Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn một số nguồn gen lúa tại ngân hàng gen cây trồng quốc gia

33 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 2(99)/2019 results showed that the Back Oliver samples at Co Loa area were quite homogeneous, the genetic diversity index was very low (h = 0.05 I = 0.09). It means the Black Oliver population in Co Loa is not genetically diverse; the population has less genetic diversity, therefore, it could be vulnerable by an outside impact. Consequently, conservation and rehabilitation plan is needed for the black Oliver population in Co Loa. Keywords: ISSR, conservation, genetic diversity, population, genetic relationship Ngày nhận bài: 7/1/2018 Ngày phản biện: 14/1/2018 Người phản biện: TS. Nguyễn Thị Tuyết Ngày duyệt đăng: 14/2/2019 1 Trung tâm Tài nguyên thực vật KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN MỘT SỐ NGUỒN GEN LÚA TẠI NGÂN HÀNG GEN CÂY TRỒNG QUỐC GIA Trịnh Thùy Dương1, Vũ Linh Chi1, Nguyễn Thị Thu Hằng1 TÓM TẮT Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia Việt Nam hiện đang lưu giữ gần 10.000 mẫu giống lúa khác nhau. Tuy nhiên, công tác đánh giá chi tiết nói chung và đánh giá khả năng chịu hạn nói riêng đối với các nguồn gen lúa đến nay vẫn còn chưa nhiều. Kết quả đánh giá 100 nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung năm 2017 ở Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia cho thấy giai đoạn mầm có 24 nguồn gen, giai đoạn 3 lá có 10 nguồn gen, giai đoạn đẻ nhánh có 19 nguồn gen, giai đoạn trỗ có 4 nguồn gen có khả năng chịu hạn tốt. Ngoài ra, nguồn gen Khẩu mà giàng, số đăng ký 4792 được đánh giá là có khả năng chịu hạn tốt trong suốt quá trình sinh trưởng. Từ khóa: Lúa, chịu hạn, đánh giá, ngân hàng gen I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ở Việt Nam, nền sản xuất nông nghiệp đang ngày càng phát triển, đã đạt được những thành tựu to lớn về năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Trong sản xuất nông nghiệp ở nước ta, lúa là cây lương thực chủ yếu, có ý nghĩa đáng kể trong nền kinh tế và xã hội. Nghề trồng lúa chiếm tỷ trọng lớn với khoảng 70% số lao động và 80% diện tích đất nông nghiệp cả nước (Nguyễn Văn Khoa, 2012). Hiện nay, tình hình biến đổi khí hậu đang diễn ra rất phức tạp, việc hạn hán kéo dài khiến cho sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất lúa nói riêng đứng trước những khó khăn, thách thức rất lớn. Hơn nữa, lúa là cây trồng rất mẫn cảm với hạn do hệ thống rễ nhỏ, khí khổng rất nhạy cảm và lá nhanh bị già hóa khi gặp hạn, vì vậy những nghiên cứu tuyển chọn giống lúa có khả năng chịu hạn trở thành một vấn đề cấp bách và cần thiết. Tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia có hơn 10.000 mẫu giống lúa khác nhau đang được lưu giữ. Tuy nhiên, công tác đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa từ Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia còn chưa nhiều, các thông tin về các nguồn gen lúa mới đang ở bước đầu dựa trên thông tin thu thập nguồn gen. Vì vậy, cần tận dụng nguồn vật liệu quý báu này để đánh giá và tuyển chọn những giống lúa có khả năng chịu hạn lại có năng suất, chất lượng cao phục vụ cho sản xuất trong tương lai. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu - 100 nguồn gen (NG) lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung đang được lưu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia (Thanh Hóa - 28 NG, Nghệ An - 51 NG, các địa phương khác - 21 NG), giống lúa chịu hạn CH5 làm đối chứng. - Polyethelen Glycol 6000 (PEG 6000), Ethanol (C2H5OH), Natri hypoclorit (NaOCl). 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Bố trí thí nghiệm - Thí nghiệm 1: Đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa giai đoạn mầm Hạt giống được khử trùng bằng Ethanol 10% trong 3 phút và NaOCl 5% trong 30 phút, rửa lại 2 lần với nước cất. Sau đó, ngâm hạt giống trong dung dịch PEG 6000 nồng độ 40% trong vòng 48 giờ. Rửa sạch và đặt vào đĩa petri có lót giấy lọc ẩm. Sau 7 ngày tiến hành đo đếm các chỉ tiêu để đánh giá khả năng chịu hạn. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lần nhắc lại, mỗi lần nhắc lại 20 hạt. 34 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 2(99)/2019 - Thí nghiệm 2: Đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa giai đoạn 3 lá. Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp thí nghiệm 1 nhân tố với 3 lần nhắc. Hạt giống được khử trùng bằng Ethanol 10% trong 3 phút và NaOCl 5% trong 30 phút, sau đó ngâm nước 30oC trong 2 ngày cho tới khi nứt nanh. Tiếp theo, các hạt nảy mầm được gieo vào các khay mạ chứa bùn ruộng dày 5 cm. Khi mạ được 3, 4 lá thật, trồng cây vào các chậu (55 cm ˟ 38 cm ˟ 18 cm) chứa 16 l dung dịch dinh dưỡng KimuraB. Độ pH = 5 được duy trì trong suốt thời gian sinh trưởng (sử dụng NaOH 10% hoặc HCl 10% để hiệu chỉnh). Thay mới dung dịch dinh dưỡng cứ 7 ngày/lần. Cây được cố định bằng xốp mút, với phần rễ trong dung dịch dinh dưỡng. Mỗi chậu trồng được 60 cây (10 cây ˟ 6 giống). Xử lý hạn ngay khi cây phục hồi sau cấy. Khi cây phục hồi sau trồng (5 ngày sau cấy), gây hạn nhân tạo bằng cách thay mới dung dịch dinh dưỡng Kimura B có bổ sung PEG 6000 nồng độ 20% (Money, 1989), tiến hành đánh giá khả năng chịu hạn theo hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa của IRRI (2002). Sau khi đánh giá xong, tiếp tục cấp nước và dung dịch dinh dưỡng để đánh giá khả năng phục hồi của các nguồn gen theo thang điểm của IRRI (2002). Dung dịch Kimura B (Yoshida and Forno, 1971) bao gồm các nguyên tố đa lượng Nitơ (NH4NO3), Phốtpho (NaH2PO4.2H2O), Kali (K2SO4), Canxi (CaCl2.2H2O), Magiê (MgSO4.7H2O) và nguyên tố vi lượng Mangan (MnCl2.4H2O), Molipden ((NH4)6. Mo7O24.4H2O), Kẽm (ZnSO4.H2O), Boron (H3Bo3), Đồng (CuSO4.5H2O) Sắt (FeCl3.6H2O), axit citric (C6H8O4.H2O). - Thí nghiệm 3: Đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng (đẻ nhánh) và sinh trưởng sinh thực (làm đòng, trỗ) trong nhà lưới (Fischer et al., 2003). Khi mạ có 3 lá thật, cấy mỗi mẫu giống của 100 nguồn gen vào trong 3 chậu vại (3 lần lặp lại), mỗi chậu 3 cây, cấy theo hình tam giác. Gây hạn nhân tạo khi cây lúa đẻ nhánh rộ, và khi bắt đầu trỗ làm đòng bằng cách ngừng cung cấp nước và chắt toàn bộ nước trong xô. Thời điểm đánh giá khả năng chịu hạn: Sau khi gây hạn nhân tạo 14 ngày với sinh trưởng sinh dưỡng và 10 ngày với sinh trưởng sinh thực. Đánh giá khả năng phục hồi: Sau khi đánh giá khả năng chịu hạn, tiếp tục cung cấp đầy đủ nước và theo dõi khả năng phục hồi, sinh trưởng phát triển của cây lúa đến khi thu hoạch. Thang điểm đánh giá khả năng chịu hạn và khả năng phục hồi theo hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa của IRRI (2002). 2.2.2. Các chỉ tiêu theo dõi Tỷ lệ nảy mầm, chiều dài cây mầm, chiều dài rễ mầm, số nhánh tối đa, số nhánh hữu hiệu, số bông/ khóm, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc, khối lượng 1000 hạt, năng suất lý thuyết. 2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu được xử lý theo phương pháp thống kê mô tả định tính và được xử lý bằng Excel. 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 6 - 12/2017 tại Trung tâm Tài nguyên thực vật - An Khánh, Hoài Đức, Hà Nội. III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung giai đoạn mầm 3.1.1. Khả năng nảy mầm của hạt lúa trong dung dịch PEG 6000 40% Khả năng mọc mầm của hạt trong điều kiện thiếu nước là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá và tuyển chọn giống chịu hạn. Những giống có khả năng chịu hạn tốt là những giống có khả năng mọc mầm tốt ngay cả trong điều kiện thiếu nước. Bảng 1. Khả năng nảy mầm của 100 NG lúa trong dung dịch PEG 40% sau 7 ngày TT Khả năng nảy mầm Số mẫu Tỷ lệ (%) Mẫu đại diện (Số ĐK) 1 Cao hơn hoặc bằng đối chứng CH5 24 24 21,22,1121 2 Thấp hơn đối chứng CH5 73 73 255,287,4765 3 Không nảy mầm 3 3 7307, 9434, 12122 Kết quả đánh giá năm 2017 cho thấy trong 100 nguồn gen lúa được đánh giá năm 2017 có 24NG lúa có khả năng nảy mầm tương đương giống đối chứng CH5 là các nguồn gen có SĐK lần lượt là 21, 22, 27, 70, 94, 305, 584, 683, 761, 767, 823, 829, 852, 1108, 1109, 1121, 1166, 1194, 1199, 1207, 1446, 4792, 5058, 5079, 7347 (Bảng 1). 3.1.2. Khả năng sinh trưởng của cây lúa trong dung dịch PEG 6000 40% PEG giống như một tác nhân gây ra hạn bởi tác 35 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 2(99)/2019 dụng của nó làm hạn chế quá trình thẩm thấu của nước vào hạt do đó làm chậm quá trình mọc mầm và ngăn chặn sự phát triển của cây mầm, mức độ ảnh hưởng lên cây mầm được quan sát rõ ở thân mầm hơn ở rễ mầm (Yavari et al., 2003). Ngoài ra, khi nghiên cứu một số tác nhân gây ra hạn nhân tạo, tác giả Heikalvà cộng tác viên (1981) cũng chỉ ra rằng sử dụng PEG - 6000 để đánh giá khả năng chịu hạn của hạt trong giai đoạn nẩy mầm là chính xác hơn so với NaCl.Kết quả trong 100 NG lúa được đánh giá năm 2017 có 60 NG có chiều cao cây cao hơn đối chứng và 45 NG có chiều dài rễ hơn đối chứng ở nồng độ PEG 6000 (40%) (Bảng 2). Bảng 2. Khả năng sinh trưởng của cây con và rễ mầm của 100 NG lúa sau 7 ngày Chỉ tiêu Chiều cao cây mầm (mm) Chiều dài rễ mầm (mm ≥ 12,76 mm < 12,76 mm ≥ 9,21mm < 9,21 mm Số lượng mẫu 60 37 45 52 Mẫu đại diện (SĐK) 8648 4765 4972 9397 Ghi chú: Giống CH5 có chiều cao cây 12,76 mm, chiều dài rễ mầm 9,21 mm. 3.1.3. Các nguồn gen lúa có khả năng chịu hạn tốt ở giai đoạn mầm Các nguồn gen lúa có khả năng chịu hạn tốt ở giai đoạn mầm là những nguồn gen có tỷ lệ nảy mầm, chiều cao cây mầm, chiều dài rễ mầm bằng hoặc cao hơn tỷ lệ nảy mầm, chiều cao cây mầm, chiều dài rễ mầm của giống đối chứng CH5. Trong 100 NG được đánh giá năm 2017 có 19 NG có khả năng chịu hạn tốt trong giai đoạn mầm (Bảng 3). Bảng 3. Các nguồn gen lúa có khả năng chịu hạn tốt ở giai đoạn mầm trong điều kiện hạn nhân tạo bằng PEG 6000 40% TT SĐK Tên nguồn gen Khả năng sinh trưởng của cây lúa Tỷ lệ nảy mầm (%) Chiều cao cây mầm (mm) Chiều dài rễ mầm (mm) 1 21 Ba tháng nước Nghệ An 100 26,06 24,74 2 22 Ba tháng Hà Tĩnh 100 30,09 24,26 3 27 Chớp Thanh Hóa 100 28,50 19,00 4 70 Châu sớm Thanh Hóa 100 20,00 19,24 5 584 Bằng muộn Nghệ An 100 17,06 9,66 6 753 Héo trâu Nghệ An 100 21,77 10,20 7 761 Lúa ven Thanh Hóa 100 21,73 13,84 8 823 Mùa Thanh Hoá 100 21,52 24,36 9 829 Mùa hóp Thanh Hoá 100 24,46 21,59 10 852 Hiên trắng Thanh Hoá 100 21,02 23,81 11 1108 Ba lá Nghệ An 100 16,78 21,47 12 1109 Ba lá Kiến An 100 16,23 12,45 13 1121 Bầu Thanh Hoá 100 31,70 17,53 14 1166 Chiêmnam 1 100 18,23 11,04 15 1194 Chiêm cò Nghệ An 100 33,22 14,58 16 1199 Chiêmquáo Nghệ An 100 15,74 16,20 17 1207 Chiêmlốc Nghệ An 100 18,53 18,93 18 4792 Khẩu mà giàng 100 13,51 13,40 19 7347 Nếp sáp 100 15,52 19,99 20 CH5 100 12,76 9,21 36 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 2(99)/2019 3.2. Khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung ở giai đoạn 3 lá Thí nghiệm đánh giá tính chịu hạn của các nguồn gen lúa ở giai đoạn cây con được tiến hành khi cây mạ được 3 lá, tiến hành đánh giá bằng dung dịch PEG 6000 với các nồng độ 20% nhằm tạo ra sự chênh lệch áp suất thẩm thấu để hạn chế sự hút nước từ rễ từ đó đánh giá khả năng chịu hạn thông qua độ cuốn lá. Sau khi gây hạn 14 ngày tiến hành cho nước và đánh giá khả năng phục hồi với thang điểm được ghi nhận từ 1 - 9 tương đương với tỷ lệ cây phục hồi từ100% - 0%. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở giai đoạn 3 lá với việc gây hạn nhân tạo bằng PEG 6000 20% có có 10 nguồn gen có khả năng chịu hạn tốt (SĐK 4717,4742, 4792, 12120, 12125, 12126, 12128, 12129, 12432, T12654), 64 nguồn gen có khả năng chịu hạn trung bình và 26 nguồn gen chịu hạn kém (Bảng 4). Bảng 4. Khả năng chịu hạn của 100 NG Lúa trong điều kiện hạn nhân tạo ở giai đoạn 3 lá TT Khả năng chịu hạn Số mẫu Tỷ lệ (%) Mẫu đại diện (Số ĐK) 1 Tốt 10 10 4717, 4742, 4792 2 Trung bình 64 64 12130, 5045 3 Kém 26 26 5079, 1108 3.3. Khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung giai đoạn đẻ nhánh trong nhà lưới Một nguồn gen lúa được cho là chịu hạn tốt khi vẫn có thể phát triển trong điều kiện thiếu nước và có khả năng phục hồi nhanh khi có nước trở lại. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 100 NG lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung được đánh giá năm 2017 có 19 nguồn gen có khả năng chịu hạn tốt (SĐK 152, 1109, 1121, 1129, 1166, 1191, 1207, 4743, 4745, 4749, 4765, 4792, 5009, 5015, 5044, 5045, 5056, 12116, 12129), 27 nguồn gen có khả năng chịu hạn trung bình, 53 nguồn gen có khả năng chịu hạn kém (Bảng 5). Bảng 5. Khả năng chịu hạn của 100 NG lúa trong điều kiện hạn nhân tạo ở giai đoạn đẻ nhánh TT Khả năng chịu hạn Số mẫu Tỷ lệ (%) Mẫu đại diện (Số ĐK) 1 Tốt 19 19 5009, 4792, 5045 2 Trung bình 27 27 7156, 5047 3 Kém 53 53 5079, 5220 3.4. Khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập tại miền Trung giai đoạn làm đòng, trỗ trong nhà lưới Sau khi chịu hạn ở giai đoạn đẻ nhánh có 46 nguồn gen phục hồi tốt được tiếp tục chăm sóc để tiến hành đánh giá tính chịu hạn ở giai đoạn tiếp theo. Ở giai đoạn làm đòng, trỗ, tiến hành rút nước 10 ngày sau đó đánh giá khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa. Kết quả nghiên cứu ở giai đoạn làm đòng, trỗ cây lúa rất mẫn cảm với điều kiện thiếu nước, trong 46 NG còn lại được đánh giá tính chịu hạn giai đoạn trỗ có 1 NG được đánh giá là chịu hạn tốt có SĐK 4792, 3 NG có khả năng chịu hạn trung bình (SĐK 1109, 1207, 5015), 42 NG còn lại đều chịu hạn kém. Kết thúc thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của 100 NG lúa giai đoạn làm đòng, trỗ, 04 NG có khả năng chịu hạn tiếp tục được chăm sóc đến thu hoạch. Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu cấu thành năng suất cho thấy mặc dù cho thu hoạch nhưng các chỉ tiêu cấu thành năng suất của các nguồn gen không cao, số bông/khóm, số hạt/bông và tỷ lệ hạt chắc thấp. Cụ thể số bông/khóm đạt từ 3,7 - 5,5 bông, số hạt/bông, số hạt/ bông đạt từ 76,2 - 103,4 hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc từ 54,7 - 62,3%, khối lượng 1000 hạt đạt 23,3 - 34,7g và năng suất lý thuyết đạt 1,75 - 2,71 tấn/ha (Bảng 6). Bảng 6. Các yếu tố cấu thành năng suất của các nguồn gen lúa triển vọng, An Khánh - 2017 TT SĐK Tên nguồn gen Số bông/ khóm Số hạt/ bông Tỷ lệ hạt chắc (%) Khối lượng 1000 hạt (g) NSLT (tấn/ha) 1 1109 Ba lá Kiến An 5,2 88,7 60,3 23,3 1,94 2 1207 Chiêmlốc Nghệ An 3,7 103,4 54,7 24,0 1,50 3 4792 Khẩu mà giàng 5,5 76,2 62,3 34,7 2,71 4 5015 Chạo lựu 4,6 82,6 55,6 27,7 1,75 CH5 4,3 112,3 65,4 25,6 2,42 Ghi chú: NSLT (Năng suất lý thuyết) tính với 30 khóm/m2.