Nghiên cứu khả năng chịu mặn của một số nguồn gen lúa lưu giữ tại ngân hàng gen cây trồng quốc gia

1 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA MỘT SỐ NGUỒN GEN LÚA LƯU GIỮ TẠI NGÂN HÀNG GEN CÂY TRỒNG QUỐC GIA Tăng Thị Hạnh, Dương Thị Hồng Mai, Trần Văn Luyện, Phạm Văn Cường, Lê Khả Tường, Phan Thị Nga Summary: The salinity tolerance of rice varieties maintained in the national crop gene bank With the objective of analyzing the performance of rice physiological characteristics in relation to salinity tolerance, experiment was conducted with five rice resouras. The varieties are Nước mặn dạng 1 (G1), Lúa chăm (G2), Cườm dạng 1 (G3), Chiêm rong (G4), Lúa chăm biển (G5). The controls in this trial are: IR28 (salinity sensitive- controll 1) and A69-1 (salinity tolerant-controll 2). The experiment was laid out on random complete block design with four replications. Chemical used was the mixed solution Kimura B (Nakamura and Associates, 2002). Data showed that, photosynthesis intensity and photosynthesis related indicators such as Gs, Ci, transpiration intensity, SPAD, Fv/Fm, Chlorophyl content of rice varieties were influenced by salinity. The impact of salinity on Gs, Ci, transpiration intensity was stronger than that on SPAD and on Fv/Fm. Chlorophyll content in rice leaves was also influenced by salinity. Particularly, Chlorophyll content was reduced while salt concentrations increased. Salinity also affects a number of morphological characteristics of rice varieties such as slows down tillering, slows down leaves emergence and results to slower plant growth. Salinity also affects the accumulation of dry matter. When increasing the concentrations of salt treatment, dry matter accumulation was reduced. The results showed that, two varieties Cườm dạng 1 and Chiêm rong have the highest dry matter accumulated, which potentially leads to high yield. It is initially suggested that, these two varieties possess stronger salinity tolerance than the other varieties. Keywords: salinity, tolerance, sensitive, photosynthesis intensity, chlorophyll content, dry matter I. Đặt vấn đề Đất nhiễm mặn đang là một trở ngại lớn trong sản xuất nông nghiệp ở các vùng ven biển trên Thế giới. Băng tan ở hai cực cùng với mực nước biển dâng cao đã và đang tác động rất lớn đến sản xuất nông nghiệp, an ninh lương thực, đời sống nông dân nhiều vùng sản xuất nông nghiệp ven biển. Ở Việt Nam, các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, ven biển Bắc và Nam Trung bộ và một số tỉnh đồng bằng Bắc bộ đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng của vấn đề xâm nhập mặn. Vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu các giải pháp cụ thể nhằm ổn định, nâng cao năng suất và hiệu quả trồng lúa tại các vùng đất nhiễm mặn trên. Các nghiên cứu cơ bản về đặc tính chịu mặn của lúa sẽ cung cấp thông tin khoa học rất hữu ích cho canh tác và chọn tạo giống lúa chịu mặn, đây cũng là vấn đề cần được tăng cường nghiên cứu ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay. Việc chọn lựa các giống lúa có khả năng chịu mặn cao, xây dựng quy trình thâm canh các giống lúa trong điều kiện sản xuất thực tế, tập trung khai thác nguồn tài nguyên di truyền địa phương là việc làm mang tính cấp thiết. II. Vật liệu và nội dung và phương pháp nghiên cứu 1. Vật liệu nghiên cứu Gồm 5 nguồn gen lúa: Nước mặn dạng 1 (G1), Lúa chăm (G2), Cườm dạng 1 (G3), Chiêm rong (G4), Lúa chăm biển (G5), 2 giống đối chứng mẫn cảm với mặn IR28 (Đối chứng 1) và kháng mặn A69-1 (Đối chứng 2). Và dung dịch Kimura (Nakamura và cs,2002). 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu -Tiến hành 3 công thức xử lý ở 3 mức độ mặn: M0: Không xử lý mặn (đối chứng); M1: Xử lý mặn ở mức trung bình 56mM NaCl, M2: Xử lý mặn ở mức cao 113mM NaCl. - Phân tích tác động của các mức mặn khác nhau lên khả năng quang hợp, hàm lượng chlorophyl và khối lượng chất khô của các giống lúa 2 - Thời gian nghiên cứu: Vụ Xuân năm 2010 - Bố trí thí nghiệm: theo khối ngẫu nhiên đầy đủ RCB, 4 lần nhắc lại. - Các chỉ tiêu theo dõi: Cường độ quang hợp (CER) và các chỉ tiêu liên quan (độ nhạy khí khổng, hàm lượng CO2 trong gian bào), cường độ thoát hơi nước, chỉ số SPAD, khả năng vận chuyển điện tử của hệ quang hóa II, hàm lượng Chlorophyll trong lá, khối lượng chất khô tích lũy. - Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: chương trình IRRISTAT 5.0 III. Kết quả nghiên cứu 1.Ảnh hưởng của các mức mặn khác nhau tới các chỉ tiêu liên quan đến quang hợp Bảng 1. Liên quan đến quang hợp của nguồn gen lúa sau xử lý mặn 1 tuần ở giai đoạn trỗ CT Giống CĐQH Gs Ci CĐTHN SPAD Fv/Fm G1 25,16 0,52 259,53 11,40 37,20 0,60 G2 25,83 0,56 262,37 10,00 39,20 0,59 G3 24,95 0,70 269,33 11,49 37,70 0,58 M0 G4 30,23 0,70 253,00 13,17 39,40 0,58 G5 25,94 0,67 271,00 11,16 39,00 0,57 G6 (ĐC1) 25,51 0,54 261,53 11,53 41,90 0,59 G7 (ĐC2) 23,81 0,69 279,13 12,90 39,50 0,60 TB 25,92 0,63 265,13 11,66 39,13 0,58 G1 20,87 0,29 218,33 7,71 34,20 0,60 G2 24,59 0,37 231,07 8,74 42,90 0,58 G3 20,71 0,33 230,67 7,61 39,00 0,58 M1 G4 24,61 0,36 224,80 8,77 36,80 0,60 G5 23,13 0,32 216,87 8,04 40,10 0,57 G6 (ĐC1) 24,33 0,37 223,20 9,56 42,80 0,61 G7 (ĐC2) 20,29 0,38 249,87 8,34 38,10 0,60 TB 22,65 0,35 227,83 8,40 39,13 0,59 G1 18,34 0,27 229,91 6,65 38,10 0,57 G2 16,42 0,18 200,93 4,39 39,70 0,58 G3 15,66 0,20 224,07 4,75 39,00 0,60 M2 G4 19,77 0,24 204,69 5,85 37,10 0,58 G5 15,86 0,20 220,33 4,77 39,40 0,58 G6 (ĐC1) 13,90 0,18 231,73 4,76 42,80 0,60 G7 (ĐC2) 16,22 0,22 225,00 5,34 40,80 0,58 TB 16,60 0,21 219,52 5,21 39,56 0,58 LSD0,05(M) 1,38 0,05 9,09 0,65 0,84 0,01 LSD0,05 (M*G) 3,64 0,13 24,06 1,73 2,22 0,03 Ghi chú:CĐQH: Cường độ quang hợp (µmolCO2/m2lá/s),Gs: Độ nhạy khí khổng (molH2O/m2/s), Ci: Nồng độ CO2 trong gian bào (µmolCO2/mol), CĐTHN: Cường độ thoát hơi nước (mmol H2O/m2lá/s), SPAD: Chỉ 3 số SPAD, Fv/Fm: Khả năng vận chuyển điện tử của hệ quang hóa II, LSD0,05(M): Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 95% đối với nhân tố các mức mặn, LSD0,05(M*G): Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 95% đối với sự tác động của 2 nhấn tố mặn và giống. Bảng 1 cho thấy khi tăng nồng độ xử lý mặn CĐQH trung bình của các nguồn gen giảm từ 25,92 µmol CO2/m2/s (M0) xuống 22,65 µmol CO2/m2/s (M1) và 16,60 µmol CO2/m2lá/s (M2). Có sự thay đổi giá trị CĐQH trên là do Gs trung trung bình các nguồn gen giảm từ 0,63 molH2O/m2/s (M0) xuống 0,35 molH2O/m2/s (M1) và 0,21 molH2O/m2/s (M2). Gía trị này cũng khác nhau giữa Đ/C với 2 công thức xử lý mặn và giữa 2 công thức xử lý mặn M1 và M2. Trong cùng một mức xử lý mặn M1, CĐQH của G4 và G2 cao hơn CĐQH của Đ/C2. CĐQH của G5, G1, G3 không khác nhau với CĐQH của Đ/C2 ở mức ý nghĩa 0,05. Ở công thức xử lý mặn M2, CĐQH của các nguồn gen đều không có sự khác nhau so với Đ/C2, trong đó CĐQH của G4 và G1 lớn hơn Đ/C. CĐQH của G2, G3, G5 tương đương Đ/C1. Giá trị Gs các nguồn gen đều không khác nhau với 2 giống Đ/C, trong đó Gs của G2 (0,37 molH2O/m2/s) cao nhất và thấp nhất là Gs của G1(0,29 molH2O/m2/s). Trung bình Ci của các nguồn gen giảm khi xử lý mặn ở các công thức khác nhau. Trung bình Ci của các nguồn gen có sự khác nhau giữa đối chứng với 2 công thức xử lý mặn, tuy nhiên lại không có sự sai khác giá trị này giữa 2 công thức xử lý mặn M1 và M2. Tại nồng độ xử lý M1, Ci của G2 và G3 không khác nhau với Đ/C2 . Ci của G1, G4, G5 đều thấp hơn Đ/C2 và không có sự sai khác với Đ/C1 ở mức ý nghĩa 0,05. Với giá trị Ci: G2 là nguồn gen có Ci thấp hơn Đ/C1, các nguồn gen còn lại Ci không sai khác với Đ/C1 và Đ/C2. CĐTHN trung bình của các nguồn gen cũng giảm từ 11,66 mmol H2O/m2/s (M0) xuống 8,40 mmol H2O/m2/s (M1) mmol H2O/m2/s và 5,21 mmol H2O/m2/s (M2). CĐTHN trung bình của các nguồn gen khác nhau giữa M0 và M1, M0 và M2 và giữa M1 và M2. CĐTHN giữa các nguồn gen lại không có sai khác ở mức ý nghĩa 0,05 so với cả 2 giống đối chứng. Chỉ số SPAD trung bình và trung bình Fv/Fm của các nguồn gen đều không có sự khác nhau mang ý nghĩa thống kê giữa các công thức thí nghiệm. SPAD của các nguồn gen ở nồng độ xử lý M2 biến động từ 37,10(G4) đến 39,70(G2) và thấp hơn so Đ/C1, ngoài G4 có SPAD thấp hơn Đ/C2, G1,G2,G3 và G5 có SPAD tương đương SPAD của Đ/C2 ở mức ý nghĩa 0,05. Khi xử lý ở nồng độ M1 chỉ số SPAD G2 cao hơn Đ/C2 và không sai khác Đ/C1. Chỉ số SPAD của các nguồn gen còn lại thấp hơn Đ/C1 và không sai khác Đ/C2. Fv/Fm của các nguồn gen không khác với giống Đ/C1 và Đ/C2, riêng G5 Fv/Fm thấp hơn Đ/C1 ở mức ý nghĩa. Ở nồng độ mặn cao M2 giá trị Gs, Fv/Fm của các nguồn gen không khác 2 giống Đ/C ở mức ý nghĩa 0,05. 2. Ảnh hưởng của các mức mặn khác nhau tới hàm lượng Chlorophyl Bảng 2 cho thấy cho thấy hàm lượng Ch a trung bình của các nguồn gen giảm khi tăng nồng độ xử lý mặn từ 0,960 mg/g(M0) và (M1) xuống 0,880 mg/g (M2) nhưng không có sự sai khác mang ý nghĩa thống kê. Hàm lượng Ch b trung bình của các nguồn gen cũng giảm khi tăng nồng độ xử lý mặn từ 0,746 mg/g (M0) xuống 0,741 mg/g (M1) và 0,653 mg/g (M2) nhưng giá trị này không có sai khác giữa các công thức xử lý. Cùng một mức mặn M1, chỉ G4 có hàm lượng Ch a thấp hơn Đ/C2 và không khác với Đ/C1, còn hàm lượng Ch a của các nguồn gen khác đều không sai khác với 2 giống Đ/C. Hàm lượng Ch b của các nguồn gen không có sự sai khác với 2 giống Đ/C và G2 có hàm lượng Ch a cao nhất (0,836 mg/g), thấp nhất là G4(0,555 mg/g). Ở tỷ lệ Cha/Chb không có sai khác giữa các nguồn gen so với 2 giống Đ/C. Ở mức M2 thì hàm lượng Ch a của các giống không có sự sai khác so với Đ/C2, hàm lượng Ch a G3(0,885 mg/g) lớn nhất và nhỏ nhất là G1(0,627 mg/g). Tương tự tại công thức xử lý mặn M2 hàm lượng Ch b của các giống không thể hiện sự sai khác so với 2 giống Đ/C ở mức ý nghĩa 0,05. 4 Bảng 2. Hàm lượng Chlorophyl trong lá của các nguồn gen lúa giai đoạn trỗ CT Giống Ch a (mg/g) Ch b (mg/g) Chl a/Ch b G1 0,829 0,609 1,37 G2 1,053 0,834 1,24 G3 0,962 0,772 1,33 M0 G4 0,558 0,451 1,27 G5 0,750 0,593 1,22 G6 (ĐC1) 0,993 0,704 1,37 G7 (ĐC2) 1,575 1,262 1,24 TB 0,960 0,746 1,29 G1 0,768 0,605 1,29 G2 1,138 0,836 1,32 G3 1,055 0,803 1,28 M1 G4 0,655 0,555 1,18 G5 0,978 0,743 1,28 G6 (ĐC1) 0,931 0,760 1,25 G7 (ĐC2) 1,194 0,885 1,34 TB 0,960 0,741 1,28 G1 0,627 0,509 1,26 G2 0,816 0,672 1,23 M2 G3 0,885 0,607 1,44 G4 0,856 0,655 1,31 G5 0,784 0,564 1,37 G6 (ĐC1) 0,961 0,710 1,46 G7 (ĐC2) 1,227 0,854 1,45 TB 0,880 0,653 1,36 LSD0,05(M) 0,186 0,133 0,10 LSD0,05 (M*G) 0,492 0,353 0,24 Ghi chú: Ch a: Hàm lượng Chlorophyl a trong lá, Ch b: Hàm lượng Chlorophyl b trong lá. LSD0,05(M) : Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 95% đối với nhân tố các mức mặn, LSD0,05(M*G): Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 95% đối với sự tác động của 2 nhấn tố mặn và giống. Nhìn chung, ở thời kỳ trỗ mặn không ảnh hưởng đến hàm lượng Chlorophyl của các nguồn gen lúa. Trong cùng một nồng độ xử lý mặn M1 và M2 thì 2 nguồn gen G2 và G3 đều có hàm lượng Chlorophyl cao hơn so với các nguồn gen G1,G4, G5 và tương đương với hàm lượng Chlorophyl của giống Đ/C2. 3. Ảnh hưởng của các mức mặn khác nhau đến khối lượng chất khô tích lũy Bước vào giai đoạn trỗ cây lúa bắt đầu tích lũy chất khô mạnh hơn và dần chuyển về nuôi bông để tạo năng suất sau này. Bảng 3 cho thấy DT lá trung bình của các nguồn gen không sai khác 5 nhau giữa các công thức và biến động từ 809,10 cm2(M2) đến 1049,80 cm2(M0) và 1122 cm2(M1). Trong khi đó tỷ lệ lá chết trung bình của các nguồn gen lại tăng ở mức ý nghĩa 0,05 giữa M1 (6,9%) và M2 (18,4%). SLA trung bình của các nguồn gen không khác nhau ở các công thức thí nghiệm. Bảng 3. Khối lượng chất khô tích lũy của các nguồn gen lúa giai đoạn trỗ CT Giống DT lá xanh (cm2) KLCK (g) T/ R Tỷ lệ lá chết (%) SLA (cm2/g) 1 1317,92 20,56 3,07 - 194,96 2 634,76 13,85 2,83 - 167,81 3 1743,63 36,62 3,49 - 146,37 M0 4 1075,10 27,07 3,25 - 208,12 5 744,97 9,21 3,04 - 221,50 G6 (ĐC1) 337,26 7,70 3,28 - 218,52 G7 (ĐC2) 494,95 4,88 3,59 - 297,12 TB 1049,80 17,13 3,22 - 207,77 1 1517,65 27,96 4,49 3,6 178,92 2 1524,19 15,52 7,73 6,9 239,68 3 1793,10 31,40 3,27 3,7 175,66 M1 4 1098,62 24,69 3,81 6,7 137,59 5 1000,30 17,78 3,81 9,5 199,86 G6 (ĐC1) 487,78 3,65 2,63 8,5 531,64 G7 (ĐC2) 435,87 6,46 2,82 9,4 196,56 TB 1122,50 18,21 4,08 6,9 237,13 1 1054,00 20,54 4,09 14,8 189,82 2 713,99 15,67 3,00 24,4 174,14 3 1894,25 34,01 5,78 11,3 158,05 M2 4 886,30 20,28 3,25 17,1 169,22 5 633,72 15,70 3,11 20,8 161,97 G6 (ĐC1) 187,50 4,35 3,35 26,6 185,64 G7 (ĐC2) 293,91 6,12 2,98 13,7 143,31 TB 809,10 16,67 3,65 18,4 168,88 LSD0,05(M) 237,44 2,81 0,90 3,56 94,41 LSD0,05 (M*G) 628,20 7,43 2,39 9,43 249,78 Ghi chú: DT lá xanh: diện tích lá xanh, KLCK: Khối lượng chất khô tích lũy(g), T/R: tỷ lệ chất khô tích lũy trên khối lượng rễ khô. SLA chỉ số độ dày lá (cm2/g). LSD0,05(M) : Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 6 95% đối với nhân tố các mức mặn, LSD0,05(M*G): Giá trị sai khác nhỏ nhất ở mức xác suất 95% đối với sự tác động của 2 nhấn tố mặn và giống. KLCK trung bình của các nguồn gen lúa giảm khi tăng mức độ xử lý mặn và biến động từ 16,67g (M2 ) đến 17,13 g(M1) và 18,21 g(M1). KLCK trung bình giữa các công thức không có sự sai khác ở mức ý nghĩa 0,05. Cùng mức xử lý mặn M1 thì các nguồn gen đều có KLCK cao hơn Đ/C1(3,65g) và Đ/C2(6,46g) ở mức ý nghĩa 0,05, trong đó G3 có KLCK cao nhất (31,40g) và thấp nhất là G2 (15,52g). Các nguồn gen G1, G2 và G3 có diện tích lá cao hơn 2 giống Đ/C. G4 và G5 có diện tích lá không sai khác Đ/C ở mức ý nghĩa 0,05. Tỷ lệ lá chết của các nguồn gen giống ở M1 biến động từ 3,6%(G1) đến 9,5%(G5), G1 và G3 có tỷ lệ lá chết thấp nhất thấp hơn so với 2 giống Đ/C. Tỷ lệ lá chết của G2,G4 và G5 không sai khác với 2 giống Đ/C ở mức ý nghĩa 0,05. Ở mức mặn M2 các nguồn gen G1, G3 và G4 vẫn cho KLCK cao nhất và cao hơn 2 giống đối chứng ở mức ý nghĩa 0,05. Như vậy mặn ảnh hưởng không nhiều đến KLCK ở thời kỳ lúa trỗ. Cùng một mức mặn thì G1, G3 và G4 cho KLCK tích lũy cao hơn so với G2 và G5 và cao hơn so với 2 giống Đ/C có ý nghĩa. IV. Kết luận 1. Cường độ quang hợp và các chỉ tiêu liên quan đến quang hợp độ nhạy khí khổng, nồng độ CO2 trong gian bào, cường độ thoát hơi nước, chỉ số SPAD, khả năng vận chuyển điện tử của hệ quang hóa II, hàm lượng Chlorophyl của các nguồn gen lúa đều chịu ảnh hưởng của mặn, trong đó mặn ảnh hưởng đến độ nhạy khí khổng, nồng độ CO2 trong gian bào, cường độ thoát hơi nước nhiều hơn so với SPAD và khả năng vận chuyển điện tử của hệ quang hóa II. Công thức xử lý mặn M1 các nguồn gen G2 và G5 có cường độ quang hợp cao hơn các nguồn gen G1, G3 và G4 và tương đương Đ/C2. Công thức xử lý mặn M2 giống G4 có cường độ quang hợp cao hơn các nguồn gen G1, G2, G3,G5 tương đương Đ/C2. 2. Hàm lượng Chlorophyl trong lá cũng chịu ảnh hưởng của mặn, khi tăng nồng độ xử lý mặn hàm lượng Chlorophyl của các nguồn gen giảm. 2 nồng độ xử lý các nguồn gen G2, G3 và G5 có hàm lượng Chlorophyl cao hơn G1 và G4. 3. Mặn cũng ảnh hưởng đến khối lượng chất khô tích lũy của các nguồn gen , khi tăng nồng độ xử lý mặn khối lượng của chất khô tích lũy của các nguồn gen giảm. G3 và G4 là 2 nguồn gen có khối lượng chất khô tích lũy cao nhất ở các công thức xử lý mặn, cao hơn Đ/C2. Bước đầu chúng ta có thể thấy 2 nguồn gen Cườm dạng 1 và Chiêm rong có khối lượng chất khô tích lũy cao nhất, có tiềm năng cho năng suất cao nhất, là 2 nguồn gen giống có khả năng chịu mặn tốt hơn các nguồn gen còn lại. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Thị Lang, Phạm Thị Xim và Bùi Chí Bửu (2008). Nghiên cứu ứng dụng marker phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn bằng kỹ thuật nuôi cấy túi phấn. 2. Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen cây lúa IRRI (1996). 3. Akbar M. (1986), Breeding for Salinity Tolerance in rice, Prospects for Biosaline Research- Proceedings of US-Pakistan Biosaline Research Workshop. Karachi, Pakistan, pp. 38-54. 4. Buu BC, NT Lang, PB Tao, ND Bay (1995), Rice Breeding Research Strategy in the Mekong Delta. Proceeding of the International Rice Resistant Conference “Fragile Lives in Fragile Ecosystems”, IRRI, Philippines, pp. 739 - 755. 5. Nakamura, I., Murayama, S., Tobita, S., Bong, B.B, Yanagihara, S., Ishimine, Y. and Kawamitsu, Y. (2002), Effect of NaCl on the photosynthesis, water ralations and free proline accumulation in the wild Oryza species. Plant Pro. Sci., pp. 305-310.