ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Thu Hằng ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Vũ Thị Thu Hằng ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60 42 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lƣu Thị Ngọc Huyền Hà Nội – Năm 2011 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học MỤC LỤC MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4 1.1. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO ......................................................................................... 4 1.1.1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới ........................................................................................... 4 1.1.2. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo ở Việt Nam ........................................................................................... 7 1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ................................................................. 9 1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng ............. 10 1.2.2. Vùng trồng lúa có khả năng ngập ở Đồng bằng Sông Cửu Long ........ 11 1.3. NGHIÊN CỨU VỀ CƠ THẾ TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA ........ 13 1.3.1. Gen chịu ngập của cây lúa và cơ chế hoạt động ................................... 13 1.3.2. Sinh lý học tính chống chịu ngập của cây lúa ....................................... 16 1.3.3. Di truyền tính chống chịu ngập của cây lúa .......................................... 18 1.4. MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT.......................................... 19 1.4.1. Chỉ thị phân tử ADN ............................................................................. 19 1.4.1.1. Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN .................................................................... 20 1.4.1.2. Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN .............................................................. 21 1.4.1.3. Chỉ thị dựa trên những cơ sở những chuỗi có trình tự lặp lại ...................... 24 1.4.2. Tính ƣu việt và những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................ 25 1.4.2.1 Tính ƣu việt của chỉ thị phân tử .................................................................... 25 1.4.2.2. Những ứng dụng của chỉ thị phân tử ............................................................ 27 1.5. NHỮNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CHỊU NGẬP ............................. 30 1.5.1. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập trên thế giới ................... 30 1.5.2. Những nghiên cứu chọn tạo giống chịu ngập ở ViệtNam ................... 33 91 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................. 35 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................................ 35 2.1.1. Các giống lúa nghiên cứu ...................................................................... 35 2.1.2. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm ............................................................. 35 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 35 2.2.1. Phƣơng pháp lai hữu tính - lai trở lại giữa giống cho và nhận gen chịu ngập .................................................................................................. 36 2.2.2. Phƣơng pháp tách chiết ADN tổng số................................................... 36 2.2.3. Phƣơng pháp PCR với mồi SSR ........................................................... 38 2.2.4. Phƣơng pháp điện di trên gel agarose 0,8% .......................................... 39 2.2.5. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide. ..................................... 40 2.2.5.1. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide biến tính .................... 40 2.2.5.2. Phƣơng pháp điện di trên gel polyacrylamide không biến tính ................... 42 2.2.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu..................................................................... 43 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ........................ 44 3.1. TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH ADN TỔNG SỐ............................................. 44 3.2. KHẢO SÁT ĐA HÌNH GIỮA HAI GIỐNG BỐ MẸ ......................................... 45 3.3. QUY TỤ GEN CHỊU NGẬP CHÌM SUB1 VÀO GIỐNG LÚA AS996 ................ 50 3.3.1. Xác định con lai F1 ................................................................................ 50 3.3.2. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC1F1.............................. 51 3.3.3. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC2F1.............................. 57 3.3.4. Quy tụ gen Sub1 vào giống AS996 ở thế hệ BC3F1.............................. 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 69 92 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học MỞ ĐẦU Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng cho khoảng 2/3 dân số thế giới. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, thế giới có khoảng 156,1 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lƣợng là 697,9 triệu tấn, 90% diện tích này thuộc các nƣớc châu Á với 651 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lƣợng lúa gạo thế giới. (Bộ Nông nghiệp và PTNT, 2010)[3] Ở Việt Nam lúa là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn 89 triệu dân với diện tích khoảng 7,4 triệu ha, năm 2010 sản xuất đƣợc 39,710 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,493 triệu tấn đứng thứ 2 trên thế giới về xuất khẩu gạo sau Thái Lan. Ƣớc tính năm 2011 sản xuất khoảng 41,05- 41,5 triệu tấn. Nƣớc ta có hai vùng trồng lúa chính là Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) diện tích 3,79 triệu ha chiếm 50% sản lƣợng lúa cả nƣớc và Đồng bằng Sông Hồng (ĐBSH) diện tích 1,18 triệu ha chiếm 17% sản lƣợng. (Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2009); MPI, 2009)[2][60] Trên thế giới, an ninh lƣơng thực không chỉ là vấn đề với các nƣớc nghèo mà nó đang trở thành vấn đề có tính toàn cầu. Dân số thế giới liên tục tăng (khoảng 7 tỷ ngƣời năm 2011) trong khi diện tích đất dành cho việc trồng lúa hầu nhƣ không tăng mà ngày càng giảm do đất đƣợc chuyển sang sử dụng cho các mục đích khác nhƣ xây dựng khu công nghiệp, trƣờng học, nhà ở, khu du lịch... Bên cạnh đó, các dấu hiệu về sự biến đổi khí hậu hiện nay đã có thể nhận thấy nhƣ trái đất đang nóng lên, băng tan ở hai cực, bão lũ xảy ra thƣờng xuyên. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình hàng năm tăng 0,10C và mực nƣớc biển tăng 2,5 – 3,0 cm mỗi năm trong thập kỷ qua. Tính đến cuối thế kỷ 21, nhiệt độ ở Việt Nam sẽ tăng khoảng 2,30C và mực nƣớc biển tăng 75 cm tính theo mức trung bình các năm 1980 – 1999. Hàng năm có tới trên 20 triệu hecta chịu ảnh hƣởng của nƣớc biển dâng tại Nam và Đông Nam châu Á, hàng trăm nghìn ha hoa màu có thể bị ảnh hƣởng do hậu quả của nƣớc biển dâng vào cuối thế kỷ (MONRE, 2009)[61] 1 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Do vậy, để ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, các nhà khoa học trên thế giới ở các lĩnh vực khác nhau không ngừng nghiên cứu các khả năng làm giảm thiểu những yếu tố, tác nhân gây ảnh hƣởng tới môi trƣờng trái đất, quan tâm tới các nguồn năng lƣợng sạch trong tƣơng lai, tạo ra và phát triển các loại cây lƣơng thực vừa có năng suất, chất lƣợng cao, vừa thân thiện, thích nghi và bền vững trong điều kiệu môi trƣờng thay đổi khắc nghiệt. Hầu hết các loại cây trồng đều có tiềm năng chống chịu với các điều kiện sinh học và phi sinh học bất lợi. Tuy nhiên, các giống cây trồng có khả năng chống chịu này thƣờng thuộc loài hoang dại, đi kèm với một số tính trạng không mong muốn khác nhƣ năng suất rất thấp, cao cây... Các nhà chọn giống hiện nay đã gặp rất nhiều khó khăn trong việc đƣa gen quy định tính chống chịu với các điều kiện phi sinh học bất lợi từ giống này sang giống khác do sự đổ vỡ tính kháng và bản chất đa gen liên quan đến tính kháng của các tính trạng. Thêm vào đó, các chƣơng trình chọn giống cây trồng đặt ra hiện nay còn phải tính đến khả năng đối phó với các tác động kép của nhiều yếu tố phi sinh học bất lợi, xảy ra đồng thời trong cùng một thời vụ cây trồng do tác động của biến đổi khí hậu. Nhƣ vụ lúa Đông Xuân năm 2011 ở Việt Nam, cây trồng phải đối phó với thời tiết lạnh đầu vụ ở miền Bắc làm ảnh hƣởng tới khả năng sinh trƣởng phát triển của cây và thời tiết khô nóng ở thời điểm trỗ muộn, ĐBSCL đầu vụ hạn hán cuối vụ thiếu nƣớc ngọt do xâm nhập mặn sâu vào nội đồng với nồng độ mặn cao, điều này sẽ có khả năng ảnh hƣởng tới năng suất. Định hƣớng chọn tạo giống chống chịu với điều kiện phi sinh học và sinh học nói chung trong thời gian tới là tạo giống bằng cách quy tụ nhiều gen khác nhau vào một giống lúa ƣu việt nhờ công nghệ sinh học. Do vậy, việc chọn tạo nhanh những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lƣợng tốt, mang nhiều gen chống chịu với các điều kiện phi sinh học là công việc đƣợc quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác. Bƣớc đột phá trong việc chọn giống chịu ngập chìm trở nên có thể thực hiện đƣợc sau khi các vùng chính trên nhiễm sắc thể (Quantitative trait loci- QTLs) điều 2 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học khiển tính chống chịu ngập chìm đƣợc xác định. Việc phát triển và sử dụng chỉ thị phân tử để đẩy nhanh quá trình quy tụ gen đó vào những giống mới năng suất cao thông qua phƣơng pháp chọn giống lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử (marker assisted backcrossing - MABC; Thomson và ctv., 2009; Septiningsih và ctv., 2009; Singh và ctv., 2009) [87][77][78] đã đạt đƣợc các kết quả bƣớc đầu. Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) cho phép rút ngắn thời gian chọn lọc, và chọn lọc đƣợc những tính trạng khó hay nhiều gen cùng một lúc. Bằng con đƣờng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại nhiều gen chống chịu mặn, hạn, lạnh, chống chịu độc tố nhôm, sắt và gen quy định chất lƣợng đã đƣợc quy tụ thành công vào một số dòng lúa ở các nƣớc có nền công nghệ sinh học phát triển. Đối với gen chống chịu ngập cho đến nay các nhà khoa học ở Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã xác định đƣợc một số các chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen có thể ứng dụng trong chọn giống, sử dụng phƣơng pháp MABC để chọn giống chịu ngập chìm. Để góp phần tạo ra giống lúa có khả năng chịu ngập chìm ứng phó với biến đổi khí hậu trong thời gian tới, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất, chúng tôi thực hiện đề tài: ―Ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết gần trong chọn giống lúa chịu ngập chìm”. Đề tài đƣợc đề ra với mục tiêu cụ thể sau: - Sử dụng phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại để quy tụ gen chịu ngập (Sub1) đã đƣợc xác định trƣớc vào giống lúa năng suất cao đang đƣợc trồng phổ biến ở Việt Nam với thời gian ngắn đáp ứng nhu cầu giống trong sản xuất. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu và vật liệu cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về gen chịu ngập (Sub1) trên cây lúa, đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng chịu ngập, năng suất cao, phù hợp với điều kiện canh tác lúa vùng ngập lụt, giúp ngƣời nông dân tăng thêm thu nhập, giảm đói nghèo. 3 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. ẢNH HƢỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƢỚC BIỂN DÂNG ĐẾN SẢN XUẤT LÚA GẠO 1.1.1. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo trên thế giới Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm. Những biến đổi này đƣợc gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây có thêm hoạt động của con ngƣời. (IPCC,2007, Nguyễn Văn Cƣờng) [8] [47] Biến đổi khí hậu ngày nay không còn là vấn đề của một quốc gia hay của một khu vực mà là vấn đề toàn cầu. Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trƣờng trên phạm vi toàn thế giới. Nhiệt độ tăng, mực nƣớc biển dâng cao gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nƣớc, ảnh hƣởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tƣơng lai. Những thách thức của biến đổi khí hậu đối với sản xuất lúa gạo là vô cùng quan trọng. Phần lớn lúa gạo mà thế giới sử dụng đƣợc trồng ở các vùng đất thấp hoặc vùng đồng bằng ở các quốc gia nhƣ Việt Nam, Bangladesh, Ấn Độ... Những khu vực này lại có nguy cơ bị nƣớc biển xâm nhập khi mực nƣớc biển dâng cao, cho thấy sự cần thiết của các giống lúa có khả năng chịu đựng đƣợc cả tình trạng ngập nƣớc lẫn độ mặn cao. Lâu nay, châu Á là nơi sản xuất và tiêu thụ gạo cao nhất trên thế giới. Ngoài ra, châu Á còn là nơi xuất khẩu gạo chủ yếu. Trong đó, Thái Lan là nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất toàn cầu, lƣợng xuất khẩu hàng năm lên tới 9 triệu tấn. Xét tới những thiệt hại trực tiếp trong lĩnh vực nông nghiệp cũng nhƣ tính thời vụ của sản xuất lƣơng thực của các nƣớc khu vực này, các chuyên gia cho rằng, ngoài một số nƣớc khu vực Đông Nam Á có thể phải đối mặt với khan hiếm gạo, 4 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học lƣợng cung cầu gạo trên thị trƣờng thế giới cũng sẽ bị thu hẹp ở mức độ nhất định, giá gạo chắc chắn sẽ tăng cao. Mỗi năm lũ lụt đã làm mất hàng triệu tấn lúa - chiếm khoảng 25% sản lƣợng lúa gạo, thất thoát hàng tỷ USD. Trong đó phổ biến nhất là ở châu Á, nơi sản xuất hơn 90% lúa gạo thế giới. Theo thống kê mới nhất của Tổ chức Nông lƣơng thế giới (FAO) hàng loạt hoa màu bao gồm lúa gạo bị tàn phá mang tính hủy hoại, trong đó diện tích lúa bị mất trắng ở các nƣớc nhƣ Thái Lan khoảng 12,5%, Philippines khoảng 6%, Campuchia khoảng 12%, Lào khoảng 7,5% và Việt Nam khoảng 0,4 %. Ngoài ra, giá gạo trong nƣớc Campuchia, Việt Nam và Thái Lan cũng bắt đầu tăng, trong đó mức tăng giá gạo ở Campuchia dự đoán sẽ lên tới 50%. (Susmita Dasgupta, 2007)[22]. Bảng 1. Ảnh hƣởng của mực nƣớc biển dâng đến khu vực Đông Á 1m 2m 3m Diện tích (Tổng = 14.140.767 km2) Khu vực ảnh hƣởng 74.020 119.370 % trong tổng số 178.177 4m 5m 248.970 32.,089 0,52 0,84 1,.26 1,76 Dân số (Tổng = 1.883.407.000) 37,193,86 60.155.6 90.003.5 126,207, Dân cƣ ảnh hƣởng 6 40 80 275 1,97 3,19 4,78 6,70 % trong tổng dân cƣ GDP (Tổng = 7.577.206 triệu USD) 158.399 255.510 394.081 592.598 GDP ảnh hƣởng (USD) 2,09 3,37 5,20 7,82 % trong tổng GDP 2 Khu vực đô thị (Tổng = 388.054 km ) 6.648 11.127 17.596 25.725 Khu vực ảnh hƣởng 1,71 2,87 4,53 6,63 % trong tổng số Khu vực nông nghiệp (Tổng = 5.472.581 km2) 45.393 78.347 121.728 174.076 Khu vực ảnh hƣởng 0,83 1,43 2,22 3,18 % trong tổng số Đầm lầy (Tống = 1.366.069 km2) 36.463 56.579 79.984 110.671 Khu vực ảnh hƣởng 2,67 4,14 5,86 8,10 % trong tổng số 2,30 162.445. 397 8.63 772.904 10,20 34.896 8,99 229.185 4,19 130.780 9,57 Nguồn (Susmita Dasgupta, 2007) Châu Á nếu nƣớc biển dâng lên 1m khoảng 25.000km2 rừng đƣớc sẽ bị ngập, 10000km2 đất canh tác và diện tích nuôi trồng thủy sản trở thành đầm lầy ngập mặn. Ở hạ lƣu Ai Cập 6 triệu ngƣời phải di dời và 4.500km2 đất nông nghiệp bị ngập 5 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học chìm trong nƣớc. Ở Bangladesh 18% diện tích đất nông nghiệp bị ngập ảnh hƣởng đến 11% dân số. Theo ƣớc tính của Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) mỗi năm nông dân Ấn Độ và Bangladesh bị thiệt hại tới 4 triệu tấn thóc do lũ lụt, do nhiều giống lúa chỉ chịu ngập trong vòng chƣa đầy một tuần. Còn ở Maldives hơn 80% diện tích đất thấp hơn mực nƣớc biển và có thể bị ngập khi nƣớc biển dâng cao. Việt Nam là nƣớc bị ảnh hƣởng nghiêm trọng nhất bởi mực nƣớc biển dâng, tác động chủ yếu đến Đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long khoảng 10.8% dân số Việt Nam sẽ bị ảnh hƣởng khi mực nƣớc biển dâng 1m. (Susmita Dasgupta, 2007)[22] Nguồn www.combatclimatechange.ie Hình 1. Biểu đồ diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hƣởng khu vực Đông Á Biến đổi khí hậu ngoài nƣớc biển dâng gây ngập lụt thì hạn hán, xâm nhập mặn ngày càng gia tăng. Với kịch bản biến đổi khí hậu, cƣờng lực và tần suất hạn hán đƣợc dự báo ngày càng tăng ở vùng tƣới nƣớc mƣa và hạn hán còn kéo dài đến vùng lúa nƣớc có tƣới. Thiếu nƣớc có thể ảnh hƣởng 23 triệu ha lúa tƣới bằng nƣớc mƣa ở Nam và Đông Nam Á. Tại châu Phi, hạn hán nặng có thể đe dọa 80% diện 6 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học tích lúa tƣới nhờ nƣớc mƣa của 23 triệu ha. Hạn hán còn ảnh hƣởng đến sản xuất lúa của Úc, Trung Quốc, Mỹ và các nƣớc khác. 1.1.2. Ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu, nƣớc biển dâng đến sản xuất lúa gạo ở Việt Nam Việt Nam là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng nặng nề do mực nƣớc biển tăng, nƣớc biển tăng phần lớn đất màu mỡ nhất của Việt Nam sẽ bị ngập. Theo đó, sản lƣợng lúa có thể giảm đáng kể do mực nƣớc biển dâng cao và sự thay đổi lƣợng mƣa làm thay đổi thủy học ở các vùng đồng bằng (Wassmann và ctv., 2004; Hoanh và ctv. 2004)[92][46]. Do chúng ta có bờ biển dài hơn 3.200 km, 28 tỉnh, thành phố giáp biển nên mực nƣớc biển dâng cao sẽ làm giảm lƣu lƣợng dòng chảy của các con sông, thậm chí ngay cả tại các nơi xa bờ biển. Sự hiện hữu của biến đổi khí hậu ở Việt Nam đã và đang trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết: Cụ thể, nhiệt độ tăng 2 đến 3oC trên phần lớn diện tích cả nƣớc. Riêng khu vực Đông bắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên có nhiệt độ tăng nhanh hơn so với những nơi khác. Lƣợng mƣa/năm tăng trên hầu khắp lãnh thổ. Mức tăng phổ biến từ 10-20%, riêng Tây Nguyên, Nam Trung bộ từ tăng 5-10%. Lƣợng mƣa mùa khô giảm (có nơi giảm đến 30%) và lƣợng mƣa mùa mƣa tăng (có nơi tăng từ 20-30%). Ở các khu vực khác nhau lại có thể xuất hiện những ngày mƣa dị thƣờng với lƣợng mƣa gấp đôi so với kỷ lục hiện nay. Mực nƣớc biển cao nhất ở vùng từ Cà Mau đến Kiên Giang (82 cm), thấp nhất ở vùng Móng Cái (64 cm). Trung bình toàn Việt Nam là 72,6 cm. (Bộ TNMT, 2009)[4] Nếu mực nƣớc biển dâng 1,0m, khoảng 40 nghìn km2 đồng bằng ven biển Việt Nam sẽ bị ngập hàng năm, trong đó có các đồng bằng nhỏ hẹp ven biển vùng Nam Trung Bộ, Việt Nam sẽ bị mất khoảng 5% diện tích, 45% diện tích đất nông nghiệp ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, 11% diện tích đồng bằng Sông Hồng và 3% diện tích của các tỉnh khác thuộc vùng ven biển, 10% GDP, 7% sản lƣợng nông sản, 10,8% dân số khoảng 22 triệu dân Việt Nam phải di tản. (Nguyễn Kỳ Phùng, Bùi Chí Nam)[21] 7 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học Bảng 2. Các kịch bản nƣớc biển dâng ở Việt Nam qua các thời kỳ Kịch bản nƣớc biển dâng (cm) Các mốc thời gian của thế kỷ 21 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100 Thấp (B1) 11 17 23 28 35 42 50 57 65 Trung bình (B2) 12 17 23 30 37 46 54 64 75 Cao(A1F1) 12 17 24 33 44 57 71 86 100 Kịch bản BĐKH nước biển dâng cho Việt Nam, phần II Theo kịch bản phát thải trung bình (B2): Vào cuối thế kỷ 21, lƣợng mƣa năm có thể tăng khoảng 7 - 8% ở Tây Bắc, Đông Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ 2 - 3% ở Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980 – 1999. Lƣợng mƣa thời kỳ từ tháng III đến tháng V sẽ giảm từ 4-7% ở Tây Bắc, Đông Bắc và Đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lƣợng mƣa vào giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía Nam có thể giảm tới 10-15% so với thời kỳ 1980-1999. Lƣợng mƣa các tháng cao điểm của mùa mƣa sẽ tăng từ 10 đến 15% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ, còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng trên dƣới 1%. Ở Việt Nam biến đổi khí hậu cũng sẽ gây hạn hán, làm giảm đến 20-25% lƣợng mƣa ở khu vực miền Trung-Tây Nguyên, gây ra hạn hán không chỉ phổ biến và kéo dài mà thậm chí còn gây khô hạn thời đoạn ngay trong thời gian El Nino. Tác động này ở Nam Trung Bộ lớn hơn Bắc Trung Bộ, Bắc Tây Nguyên lớn hơn Nam Tây Nguyên. Nhiều vùng của nƣớc ta sẽ bị sa mạc hóa không trồng trọt đƣợc. Mặn là hiện tƣợng liên kết với nƣớc biển dâng mang nƣớc mặn tiến sâu vào đất liền, biến nhiều vùng đất trồng lúa bị mặn hóa. (Nguyễn Đức Ngữ, 2008)[20] 8 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.2. CÁC VÙNG TRỒNG LÚA Ở VIỆT NAM CÓ KHẢ NĂNG BỊ NGẬP THEO KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam châu Á chịu ảnh hƣởng của vùng gió mùa, khí hậu nóng và ẩm rất đặc trƣng. Việt Nam có một bờ biển dài hơn 3.200 km. Việt Nam hiện nay có khoảng hơn 89 triệu ngƣời, mật độ dân số cao ở các vùng tập trung nguồn nƣớc nhƣ các châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long và các cửa sông, cửa biển dọc theo miền Trung. Hoạt động sản xuất chính ở Việt Nam là nông nghiệp, thuỷ hải sản và diễn ra chủ yếu ở vùng nông thôn, vùng núi và vùng ven biển. Hầu hết các thiên tai gây thiệt hại cho sản xuất và đời sống ở Việt Nam đều có liên quan với sự bất thƣờng của khí hậu và nguồn nƣớc. (Lê Anh Tuấn, 2009)[25] Việc đƣa ra các chiến lƣợc thích nghi với sự biến đổi khí hậu và mực nƣớc biển dâng cho hai vùng ĐBSH và ĐBSCL có tính chất quyết định đối với nền kinh tế và an ninh lƣơng thực của Việt Nam, góp phần đảm bảo an ninh lƣơng thực thế giới. Vùng trồng lúa bị ảnh hƣởng bởi lũ lụt có thể đƣợc chia thành 4 nhóm nhƣ sau: - Nhóm lúa chống chịu ngập hoàn toàn trong vòng 10 ngày, sau đó chúng có thể phục hồi sau khi nƣớc rút. Đó là những vùng bị lũ quét, hay vùng bị ngập bất ngờ và tính chống chịu trong điều kiện nhƣ vậy đƣợc gọi là ―chịu ngập hoàn toàn‖. - Nhóm lúa có khả năng vƣợt nƣớc 5-10cm / 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 trƣớc đây, nƣớc dâng từ từ, kéo dài nhiều tháng. Tính chống chịu trong điều kiện nhƣ vậy đƣợc gọi là ―khả năng vƣơn lóng‖. - 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 cƣờng. Đó là vùng bị ngập xen kẽ. - Nhóm lúa không có khả năng vƣợt nƣớc, nhƣng thích nghi tốt trong vùng nƣớc ngập sâu, lũ lụt kéo dài 2-3 tháng gọi là (lúa nƣớc sâu), lúa có tính cảm quang, thời gian trỗ thƣờng xảy ra khi nƣớc rút. (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang 2003)[6]. 9 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.2.1. Vùng trồng lúa có khả năng bị ngập ở Đồng bằng sông Hồng Đồng bằng sông Hồng rộng gần 1,18 triệu ha, chiếm 3,8% diện tích toàn quốc với một vùng biển bao quanh ở phía Đông và Đông Nam. Dân số là 14,8 triệu ngƣời (1999), chiếm 19,4% số dân của cả nƣớc. ĐBSH là một trong hai vựa lúa chính của cả nƣớc, chiếm 15% diện tích gieo trồng và 17% sản lƣợng lúa. Diện tích lúa vùng ÐBSH dự kiến đến năm 2020 là 560 nghìn ha, đến năm 2030 là 540 nghìn ha, sản lƣợng dự kiến hơn 7,3 triệu tấn. Nhiều vùng trong ĐBSH tiếp giáp với hơn 400km bờ biển. Nếu mực nƣớc biển dâng cao 1m và không có các giải pháp ứng phó, sẽ có khoảng 11% diện tích vùng đồng bằng này có nguy cơ bị ngập và khoảng 35% dân số bị ảnh hƣởng trực tiếp. Chủ yếu thuộc các tỉnh: Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình, Hải Dƣơng. Tỉnh Hải Phòng bị ngập nặng nề nhất chủ yếu tập trung tại các huyện: Kiến Thụy, Tiên Lãng, Thuỷ Nguyên, Vĩnh Bảo, Đồ Sơn… Tỉnh Thái Bình ngập chủ yếu ở các huyện Thái Thuỵ, Tiền Hải, Kiến Xƣơng,… Tỉnh Nam Định ngập chủ yếu ở các huyện Nghĩa Hƣng, Xuân Trƣờng, Giao Thuỷ,… Bảng 3. Tác động của BĐKH đến tình hình ngập của ĐBSH Kịch bản Cao độ (m) Đồng bằng sông Hồng Diện tích ngoài đê Diện tích trong đê (ha) (ha) Hiện tại Vùng ngập hoàn toàn < 1,5 1.432 2.013 Vùng bán ngập < 1,5 24.136 157.781 Mực nƣớc biển dâng lên thêm 0,69 cm Vùng ngập hoàn toàn [...]... của giống lúa hỗ trợ cho khảo nghiệm DUS (Lƣu Minh Cúc, 2010)[7] Chỉ thị phân tử ADN còn đƣợc ứng dụng trong nghiên cứu sự sai khác ADN giữa các giống đột biến so với các giống gốc ở thực vật  Tìm chỉ thị phân tử liên kết gen và lập bản đồ gen Một trong những ứng dụng quan trọng của chỉ thị phân tử ADN là tìm chỉ thị liên kết gen (Gene tagging) và lập bản đồ gen Chỉ thị ADN cũng cho phép các nhà chọn. .. 1997)[67] 1.4 MỘT SỐ LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT 1.4.1 Chỉ thị phân tử ADN Chỉ thị phân tử (CTPT) là các chỉ thị chọn lọc trực tiếp dựa trên cấu trúc phân tử ADN Chỉ thị phân tử ADN có nhiều loại, đa dạng và ổn định trong mọi giai đoạn của sinh vật Cây trồng có khoảng 108 – 1010 nucleotide trong ADN tổng số Thậm chí, nếu chỉ tính một sai khác... và bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại tạo giống lúa chống chịu mặn (Michael J Thomson, 2010)[88] Nguyễn Thị Lan Hoa và ctv đã sử dụng các chỉ thị SSR cho đa hình lập bản đồ các nhóm liên kết trong hệ gen và xác định vị trí gen kháng bệnh xanh lùn ở cây bông cỏ (Nguyễn Thị Lan Hoa, 2009)[10]  Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Từ lâu, các nhà chọn giống đã quan tâm đến các chỉ thị hình thái liên kết với... khác nhau tuỳ từng loài 1.4.2 Tính ƣu việt và những ứng dụng của chỉ thị phân tử 1.4.2.1 Tính ưu việt của chỉ thị phân tử Trong những năm gần đây việc nghiên cứu hệ gen sinh vật sử dụng các chỉ thị phân tử đƣợc phát triển nhanh chóng Chỉ thị phân tử cho phép xác định đƣợc 25 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học các chỉ tiêu trực tiếp của kiểu gen thông qua việc xác... hiếm gặp vì thế giá trị thực tiễn của chỉ thị hình thái trong chọn giống gặp nhiều hạn chế Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CTPT các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm đến vấn đề chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại -MABC) với ý đồ sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới Thông thƣờng, trong quy trình chọn tạo giống truyền thống, ngƣời ta đƣa nguồn... liên quan đến các tính trạng khác của cây lúa nhƣ chịu ngập, hạn, mặn, chịu độc nhôm, chịu thiếu phốt-pho, bất dục đực nhân nhậy cảm quang chu kỳ, bất dục đực nhân nhậy cảm nhiệt độ, gen tƣơng hợp rộng cũng đƣợc lập bản đồ phân tử để đƣa vào sử dụng trong chọn giống Lƣu Thị Ngọc Huyền và ctv bằng kỹ thuật AFLP để xác định chỉ thị phân tử liên kết gen kháng rầy nâu ở lúa CR203 (Thông tin CNSH ứng dụng, ... 26 Vũ Thị Thu Hằng Đại học Khoa học Tự Nhiên Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học 1.4.2.2 Những ứng dụng của chỉ thị phân tử  Phân tích đa dạng di truyền Nhờ sự ra đời của các loại chỉ thị phân tử đã cung cấp cho các nhà khoa học một công cụ hữu ích trong việc nghiên cứu di truyền thực vật nói chung cũng nhƣ nghiên cứu đa dạng di truyền, chọn tạo giống thực vật nói riêng Ƣu điểm của CTPT trong phân tích... pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại Sáu giống lúa đƣợc chuyển gen Sub1 là những giống phổ biến đƣợc nông dân trồng ở Nam và Đông Nam châu Á; Swarna, Sambha Mahsuri, IR64, BR11, TDK1 và CR1009, những giống này đã đƣợc trồng với diện tích trên triệu ha, đạt năng suất từ 1-3,5 tấn/ha trong điều kiện ngập hoàn toàn trong giai đoạn lúa con gái Phƣơng pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và... mỗi loại mồi lại chỉ đặc trƣng cho một loài Tuy nhiên, SSR là một loại chỉ thị chính xác và hữu hiệu trong nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại các giống vật nuôi, cây trồng khác nhau trong cùng một loài động vật hay thực vật Ngƣời ta sử dụng chỉ thị SSR để phân tích hệ gen để chọn giống, xây dựng bản đồ liên kết gen, trong chọn lọc tính kháng bệnh, nghiên cứu một số tính trạng liên quan đến năng... kiểu gen không chịu đƣợc ngập Khi đƣa gen Sub1A vào giống lúa Swarna của Ấn Độ, giống lúa không chịu đƣợc úng ngập do thiếu gen này, các nhà khoa học nhận thấy rằng cây chuyển nạp gen không chỉ chịu đƣợc trong điều kiện ngập nƣớc mà còn cho sản lƣợng cao hơn và giữ đƣợc các đặc tính có lợi khác của giống này (Septiningsih và ctv, 2009)[77] Một gen Sub1C không chịu ngập kết hợp với gen chịu ngập sub1A-1 ... tạo giống lúa có khả chịu ngập chìm ứng phó với biến đổi khí hậu thời gian tới, ứng dụng kết nghiên cứu vào sản xuất, thực đề tài: Ứng dụng thị phân tử liên kết gần chọn giống lúa chịu ngập chìm ... LOẠI CHỈ THỊ PHÂN TỬ THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC VẬT 1.4.1 Chỉ thị phân tử ADN Chỉ thị phân tử (CTPT) thị chọn lọc trực tiếp dựa cấu trúc phân tử ADN Chỉ thị phân. . .Luận văn Thạc sỹ Khoa học Sinh học ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Vũ Thị Thu Hằng ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN KẾT GẦN TRONG CHỌN GIỐNG LÚA CHỊU NGẬP CHÌM