Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 X nhật và NK2 xXnhật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ THUỞ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỨNG CÂY KHÁNG ĐỔ NGÃ CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA NẾP THUỘC HAI TỔ HỢP LAI CK92 x NHẬT VÀ NK2 x NHẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: KHOA HỌC CÂY TRỒNG Mã số: 62 62 01 10 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN THỊ THUỞ NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỨNG CÂY KHÁNG ĐỔ NGÃ CỦA MỘT SỐ DÒNG LÚA NẾP THUỘC HAI TỔ HỢP LAI CK92 x NHẬT VÀ NK2 x NHẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: KHOA HỌC CÂY TRỒNG Mã số: 62 62 01 10 Người hướng dẫn khoa học GS.TS. LÊ VĂN HÒA PGS.TS. VÕ CÔNG THÀNH 2018 i LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Lê Văn Hòa và PGS.TS. Võ Công Thành đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ và cho những lời khuyên hữu ích, kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu để giúp tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ; Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng; quý thầy cô Bộ môn Khoa học cây trồng, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng đã tạo điều kiện thuận lợi và cung cấp nhiều kiến thức quý báu cho tôi học tập và nghiên cứu trong suốt quá trình làm nghiên cứu sinh. Xin chân thành cám ơn các em sinh viên, học viên, tập thể cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng công nghệ sinh học - Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng - Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm. Xin gửi lời cám ơn đến các ban, ngành huyện Phú Tân, tỉnh An Giang đã hỗ trợ, phối hợp, tạo điều kiện cho chúng tôi trong quá trình bố trí thí nghiệm ngoài đồng tại đây. Xin trân trọng tất cả những sự đóng góp, giúp đỡ, động viên của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong luận án tiến sĩ “Nghiên cứu đặc tính cứng cây kháng đổ ngã của một số dòng lúa nếp thuộc hai tổ hợp lai CK92 x Nhật và NK2 x Nhật” của Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thuở là do chính tác giả thực hiện với sự hướng dẫn của GS.TS. Lê Văn Hòa và PGS.TS. Võ Công Thành, không trùng với bất cứ số liệu nào của các tác giả khác đã công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước. iii TÓM LƯỢC Đổ ngã ở lúa đã làm giảm đáng kể năng suất, chất lượng của lúa gạo; gây thất thoát khi thu hoạch, không thể thu hoạch bằng cơ giới hóa. Hiện tượng đổ ngã trên lúa nói chung và lúa nếp nói riêng đã trở thành một vấn đề lớn ở Đồng bằng sông Cửu Long. Sử dụng một số loại phân bón, hóa chất cũng có thể hạn chế được tình trạng đổ ngã cho cây lúa nhưng lại ảnh hưởng đến tính bền vững của môi trường. Biện pháp hữu hiệu là chọn tạo giống mới cứng cây, kháng đổ ngã. Đề tài được thực hiện nhằm chọn ra được 1-2 dòng lúa nếp mới cứng cây, kháng đổ ngã, năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất. Hai tổ hợp lai đơn giữa các giống lúa nếp indica (NK2 và CK92 có nguồn gốc từ tỉnh An Giang) với lúa Nhật japonica cứng cây: THL1 (nếp NK2 x lúa Nhật) và THL2 (nếp CK92 x lúa Nhật) đã được thực hiện và chọn lọc từ năm 2010-2013 đến thế hệ F5. Đề tài kế thừa, tiếp tục chọn lọc từ F6 đến F8 và đánh giá ngoài đồng qua 3 vụ: Đông xuân 2014-2015, Hè thu 2015 và Đông xuân 2015-2016. Thí nghiệm được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lặp lại, giống đối chứng là nếp CK92. Các chỉ tiêu theo dõi, chọn lọc gồm cấp đổ ngã (9 cấp), đặc tính nông học, đặc tính kháng đổ ngã (chiều dài, đường kính, độ cứng lóng), năng suất, chất lượng hạt (độ bền gel, nhiệt trở hồ, amylose, protein, dài hạt và dạng hạt). Trong quá trình chọn lọc, ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE để kiểm tra độ thuần (band waxy). Kết quả đã xác định được đường kính lóng và độ dày thành lóng là hai yếu tố quyết định đến độ cứng của các lóng thân cây lúa nếp. Đã tuyển chọn được 2 dòng nếp mới là NL1 (từ THL CK92 x Nhật) và NL2 (từ THL NK2 x Nhật) có thời gian sinh trưởng thuộc nhóm A1, chiều cao cây trung bình 96- 100 cm; chiều dài lóng (cm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 28,1- 33,1; 16,8-20,0; 12,5-12,9 và 6,2-7,4; đường kính lóng (mm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 2,10-2,12; 3,46-3,64; 4,31 và 4,59-4,91; độ dày thành lóng (mm) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 0,399-0,417; 0,438-0,499; 0,666-0,667 và 0,792-0,832; độ cứng lóng (N.cm-2) từ lóng thứ nhất đến lóng thứ tư lần lượt là 1,36-1,43; 2,48-2,82; 3,85-4,31 và 9,46-10,7; hàm lượng amylose dưới 3%, hàm lượng protein 8%, dài hạt 7,06-7,30 mm, dạng hạt thon dài đối với dòng NL1 và trung bình đối với dòng NL2, năng suất 8,4-9,3 t/ha cao hơn so với đối chứng nếp CK92 (8 t/ha). Từ khóa: chiều dài lóng, độ cứng lóng, độ dày thành lóng, đường kính lóng, kháng đổ ngã, lúa nếp. iv SUMMARY Lodging in rice had significantly reduced yield and quality of rice; causing losses when harvesting, can not harvest by mechanization. Lodging on rice in general and sticky rice in particular had became a major problem in the Mekong Delta. Using some types of fertilizer, chemicals could reduce lodging resistance in rice, but affect the sustainability of the environment. Crossing and selecting for new stiff-culm rice varieties are one of the efficient sollutions for rice lodging. The thesis was carried out to select 1-2 new sticky rice lines stiff-culm, lodging resistant, high productivity, good quality for production. The two hybrid crosses betwen indica sticky rice varieties (NK2 and CK92 from An Giang province) with stiff-culm japonica rice - THL1 (sticky rice NK2 x Nhat rice) and THL2 (sticky rice CK92 x Nhat rice) - had been conducted and selected from 2010-2013 to the F5 generation. The study inherited and continued to selected from F6 to F8 through three field trial as Winter-Spring crop 2014-2015, Summer-Autumn 2015 and Winter-Spring 2015-2016. The experiment was a completely randomized block design with three replications and CK92 as a control variety. Indicators for monitoring and selecting included the lodging scale (9 levels), agronomy, lodging resistanse traits (length, diameter and breaking strength), yield, grain quality (gel strength, gelatinization temperature, amylose content, protein content, long grain and granular). In the selecting process, application of SDS-PAGE protein electrophoresis technique to check purity (band waxy). The results have determined the internode diameter and internode wall thickness determination to the breaking strength of sticky rice internodes. Two new sticky rice lines had been selected, NL1 (from cross CK92 x Nhat) and NL2 (from cross NK2 x Nhat) with growth duration of A1 group, average height of 96,1-100 cm; length of first, second, third and fourth internodes varied from 28,1-33,1; 16,8-20,0; 12,5-12,9 and 6,2-7,4 cm, respectively; diameter of first, second, third and fourth internodes varied from 2,10-2,12; 3,46-3,64; 4,31 and 4,59-4,91 mm, respectively; internode wall thickness of first, second, third and fourth internodes varied from 0,399-0,417; 0,438-0,499; 0,666-0,667 and 0,792-0,832 mm, respectively; breaking strength of first, second, third and fourth internodes was varied from 1,36-1,43; 2,48-2,82; 3,85-4,31 and 9,46- 10,7 N.cm-2, respectively; amylose content was below 3 percent, protein content of 8 percent, grain length of 7,06-7,30 mm; granules from long slender (NL1) to medium slender (NL2); the yield of 8,4-9,3 t/ha was higher than that of CK92 control variety (8 t/ha). v Keywords: internode length, breaking strength, culm thickness, internode diameter, lodging resistance, sticky rice. vi MỤC LỤC Trang Lời cảm tạ ......................................................................................................... i Lời cam đoan ..................................................................................................... ii Tóm lược ........................................................................................................ iii Summary ........................................................................................................ iv Mục lục ....................................................................................................... vi Danh sách bảng ................................................................................................. ix Danh sách hình .................................................................................................. xi Danh mục từ viết tắt ......................................................................................... xii Chương 1. Giới thiệu chung .............................................................................. 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................. 2 1.3. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................... 3 1.4. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 3 1.5. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 3 1.6. Tính mới của luận án ............................................................................ 4 1.7. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận án .............................. 4 Chương 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................ 6 2.1. Khái quát về sự đổ ngã ở cây lúa ........................................................... 6 2.1.1. Đổ ngã do sự cong phần thân lúa ở phía ngọn ........................... 6 2.1.2. Đổ ngã do sự tét hoặc gãy các lóng thân ở phía gốc .................. 8 2.1.3. Đổ ngã do rễ ............................................................................. 10 2.2. Đặc điểm hình thái cây lúa cứng cây kháng đổ ngã ........................... 10 2.2.1. Chiều cao cây ............................................................................ 10 2.2.2. Chiều dài lóng thân ................................................................... 15 2.2.3. Đường kính lóng thân và độ dày thành lóng ............................ 18 2.2.4. Đặc điểm giải phẫu lóng ........................................................... 25 2.2.5. Thành phần vách tế bào ............................................................ 26 2.2.6. Độ cứng lóng thân .................................................................... 29 2.3. Yếu tố ngăn cản quá trình giảm độ cứng lóng thân từ sau trổ ............ 31 2.3.1. Đối với những lóng ngọn .......................................................... 31 2.3.2. Đối với những lóng gốc ............................................................ 35 Chương 3. Phương tiện và phương pháp ......................................................... 38 3.1. Thời gian và địa điểm ......................................................................... 38 3.2. Phương tiện nghiên cứu ...................................................................... 38 3.2.1. Vật liệu thí nghiệm ................................................................... 38 3.2.2. Thiết bị, hóa chất thí nghiệm .................................................... 41 3.3. Phương pháp ....................................................................................... 41 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới ......................... 41 3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ngoài đồng .............................. 43 vii 3.3.3. Phương pháp đánh giá các đặc tính nông học và thành phần năng suất ................................................................................. 44 3.3.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu đánh giá kháng đổ ngã ..... 45 3.3.4.1. Cấp đổ ngã ....................................................................... 45 3.3.4.2. Chiều dài, đường kính và độ cứng lóng .......................... 45 3.3.5. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng hạt .................. 46 3.3.5.1. Chiều dài và hình dạng hạt gạo ....................................... 46 3.3.5.2. Phân tích hàm lượng amylose ......................................... 47 3.3.5.3. Phân tích hàm lượng protein ........................................... 48 3.3.5.4. Phân tích độ bền thể gel .................................................. 49 3.3.5.5. Phân tích nhiệt trở hồ ...................................................... 49 3.3.6. Phương pháp giải phẫu lóng thân và xác định độ dày thành lóng ............................................................................... 50 3.3.7. Phương pháp điện di protein SDS-PAGE ................................ 51 3.3.8. Đánh giá các chỉ tiêu khảo nghiệm giống ................................ 52 3.3.9. Phương pháp phân tích số liệu .................................................. 56 Chương 4. Kết quả và thảo luận ...................................................................... 58 4.1. Kết quả chọn lọc trong điều kiện nhà lưới ......................................... 58 4.1.1. Cấp đổ ngã ................................................................................ 58 4.1.2. Chiều dài lóng ........................................................................... 58 4.1.2.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 58 4.1.2.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 60 4.1.3. Đường kính lóng ....................................................................... 63 4.1.3.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 63 4.1.3.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 65 4.1.4. Độ cứng lóng ............................................................................ 67 4.1.4.1. Thế hệ F7 ......................................................................... 67 4.1.4.2. Thế hệ F8 ......................................................................... 70 4.1.5. Nhận xét chung về chiều dài, đường kính và độ cứng lóng ...... 73 4.1.5.1. Chiều dài lóng ................................................................. 73 4.1.5.2. Đường kính lóng .............................................................. 76 4.1.5.3. Độ cứng lóng ................................................................... 78 4.1.6. Mối tương quan giữa chiều dài, đường kính và độ cứng lóng ................................................................................ 80 4.1.7. Đặc điểm giải phẫu ................................................................... 84 4.1.7.1. Độ dày thành lóng ........................................................... 85 4.1.7.2. Số lớp tế bào nhu mô và biểu bì thành lóng .................... 87 4.1.8. Các chỉ tiêu nông học, thành phần năng suất và chất lượng hạt ........................................................................ 89 4.1.8.1. Các đặc tính nông học chủ yếu ........................................ 89 4.1.8.2. Thành phần năng suất và chất lượng hạt ......................... 91 4.1.8.3. Kết quả điện di đánh giá chất lượng hạt của cây F8 ....... 96 viii 4.2. Kết quả đánh giá ngoài đồng của các dòng nếp lai ............................ 98 4.2.1. Một số đặc tính nông học chủ yếu ............................................ 98 4.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá kháng đổ ngã .......................................... 99 4.2.2.1. Cấp đổ ngã ....................................................................... 99 4.2.2.2. Chiều dài lóng ................................................................ 101 4.2.2.3. Đường kính lóng ............................................................ 102 4.2.2.4. Độ cứng lóng ................................................................. 103 4.2.3. Sự tương quan giữa các tính trạng chiều dài, đường kính và độ cứng lóng thân ở điều kiện ngoài đồng ........................ 106 4.2.4. Năng suất và các thành phần năng suất .................................. 107 4.2.4.1. Năng suất ....................................................................... 107 4.2.4.2. Các thành phần năng suất .............................................. 107 4.2.5. Dạng hạt và chất lượng gạo nếp ............................................. 110 4.2.5.1. Chiều dài và hình dạng hạt ............................................ 110 4.2.5.2. Chất lượng gạo nếp ........................................................ 110 Chương 5. Kết luận và đề nghị ...................................................................... 112 5.1. Kết luận ............................................................................................. 112 5.2. Đề nghị .............................................................................................. 112 Danh mục liệt kê các bài báo đã công bố ...................................................... 113 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 114 Phụ lục ................................................................................................ 122 ix DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 2.1. Chiều cao cây và số lóng trên thân chính của một số giống lúa ngắn ngày kháng đổ ngã .......................................................................... 12 Bảng 2.2. Chiều dài lóng thân (cm) cây lúa ở các nghiệm thức xử lý với prohexadione – calcium ........................................................................... 16 Bảng 2.3. So sánh chiều dài thân và chiều dài lóng thân giữa cây lúa đổ ngã và không đổ ngã ........................................................................... 17 Bảng 2.4. Khối lượng vật chất khô các bộ phận của lúa với các mức độ của Si ...................................................................................................... 27 Bảng 2.5. Độ cứng lóng (N) của giống lúa Kasalath và Koshihikari ............. 30 Bảng 2.6. Độ cứng lóng thân (N) của một số giống lúa ngoài đồng lúc thu hoạch ........................................................................................................ 31 Bảng 2.7. Thành phần trong ngọn thân và chlorophyll trong lá dòng S1 ........ 34 Bảng 2.8. Những tính trạng nông học, đặc điểm và thành phần của phần gốc các dòng NIL ............................................................................ 37 Bảng 3.1. Một số đặc điểm nông học và chất lượng của các giố