kết quả tương đối khả quan như CH208, CH209, CH210, CH16, CH6,... Theo Nguyễn Hữu Nghĩa (1992), trong giai đoạn 1986 - 1990 Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã chọn lọc được 3 giống lúa từ nguồn nhập nội là UPLRi 5 vào năm 1985 từ Phi-lip-pin, BG35-2 năm 1985 từ Srilanka và KN96 năm 1986 từ Indonesia. Cũng trong thời gian này Viện đã chọn tạo theo hướng lai hữu tính, năm 1990 chọn tạo thành công giống lúa X11 từ tổ hợp lai Thiết cốt 31/IR30. Đây là giống lúa ngắn ngày chống chịu hạn tốt, cho năng suất cao thích ứng cho các vùng hạn. Vào năm 1991, Nguyễn Hữu Nghĩa và cộng sự đã tuyển chọn được giống H3 từ bộ dòng quan sát lúa cạn của Viện lúa Quốc tế, là dòng BR4290-3-35 được chọn từ tổ hợp lai C22/IR9752-136-2. Đây là một giống chịu hạn ngắn ngày, thích hợp trên đất nghèo dinh dưỡng hoàn toàn nhờ nước trời năng suất khoảng 34 tạ/ha. Năm 1993, từ bộ giống của IRRI các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Miền Nam đã chọn được các giống đặt tên là LC có khả năng cho năng suất gấp 2 lần giống địa phương và chịu hạn tốt như LC88-66, LC88-67-1, LC90-11, LC90-12, LC90-4, LC90-5... (Nguyễn Đức Thạch, 2000). Đây là những giống lúa được phát triển mạnh ở cao nguyên miền Đông Nam Bộ và một số tỉnh miền núi và trung du Bắc Bộ. Từ năm 2000, Viện công nghệ sinh học đã tạo được 2 giống lúa DR1, DR2 có khả năng chịu hạn khá và cho năng suất ổn định ở vùng khó khăn về nước, hai giống lúa này đã được gieo trồng rộng rãi ở các tỉnh miền núi phía Bắc, rất thích hợp cho chân đất bạc màu nghèo dinh dưỡng và không chủ động nước tưới (Đinh Thị Phòng, 2001). 1.6.1. Gây đột biến và ứng dụng trong cải tạo giống cây trồng Đột biến đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình tiến hoá của thế giới sinh vật thông qua chọn lọc. Đột biến và chọn lọc có vai trò quyết định trong sự hình thành và phát triển tính đa dạng của sinh giới, trong đó có cả các loài cây trồng và vật nuôi ngày nay. Các nhà nghiên cứu đột biến cho rằng, giữa các đột biến tự nhiên (tần số khoảng 10-6 - 10-9) và đột biến nhân tạo không có sai khác về bản chất sinh học: Các dạng đột biến tự nhiên đều có thể tìm thấy trong các phổ đột biến nhân tạo. Điều khác nhau cơ bản duy nhất chỉ bởi tần số đột biến. Tần số đột biến phóng xạ cao hơn mức tự nhiên khoảng 1000 lần hoặc cao hơn nữa, tuỳ theo liều lượng và loại tia phóng xạ cũng như kiểu gen của cây trồng. Tuỳ thuộc vào đó mà ở thế hệ M2 có thể phát hiện từ 0,2 - 7,0% hoặc hơn nữa số cây đột biến; có từ 6 - 40% cá thể mang một hay nhiều đột biến, nhiều khi ở M2 có tới 60 - 80% số họ đột biến. Có những hoá chất gây đột biến với tần số 100% (Nguyễn Hữu Đống và cs, 1997; Ahloowalia và cs, 2004). Đột biến làm tăng cường các biến dị; xuất phát từ các tác động làm biến đổi của gen, tiếp đó có thể tạo ra các tổ hợp gen mới. Nhờ đó người ta có thể tạo ra các giống mới trong khoảng thời gian ngắn, trong phạm vi thí nghiệm hẹp. Những thay đổi có lợi trong quá trình gây đột biến có thể được chọn lọc và tổ hợp lại nhờ quá trình lai tạo và chọn lọc. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn chế như sau: - Cho đến nay còn chưa định hướng hoàn toàn quá trình phát sinh đột biến, đặc biệt là đối với các đột biến mong muốn (tác động ngẫu nhiên, đa chiều). Do vậy rất phức tạp trong quá trình chọn lọc. - Rất nhiều biến đổi của ADN hoặc NST có thể được phục hồi, do vậy chỉ một số ít thực sự trở thành đột biến và thể hiện ở kiểu hình. - Khi có sự phát sinh và tồn tại nhiều biến đổi trong genom sẽ gây ra những sự mất cân bằng và rối loạn nhất định trong hoạt động sống của cơ thể. Hầu hết những biến đổi này gây nên những bất lợi, do vậy việc khắc phục các hạn chế của chúng cũng rất khó khăn phức tạp. Tuy nhiên, những thay đổi có lợi cũng không ít, có thể được chọn lọc trực tiếp hoặc được tổ hợp lại nhờ quá trình lai tạo và trải qua chọn lọc rồi trở thành giống mới. Như vậy, đột biến làm tăng tính đa dạng di truyền, tạo nguồn vật liệu phong phú, quí giá cho công tác chọn tạo giống cây trồng. Theo các nhà di truyền chọn giống thực vật, mục tiêu cơ bản và tiềm năng mà phương pháp chọn giống đột biến thực nghiệm có thể đạt được là: - Tạo các giống cây trồng chống chịu sâu bệnh; - Tạo các dạng cây có sản lượng hạt và phần sinh dưỡng cho sinh khối cao; - Tạo các dạng cây có những tính trạng quí như: chín sớm, có quang chu kỳ thay đổi, chịu được phân bón và có nhiều tính trạng có lợi cho việc áp dụng cơ giới trong canh tác; - Tạo các cây chống đổ và không gãy bông (do giống khởi đầu thường yếu thân và chịu phân đạm kém…); - Thay đổi các đặc tính sinh hoá, thay đổi hương vị, nâng cao hàm lượng protein và nhiều chất dinh dưỡng khác, giảm bớt tích tụ alkaloid… 1.6.2. Những nghiên cứu chọn tạo đột biến ở các giống lúa địa phương của Việt Nam Hầu hết các giống lúa chất lượng địa phương là những nguồn gen đa dạng, được thuần dưỡng từ lâu đời ở Việt Nam. Trên thực tế, đây là những nhóm giống lúa cổ truyền, có phẩm chất gạo rất tốt và có mùi thơm ngon. Các giống lúa chất lượng thuộc nhóm lúa mùa chính vụ có thời gian sinh trưởng dài 150 - 160 ngày, phản ứng chặt chẽ với ánh sáng ngày ngắn, biên độ thời vụ khá rộng. Hiện nay, có khoảng 12 giống lúa Tám được trồng phổ biến ở miền Bắc nước ta, trong đó các giống chất lượng cao nổi tiếng nhất như: Tám xoan Hải Hậu, Tám thơm ấp bẹ, Tám ấp bẹ Xuân Đài, Tám cổ ngỗng Nam Định... Các giống này thường được trồng ở vùng Thái Bình, Nam Định, Hải Dương, Hải Phòng... Các giống lúa Dự thơm, Tẻ di hương cũng là những giống lúa đặc sản nổi tiếng được trồng ở các tỉnh ven biển đồng bằng Bắc bộ, hiện nay đang được chú ý khôi phục trở lại do tính chất chịu mặn, chịu chua phèn. Gạo Dự thơm và Tẻ di hương được coi là loại gạo đặc sản dùng trong ngày lễ, ngày tết... Tuy nhiên, ở hầu hết các giống lúa địa phương đang trong tình trạng bị thoái hoá, chất lượng gieo trồng thấp, kỹ thuật canh tác chưa phù hợp nên sản phẩm chưa đạt yêu cầu chất lượng như mong muốn, năng suất thấp do có nhiều nhược điểm như cao cây, thân yếu nên chống đổ kém, kém chịu phân, lá dài rủ, hạt thưa, cổ bông dài. Phẩm chất hạt gạo do nhiều yếu tố quyết định như: giống, môi trường canh tác, kỹ thuật trồng, công nghệ chế biến… Trong đó, yếu tố giống đóng vai trò cơ bản. Bản chất hương thơm của các giống lúa đã được nghiên cứu khá sâu, mùi thơm của gạo chủ yếu do hàm lượng 2 acethyl-1-pyoproline quyết định. Hướng chọn tạo giống lúa cho gạo phẩm chất cao, xuất khẩu, là chọn kiểu hạt dài, ít hoặc không bạc bụng, hàm lượng amylose thấp hoặc trung bình. Có quan niệm khá phổ biến ở Việt Nam cho rằng, các giống lúa thơm địa phương ở nước ta là các nguồn gen ổn định do chọn lọc lâu đời. Do vậy chúng thường khó biến đổi các đặc tính di truyền, thậm chí có ý kiến cho rằng chúng khá “trơ” với các tác nhân gây đột biến hoá học cũng như vật lý. Trên thực tế, việc lai tạo ở các nhóm lúa này thường rất ít kết quả và hạn chế khả năng biến đổi cải tiến giống. Chính vì vậy, trong một thời gian dài, có rất ít công trình nghiên cứu cải tạo các giống lúa địa phương. Chỉ trong những năm gần đây, việc nghiên cứu chọn tạo các giống lúa chất lượng mới có những thành công bước đầu. Ở các giống lúa Tám, có một số nhóm tác giả đã nghiên cứu và tạo ra được một số giống và dòng có chất lượng cao và ổn định. Ngoài ra, các giống lúa chất lượng khác như Dự thơm, Tẻ di hương, Nàng thơm Chợ Đào hay các giống lúa thơm nhập nội cũng đang bắt đầu được quan tâm nhằm phục tráng hoặc chọn tạo ra những giống mới có chất lượng thương phẩm và các đặc điểm nông sinh học ưu việt hơn giống gốc (Lê Xuân Đắc, 2008; Nguyễn Như Toản và cs, 2006). PHẦN 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu Sử dụng 9 dòng lúa đột biến có nguồn gốc từ giống Tám xoan Hải Hậu được tạo ra bằng phương pháp tái sinh cây từ mô sẹo được xử lý phóng xạ bằng tia gamma từ nguồn Co60 với liều chiếu xạ là 7 krad và 1 giống đối chứng do Viện Công nghệ sinh học thực hiện và cung cấp. Bảng 3: Vật liệu nghiên cứu STT Tên dòng/giống 1 TĐB06 2 ĐR2 (ĐC) 3 TX1 4 TX5 5 TX12 6 TX20 7 TX28 8 TX2 9 TX17 10 TX41 Ghi chú: ĐC: Giống đối chứng TX1, TX5, TX12, TX20 TX28,TX2, TX17, TX41: Các giống đột biến 2. Nội dung - Nghiên cứu khả năng chịu hạn các dòng lúa Tám đột biến ở giai đoạn lúa đẻ nhánh. - Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển các dòng lúa Tám đột biến phục vụ mục đích chọn giống. 3. Phương pháp 3.1. Đánh giá sự sinh trưởng phát triển các dòng lúa Tám đột biến Bước 1: Chuẩn bị mạ Hạt giống được cho vào từng cốc riêng có ghi rõ tên dòng, mỗi dòng khoảng 25 - 30 hạt, rồi tiến hành ngâm trong vòng 2 ngày đêm (48h). Mỗi ngày đêm (24h) thay nước 1 lần, khi mầm mạ dài 1,5 - 2 cm thì cho vào cốc nuôi có đường kính 7cm, cao 6cm có lót giấy lọc, mỗi dòng 2 cốc, mỗi cốc 10 - 15 cây. Sau đó tiến hành nuôi mạ bằng dung dịch MS (Murashige Skoog) pha loãng 10 lần. Mạ được để trong nhà lưới, những ngày lạnh thì phải chuyển vào nhà kính để giữ ấm cho mạ, cứ 2 ngày lại thay dung dịch MS pha loãng 10 lần tới khi mạ đạt 3 lá thật. Bước 2: Trồng mạ vào khay - Chuẩn bị khay nhựa. - Chuẩn bị đất trồng Đất được cho vào khay cách miệng khay 5cm, sau đó tiến hành đổ nước vào khay ngập đất trong khay cách mặt đất 0,5 - 1cm. - Khi mạ có 3 lá thật thì tiến hành trồng vào khay: mỗi khay 5 dòng, thường xuyên theo giỏi chăm sóc, bắt sâu cho mạ nếu cạn nước thì phải bổ sung nước Bước 3: Theo dõi, đánh giá sự sinh trưởng của các giai đoạn: - Sự sinh trưởng giai đoạn mạ - Sự sinh trưởng giai đoạn lúa đẻ nhánh - Sự sinh trưởng giai đoạn sinh trưởng sinh sản 3.2. Phương pháp đánh giá tính chịu hạn giai đoạn lúa đẻ nhánh Bước 1: Chuẩn bị cây mạ Hạt giống được cho vào từng cốc riêng có ghi rõ tên dòng, mỗi dòng khoảng 100 hạt, rồi tiến hành ngâm trong vòng 2 ngày đêm (48h). Mỗi ngày đêm (24h) thay nước 1 lần, khi mầm mạ dài 1,5 - 2 cm cho những hạt đã nảy mầm vào cốc đường kính 7 cm, cao 6cm có lót giấy lọc, mỗi dòng 5 cốc, mỗi cốc 10 - 15 cây. Sau đó tiến hành nuôi mạ bằng dung dịch MS % pha loãng 10 lần. Mạ được để trong nhà lưới, những ngày lạnh thì phải chuyển vào nhà kính để giữ ấm cho mạ, cứ 2 ngày lại thay dung dịch MS % pha loãng 10 lần cho tới khi mạ có 3 lá thật. Bước 2: Trồng mạ vào cốc - Chuẩn bị cốc và khay nhựa: 5 cốc cho 1 dòng có ghi rõ tên dòng và 10 khay nhựa để đặt cốc vào. - Chuẩn bị đất trồng: Đất được đổ đầy cốc, sau đó tiến hành đặt cốc vào khay và đổ ngập nước tới miệng cốc. - Khi mạ được 3 lá thật thì tiến hành trồng mạ vào cốc: mỗi cốc 3 cây trồng thành hình tam giác. Thường xuyên theo giỏi chăm sóc, bắt sâu cho mạ, nếu cạn nước thì phải bổ sung nước. Bước 3: Gây hạn nhân tạo Khi lúa bắt đầu đẻ được từ 5 - 8 nhánh thì tiến hành rút nước, gây hạn nhân tạo. Bước 4: Đánh giá mức độ thiệt hại và mức chống chịu do hạn gây ra và khả năng phục hồi của chúng. Đánh giá mức độ thiệt hại theo thang điểm từ 1 đến 9: Số cây chết: 9 Số cây có 2/3 số lá héo khô: 7 Số cây có 1/3 số lá héo khô: 5 Số cây chỉ bị héo đầu lá: 3 Số cây không ảnh hưởng: 1 Xác định tính chịu hạn tương đối của cây lúa giai đoạn đẻ nhánh được tính theo công thức sau: a = (n0 x b) x 100 n x c a: Tỷ lệ thiệt hại do hạn gây ra (%) b: Trị số hại mỗi cấp c: Trị số hại của cấp cao nhất n0: Số cây của mỗi cấp bị hại n: Tổng số cây xử lý 4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hạt giống Xử lý hạn nhân tạo giai đoạn lúa đẻ nhánh; đánh giá các chỉ tiêu Theo dõi đánh giá sự sinh trưởng phát triển ở các giai đoạn Trồng trong cốc thí nghiệm ở điều kiện nhà lưới có mái che: 1 cốc 3 cây, 1 dòng/giống 5 cốc, 3 lần lặp lại Trồng trong khay thí nghiệm ở điều kiện nhà lưới : 15 cây/khay; 1 dòng/giống 3 khay Ngâm ủ, gieo mạ trong cốc thí nghiệm PHẦN 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn Các dòng lúa đột biến sau khi gieo trồng trong nhà lưới đều có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường. Sau thời gian tiến hành xử lý hạn và theo dõi đánh giá các chỉ tiêu nông học kết quả được trình bày như sau: 1.1. Chiều dài, khối lượng rễ của các dòng lúa Tám thí nghiệm - Chiều dài rễ Chiều dài rễ là chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng tới khã năng hút nước và chịu hạn của lúa. Chiều dài rễ được tính từ gốc đến đầu mút rễ dài nhất. Sau khi xử lý kết quả cho thấy dòng TX28 có chiều dài trung bình lớn nhất (22,19 cm) và lớn hơn cả so với giống ĐC. Dòng có chiều dài trung bình nhỏ nhất là TĐB06 (13,90 cm). Các dòng như ĐR2, TX20, TX2, TX17 có chiều dài trung bình rễ gần xấp xỉ ngang nhau: 17,83; 17,78; 17,60; 17,83. So sánh giữa những cây ĐC và những cây thí nghiệm thì những cây ĐC của dòng ĐR2(ĐC) có chiều dài rễ tăng nhiều hơn so với những dòng khác từ 17,83cm đến 26,33 cm. Những cây ĐC của dòng TX20 (từ 17,78 cm đến 20,27 cm) có chiều dài rễ tăng thấp nhất so với những cây xử lý. Sự tăng lên về chiều dài rễ giữa những cây ĐC và những cây xử lý của những dòng còn lại dao động trong phạm vi từ 19,36 cm đến 24,70 cm (TX20), hay từ 17,6 cm đến 21,0 cm (TX2). Bảng 1. Chiều dài rễ của những dòng xử lý so với đối chứng STT Chỉ tiêu Dòng Chiều dài rễ (cm) TN ĐC 1 TĐB06 13,90±0,63 18,33 ±0,82 2 ĐR2 (ĐC) 17,83 ±0,79 26,33 ±0,23 3 TX1 19,35±0,97 21,97 ±1,45 4 TX5 19,03± 0,93 24,13 ±0,33 5 TX12 19,36±0,61 24,70 ±0,21 6 TX20 17,78±0,51 20,27 ±0,98 7 TX28 22,19±1,01 25,13 ±0,35 8 TX2 17,60±0,49 21,00 ±0,84 9 TX17 17,83±0,71 23,60 ±0,26 10 TX41 20,16±0,71 25,67 ±0,42 Hình 1. hình ảnh của một số dòng giữa cây xử lý và cây ĐC - Khối lượng rễ Qua theo thời gian xử lý và theo dõi ta thấy dòng TX1 có khối lượng rễ lớn nhất (0,91 g) dòng có khối lượng thấp nhất là TX2 (0,29 g). Những dòng còn lại dao động từ 0,44g đến 0,67g. Những cây ĐC tuy được trồng trong điều kiện bình thường so với những cây thí nghiệm nhưng sự phát triển về khối lượng rễ không đáng kể chỉ tăng trong khoảng đến 0,44 g đến 0,67 g. Riêng hai dòng ĐR2 (ĐC) và dòng TX41 thì lại tăng khá mạnh so với nhưng dòng khác từ 0,79 g đến 0,94g. Bảng 2. Khối lượng khô của rễ những dòng xử lý so với ĐC STT Chỉ tiêu Dòng Khối lượng rễ (g) TN ĐC 1 TĐBO6 0,66±0,02 0,98±0,02 2 ĐR2 (ĐC) 0,66±0,02 1,60±0,20 3 TX1 0,91±0,02 1,16±0,07 4 TX5 0,67±0,03 1,01±0,07 5 TX12 0,62±0,02 0,94±0,07 6 TX20 0,64±0,02 0,88±0,13 7 TX28 0,57±0,02 0,89±0,08 8 TX2 0,29±0,01 0,60±0,04 9 TX17 0,65±0,03 0,88±0,02 10 TX41 0,44±0,02 1,23±0,10 1.2. Chiều dài, khối lượng thân của các dòng lúa Tám thí nghiệm - Chiều dài thân Một chỉ tiêu không kém phần quan trọng trong đánh giá khả năng sinh trưởng của lúa đó là chiều dài thân. Nó cũng chính là yếu tố quyết định đến khả năng chống đỗ của cây. Chiều dài thân của những cây xử lý nằm trong khoảng từ 49,58 cm đến 76,57 cm. Trong đó TĐB06 là dòng có chiều dài thấp nhất là 49,58 cm, còn chiều dài thân của dòng TX28 lại có chiều dài thân lớn nhất là 76,57 cm. Về sự phát triển của chiều dài thân của những dòng ĐC so với những những dòng thí nghiệm thì dòng TX12 là lớn nhất (từ 60,3 đến 94,73 cm) so với những dòng thí nghiệm. Dòng đứng thứ 2 là TĐB06 (tăng từ 4,58 cm đến 77,40 cm), và đứng thứ 3 là 2 dòng TX5 (từ 67,09 cm đến 90,80 cm) và TX17 (từ 63,28 cm đến 87,57 cm). Bảng 3. Chiều dài thân sau khi xử lý STT Chỉ tiêu Dòng Chiều dài thân (cm) TN ĐC 1 TĐB06 49,58±0,93 77,40±1,22 2 DR2 (ĐC) 51,00±0,77 62,03±0,55 3 TX1 62,26±1,04 84,60±1,99 4 TX5 67,09±2,48 90,80±0,38 5 TX12 60,30±1,33 94,73±0,48 6 TX20 67,69±1,55 84,33±5,20 7 TX28 76,57±1,22 94,70±0,95 8 TX2 49,98±0,69 59,80±1,88 9 TX17 63,28±2,04 87,57±0,12 10 TX41 67,77±0,92 91,40±1,71 Khối lượng thân Trong những dòng lúa xử lý hạn TX20 có khối lượng thân lớn nhất (3,92 g). ĐR2 là dòng có khối lượng khô của thân là nhỏ nhất (1,41 g). Những dòng còn lại đều có khối lượng cao hơn so với dòng đối chứng ĐR2 (ĐC). Xét về sự tăng lên của những dòng ĐC so với những dòng thí nghiệm thì những dòng như: TĐB06, TX1, TX12,TX41 tăng gần như nhau với mức tăng là từ khoảng 4,03 g đến 4,25 g. Bảng 4. Khối lượng khô của những dòng thí nghiệm và ĐC STT Chỉ tiêu Dòng Khối lượng thân (g) TN ĐC 1 TĐB06 1.48±0.05 5.70±0.05 2 DR2 (ĐC) 1.40±0.04 2.02±0.04 3 TX1 2.81±0.30 6.22±0.30 4 TX5 3.04±0.14 4.53±0.14 5 TX12 2.89±0.08 6.10±0.08 6 TX20 3.92±0.06 4.27±0.06 7 TX28 2.87±0.07 5.23±0.07 8 TX2 2.32±0.05 4.14±0.05 9 TX17 2.75±0.07 5.93±0.07 10 TX41 2.37±0.07 6.85±0.07 1.3. Khả năng đẻ nhánh của các dòng lúa Tám Số nhánh trên khóm không hẳn là số bông trên khóm . Trong thời kỳ đẻ nhánh chỉ có nhánh hữu hiệu mới có khả năng hình thành bông lúa. Qua bảng số liệu thấy số nhánh dao động từ 3,67 (ĐR2) nhánh đến 6,4 (TX41) nhánh. Dòng DR2 (ĐC) là dòng có số nhánh bình quân thấp nhất. Giữa những dòng ĐC và dòng thí nghiệm thì TX2 là dòng có số nhánh tăng lên nhiều nhất từ 4,2 nhánh đến 8,33 nhánh. Những dòng còn lại có mức tăng bình quân không đáng kể. Bảng 5. Số nhánh sau 5 ngày xử lý STT Chỉ tiêu Dòng Số nhánh TN ĐC 1 TĐBO6 4.93±0.30 8.33±0.33 2 DR2 (ĐC) 3.67±0.27 5.00±0.00 3 TX1 6.20±0.26 8.33±0.33 4 TX5 5.80±0.20 7.33±0.67 5 TX12 5.93±0.28 7.67±0.33 6 TX20 4.53±0.26 6.67±0.33 7 TX28 5.60±0.21 6.00±0.00 8 TX2 4.20±0.28 8.33±0.33 9 TX17 6.33±0.25 8.00±0.00 10 TX41 6.40±0.35 9.33±0.33 1.4. Mức độ thiệt hại do hạn gây ra Qua bảng đánh giá mức độ thiệt hại do hạn gây ra ta thấy dòng TX 41 có khả năng chống chịu hạn kém nhất so với những dòng còn lại và dòng ĐC. Ngoài TX41 thì các dòng còn lại thiệt hại ít hơn so với dòng ĐR2 (ĐC). TĐB06 là dòng có khả năng chống chịu tốt nhất, sau khi xử lý thì mức độ thiệt hại chỉ đạt 72,22 %. Bảng 6. Mức độ thiệt hại do hạn gây ra STT Dòng Tỷ lệ chết (%) Mức độ thiệt hại (%) 1 TĐB06 22,22 72,22 2 ĐR2 (ĐC) 94,44 98,76 3 TX1 50,00 85,18 4 TX5 69,44 93,21 5 TX12 66,66 95,68 6 TX20 75,00 94,44 7 TX28 83,33 95,68 8 TX2 30,11 92,59 9 TX17 88,89 97,53 10 TX41 100 100 2. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng 2.1. Khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây của các dòng lúa Tám thí nghệm - Khả năng đẻ nhánh Qua bảng số liệu ta thấy số nhánh của các dòng ở giai đoạn 30 ngày sau khi cấy xấp xỉ tương đương nhau va chúng dao động trong khoảng 2,20 nhánh (ĐR2) đến 3,53 nhánh (TX41, TX28). Ở giai đoạn 60 ngày sau khi cấy thì số nhánh lại chênh lệch nhau khá rõ ràng. Hai dòng cao nhất là TX41 (15,53 nhánh), TX17 (14,80 nhánh). Các dòng còn lại đều cao hơn hẳn so với dòng ĐR2 (ĐC). Dòng có số nhánh thấp nhất là ĐR2 (4,13 nhánh). Giai đoạn từ sau 30 ngày đến ngày thứ 60 trừ dòng ĐR2 thì số nhánh những dòng còn lại tăng khá đông đều như: TĐB06 (từ 3,07 đến 11,73), TX1 ( từ 2,80 đến 11,40), TX28 (từ 3,53 đến 11,67)... Bảng 8. Số nhánh lúa 30; 60 ngày sau khi cấy STT Chỉ tiêu Dòng Số nhánh 30 ngày 60 ngày 1 TĐB06 3,07±0,23 11,73±0,40 2 ĐR2 (ĐC) 2,20±0,14 4,13±0,22 3 TX1 2,80±0,26 11,40±0,29 4 TX5 2,53±0,19 11,13±0,31 5 TX12 3,33±0,19 12,21±0,30 6 TX20 2,53±0,24 9,07±0,28 7 TX28 3,53±0,13 11,67±0,29 8 TX2 2,60±0,16 11,33±0,30 9 TX17 3,27±0,28 14,80±0,26 10 TX41 3,53±0,13 15,53±0,24 + Chiều cao cây Chiều cao cây được đo từ mặt ruộng đến đầu mút của lá. Kết quả cho thấy, giống ĐR2 (ĐC ) có chiều cao trung bình lớn nhất (142cm), dòng có chiều cao trung bình nhỏ nhất là TĐB (97,33cm), các dòng đột biến đều thấp hơn so với giống ĐC. 2.2. Đặc điểm bông và hạt của các dòng lúa Tám thí nghiệm Chiều dài bông Qua theo dõi thấy rằng chiều dài bông của các dòng và giống thay đổi từ 21,67cm (TX2) đến 24,77 (TĐB06) có chiều dài bông lớn hơn giống ĐC là 0,67cm; các dòng còn lại có chiều dài bông thấp hơn so với giống ĐC. Tổng số hạt Số hạt trên bông là một chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng tới năng suất của lúa, tùy từng giống mà số lượng hạt thay đổi khác nhau. Tổng số hạt của các dòng và giống ĐC có sự thay đổi lớn, dòng TX12 có tổng số hạt thấp nhất 106,93 hạt trong khi đó dòng TX5 có tổng số hạt cao nhất là 230,53 hạt; cao hơn giống ĐC là 91,46 hạt; một số dòng khác như TX1, TX5, T41 cũng có tổng số hạt cao. Số hạt chắc của dòng đột biến TX5 là lớn nhất 198,53 hạt và lớn hơn so với giống ĐC là 62 hạt, dòng TX12 có số hạt chắc nhỏ nhất là 91,03 hạt, dòng TX41 cũng có số hạt chắc cao 183,23 hạt, các dòng còn lại có số hạt dao động từ 110,17 hạt đến 168,67 hạt. Bảng 9. Đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa thí nghiệm STT Chỉ tiêu Dòng Chiều cao cây (cm) Dài bông (cm) Số hạt chắc Tổng số hạt 1 TĐB06 97,33±0,82 24,77±0,17 140,13±1,92 158,53±2,32 2 ĐR2 (ĐC) 142,00±1,17 24,10±0,19 136,53±2,29 149,07±2,47 3 TX1 121,83±0,93 22,07±0,14 168,67±2,09 180,93±2,32 4 TX5 126,00±1,12 24,00±0,11 198,53±5,77 230,53±5,44 5 TX12 117,17±0,61 23,00±0,16 91,03±2,92 106,93±3,38 6 TX20 131,50±0,95 23,47±0,17 156,83±4,02 190,33±4,20 7 TX28 125,67±0,81 22,83±0,18 156,83±3,03 171,23±3,28 8 TX2 121,17±0,65 21,67±0,17 152,77±3,48 173,60±3,71 9 TX17 124,00±0,68 23,23±0,14 138,00±3,06 166,47±2,76 10 TX41 119,00±0,60 22,17±0,16 183,23±6,05 198,90±6,11 Kích thước hạt Kích thước hạt và hình dạng hạt có liên quan trực tiếp đến năng suất lúa, phẩm chất lúa. Từ kết quả thu được cho thấy kích thước hạt lúa tương đối ổn định: + Chiều dài hạt của các dòng đột biến dao động trong khoảng 7,42 cm (TX28) đến 8,97 mm (TĐB), so sánh với giống ĐC ta thấy rằng một số dòng đột biến có chiều dài hạt cao hơn như TX20, TX2, , TX17, . Trong các dòng đột biến thì TĐB06 là có chiều dài hạt cao hơn cả (8,97mm) các dòng còn lại dao động từ 7,42 mm đến 8,81mm. + Chiều rộng hạt của các dòng đột biến và giống ĐC dao động từ 2,55mm (2,55cm) đến 2,76 mm (TĐB06), các dòng đột biến khác đều có chiều rộng hạt cao hơn giống ĐC. Số bông trên khóm Số bông trên khóm thể hiện khả năng đẻ nhánh trong thời gian hữu hiệu vì những nhánh được hình thành trong thời kỳ này mới có khả năng làm đòng và trổ bông. Qua bảng số liệu thấy rằng số bông dao động từ 4,37 bông (TX2) đến 5,67 bông (TĐB 06), số lượng bông thay đổi giữa các dòng đột biến này không nhiều. Số bông/khóm trung bình của giống ĐC là 5,3 bông thấp hơn so với dòng TX20 và TĐB06 và cao hơn so với các dòng còn lại. Thời gian sinh trưởng Giống Tám xoan Hải Hậu là một giống có TGST dài (150 ngày) trong khi đó những dòng đột biến được tạo từ giống này lại có TGST thấp hơn hẳn, nó chỉ dao động từ 100 đến 110 ngày. Đây cũng là một chỉ tiêu được quan tâm trong chọn tạo những giống ngắn ngày mà vẫn cho năng suất cao. Trọng lượng 1000 hạt So sánh giữa các dòng đột biến và giống với nhau ta thấy rằng khối lượng 1000 hạt dao động từ 19,4 g (TX41) đến 22,94 g (TĐB06), các dòng còn lại có khối lượng 1000 hạt đều cao hơn so với giống ĐC. Bảng 4.16. Đặc điểm nông sinh học của các dòng lúa thí nghiệm STT Chỉtiêu Dòng Dài hạt (mm) Rộng hạt (mm)) Số bông/khóm P 1000 hạt (g) TGST 1 TĐB06 8,97±0,04 2,76±0,02 5,67±0,08 19,75 105 2 DR2 (ĐC) 7,76±0,02 2,55±0,02 5,30±0,09 19,33 150 3 TX1 7,65±0,02 2,65±0,02 4,50±0,13 20,78 105 4 TX5 7,56±0,02 2,65±0,02 4,63±0,15 20,12 100 5 TX12 7,45±0,02 2,64±0,02 5,20±0,11 19,68 110 6 TX20 7,78±0,02 2,64±0,02 5,33±0,14 21,63 105 7 TX28 7,42±0,02 2,66±0,02 4,83±0,13 19,75 105 8 TX2 7,82±0,02 2,59±0,02 4,37±0,11 21,16 104 9 TX17 8,81±0,02 2,59±0,02 4,63±0,15 21,89 104 10 TX41 7,45±0,02 2,65±0,02 4,70±0,13 19,49 104 PHẦN 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 1. Kết luận 1.1. Bước đầu đã xác định được các chỉ tiêu về chiều cao cây, số nhánh, trọng lượng thân, rễ của một số dòng sau khi xử lý hạn. 1.2. Sau khi xử lý thì tìm ra được TĐB06 là dòng có mức thiệt hại thấp nhất so với những dòng còn lại chỉ thiệt hại 72,22 %. Ngoài ra còn chọn được dòng TX1 là dòng có khả năng chống chịu hạn khá tốt, mức thiệt hại đạt 85,18 %. 1.3. Về khả năng sinh trưởng thì trong cùng một thời gian hai dòng TX41 (15,53 nhánh) và TX17 (14,80 nhánh) đẻ được nhiều nhánh nhất. 1.4. TX5 có tổng số hạt cao nhất là 230,53 hạt và số hạt chắc trên bông của dòng này đạt lớn nhất 198,53 hạt. 2. Đề nghị 2.1. Tiếp tục theo dõi để chọn ra được những dòng có khả năng chịu hạn tốt hơn. 2.2. Tiếp tục theo dõi, chọn lọc theo các chỉ tiêu về chiều cao cây, số nhánh, số hạt trên bông... của những dòng lúa Tám. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Lê Trần Bình, Lê Thị Muội (1998), Phân lập gen và chọn dòng chống chịu ngoại cảnh bất lợi ở cây lúa, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội. Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (2003), Cơ Sở di truyền tinh chống chịu đối với thiệt hại do môi trường của cây lúa, NXB Nông nghiệp thành phố Hồ Chí Minh. Lê Xuân Đắc (2008), Nghiên cứu ứng dụng biện pháp công nghệ sinh học nhằm khắc phục nhược điểm sinh lý cao cây và cảm quang của giống lúa Tám, Luận án Tiến sĩ sinh học, Viện công nghệ sinh học, Hà Nội. Nguyễn Hữu Đống, Đào Thanh Bằng, Lâm Quang Dụ, Phan Đức Trực (1997), Đột biến: Cơ sở lý luận và ứng dụng, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Đình Giao, Nguyễn Thiện Huyên, Nguyễn Hữu Tề, Hà Công Vượng (1997), Giáo trình Cây lương thực, Tập 1, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. Nguyễn Văn Hiển, Trần Thị Nhàn (1982), Giống lúa miền Bắc Việt Nam, NXB Nông thôn, Hà Nội. Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn Tấn Hinh, Trương Văn Kính (1995), Chọn tạo giống lúa cho các vùng khó khăn, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.. Vũ Văn Liết (dịch) (2008), Chọn tạo giống lúa cho môi trường hạn, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Nguyễn Hữu Nghĩa (1992), Kết quả nghiên cứu khoa học kỹ thuật nông nghiệp 1987-1991, NXB Nông nghiệp Hà Nội. Nguyễn Đức Ngữ (2002), Tìm hiểu về hạn hán và hoang mạc hoá, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Đinh Thị Phòng (2001), Nghiên cứu khả năng chịu hạn và chọn dòng chịu hạn ở lúa bằng kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật, Luận án Tiến sĩ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học, Hà Nội. Nguyễn Đức Thạch (2000), Đánh giá vật liệu khởi đầu để tuyển chọn giống lúa cạn cho vùng Cao Bằng Bắc Thái, Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội. Trần Nguyên Tháp (2000), Nghiên cứu những đặc trưng cơ bản của các giống lúa chịu hạn nhằm xây dựng chỉ tiêu chọn giống, Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp, Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội. Nguyễn Như Toản, Hoàng Quang Minh (2006), Hiệu quả tác động của phóng xạ gamma trong công tác chọn tạo giống lúa cao sản và chất lượng, Báo cáo hội nghị Khoa học và Công nghệ Hạt nhân toàn quốc lần thứ VI, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 300-3005. Tài liệu tiếng nước ngoài Adkin S.W., Kunanuvatchaidach R., Godwin I.D. (1995), Somaclonal variation in rice - drought tolerace andother agronomic character. Australian jounal of Botany. 4(2): 201-209. Ahloowalia B.S., Maluszynski M., Nichterlein K. (2004), "Global impact of mutation-derived varieties’’, Euphytica, 135: 187-204 Causse M.A., Fulton., Cho Y.G., Chuwongse K., Wu J., Xiao Z., Yu S.E., Harrington G., Second S.R., McCouch and Tankley S.S. (1997), Saturated molecular map of the rice genome based on an interspecific backcross population. Genetics, 138: 1251-1274. Champoux M.C., Wang G., Sarkarung S., Mackill D.J., O’Toole., Huang N and McCough S.R. (1995), Locating genes associated with root morphology and drought avoidance in rice via linkage to molecular markers. Theo App Genet, 90: 969-981. Bohnert H.J., Jensen R.G. (1996), Strategies for engineering water stress tolerance in plants, Tibtech, 14: 89-97. Hsiao T.C., Toole J.C.O., Tomar V.S. (1980), Water stress as a constraint to crop production the of tropics, International Rice Research Instiute. Priorities for alleviating soil related costraint to food production in the tropics, Los Banos, Philippines. McKersie B.D., Leshem Y.Y. (1994), Stress and stress coping in cultivated plants, kluwer Academic publishers.. Nguyen H.T., Babu C.R and Blum A. (1997), Breeding for drought in rice: Physiology and Molecular Genetic Considerations. Published in Crop Sci, 37: 1426-1434. Price A.H and Tomos A.D. (1997), Genetic dissection of root growth in rice (Oryza sativa L.) II: mapping quantitative trait loci using molecular markers. Theor Appl Genet. 95: 143-152. Hà nội, ngµy th¸ng n¨m 2011 Giáo viên hướng dẫn Sinh viªn thùc hiÖn TS. Lê Xuân Đắc T.S Lê Thị Liên Nguyễn Đình Tráng