Tên đề tài: “Chọn tạo giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt trong gạo cao và amylose thấp”.

 Tác giả: Nguyễn Thị Mỹ Duyên, Khóa: 2013

  Chuyên ngành: Công nghệ sinh học; Mã số: 62420201. Nhóm ngành: Khoa học sự sống.

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Thị Cúc Hòa - Viện Nông nghiệp Công nghệ cao.

1. Tóm tắt nội dung luận án

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 BC₃F_4-5 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.

2. Những kết quả mới của luận án

Đề tài đã khai thác nguồn gen một cách hiệu quả thông qua việc lựa chọn nguồn vật liệu lai tạo cho gen mặn là giống lúa mùa chịu mặn nổi tiếng là Pokkali, đây là giống lúa tuy chịu mặn tốt nhưng có rất nhiều tính trạng xấu như cao cây (> 150 cm), phẩm chất hạt xấu (bạc bụng nhiều, amylose rất cao) và năng suất thấp. Việc chọn giống lúa Pokkali làm bố trong công tác lai tạo là hết sức mạnh dạn mà trước đây ít có nghiên cứu nào thực hiện.

Nhờ ứng dụng hiệu quả phương pháp lai hồi giao với giống mẹ (nhận gen) kết hợp đánh giá chọn dòng bằng phương pháp truyền thống với hiện đại bằng chỉ thị phân tử SSR. Kết quả đề tài đã chọn ra được một số dòng/giống vừa mang gen chịu mặn, vừa có hàm lượng sắt trong gạo cao và amylose thấp (≤ 20%). Bên cạnh đó, các dòng được chọn này ngoài việc đạt được mục tiêu đề ra còn có kiểu hình cây đẹp, hạt gạo thon dài, ít bạc bụng và thích nghi tốt với điểm nhiễm mặn nên cho năng suất cao và đặc biệt ít bệnh hại.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

- Khả năng ứng dụng trong thực tiễn:

Đề tài được thực hiện thông qua phương pháp lai tạo truyền thống kết hợp phương pháp chọn lọc hiện đại bằng chỉ thị phân tử. Thông qua kết quả đề tài cũng cho thấy tính hiệu quả của việc ứng dụng các kỹ thuật mới vào chọn tạo giống truyền thống.

Sản phẩm của đề tài đã chọn tạo ra được một số dòng lúa triển vọng và sẽ được tiếp tục trồng thử nghiệm diện rộng để đánh giá tính thích nghi. Nhằm chọn ra được giống mới vừa mang gen và chịu được mặn, vừa có phẩm chất tốt giàu sắt và amylose thấp để bổ sung vào cơ cấu giống chất lượng cao nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu thị trường và tình hình biến đổi khí hậu hiện nay.

Đề tài cung cấp một chương trình chọn tạo giống hiệu quả, mang giá trị tham khảo cao.

- Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

Các dòng lúa ưu việt được chọn từ 2 tổ hai tổ hợp lai hồi giao   OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 sẽ tiếp tục được chọn lọc dòng thuần để phát triển thành giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt trong gạo cao, amylose thấp tại các vùng chịu mặn ở vùng ĐBSCL. Đồng thời, đánh giá thêm các chỉ tiêu về khả năng kháng sâu bệnh của các dòng này.

Các dòng còn lại không được chọn thuộc cả 3 tổ hợp có thể tiến hành kiểm tra bằng các chỉ thị khác để có thể xác định thêm những dòng có mang gen chịu mặn. Đồng thời, cân nhắc lựa chọn để phát triển theo hướng giống lúa chịu mặn có hàm lượng sắt trong gạo cao đối với dòng BC₃F₅-5-3-1, hay phát triển theo hướng giống lúa chịu mặn phẩm chất cao, ngon cơm đối với những dòng có hàm lượng amylose thấp như 3 dòng BC₃F₅-24-3-1, BC₃F₅-24-3-2 và BC₃F₅-24-3-3 của tổ hợp OM238/Pokkali//OM238 và dòng BC₃F₅-42-5-1 của tổ hợp OM5451/Pokkali//OM5451.

1. Thesis 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 - CuuLong Delta Rice Research 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 BC₁F₁ generation; three hybrid combinations (OM231/Pokkali//OM231, OM238/Pokkali//OM238 and 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.

2. Novel Achievement

Genetic resources were effectively exploited through the selection of materials for Saltol genes (well-known salt-tolerant rice varieties was Pokkali). Pokkali was affected by the photoperiod, the height of plant was over 150 cm, the grain quality was very bad, and the grain yield was not high. However, effective application of SSR molecular markers in selection in rice backcross populations, the elite rice lines that were both salininity tolerant and high iron and low amylose (≤ 20%) in grain were selected.

In addition, these selected rice lines not only achieved the thesis objectives but also attached other interested traits, such as strong plant, long grain, less chalkiness, wide adaptation, high yield and insect and disease resistance.

3. Practical applications and further research

- Practical applications:

The thesis was done through traditional breeding methods combining modern selection methods with molecular markers. The results showed the effectiveness of the application of new techniques into traditional breeding.

The product of the thesis had bred some promising rice lines and would continue to grow on a large-scale trial to assess adaptability. New varieties were tolerant to salinity (carried Saltol gene) and high quality (rich iron and low amylose in grain) to supplement high quality seed structure to meet market demand and climate change currently.

The thesis provided an effective breeding program with high reference value.

- Further research:

For the selected lines, resistance ability to pests and diseases should be assessed. For the non-selected lines, they should be restored and selected in other targets.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)