Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng di truyền của các dòng lúa lai ở thế hệ thứ 8 của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

117
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng di truyền của các dòng lúa lai ở thế hệ thứ 8 của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu được thực hiện để Xác định đa dạng di truyền của các dòng lúa lai của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu nhằm giới thiệu nguồn biến dị tổ hợp có giá trị phục vụ cho việc bảo tồn và khai thác nguồn gen quý từ 2 giống lúa gốc Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu đa dạng di truyền của các dòng lúa lai ở thế hệ thứ 8 của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Đinh Văn Tiên LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Đinh Văn Tiên Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 604230 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN THỊ MONG Thành phố Hồ Chí Minh – 2012
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Thạc sĩ Sinh học “Nghiên cứu đa dạng di truyền của các dòng lúa lai ở thế hệ thứ 8 của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu.” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu trong luận văn là số liệu trung thực. Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012 Đinh Văn Tiên Học viên Cao học khóa 21 Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh
ii LỜI CẢM ƠN Trong những ngày thực hiện luận văn bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, em luôn nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình, và bạn bè. Có được thành quả này, trước hết em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc nhất đến TS. Nguyễn Thị Mong về sự nhiệt tình và hết lòng giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn gia đình dượng Tư, Anh Tú (ấp Phú Lợi, xã Tân Phú Trung, huyện Củ Chi, TPHCM) đã giúp đỡ em trong suốt thời gian gieo trồng và nghiên cứu đề tài. Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô ở phòng thí nghiệm Sinh lý thực,Vi sinh, Di truyền, Sinh hóa đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn. Cám ơn bạn Nguyễn Thị Như Ý, người bạn đã đồng hành cùng tôi trong suốt chặng đường gian khó vừa qua. Cuối cùng con xin cảm ơn bố, mẹ, cảm ơn gia đình yêu thương luôn che chở và ủng hộ con tiến bước. Xin chân thành cảm ơn tất cả tình cảm của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Kính chúc sức khỏe và thành công!
iii MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan ................................................................................................................i Lời cảm ơn ................................................................................................................. ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục các kí hiệu, chữ viết tắt ..............................................................................v Danh mục các bảng ....................................................................................................vi Danh mục các biểu ................................................................................................... vii Danh mục các hình .................................................................................................. viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ...........................................................................2 3. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................2 4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ..............................................................................2 5. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................................2 5.1. Ý nghĩa lý luận..............................................................................................2 5.2. Ý nghĩa thực tiễn...........................................................................................2 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................3 1.1. Tầm quan trọng của cây lúa .............................................................................3 1. 2. Sơ lược nguồn gốc và lịch sử hình thành cây lúa ............................................3 1.2.1. Nguồn gốc xuất xứ .....................................................................................3 1.2.2. Nguồn gốc thực vật ....................................................................................5 1.3. Phân loại cây lúa ...............................................................................................5 1.3.1. Theo sinh thái, địa lý .................................................................................5 1.3.2. Theo đặc tính sinh lý - tính cảm quang .....................................................6 1.3.3. Theo điều kiện môi trường canh tác ..........................................................7 1.3.4. Theo đặc tính sinh hóa hạt gạo ..................................................................7 1.3.5. Theo đặc tính hình thái ..............................................................................8 1.4. Quan niệm mới về hình dạng lúa năng suất cao ...............................................8 1.5. Đa dạng nguồn gen lúa đối với an ninh lương thực và sản xuất nông nghiệp bền vững ..................................................................................................................9 1.6. Tình hình nghiên cứu về đa dạng di truyền ở Việt nam và thế giới ...............10 1.6.1. Đa dạng di truyền là gì.............................................................................10 1.6.2. Nguồn gen lúa hiện nay ...........................................................................10
iv 1.6.3. Phương pháp nghiên cứu và đánh giá đa dạng di truyền .........................11 1.6.4. Đánh giá đa dạng di truyền lúa trên thế giới ...........................................12 1.6.5. Đánh giá đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam ............................................14 1.7. Nghiên cứu sự di truyền một số tính trạng ở lúa trồng ..................................16 1.7.1. Sự di truyền một số tính trạng hình thái ..................................................16 1.7.2. Sự di truyền một số tính trạng sinh lý......................................................21 1.7.3. Sự di truyền một số tính trạng sinh hóa ...................................................23 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................26 2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................26 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..................................................................26 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................26 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu đặc điểm nông – sinh học ...............................26 2.3.2. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu sinh hóa ......................................27 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU và thẢO LUẬN ......................................31 3.1. Một số đặc điểm hình thái và nông sinh học có giá trị chọn giống ................31 3.1.1. Một số tính trạng hình thái thân. ..............................................................31 3.1.2. Một số tính trạng hình thái lá ...................................................................35 3.1.3. Một số tính trạng hình thái bông..............................................................44 3.1.4. Một số tính trạng hình thái hạt .................................................................52 3.1.5. Thời gian sinh trưởng ..............................................................................54 3.2. Các yếu tố cấu thành năng suất ......................................................................57 3.2.1. Số hạt chắc trên bông ...............................................................................57 3.2.2. Tỉ lệ hạt lép ..............................................................................................59 3.2.3. Khối lượng 1000 hạt ................................................................................62 3.2.4. Năng suất cá thể .......................................................................................63 3.2.5. Số bông hữu hiệu trên khóm ....................................................................64 3.2. Một số đặc điểm sinh hóa ...............................................................................70 3.2.1. Mùi thơm .................................................................................................70 3.2.2. Độ hóa hồ .................................................................................................72 3.2.3. Độ bền thể gel ..........................................................................................73 3.2.4. Hàm lượng protein ...................................................................................74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................78 PHỤ LỤC ..................................................................................................................ix
v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BTK: Bông trên khóm D: Dòng ĐDDT: Đa dạng di truyền HCTB: Hạt chắc trên bông RAPD: Random Amplified Polymorphic DNA SD: Standard deviation SE: Sai số tiêu chuẩn SSR: Simple sequence repeat TB: Trung bình TLHL: Tỉ lệ hạt lép TT : Tính trạng
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Tóm tắt thông tin thống kê về TT chiều cao cây vụ xuân .....................31 Bảng 3.2. Sự khác biệt về TT chiều cao cây vụ xuân ............................................32 Bảng 3.3. Tóm tắt thông tin thống kê về tính trạng chiều dài lá đòng vụ xuân .....35 Bảng 3.4. So sánh về TT chiều dài lá đòng của các dòng trong vụ xuân .............35 Bảng 3.5. Tóm tắt thông tin thống kê về TT chiều dài lá công năng vụ xuân .......37 Bảng 3.6. So sánh về TT chiều dài lá công năng của các dòng trong vụ xuân......38 Bảng 3.7. Tóm tắt thông tin thống kê về tính trạng chiều rộng lá đòng vụ xuân ..40 Bảng 3.8. So sánh về TT chiều rộng lá đòng của các dòng trong vụ xuân ............40 Bảng 3.9. Tóm tắt thông tin thống kê về TT chiều rộng lá công năng vụ xuân ....42 Bảng 3.10. So sánh về TT chiều rộng lá công năng của các dòng trong vụ xuân ...43 Bảng 3.11. Tóm tắt thông tin thống kê về TT dài bông vụ xuân .............................45 Bảng 3.12. So sánh về TT chiều dài bông của các dòng trong vụ xuân ..................46 Bảng 3.13. Tóm tắt thông tin thống kê về tính trạng dài cổ bông vụ xuân .............48 Bảng 3.14. So sánh về TT chiều dài cổ bông của các dòng trong vụ xuân ............48 Bảng 3.15. Thời gian sinh trưởng của dòng bố mẹ và các dòng lai (ngày). ...........55 Bảng 3.16. Tóm tắt thông tin thống kê về TT hạt chắc trên bông vụ xuân .............58 Bảng 3.17. So sánh về TT hạt chắc trên bông của các dòng trong vụ xuân ............59 Bảng 3.18. Tóm tắt thông tin thống kê về tính trạng tỉ lệ hạt lép ............................60 Bảng 3.19. So sánh về tỉ lệ hạt lép của các dòng trong vụ xuân ..............................61 Bảng 3.20. Trọng lượng 1000 hạt của các dòng ......................................................62 Bảng 3.21. Tóm tắt thông tin thống kê về TT năng suất cá thể ...............................63 Bảng 3.22. So sánh về năng suất cá thể của các dòng trong vụ xuân ......................64 Bảng 3.23. Tóm tắt thông tin thống kê về tính trạng số bông trên khóm ................65 Bảng 3.24. So sánh về TT bông trên khóm của các dòng trong vụ xuân ................65 Bảng 3.25. Các phương trình tương quan giữa các yếu tố cấu thành năng suất của vụ xuân và vụ mùa .................................................................................69 Bảng 3.26. Tính trạng mùi thơm của các dòng lúa nghiên cứu ...............................71 Bảng 3.27. Kết quả phân tích hàm lượng protein ....................................................75
vii DANH MỤC CÁC BIỂU Biểu đồ 3.1. So sánh TT chiều cao cây giữa vụ xuân và vụ mùa ..........................32 Biểu đồ 3.2. So sánh TT chiều dài lá đòng giữa vụ xuân và vụ mùa ....................36 Biểu đồ 3.3. So sánh TT chiều dài lá công năng giữa vụ xuân và vụ mùa ............38 Biểu đồ 3.4. So sánh TT chiều rộng lá công năng giữa vụ xuân và vụ mùa .........43 Biểu đồ 3.5. So sánh TT chiều dài bông giữa vụ xuân và vụ mùa ........................46 Biểu đồ 3.6. So sánh TT chiều dài cổ bông giữa vụ xuân và vụ mùa ...................49 Biểu đồ 3.7. So sánh TT hạt chắc trên bông giữa vụ xuân và vụ mùa ..................59 Biểu đồ 3.8. So sánh tỉ lệ hạt lép trên bông giữa vụ xuân và vụ mùa ...................61 Biểu đồ 3.9. So sánh năng suất cá thể giữa vụ xuân và vụ mùa ............................64 Biểu đồ 3.10. So sánh TT bông trên khóm giữa vụ xuân và vụ mùa ......................66
viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Màu sắc thân các dòng lúa.....................................................................31 Hình 3.2. Sự đa dạng về TT chiều cao cây của các dòng lúa ................................33 Hình 3.3. Bệnh cây lùn ở dòng D1.5 .....................................................................34 Hình 3.3. TT chiều dài lá đòng ..............................................................................37 Hình 3.4. Chiều dài lá công năng của các dòng lúa ..............................................39 Hình 3.5. TT chiều rộng lá đồng ...........................................................................41 Hình 3.6. TT chiều rộng lá công năng ...................................................................42 Hình 3.7. Sự đa dạng về chiều dài bông của các dòng ..........................................47 Hình 3.8. TT chiều dài bông của D3.6 và D4.6 ....................................................49 Hình 3.9. Sự đa dạng về chiều dài cổ bông ...........................................................50 Hình 3.10. Hình dạng bông của dòng D4.5 .............................................................51 Hình 3.11. Biến dị bông xòe ở D1.4........................................................................51 Hình 3.12. Hình dạng, kích thước hạt thóc của các dòng lúa..................................52 Hình 3.13. Sự đa dạng về màu sắc hạt thóc.............................................................53 Hình 3.14. Biến dị chín sớm ở D7.1 ........................................................................56 Hình 3.15. Biến dị về sự sắp xếp hạt dày của dòng ................................................58 Hình 3.16. Số bông hữu hiệu trên khóm ở 2 dòng D9.9 và D7.1 ............................66 Hình 3.17. Biến dị đẻ nhánh nhiều của D7.9 ..........................................................67 Hình 3.18. Đẻ nhánh vô hiệu và không đẻ nhánh ...................................................68 Hình 3.19. Khu thí nghiệm vụ xuân ........................................................................70 Hình 3.20. Độ hóa hồ của các dòng......................................................................... 72 Hình 3.21. Sự đa dạng về độ bền thể gel của các dòng ...........................................73
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng nhất đối với con người. Trên thế giới, cây lúa được xếp vào vị trí thứ 2 sau lúa mì về diện tích và sản lượng. Năm 2004 được Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc (FAO) chọn là năm quốc tế về lúa gạo và khẩu hiệu “lúa là cuộc sống” đã một lần nữa khẳng định về vai trò của lúa gạo đối với cuộc sống của con người trên trái đất. Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống của người dân không ngừng được nâng cao. Vì vậy, phẩm chất dinh dưỡng là chiến lược cần phải tiếp cận. Với khẩu phần ít, nhưng năng lượng cao, dinh dưỡng tốt sẽ là lời giải của tương lai. Mặt khác, trước áp lực dân số không ngừng tăng nhanh, mà diện tích canh tác có xu hướng ngày càng thu hẹp do quá trình đô thị hóa và chuyển đổi cơ cấu cây trồng ở nhiều khu vực, nguy cơ xói mòn nguồn gen ngày càng hiện hữu, đặc biệt là các gen quý vì nếu những gen này bị mất đi thật khó có thể tìm lại được trong tương lai, vì vậy cần được đánh giá chi tiết để phục vụ công tác lưu giữ và khai thác nguồn gen. Việt Nam là một trong những nước có tài nguyên di truyền lúa phong phú và đa dạng trên thế giới. Dựa trên nghiên cứu về tiến hóa và sự đa dạng di truyền của các loài thuộc chi lúa Oryza, các nhà khoa học đã khẳng định miền Bắc Việt Nam nằm trong khu vực xuất xứ và đa dạng di truyền tối đa của loài lúa trồng châu Á (Oryza sativa) (Chang TT, 1976). Các giống lúa truyền thống của nước ta thường có nhiều đặc tính tốt như cơm dẻo, ngon lại có mùi thơm. Tuy nhiên, các giống lúa này vẫn còn một số nhược điểm như thời gian sinh trưởng dài, năng suất thấp. Để góp phần tạo ra những giống mới có năng suất cao, thời gian sinh trưởng ngắn, đồng thời làm cho vốn gen của quần thể lúa ngày càng đa dạng, tạo nguồn nguyên liệu cho chọn giống tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu đa dạng di truyền của các dòng lúa lai ở thế hệ thứ 8 của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu”.
2 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Xác định đa dạng di truyền của các dòng lúa lai của tổ hợp lai giữa các dòng đột biến từ Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu nhằm giới thiệu nguồn biến dị tổ hợp có giá trị phục vụ cho việc bảo tồn và khai thác nguồn gen quý từ 2 giống lúa gốc Tám Xuân Đài và Dự Hải Hậu. 3. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tính đa dạng di truyền thông qua các tính trạng hình thái, sinh lí của các dòng lúa lai. So sánh và đánh giá một số chỉ tiêu nông – sinh học (hình thái, sinh lí, sinh hóa) với nhau, từ đó chọn lọc các thể có giá trị về chất lượng, năng suất và hiệu quả kinh tế cao. 4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu tính đa dạng di truyền về các tính trạng hình thái, sinh lý, sinh hóa. Đánh giá tiềm năng năng suất của các tổ hợp lai. 5. Ý nghĩa của đề tài 5.1. Ý nghĩa lý luận Góp phần cung cấp thông tin về nguồn gen của 2 giống lúa đặc sản phục vụ cho công tác cải tạo và phục tráng giống lúa đặc sản. Không chỉ là cơ sở trong việc bảo tồn các giống lúa bản địa, mà còn có ý nghĩa quan trọng trong công tác quản lý, khai thác phát triển các nguồn gen đặc sản. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Phát hiện được các dòng có chất lượng, năng suất và hiệu quả kinh tế cao; trong tương lai góp phần tạo ra dòng hoặc giống mới ưu việt. Góp phần đa dạng hóa giống lúa chất lượng cao.
3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tầm quan trọng của cây lúa Lúa gạo là loại lương thực chính được sử dụng lâu đời ở các nước Châu Á, Châu Phi, Châu Mĩ Latinh. Về sản xuất, trong những năm qua Châu Á chiếm tới 91% sản lượng lúa gạo trên toàn thế giới. Trên thị trường thế giới, giá gạo xuất khẩu tính trên đơn vị trọng lượng cao hơn rất nhiều so với các loại hạt cốc khác, giá gạo xuất khẩu cao hơn gạo lúa mì từ 2-3 lần và hơn bắp từ 2 - 4 lần [2]. Giá gạo Việt Nam bán trên thị trường thế giới ở mức trung bình từ 220-290 USD/tấn và đây được xem là nguồn thu đổi ngoại tế lớn và quan trọng của nước ta. Hơn nữa, Châu Á cũng là khu vực chiếm khoảng 90% tổng lượng tiêu thụ gạo toàn cầu, ở Việt Nam hiện nay, mức tiêu thụ gạo bình quân vẫn còn ở mức cao khoảng 120kg/người/năm. Về giá trị dinh dưỡng, so với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột và protein hơi thấp hơn, nhưng năng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chất béo hơn. Ngoài các thành phần dinh dưỡng đầy đủ như các cây lương thực khác, gạo còn chứa rất nhiều vitamin đặc biệt là các vitamin nhóm B như B1, B2, B6, PP,… Tấm gạo gồm có mầm hạt lúa bị tách ra khi xay chà cũng là thành phần rất bổ dưỡng, chứa nhiều protein, chất béo, đường, chất khoáng và vitamin [2]. Ngoài cơm ra, gạo còn được dùng để chế biến nhiều loại bánh, làm môi trường nuôi cấy niêm khuẩn, men, cơm mẻ,… Gạo còn được dùng để cất rượu, cồn. Cám hay đúng hơn là lớp vở ngoài của hạt gạo, do chứa nhiều protein, chất béo, chất khoáng, vitamin nên được dùng làm bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bị bệnh phù thũng. Trấu, ngoài công dụng làm chất đốt, chất độn chuồng còn dùng làm ván ép, vật liệu cách nhiệt, cách âm, chế tạo carbon và silic…[2]. 1. 2. Sơ lược nguồn gốc và lịch sử hình thành cây lúa 1.2.1. Nguồn gốc xuất xứ Về nguồn gốc cây lúa, đã có nhiều tác giả đề cập tới nhưng cho tới nay vẫn chưa có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất.
4 Phân loại chi Oryza Số Phức hệ loài Tên khác nhiễm Bộ gen sắc thể I. Phức hệ O. sativa 1. O. sativa L 24 AA 2. O. nivara Shama et Shastry O.rufipogon 24 AA 3. O. rufipogon Griff O.perennis, 24 AA O. rufipogon 4. O. glaberrima Steud 24 AA 5. O. barthii A. Chev O. breviligulata 24 AA 6. O. longistaminata Chev. Et Roehr O. barthii 24 AA 7. O. meridionalis Ng 24 AA II. Phức hệ O. officinalis O. latifolia 8. O. officinanis Wall ex Watt O. minuta 24 CC 9. O. minuta Presl et Presl O. officinanis 48 BBCC 10. O. rhizomatis Vaughan 24 CC 11. O. eichingeri Peter 24 CC 12. O. punctata Kotschy ex Steud O. Schweinfurthhia 24, 48 BB,BBCC 13. O. latifolia Desv 48 CCDD 14. O. alta Swallen 48 CCDD 15. O. grandiglumis (Doell) Prod 48 CCDD 16. O. australiensis Domin 24 EE 17. O. brachyantha Chev. Et Roehr. 24 FF 18. O. schlechteri Pilger 48 Chưa rõ III. Phức hệ O. ridleyi 19. O. ridleyi Hook.f. 48 Chưa rõ 20. O. longiglumis Jansen 48 Chưa rõ IV Phức hệ O. meyeriana 21. O. meyeriana (Zoll.et Mor. Ex 24 Chưa rõ Steud) Baill 22. O. granulata Nees et Am. Ex 24 Chưa rõ Watt. Nguồn Vaughan, 1994
5 Makkey cho rằng vết tích cây lúa cổ xưa nhất được tìm thấy trên các di chỉ đào được ở vùng Penjab Ấn Độ, có lẽ các bộ lạc sống ở vùng này cách đây khoảng 2000 năm [9]. Vavilop (1926), trong nghiên cứu nổi tiếng của ông về sự phân bố đa dạng di truyền của cây trồng, cho rằng lúa trồng được xem như phát triển từ Ấn Độ [10]. Roschevicz (1931) phân các loài Oryza thành 4 nhóm: sativa, granulata, coarctata, rhynchoryza, đồng thời khẳng định nguồn gốc của Oryza sativa là một trường hợp của nhóm sativa, có lẽ Oryza sativa f.spontanea, ở Ấn Độ, Đông Dương hoặc Trung Quốc [9]. 1.2.2. Nguồn gốc thực vật Lúa là cây hằng niên có tổng số NST 2n = 24. Cây lúa thuộc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza. Oryza có khoảng 20 loài phân bố ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc (Chang, 1976 theo De Datta, 1981). Trong đó chỉ có 2 loài là lúa trồng, cả 2 thuộc loại nhị bội (2n = 24) có bộ gen là AA, còn lại là lúa hoang hằng niên và đa niên. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Loài này hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sườn núi, từ vùng xích đạo nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù sa nước ngọt đến vùng đất cát sỏi ven biển nhiễm mặn phèn [2]. Một loài lúa trồng nữa là Oryza glaberrima Steud., chỉ được trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Phi Châu và hiện đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L. [2]. 1.3. Phân loại cây lúa Việc phân loại lúa là vấn đề phức tạp vì lúa phân bố rộng, được trồng trọt trong nhiều điều kiện khác nhau về thời tiết, đất đai… Song trong thực tế sản xuất, có thể phân loại lúa theo các tiêu chuẩn sau: 1.3.1. Theo sinh thái, địa lý Từ 200 năm trước công nguyên, các giống lúa ở Trung Quốc được phân thành 3 nhóm: “Hsien”, “Keng” và nếp. 1928-1930, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đưa lúa trồng thành 2 loài phụ: “indica” và “japonica” trên cơ sở phân bố địa lý, hình
6 thái cây và hạt, độ bất dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh. Sau đó, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã thêm một nhóm thứ 3 “javanica” để đặt tên cho giống lúa cổ truyền của Indonesia là “bulu” và “gundil” [9]. Loại lúa Nhóm Indica Nhóm Japonica Nhóm Javanica Đặc điểm (lúa tiên) (lúa cánh) Chủ yếu ở vùng Tập trung ở các vùng á Giống lúa cổ nhiệt đới: Sri nhiệt đới và ôn đới: truyền của Phân bố Lanka, Ấn Độ, Bắc và Đông Trung Indonesia Nam Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Quốc, Indonesia.. Tiên,… Thân cao; nở bụi Thân cao trung bình; Thân thấp; nở bụi mạnh; lá rộng, nở bụi thấp; lá rộng, trung bình; lá hẹp, xanh nhạt; hạt cứng, xanh nhạt; hạt to, xanh đậm; hạt Hình thái thon dài và hẹp, dầy không có đuôi tròn, ngắn, không dễ rụng hoặc có đuôi dài, ít có đuôi tới đuôi rụng dài, ít rụng. Tính cảm quang Tính cảm quang rất yếu Tính cảm quang Sinh học rất thay đổi rất thay đổi 1.3.2. Theo đặc tính sinh lý - tính cảm quang Lúa nói chung là loại cây ngày ngắn chỉ cảm ứng ra hoa trong điều kiện quang kỳ (độ dài chiếu sáng trong ngày) ngắn. Phản ứng đối với quang kỳ thay đổi tùy theo giống lúa. Dựa vào mức độ cảm ứng đối với quang kỳ của từng giống lúa, người ta phân biệt 2 nhóm lúa chính: nhóm cảm quang và nhóm không cảm quang. Nhóm lúa cảm quang: là nhóm lúa có cảm ứng với quang kỳ, chỉ ra hoa trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn thích hợp nên gọi là lúa mùa, tức là chỉ trổ và chín theo mùa. Tùy mức độ mẫn cảm với quang kỳ nhiều hay ít, mạnh hay yếu người ta phân biệt: lúa mùa sớm, mùa lỡ hoặc mùa muộn. Phần lớn các giống lúa cổ truyền của ta đều là giống lúa cảm quang [9].
7 Đặc tính cảm quang rất hữu ích trong công tác chọn giống lúa thích nghi với chế độ nước ở một khu vực sản xuất cụ thể, tuy nhiên, đặc tính này sẽ gây trở ngại rất lớn cho việc thâm canh tăng vụ vì các giống lúa này chỉ có thể trồng được 1 vụ/năm mà thôi. Nhóm lúa không cảm quang: hầu như các giống lúa mới lai tạo phục vụ cho việc thâm canh tăng vụ hiện nay đều không cảm quang. Các giống này lại ngắn ngày (90-120 ngày) hoặc trung mùa (120-150 ngày), có thời gian sinh trưởng hầu như không thay đổi khi trồng trong các thời vụ khác nhau nên có thể trồng được nhiều vụ một năm và có thể trồng bất cứ lúc nào trong năm, miễn đảm bảo đủ nước tưới và yêu cầu dinh dưỡng [9]. 1.3.3. Theo điều kiện môi trường canh tác Dựa vào điều kiện môi trường canh tác, đặc biệt là nước có thường xuyên ngập ruộng hay không, người ta phân biệt nhóm lúa rẫy hoặc lúa nước. Trong lúa nước còn phân biệt lúa có tưới, lúa nước trời, lúa nước sâu hoặc lúa nổi [9]. Tùy theo đặc tính thích nghi với môi trường, người ta có lúa chịu phèn, lúa chịu úng, lúa chịu hạn, lúa chịu mặn,… Tùy theo chế độ nhiệt khác nhau, phân biệt thành lúa chịu lạnh (các giống Japonica), lúa chịu nhiệt (các giống indica) [9]. 1.3.4. Theo đặc tính sinh hóa hạt gạo Tùy theo lượng amylose trong tinh bột hạt gạo, người ta phân biệt lúa nếp và lúa tẻ. Chang (1980) đã phân cấp gạo dựa vào hàm lượng amylose như bảng sau: Cấp Hàm lượng amylose (%) Loại gạo 0 < 3.0 Nếp 1 3.1-10.0 Rất thấp (gạo dẻo) 3 10.1-15.0 Thấp (dẻo) 5 15.1-20.0 Trung bình (hơi dẻo) 7 20.1-25.0 Cao – trung bình 9 25.1-30.0 Cao
8 1.3.5. Theo đặc tính hình thái Dựa vào đặc tính hình thái cây lúa, người ta phân biệt theo: ‒ Cây: cao (>120cm) – trung bình (100 -120cm) – thấp (< 100cm) ‒ Lá: thẳng hoặc cong rũ, bản lá to hoặc nhỏ, dầy hoặc mỏng. ‒ Bông: loại hình nhiều bông (nở bụi mạnh) hoặc to bông (nhiều hạt), dạng bông túm hoặc bông xòe, cổ bông hở hoặc kín, khoe bông hoặc giấu bông, dầy nách hay thưa nách,… ‒ Hạt lúa: dài, trung bình hoặc tròn (dựa vào chiều dài và tỉ lệ dài/ngang của hạt lúa). ‒ Hạt gạo: gạo trắng hay đỏ hoặc nâu, tím; có bạc bụng hay không; dạng hạt dài hay tròn [9]. 1.4. Quan niệm mới về hình dạng lúa năng suất cao Trong Hội nghị Di truyền quốc tế về cây lúa tổ chức tại Bắc Kinh năm 2002, Yang Huije và cộng sự đã đề xuất 8 đặc điểm di truyền và sinh lý của các giống lúa siêu cao sản: ‒ Các giống lúa siêu cao sản phải có năng suất xấp xỉ 16000 kg/ha/vụ. ‒ Phải có nhiều gié/bông, nhờ số gié cấp 1 và cấp 2 nhiều dẫn đến mật độ hạt trên bông cao. ‒ Năng suất tăng tuyến tính với sự tăng vật chất khô. Trong khi đó, năng suất được tạo nên bước đầu từ sản phẩm sinh khối, chỉ số thu hoạch đóng góp ít cho năng suất hạt (từ 9% - 22%). ‒ Tổng giá trị sản sinh vật chất khô của thân, lá và sự tích lũy vật chất khô sau khi trổ có tương quan dương và rất chặt với năng suất hạt. ‒ Hầu hết các giống lúa siêu cao sản có khả năng đẻ nhánh vừa phải hoặc yếu nhưng tỉ lệ nhánh hữu hiệu cao. ‒ Năm lá cuối cùng phải có độ dài vừa phải và mọc đứng, có tương quan dương chặt chẽ giữa chiều dài, chiều rộng và diện tích lá tương ứng.
9 ‒ Có mối tương quan dương ở mức độ khác nhau giữa chiều dài của các lóng, giữa mặt cắt ngang thân và độ dày của thân ở các lóng khác nhau. Độ dày của thân tương quan dương với số gié/bông; thân càng dày bông càng nhiều gié. ‒ Phải có khả năng chống đổ Các đặc điểm trên cho thấy: kích cỡ cây giảm mạnh và sản phẩm sinh khối cây càng cao là 2 yếu tố cực kì quan trọng để đánh giá sự tăng tiềm năng năng suất của các giống lúa. Tuy nhiên, mức độ phát huy tiềm năng, năng suất của một giống còn phụ thuộc vào các điều kiện sinh thái thích hợp. 1.5. Đa dạng nguồn gen lúa đối với an ninh lương thực và sản xuất nông nghiệp bền vững Gần đây trước sự tàn phá môi trường tự nhiên, khí hậu trái đất biến động theo chiều hướng bất lợi, người ta nói nhiều đến nông nghiệp bền vững. Bởi vì nền nông nghiệp bền vững là cơ sở vững chắc cho nền văn minh bền vững. Nền nông nghiệp bền vững là một nền nông nghiệp luôn thích ứng với sự thay đổi của ngoại cảnh, để không ngừng tăng sản lượng nhằm cung cấp nông sản đáp ứng nhu cầu của con người. Một nền nông nghiệp bền vững trước hết phải đảm bảo an toàn lương thực nhất là trong điều kiện dân số số không ngừng tăng nhanh. Theo quan điểm của TSKH Trần Đình Long, nguyên lí cơ bản của nông nghiệp bền vững là: Bảo hộ tính đa dạng di truyền nếu không các hệ sinh thái sẽ bị phá vỡ, tôn trọng quyền sống của mọi loài, để cho các hệ sinh thái phát triển trong những điều kiện thay đổi, [dẫn theo 22]. Gần đây, vai trò của ĐDDT cây trồng nói chung, đặc biệt là nguồn gen cây lúa trong lĩnh vực phát triển nông nghiệp bền vững, đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường đã được thế giới thừa nhận. ĐDDT cây trồng là nguồn vật liệu ban đầu không thể thiếu đối với công tác giống cây trồng, đặc biệt là nguồn gen có khả năng chịu các điều kiện ngoại cảnh bất thuận [dẫn theo 22]. Trong sản xuất nông nghiệp, đa dạng hóa nguồn gen được thể hiện qua việc sử dụng đa dạng thành phần loài, đa dạng nguồn gen và kiểu gen trong mỗi loài và ngay cả đa dạng hóa nguồn gen trong từng giống.
10 Trong sản xuất lúa, trên một đơn vị diện tích canh tác ở các vùng khác nhau càng sử dụng nhiều giống lúa khác nhau trong một loài, thì mức độ đa dạng hóa ở khu vực đó càng cao. Hiện nay, chúng ta đã và đang sử dụng sự đa dạng tài nguyên di truyền cây lúa để cải tiến giống lúa một cách có hiệu quả theo xu hướng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Cho nên việc đa dạng nguồn gen cây lúa là vấn đề cần thiết để đảm bảo an toàn lương thực và sản xuất lương thực bền vững. 1.6. Tình hình nghiên cứu về đa dạng di truyền ở Việt nam và thế giới 1.6.1. Đa dạng di truyền là gì Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong 1 loài, 1 quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã. Xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của 4 cặp bazơ cơ bản thành phần axit nucleic, tạo thành mã di truyền (Cục bảo vệ môi trường, 2007) [7]. Đa dạng di truyền là cơ sở cho việc tuyển chọn lai tạo những giống, loài mới; đa dạng về loài thường là đối tượng khai thác phục vụ mục đích kinh tế; đa dạng về hệ sinh thái có chức năng bảo vệ môi trường sống; đồng thời các hệ sinh thái được duy trì và bảo vệ chính là nhờ sự tồn tại của các quần thể loài sống trong đó. Phần đa dang sinh học do con người khai thác sử dụng gọi là đa dạng sinh học nông nghiệp (Lưu Ngọc Trình, 2005) [28]. 1.6.2. Nguồn gen lúa hiện nay Nguồn gen lúa đặc sản đang phổ biến ở Việt Nam là lúa nếp, lúa nương và lúa thơm. Hiện nay, trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật của Viện khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đang bảo quản hơn 5000 mẫu giống lúa địa phương ở các vùng miền khác nhau, trong đó có tập đoàn giống thơm. Phân loại nguồn gen lúa địa phương miền Bắc Việt Nam cho thấy trong 711 giống lúa địa phương có 68 giống lúa thơm, chiếm 9,6% tập đoàn nghiên cứu. Tuy chiếm tỷ lệ không cao nhưng lúa thơm là nguồn vật liệu đặc sắc, có giá trị lớn trong công tác nghiên cứu nguồn gen cây lúa nói chung và phát triển giống lúa đặc sản