Luận án tiến sĩ chọn tạo giống lúa chịu mặn giàu sắt, amylose thấp - Trường ĐH Cần Thơ 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -----o0o----- NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN CHỌN TẠO GIỐNG LÖA CHỊU MẶN CÓ HÀM LƢỢNG SẮT TRONG GẠO CAO VÀ AMYLOSE THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 62 42 20 01 CẦN THƠ, 2019 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -----o0o----- NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN CHỌN TẠO GIỐNG LÖA CHỊU MẶN CÓ HÀM LƢỢNG SẮT TRONG GẠO CAO VÀ AMYLOSE THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 62 42 20 01 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TRẦN THỊ CÖC HÕA CẦN THƠ, 2019 luan an TRANG XÁC NHẬN CỦA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC Luận án “Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lƣợng sắt trong gạo cao và amylose thấp” do nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Mỹ Duyên thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Tác giả luận án PGS. Trần Thị Cúc Hòa Nguyễn Thị Mỹ Duyên i luan an LỜI CẢM ƠN Chân thành cảm ơn Cô PGS.

Trần Thị Cúc Hòa đã tận tình hướng dẫn khoa học, chỉ dạy cho tôi rất nhiều trong cách tiếp cận các kiến thức khoa học trong lĩnh vực nghiên cứu. Cô đã giúp đỡ và hỗ trợ hóa chất, trang thiết bị, cũng như kinh phí cho các nghiên cứu để giúp tôi hoàn thành tốt luận án Nghiên cứu sinh. Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh Đạo Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Khoa Sau Đại Học và Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi trong thực hiện các thủ tục cho tôi trong suốt quá trình học tập Nghiên cứu sinh tại đây. Tôi xin chân thành cám ơn sự dạy dỗ nhiệt tình của Các Thầy, Cô tại Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ giúp tôi mở mang thêm kiến thức, hỗ trợ cho các nghiên cứu của tôi.

Xin gởi lời chân thành biết ơn đến Ban Lãnh đạo Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long, anh chị em tại Bộ môn Công nghệ Sinh học và Bộ môn Di truyền chọn giống đã hỗ trợ giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong xuốt 4 năm thực hiện các nghiên cứu tại Viện. Chân thành cảm ơn Lãnh đạo Bộ môn CNSH, Ban chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp & TNTN, BGH Trường Đại học An Giang đã ủng hộ và hỗ trợ cho tôi trong suốt thời gian đi học. Cám ơn các em sinh viên Công nghệ Sinh học, Trường Đại học An Giang khóa DH11SH, DH12SH, DH13SH, DH14SH và DH15SH đã hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện các thí nghiệm Nghiên cứu sinh. Sau cùng tôi xin được cảm ơn những người thân yêu trong gia đình đã luôn động viên, chia sẽ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Nguyễn Thị Mỹ Duyên ii luan an TÓM TẮT Xâm nhập mặn đã và đang là thách thức lớn đối với nông dân trồng lúa tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng và cả nước nói chung. Đồng thời, thị hiếu của người tiêu dùng ngày càng cao, vấn đề phẩm chất gạo tốt, ngon cơm (có hàm lượng amylose thấp) và giàu vi chất (hàm lượng sắt cao) đang được quan tâm hàng đầu. Do đó, cần thiết phải lai tạo và chọn lọc giống mới vừa có khả năng trồng được điểm nhiễm mặn mặn, vừa giàu sắt vừa có hàm lượng amylose thấp. Mặt khác, nghiên cứu giống lúa có khả năng chịu mặn thông qua sự kết hợp giữa phương pháp lai tạo truyền thống và chọn lọc hiện đại bằng chỉ thị phân tử cho phép rút ngắn thời gian và tăng hiệu quả chọn tạo giống lúa.

Qua đánh giá 36 dòng/giống lúa triển vọng của Bộ môn Công nghệ Sinh học - Viện lúa ĐBSCL đã chọn được 4 dòng/giống có hàm lượng sắt cao và amylose thấp làm giống mẹ nhận gen (recipient) bao gồm OM238, OM5451, OM121 và OM231 để lai tạo với giống lúa có khả năng chịu mặn cao là Pokkali (donor, cho gen). Trong quá trình đánh giá và chọn lọc nhận thấy tổ hợp lai hồi giao OM121/Pokkali//OM121 nhiễm bệnh vàng lá và ít có tiềm năng nên đã loại bỏ từ thế hệ BC1F1; 3 tổ hợp còn lại OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 và OM5451/Pokkali//OM5451 được đánh giá tại Viện lúa ĐBSCL, trong đó thế hệ BC3F4-5 còn được đánh giá ở 2 điểm chịu mặn Kiên Giang và Sóc Trăng để khảo sát khả năng thích nghi của từng dòng. Kết quả cho thấy, thế hệ BC3F4, đã chọn được 6 dòng lai ưu việt thuộc cả 3 tổ hợp với hàm lượng sắt trong gạo lức dao động từ 14,13 - 16,19 mg/kg, hàm lượng sắt trong gạo trắng dao động từ 4,55 - 6,65 mg/kg; hàm lượng amylose đạt từ 18,12 - 19,95%. Thế hệ BC3F5, chọn được các dòng triển vọng mang gen chịu mặn có hàm lượng sắt cao và hàm lượng amylose thấp bao gồm: dòng BC3F5-5-1-1 thuộc tổ hợp OM231/Pokkali//OM231 với hàm lượng sắt đạt 16,15 mg/kg và 6,09 mg/kg trong gạo lức và gạo trắng, amylose đạt 17,90%; còn tổ hợp OM238/Pokkali//OM238 đã chọn được dòng BC3F5-22-1-1 với hàm lượng sắt trong gạo lức và gạo trắng lần lượt là 15,85 mg/kg và 6,02 mg/kg, amylose đạt 19,90%; và dòng BC3F5-22-1-3 có hàm lượng sắt gạo lức là 14,70 mg/kg còn hàm lượng sắt trong gạo trắng là 5,39 mg/kg, amylose đạt 18,66%.

Các dòng này có tiềm năng phát triển ở vùng ĐBSCL cũng như là nguồn vật liệu cho các nghiên cứu tiếp theo. Từ khóa: lúa chịu mặn, chỉ thị phân tử SSR, đoạn gen Saltol, hàm lượng sắt, hàm lượng amylose. iii luan an SUMMARY Salt intrusion has been a major challenge for rice farmers in the Mekong Delta in particular and the whole country in general. At the same time, tastes of higher consumption, good quality rice, delicious rice (low amylose content) and rich in micronutrients (high iron content) are of prime concern.

Therefore, it is necessary to breed and select new varieties and be able to plant on salinity land with high iron content and low amylose content. In addtion, research on the salt-tolerant rice varieties through a combination of traditional crossing and modern selection methods by molecular markers to shorten the time and increase the efficiency of selecting good quality rice varieties. Based on the evaluation of 36 potential rice lines/varieties of the Department of Biotechnology- Mekong Delta Rice Institute has selected 4 lines/varieties with high iron content and low amylose as the recipient gene, including OM238-1, OM5451, OM121 and OM231 for hybridization with high salt- tolerant rice variety is Pokkali (donor, for gene). During the evaluation and selection the hybrid combinations OM121/ Pokkali//OM121 was infected with leaf yellow disease and had little potential to be removed at the BC 1F1 generation; three hybrid combinations (OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 và OM5451/Pokkali//OM5451) were selected at the Mekong Delta Rice Research Institute while the BC3F4-5 generation was also evaluated in two saline areas at Kien Giang and Soc Trang.

The result, the BC3F4 generation, 6 lines/varieties of three hybrid combinations were selected with the iron content in brown rice ranging from 14,13 to 16,19 mg/kg, the iron content in white rice ranged from 4,55 – 6,65 mg/kg; amylose content is from 18,12% to 19,95%. In the BC3F5 generation, the potential lines/varieties carrying the salt-tolerant gene with high iron content and low amylose content include: rice line BC3F5-5-1-1 from the hybrid combinations OM231/Pokkali //OM231 with an iron content of 16,15 mg/kg and 6,09 mg/kg in brown rice and white rice, amylose content was 17,90%; and the hybrid combinations OM238/Pokkali//OM238 was selected rice line BC3F5-22-1-1 with iron content in brown rice and white rice respectively at 15,85 mg/kg and 6,02 mg/kg, amylose content was 19,90%; and rice line BC3F5-22-1-3 had brown iron content of 14,70 mg/kg and iron content in white rice was 5,39 mg/kg, amylose content was 18,66%. These rice lines were considered to be ability to develop in the Mekong Delta as well as a valuable resource for further research. Keywords: salt-tolerant rice, SSR (microsatellite) marker, Saltol gene, amylose content, iron content.

iv luan an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận án “Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lƣợng sắt trong gạo cao và amylose thấp” này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Các kết quả của công trình nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác. Tác giả luận án Nguyễn Thị Mỹ Duyên v luan an MỤC LỤC Trang xác nhận của người hướng dẫn khoa học. iv Cam kết kết quả.

vi Danh sách hình.x Danh sách bảng. xiii Danh mục từ viết tắt. xvii Chƣơng 1: Giới thiệu .2 Mục tiêu nghiên cứu .3 Nội dung nghiên cứu.1 Nội dung 1: Đánh giá vật liệu di truyền để chọn bố mẹ sử dụng cho nghiên cứu .2 Nội dung 2: Lai tạo, lai hồi giao và đánh giá tuyển chọn dòng lai mang tính trạng mong muốn .3 Nội dung 3: Trồng khảo nghiệm các dòng lúa lai ưu tú có khả năng chịu mặn, gạo có sắt cao và amylose thấp tại 2 vùng sinh thái .4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn.5 Tính khoa học của đề tài .6 Những đóng góp mới của đề tài .7 Tính ứng dụng của đề tài .8 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .6 Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu các nghiên cứu liên quan. Sự xâm nhập mặn và đất nhiễm mặn ở khu vực ĐBSCL .2 Sự ảnh hưởng của mặn lên cây lúa .1 Ảnh hưởng giai đoạn nảy mầm và đầu giai đoạn mạ.

Ảnh hưởng của mặn lên chiều cao cây lúa. Ảnh hưởng của mặn lên độ hữu thụ của hạt phấn. Ảnh hưởng của mặn lên chiều dài bông và năng suất lúa .8 vi luan an 2.3 Tính chống chịu mặn và đặc điểm di truyền của các giống lúa chịu Mặn .1 Tính chống chịu mặn của cây lúa .2 Nghiên cứu đặc điểm di truyền giống lúa chống chịu mặn .4 Chỉ thị phân tử SSR .5 Sắt và vai trò của sắt .1 Nhu cầu sắt của cơ thể người và tác hại thiếu sắt .2 Thành phần sắt có trong hạt gạo .3 Cung cấp sắt cho cơ thể dựa vào thực phẩm chính từ gạo giàu sắt .6 Một số tiêu chí phân loại chất lượng gạo .1 Hàm lượng amylose .2 Các chỉ tiêu phẩm chất cơm liên quan đến hàm lượng amylose .7 Các nghiên cứu liên quan.1 Các nghiên cứu chọn tạo giống lúa giàu sắt .2 Các nghiên cứu về hàm lượng amylose trên các giống lúa .3 Một số thành tựu chọn tạo giống lúa chống chịu mặn .25 Chƣơng 3: Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu .1 Thanh lọc mặn .2 Sử dụng dấu phân tử SSR để nhận diện gen mặn .3 Phân tích phẩm chất hạt .4 Lai tạo các thế hệ lai mới (F1 đến BC3F1).5 Đánh giá chọn dòng (BC3F2 đến BC3F3) .