Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử tạo giống lúa Bắc Thơm 7 chịu mặn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* ĐỒNG THỊ KIM CÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẮC THƠM 7 CHỊU MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ******* ĐỒNG THỊ KIM CÚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA BẮC THƠM 7 CHỊU MẶN Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Lê Huy Hàm 2. Lê Hùng Lĩnh Hà Nội - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và nhóm tác giả. Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng được sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu để nhận học vị, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận án Đồng Thị Kim Cúc ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Lê Huy Hàm (Viện trưởng – Viện Di truyền Nông nghiệp), TS. Lê Hùng Lĩnh (Trưởng bộ môn Sinh học Phân tử) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn Tập thể cán bộ Bộ môn Sinh học Phân tử, lãnh đạo và tập thể Trung tâm Thực nghiệm Sinh học Nông nghiệp Công nghệ cao (Viện Di truyền Nông nghiệp) nơi tôi thực hiện các nội dung chính trong đề tài luận án, đã tạo điều kiện và thời gian cho tôi hoàn thành luận án này.

Hoàn thành luận án còn có sự động viên, khuyến khích giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Tất cả những sự giúp đỡ và tình cảm quý báu này là nguồn động lực lớn giúp tôi hoàn thành công trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận án Đồng Thị Kim Cúc iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt viii Danh mục bảng biểu x Danh mục hình vẽ xii MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 2. Mục tiêu chung 2 2. Mục tiêu cụ thể 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 3.

Ý nghĩa khoa học 3 3. Ý nghĩa thực tiễn 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4 4. Đối tượng nghiên cứu 4 4.

Địa điểm và thời gian nghiên cứu 4 5. Những đóng góp mới của luận án 4 CHƯƠNG I 5 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế 5 giới và Việt Nam 1. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp trên thế giới 5 1.

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 6 1. Đất nhiễm mặn và các vùng nhiễm mặn ở Việt Nam 8 1. Đất nhiễm mặn 8 1. Giới thiệu chung về đặc điểm các vùng lúa nhiễm mặn ở Việt Nam 9 1.

Vùng lúa Đồng bằng Sông Cửu Long 9 1. Vùng lúa nhiễm mặn Đồng bằng Sông Hồng 12 1. Nghiên cứu di truyền về giống lúa chịu mặn 13 1. Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa 14 1.

Di truyền tính chống chịu mặn 19 iv 1. Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn 19 1. Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu mặn 21 1. Sự thể hiện gen chống chịu mặn 22 1.

Chỉ thị phân tử và ứng dụng của chỉ thị phân tử 24 1. Chỉ thị phân tử 24 1. Một số chỉ thị phân tử thường dùng 26 1. Một số ứng dụng của chỉ thị phân tử 31 1.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền 31 1.

Nghiên cứu lập bản đồ di truyền 34 1. Nghiên cứu trong chọn giống cây trồng 37 1. Chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (Marker Assited Backcrossing 40 - MABC) 1. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo giống lúa chịu mặn 42 1.

Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo lúa chịu mặn trên thế giới 42 1. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn 47 1. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo giống lúa chống chịu mặn ở 50 Việt Nam 1. Sử dụng các chỉ thị SSR liên kết chặt với QTL chịu mặn Saltol trong 50 chọn tạo lúa chịu mặn 1.

Nghiên cứu lai tạo trong chọn tạo giống lúa chịu mặn 52 1. Một số kết quả chọn tạo và đánh giá khả năng chịu mặn ở lúa 52 CHƯƠNG II 54 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Vật liệu nghiên cứu 54 2. Địa điểm nghiên cứu 57 2.

Nội dung nghiên cứu 58 2. Nội dung 1: Nghiên cứu, đánh giá khả năng chịu mặn và đặc điểm nông 58 sinh học các dòng/giống lúa mang locus gen Saltol chịu mặn nhập nội từ IRRI và giống lúa thuần trồng đại trà trong nước làm cơ sở trong việc chọn tạo giống lúa chịu mặn tại một số tỉnh ven biển miền Bắc Việt Nam 2. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng/giống lúa trong điều kiện 58 nhân tạo 2. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa có 58 khả năng chịu mặn tại vùng ven biển ĐBSH 2.

Nội dung 2: Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ 58 v thị phân tử và lai trở lại quy tụ locus gen Saltol chịu mặn vào giống lúa Bắc Thơm7 2. Xác định vật liệu bố mẹ trong chọn tạo giống lúa mang locus gen 58 Saltol chịu mặn 2. Ứng dụng chỉ thị phân tử và phương pháp lai trở lại trong chọn tạo 58 giống lúa Bắc thơm 7 chịu mặn 2. Nội dung 3: Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính, yếu tố thành 58 năng suất và khả năng chịu mặn của các dòng được tạo ra mang QTL Saltol trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng ruộng 2.

Phương pháp nghiên cứu 58 2. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 61 2. Phương pháp thí nghiệm lúa chịu mặn 61 2. Một số kỹ thuật sử dụng trong phòng thí nghiệm 63 2.1 Tách chiết ADN tổng số 63 2.

Kiểm tra nồng độ và độ tinh sạch của ADN tách chiết bằng phương 64 pháp điện di trên gel agarose 2.3 Nhân ADN bằng kỹ thuật SSR-PCR 65 2. Ghi nhận, xử lý và phân tích số liệu cho phản ứng điện di sản phẩm 66 PCR biến tính trên gel polyacrylamide 2. Khảo nghiệm các giống lúa 67 2. Phương pháp xử lý số liệu 67 CHƯƠNG III 68 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.

Nghiên cứu đánh giá vật liệu sử dụng trong nghiên cứu và chọn tạo 68 giống lúa chịu mặn 3. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng/giống lúa trong điều kiện 68 nhân tạo 3. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống lúa nhập 73 nội trong điều kiện tự nhiên. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống 73 lúa nhập nội tại Thanh Trì, Hà Nội năm 2010 3.

Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số giống 81 lúa nhập nội tại Giao Thủy, Nam Định năm 2010 3. Đánh giá mức độ sâu bệnh hại chính trong thí nghiệm. Nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử 88 vi và lai trở lại chọn tạo giống lúa Bắc Thơm7 chịu mặn 3. Kết quả nghiên cứu xác định vật liệu bố mẹ trong chọn tạo giống lúa 88 mang QTL Saltol 3.

Kết quả nghiên cứu ứng dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị 89 phân tử và lai trở lại quy tụ QTL Saltol chịu mặn vào giống lúa BT7 3. Kết quả xác định chỉ thị phân tử liên kết Saltol và đa hình giữa giống 89 lúa BT7 và dòng FL478 3. Kết quả xác định chỉ thị phân tử đa hình ngoài vùng locus gen Saltol 93 giữa giống lúa BT7 và dòng FL478 trên 12 NST 3. Kết quả cải tiến giống lúa BT7 chịu mặn bằng phương pháp chỉ thị 108 phân tử và lai trở lại 3.

Kết quả lai tạo tạo con lai F1 của tổ hợp lai FL478/BT7 108 3. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC1F1 bằng phương pháp 109 chỉ thị phân tử 3. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC2F1 bằng phương pháp 112 chỉ thị phân tử 122 3. Kết quả chọn lọc các cá thể trong quần thể BC3F1 bằng phương pháp chỉ thị phân tử 3.

Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính, yếu tố cấu thành năng 133 suất và khả năng chịu mặn của các dòng được tạo ra mang QTL Saltol trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng ruộng 3. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học và yếu tố cấu thành 133 năng suất của các dòng Bắc thơm 7- Saltol trong điều kiện nhà lưới. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn trong điều kiện mặn nhân tạo đối 139 với các dòng BT7-Saltol(thế hệ BC3F3) 3. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học các dòng Bắc thơm 7- 141 Saltol (thế hệ BC3F3) ngoài đồng ruộng.

Kết quả đánh giá một số đặc tính nông sinh học,năng suất của các 146 dòng Bắc thơm 7- Saltol (thế hệ BC3F4) ngoài đồng ruộng 3. Kết quả đánh giá chất lượng gạo của các dòng BT7 – Saltol 149 CHƯƠNG IV 152 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.