Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng một số gen kháng bệnh bạc lá nhằm phát triển lúa lai ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:198

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu với mục tiêu nhằm chọn tạo được dòng R212 cải tiến chứa gen Xa7, trên cơ sở lai chuyển gen Xa7 vào dòng R212 tạo ra dòng R212BB7, kết hợp với dòng mẹ 103S và 103BB21S tạo ra giống lúa lai hai dòng mới kháng được các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng một số gen kháng bệnh bạc lá nhằm phát triển lúa lai ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NHẰM PHÁT TRIỂN LÚA LAI Ở CÁC TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP – 2020
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ NHẰM PHÁT TRIỂN LÚA LAI Ở CÁC TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM Ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9 62 01 11 Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền HÀ NỘI – 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng sử dụng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2020 Tác giả luận án Dương Đức Huy i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS.TS. Nguyễn Văn Hoan và PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lãnh đạo, cán bộ viên chức Trung Tâm Giống nông lâm nghiệp Lào Cai; Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ công chức Huyện ủy huyện Bảo Yên tỉnh Lào Cai đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2020 Tác giả luận án Dương Đức Huy ii
MỤC LỤC Lời cam đoan ...................................................................................................................... i Lời cảm ơn ......................................................................................................................... ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục chữ viết tắt ....................................................................................................... vi Danh mục bảng ...............................................................................................................viii Danh mục hình .................................................................................................................. xi Trích yếu luận án ............................................................................................................. xii Thesis abstract................................................................................................................. xiv Phần 1. Mở đầu ................................................................................................................ 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2 1.3.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................................ 3 1.4. Tính mới và những đóng góp của đề tài .............................................................. 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................. 3 1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................................. 3 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................................. 3 Phần 2. Tổng quan tài liệu .............................................................................................. 5 2.1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai ....................................................... 5 2.1.1. Nghiên cứu và phát triển lúa lai trên thế giới ...................................................... 5 2.1.2. Nghiên cứu và phát triển lúa lai ở Việt Nam ..................................................... 10 2.1.3. Những định hướng trong nghiên cứu và phát triển lúa lai ................................. 16 2.2. Di truyền kháng bệnh bạc lá ở lúa ..................................................................... 18 2.2.1. Nghiên cứu về vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa và nhóm nòi ................................ 18 2.2.2. Mối quan hệ ký sinh - ký chủ, thuyết "gen đối gene" ........................................ 21 2.2.3. Nghiên cứu về nhóm nòi .................................................................................... 22 2.2.4. Đặc điểm của các dòng lúa đẳng gen làm chỉ thị và nghiên cứu tính kháng bệnh trên lúa dại ................................................................................................. 25 iii
2.2.5. Nghiên cứu các gen kháng bệnh bạc lá lúa ........................................................ 26 2.2.6. Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh bạc lá lúa...................................... 29 2.3. Kết quả nghiên cứu chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá .......................... 30 2.3.1. Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới ............................................................ 30 2.3.2. Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam ............................................................. 33 2.4. Các nhận xét rút ra từ nghiên cứu tổng quan ..................................................... 34 Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 35 3.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 35 3.1.1. Các mẫu giống lúa sử dụng làm vật liệu ............................................................ 35 3.1.2. Các mẫu phân lập vi khuẩn gây bệnh bạc lá ...................................................... 35 3.1.3. Chỉ thị phân tử sử dụng trong nghiên cứu ......................................................... 36 3.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 36 3.2.1. Lai chuyển gen kháng bệnh bạc lá Xa7 vào dòng bố R212 và đánh giá dòng.............................................................................................................. 36 3.2.2. Chọn tạo các tổ hợp lúa lai cải tiến mang gen kháng bệnh bạc lá ..................... 37 3.2.3. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố cải tiến và sản xuất hạt lúa lai của các tổ hợp lai cải tiến .................... 37 3.2.4. Đánh giá hiệu quả sản xuất của các tổ hợp lúa lai cải tiến ................................ 37 3.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 37 3.3.1. Phương pháp chuyển gen Xa7 vào dòng R212 .................................................. 37 3.3.2. Phương pháp chỉ thị phân tử: (nội dung nghiên cứu 1) ..................................... 39 3.3.3. Phương pháp lây nhiễm vi khuẩn gây bệnh bạc lá nhân tạo (phục vụ cả 4 nội dung nghiên cứu) ......................................................................................... 40 3.3.4. Phương pháp đánh giá dòng R212BB7 (Nội dung nghiên cứu 1). .................... 42 3.3.5. Đánh giá các đặc điểm nông sinh học của con lai F1 (nội dung nghiên cứu 2) ................................................................................................................. 42 3.3.6. Đánh giá khảo nghiệm sản xuất về năng suất và khả năng kháng bệnh (Nội dung nghiên cứu 4) .................................................................................... 43 3.3.7. Phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan cơm bằng cho điểm (Nội dung nghiên cứu 4) ............................................................................................ 47 3.3.8. Một số công thức sử dụng: ................................................................................ 47 iv
Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận .................................................................... 49 4.1. Chuyển gen Xa7 kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa vào dòng phục hồi ........ 49 4.1.1. Lai chuyển gen Xa7 vào dòng phục hồi R212 và lây nhiễm nhân tạo .............. 50 4.1.2. Sàng lọc các cá thể R212 kháng bệnh bạc lá bằng chỉ thị phân tử .................... 58 4.1.3. Đánh giá các dòng phục hồi mang gen Xa7 cải tiến .......................................... 66 4.2. Chọn tạo các tổ hợp lúa lai cải tiến mang gen kháng bệnh bạc lá lúa ............... 82 4.2.1. Đánh giá các tổ hợp lai mang gen kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá vụ Xuân 2015 tại Bát Xát ....................................................................................... 83 4.2.2. Đánh giá các tổ hợp lúa lai cải tiến trong vụ Mùa 2015 tại Lào Cai ................. 94 4.3. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố cải tiến và sản xuất hạt lúa lai ............................................................ 101 4.3.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố cải tiến mang gen Xa7 ....................................................................... 101 4.3.2. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của dòng mẹ 103BB21S ......................................................................................... 105 4.3.3. Nghiên cứu sản xuất hạt lai F1 của các tổ hợp lúa lai cải tiến ......................... 107 4.4. Đánh giá hiệu quả sản xuất của các tổ hợp lúa lai cải tiến .............................. 111 4.4.1. Đánh giá tình hình sâu bệnh hại của hai tổ hợp lúa lai cải tiến ....................... 111 4.4.2. Đánh giá về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của 2 tổ hợp lúa lai cải tiến ......................................................................................................... 113 Phần 5. Kết luận và đề nghị ........................................................................................ 117 5.1. Kết luận ............................................................................................................ 117 5.2. Đề nghị ............................................................................................................. 118 Danh mục công trình đã công bố liên quan đến luận án ............................................... 119 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 120 Phụ lục ......................................................................................................................... 130 v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ/nghĩa tiếng Việt AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình khuyếch đại các đoạn chiều dài) APSA Asia and Pacific Seed Association (Hiệp hội hạt giống châu Á - Thái Bình Dương) AT Aromatic TGMS line (Dòng TGMS thơm) BAC Bacterial Artificial Chromosome (Nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn) BD Bất dục BRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế Bangladesh CMS Cytoplasmic Male Sterile (Bất dục đực tế bào chất) CSSLs Chromosome segment substitution lines (Dòng được thay thế một đoạn nhiễm sắc thể) CT Công thức Đ/C (đ/c) Đối chứng D/R Dài/rộng DNA Deribo Nucleic Acid (Axit Đêoxiribonuclei) EGMS Environment sensitive Genic Male Sterile (Bất dục đực di truyền nhân mẫn cảm với môi trường) FAO Food and Agam iculture Oganization (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) GCA General Combining Ability (Khả năng kết hợp chung) IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế ) ICRR Trung tâm nghiên cứu lúa Indonesia KL Khối lượng KNKH Khả năng kết hợp MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) MARD Ministry of Agam iculture and Rural Development (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn NS Năng suất NST Nhiễm sắc thể vi
PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng lặp) PGMS Photoperiod sensitive Genic Male Sterile (Bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm ánh sáng) QTL Quantitative Trait Loci (Locus tính trạng số lượng) RAPD Random Amplified Polymorphic DNA (Đa hình các đoạn DNA được khuyếch đại ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragments Length Polymorphism (Đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn) SCA Specific combining ability (Khả năng kết hơp riêng) SSR Simple Sequence Repeates (Đa hình các đoạn lặp lại đơn giản) TGMS Thermo sensitive Genic Male Sterility (Bất dục đực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với nhiêt độ) TGST Thời gian sinh trưởng ƯTL Ưu thế lai VM Vụ Mùa VX Vụ Xuân YTCTNS Yếu tố cấu thành năng suất WCG Wide Compatility Gen (Gen tương hợp rộng) vii
DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Tên các độc tố của vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa ................................................20 2.2. Mức độ kháng của các gen Xa với 4 nhóm nòi vi khuẩn Xoo ............................ 24 2.3. Mức độ độc tính gây bệnh của 4 nhóm nòi vi khuẩn Xoo ..................................24 3.1. Quá trình chọn tạo và đánh giá dòng ..................................................................38 3.2. Bảng đánh giá mức độ nhiễm bệnh bạc lá lúa ....................................................41 3.3. Thang điểm đánh giá chất lượng cảm quan cơm ................................................47 4.1. Tổng hợp nội dung thực hiện trong việc lai chuyển gen và đánh giá các cá thể được lựa chọn ................................................................................................ 49 4.2. Kết quả lây nhiễm nhân tạo của các cá thể thế hệ BC2F3 với ba mẫu phân lập vi khuẩn gây bệnh bạc lá trong vụ Xuân 2013..............................................52 4.3. Kết quả lây nhiễm nhân tạo của các cá thể thế hệ BC3F2 với ba mẫu phân lập vi khuẩn gây bệnh bạc lá trong vụ Xuân 2013..............................................55 4.4. Số dòng kháng với ba mẫu phân lập vi khuẩn bạc lá..........................................57 4.5. Kết quả kiểm tra sự có mặt của gen Xa7 thông qua phân tích PCR với cặp mồi RM5509 của 24 cá thể từ 501-1-1 đến 522-1-6...........................................59 4.6. Kết quả kiểm tra sự có mặt của Xa7 thông qua phân tích PCR với cặp mồi RM5509 của 24 cá thể tiếp theo từ 522 -1-7 đến 610 -1-11 ............................... 60 4.7. Kết quả kiểm tra sự có mặt của Xa7 thông qua phân tích PCR với cặp mồi RM5509 của 24 cá thể tiếp theo từ 610 -1-12 đến 632-1-11 .............................. 61 4.8. Kết quả kiểm tra sự có mặt của Xa7 thông qua phân tích PCR với cặp mồi RM5509 của 9 cá thể tiếp theo từ 632-1-12 đến 633-1-3 ...................................62 4.9. Tổng hợp kết quả xác định sự có mặt của gen Xa7 bằng chỉ thị phân tử ...........63 4.10a. Thời gian sinh trưởng của các dòng R212BB7 trong vụ Mùa 2013 ...................64 4.10b. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các cá thể nghiên cứu trong vụ Mùa 2013 .............................................................................................. 65 4.11a. Thời gian sinh trưởng của các dòng R212BB7 trong vụ Xuân 2014 tại Bát Xát ................................................................................................................67 4.11b. Thời gian sinh trưởng của các dòng R212BB7 trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát ................................................................................................................68 4.12. Động thái tăng trưởng chiều cao cây và chiều cao cây cuối cùng của các dòng lúa tham gia thí nghiệm trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát ........................... 69 viii
4.13. Đặc điểm cấu trúc thân của các dòng lúa tham gia thí nghiệm trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát ..................................................................................................70 4.14. Một số đặc điểm về lá đòng của các dòng lúa thí nghiệm trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát ..................................................................................................71 4.15a. Đặc điểm cấu trúc bông chính của các dòng R212BB7 trong vụ Xuân 2014 ....72 4.15 b. Đặc điểm cấu trúc bông chính của các dòng R212BB7 trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát ...........................................................................................................74 4.16. Đặc điểm hạt phấn và thời gian trỗ bông của các dòng lúa thí nghiệm trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát, Lào Cai ......................................................................75 4.17a. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng R212BB7 trong vụ Xuân 2014 ......................................................................................................76 4.17b. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng R212BB7 trong vụ Mùa 2014 .......................................................................................................77 4.18a. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của .......................................................... 79 4.18b. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng R212BB7 bằng lây nhiễm nhân tạo trong vụ Mùa 2014 ....................................................................80 4.19. Khả năng chống chịu tự nhiên với một số loại sâu bệnh hại chính của các dòng R212BB7 vụ Mùa 2014 .............................................................................81 4.20. Một số đặc điểm nông- sinh học của các tổ hợp lai F1 trong vụ Xuân 2015 tại Bát Xát ...........................................................................................................84 4.21. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai F1 vụ Xuân 2015 tại Bát Xát ..................................................................................................86 4.22. Giá trị ưu thế lai chuẩn của các tổ hợp lai F1 trên một số tính trạng vụ Xuân 2015 ...........................................................................................................88 4.23. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai qua lây nhiễm nhân tạo vụ Xuân 2015 .......................................................................................90 4.24. Khả năng chống chịu tự nhiên với một số loại sâu bệnh hại chính của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2015 ................................................................................92 4.25. Các chỉ tiêu nông học của các tổ hợp cải tiến trong vụ Mùa 2015 .....................94 4.26. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai......................... 95 4.27. Ưu thế lai chuẩn trên các tính trạng chủ yếu của các tổ hợp lai ......................... 96 4.28a. Mức kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lai trong vụ Mùa 2015 .......................... 98 4.28b. Mức kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp bằng lây nhiễm nhân tạo mẫu phân lập Thanh Hóa trong vụ Xuân 2016....................................................................98 4.29. Kích thước hạt thóc và hạt gạo của các tổ hợp trong vụ Mùa 2015 ...................99 ix
4.30. Đánh giá chất lượng cơm của các giống lúa nghiên cứu trong vụ Mùa 2015 ..100 4.31. Đánh giá các chỉ tiêu cơ bản của các dòng bố ..................................................102 4.32. Đánh giá các chỉ tiêu cơ bản của các dòng R212BB7-632 trong vụ Mùa 2014 ..........................................................................................................102 4.33. Mức độ kháng bệnh bạc lá của các dòng bố R212BB7 trong vụ Mùa 2014 ....103 4.34. Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng bố R212BB7 nhân dòng trong vụ Xuân 2015 ....................................................................................................104 4.35. Đánh giá các chỉ tiêu cơ bản của các dòng mẹ 103BB21S thời kỳ bất dục trong vụ Mùa 2014 tại Bát Xát, Lào Cai........................................................... 105 4.36. Tổng hợp các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của dòng mẹ 103S và 103BB21S vụ Mùa 2014 tại Bắc Hà, Lào Cai ..................................................106 4.37. Theo dõi số lá và sự nở hoa trùng khớp của các dòng bố mẹ trong vụ Mùa 2015 ..........................................................................................................107 4.38. Các bước phân hoá đòng của các dòng trong vụ Mùa 2015 ............................. 108 4.39. Thời gian trỗ và phun GA3 của các dòng bố mẹ vụ Mùa 2015 ........................ 109 4.40. Quá trình trỗ và nở hoa của các dòng bố mẹ vụ Mùa 2015 .............................. 109 4.41. Năng suất và sản lượng của các tổ hợp lai trong vụ Mùa 2015 tại Bát Xát, Lào Cai ..............................................................................................................110 4.42a. Tình hình sâu bệnh hại của hai tổ hợp lúa lai cải tiến.......................................111 4.42b. Tình hình sâu hại của hai tổ hợp lúa lai cải tiến tại các điểm khảo nghiệm vụ Mùa 2016 .....................................................................................................112 4.42c. Tình hình bệnh hại của hai tổ hợp lúa lai cải tiến tại các điểm khảo nghiệm vụ Mùa 2016 .....................................................................................................112 4.43a. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của 2 tổ hợp lai cải tiến trong vụ Xuân 2016 ....................................................................................................113 4.43b. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của tổ hợp lai LC632 trong vụ Mùa 2016 ..........................................................................................................114 4.43c. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của tổ hợp lai LC575 trong vụ Mùa 2016 ..........................................................................................................115 x
DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 3.1. Sơ đồ lai chuyển gen Xa7 vào dòng R212.............................................................. 38 4.1. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 cặp mồi RM5509 của 24 cá thể từ 501-1-1 đến 522-1-6 ............................................................................................................. 58 4.2. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 của cặp mồi RM5509 của 24 cá thể tiếp theo từ 522 -1-7 đến 610-1-11 ........................................................................................ 60 4.3. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 của cặp mồi RM5509 của 24 cá thể tiếp theo từ 610-1-12 đến 632-1-11 ....................................................................................... 61 4.4. Điện di sản phẩm PCR gen Xa7 của cặp mồi RM5509 của 9 cá thể từ 632-1- 12 đến 633-1-3 ........................................................................................................ 62 xi
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Dương Đức Huy Tên Luận án: Nghiên cứu ứng dụng một số gen kháng bệnh bạc lá nhằm phát triển lúa lai ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam. Ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng. Mã số: 9 62 01 11 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Mục đích nghiên cứu: Chọn tạo được dòng R212 cải tiến chứa gen Xa7, trên cơ sở lai chuyển gen Xa7 vào dòng R212 tạo ra dòng R212BB7, kết hợp với dòng mẹ 103S và 103BB21S tạo ra giống lúa lai hai dòng mới kháng được các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam. Nội dung và phương pháp nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu: (1). Chuyển gen kháng bệnh bạc lá Xa7 vào dòng bố R212 thông qua phương pháp lai trở lại kết hợp với chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) nhằm tạo ra dòng R212 cải tiến chứa gen Xa7 (R212BB7). (2). Chọn tạo các tổ hợp lúa lai cải tiến mang gen kháng bệnh bạc lá, trên cơ sở kết hợp dòng bố R212BB7 với dòng mẹ 103S và 103BB21S. (3). Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố cải tiến và sản xuất hạt lúa lai của các tổ hợp lai cải tiến. (4). Đánh giá hiệu quả sản xuất của các tổ hợp lúa lai cải tiến. - Vật liệu nghiên cứu: Sử dụng dòng R212, IRBB7, dòng 103S; 103BB21S; Giống lúa LC212. - Phương pháp nghiên cứu: Lai backcross kết hợp với MAS để chuyển gen Xa7 từ thể cho IRBB7 vào dòng bố R212 và làm thuần theo mục tiêu; Kỹ thuật PCR kiểm tra sự có mặt của gen kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa trong dòng R212 mang gen Xa7; Lây nhiễm nhân tạo và đánh giá khả năng kháng bệnh của các dòng; Đánh giá con lai F1; Đánh giá ưu thế lai của các tổ hợp lai; Đánh giá đặc điểm nông sinh học, đặc điểm hình thái, sâu bệnh và năng suất; Đánh giá tính bất dục của dòng mẹ; Phân tích khả năng kết hợp; Đánh giá tỷ lệ gạo xay, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên, tỷ lệ trắng trong; Đánh giá chất lượng cơm và xử lý số liệu thí nghiệm theo tiêu chuẩn 10TCN 395-2006 của Bộ Nông nghiệp & PTNT. xii
Kết quả chính và kết luận 1) Bằng phương pháp lai chuyển gen, chọn lọc kiểu hình kết hợp với chọn lọc dựa vào chỉ thị phân tử, nghiên cứu đã chuyển thành công gen Xa7 vào dòng R212. Thông qua đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất và khả năng kháng bệnh bạc lá đã lựa chọn được 2 dòng 575-1-1-4 và 632-2-4 -2 chứa gen Xa7, đây là hai dòng cải tiến có tiềm năng năng suất và khả năng kháng được với các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá đang phổ biến ở các tỉnh phía Bắc. Đồng thời cũng lựa chọn được 2 dòng là 504-1-1-1 và 610-1-1-1 để tiếp tục nghiên cứu chọn tạo các giống lúa mới. 2) Thông qua việc lai tạo, đánh giá các tổ hợp lúa lai từ các dòng bố cải tiến với dòng mẹ 103S và 103BB21S (mang gen Xa21) cho thấy các tổ hợp mang 1 hay 2 gen đều biểu hiện tính kháng với các mẫu vi khuẩn gây bệnh bạc lá. Qua đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học đã lựa chọn được 2 tổ hợp là 103BB21S/R212BB7-575-1-1-4 (LC575) và 103BB21S/ R212BB7-632-2-4-2 (LC632) có các chỉ tiêu nông sinh học, năng suất vượt trội so với đối chứng và kháng được bệnh bạc lá. 3) Các dòng R212BB7 và dòng 103BB21S được lựa chọn có một số chỉ tiêu nông sinh học được cải tiến so với dòng gốc, kháng được bệnh bạc lá nên nhân dòng cho năng suất cao hơn dòng gốc (dòng R212BB7 tăng tới 8 tạ/ha, dòng 103BB21S tăng 3,05 tạ/ha so với đối chứng); Trong sản xuất hạt lúa lai F1 với tổ hợp 2 gen Xa7 và Xa21 do cả dòng bố và dòng mẹ đều mang gen kháng nên đã tạo ra quần thể ruộng sản xuất hạt lai khỏe mạnh, thân cây vững chắc đã góp phần làm tăng năng suất hạt lai, trong đó tổ hợp LC632 tăng 6,82 tạ/ha, tổ hợp LC575 tăng 5,62tạ/ha so với đối chứng. 4) Kết quả đánh giá hiệu quả sản xuất lúa lai thương phẩm của 2 tổ hợp lúa lai LC632 và LC575 tại các tỉnh Trung du miền núi phía Bắc, vùng đồng bằng ven biển và Bắc Trung bộ cho thấy giống lúa lai cải tiến có năng suất cao hơn đối chứng từ 4,0 đến 12,0 tạ/ha, trong đó năng suất cao nhất đạt được tại vùng ven biển nơi bệnh bạc lá gây hại nặng cho sản xuất lúa trong vụ Mùa. xiii
THESIS ABSTRACT PhD candidate: Duong Duc Huy Thesis title: Research on application of bacterial leaf blight resistance genes to develop hybrid rice in Northern provinces of Vietnam. Major: Genetics and Plant Breeding. Code: 9 62 01 11 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA). Objectives Choose to create R212 carry Xa7 gene, on the basis of crossing Xa7 gene into the R212 line to create R212BB7 line, combine with the mother line 103S and 103BB21S to create a new two-line hybrid rice that can resistant to bacterial leaf blight in Northern provinces of Vietnam. Materials and Methods - Research content: (1) Use backcross and marker assisted selection (MAS) methods to transfer the Xa7 bacterial leaf blight resistance gene into R212 line created R212BB7 line carry Xa7 gene. (2) Select of new improved hybrid rice combinations that carrying bacterial leaf blight resistance gene, based on combination of R212BB7 with 103S or 103BB21S lines. (3) Evaluation of agronomic, biological characteristics and resistance bacteria leaf blight of improved rice lines and production F1 of improved hybrid rice combinations. (4) Production efficiency evaluation of improved hybrid rice combinations. - Research materials: R212, IRBB7, 103S, 103BB21S and LC212. - Research methods: + Using the backcrossing to transfer Xa7 gene from the donor IRBB7 to restorer line R212. + Using PCR techniquesand the MAS method to identify Xa7 gen into new created materials. + Artificial infection assesses disease resistance of strains to new created materials. + Evaluate agam o-biological characteristics, morphological, pest and yield characteristics; Assessing sterility; Analysis of possible combination; The ratio of xiv
milled rice, milled rice ratio, whole gam ain rice ratio, clear white ratio; Rice quality and process experimental data according to standard 10TCN 395-2006 of MARD. Main findings and conclusions 1) By backcross, pedigam selection combined with marker assisted selection, the result has successfully transferred Xa7 gene into R212 line. Evaluate agamonomic traits of the new lines choossed two lines 575-1-1-4 and 632-2-4-2 carried Xa7 gene, these are two improved lines with high yield potential and resistance to the bacterial leaf blight disease strains popular in Northern provinces of Vietnam. At the same time, 504-1-1-1 and 610-1-1-1 were selected to continue researching and creating new rice varieties. 2) Proceed to hybridization of hybrid rice combinations from promis restorer R212BB7 lines with 103S and 103BB21S mother lines (carry Xa21 gene). The result showed that combinations carry a single gene Xa7/Xa21 or carrying both genes expressed resistance to bacterial leaf blight pathogens. The results were selected two combinations 103BB21S/R212BB7-575-1-1-4 (LC575) and 103BB21S / R212BB7- 632-2-4-2 (LC632) were more resistant to disease and higher yield than other combinations and the control. In addition to resistance to bacterial leaf blight, these combinations were capable of producing higher yields. 3) The R212BB7 line and 103BB21S line was secleted more advanced than the original R212. They improved higher than the original line of the yield. R212BB7575 reached 8.0 quintals / ha higher than the control. For mother line multiplication with the same cultivation regime of 103BB21S, the net yield was 3.05 quintals / ha, corresponding to 22%. In F1 hybrid rice seed production with the combination of Xa7 and Xa21 genes because both the parent line and the mother line carry the resistance gene, the population has been created to produce healthy hybrid seeds and solid stalks have contributed to increasing energy hybrid seed yield. LC632 combination increased 6,82 quintals/ha, LC575 combination increased 562 quintals/ha compared to the control. 4) Results of evaluating the efficiency of commercial hybrid rice production of hybrid rice LC632 and LC575 containing Xa7 and Xa21 genes in the Northern midland and mountainous areas; coastal plains and the North Central region showed that the new hybrid rice all yield increases from 4.0 to 12.0 quintals /ha compared to the control. Of which the highest difference is achieved in coastal areas where blight is severely harmful to rice production in the crop season. xv
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong sản xuất lúa gạo thì lúa lai là một trong những thành tựu khoa học nông nghiệp lớn nhất của thế kỷ XX. Lúa lai có năng suất cao hơn lúa thuần từ 15-20%, do đó lúa lai được coi là cây xóa đói của nhiều Quốc gia châu Á. Hiện nay các giống lúa lai được sử dụng ngày càng rộng rãi, góp phần làm tăng năng suất một cách đáng kể. Tuy nhiên, các giống lúa lai có ưu điểm năng suất cao, nhưng hạn chế là khả năng chống chịu với bệnh bạc lá chưa cao. Chính vì vậy việc chọn tạo được các giống lúa bố, mẹ và con lai F1 có khả năng kháng bệnh bạc lá là việc làm cần thiết trong điều kiện sản xuất lúa gạo hiện nay. Trong thực tế các giống lúa lai đạt năng suất cao nhưng hay bị bệnh bạc lá gây hại, đặc biệt khi gieo cấy trong vụ Mùa và trong điều kiện thâm canh. Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Orzae gây ra, là một trong những bệnh gây hại đến nhiều vùng trồng lúa trên thế giới, ở mức độ nhẹ chúng làm cho lá lúa bị trắng do mất diệp lục dẫn đến lá khô và chết làm giảm khả năng quang hợp, do đó làm giảm năng suất lúa; ở mức độ nặng khi gây hại vào giai đoạn lúa trỗ bông và chín sữa bộ lá bị nhiễm cháy làm mất khả năng quang hợp của cây. Đặc biệt, chúng gây hại ở cổ bông sẽ làm chết các bó mạch dẫn truyền chất dinh dưỡng về hạt, bệnh nặng có thể không cho thu hoạch. Đến nay, các nhà khoa học trên thế giới đã xác định được 45 gen kháng bệnh khác nhau trên thế giới được ký hiệu từ Xa1 đến Xa46 (chưa có gen Xa37). Nhiều nghiên cứu cho thấy gen kháng bệnh bạc lá lúa hiệu quả cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam là các gen xa5, Xa7 và Xa21. Trong đó gen Xa21 đã được Học viện Nông nghiệp Việt Nam chuyển thành công vào dòng mẹ 103S (ký hiệu là 103BB21S) (Hien Vu Thi Thu & Yoshimura, 2015). LC212 là giống lúa lai hai dòng do Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp Lào Cai chọn tạo từ dòng mẹ 103S và dòng bố R212. LC212 có thời gian sinh trưởng trung bình, cứng cây, đẻ khỏe, hạt xếp xít, năng suất cao, thích ứng rộng với các vùng sinh thái. Tuy nhiên, giống lúa lai LC212 không kháng được bệnh bạc lá nên đã hạn chế trong việc mở rộng diện tích ra các tỉnh phía Bắc và có nguy cơ rủi ro trong gieo cấy. 1
Vì vậy, việc định hướng chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào dòng bố, kết hợp với dòng mẹ sẵn có để nâng cao năng suất và tính kháng bạc lá trên nền tổ hợp lúa lai LC212 là hết sức cần thiết trong điều kiện sản xuất hiện nay. Đồng thời sử dụng các dòng lúa bố cải tiến làm vật liệu khởi đầu cho chọn tạo các tổ hợp lúa lai mới là hướng đi đúng cho các nhà chọn tạo giống lúa. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Chọn tạo được dòng R212 cải tiến chứa gen Xa7, trên cơ sở lai chuyển gen Xa7 vào dòng R212 tạo ra dòng R212BB7, kết hợp với dòng mẹ 103S và 103BB21S tạo ra giống lúa lai hai dòng mới kháng được các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam. 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu - Sử dụng dòng R212 và giống lúa lai hai dòng LC212 của Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp Lào Cai; - Dòng TGMS 103S, TGMS 103BB21S của Viện nghiên cứu Phát triển Cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; - Dòng IRBB7 chứa gen Xa7 của Viện nghiên cứu lúa Quốc tế, do Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam – Nhật Bản, Học viện Nông nghiệp Việt Nam cung cấp; Sử dụng dòng R212 làm đối chứng cho các dòng R212BB7 mới chọn tạo; sử dụng giống LC212 làm đối chứng cho các giống lúa mới chọn tạo. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung vào lai chuyển gen Xa7 vào dòng R212, đánh giá đặc điểm nông sinh học và tính kháng bệnh bạc lá của các dòng R212BB7 mới chọn tạo được dòng R212 cải tiến. Tổ chức đánh giá hiệu quả nhân dòng lúa bố, mẹ và sản xuất thử hạt lai F1. Tiến hành lai tạo các tổ hợp giữa các dòng R212BB7 với dòng mẹ 103S và 103BB21S, đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học, năng suất và khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp mới chọn tạo và tổ chức khảo nghiệm sản xuất các tổ hợp lúa lai hai dòng mới chứa gen Xa7 và Xa21. 2
1.3.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu - Địa điểm nghiên cứu: Lai chuyển gen và đánh giá dòng tại: Trung tâm nghiên cứu cây trồng Việt Nam - Nhật Bản, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; Đánh giá dòng tại Trại Nghiên cứu và sản xuất giống lúa Bát Xát, Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp tỉnh Lào Cai và tại Sóc Trăng. Đánh giá khả năng kết hợp của các tổ hợp lai mới; đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học và khả năng kháng bệnh bạc lá của các tổ hợp lúa lai cải tiến; nhân dòng lúa bố, mẹ và sản xuất hạt lai F1: Trại nghiên cứu và sản xuất giống lúa Bát Xát và Trại Rau quả Bắc Hà thuộc Trung tâm Giống Nông lâm nghiệp Lào Cai. Khảo nghiệm sản xuất tại các điểm khảo nghiệm Sóc Trăng, Lào Cai, Nam Định, Vĩnh Phúc và Thanh Hóa. - Thời gian nghiên cứu: Vụ Xuân 2011 đến 2016. 1.4. TÍNH MỚI VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI Kết quả nghiên cứu của đề tài là minh chứng cho sự thành công của phương pháp lai chuyển gen mục tiêu (gen kháng vi khuẩn gây bệnh bạc lá) vào dòng cho phấn, kết quả lai tạo và chọn lọc được 2 dòng bố cải tiến là R212BB7- 632-2-4-2 và R212BB7-575-1-1-4 chứa gen Xa7 kháng được 3 nòi vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam. Nghiên cứu đã lai tạo và chọn lọc được 2 giống lúa lai LC632 và LC575 chứa 2 gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 kháng được 3 nòi vi khuẩn gây bệnh bạc lá phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam, những tổ hợp lúa lai cải tiến này vẫn mang được những đặc tính cơ bản có lợi của tổ hợp lúa lai ban đầu LC212. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Cung cấp thông tin, dẫn liệu khoa học có giá trị tham khảo cho chọn tạo hoặc cải tạo giống lúa lai hai dòng kháng bạc lá, thông qua chuyển gen trội Xa7 vào dòng bố. Việc lai chuyển gen Xa7 thành công vào dòng lúa bố tạo ra được nguồn vật liệu mới, đồng thời giúp duy trì dòng mang gen mục tiêu dễ dàng hơn so với việc duy trì gen mục tiêu ở dòng mẹ TGMS. 3