Nghiên cứu giống lúa thơm chịu phèn, phèn mặn tại ĐBSCL - Nguyễn Phúc Hảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN PHÚC HẢO NGHIÊN CỨU GIỐNG LÚA THƠM TRONG ĐIỀU KIỆN PHÈN VÀ PHÈN MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN PHÚC HẢO NGHIÊN CỨU GIỐNG LÚA THƠM TRONG ĐIỀU KIỆN PHÈN VÀ PHÈN MẶN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS. VÕ CÔNG THÀNH 2020 LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Võ Công Thành đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho những lời khuyên và kinh nghiệm hết sức quí báu trong việc nghiên cứu để tôi hoàn thành luận án này. Hà Thanh Toàn, NGND.

Huỳnh Thanh Nhã và ThS. Nguyễn Thành Long đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học nghiên cứu sinh. Xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông Nghiệp, khoa Sau Đại học. Quý Thầy Cô, anh chị em Bộ môn Di truyền Giống Cây trồng và Khoa học Cây trồng.

Lê Việt Dũng, GS. Nguyễn Bảo Vệ, PGS. Trần Kim Tính, GS. Lê Văn Hòa và TS.

Nguyễn Thành Hối đã hướng dẫn, gợi ý, góp ý và cung cấp rất nhiều thông tin để tôi có thể hoàn thành tốt luận án này. Các anh chị, cán bộ Trung tâm khuyến nông tỉnh Long An đã nhiệt tình giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi tại địa phương để tôi có thể hoàn thành tốt phần thí nghiệm ngoài đồng trong luận án này. Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên Công nghệ giống cây trồng khoá 39, 40 và 41 đã đồng hành cùng tôi trong quá trình thực hiện các thí nghiệm. Xin chân thành cám ơn gia đình tôi đã ủng hộ cho tôi cả về mặt vật chất lẫn tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi có thể yên tâm học tập và công tác.

Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những đóng góp chân tình, sự động viên, giúp đỡ nhiệt tình của bè bạn và các anh em mà tôi không thể liệt kê hết trong trang cảm tạ này. Tác giả Nguyễn Phúc Hảo i TÓM TẮT Cây lúa mùa ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thường được canh tác ở những vùng nhiễm phèn, mặn nhưng chỉ trổ được ở mùa vụ có thời gian chiếu sáng ngày ngắn. Vì vậy, việc làm mất ảnh hưởng của quang kỳ trên các giống lúa mùa nhưng vẫn duy trì được tính thích nghi, có phẩm chất gạo thơm ngon và chống chịu được phèn, mặn là yêu cầu cấp thiết hiện nay nhằm phục vụ cho sản xuất ở các vùng đất nhiễm phèn, mặn ở ĐBSCL, đặc biệt, trong điều kiện hạn hán gần như xuất hiện mỗi năm làm đất canh tác bị xì phèn hay hiện tượng mặn xâm nhập nhiều làm đất nhiễm mặn ngày càng trầm trọng. Với vật liệu ban đầu là giống lúa mùa Nàng Thơm Chợ Đào (NTCĐ) thu thập tại Cần Đước, Long An - 0 bằng cách xử lý 1.000 hạt vào giai đoạn hạt nảy mầm ở nhiệt độ 50 C trong suốt thời gian 5 phút, với mục đích gây sốc nhiệt nhằm tạo ra những biến đổi nhất định trên hạt lúa.

Những hạt đã xử lý (Mo) được trồng và chọn dòng từ thế hệ M 1 đến M5 trong nhà lưới trong điều kiện thời gian ngày dài và ngày ngắn xen kẽ. Kết quả cho thấy xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt có tần số xuất hiện những biến đổi là 2‰, chiều dài hạt thay đổi so với giống gốc (tăng 0,1 - 0,2 mm). Tổng cộng 4 dòng lúa mới được chọn, mất quang kỳ, có thời gian sinh trưởng ngắn (<110 ngày) năng suất cao (6,0 – 6,4 tấn/ha so với đối chứng 4,8 tấn/ha) trong điều kiện 1 nhà lưới, chống chịu mặn giai đoạn mạ (9 - 12 dSm ) và vẫn giữ chất lượng gạo như giống NTCĐ gốc ở thế hệ M 5. Các dòng này được tách thành 7 dòng ở thế hệ M6 và tiến hành đánh giá khả năng chịu phèn Al2(SO4)3 và phèn sắt Fe2O3, sau đó khảo nghiệm 2 vụ Đông Xuân 2016 – 2017; vụ Hè Thu 2017 với điều kiện đất canh tác nhiễm phèn ở xã Tân Thành, Mộc Hóa và Thị Xã Kiến Tường, tỉnh Long An.

Kết quả cho thấy, dòng lúa LA15 và LA16 thể hiện tính chống chịu phèn khi canh tác ngoài đồng (cấp 1 vụ Đông Xuân và 3 ở vụ Hè Thu), gạo thơm, mềm cơm, hàm lượng amylose thấp (LA15 13,26%; LA16 13,07%); hàm lượng protein (LA15 6,62%; LA16 6,35%); năng suất thực tế >6 tấn/ha. Kết quả PCR với các mồi chuyên biệt cho thấy LA15 và LA16 có gen thơm đồng hợp lặn fgr. Quá trình chọn lọc mùi thơm của các dòng lúa mới có sử dụng marker phân tử protein liên kết với tính thơm với trọng khối 16kDA, cho hiệu quả chọn lọc cao và chính xác. Từ khóa: Lúa chịu mặn, sốc nhiệt, lúa chịu phèn, lúa không quang kỳ.

ii SUMMARY Traditional rice in the Mekong Delta are often cultivated in acidic and saline soils, but they can only flower in season with short-day period due to its photoperiod sensitive. Therefore, deflecting the photoperiod sensitive of these good quality, good adaptability and salinity tolerance seasonal rice varieties is an urgent requirement, to providing seed for production in the acidic and salty soils in the Mekong Delta. Especially, in drought conditions that almost occurs every year, makes the soil become contaminated with alum, or the phenomenon of salinity intrusion, makes the soil more and more salty. This study was carried out with a traditional rice variety: “Nang Thom Cho Dao”, by treating 1.000 0 seeds in the germination stage at temperature is 50 C during 5 minutes to create heat shock, from which a certain change occurs in the grain.

The treated seeds (M0) were planted and clone from generation M 1 to M5 in the greenhouse with long - day and short - day lighting time alternating condition. The results showed that, heat shock treatment had frequency of changes was 2‰, the rice grain length changed in compared to the original variety (increased 0. Four of new rice lines were selected, photoperiod insensitive, with short duration (<110 days), high yield (from 6.4 tons/ha in compared to the control variety 4.8 tons/ha) in greenhouse conditions, salinity tolerance at -1 plating stage (from 9 to 12 dSm ) and retained the grain quality like the original variety in M5 generation. These lines were separated into 7 lines in M 6 generation and assessed aluminum resistance (Al2(SO4)3 )and iron resistance (Fe2O3) in nutrient solution.

Then, these rice lines were used as experimental material in 2 crops: Winter- Spring crop 2016 - 2017; Summer-Autumn crop 2017 with alkaline soil conditions in Tan Thanh commune, Moc Hoa distrist and Kien Tuong town, Long An province. The results showed that LA15 and LA16 lines showed the tolerance to alkaline soil when cultivating in the field (level 1 in Winter-Spring and level 3 in Summer-Autumn crop), aromatic and soft rice, amylose content (LA15 13,26%, LA16 13,07%); protein content (LA15 6,62%, LA16 6,35%); Actual yield> 6 tons/ha. The PCR results with specific primers suggested that LA15 and LA16 lines have homozygous aromatic genes. The aroma selection process of new rice lines using the aroma-linked protein molecule marker, with a molecular weight is 16kDA, gives high selection efficiency and accuracy.

Keywords: Salinity tolerant rice variety, temperature shock method, acid-tolerant rice, non - photoperiod muatant rice. iii MỤC LỤC Mục Nội dung Trang Lời cảm tạ i Tóm tắt Tiếng Việt ii Sumary iii Trang cam kết kết quả iv Mục lục v Danh sách bảng ix Danh sách hình xi Danh mục từ viết tắt xii Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2 1.1 Mục tiêu chung 2 1.1 Mục tiêu cụ thể 2 1.3 Đối tượng nghiên cứu 2 1.4 Phạm vi nghiên cứu 2 1.5 Nội dung nghiên cứu 2 1.6 Ý nghĩa khoa học của luận án 3 1.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án 3 1.8 Điểm mới của luận án 3 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Thực trạng nghiên cứu và canh tác lúa thơm ở ĐBSCL 4 2.2 Đất phèn và phèn nhiễm mặn 6 2.2 Đất phèn nhiễm mặn 8 2.3 Ảnh hưởng của pH đất; ngưỡng chịu phèn và cơ sở di 9 truyền tính chống chịu phèn của cây lúa 2.1 Vai trò của pH đất 9 2.2 Độc nhôm và cơ sở di truyền của tính chống chịu độ độc nhôm 10 (phèn nhôm) 2.3 Độc sắt và cơ sở di truyền tính chống chịu độ độc sắt (phèn sắt) 12 2.4 Ảnh hưởng của mặn và khả năng chống chịu mặn của lúa 15 2.1 Ảnh hưởng của mặn đối với cây trồng 15 2.2 Ảnh hưởng của mặn lên quá trình sinh trưởng và phát triển của 17 cây lúa 2.3 Ngưỡng chống chịu mặn của lúa 19 2.5 Một số kết quả nghiên cứu về tính chống chịu phèn và mặn 20 của lúa 2.1 Kết quả nghiên cứu về tính chống chịu phèn 20 2.2 Kết quả nghiên cứu về tính chống chịu mặn 21 2.6 Mùi thơm và các yếu tố cấu thành mùi thơm của gạo 23 v 2.1 Mùi thơm của gạo 23 2.2 Các hợp chất tạo nên mùi thơm của gạo 23 2.3 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về mùi thơm của lúa 26 2.7 Ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE trong công 28 tác chọn tạo giống lúa thơm 2.1 Các công cụ và kỹ thuật proteomics 28 2.2 Các kỹ thuật phân tách protein 29 2.8 Phẩm chất hạt gạo 31 2.1 Tổng quan về phẩm chất hạt gạo 31 2.2 Chiều dài, hình dạng hạt gạo 31 2.4 Hàm lượng protein 32 2.5 Hàm lượng amylose 32 2.7 Độ bền thể gel 33 2.1 Đột biến gen và cơ chế của đột biến 34 2.2 Các phương pháp gây đột biến trên lúa 35 2.3 Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt 37 2.4 Một số kết quả nghiên cứu liên quan đến phương pháp xử lý 39 nhiệt độ gây sốc nhiệt 2.10 Đặc điểm giống lúa Nàng Thơm Chợ đào địa phương và đặc 41 điểm của vùng nghiên cứu 2.1 Một số đặc điểm giống lúa Nàng Thơm Chợ đào địa phương 42 2.2 Vị trí địa lý 42 2.3 Điều kiện khí hậu thời tiết 43 2.5 Tài nguyên nước và chế độ thủy văn của vùng 44 Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian, phương tiện nghiên cứu 46 3.1 Thời gian và địa điểm 46 3.2 Vật liệu thí nghiệm 46 3.3 Thiết bị, hoá chất 47 3.2 Nội dung nghiên cứu 48 3.3 Phương pháp nghiên cứu 49 3.1 Phương pháp xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt 49 3.2 Phương pháp chọn dòng 50 3.3 Phương pháp đánh giá khả năng chịu mặn NaCl của các giống 51 lúa trong điều kiện nhà lưới 3.4 Phương pháp đánh giá khả năng chịu phèn nhôm Al2(SO4)3 của 52 các giống lúa trong điều kiện nhà lưới vi 3.