Trong thập niên 1980, có khoảng 30 đến 40% diện
tích trồng lúa ở Châu Á thuộc loại hình canh tác bị ngập lụt hàng năm vào vụ
mùa, độ sâu mực nước trung bình từ 0,5 đến 1,0 m ở Ấn Độ, Bangladesh, Miến Điện, Thái Lan và Việt Nam;
những vùng khác có mực nước rất sâu (hơn l m) được gọi là vùng lúa nổi, tập trung ở Nam và Đông Nam Á Châu (Jackson và ctv 1982, Vergara và ctv 1976
HilleRisLambers và Seshu 1982).
Việc điều tra và phân loại vùng trồng lúa gặp nhiều
khó khăn vì tiêu chuẩn định danh chưa thống nhất. Từ năm 1979 đến năm 1984,
thuật ngữ về vùng sinh thái trồng lúa đã được thay đổi nhiều lần bởi các nhà
khoa học IRRI và người ta phải thành lập một Ủy ban quốc tế để phân loại và
định danh vùng sinh thái lúa, nhằm thống nhất cách gọi tên, giúp ích cho việc
xác định mục tiêu nghiên cứu rõ ràng hơn (Garrity 1984).
Căn cứ vào độ sâu mực nước, Khush (1984) đề nghị
gọi như sau: 0 (nước cạn), 25cm (nước trung bình), 50cm (nước
sâu), 100cm ( nước rất sâu)
Áp dụng hệ thống định danh này, chúng ta có thể
chia tập đoàn lúa mùa nước sâu địa phương ở ĐBSCL làm hai nhóm: lúa nước sâu
(mực nước trên ruộng dưới 100 cm) và lúa nổi (trên 100 cm).
Công trình nghiên cứu về lúa nước sâu được công bố
từ năm 1934 tại trạm lúa nổi Habiganj (Bangladesh) (Jackson và Vergara 1979).
Công trình tập trung vào việc nghiên cứu tuyển chọn giống cải tiến, ảnh hưởng
của tuối mạ đối với sự chịu ngập, điều kiện đất đai, thời vụ và phương pháp
gieo sạ. Trạm thí nghiệm lúa nổi Huntra (Thái Lan) được xây dựng sau trạm
Habiganj 7 năm. Ở đây, công trình tập trung vào việc cải tạo phẩm chất hạt và
năng suất bằng con đường tuyến chọn từ các giống lúa địa phương.
Trong những năm 1950, vài công trình nghiên cứu về
lúa nước sâu được thực hiện ở Nhật và Bangladesh (Yamada 1959, Yamada và Ota
1956, Yamada và ctv 1954, Alim và Sen 1955, Alim và Zaman 1985), nhưng vẫn chưa
có cải tiến gì về công tác giống.
Lúa nước sâu bắt đầu được nghiên cứu ở IRRI từ
những năm 1960, xem đó như một nhiệm vụ quan trọng của Viện. Thuật ngữ “floating
dwarf ’ đã được sử dụng rộng rãi trong các chương trình lai tạo giữa giống lúa
lùn và lúa nổi tại IRRI trong thời gian này. Khả năng phóng thích ra các dạng
hình nửa lùn, có thế vươn lóng trong điều kiện nước sâu trung bình đã được
chứng minh với các dòng triển vọng của tố hợp lai IR442 (IR95-31- 4 / Leb Mue
Nahng 111).
Tuy nhiên, người ta yêu cầu phải xác định rõ về độ
sâu của mực nước: sâu bao nhiêu thì được gọi là nước sâu ? Đó là câu hỏi được
đặt ra từ những chương trình hợp tác quốc tế về lúa nước sâu ở IRRI. Các nhà
chọn giống cần có sự thống nhất về định nghĩa vùng nước sâu, bao gồm mức độ và
những trở ngại chính của hiện trạng đế có được mục tiêu lai tạo rõ ràng (Jackson
và ctv 1982).
Hội nghị quốc tế lúa nước sâu lần thứ nhất được tố
chức tại Bangladesh (1974) với nhiều báo cáo nghiên cứu về giống, di truyền,
hình thái học, những thiệt hại chính ở các vùng lúa nước sâu. Hội nghị đã thảo
luận việc tăng cường sự hợp tác quốc tế.
Sau đó vào năm 1975 các nhà khoa học đã họp tại
IRRI, thống nhất mục tiêu lai tạo giống: (1) kháng hạn, (2) khả năng vươn lóng,
(3) cường lực mạ, và (4) chống chịu ngập, về canh tác, họ yêu cầu nghiên cứu
tập trung: (1) phòng trừ cỏ dại, (2) thời vụ gieo, (3) mật độ sạ, (4) phân bón,
(5) phương pháp canh tác, (6) sửa soạn đất.
Chương trình khảo nghiệm lúa nước sâu quốc tế
(IRDWON) được tố chức từ 1976 đã dần dần đáp ứng phần nào yêu cầu về công tác
giống.
Hội nghị quốc tế lúa nước sâu lần thứ hai được tố
chức tại Thái Lan (1976) đã thống nhất về cơ bản việc sử dụng thuật ngữ giống
lúa nước sâu và tiêu chuấn hóa phương pháp cho điếm trong nghiên cứu tính chống
chịu:
Hội nghị quốc tế giống lúa nước sâu lần thứ ba được
tố chức tại Ấn Độ (1978) đã đề xuất chương trình hợp tác quốc tế về kỹ thuật
RGA (rapid generation advance), để phát triển nhanh chóng các dòng lai, chương
trình thanh lọc chống chịu ngập và chịu khô hạn quốc tế.
Hội nghị quốc tế lúa nước sâu lần thứ tư được tố
chức tại Thái Lan (1982) đã nhấn mạnh về tính chống chịu ngập, đề xuất mục tiêu
lai tạo với tính chống chịu sâu bệnh riêng biệt đối với từng vùng (tuyến trùng
thân được xem là một trong những đối tượng chính): tính kháng hạn ở giai đoạn
mạ, tính chịu ngập cho những vùng bị lũ lụt đột ngột. Hội nghị nêu rõ yêu cầu
về giống cho vùng lúa nước sâu trở nên vô cùng cần thiết, về tầm quan trọng cho
chương trình lai tạo. Hội nghị rất quan tâm đến những nghiên cứu cơ bản về di
truyền - nhất là tính trạng chống chịu ngập và khả năng vươn lóng.
Hội thảo về lúa nước sâu (ACIAR workshop) được tố
chức vào tháng 6-1985 tại Australia đã tập trung thảo luận về tính chịu ngập
của cây lúa (sinh lý học) và những kết quả mới nhất về cơ chế chống chịu
4-1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
Năm 1941, Ramiah và Ramaswami đã công bố một chương
trình nghiên cứu về di truyền tính trạng nổi của cây lúa (trên cơ sở dạng hình
thân rạ). Đặc tính tăng trưởng theo kiểu ngã rạp (bò) của lúa nổi do hai gen
lặn, lặp đoạn điều khiển, một gen liên kết với gen trội của tính chín muộn.
Những phát hiện chủ yếu dựa trên việc nghiên cứu quần thể F2 được trồng
trong điều kiện nước cạn của các cặp lai, giữa lúa nước sâu với giống không
phải nước sâu của Ấn Độ, Bangladesh, Pakistan. Tác giả không cho rằng có khả
năng vươn lóng của những cây đang phân ly. Tác giả đề nghị một chương trình lai
cho những cây thân lùn với khả năng đẻ chồi gọn và chống chịu được nước sâu.
Điều này có thế làm được vì không có sự tương quan có tính di truyền giữa đặc
tính chịu nước sâu và chiều cao cây, hoặc giữa đặc tính chịu nước sâu và sự đẻ
chồi gọn (Choudhury 1975). Các tác giả điều đề nghị kiểu
hình đẻ chồi gọn được xem như một đặc tính cải tiến của giống lúa nổi (Jackson và Vergara 1979)
Năm 1965, Chang xác định thêm về hai gen lặn dxvl
và dw2 điều khiển tính trạng nổi.
Ở Nhật, Kihara và ctv (1962) đã nghiên cứu đặc tính
tăng trưởng của các giống lúa nước sâu sưu tập từ Assam (Ấn Độ), Thái Lan, và Châu Phi. Từ đó, người ta đề nghị
đặc tính nổi có thể được nghiên cứu trên cơ sở của 3 yếu tố:
a)
Sự
phát triển chiều cao và sự thích nghi nhờ vươn lóng với điều kiện không có sự
ngập bất ngờ lúc đầu
(điều
kiện bình thường).
b)
Khả
năng vươn lóng thích nghi với tốc độ gia tăng mực nước trung bình.
c)
Khả
năng vươn lóng thích nghi với tốc độ gia tăng mực nước tối đa.
Tác giả chưa đề cập đến việc xác định gen cho mỗi
yếu tố, hoặc ước đoán số gen của từng yếu tố. Theo kết quả này, các giống lúa
nước sâu nổi tiếng đều có chứa yếu tố b và c. Có sự khác biệt giữa các giống
thuộc nhóm b và c. Các gen nổi có thế được truyền từ giống lúa nước sâu sang
giống lúa lùn, đẻ chồi khỏe, dạng gọn (Kihara và ctv 1962).
Yêu cầu về một nguồn gen phong phú cho chương trình
lai tạo giống lúa nước sâu cũng được các nhà khoa học đề xuất. Cả hai Oryza
sativa L. và Oryza glaberrima Steud đều có những giống lúa trồng
(cultivar) thích nghi với điều kiện ngập lũ, nhưng các loài có nguồn gốc ở Châu
Á cung cấp được nhiều dạng hình phong phú hơn (Chang và ctv 1977). Những giống
lúa thuộc Oryza glaberrima Steud có đặc tính tăng trưởng kiểu bò và khả
năng gối đầu dậy (kneeing) trong khi trồng ở nước cạn đều có thế xem như dạng
hình lúa nước sâu (Chang 1979). Tác giả cho biết hiện có 646 mẫu giống lúa nước
sâu của Châu Á và 680 mẫu giống của Châu Phi được sưu tập tại Ngân hàng gen của
Viện lúa Quốc tế. Sự thích nghi rộng của các giống lúa trồng cho thấy có nguồn
gốc đa hệ (polyphyletic) của Oryza sativa L. về lĩnh vực nước sâu được
ghi nhận:
Các giống lúa nước sâu có từ quá trình tiến hóa của
Oryza perennis Moench (Chandraratna 1964, Choudhury 1975).
Tất cả các giống lúa nổi được biết hiện nay thuộc
loại hình Indica, chưa thấy giống lúa nổi loại hình japonica, cũng như chưa
truyền được gen nổi của indica vào japonica (Oka 1975). Tác giả lưu ý: có vài
giống lúa không thế hiện tính vượt nước nhưng vẫn có thể có gen nổi bởi có tố
tiên của nó là giống hoang dại, nổi.
Morishima và ctv (1962) công bố rằng lúa nổi dạng
hoang dại không những có khả năng nổi mà còn kháng hạn. Tác giả cho rằng trong
các giống lúa trồng thuộc Oryza sativa L. có sự khác biệt một cách đáng chú ý
về khả năng nổi: từ trung bình đến mạnh. Khả năng nổi là yếu tố thuộc dạng hình
hoang dại và nửa hoang dại để cây lúa thích nghi với chế độ nước thay đối bất
thường.
Tại Viện nghiên cứu di truyền quốc gia Nhật bản, 10
giống lúa hoang và lúa trồng được thử nghiệm theo sự phân loại của Kihara và
ctv (1962) đã có những kết quả rất khác nhau đối với yếu tố a, b và c, cho thấy
đặc tính nổi thể hiện ra với nhiều hình khác nhau (Morishima 1975).
Đặc tính có rể phụ và chồi mắt lóng của lúa nổi và
lúa nước sâu, cùng với đặc tính vươn lóng đã được dùng đẻ phân biệt giữa lúa nổi
và lúa không nổi. Sử dụng các dữ kiện thu từ các thí nghiệm trong hồ với 56
dòng lúa trồng và lúa hoang, Morishima (1975) đã thiết lập công thức theo
phương pháp phân tích phương trình biệt thức (discriminant tunction) để làm tối
đa hóa những khác biệt dạng hình nổi và không nổi. Có sự phối hợp tuyến tính
của 4 yếu tố:
A: Số lóng được vươn dài ra (hơn 3 cm)
B: Chiều dài tống cộng của các lóng được vươn dài.
C: Số lóng có rễ phụ trên thân lúa
D: Số chồi mắt lóng trên thân.
Phương trình biệt thức Xp = 1.00A + 0.47B + 0.50C +
0.24D.
Với phương trình này, tác giả đã điều tra sự biến
thiên về khả năng nổi của một số dòng lúa trồng và lúa hoang. Đối với lúa trồng
thuộc o. sativa L. và o. glaberrima Steud. Các giống lúa nổi
và không nổi rất dễ dàng phân biệt. Đối với các dòng hoang dại thuộc o. perennis Moench và o. brevìguỉata A. Cheval et Roehr, có
sự biến thiên liên tục về khả năng nổi ở một mức độ nhất định.
Quần thể F2 của các cặp lai giữa lúa nổi và lúa
không nổi cũng cho một biến thiên liên tục về XF. Điều này cho thấy, có thể có
nhiều gen điều khiển tính trạng nổi (Morishima 1975).
Cây F2 được trắc nghiệm trong điều kiện nước sâu
cho thấy số lóng và chiều dài có tương quan nghịch (r biến thiên từ - 0.39 đến
- 0.52). Trong 56 dòng được thử, hai yếu tố này tương quan không có ý nghĩa.
Điều này cho thấy, số lóng và chiều dài lóng trong nước sâu được điều khiển bởi
nhiều gen khác nhau (Morishima 1975). Ngoài ra tác giả còn ghi nhận rằng, số
lóng trong điều kiện trồng ở nước cạn (5cm) có thể được dùng như một chỉ tiêu
ước đoán khả năng nổi (r= 0.78) trong điều kiện ngắn ngày và mực nước cạn
(5cm).
Khi nghiên cứu về các kiếu gen (genotypes) của các tố
hợp lai giữa lúa nổi và các dạng trung gian, Mukherji và Roy (1977) nhận thấy
công thức tính khả năng nổi của Morishima (1975) cần được thay đổi, vì số lóng
có rễ phụ và số chồi mắt lóng không tương quan với khả năng nổi. Yếu tố chín có
liên quan đến nó là chiều cao cây cuối cùng. Tác giả đề nghị một công thức mới: Fd = 1.00A + 0.50B + 0.20C + 1,00D - 0.25E.
(Fd): khả năng nổi,
(A): số lóng dài hơn 3cm,
(B): chiều cao cây cuối cùng trong điều kiện nước
sâu,
(C): chiều dài tống cộng lóng thân được tăng thêm,
(D) chiều dài tống cộng lóng thân được tăng thêm
cho đến ngày thứ 81 kế từ sau khi gieo,
(E): tỉ lệ vươn lóng giữa điều kiện nước sâu so với
điều kiện bình thường (nước sâu 5 cm).
Tại Huntra (Thái Lan), nghiên cứu các tổ hợp lai
giữa lúa lùn và lúa nổi trên cơ sở theo dõi sự phân ly của F2, F3,
F4 ở các độ sâu mực nước 90, 110, 140 và 150 cm cho thấy: (1) khả
năng vươn lóng chỉ có thể được ghi nhận ở mực nước sâu hơn 90 cm, (2) việc
tuyển chọn đặc tính vươn lóng trên cơ sở từng thế hệ riêng biệt và từng vụ sẽ
không đạt kết quả tốt, (3) sự phân bố tần suất của các dòng ở F3, F4 chứng minh
rằng có sự chuyển biến mạnh mẽ từ sự vươn lóng kém đến tốt
giữa các cây F3 và dòng con cháu F4 của cây ấy (Supapoj và ctv 1977).
Điều này cho thấy việc tuyển chọn khả năng vươn
lóng sẽ được thực hiện khi có sự đồng hợp tử.
Cũng từ thí nghiệm này, khả năng vươn lóng trong
điều kiện nước sâu hơn 150 cm có quan hệ mật thiết đến chiều cao, cường lực mạ,
góc lá, thời gian trỗ (HilleRisLambers và ctv. 1977).
Sự phân bố về tính vươn lóng ở F2 là một
đường biểu diễn liên tục chỉ có một đỉnh, đặc tính này được điều khiển bởi đa
gen với tính trội không hòan toàn (partial dominance) - không hoàn toàn vì chỉ
có một phần nhỏ có dạng hình nổi thật sự (Hamamura và Kupkanchanakul 1979,
Nasiruddin và ctv. 1982, Supapoj và ctv. 1977), còn lại phần lớn có dạng hình
trung gian, không có hiện tượng phân ly vượt trội (transgressive segregation).
Các nhà nghiên cứu ở Gagraghat (Ấn Độ) cho rằng có
sự phân ly rời rạc (discrete segregation) của dạng hình nổi và không nổi bởi
hoạt động của gen bổ sung (Nasiruddin và ctv. 1982). Tác giả còn ghi nhận:
1. Trung bình về chiều
cao của quần thể F2 thấp hơn Fi cho thấy sự giảm sút về tính chất
lai ở đời sau (inbreeding depression).
2. Có hoạt động tương
tác không alen xảy ra cho thấy phải có nhiều hơn một locus điều khiển sự vươn
lóng.
3. Cả hai sự vươn lóng
và vươn dài cây lúa đều được điều khiển bởi một cơ chế di truyền thống nhất.
Sự vươn dài của cây lúa thường là sự kết hợp ảnh
hưởng của sự vươn lóng, vươn dài của bẹ lá, của phiến lá (Nasiruddin và ctv.
1977). Sự vươn dài bẹ lá cần một lượng carbohydrate và oxy cao hơn so với yêu
cầu vươn lóng (Gomosta và Vergara 1985). Tác giả cho rằng có thể lá thứ (n-2)
là trung tâm hoạt động, nó điều khiển sự vươn lóng của lóng thứ (n-2), bằng
cách cung cấp dưỡng chất, carbohydrate và các hormones.
Đặc tính tạo lóng thân sớm khiến cho cây lúa nổi có
đặc điểm tăng trưởng bò, là một tính trạng di truyền. Sự phân hóa tạo lóng thân
sớm do một gen trội điều khiển ký hiệu Nd (Tripathi và Rao 1985). Tác
giả cũng ghi nhận sự điều khiển của hai gen trội Nr 1 và Nr 2, hoạt
động bổ sung, đối với sự tạo ra rễ phụ. Các tính trạng có liên quan khác đã
được công bố như: Hai gen trội, lặp đoạn An 1 và An 2 điều khiển
tính trạng râu hạt, gen trội Gd điều khiển tính ngũ nghỉ của hạt. Có sự
liên kết gen giữa đặc tính tăng trưởng bò và tính trạng râu hạt, giữa tính
trạng gạo đỏ với độ ngủ nghỉ của hạt (dormancy) trong loại hình các giống lúa
nổi.
Sự vươn dài lóng thân của giống lúa nước sâu địa
phương xảy ra ở cây mạ 4 tuần tuổi, trong khi đối với loại hình cải tiến (nửa
lùn): 10 tuần tuổi (Keith và ctv. 1986).
Có sự khác biệt về nguồn gốc của các nhóm lúa nổi
về mặt địa lý, khi nghiên cứu về các kiếu gen với hàm lượng esterase khác nhau
(Inouye và ctv. 1985). Trong nghiên cứu này, cho thấy các giống lúa nổi vượt
nước giỏi nhất có xu hướng trố muộn nhất, thích nghi với điều kiện ngập lụt,
nước rút khô chậm. Tác giả còn ghi nhận: lúa nổi khác với lúa thường là sự kéo
dài lóng thứ 5 và 6 khi cho phản ứng với GA (gibberellic acid).
Ngoài ra người ta còn chú ý đến phương pháp phân
loại nhanh chóng các dòng lai có tính chống chịu nước sâu ở giai đoạn mạ, cây
lúa nổi có thế phân biệt bởi chiều dài của trục mang lá mầm (mesocotyl) khi cho
nảy mầm trong tối và gieo sâu, chiều dài của lá thứ hai (ngắn hơn), chiều dài
của lóng thứ tư, và năm khi cho lấp đất ở cây mạ 10 ngày tuổi, sự khác biệt về
hàm lượng acid abscisic và acid gibberellic (Hamamura và Saengpetch 1977,
Inouye và Xuân 1973).
Về lĩnh vực nghiên cứu tính chống chịu sự ngập đột
ngột, cho đến nay có rất ít thông tin về di truyền tính chống chịu này (Mohanty
và ctv. 1982).
Tính kháng ngập là một tính trạng quan trọng cho
lúa nước cạn cũng như cho lúa nổi. Lúa nước cạn cần có khả năng sống sót sau
khi ngập hoàn toàn suốt một ngày hoặc một tuần. Lúa nổi cũng có khả năng chịu
ngập trong trường hợp sự vươn lóng không theo kịp tốc độ nước dâng quá nhanh
trong mùa lũ bất thường (Vergara và Mazaredo 1975).
Kết hợp tính kháng ngập vào các giống lúa nổi sẽ là
một bước cải tiến rất lớn về khả năng thích nghi của nó.
Khả năng vươn lóng và tính chống chịu ngập là hai
tính trạng hoàn toàn khác nhau, sự vươn dài lóng thân được xem như cơ chế tránh
ngập (avoidance mechanism), điều quan trọng là cơ chế phục hồi sau khi bị ngập
hoàn toàn (Riccharia và Misro 1960, De Datta và Banerjee 1972).
Tính kháng ngập là khả năng của cây lúa sống sót
sau khi bị ngập hoàn toàn, là một tính trạng di truyền (Mazaredo và Veragra
1982).
Phân
tích di truyền về khả năng phối hợp cho thấy:
1. Sự chống chịu ngập
hoàn toàn trội so với nhiễm.
2. Có sự không đối xứng
gen và các alen lặn thường thế hiện nhiều hơn khi phân ly. Các alen trội tập
trung trong các tố hợp có những bố mẹ kháng ngập rất tốt như FR 13A,
Kurkaruppan, FR 43 B, Goda Heenati.
3. Hoạt động cộng hưởng
và không cộng hưởng đều được ghi nhận. Giá trị di truyền có thể đạt đến 0,71
cho thấy tính chất quan trọng của hiệu quả cộng hưởng.
4. Phân tích diallel cho
thấy có ít nhất một gen chủ lực cùng tồn tại bên cạnh nhiều gen khác.
5. Bên cạnh tính trội
còn có hiện tượng epistasis (Mohanty và ctv. 1982).
Về lĩnh vực chống chịu khô hạn ở giai đoạn mạ: công
tác lai tạo giống kháng hạn đã được thực hiện từ đầu những năm 1970 và được xem
như một trong nhũng yếu tố chính cần được đánh giá trong chương trình GEU (đánh
giá và sử dụng nguồn gen) của IRRI (Chang và Ctv 1985).
Cơ chế sinh lý học về tính kháng bao gồm:
1. Sự thoát khỏi khô hạn
(escape) chủ yếu nhờ vào chu kỳ sinh trưởng ngắn.
2. Sự tránh khô hạn
(avoidance) nhờ hệ thống rễ dày, sâu và độ nhạy về sự cuốn lại, mở ra của phiến
lá.
3. Tính chống chịu
(tolerance) nhờ sự điều chỉnh sinh lý học của mô, tế bào và áp suất thấm thấu -
cơ chế này ít được biết.
4. Sự phục hồi
(recovery) có tương quan đến cường lực sinh trưởng của giống lúa. Các thuật ngữ
về cơ chế chống chịu này đã được xác định và thảo luận bởi nhiều tác giả (Chang
và ctv. 1974, Loresto và ctv. 1976).
Nghiên cứu về di truyền tính kháng hạn của cây lúa
ở IRRI được tập trung vào cơ chế 1 và 2, nguồn gen kháng hạn rất đa dạng của
các giống lúa trồng thuộc Oryza sativa L. và Oì~vza gỉaberrima
Steud. (Chang và ctv 1985). Tác giả thấy rằng:
1. Cơ chế tránh hạn có
tương quan nghịch với cơ chế phục hồi.
2. Tính chín sớm giúp
thoát khỏi khô hạn được điều khiển bởi những gen không đều cỡ dị phân
(anisomeric genes).
3. Khả năng đẻ chồi kém
hoặc trung bình của lúa rầy là tính trội.
4. Đa gen điều khiển số
rễ lúa được tạo ra, số rễ ít là tính trội, tính trạng rễ dài của các giống lúa
rầy là tính trội, trong khi đó tính trạng rễ dầy bị tính trạng rễ mỏng lấn áp.
5. Có sự kết hợp chặt
chẽ: dạng cây, số chồi, chiều dài rễ và bề dày rễ, trong cùng một loại hình cây
lúa.
Những
kết quả trong công tác chọn giống:
Các trạm nghiên cứu lúa nước sâu đều bắt đầu thực
hiện việc cải tạo giống bằng cách chọn lọc các giống địa phương trên ruộng nông
dân, thí dụ như Leb Mue Nahng 111 ở Thái Lan, Chenab Sel 64 - 117 ở Ấn Độ...
Công trình lai tạo mới được thực hiện sau này tại
Bihar, Uttar Pradesh, West Bengal, Assam (Ân Độ), (Padmanabhan 1975, Duara
1975, Maurya 1975), tại Indonesia vào năm 1968 (Noorsyami và Hidayat 1975), và
tại Thái Lan năm 1968 - nơi phóng thích sớm nhất giống lúa nước sâu qua chuông
trình lai tạo (Prechachat và Jackson 1975).
Khả năng sản xuất ra các dạng hình nửa lùn, có thể
vươn lóng trong điều kiện nước ngập trung bình đã được chứng minh. Dòng lúa
nước sâu dạng cải thiện IR442-2-58 được phóng thích, đã trở thành giống chuẩn
kháng khô hạn sau này và dòng T 442-57 được dùng làm dạng hình tiêu chuẩn cho
những nghiên cứu so sánh khả năng vươn lóng (Jackson và Vergara 1979). Tuy
nhiên đặc tính không mẫn cảm với ánh sáng ngày ngắn và tính dễ nhiễm bệnh đạo
ôn và bạc lá của nó đã khiến cho những giống này không phát triển được.
Lợi dụng đặc tính mẫn cảm với ánh sáng ngày ngắn,
Ikehashi (1977) đề xuất áp dụng kỳ thuật RGA (rapid generation advance) để áp
dụng trong công tác chọn giống lúa nước sâu với ít nhất 3 thuận lợi như sau:
1. Tạo được sự ổn định
nhanh.
2. Phục hồi các kiếu
hình do gen lặn điều khiến.
3. Thúc đấy được sự tái tố
hợp di truyền, chưa kế thuận lợi cơ bản của nó là rút ngắn được thời gian
nghiên cứu tạo giống rất lớn, vì ngưới ta có thể trồng được 2-3 vụ/ năm cây F2,
F3, F4 bằng kỳ thuật che sáng (8-10 giờ sáng/ ngày) và điều chỉnh nhiệt độ cũng
như mật độ cây.
Đề cập đến chiến lược chọn giống
lúa nước sâu (Swaminathan 1979), chúng ta cần có nhiều công trình nghiên cứu cơ
bản về tính đa dạng của giống đối với các yêu cầu sau:
1. Tạo ra số lượng lóng
nhiều hơn trên thân lúa với sự vươn dài lóng kém cũng được.
2. Hoạt động biến dưỡng
ở rễ lúa phải thật mạnh mẽ.
3. Sự phân hóa tạo lóng
thân sớm hơn.
4. Số hạt và trọng lượng
hạt lúa cao hơn cũng như chỉ số kinh tế phải lớn hơn.
5. Hoạt động quang hợp ở
lá phải hữu hiệu hơn, ngay cả trong trường hợp bị ngập.
Tác giả đề nghị chương trình lai tạo giống với
nhiều mức độ khác nhau về mục tiêu thích nghi: lúa nước sâu trung bình, lúa
chịu ngập, lúa nổi nước rất sâu...
Điều rất quan trọng là mục tiêu chọn giống phải hết
sức rõ ràng như dạng hình, khả năng vươn lóng tính mẫn cảm với ánh sáng...
(Jackson và Vergara 1979).
Bốn
loại hình lúa nước sâu được ghi nhận như sau (HilleRisLambers và Seshu 1982,
Vergara 1981).
1. Lúa nổi: nước dâng từ
từ, thời gian ngập kéo dài
2. Lúa nổi: nước dâng
nhanh, thời gian ngập kéo dài
3. Lúa bị ngập đột ngột,
thời gian ngập lũ ngắn.
4. Lúa bị ngập do ảnh
hưởng của thủy triều, thời gian ngập xen kẻ.
Mỗi loại hình có yêu cầu về dạng cây, khả năng
chống chịu khác nhau.
Chương trình khảo nghiệm lúa nước sâu quốc tế
(IRDVVON) đã bắt đầu từ năm 1976, các giống có dạng kiểu hình chấp nhận được ở
nhiều điểm và nhiều năm liên tiếp là: RD 19, BKN7022-6-4, BKN 6986 - 108-3,
PRRS 43/3, SPR 7292-151-2-1-B-B (Seshu 1982).
Các giống được đề xuất làm vật liệu lai cho chương
trình lúa nước sâu là RD 19, BKNFR 76045-35-1, DWCT 156-1B-B, SPR 7282-2-0-7,
BKNPR 76035-106-1, IR8234-OT-9-2, BKNFR 76016-16-0-1 (Jackson và ctv. 1982).
Các giống lúa địa phương được sử dụng nhiều trong
các chương trình lai tạo giống là :
•
Leb Mue Nahng 111, Pingaew 56, Chamara, Khama, Baisbish về khả năng vượt nước.
• FR 13A, Goda Heenati, Kurkaruppan, Thavalu,
Saran Kraham về khả năng chịu ngập.
• Habiganj Aman 1, LMN 111, Sitpwa về khả năng
gối đầu dậy.
Ngoài ra những giống cung cấp tính trạng kháng bệnh
bạc lá, đạo ôn, rầy nâu, tungro, ... cũng được thông báo (Seshu 1982, Hille
RisLambers và Seshu 1982, Jackson và ctv 1982, Vergara và Mazaredo 1975).
4-2.
HÌNH THÁI HỌC CỦA CÂY LÚA THÍCH NGHI VỚI VÙNG BỊ LŨ LỤT
Vùng trồng lúa bị ảnh hưởng bởi lũ lụt được gọi
bằng thuật ngữ quốc tế là “flood prone rice”. Chúng có thể được chia thành 4
nhóm như sau:
-
Nhóm
lúa chống chịu ngập hoàn toàn trong vòng 10 ngày, sau đó chúng có thể phục hồi
sau khi nước rút. Đó là những vùng bị lũ quét, hay vùng bị ngập thình lình.
Tiếng Anh gọi là “flash flood”, và tính chống chịu trong điều kiện như vậy được
gọi là “complete submergence”
-
Nhóm
lúa có khả năng vượt nước 5-l0 cm / ngày, hoặc nhiều hơn trong vùng lũ lụt kéo
dài 3-4 tháng / năm. Đó là vùng lúa nổi ở Đồng bằng Sông Cửu Long trước đây.
Loại hình lũ lụt như vậy được gọi với thuật ngữ quốc tế là “stagnant flood”,
nước dâng từ từ, kéo dài nhiều tháng. Tính chống chịu trong điều kiện như vậy
được gọi là “khả năng vươn lóng” (elongation ability)
-
Nhóm
lúa có khả năng thích nghi vùng đầm lầy ven biển, nơi đó thủy triều lên xuống
trong ngày làm cây lúa bị ngập lúc triều cường. Đó là vùng bị ngập xen kẻ
(mixed flood)
-
Nhóm
lúa không có khả năng vượt nước, nhưng thích nghi tốt trong vùng nước ngập sâu,
lũ lụt kéo dài 2-3 tháng, thuật ngữ chung gọi là “deep water rice” (lúa nước sâu),
lúa có tính cảm quang, thời gian trồ thường xảy ra khi nước rút.
Khả năng vươn lóng là tính trạng quan trọng của
giống lúa nổi, làm gia tăng chiều cao cây lúa nhờ đặc tính vươn dài lóng thân,
vươn dài bẹ lá, và lá lúa, hoặc phối hợp tất cả những tính trạng này cùng một
lúc. Hiện tượng vươn lóng thường xảy ra ở giai đoạn tăng trưởng, và ít thấy ở
giai đoạn sinh sản. Bẹ lá và phiến lá non có thể vươn dài ra rất nhanh trong
điều kiện cây lúa bị ngập hoàn toàn trong nước. Gomosta (1985) ghi nhận hiện
tượng vươn dài của lá lúa nhờ nguồn năng lượng của sản phẩm quang hợp được tích
lũy ở dạng carbohydrate. Quá trình tiêu thụ năng lượng và tăng trưởng tỏ ra ít
nhạy cảm hơn khi bị ngập hoàn toàn, trong khi khả năng vươn lóng rất cần năng
lượng tích lũy. Chính khả năng vươn lóng được nhiều tác giả cho rằng đó là tính
trạng quan trọng nhất của lúa nổi giúp nó sống sót và phát triển (Vergara và
Mazaredo 1979).
Nasiruddin và ctv. (1977) ghi nhận rằng sự vươn dài
của cây là kết qủa kéo dài của tế bào. Nhưng Sugawara và Horika (1971) cho rằng
cơ chế chủ yếu trong sự vươn lóng là sự gia tăng số lượng tế bào, nó xảy ra một
cách tích cực tại mô phân sinh ở cuối lóng thân rạ. Điều này thống nhất với ý
kiến của Inouye (1983).
Raskin và Kende (1984) phát hiện nồng độ O2
khá thấp trong lóng thân bị ngập nước (khoảng 3%). Nồng độ O2 khá thấp như vậy
làm gia tăng hiện tượng tống hợp ethylene (C2H4) trong
lóng thân của cây lúa nước sâu. Ethylene tích lũy trong thân rạ bị ngập hoàn
toàn, sẽ làm gia tăng sự tăng trưởng của lóng thân và ức chế sự tăng trưởng của
lá lúa. Ảnh hưởng đồng thời của C2H4 về tăng trưởng lóng
thân làm gia tăng nồng độ CO2 trong lóng thân (khoảng 6%). Sự thích
nghi của cây lúa nước sâu với điều kiện ngập nước như vậy là phản ứng giảm O2,
tăng CO2 và C2H4 trong lóng thân bị
ngập nước
Trong
điều kiện cây lúa bị ngập nước, tốc độ phân bào xảy ra nhanh hơn làm gia tăng
chiều dài ở vùng mô phân sinh (Metraux và Kende 1984). Khi tế bào đã già, lóng
thân không thế vươn lóng vì thiếu hiện tượng phân bào tích cực.
Bleecker
và ctv. (1987) phát hiện khả năng vươn lóng do sự gia tăng mức độ phân bào ở
vùng sinh mô, trong đó có sự tác động hồ tương giữa kích thích tố sinh trưởng
ethylene và gibberellic acid, mà những mức độ này thay đổi tùy
theo tính chất ngập khác nhau. Sự ngập nước làm giảm O2 trong lóng thân, nồng
độ O2 thấp như vậy kích hoạt sự tống hợp ethylene. Ethylen sẽ tích tụ nhiều
trong lóng thân bị ngập. Nồng độ cao của ethylene làm gia tăng mức độ mẫn cảm
của mô đối với gibberellic acic (GA), hoặc làm gia tăng nồng độ gibberellin
hoạt động, dần đến sự đáp ứng sinh trưởng của cây trong điều kiện bị stress do
ngập nước. Setter và ctv. (1988) cho rằng nồng độ ethylene thay đối tùy theo
nhóm giống lúa nước sâu, đặc biệt nhóm giống lúa có nguồn gốc ở Thái Lan. Mặt
khác, Khan và ctv. (1987) ghi nhận cây mạ của giống lúa nước sâu trong điều
kiện bị ngập hoàn toàn sẽ sản sinh ra một lượng ethylene lớn hơn nhiều lần so
với điều kiện bị ngập không hòan toàn.
Sauter
và Kende (1992) quan sát thấy GA kích thích tế bào đầu tiên kéo dài ra trong
sinh mô, tiếp theo đó là hoạt động phân bào tích cực. Sauter và ctv. (1993) ghi
nhận gibberellin không khởi động hiện tượng kéo dài của lóng thân, khi sinh mô
của nó đã bị tách ra trong một nghiệm thức của thí nghiệm. Cách thức hoạt động
của các vi sợi cellulose (cellulose microTibrils = CMF) mới chính là yếu tố chủ
yếu trong tăng trưởng của tế bào. Sự kéo dài lóng thân sẽ xảy ra khi CMF sắp
xếp theo hướng tăng trưởng thuận chiều. Sự kéo dài gặp trở ngại khi CMF sắp xếp
theo chiều nghiêng, không thuận lợi. Sự phát hiện của Sauter và ctv. (1995) về
chất điều hòa sinh trướng trong hoạt động phân bào ở sinh mô cho thấy rằng: có
sự thể hiện của hai gen “cyclin” tương ứng: cycOsl và cycOs2. Hai
gen này là cDNA được clone hóa từ cây lúa và là phân tử đồng dạng (homologs)
của cdc2/CDC28, chúng được kích hoạt bởi GA.
4-3-1.
Di truyền về khả năng vươn lóng
Nghiên cứu có tính chất hệ thống tại Viện Lúa Quốc Tế,
bởi Thakur và HilleRisLamber (1988) cho thấy tính trạng khả năng vươn lóng được
điều khiển bởi hai gen, hoạt động bổ sung. Phân ly trong F2 của tố hợp lai giữa
Leb Mue Nahng 111/ Baisbish cho thấy
gen điều khiển tính trạng vươn lóng trong hai giống khác nhau, không alen với
nhau, trong đó, mỗi gen đều có thể điều khiển sự vươn lóng, và sự hiện diện của
cả hai tạo ra khả năng vươn lóng mạnh hơn. Trong tổ hợp lai giữa giống có khả
năng vươn lóng và giống lúa thấp cây, không vươn lóng cho thấy: tỉ lệ phân ly
9:7 được ghi nhận trong quần thể F2. Phân bố liên tục trong quần thể F2 với một
đỉnh, dạng phân bố chuẩn (Thakur và HilleRisLambers 1989) được ghi nhận, thống
nhất với kết qủa của Suge (1988), các tác giả kết luận rằng tính trạng vươn
lóng thân được kiểm soát bởi hai gen trội không hoàn toàn, với ảnh hưởng có
tính chất bổ sung, một gen kiểm soát sản phẩm GA, và một gen kiểm soát tình
chất đáp ứng của ethylene
Khả năng vươn lóng trội so với tính trạng không
vươn lóng, với tỉ lệ phân ly ở Ft
là 13:1 và 15:1 (Saha Ray 1987, Saha Ray và ctv. 1994). Điều này cho thấy tính
chất di truyền “digenic” với hiện tượng epistasis trội trong một trường hợp.
Ảnh hưởng epistasis tiền-trội (predominant) thể hiện mạnh hơn ảnh hưởng
epistasis cộng (additive) và ảnh hưởng epistasis trội (dominance), với vai trò
quan trọng của loại hình lặp đoạn trong epistasis. Thạch (1994) nghiên cứu mối
quan hệ giữa di truyền khả năng vươn lóng và tính trạng chống chịu ngập từ
nguồn vật liệu FR13A cho thấy, gen của FR13A tương tác alen với một trong hai
gen có tính chất bố sung kiểm soát khả năng vươn lóng, gen điều khiến vươn lóng
trội so với gen điều khiển tính chống chịu ngập.
Trong khi quan sát tính chất siêu trội của tính
trạng vươn lóng ở F1 của nhiều tố hợp lai giữa lúa nổi của Nam Á và Đông Nam Á,
Mishra (1995) ghi nhận hiện tượng vượt trội về chiều cao cây lúa, từ đó tác giả
đã đề xuất giả thuyết (1) một vài QTL có chức năng điều khiển khả năng vươn
lóng, (2) giống lúa nước sâu của Nam Á có khả năng vượt nước nhanh hơn nhóm
giống lúa nước sâu ở Đông Nam Á, (3) gen vượt nước trong cả hai nhóm giống lúa
này có thể không giống nhau, (4) tố hợp lai giữa hai nhóm giống đều có thể tạo
ra con lai vượt nước tốt hơn bố mẹ.
Cấp
cho điểm trong nghiên cứu khả năng vươn lóng (Mazaredo và Vergara 1977)
1
lóng thân dài 60cm hoặc lớn hơn
3 lóng
thân dài 40-50cm
5 lóng thân dài 20-39cm
7 lóng thân dài 1-19cm
9 không vươn lóng, cây chết
4-3-2. Nghiên cứu lúa nổi ở ĐBSCL (Bửu 1987)
Danh
sách cácgiống lúa nổi ở Đồng bằng sông Cửu Long được nghiên cứu trong bảng 1
(Bửu 1987)
Bảng
1: Phân nhóm lúa nổi và không nổi theo chỉ số XF của (Morishima
1975). (Bửu 1987)
|
Giống
|
Số mẫu
|
A
|
B
|
C
|
D
|
XF
|
|
Nàng tri đò (đ/c)
|
0197
|
14
|
214
|
10.0
|
0.5
|
129.700
|
|
Nàng tây đùm hạt
lớn
|
0083
|
11
|
207
|
8.0
|
0.7
|
112.458
|
|
Ba bông
|
0167
|
13
|
201
|
7.0
|
0.7
|
111 038
|
|
Nàng tây lớn
|
0084
|
12
|
198
|
9.0
|
0.3
|
109.632
|
|
Nàng chệt trụi
|
0287
|
10
|
196
|
7.0
|
0.7
|
105.788
|
|
Leb Mue Nahng 111
|
0040
|
12
|
182
|
9.0
|
2.3
|
102.592
|
|
Nàng tây nút
|
0102
|
11
|
184
|
7.0
|
0.8
|
102.582
|
|
Nàng tây nút
|
0085
|
13
|
173
|
9.0
|
1.5
|
99.170
|
|
Tây nâu
|
0243
|
13
|
171
|
9.0
|
0.9
|
98.086
|
|
Tây nút
|
0093
|
12
|
173
|
9.0
|
0.7
|
97.978
|
|
Lúa rung
|
0273
|
10
|
172
|
6.0
|
5.0
|
95.040
|
|
Nàng tây đùm chọn
lọc
|
0082
|
13
|
163
|
8.5
|
2.9
|
95.026
|
|
Nàng tay dùm (Đ/C)
|
0030
|
10
|
168
|
8.7
|
1.2
|
93.598
|
|
Nep nàng chệt
|
0019
|
13
|
166
|
5.3
|
2.4
|
93.246
|
|
Nàng tây rằn
|
0015
|
11
|
164
|
8.0
|
1.2
|
93.368
|
|
Nàng tây bông dừa
|
0207
|
13
|
155
|
11.0
|
2.2
|
91.878
|
|
Ba bông
|
0206
|
12
|
157
|
8.0
|
1.1
|
90.054
|
|
RD 19 (Đ/C)
|
0032
|
10
|
157
|
7.0
|
0.8
|
87.482
|
|
Nàng tây nhỏ CP15
|
0246
|
9
|
160
|
6.0
|
1.0
|
87.440
|
|
Chệt cụt
|
0017
|
9
|
152
|
10.9
|
2.5
|
86.490
|
|
Cù là
|
0370
|
10
|
147
|
10.0
|
606
|
85.530
|
|
Nàng chệt cụt
|
0323
|
8
|
158
|
5.0
|
0.0
|
84.760
|
|
Nep chăm
|
0022
|
11
|
151
|
4.3
|
2.5
|
84.720
|
|
Nàng đùm to
|
0292
|
9
|
150
|
6.0
|
1.7
|
82.838
|
|
Trắng chùm (Đ/C)
|
0188
|
10
|
147
|
3.0
|
2.4
|
81.166
|
|
Nàng trô dài
|
0195
|
8
|
150
|
4.0
|
2.7
|
81.148
|
|
Nếp rằn
|
0117
|
8
|
141
|
5.8
|
2.0
|
77.650
|
|
Nếp sông lớn
|
0067
|
9
|
135
|
6.5
|
2.1
|
76.008
|
|
Nếp nàng chệt đuôi
|
0029
|
8
|
132
|
7.4
|
02
|
73.788
|
|
Nàng tây c
|
0189
|
10
|
126
|
7.0
|
1.2
|
73.008
|
|
Cù là
|
0320
|
7
|
136
|
3.0
|
16
|
72.804
|
|
Lúa tháng 10
|
0045
|
7
|
124
|
5.0
|
6.8
|
69.292
|
LSD
0.05 = 5.014
Sự tương quan chặt chẽ giữa chỉ số nổi XF
và tỷ lệ cây ngoi lên mặt nước ở độ sâu 120cm r= 0,816** y = 0,48x + 7,44
Đặc tính tạo lóng thân rất sớm ở giai đoạn tăng
trưởng đầu tiên của cây lúa nổi được ghi nhận không những ở điêu kiện nước sâu
mà còn thây ở điêu kiện trông cạn, tạo cho nó một dạng hình bò (postrate) như
các loài cỏ hoà thảo. Ramiah và Ramaswami (1941) đã sử dụng đặc tính này như
một chỉ tiêu của khả năng nổi.
Trong điều kiện thanh lọc giống tại hồ nước sâu của
IRRI (1985) và mức độ nước dàng 5 cm/ngày sử dụng giống có tuổi mạ 30 ngày, cho
thấy: (bàng 4).
-
Các
giống lúa nổi Ba sào, Nàng chệt cụt, Nàng đùm nhỏ, Nàng đùm to, Nàng đùm trắng,
Nàng phước, Nàng ràng, Nàng son, Nàng tây, Nàng tây c, Nàng Tây đùm, Nàng tri,
Nếp cô Ba, đều vượt nước ở điểm 1 (IRRI 1980).
-
Các
giống lúa nước sâu như Trắng chùm, Trắng lựa, Tàu nút, Lúa Thước vẫn phát triển
bình thường ở độ sâu 70 cm, nhưng ở độ sâu 120cm, tất cả đều bị thiệt hại.
Sự khác biệt về tuổi mạ và tốc độ mực nước dâng cao
mỗi ngày cho thấy có sự khác nhau một ít giữa 2 thí nghiệm ở IRRI và Viện Lúa
ĐBSCL. Các giông Nàng đùm to, Nàng tây c thê hiện mức độ vượt nước trung bình
hoặc yêu trong điêu kiện thí nghiệm tại Ô Môn, nhưng tỏ ra vượt nước tổt trong
điêu kiện ỏ IRRI.
Kết quả quan sát sự phân ly giữa dạng đứng và dạng
bò ở giai đoạn mạ của các tố hợp lai (Bảng 5) cho thây tỷ lệ phân ly ở F2 là
15: 1 và 3: 1 chứng minh tính chât lặn, lặp đoạn của gen điêu khiên tính trạng
nãy (Ramiah và Ramaswami 1941, Chang 1965).
Bảng
2: So sánh một vài đặc tính vượt nước của 4 nhóm lúa nước sâu ở ĐBSCL
|
Nhóm giống lúa
|
Chỉ
số nổi XF
|
Trắc nghiệm ở giai
đoạn mạ
|
|||
|
Tỷ
lệ cây ngoi lên mặt nước (arcsin)
|
Chiều dài (crn)
|
Số
lóng dài hơn 3 cm
|
|||
|
Thân lúa
|
Lóng
dài nhất
|
||||
|
I. Nàng tri đỏ
|
129.7
|
60.00ab
|
155ab
|
42
|
2
|
|
Ba bông
|
111.1
|
60.00ab
|
164a
|
27
|
2
|
|
Nàng tây lớn
|
109.6
|
45.00b
|
147bc
|
32
|
1
|
|
Nàng tây nút
|
102.6
|
63.44a
|
164a
|
52
|
3
|
|
Trung bình
|
56.79
|
158
|
43
|
2
|
|
|
II. Lúa rung
|
95.0
|
42.13bc
|
144a
|
20
|
1
|
|
Nàng tây đùm
|
93.6
|
50.77b
|
154b
|
33
|
2
|
|
Nàng tây rằn
|
92.4
|
53.73ab
|
149bc
|
43
|
3
|
|
Nàng tây bông dừa
|
91.9
|
42.13bc
|
145bc
|
46
|
2
|
|
Trung bình
|
47.29
|
148
|
33
|
2
|
|
|
III. HD 19
|
87.5
|
18.44d
|
140cd
|
33
|
1
|
|
Nàng tây nhỏ CF15
|
87.4
|
30.00C
|
135d
|
48
|
1
|
|
Chệt cụt
|
84.8
|
0.57c
|
110f
|
0
|
0
|
|
Trung bình
|
|
28.66
|
133
|
28
|
1
|
|
IV. Trắng chùm
|
81.2
|
057e
|
133e
|
0
|
0
|
|
Nàng chò dài
|
81.2
|
0.57e
|
125e
|
0
|
0
|
|
Nep sông lớn
|
76.2
|
0.57e
|
121ef
|
0
|
0
|
|
Ba thiệt
|
-
|
0.57e
|
112r
|
0
|
0
|
|
Trung bình
|
0.57
|
118
|
0
|
0
|
|
|
LSD 0.05
|
5.014
|
|
|
10.42
|
|
Những
số theo cùng một mẫu tự không khác biệt có ý nghĩa ở mức độ 0.05.
Bảng
3. Trắc nghiệm khả năng vươn lóng tại IRRI 1985 (mạ 30 ngày tuổi, tốc độ nước
dâng 5 cm/ngày)
|
Số đăng ký
|
Giống
|
Khả năng vươn lóng
|
|||
|
45 cm
|
60 cm
|
70 cm
|
120 cm
|
||
|
Acc.32084
|
Ba sào
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
07819
|
Leb Mue Nahng 111
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
26242
|
Nàng phước
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
32185
|
Nàng rừng
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
24209
|
Nàng son
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
26247
|
Nàng tây đùm
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
26248
|
Nàng tây nút
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
32193
|
Nàng tây to
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
32196
|
Nàng tri
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
32212
|
Nếp Cô Ba
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
|
Pingaew 56
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
26237
|
Nàng chệt cụt
|
1
|
1
|
1
|
3
|
|
26239
|
Nàng đùm nhỏ
|
1
|
1
|
1
|
3
|
|
00231
|
Nàng đùm to
|
1
|
1
|
1
|
3
|
|
32168
|
Nàng đùm trắng
|
1
|
1
|
1
|
3
|
|
26241
|
Nàng lên
|
1
|
1
|
3
|
3
|
|
32191
|
Nàng tây c
|
1
|
1
|
1
|
3
|
|
32192
|
Nàng tây nâu
|
1
|
1
|
3
|
3
|
|
05967
|
Nàng tây nhỏ CF15
|
1
|
1
|
3
|
3
|
|
16777
|
Trắng chùm
|
1
|
1
|
1
|
9
|
|
16781
|
Trắng lựa
|
1
|
1
|
1
|
9
|
|
07258
|
Trắng nhỏ
|
1
|
1
|
3
|
9
|
|
00196
|
Lúa thước
|
1
|
1
|
3
|
9
|
|
16783
|
Trắng tép
|
1
|
1
|
5
|
9
|
|
32273
|
Trắng lùn
|
1
|
3
|
5
|
9
|
|
07091
|
Nàng chệt cụt
|
3
|
3
|
5
|
9
|
|
07217
|
Nàng chô
|
5
|
5
|
7
|
9
|
|
|
RD 19 (ĐC)
|
5
|
7
|
9
|
9
|
|
|
IR42 (ĐC)
|
9
|
9
|
9
|
9
|
Bảng
4: Sự tạo tạo lóng thân và mức độ vươn lóng của các giống lúa nổi ở giai đoạn
mạ - tốc độ nước dâng 5 cm/ngày, tại hồ nước sâu IRRI
|
Giống
|
Số
lóng thân dài hơn 3 cm
|
Tống
chiều dài của các lóng (cm)
|
Chiều
dài trung bình của lóng (cm)
|
|
Ba sào
|
5.5
|
63.4
|
11.74
|
|
Leb Mue Nahng 111
(ĐC)
|
6.0
|
68.6
|
11.43
|
|
Nàng chệt cụt
|
5.0
|
64.9
|
12.98
|
|
Nàng đùm nhỏ
|
5.6
|
61.0
|
14.46
|
|
Nàng đùm to
|
5.0
|
78.2
|
15.64
|
|
Nàng đùm trắng
|
5.2
|
65.2
|
12.54
|
|
Nàng lên
|
5.4
|
61.5
|
11.39
|
|
Nàng phước
|
5.4
|
64.8
|
12.00
|
|
Nàng son
|
5.0
|
73.7
|
15.74
|
|
Nàng tây A
|
5.6
|
66.9
|
11.94
|
|
Nàng tây c
|
5.4
|
63.2
|
11.70
|
|
Nàng tây đùm (ĐC)
|
4.8
|
67.3
|
14.02
|
|
Nàng tây nâu
|
4.8
|
63.2
|
13.60
|
|
Nàng tây nhỏ CF 15
|
5.0
|
63.5
|
12.70
|
|
Nàng tây to
|
6.2
|
77.0
|
12.41
|
|
Nàng tri
|
5.2
|
66.0
|
12.69
|
|
Nếp Cô Ba
|
4.4
|
99.7
|
13.56
|
|
Pin gaew 56
|
5.4
|
69.5
|
12.87
|
|
IR 11141-6-1-4 (ĐC)
|
7.2
|
54.5
|
7.54
|
|
LSD 0.05
|
NS
|
NS
|
0.662
|
Bảng
5: Tỷ lệ cây ngoi lên mặt nước ở độ sâu 120cm, với tốc độ nước dâng 6cm/ngày
|
|
Tỷ lệ cây ngoi lên
mặt nước %
|
||
|
Sâu 90 cm
|
Sâu 110 cm
|
Sâu 120 cm
|
|
|
Leb Mue Nahng
111/IR48
|
54
|
44
|
15
|
|
Nàng tây đùm/IR48
|
48
|
33
|
8
|
|
Ba Bông/ỈR48
|
80
|
76
|
14
|
|
Nàng tây bông
dừa/IR48
|
80
|
79
|
14
|
|
Nàng tây đùm (ĐC)
|
100
|
100
|
100
|
|
RD 19 (ĐC)
|
100
|
100
|
0
|
|
IR48 (ĐC)
|
0
|
0
|
0
|
Tố hợp lai Ba bông/[R48, Nàng tây bông dừa/IR48 có
tỷ lệ cây ngoi lên mặt nước cao nhất ờ độ sâu 90 và 110 cm .
Ở
độ sâu 120cm và 7 ngày sau đó, RD19, bị thiệt hại hoàn toàn, tỷ lệ cây ngoi lên
mặt nuớc của 4 tố hợp lai biến thiên từ 8 - 15%. Tố hợp lai Nàng tây đùm/IR48
có tỷ lệ vượt nước thấp nhất.
Quần thể F2 của 4 tố hợp đều có tính trạng vượt
nước nằm trong khoảng giới hạn của bố mẹ, nghĩa là có một ít cá thể có khả năng
vươn lóng như cây mẹ (lúa nổi) còn lại phần lớn có dạng hình trung gian. Nghiên
cứu về vấn đề này, các nhà chọn tạo giống gọi là hiện tượng không có phân ly
vượt trội (transgressive segregation) (Nasiruddin và ctv 1982, Supapoj và ctv
1977). Không có cá thề nào thế hiện khả năng vượt nước hơn hẳn Nàng Tây đùm,
mặc dù đã ngoi theo kịp, nhưng phát triển kém.
Tương quan giữa số lóng và chiều dài lóng trung
bình là tương quan nghịch, rất chặt chẽ
r =
-0.699* (n = 17 giống lúa nổi).
Số lóng của các giống lúa nổi và lúa nước sâu có xu
hướng tăng theo sự gia tăng chi số nổi XF (r = 0.677**). Điều này phù hợp đề
xuất của Morishima (1975): số lóng trong điều kiện nước cạn có thể dùng đế ước
đoán khả năng vượt nước. Tác giả còn ghi nhận: số lóng và chiều dài lóng có thể
được điều khiến bời nhiều gen khác nhau.
Trong thí nghiệm thanh lọc giống tại hồ nước sâu
của IRRI (1985), với mức độ nước dâng 5cm/ngày, sử dụng tuổi mạ 30 ngày cho
thấy :
Giống lúa nổi có khả năng tạo lóng thân rất sớm
(ghi nhận 60 ngày sau khi gieo) số lóng thân biến thiên từ 4 đến 6/thân lúa. Sự
khác biệt về số lóng giữa các giống lúa noi Việt nam không có ý nghĩa (F=l,169
ns), so sánh với các giống lúa nổi khác nhau Baisbish, IR11141-6-1-4, các giống
lúa nổi Việt Nam có số lóng thân ít hơn và có xu hướng phát triển chiều dài
lóng nhiều hơn.
Chiều dài lóng trung bình của những giống lúa nổi Việt Nam
khác biệt có ý nghĩa (LSD0.05= 0,662) các giống Nàng son, Nàng đùm nhỏ, Nàng
đùm to, Nàng tây đùm có chiêu dài trung bình lóng lớn nhất
4-4.
DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP HOÀN TOÀN
Tính chống chịu ngập hoàn toàn là một đặc tính quan
trọng cho lúa nước cạn cũng như lúa nổi. Lúa nước cạn cần có khả năng sống sót
sau khi ngập hoàn toàn 1 ngày hoặc 1 tuần. Lúa nổi cũng cần có tính trạng này
trong trường hợp sự vươn lóng không theo kịp tốc dộ nước dâng quá nhanh vào đầu
vụ cho chế độ lũ bất thường gây ra (Vergera và Mazaredo 1975 )
Kết hợp được cả hai đặc tính vưon lóng và chịu ngập
trong chương trinh lai tạo giống là yêu cầu có tính chiến lược (Mohanty và ctv
1982).
Có rất nhiều phương pháp thanh lọc đế đánh giá các
vật liệu khởi đầu dùng làm bố mẹ cho những chương trình lai tạo giống chống
chịu của 18 tác giả bằng 20 phương pháp riêng của họ (HilleRisLambers và
Vergara 1982, Vergara và Dikshĩt 1982).
Áp dụng phương pháp thanh lọc ngập của Vergara và
Mazaredo (1975), ngập với độ sâu 30 cm, sử dụng mạ 10 ngày tuổi. Ket quả ghi
nhận như sau:
4-4-1.
Dùng hệ thang điểm của Suprihato (1980) với 54 giống dòng được thử nghiệm.
. Nhóm
lúa nổi vùng 5,6 (bảng 6) chịu ngập kém, trừ giống Nàng đùm to, Nàng tây đùm.
. Nhóm
lúa canh tác vùng đầm lầy ven biến, bị ảnh hưởng của thuỷ triều lên xuống hằng
ngày, chịu ngập khá nhất: Lúa thước, Trắng tép, Trắng lùn, Lem lùn, Nàng tây
đỏ, Nàng nguợt.
Tuy nhiên sử dụng hệ thang diêm này, chi căn cứ vào
sô lá xanh và tình trạng sinh trường của chúng sau khi ngập cho nên kết quả ít
rõ ràng, vì tuỳ thuộc vào điều kiện xung quanh (nhiệt độ, sự khéo léo khi đem
mẫu ra khỏi hồ v.v. .) do đó độ chính xác không cao.
4-4-2.
Thí nghiệm được thực hiện lại với 100 giống và dòng triển vọng tại hồ nước của
IRRI (1985) hai lần lập lại kiểm soát được sự đồng đều về nhiệt độ, độ ngập sâu
hoàn toàn, độ đục của nước, độ đồng đều về sự nảy mầm, sử dụng hệ thang điếm
tính theo tỉ lệ cây sống sót so với giống đối chứng kháng FR13A (%CS), cho
thấy:
%CS= %S x 100 / % sống sót của FR13A
|
Điểm
|
Tính chống chịu
ngập (%CS)
|
|
1
|
100% hoặc lớn hơn
|
|
3
|
95-99
|
|
5
|
75-94
|
|
6
|
50-74
|
|
9
|
0-49
|
(CS:
được viết tắt từ chữ comparative survival)
-
Về phương pháp chấm điếm: trong
điều kiện thanh lọc ở nhà lưới, giống chuấn kháng FR13A có tỷ lệ cây sống sót
biến thiên từ 30-95%, và giống chuẩn nhiễm IR42 từ 0-10%. Tỉ lệ sống sót trung
bình của giống chuẩn kháng: 60%, cho phép kết luận: số liệu thí nghiệm chấp
nhận được. Nhu vậy sử dụng % cs chính xác hơn tính ti lệ cây sống sót đơn
thuần, làm giảm yếu tố sai biệt do ngoại cảnh.
-
Các
giống Việt Nam có tỉ lệ cây sống sót thấp từ 5-10% là
Nàng đùm to, Tàu nút, Trắng nhỏ, Nàng tây đùm, Nàng đùm nhỏ, Nàng son, Nàng
tây. Tất cả các giống lúa nổi và lúa nước sâu còn lại đều bị thiệt hại hoàn
toàn.
-
Các
giống FR13A, Chenab sel. 64-117 (Ân độ) và Murkaruppan (Sri. Lanlca) tỏ ra
chống chịu khá nhất, được đề xuất làm nguồn lai tạo tính kháng ngập hoàn toàn
(Jackson và ctv 1982, HilleRisLambers và Seshu 1982, Mohanty và ctv 1982,
Mazaredo và Vergara 1982).
-
Các
dòng lai có triển vọng: IR33277-1-507-1-1-3 và IR38683-35-2-9-12
Có nguồn gốc từ FR13A và Chenab Sel.64-117 (bảng
12) có phản ứng chống chịu ngập khá nhất; tính kháng ngập là một tính trạng di
truyền (Mazaredo và Vergara 1982), và tính chịu ngập hoàn toàn trội so với sự
nhiễm, có ít nhất một gen chủ lực cùng tồn tại bên cạnh nhiều gen khác (Mohanty
và ctv. 1982).
4-4-3.
Nguồn cung cấp, tính kháng ngập hoàn toàn từ các giống lúa địa phương ỏ ĐBSCL,
có thể có rất ít donors, nhưng trong hồ sơ GEU của Trung tâm quỹ gen của IRRI,
chỉ có 2 giống lúa của Việt nam có tính kháng ngập hoàn toàn cấp 1
là giống Móng chim (Acc. 29588) và Nep vằn (Acc. 29873). Hai giống này được thu
thập tại Thuận hải và Đồng Nai- trên vùng canh tác lúa nước trời, thường bị
ngập đột ngột trong mùa lũ, thời gian ngập từ 7-10 ngày. Do đó, cần nghiên cứu
đánh giá tính trạng này từ các giống có nguồn gốc ở vùng canh tác lúa nước trời
thuộc miền Đông Nam bộ và những vùng có điều kiện tự nhiên tương tự.
Tuy có khác biệt về đặc tính sinh lý giữa khả năng
vươn lóng và khả năng chịu ngập, nhưng cả hai đặc tính này đề cần thiết cho lúa
nổi (Vergara 1976). Bởi vì lúa nước sâu cần có khả năng sống sót trong điều
kiện bị ngập hoàn toàn vào giai đoạn mạ, lúc ấy cây lúa chưa thể vươn lóng
được. Mức độ cây mạ sống sót sau khi ngập hoàn toàn tuỳ thuộc vào: thời gian
ngập, độ sâu mực nước, nhiệt độ và độ đục của nước, lượng phân đạm được bón và
cường độ ánh sáng.
Sự ngập làm ngăn cán sự thành lập sắc tố lá mặc dù
cây không thiếu ánh sáng, do đó Suprihatno (1980) đẫ đề xuất phương pháp chấm
điểm theo số lá xanh và tình trạng sinh trưởng của chúng.
Cần có những kiến thức cơ bản về sinh lý học đế
phát triên kỹ thuật thanh lọc hợp lý hơn (Mazaredo va Vergara 1982).
Khi cây lúa bị ngập, lượng Ơ2 trong thân giảm do
sự cung cấp không đầy đủ, sự hô hấp kỵ khí tăng lên và sự tiêu thụ các cơ chất
hô hấp cũng tăng lên, do đó Yamada (1959) cho rằng: tính kháng ngập của cây lúa
được xác định bằng số lượng cơ chất hô hấp có trong cây trước khi bị ngập. Các
giống kháng có sự gia tăng về trọng lượng chất khô rất cao và phục hồi nhanh
hớn sau khi ngập (Mazarado và Vergara 1982). Khác với kết luận của Yamada
(1959) và hàm lượng carbohydrate của giống kháng rất cao tiước khi ngập:
Mazaredo và Vergara (1982) thấy rằng sự sống sót và khả năng phục hồi nhanh
chóng tuỳ thuộc vào số lượng carbohydrate sau khi bị ngập.
Bảng
6: Ket quả thí nghiệm chống chịu ngập hoàn toàn (sử dụng hệ thang điểm
Suprihatno 1980) của các giống lúa mùa chủ lực ở các vùng canh tác khác nhau và
những dòng lai triển vọng (Bửu 1987).
|
Giống
|
Số
đăng ký
|
Điểm
chống chịu
|
Giống
|
Số
đăng ký
|
Điểm
chống chịu
|
|
Lúa thước
|
0294
|
1
|
Sa mo chùm
|
0182
|
5
|
|
Trắng tép
|
0283
|
2
|
Thần nông đỏ
|
0050
|
5
|
|
Nàng đùm to
|
0292
|
3
|
Chùm ruột lựa
|
0073
|
5
|
|
Lem lùn
|
0228
|
3
|
Trái mây
|
0086
|
5
|
|
Trắng lùn
|
0204
|
3
|
Trắng nhỏ
|
0252
|
5
|
|
Nàng nguợt
|
0106
|
4
|
Lúa Phi
|
0255
|
5
|
|
Nàng tây đùm
|
0030
|
4
|
Nàng tri đỏ
|
0197
|
5
|
|
Lúa nước mặn
|
0092
|
4
|
Tàu binh
|
0176
|
7
|
|
Nàng keo
|
0060
|
4
|
Ba bông
|
0167
|
7
|
|
Đốc rằn
|
0114
|
4
|
Tây nâu
|
0243
|
7
|
|
Cà đung lá
|
0079
|
4
|
Nep sông lớn
|
0067
|
9
|
|
Ba thiệt
|
0142
|
4
|
Nàng tây lớn
|
0084
|
9
|
|
Chõ biển
|
0166
|
4
|
Trung hưng
|
0334
|
9
|
|
Trắng chùm
|
0188
|
4
|
Nàng tây bông dừa
|
0207
|
9
|
|
Kiều lựa
|
0227
|
4
|
342 (Đốc
phụng/IR5853)
|
|
9
|
|
Tất nợ
|
0247
|
4
|
522 (Trái mây
cụt/424)
|
|
9
|
|
Trắng phước
|
0254
|
4
|
375 (Tàu binh/NN5A)
|
|
9
|
|
Chệt cụt
|
0017
|
5
|
523 (IR8608/Trung
hưng)
|
|
9
|
|
Nếp cô ba
|
0147
|
5
|
|
|
|
(1=
kháng 9= nhiễm)
|
Ba sào
|
Acc.32084
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Chenab sel. 64-117
|
Acc. 846483
|
48.48
|
80.80
|
5
|
|
Kurkaruppa
|
Acc. 15449
|
57.74
|
96.23
|
3
|
|
Lúa thước
|
Acc.00196
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Nàng chệt cụt
|
Acc.26237
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Nàng chô
|
Acc.07217
|
2.94
|
4.90
|
9
|
|
Nàng đùm to
|
Acc.00231
|
9.95
|
16.59
|
9
|
|
Nàng lên
|
Acc.26241
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Nàng phước
|
Acc.26242
|
3.45
|
5.75
|
9
|
|
Nàng tây
|
Acc.24209
|
3.85
|
6.42
|
9
|
|
Nàng tây đùm
|
Acc.26247
|
6.25
|
10.43
|
9
|
|
Nàng tây nút
|
Acc.26248
|
3.84
|
6.41
|
9
|
|
Nàng tri
|
Acc32196
|
0.00
|
0 00
|
9
|
|
Tàu nút
|
Acc.10271
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Trắng chùm
|
Acc. 16777
|
0.00
|
0.00
|
9
|
|
Trắng lựa
|
Acc. 16781
|
2.94
|
4.90
|
9
|
|
Trắng lùn
|
Acc.32273
|
4.34
|
7.25
|
9
|
|
Trắng nhỏ
|
Acc.07258
|
6.06
|
10.10
|
9
|
|
Trắng tép
|
Acc. 16783
|
2.70
|
4.50
|
9
|
|
IR33277-1-507-1-1-3
|
|
67.87
|
112.96
|
1
|
|
(FR13A/IR9129-209-2-1
//IR9129-117-2-3)
|
|
|
|
|
|
IR38683-137-5-
(Chenab sel. 64-117//IR4744-295-2-3)
|
|
59.50
|
99.17
|
1
|
|
Đối chứng
|
|
|
|
|
|
FR13A (kháng)
|
|
60.00
|
100.0
|
1
|
|
IR42 (nhiễm)
|
|
0.00
|
0.00
|
9
|
(1 =
kháng; 9= nhiễm)
Khả năng chống chịu ngập hoàn toàn (submergence
tolerance) là một tính trạng di truyền giúp cây lúa phục hồi sau khi bị ngập
hoàn toàn trong nước (10-14 ngày). Cây có thế sống mà không cần có khả năng
vươn lóng. Rất ít giống lúa cố truyền được ghi nhận có khả năng này. Những vật
liệu đã được công bố là FR13A, FR43B có nguồn gốc từ Ản Độ, giống Kurkaruppan,
Thavalu, Goda Heenati có nguồn gốc từ Sri Lanka (IRRĨ 1978)
Giống lúa chống chịu ngập có khả năng tống hợp và
tích tụ nhanh hơn và nhiều hơn carbohydrate so với giống không chống chịu ngập,
trước khi lũ bất ngờ ập tới (Emes và ctv. 1988, Setter và ctv. 1997)
Di truyền về tính chống chịu ngập thực sự vẫn chưa
được hiếu rõ. Một nghiên cứu đã kết luận rằng tính trạng chống chịu ngập là tính
trội so với tính không chịu ngập, với ít nhất 3 gen trội, Uong đó 2 gen lặp
đoạn, và gen thứ ba hoạt động bố sung với 2 gen còn lại (Suprihatno và Coííman
1981). Một vài nghiên cứu sau đó đã ghi nhận tính trạng chống chịu ngập có hệ
số di truyền cao và ảnh hưởng gen cộng tính với ít nhất có một gen chủ lực thê
hiện tính trội hoàn toàn hoặc trội từng phân (Mohanty và ctv. 1982, Mohanty và
Kliush 1985, Haque và ctv. 1989). Có tác giả kết luận đây là tính trạng được
điều khiến bởi cả gen chủ lực và các gen thứ yếu (Mohanty và Khush 1985), hay
được điều khiến bởi một gen trội trong FR13A, Kurkaruppan và Thavalu (Thạch
1994), hay được điều khiến bởi chỉ một gen trội (Mishra 1995).
Saha
Ray và ctv (1993) cho rằng tính chống chịu ngập và khả năng vươn lóng có thể
được kết hợp trong cùng một giống khi chúng ta sử dụng bố mẹ là những giống có
khả năng chống chịu ngập rất mạnh. Thạch (1994) cho rằng gen điều khiển tính
chống chịu ngập của giống FR13A tương tác alen với một trong hai gen hoạt động
bố sung điều khiến khả năng vươn lóng của giống lúa nổi Jalmagna, do đó, việc
kết hợp tính chống chịu ngập của FR13A và khả năng vươn lóng của Jalmagna là
không có tính khả thi.
Những gen mục tiêu điều khiên tính chống chịu ngập
đã được phân lập bởi công trình nghiên cứu của Xu và Mackill (1995). Các tác
giả này đã tìm thấy gen chủ lực điều khiến tính trạng chống chịu ngập từ giống
lúa IR40931-26-3-3-5, định vị trên nhiễm sắc thể số 9, liên kết với RFLP
rnarker (C1232), thông qua đó, có 69% biến thiên kiếu hình về tính trạng này
được giải thích.
Một nghiên cứu kháccủa Vanavichit (1996) cho thấy
các gen chống chịu ngập của giống lúa IR49830-7-1-2-2, liên kết với RFLP marker
(RZ698) và hai RAPD marker (A02c và H03b), định vị trên nhiễm sắc thể số 9, với
giá trị liên kết khoảng 4 cM. Phân tích QTL cho thấy gen điều khiển tính trạng
này liên kết với RZ70, định vị trên nhiễm sắc thể số 5. Vị trí của gen chủ lực
đuợc nghiên cứu một cách hệ thống tại IRRI với kỹ thuật AFLP trên quần thế cận
giao tái tố hợp Fg của to hợp lai IR74 / FR13A, những gen thứ yếu đuợc công bố
định vị trên nhiễm sắc thể số 6, 7, 11 và 12 (Nandi và ctv. 1997)
4-5.
CƠ CHÉ CHỐNG CHỊU NGẬP VỀ SINH LÝ
HỌC
4-5-1.
Diệp lục tố
Giống nhạy cảm với stress do ngập úng thuờng có hàm
luợng diệp lục suy giảm nhanh theo thời gian cây bị ngập. Hiện tuợng quang hợp
duới nuớc vẫn có thể hoạt động, nhung tốc độ quang hợp giảm do sụ giảm oxygen
và thiếu ánh sáng. Hoạt động quang hợp liên quan rất chặt với hoạt động của
RuBP carboxylase trong lục lạp, và sụ ngập hoàn toàn như vậy làm giảm đi hoạt
động của RuBP carboxylase (Rai và Murty 1979). Do đó, các yếu tố ánh sáng giảm,
oxygen giảm, diệp tục tố giảm, chúng phối hợp với nhau làm cho hoạt động quang
hợp giảm trong suốt thời gian bị ngập nước. Những giống chống chịu có khả năng
sống sót nhờ hàm luợng diệp lục giảm rất chậm, và khả năng duy trì hoạt động
quang hợp trong điều kiện nhu vậy
4-5-2. Carbohydrate
Trong suốt qúa trình bị ngập hoàn toàn, sụ cung cấp
oxygen bị hạn chế. Sự hô hấp kỵ khí gia tăng (Yamada 1959, Rai và Murty 1976,
Setter và ctv. 1987). Điều này tạo ra một sụ tiêu thụ nhanh chóng luợng
carbohydrate và ức chế thủy phân protein. Hàm luợng chất bột giảm nhanh,
ethylene gia tăng trong chồi thân bị ngập, gia tăng chiều dài lá (Setter và
ctv. 1988). Truờng hợp cây lúa chỉ bị ngập sâu 30-50cm, không có sụ thay đối
đáng kế về carbohydrate, tinh bột, đuờng trong cây lúa (Setter và cvt. 1987)
4-5-3. Hàm lượng nitrogen
Hàm luợng nitrogen tống số giảm trong cây mạ bị xử
lý ngập hoàn toàn (Mazaredo và Vergara 1982), nhung ở cây lúa thuộc giống không
chống chịu ngập, mức độ giảm này nhiều hơn so với cây chống chịu.
4-5-4. Hoạt động của peroxidase
Peroxidase trong qúa trình tăng trưởng và phân hóa chức năng đuợc nhiều báo cáo ghi nhận
trong điều kiện bị ngập nuớc hoàn toàn (Kadam và ctv. 1973, Murty và Nada
1974), nhung vai trò chính xác của nó nhu thế nào vẫn chua đuợc hiểu rõ. Có thể
mối quan hệ tirơng tác giữa chất kích thích sinh truởng 1AA và peroxidase giữ
một vai trò quan trọng của cây, đặc biệt trong rễ nhằm mục đích giúp cây chịu
đựng trong thời gian dài hơn đối với stress do ngập (Krishnayya và ctv. 1990).
Hoạt động của peroxidase ở bẹ lá lúa gia tăng từ truớc khi bị ngập cho đến sau
khi bị ngập trong tất cả cácgiống thử nghiệm. Sụ gia tăng này càng mạnh trong
giống chống chịu. Nhưng hoạt động peroxidase trong lá và rễ của giống không
chống chịu tỏ ra suy giảm trong qúa trình bị ngập, trong khi đó, peroxidase gia
tăng một ít trong giống chống chịu
4-6. NGHIÊN CỨU BẢN ĐỒ DI TRUYỀN
TÍNH TRẠNG VƯƠN LÓNG
Tại Viện Lúa Quốc tế,
người ta đã sử dụng kỳ thuật AFLP để phân tích bản đồ di truyền trên cơ sở quần
thể cận giao tái tố hợp (RIL), quần thể Fx của tố hợp lai IR74 X Mmagna
(Sripongpankul 1998). Tác giả đã sử dụng 247 dòng lai để đánh giá kiểu hình,
với hai nghiệm thức mức nước gia tăng chậm và mức nước gia tăng nhanh. Sau đó,
tác giả đã chọn lại 41 dòng có khả năng vươn lóng và 41 dòng không có khả năng
vươn lóng, tổng cộng 82 dòng RIL. Kỳ thuật AFLP đã được áp dụng với 201 marker
phân bố trên 12 nhiễm sắc thế cây lúa, với sự phối hợp của 20 cặp mồi của Pst\
và Mse 1. Kỹ thuật RFLP cũng được áp dụng với 7 marker và gen adh
được dùng đế kiểm định bản đồ.
Biến thiên kiểu hình của tính trạng vươn lóng thân,
vươn cao cây, và vươn dài lá được trắc nghiệm theo phương pháp PROC GLM trong
phần mềm SAS, trên cơ sở ANOVA một chiều, được hiệu chỉnh trên từng marker
riêng biệt, mỗi phối hợp giữa hai marker được ghi nhận có tính chất giả định
(putatively) về tính trạng khả năng vươn lóng. Giá trị liên kết được áp dụng
trong MAPMARKER (Lander và ctv. 1987). Khoảng cách di truyền được tính trên cơ
sở hàm Kosambi (Kosambi 1944). Những gen chủ lực và gen thứ yếu được phân tích
theo phương pháp MAPMARKER/QTL (Lander và Botstein 1989). Theo nguyên tắc, tất
cả marker đều được thử nghiệm với tỉ lệ phân ly 1:1 trong MAPMARKER/QTL
Sripongpankul
(1998) đã thiết lập bản đồ AFLP trên quần thể RIL của tố hợp lai ĨR74 /
Jalmagna với LOD score là 4,0, bên cạnh đó, bản đồ RFLP cũng được thiết lập để
tăng thêm mức độ tin cậy của kết qủa, với sự tham gia của 11 enzyme phân cắt
hạn chế.
Đánh giá kiểu hình cho kết qủa phân lập 41 dòng có
khả năng vượt nước giống như Jalmagna và 41 dòng không có khả năng vượt nước
giống như IR74. Khả năng vượt nước ký hiệu ELON, khả năng vươn lóng
thân: INTN, và khả năng vươn lá: LE.
Bảng
8: Phân bố marker trên từng nhiễm sắc thể (Sripongpankul 1998)
|
Nhiễm sắc thể
|
Marker
|
Khoảng
cách trung bình (cM)
|
|
|
Số
|
Chiều
dài (cM)
|
||
|
1
|
354.73
|
36
|
9.85
|
|
2
|
204.87
|
16
|
12.80
|
|
3
|
145.64
|
12
|
12.14
|
|
4
|
154.68
|
15
|
10.31
|
|
5
|
207.93
|
16
|
13.00
|
|
6
|
81.91
|
10
|
8.19
|
|
7
|
85.82
|
7
|
12.26
|
|
8
|
96.40
|
14
|
6.89
|
|
9
|
198.79
|
13
|
15.29
|
|
10
|
75.73
|
7
|
10.82
|
|
11
|
350.61
|
43
|
8.15
|
|
12
|
246.44
|
23
|
10.71
|
|
Tống
cộng
|
2203.55
|
212
|
10.87
|
Hình 4-2a, b cho thấy: những gen chính điều khiến
tính trạng vươn cao (ELON) và tính trạng vươn lóng thân (INTN)
được định vị trên bản đồ AFLP, nằm giữa hai marker kế cận P2/M6-7 và RG109 trên
nhiễm sắc thể số 1, với giá trị LOD là 6,9 và 10,6 theo thứ tự. Khoảng cách di
truyền giữa P2/M6-7 với hai tính trạng là 14,6 cM, giữa RG109 với hai tính
trạng là 9,6cM. Tính trạng vươn dài của lá ( LE) được định vị trên bản
đồ AFLP, ở đoạn đầu của nhiễm sắc thể số 4, với giá trị LOD là 3,9, liên kết
với marker P3/M7-10 trong khoảng cách 19,4cM.
Chín
QTL phối hợp với tính trạng vươn cao thân định vị ở nhiễm sắc thể số 1,4, 5, 6, 10 và 12
Sáu
QTL phối hợp với tính trạng vươn lóng thân định vị trên nhiễm sắc thể số 1,4, 5, 6, và 10
Ba
QTL phối hợp với tính trạng vươn dài của lá định vị trên nhiễm sắc thế số 1,4, và 12
Phân tích ANOVA cho thấy: một gen chủ lực liên quan
đến tính trạng ELON có LOD = 34,9, định vị trên nhiễm sắc thể số 1, với
biến thiên kiểu hình được giải thích là 83,9%. Bên cạnh đó, 2 QTL thứ yếu định
vị trên nhiễm sắc thế số 1, số 4, một QTL trên nhiễm sắcthế số 5, 6, 10 và 12
Đối với tính trạng INTN, một gen chủ lực với
LOD = 31,9, định vị trên nhiễm sắc thể số 1, với 86,7% biến thiên kiểu hình
được giải thích. Bên cạnh đó, một QTL thứ yếu định vị trên nhiễm sắcthể số 4,
5, 6 và 10
Đối
với tính trạng LE, một gen chủ lực với LOD = 11,4, định vị trên nhiễm
sắc thể số 4, với 47,3% biến thiên kiểu hình được giải thích. Bên cạnh đó, một
QTL thứ yếu định vị trên nhiễm sắcthể số 1 và 12
Hai
QTL phổ biến kết hợp cả 3 tính trạng mục tiêu được tìm thấy trên nhiễm sắc thể
số 1 và 12. Các QTL thứ yếu được tìm thấy trên nhiễm sắc thể số 9, định vị gần
gen điểu khiến tính chống chịu ngập hoàn toàn (Sripongpankul 1998)
4-7.
“CLONE” HÓA GEN OsGAPDH ĐIÈU KHIỂN TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP
Người ta đã phân lập rất nhiều clone điều khiến
tính chống chịu ngập ở cây lúa. Một trong những clone như vậy có tên là OsGAPDH
(Arumugam Pillai và ctv. 2002). Nó thể hiện ở mức độ cao trong suốt 12 giờ bị
ngập. Một tương đồng trong “GenBank Database” cho thấy OsGAPDH có chuồi
ký tự di truyền tương đồng với “glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase” không
có khả năng đảo chiều của genome cây bắp. Chuỗi ký tự của OsGAPDH bao
gồm 1772 bp với khung đọc mã ORF dài nhất, mã hóa 499 amino acid và độ lớn phân
tử của nó là 54,2 kDa. Phân tích Southern blot cho thấy có một hoặc hai bản sao
của OsGAPDH biểu hiện trong genome giống lúa Yukihikari (Nhật). Người ta
phân tích RFLP và xác định vị trí của gen OsGAPDH định vị trên nhiễm sắc
thể số 8. Sự thể hiện của gen này ở các mô tế bào đặc biệt cho thấy rằng mức độ
cao của phân tử mRNA thường được tìm thấy trên bông lúa (Arumugam Pillai và
ctv. 2002). Những cây lúa biếu hiện tính chống chịu khô hạn, chịu ngập và phản
ứng với nghiệm thức xử lý ABA đều cho thấy có sự gia tăng mức độ tích tụ thể
transcript của gen OsGAPDH. Hiện tượng kích thích tế bào của Escherichia
coỉi chứa plasmid của pGST-OsGAPDH sẽ tạo ra một sự tích tụ một số lượng
lớn protein có tính chất tái tố hợp (recombinant protein), với kích thước phân
tử 83,2 kDa (Arumugam Pillai và ctv. 2002). Enzyme GAPDH thuần khiết có hoạt
tính ở điều kiện pH 8,5, nhiệt độ 50°c, enzyme này bị ức chế bởi ATP và ADP.
Tính chống chịu ngập trong cây lúa liên quan đến
khả năng duy trì năng lượng cung cấp cho qúa trình lên men rượu với mức độ
nhanh, và yêu cầu rất cao về carbohydrate. Những nghiên cứu về thể hiện của các
gen có sản phẩm protein trong thực vật bậc cao trong điều khiên hiếm khí và hảo
khí đã được thực hiện trong rất nhiều năm và có nhiều báo cáo ghi nhận tầm quan
trọng của cơ chế năng lượng trong hiện tượng chống chịu ngập (điều kiện hiếm
khí), nhiều protein sản sinh trong điều kiện hiếm khí có tên :“anaerobic
protein” viết tắt là ANP bao gồm những enzyme làm nhiệm vụ thủy phân và nhiệm
vụ lên men (Vartapetian và Jackson 1997).
Hiện tượng thủy phân trong điều kiện hiếm khí và
hiện tượng lên men vô cùng quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho cây
trồng. Sự thế hiện của những gen điều khiến tiến trình này (thí dụ
glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, enolase, alcohol dehydrogenase và
pyruvate decarboxylase) đều được kích hoạt bởi điều kiện hiếm khí (anaerobiosis)
(Umeda và Uchimiya 1994, Sachs và ctv. 1996). Sự kích hoạt nhu vậy rất cần
thiết cho hiện tượng chống chịu stress của cây khi phản ứng với điều kiện yếm
khí. Te bào sẽ chết thông qua các sự kiện sau đây: (1) bị ngộ độc ethanol do
qúa trình lên men rượu, (2) tế bào chất bị acid hóa (hiện tượng acidosis), (3)
không phát ra đủ năng lượng (ATP) để duy trì hoạt động của tế bào, (4) chết do
biến dưỡng rối loạn bởi oxy tái hấp thu sau một thời gian không có oxy. Tiến
trình làm chậm sự lên men rượu hoặc làm sai lệch sự hình thành ethanol sẽ góp
phần làm giảm mức độ thiệt hại dưới dạng hợp chất ít gây hại như “malate”. Đây
là ý kiến của của Vartapetian và .lackson (1997) dựa trên cơ sở sinh hóa giúp
cho cây thích nghi và sống sót. Protein “ANP” đã được nghiên cứu rất sâu trong
trường hợp rễ cây bắp, với 20 protein chiếm khoảng 70% tống số protein được sản
sinh trong vòng 5 giờ trong điều kiện hiếm khí, và đóng vai trò hoạt động xúc
tác chính trong phản ứng thủy phân hoặc hoạt động biến dưỡng phosphate đường
(Sachs và ctv. 1996). Sản lượng ANP tiếp tục tăng cho đến khi rê bắp chết sau
72 giờ không có oxy (Sachs và ctv. 1980). Đây là kết qủa của hiện tượng chuyển
mã được kích hoạt và hiện tượng giải mã có chọn lọc trên cơ sở hoạt động
phosphoryl hóa sinh tống hợp protein như là những yếu tố khới động (Webster và
ctv. 1991). Những công trình đầu tiên về cơ chế kích họat do điều kiện yếm khí,
phát sinh ra những thể transcript và sự tích tụ mRNA, thí dụ như adhl
trong genome cây bắp, do Rowland và Strommer (1986) công bố.
Giống
lúa japonica phố biến “Yukihikari” là giống lúa có năng suất cao đã được sử
dụng trong nghiên cứu. Arumugam Pillai và ctv (2002) đã cho nẩy mầm 50 hạt
trong lọ tam giác 300-ml, ở nhiệt độ 28°c. Mô tế bào được thu thập vào giai
đoạn cây lúa 6 tuần tuổi. Cây lúa được trồng trong điều kiện 16 giờ sáng, 6 giờ
tối / ngày, trong tủ định ôn (growth chamber) nhiệt độ
28°c. Cây lúa 6 tuần tuổi được trồng riêng trong điều kiện tối hoàn toàn ở 28°c
trong 2 ngày. Phân tử RNA được ly trích từ toàn thân cây lúa rồi phân tích
Northern blot với nghiệm thức đối chứng, nghiệm thức khô hạn, nghiệm thức mặn,
nghiệm thức bị ngập hoàn toàn. Đối với nghiệm thức xừ lý kích thích tố, cây mạ
được phun mannitol (0,5 M), elephon (1 (ĩ2 M), và ABA (10'5
M).
Mầu DNA được ly trích và được phân cắt hạn chế bởi BamHI,
BgỉII, EcoK\, Hinẩlll. Điện di được thực hiện trên agarose gel
0,8%.
Bản đồ RFLP được thực hiện trên quần thể đơn bội
kép (DH) bao gồm 127 dòng DH của cặp lai ZYQ8 (indica) X JX17
(japonica). Vị trí trên nhiễm sắc thể của gen OsGAPDH được tìm thấy trên
bản bản đồ liên kết gen do He và ctv. (1999) thực hiện. Genome của quần thể DH
được phân cắt hạn chế bởi Seal và điện di trên agarose gel 0,8% và được
chuyển đến màng nylon. Thực hiện lai DNA với probe là OsGAPDH cDNA. Phân
tích bản đồ di truyền theo MAPMARKER/EXP version 3.0 (Lander và ctv. 1987).
Phân tử RNA tống số được ly trích từ cây mạ 6 tuần
tuổi bằng phương pháp SDS- phenol của Bachem và ctv. (1996). tất cả mẫu được
bảo quản trong nitrogen lỏng (-80°C). Phân tử RNA được chiết tách riên biết
trong 1,2% (w/v) agarose gel (3 Vcm"1) chứa 2,2 M íòrmaldehyde
và được chuyển đến Highbond-N nylon membrane (Amersham) sử dụng 20x ssc
(Sambrook và ctv. 1989).
4-7-1.
Phân tích Southern
Hình 4-3 biểu thị nucleotide và chuỗi
mã amino acid của cDNA clone gen mục tiêu OsGAPDH, và hình 4-4 biểu thị
cách sắp xếp của gen OsGAPDH trong genome cây lúa so với những chuỗi mã
của genome cây khác (bắp, đậu, thuốc lá,..)
Hình
4-5 cho thấy kết qủa phân tích Southern với 4 enzyme phân cắt hạn chế. Băng có
độ lớn phân tử 16,0 kb và 5,6 kb được phát hiện bởi BamHI và EcoRl.
Các băng có độ lớn phân tử 2,8 và 3,8 kb được phát hiện bởi enzyme Bglỉl
và 2,0 và 5,0 kb do enzyme Hindĩỉĩ (hình 4-5). Những tín hiệu của
Southern blot cho thấy có một hoặc hai bản sao của OsGAPDH xuất hiện
trong genome cây lúa. Bản đồ liên kết gen của He và ctv. (1999) cho thấy trong tống
số 243 RFLP và microsatlelite marker phân bố trên 12 nhiễm sắc thể, gen OsGAPDH
được phát hiện trong quần thể đơn bội kép F2, định vị trên nhiễm sắc thể số 8,
giữa hai marker RG1 và CT56 (hình 4-6)
4-7-2. Phân tích Northern
Arumugam Pillai và ctv. (2002) đã cố gắng phân biệt
từng phần của mRNA gen OsGAPDH tích tụ ở nhiều mô khác nhau trong genome
cây lúa (bông, phiến lá, bẹ lá, lóng thân, mắt lóng, và rễ). Các tác giả đã ghi
nhận mRNA biêu hiện nhiều nhất trong bông lúa, hiện tượng chuyến mã xảy ra mạnh
mẽ nhất trong các mô tế bào ở bông lúa (hình 4-7). Ảnh hưởng vệt được tìm thấy
trong bẹ lá, lóng thân và mắt lóng. Thể transcript như vậy rất khó tìm thấy ở
lá già và rễ.
Sự thể hiện gen OsGAPDH
Phân tử RNA tống số của OsGAPDH được xác
định trong cây mạ với những nghiệm thức xử lý khác nhau (hình 4-8). Cây lúa bị
xử lý trong điều kiện khô hạn, ngập hoàn toàn và ABA, sẽ gia tăng hàm lượng
mRNA tích tụ. Ớ nghiệm thức xử lý nhiệt độ lạnh 5°c, nghiệm thực mannitol,
ethephon, mức độ tích tụ mRNA tương đối thấp.
Đối với xử lý khô hạn, mức độ thể hiện cao nhất thế
transcript tích tụ xảy ra lúc 12 giờ sau xử lý. Nhưng mức độ thể transcript này
sẽ giảm đi qua ngày hôm sau, rồi tăng lên tối đa vào giai đoạn 3 ngày sau khi
xử lý khô hạn. Hiện tượng đáp ứng rất mạnh mẽ do xử lý ngập hoàn toàn được quan
sát vào lúc 12 giờ sau khi xử lý, sau đó sự thể hiện này giảm rất nhanh. Kích
thích tố sinh trưởng ABA cũng biểu biện một sự kích hoạt khá mạnh trong vòng 1
ngày khi cho xử lý ABA, sau đó thể transcript này giảm chậm trong 2-3 ngày sau
đó (hình 4-9).
4-7-3. Sự thể hiện dung hợp
GST-OsGAPDH
Muốn xác định protein OsGAPDH có hoạt tính của
glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, nhóm tác giả nói trên đã tìm cách thể
hiện protein đầy đủ OsGAPDH 54, kDa (499 aa) trong tế bào E. coỉỉ là
protein tái tố hợp GST-OsGAPDH. Sự tích tụ của GST (29 kDa) được quan sát
khi E. coli có chứa pGEX-6P-3. Sự kích thích của tế bào E. coìi
chứa plasmid “pGST-OsGAPDH” bởi IPTG sẽ tạo ra hiện tượng tích tụ số lượng lớn
protein có tính chất tái tố hợp (83,2 kDa) (hình 4-10).
Tính chất hoạt động hay ức chế của một số họ gen
khác nhau có thể tạo ra sự thể hiện khác nhau của một enzyme như glyceraldehyde-3-phosphate
dehydrogenase và pyruvate decarboxylase của cây bắp và cây Arabidopsis
thaỉiana (Russell và Sachs 1989, Peschke và Sachs 1993, Yang và ctv. 1993).
Di truyền tính chống chịu trong những trường hợp
này là di truyền số lượng, do đó nó có thế tồn tại ở dạng một vài gen chủ lực
và nhiều gen thứ yểu (polygenes). Mọi nổ lực nhằm xác định vùng mục tiêu của GẢPDH
vô cùng cần thiết đối với tính trạng chống chịu ngập hoàn toàn và khô hạn
(Arumugam Pillai và ctv. 2002).
Hình
4-10: Thể hiện protein dung hợp GST-OsGAPDH trong E. coli. Lane 1:
protein tống số DH5a có chứa pGEX-6P-3, không chèn vào -IPTG. Lane 2: protein tống
số DH5a có chứa pGEX-6P-3, không chèn vào +IPTG. Lane 3: protein tống số DH5a
có chứa pGST- OsGAPDH trừ đi IPTG. Lane 4: protein tống số DH5a có chứa
pGST-OsGAPDH cộng IPTG. Lane 5: protein dung hợp pGST-OsGAPDH tinh khiết bởi
glutathione-Sepharose 4B trong sắc ký khí. Lane 6: protein tinh khiết
pGST-OsGAPDH được phân cắt bởi PreScission Protease. Lane 7: protein tinh khiết
OsGAPDH bởi tiến trình glutathione-Sepharose cột 4B. Lane 8: những marker phân
tử: phosphorylase b 94 kDa, BSA 67 kDa, ovalbumin 43 kDa, carbonic anhydrase 30
kDa, trypsin inhibitor 20.1 kDa và lysozyme 14.4 kDa. Tất cả mẫu protein điện
di trên 12% SDS-polyacrylamide gel, nhuộm màu Coomassive Brilliant Blue R250
(Arumugam Pillai và ctv. 2002)
No comments:
Post a Comment