Cơ sở di truyền tính chống chịu đối với thiệt hại do môi trường của cây lúa phần

Chương 5 CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU ĐỘ ĐỘC NHÔM Năng suất cây trồng trên đất acid, đất phèn bị ảnh hưởng rất đáng kể do nhiều yếu tố: (1) độ độc sắt, (2) độ độc nhôm, (3) độ pH thấp, (4) thiếu lân, v. Trong chương này, chúng ta đề cập đến tính trạng chống chịu độ độc nhôm của cây trồng trên đất chua (pH thấp), hoặc đất phèn (pH thấp, nhiều lưu hùynh, như đồng bằng sông Cửu Long) Độ độc nhôm được xem như yếu tố hạn chế chính đối với sự tăng trưởng của cây trồng (Kochian 1995). Người ta chưa biết nhiều về cơ chế chống chịu độ độc nhôm của cây trồng ở mức độ sinh học phân tử. Trong các loài mễ cốc, cây lúa mạch đen (rye) được xem như là cây có tính chống chịu độ độc nhôm tốt nhất.

Aniol và Gustafson (1984) phát hiện tính chống chịu này ở cây lúa mạch đen, được điều khiển bởi những gen chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 3R và 6R, với những gen khác định vị trên nhiễm sắc thể 4R. Hai loci trội: Alt1 trên nhiễm thể số 6R và Alt2 trên nhiễm thể số 4R, đã được thiết lập bản đồ (Gallego và ctv. 1998, Miftahudin và ctv. Đối với lúa mì, tính trạng này được điều khiển bởi 2-3 gen trội hoặc đa gen (Aniol và Gustafson 1984).

Người ta đã xác định được một gen chính AtlBH điều khiển tính trạng chống chịu độ độc nhôm, định vị trên nhiễm sắc thể 4DL, đóng góp 85% biến thiên kiểu hình (Riede và Anderson 1996). Tang và ctv. (2000) đã thiết lập bản đồ một gen điều khiển tính chống chịu nhôm trên một nhánh vai của nhiễm thể 4H của lúa mạch (barley), liên kết với marker Xbcd117, khoảng cách liên kết là 2,1 cM, liên kết với marker Xwg464 và Xcdo1395, khoảng cách liên kết là 2,1 cM. Đối với cây bắp, nhiều phòng thí nghiệm cũng đã tiến hành nghiên cứu tính trạng chống chịu độ độc nhôm, họ ghi nhận tính trạng này do đa gen điều khiển (Magnavaca và ctv.

Nghiên cứu tính trạng này trong cây lúa vẫn còn ít báo cáo. Sử dụng kỹ thuật phân tử, Wu và ctv.(2000) đã xác định được nhiều QTL có liên quan đến tính chống chịu nhôm, trong một quần thể cận giao ngẫu nhiên của tổ hợp lai IR1552 / Azucena. Nguyễn và ctv.(2001) đã phát hiện 5 QTL điều khiển tính chống chịu nhôm, định vị rãi rác trên 5 nhiễm sắc thể, với một QTL chính thức định vị trên nhiễm thể số 1. Nguyễn và ctv.

(2002) tìm thấy 10 QTL định vị trên 9 nhiễm sắc thể điều khiển tính chống chịu nhôm, trên cơ sở quần thể lưỡng bội kép (DH) của tổ hợp lai CT9993 / IR62266. Những phát hiện này khẳng định rằng: tính chống chịu độ độc nhôm là một tính trạng phức tạp Ðối với cây lúa, trước đây, người ta nghĩ rằng rễ lúa trong đất acid phải tiếp xúc và bị ngộ độc bởi ion H+, nhưng hiện nay người ta cho rằng chính ion Al3+ là tác nhân (Coronel 1980, Thaworuwong và van Díet 1974). Trong các thí nghiệm của tác giả, với pH từ 3.0, không thấy ảnh hưởng độc hại rễ lúa nếu không có sự hiện diện của nhôm. Chính sự phát triển của rễ lúa là chỉ tiêu quan sát dễ nhất ở các nồng độ gây độc hại của nhôm.

Thông thường, độ gây độc hại của nhôm không xuất hiện ở pH lớn hơn 5,5 (Mc Cart và Kaprath 1965), mà chỉ gây thiệt hại trầm trọng ở pH nhỏ hơn 5,0. Kỹ thuật thanh lọc tính chống chịu độ độc nhôm trong môi trường dinh dưỡng có nhiều thuận lợi hơn thanh lọc ngay trên đất acid, bởi vì rất khó kiểm tra được nồng độ nhôm một cách chính xác trong đất (Froy 1974, Howeler và Cadavid 1976, Martinez 1976), chưa nói sự thay đổi pH làm ảnh hưởng đến dạng nhôm hoà tan và mức độ gây độc hại trong đất (Moore 1974). Có 3 kỹ thuật thanh lọc nhôm trong môi trường dinh dưỡng: chiều dài rễ tuyệt đối, sự phục hồi sinh trưởng của rễ và nhuộm màu khi phản ứng với hematoxylin. Nhưng kỹ thuật đo chiều dài rễ tuyệt đối được áp dụng phổ biến nhất (Coronel 1980).

Sau khi có được chiều dài tuyệt đối (MRL), người ta còn dùng phép tính chiều dài rễ tương đối (RRL) để làm giảm bớt sự sai biệt về di truyền của sự sinh trưởng rễ lúa (Coronel 1980). Khái niệm về chiều dài tương đối (RRL) được xem như là tỷ số của chiều dài rễ ở 2 mức độ nhôm khác nhau. Chiều dài rễ ở nồng độ 30 ppm Al RRL= Chiều dài rễ ở nồng độ 0 ppm Al Hiện tượng đầu tiên của cây trồng khi bị độ độc của nhôm là sự kéo dài của rễ bị ức chế. Rễ bị thương tổn trong điều kiện nồng độ nhôm cao, biểu hiện thông qua các triệu chứng như sau: ngắn, dầy, sậm màu, dòn dễ gãy, ít đâm nhánh, chiều dài tổng số của rễ và thể tích rễ cây giảm rõ rệt.

Độ độc nhôm còn có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của chồi thân, thông qua sự giới hạn di chuyển chất dinh dưỡng, và nước do hiện tượng hấp thu hoặc truyền dẫn qúa kém 5-1. GIỐNG LÚA NƯỚC SÁU CHỐNG CHỊU ĐỘ ĐỘC NHÔM Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Hầu hết các vùng lúa nước sâu ở ĐBSCL là đất phèn, nồng độ sắt và nhôm cao, gây độc hại cho cây lúa ở giai đoạn mạ trước khi mưa ngập, đặc biệt trong điều kiện mưa thất thường (van Breeman 1978, Võ Tòng Xuân và ctv 1982). Cây lúa chịu tác dộng của nhiều yếu tố cùng một lúc, chẳng hạn như sự thiếu lân, thừa sắt, nhôm và các hợp chất có chứa lưu huỳnh (S) trên đất phèn. Các biểu hiện về triệu chứng gây độc này rất phức tạp, vì sự tác động có tính chất tổng hợp của nó.

Tính chống chịu độ độc nhôm của các giống lúa nước sâu phổ biến ở ĐBSCL đã được phân tích. Thí nghiệm được thực hiện tại IRRI, trong phytotron, nhiệt độ 29/21oC (ngày/đêm), ẩm độ tương đối 70%. Hàm lượng nhôm cho vào môi trường dinh dưỡng là 0 ppm và 30 ppm lấy từ dung dịch IM (AlCl3, 6H2O) Sau khi có được chiều dài tuyệt đối (MRL), người ta còn dùng phép tính chiều dài tương đối (RRL) để làm giảm bớt sự sai biệt về di truyền của sự sinh trưởng rễ lúa (Coronel 1980). Áp dụng phép thử chi bình phương về sự đồng nhất của phương sai (Gomez 1984), chúng tôi xếp nhóm những giống có tính chống chịu độ độc nhôm từ khá, trung bình đến nhiễm, so với giống đối kháng (bảng 1).

Chiều dài rễ tuyệt đối của các giống kháng ở nồng độ 0 và 30ppm Al trong môi trường dinh dưỡng (Buu 1987). Giống Chiều dài rễ (cm) RRL 0ppm Al 30ppm Al Leb Mue Nahng 13.64 Nàng phước 12.41 RRL: chiều dài rễ tương đối (relative root length) Ở bảng 1, các giống kháng có giá trị RRL đồng nhất (χ2=0,416, p=0,50). Giống Leb Mue Nahng 111 (LMN111), Habiganj Aman1, Khao Daeng và Ba sào đều được cả hai tiêu chuẩn về chiều dài tuyệt đối và tương đối. Các giống lúa nổi Ba sào (Đồng Tháp Mười), Nàng Phước (Tứ giác Long Xuyên) đều thể hiện tính kháng độ độc nhôm rất tốt.

Giống Ba chúc và Tàu nút phổ biến ở vùng Tây Sông Hậu và Tứ Giác Long Xuyên cũng thể hiện tính kháng nhôm. Giống Sa quay thuộc nhóm lúa mùa sớm - phổ biến ở An Biên (Kiên Giang), trồng trên đất nhiễm mặn và than bùn, cũng đuợc ghi nhận có tính kháng. Khao Daeng - giống lúa nước sâu gạo đỏ của Thái Lan và giống lúa nổi LMN111 - trước đây được ghi nhận kháng nhôm rất khá (HilleRisLambers và Sittiyos 1985), cũng thể hiện kết quả tương tự trong thí nghiệm này. Dòng lúa nước sâu triển vọng IR11185-RRR-8-2 từ tổ hợp lai IR2070-414- 39/LMN111 được ghi nhận có tính kháng giống như LMN111.

39 dòng giống có giá trị RRL lớn hơn trung bình mẫu được liệt kê ở bảng 3 và được xếp nhóm theo sự đồng nhất về phương sai. Mức độ phản ứng đối với nồng độ nhôm ở 30 ppm thể hiện rất rõ (χ2=14. Không ghi nhận triệu chứng độc hại trên lá già. Các giống lúa nổi Nàng tri, Nàng đùm nhỏ, Nàng đùm to (Đồng Tháp Mười), Nàng Tây, Nàng son (Tứ Giác Long Xuyên) có phản ứng hơi kháng.

Giống phổ biến trên vùng Tây Sông Hậu là Trắng Chùm, Trắng Lựa cũng có phản ứng hơi kháng. Giống Trắng lùn, Lúa Thước phổ biến trên đất phèn bị nhiễm mặn cho thấy có phản ứng nhiễm. Thực hiện cân trọng lượng khô bằng cách sấy mẫu trong tủ định ôn 150 0F trong 4 ngày. Cân riêng mẫu rễ lúa và mẫu chồi thân (Bảng 2) Nhìn chung trọng lượng khô của chồi và rễ đều có xu hướng giảm ở nồng độ 30 ppm Al, nhưng kết quả không rõ ràng như quan sát chiều dài rễ.

Áp dụng khái niệm về chiều dài rễ tương đối (RRL) là phương pháp thanh lọc nhôm đơn giản và hiệu quả hơn hết. Trong thí nghiệm này, tương quan giữa RRL và chiều dài rễ tuyệt đối (MRL) rất chặt chẽ (hình 5-1) r = 0,798 ** (n=107) y= 0,039 x + 0,215 Hình 5-2 và 5-3 cho thấy, sự biến thiên của trọng lượng chất khô thường lớn hơn nhiều so với biến thiên về chiều dài. Do đó phương pháp đo chiều dài rễ để quan sát phản ứng chống chịu với độ độc nhôm có thể cho biết kết quả chính xác hơn cân trọng lượng khô. Bảng 2: Trọng lượng khô của rễ và chồi của các giống kháng ở 2 nồng độ nhôm 0ppm và 30ppm (Buu 1987).

Giống Trọng lượng rễ (mg/cây) Trọng lượng chồi (mg/cây) 0ppm Al 30ppm Al 0ppm Al 30ppm Al Leb Mue Nahng 22,2 20,2 53,2 48,5 Tàu nút (lúa giáng) 14,1 16,2 15,1 61,6 Ba sào 22,3 21,5 53,6 50,9 Khao Daeng 21,6 26,8 63,6 59,8 Habiganj Aman 1 20,9 16,5 55,5 40,8 Nàng phước 17,1 10,2 35,3 26,1 HTAFR 77022-14-157-6-1 13,0 15,3 30,4 38,0 Sa quay 21,6 18,0 65,7 51,5 IR 11185-RRR-88-2 16,4 18,1 38,5 43,4 Ba chúc 16,8 15,0 52,2 55,1 IAC3 (ĐC kháng) 28,6 27,3 53,2 59,4 IR45 (ĐC kháng) 30,5 17,3 56,7 39,5 Thí nghiệm nhuộm hematoxylin ở rễ lúa cũng khó so sánh và kết luận. Cần tiếp tục thanh lọc và ghi nhận mức độ phổ biến của từng giống lúa trên những loại đất phèn khác nhau (Sulfaquepts), kết hợp với sự thanh lọc độ độc sắt để có những kết luận tiếp theo giúp cho sự bố trí cơ cấu giống hợp lý và xác định mục tiêu lai tạo phù hợp cho từng vùng. Danh sách các dòng giống có RRL lớn hơn trung bình mẫu (Bửu 1987) Hạng Dòng giống RRL χ2 1 Leb Mue Nahng 111 0.64 6 Naìng phæåïc 0.62 11 Nàng đùm nhỏ 0.361 12 Nàng đùm to 0.53 32 Khao Dawk Mali 105 0.