TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH - KTNN ============= ĐẶNG THỊ MAI HƢƠNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐỐI KHÁNG THỰC VẬT (ALLELOPHATHY) CỦA 20 GIỐNG LÚA BẢN ĐỊA TRÊN CỎ LỒNG VỰC (ECHINOCHLOA CRUS- GALLI) TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Di truyền học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. NGUYỄN NHƢ TOẢN TS. TRẦN ĐĂNG KHÁNH HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhịêm khoa Sinh-KTNN, Phòng Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã thực hiện đề tài: “Đánh giá tiềm năng đối kháng thực vật (Allelopathy) của 20 giống lúa bản địa trên cỏ lồng vực (Echinochloa crus-galli) trong điều kiện phòng thí nghiệm” Sau thời gian 2 đợt thực tập em đã hoàn thành đề tài. Để đạt được kết quả này ngoài sự ố gắng n lự ủ ản th n em đã nhận đượ rất nhiều sự qu n t m gi p đ nhiệt t nh ủ thầy ạn . Trư ti n em xin ày t lòng iết n h n thành và s u sắ t i TS.Nguyễn Như Toản (Khoa Sinh-KTNN Trường Đại họ sư phạm Hà Nội 2) đã gi i thiệu n i thực hiện đề tài và hư ng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận, TS. Trần Đăng Khánh (Phòng Kĩ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam) đã nhiệt t nh hư ng dẫn và tạo điều kiện cho em được thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Trong thời gian thực tập vừ qu em đã nhận được sự gi p đ và hư ng dẫn tận tình của tập thể các cán bộ nghiên cứu tại Phòng kĩ thuật di truyền. Em xin chân thành cảm n sự trợ gi p quý áu đó. Em ũng xin ày t lòng biết n s u sắ t i á thầy giáo giáo trong Khoa Sinh – KTNN nh ng người đã trự tiếp giảng ạy tr ng ị nh ng kiến thứ ổ h trong suốt thời gi n em học tập tại trường. Cuối ng em xin g i lời ảm n h n thành t i tất ả bạn gi đ nh và nh ng người lu n n ạnh động vi n gi p đ em trong quá tr nh họ tập và thự hiện đề tài. n t n nm 6 Tá giả thự hiện đề tài: Đặng Thị Mai Hƣơng LỜI CAM ĐOAN Sau một thời gian nghiên cứu, bằng sự cố gắng của bản thân và sự định hư ng của TS.Nguyễn Như Toản và TS.Trần Đăng Khánh khó luận củ em đã được hoàn thành. Em xin m đo n khó luận này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, kết quả này không trùng v i bất kì tác giả nào đã được công bố. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà N i, ngày tháng n m 2016 Tác giả Đặng Thị Mai Hƣơng DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU cs ộng sự NST Nhiễm sắ thể Nxb Nhà xuất ản NN&PTNT N ng nghiệp và phát triển n ng th n QTL Quantitative trait loci (T nh trạng gen) FAO Food and Agricuture Organization (Tổ chứ lư ng thực và nông nghiệp Liên Hợp Quốc) TBKT Tiến bộ kĩ thuật IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu gạo Quốc tế) LSD Least Singnificant Difference Test (Kiểm định khác biệt nh nhất ó nghĩ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Danh sách 20 giống lúa bản địa của Việt Nam...................................18 Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng ức chế c lồng vực của 20 giống lúa bản đị trong điều kiện phòng thí nghiệm...........................................21 DANH MỤC CÁC HÌNH H nh 2.1 S đồ gieo hạt lúa – hạt c..................................................................... 20 Hình 3.1. Biểu đồ phần trăm ức chế c lồng vự trong điều kiện phòng thí nghiệm.................................................................................................................22 H nh 3.2. Sinh trưởng của các giống lúa và c lồng vự s u 5 ngày gieo tr n đĩ petri..................................................................................................................... 25 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÍ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU...............................................................................................................1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................4 1.1. Nguồn gốc, phân loại lúa........................................................................... 4 1.1.1 Nguồn gốc cây lúa................................................................................4 1.1.2. Phân loại..............................................................................................4 1.2. Giá trị kinh tế của lúa gạo.......................................................................... 6 1.2.1. Giá trị inh ư ng............................................................................... 6 1.2.2. Giá trị s dụng.....................................................................................7 1.2.3. Giá trị thư ng mại...............................................................................8 1.3. Gi i thiệu chung về c dại......................................................................... 8 1.3.1. Định nghĩ.............................................................................................8 1.3.2. Đặc tính của c dại..............................................................................8 1.3.3. Tác hại của c dại đối v i lúa..............................................................9 1.3.4. Đặ điểm c lồng vực.........................................................................9 1.4. T nh đối kháng (Allelopathy)................................................................... 10 1.4.1. Định nghĩ...........................................................................................10 1.4.2. Chất đối kháng (Allelochemicals) và hế tác dụng......................11 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nư và ngoài nư c về tiềm năng đối kháng thực vật............................................................................................................13 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nư c......................................................13 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trên thế gi i....................................................14 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................18 2.1. Đối tượng nghiên cứu.............................................................................. 18 2.2. Đị điểm và thời gian nghiên cứu............................................................ 18 2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................19 2.4. Phư ng pháp nghi n ứu..........................................................................19 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU............................................................21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................27 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Việt Nam là một trong nh ng nư c xuất khẩu gạo l n đứng thứ hai trên thế gi i sau Thái Lan. V i diện t h đất nh tá l năm 2015 chiếm 7,83 triệu hecta, cung cấp 45,2 triệu tấn thóc, xuất khẩu khoảng 6,493 triệu tấn gạo (Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, 2015) [2]. Vì vậy lúa (Oryza Sativa-L.) không nh ng là y lư ng thực quan trọng ở Việt Nam mà còn là thực phẩm ổn định củ á nư c Châu Á và nhiều khu vực trên thế gi i. Tuy nhiên, thị trường xuất khẩu gạo chính của Việt Nam là các quốc gia đ ng phát triển trong đó ó khu vực Đ ng N m Á ( hiếm khoảng 40-50%), các quốc gia Châu Phi (chiếm khoảng 20-30%), ngoài ra còn có các thị trường khá như Trung Đ ng và Bắc Mỹ (FAO, 2013) [19]. Một trong nh ng nguyên nhân khiến cho thị trường xuất khẩu gạo ở Việt Nam bị gi i hạn là o tá động của các yếu tố bất lợi sinh học và phi sinh học làm giảm năng suất và chất lượng lúa gạo. Trong số các yếu tố bất lợi đó dại là một hạn chế sinh học l n đối v i sản lượng lúa gạo tại Việt N m. Đặc biệt là gi tăng thiệt hại về kinh tế một cách nghiêm trọng (giảm khoảng 30% - 50% sản lượng lúa ở Đồng bằng sông C u Long) (Chin, 2001) [15]. S dụng thuốc diệt c có thể giảm thiểu thời gian kiểm soát c dại và ổn định năng suất lúa. Tuy nhiên, việc quá lạm dụng thuốc diệt c tổng hợp để diệt trừ c dại hiện đ ng là một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam, dẫn đến ô nhiễm m i trường đặc biệt là m i trường đất (mất cân bằng hệ vi sinh vật đất th y đổi tính chất lý hó ũng như giảm các chất inh ư ng trong đất), các sản phẩm nông nghiệp không an toàn và ảnh hưởng đến sức kh e on người, ngoài ra đã xuất hiện một số loại c dại có khả năng kháng thuốc diệt c (Khánh và Cs, 2013) [36] Theo thống kê từ năm 1991 lượng thuốc diệt c tổng hợp là 900 tấn, trong năm 2012 là 42000 tấn tư ng ứng v i 300 triệu USD (ILS,2013)[23] Ức chế c dại th ng qu đối kháng thực vật (Allelopathy) là một trong nh ng giải pháp tối ưu nhất để giảm thiểu sự lệ thuộc vào thuốc diệt c tổng hợp 1 (Rice, 1984) [35]. Như vậy, bằng giải pháp này có thể làm tăng đáng kể năng suất, chất lượng cây trồng mà không mất hi ph m i trường. Nh ng định hư ng nghiên cứu gần đ y về đánh giá họn tạo các giống lúa có tiềm năng đối kháng thực vật hiện đ ng được các nhà khoa học trong và ngoài nư c quan tâm. Xuất phát từ nh ng lý do nêu trên tôi thực hiện đề tài “ Đánh giá tiềm năng đối kháng thực vật (Allelopathy) của 20 giống lúa bản địa trên cỏ lồng vực (Echinochloa crus–galli) trong điều kiện phòng thí nghiệm” 2. Mục đích yêu cầu của đề tài - Đánh giá tiềm năng đối kháng thực vật của 20 giống lúa bản địa ở Việt Nam trong điều kiện phòng thí nghiệm - Xá định được nh ng giống lúa có tiềm năng đối kháng c dại trong điều kiện phòng thí nghiệm, phục vụ công tác phòng trừ c dại tr n đồng ruộng. Kết quả nghiên cứu củ đề tài sẽ là sở d liệu và vật liệu quan trọng cho các nghiên cứu khoa học tiếp theo về t nh đối kháng tr n y l đồng thời góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa có khả năng ức chế c dại, phù hợp v i điều kiện canh tác lúa ở Việt N m gi p người n ng n tăng th m thu nhập, giảm đói ngh o và đảm bảo sức kh e on người. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học - Ở Việt Nam, việc nghiên cứu về hoạt tính đối kháng thực vật (Allelopathy) là một lĩnh vực m i hư được nghiên cứu nhiều. Vì vậy đề tài này đư r định hư ng m i trong chọn tạo giống cây trồng có tiềm năng ức chế c dại. - Đánh giá được một số giống lúa bản điạ có tiềm năng ức chế c dại. Tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về t nh đối kháng thực vật (Allelopathy). 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Sự kết hợp của các hoạt tính đối kháng (ức chế) (Allelopathy) cùng v i á phư ng pháp iệt c truyền thống thay vì s dụng thuốc diệt c sẽ làm giảm 2 thiểu ô nhiễm m i trường, tăng hất lượng nông sản và bảo vệ sức khoẻ con người v i mục tiêu phát triển các sản phẩm nông nghiệp bền v ng. - Nh ng dòng, giống lúa có tiềm năng đối kháng cao được chọn lọc trong đề tài này sẽ là vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa có khả năng kháng dại. - Mặt khác, trong quá trình thực hiện đề tài, sinh viên có thêm kiến thức và kinh nghiệm thực tế, tiếp cận v i nghiên cứu khoa học phục vụ cho công tác sau này. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc, phân loại lúa 1.1.1 Nguồn gốc cây lúa Cây lúa trồng Oryza sativa L. là loài thân thảo sống hàng năm. Thời gian sinh trưởng của các giống dài, ngắn khác nhau. Về nguồn gốc cây lúa, có nhiều nhà khoa họ đã nghi n ứ và đư r á ý kiến khác nhau: + Theo Candalle (1886) cây lúa có nguồn gốc từ Ấn Độ. + Theo Roseleviez (1931) cây lúa trống có nguồn gốc từ Đ ng N m Á đặc biệt từ Ấn Độ và Đ ng Dư ng. Tuy xuất xứ của cây trồng có nhiều ý kiến khá nh u nhưng đến n y đã ó sự thống nhất nguồn gốc là cây lúa có từ Đ ng N m Á [1]. V đ y là v ng ó diện tích trồng lúa tập trung l n trên thế gi i, có khí hậu nhiệt đ i nóng ẩm phù hợp v i y l là n i l được trồng s m nhất và h n n a ở đ y ễ dàng tìm thấy bộ gen đầy đủ của cây lúa. Về phư ng iện thực vật học, lúa trồng hiện nay là dòng lúa dại Oryaza fatma hình thành thông qua một quá trình chọn lọc nhân tạo lâu dài. Loài lúa dại này thường gặp ở Ấn Độ, Campuchia, Nam Việt N m v ng Đ ng N m Trung Quốc, Thái Lan và Myanma. Họ hàng v i cây lúa trồng là các loài trong chi Oryz . Người t đã khảo sát và thấy có 22 loài trong chi Oryza v i 24 hoặc 48 NST [39]. 1.1.2. Phân loại  Dựa v o đặc tính thực vật học Lúa là cây hằng niên có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24. Về mặt phân loại thực vật, cây lúa thuôc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza. Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đ i ẩm của Châu Phi, Nam và Đ ng N m Ch u Á N m Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Úc Ch u (Ch ng 1976 theo De D tt 1981). Trong đó hỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại là lúa hoang hằng ni n và đ ni n. 4  Dựa v o s n t địa lý Từ 200 năm trư c công nguyên, các giống lúa ở Trung Quố được phân thành 3 nhóm: “Hsien” “Keng” và nếp. Năm 1928 – 1930, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đư l trồng thành 2 loại phụ: “ nd ca” và “japon ca” tr n sở phân bố địa lý, hình thái cây và hạt độ bất dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh (Serological reaction). Nhóm Indica (= “Hsien” = l ti n) o gồm các giống lúa ở vùng nhiệt đ i. Trong khi nhóm Japonica (= “Keng” = l ánh) o gồm các giống lúa tập trung ở các vùng á nhiệt đ i và n đ i. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản s u đó đã thêm một nhóm thứ 3 “javan ca” để đặt tên cho giống lúa cổ truyền của In onesi là “ ulu” và “gun il”. Từ “J poni ” ó lẽ xuất xứ từ ch Japan là tên nư c Nhật Bản. Còn “In i ” ó lẽ có nguồn gốc từ India (Ấn Độ). Như vậy, tên gọi của 3 nhóm thể hiện nguồn gốc xuất phát của các giống lúa từ 3 v ng địa lý khác nhau.  Dựa v o đặc tính sinh lý - Dựa váo tính quang cảm Lúa là loại cây ngày ngắn, tức là loại thực vật chỉ cảm ứng ra hoa trong điềukiện quang kỳ ngắn. Phản ứng đối v i quang kỳ (độ dài chiếu sáng trong ngày) th y đổi tuỳ theo giống lúa. Dựa vào mứ độ cảm ứng đối v i quang kỳ của từng giống l người ta phân biệt 2 nhóm lúa chính: nhóm quang cảm và nhóm không quang cảm.  Dựa v o đ ều kiện mô trường canh tác Dự vào điều kiện m i trường nh tá đặc biệt là nư ó thường xuyên ngập ruộng h y kh ng người ta phân biệt nhóm lúa rẫy (upland rice) hoặc lúa nư (lowl n ri e). Trong l nư người ta còn phân biệt l ó tư i (irrigated lowl n ri e) l nư c trời (r infe lowl n ri e) l nư c sâu (deepwater rice), hoặc lúa nổi (flo ting ri e). T y theo đặc tính thích nghi v i m i trường, người ta có lúa chịu phèn, lúa chịu úng, lúa chịu hạn, lúa chịu mặn… Tuỳ theo chế độ nhiệt khá nh u người t ũng ph n iệt lúa chịu lạnh (các giống 5 japonica), lúa chịu nhiệt (các giống indica).  Dựa v o đặc tính sinh hóa hạt gạo T y theo lượng amylose trong tinh bột hạt gạo người ta phân biệt lúa nếp và lúa tẻ. Ta biết rằng tinh bột có 2 dạng là mylose và mylope tin. Hàm lượng amylopectin trong thành phần tinh bột hạt gạo càng cao tứ hàm lượng amylose càng thấp thì gạo càng dẻo.  o đặc tính của hình thái Dựa v - Dự vào đặc tính hình thái củ y lngười ta còn phân biệt theo: + Cây: cao (>120 cm) – trung bình (100 – 120 cm) – thấp ( ư i 100 cm). + Lá: thẳng hoặc cong rủ, bản lá to hoặc nh , dầy hoặc m ng. + Bông: loại hình nhiều bông (nở bụi mạnh) hoặc to bông (nhiều hạt), dạng bông túm hoặc xòe, cổ bông hở hoặc cổ k n (t y theo độ trổ của cổ bông so v i cổ lá cờ), khoe bông hoặc giấu bông (tùy theo chiều dài và gố độ lá cờ hay lá đòng và t y độ trổ của bông ra kh i bẹ lá cờ), dầy ná h h y thư ná h (t y độ đóng hạt trên các nhánh gié của bông lúa). + Hạt lúa: dài, trung bình hoặc tròn (dựa vào chiều dài và tỉ lệ dài/ngang của hạt lúa). + Hạt gạo: gạo trắng h y đ hoặc nâu, tím (màu của l p v ngoài hạt gạo); có bạc bụng hay không; dạng hạt dài hay tròn. 1.2. Giá trị kinh tế của lúa gạo 1.2.1. Giá trị dinh dưỡng Gạo là thứ ăn giàu chất dinh ư ng chứa nhiều đường bột và protein. Phân tích thành phần chất inh ư ng của gạo có: 62,4% tinh bột, 7,9% protein (ở gạo nếp thường o h n gạo tẻ), lipit ở gạo x y là 2 2% nhưng ở gạo xát chỉ còn 0,2%. Bột gạo có nhiều vitamin B1 (0.45 mg/100 hạt), B2, B6 và photpho. Theo Trần Duy Quý, 1994 [8]: Protein ở lúa gạo Việt Nam có thành phần á nhóm như s u: l umin 4% - 10%, globumin 6% - 12%, prolamin 5% - 9%, glutein 70,5% - 80%. Hàm lượng glutein cao chứng t phẩm chất và giá trị dinh ư ng của lúa gạo Việt Nam. 6 Trong hạt gạo hàm lượng inh ư ng tập trung ở các l p ngoài và giảm dần vào trung tâm. Phần bên trong nội nhũ hỉ chứa chủ yếu là chất đường bột. Cám hay l p v ngoài của lúa gạo chiếm khoảng 10% trọng lượng khô là thành phần rất bổ ư ng của lúa, chứa nhiều protein, chất béo, khoáng chất và vitamin, đặt biệt là các vitamin nhóm B. Tấm gồm có mầm hạt lúa bị tách ra khi xay chà, ũng là thành phần rất bổ ư ng, chứa nhiều prootein, chất éo đường, chất khoáng và vitamin. 1.2.2. Giá trị sử dụng Lúa là một trong y lư ng thực chủ yếu của thế gi i: lúa mì, lúa và ng . L đã trở thành y lư ng thực chủ yếu củ on người từ rất lâu. Có khoảng 65% dân số thế giời coi lúa gạo là nguồn lư ng thực chính, 25% s dụng lúa gạo trên 1/2 khẩu phần ăn hàng ngày. Như vậy lúa gạo ảnh hưởng trực tiếp đến h n 65% đời sống của dân số thế gi i. Về diện t h y l đứng thứ 2 sau cây lúa mì và chiếm 2/3 diện tích trồng trọt ó nư tư i. Tuy sản xuất lúa gạo trong ba thập kỉ gần đ y ó mứ tăng trưởng đáng kể, tổng sản lượng l tăng 70% trong 30 năm nhưng o n số tăng nh nh nhất là ở á nư đ ng phát triển (châu Á, châu Phi, châu Mỹ L Tinh) l đóng v i trò vô cùng quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề thiếu lư ng thực [3]. Bên cạnh sản lượng chính của cây lúa (gạo), trong quá trình chế biến có thể thu được rất nhiều các sản phẩm phụ khác nhau. Các sản phẩm phụ này lại tiếp tụ được chế biến để phục vụ cho nhu cầu củ on người trong hăn nu i ng nghiệp, y học, thực phẩm… Cá sản phẩm phụ thu được từ cây lúa bao gồm: + Tấm: ng để sản xuất tinh bột, cồn, axeton, phấn mịn, và thuốc ch a bệnh. + Cám: ng để sản xuất thứ ăn tổng hợp, sản xuất vit min B1 để ch a bệnh tê phù, chế tạo s n o ấp hoặc sản xuất xà phòng. + Trấu: ng để sản xuất nấm men, làm thứ ăn ho gi s vật liệu đóng lót hàng, vật liệu độn cho chuồng gia súc hoặc làm chất đốt.