ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Đàm Thị Thu Hà

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ ADN ĐỂ XÁC ĐỊNH ALEN KHÁNG
MẶN, HẠN Ở MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG VIỆT NAM

Chuyên ngành:

Di truyền học

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. LÃ TUẤN NGHĨA
TS. LÊ QUỲNH MAI

Hà Nội – Năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đã trực tiếp thực hiện các nghiên cứu trong luận văn này.
Mọi kết quả thu được nguyên bản, không chỉnh sửa hoặc sao chép từ các nghiên cứu
khác, các số liệu, sơ đồ kết quả của luận văn này chưa từng được tác giả nào khác
công bố.
Mọi dữ liệu, hình ảnh, biểu đồ và trích dẫn tham khảo trong luận văn được

thu thập và sử dụng từ nguồn dữ liệu mở hoặc với sự đồng ý của tác giả. Các phần
mềm phân tích số liệu đều có bản quyền hoặc được sử dụng với sự đồng ý của
(nhóm) tác giả xây dựng phần mềm.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên!

Đàm Thị Thu Hà


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc với PGS.TS. Lã Tuấn
Nghĩa và TS. Lê Quỳnh Mai người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ tôi
trong suốt quá trình công tác cũng như trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận văn thạc sỹ khoa học này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô và cán bộ công tác tại Khoa Sinh
học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy dỗ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.
Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ, anh chị em trong Bộ
môn Đa dạng Sinh học Nông nghiệp, Trung tâm Tài nguyên thực vật, đã giúp đỡ và
động viên tôi trong quá trình công tác và nghiên cứu khoa học vừa qua.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã nhiệt tình động
viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc
sống.
Luận văn này được thực hiện với nguồn kinh phí từ Nhiệm vụ Quỹ gen cấp
Nhà nước – Bộ Khoa học và công nghệ.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2014
Học viên

Đàm Thị Thu Hà



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
Chương 1 – TỔNG QUAN......................................................................................3
1.1.Tiềm năng nguồn gen lúa địa phương Việt Nam..............................................3
1.2. Đất mặn và cơ chế chống chịu mặn ở lúa........................................................4
1.2.1. Đất mặn....................................................................................................4
1.2.2. Cơ chế thích nghi stress mặn ở thực vật....................................................5
1.2.3. Phản ứng chống chịu mặn ở lúa................................................................7
1.2.4. Cơ sở di truyền tính chịu mặn ở lúa..........................................................8
1.3. Hạn và cơ chế chống chịu hạn ở lúa................................................................9
1.3.1. Khái niệm hạn...........................................................................................9
1.3.2. Cơ chế thích nghi stress hạn ở thực vật................................................... 10
1.3.3. Đáp ứng chống chịu hạn ở lúa................................................................. 11
1.3.4. Cơ sở di truyền tính chịu hạn ở lúa......................................................... 12
1.4. Cơ chế đáp ứng chung của thực vật khi gặp stress mặn, hạn.........................13
1.5. Các chỉ thị di truyền sử dụng trong nghiên cứu chống chịu mặn, hạn..............15
1.5.1. Chỉ thị di truyền...................................................................................... 15
1.5.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử SSR................................................................ 17
1.6. Nghiên cứu chọn lọc lúa chịu mặn, hạn dựa vào chỉ thị phân tử ADN..........19
1.6.1. Chọn lọc dựa vào chỉ thị phân tử (Marker assisted selection – MAS).....19
1.6.2. Nghiên cứu chọn lọc dựa vào chỉ thị (MAS) đối với quá trình cải thiện
khả năng chống chịu mặn, hạn ở lúa................................................................. 20
1.6.2.1. Thành tựu trong nghiên cứu về khả năng chống chịu mặn ở lúa.......20
1.6.2.2. Thành tựu trong nghiên cứu về khả năng chống chịu hạn ở lúa........24
Chương 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................28
2.1. Vật liệu nghiên cứu....................................................................................... 28
2.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 30
2.2.1. Tách chiết ADN tổng số từ mẫu lá lúa.................................................... 30
2.2.2. Xác định alen chống chịu mặn, hạn........................................................ 31



2.2.3. Đánh giá khả năng chống chịu mặn trong điều kiện phòng thí nghiệm...32
2.2.4. Đánh giá khả năng chống chịu hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm....33
2.2.5. Đánh giá một số đặc tính cấu thành năng suất và thời gian sinh trưởng
của lúa............................................................................................................... 34
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................... 36
3.1. Xác định alen chống chịu mặn, hạn bằng chỉ thị phân tử..............................36
3.1.1. Tách chiết ADN tổng số các giống lúa nghiên cứu.................................36
3.1.2. Xác định alen chống chịu mặn................................................................ 37
3.1.3. Xác định alen chống chịu hạn................................................................. 45
3.2. Đánh giá khả năng chống chịu mặn, hạn một số giống lúa có xuất hiện alen
chống chịu trong điều kiện phòng thí nghiệm...................................................... 53
3.2.1. Đánh giá khả năng chống chịu mặn trong phòng thí nghiệm..................54
3.2.2. Đánh giá khả năng chống chịu hạn trong phòng thí nghiệm...................59
3.3. Đánh giá một số đặc tính cấu thành năng suất và thời gian sinh trưởng của
các giống lúa có khả năng chống chịu mặn, hạn.................................................. 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 66
Kết luận................................................................................................................ 66
Kiến nghị.............................................................................................................. 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 68
Tiếng Việt............................................................................................................. 68
Tiếng Anh............................................................................................................. 68
PHỤ LỤC............................................................................................................... 77
Phụ lục 1.Danh sách 200 giống lúa địa phương ở Việt Nam sử dụng trong
nghiên cứu............................................................................................................ 77
Phụ lục 2. Kết quả xử lý số liệu các giống nghiên cứu sau khi xử lý mặn...........80
Phụ lục 3. Kết quả xử lý số liệu các giống nghiên cứu sau khi xử lý hạn............87



DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.

So sánh ưu và nhược điểm giữa các chỉ thị.................................. 16

Bảng 1.2.

So sánh đánh giá đặc điểm một số chỉ thị phân tử ADN phổ biến
17

Bảng 2.1.

Danh sách các giống đối chứng sử dụng trong nghiên cứu.........28

Bảng 2.2.
dụng

Danh sách chỉ thị SSR liên kết với khả năng chống chịu mặn sử
trong nghiên cứu.............................................................................. 28

Bảng 2.3.
dụng

Danh sách chỉ thị SSR liên kết với khả năng chống chịu hạn sử
trong nghiên cứu.............................................................................. 29

Bảng 2.4.
triển

Tiêu chuẩn đánh giá mặn (SES) ở giai đoạn tăng trưởng và phát

(IRRI,1996)..................................................................................... 32

Bảng 2.5.

Thang điểm đánh giá mức chống chịu hạn của lúa sau khi xử lý
KClO3 3% và Saccarin 1%.............................................................. 33

Bảng 3.1.

Danh sách các giống đánh giá khả năng chống chịu mặn, hạn...54

Bảng 3.2.
10

Ảnh hưởng các mức mặn khác nhau đến dài thân và dài rễ của
giống lúa nghiên cứu tại các giai đoạn 7, 14 và 21 ngày sau xử lý
mặn.................................................................................................. 56

Bảng 3.3.
các

Kết quả đánh giá cấp điểm chống chịu mặn SES (IRRI,1996) của
giống nghiên cứu............................................................................. 59

Bảng 3.4.

Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn 10 giống nghiên cứu sau khi
60

Bảng 3.5.

hạn

Khả năng sinh trưởng của 10 giống nghiên cứu trong điều kiện
nhân tạo sau 7 ngày xử lý KClO3 1%.............................................. 62

Bảng 3.6.
gian

Kết quả đánh giá một số đặc tính cấu thành năng suất và thời
sinh trưởng của giống lúa chống chịu hạn, mặn............................... 64


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơ chế thích nghi stress chung ở thực vật................................................. 6
Hình 1.2. Cơ sở sinh lý và phân tử của chống chịu hạn ở thực vật.........................11
Hình 1.3. Cơ chế chống chịu mặn và hạn ở thực vật.............................................. 14
Hình 3.1. Hình ảnh điện di ADN tổng số của các giống lúa nghiên cứu trên gel
agarose 1%............................................................................................. 36
Hình 3.2. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của một số giống lúa nghiên cứu.....bằng
chỉ thị liên kết với QTLs/gen chống chịu mặn RM 8094.......................37
Hình 3.3. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của một số giống lúa nghiên cứu.....bằng
chỉ thị liên kết với QTLs/gen chống chịu mặn RM 3412.......................37
Hình 3.4. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của một số giống lúa nghiên cứu.....bằng
chỉ thị liên kết với QTLs/gen chống chịu mặn RM 223.........................38
Hình 3.5. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của một số giống lúa nghiên cứu.....bằng
chỉ thị liên kết với QTLs/gen chống chịu mặn RM 10745.....................38
Hình 3.6. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của một số giống lúa nghiên cứu.....bằng
chỉ thị liên kết với QTLs/gen chống chịu mặn RM 206.........................38
Hình 3.7. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với
giống

đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu mặn.......................39
Hình 3.8. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với

giống

đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu mặn (Tiếp).............40
Hình 3.9. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu mặn (Tiếp).............41
Hình 3.10. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu mặn (Tiếp).............42
Hình 3.11. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu mặn (Tiếp).............43
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn tỉ lệ % xuất hiện các dạng alen khác nhau tại các locut
liên kết với QTLs chống chịu mặn sử dụng trong nghiên cứu...............44


Hình 3.13. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu hạn........................48
Hình 3.14. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu hạn (Tiếp)..............49
Hình 3.15. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu hạn (Tiếp)..............50
Hình 3.16. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu hạn (Tiếp)..............51
Hình 3.17. Kết quả so sánh kích thước alen của các giống lúa nghiên cứu với giống
đối chứng tại 5 locut liên kết với QTLs chống chịu hạn (Tiếp)..............52
Hình 3.18. Đồ thị biểu diễn tỉ lệ % xuất hiện các dạng alen khác nhau tại các locut
liên kết với QTLs chống chịu hạn sử dụng trong nghiên cứu.................53
Hình 3.19. Hình ảnh điện di sản phẩn PCR của một số giống lúa nghiên cứu với chỉ
thị liên kết với QTLs/gen chống chịu hạn RM 201................................45

Hình 3.20. Hình ảnh điện di sản phẩn PCR của một số giống lúa nghiên cứu với chỉ
thị liên kết với QTLs/gen chống chịu hạn RM 212................................46
Hình 3.21. Hình ảnh điện di sản phẩn PCR của một số giống lúa nghiên cứu với chỉ
thị liên kết với QTLs/gen chống chịu hạn RM 302................................ 46
Hình 3.22. Hình ảnh điện di sản phẩn PCR của một số giống lúa nghiên cứu với chỉ
thị liên kết với QTLs/gen chống chịu hạn RM 3825..............................46
Hình 3.23. Hình ảnh điện di sản phẩn PCR của một số giống lúa nghiên cứu với chỉ
thị liên kết với QTLs/gen chống chịu hạn RM 242................................47
Hình 3.24. Khả năng sinh trưởng của các giống lúa nghiên cứu trong dung dịch
Yoshida có bổ sung NaCl sau 14 ngày xử lý.......................................... 55
Hình 3.25. Khả năng nảy mầm của các giống lúa nghiên cứu sau khi xử lý dung
dịch KClO3 3%...................................................................................... 61
Hình 3.26. Khả năng sinh trưởng của các giống lúa nghiên cứu trong dung dịch
KClO3 1%.............................................................................................. 61


BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
A
B
A
A
D
N
A
F
L
P
A
P
S

C
s.
C
T
A
B
Đ
C
d
N
T
P
s
E
D
T
A
E
P
S
E
S
T

MAS
PCR
QTLs
RAPD
RFLP
SAR

SĐK
SSR
STR
TEMED

VNTR


Abscisic
acid

Deoxy nucleotide
triphosphates

Deoxyrib
onucleic
acid

Ethylenediaminetetraacetic
acid

Amplific
ation
Fragment
Length
Polymor
phism

Expressed sequence tag


Amoniu
m
persulfat
e

Random Aplification
Polymorhism DNA

Cộng sự
Cetyl
trimethyl
ammoniu
m
bromide
Đối
chứng

Exchangeable Na+ percentage
Molecular Assisted Selection
Polymerase Chain Reaction
Quantitative trait loci

Restriction Fragment length
Polymorphism
Na+ absorption ratio
Số đăng kí
Simple sequence repeat
Short Tandem Repeats
N,N,N’,N’- Tetraethyl
methylendiamine

Variable Number of Tandem
Repeat


MỞ ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới có khoảng 114 nước trồng lúa gạo (FAO,2012), chủ
yếu tập trung ở Châu Á, Châu Phi và Mỹ Latinh, đây là những nước có tỷ lệ dân số
cao nên nhu cầu về lúa gạo ngày càng tăng nhanh, trong khi đó diện tích trồng lúa
ngày càng giảm mạnh do sự mở rộng vùng dân cư, khu công nghiệp và giao thông.
Thêm vào đó, các điều kiện bất lợi của môi trường như lũ lụt, hạn hán, xâm nhập
mặn.v.v. cũng là nguyên nhân chính làm cho sản lượng lúa suy giảm. Vì vậy, Việt
Nam cũng như các nước trên thế giới đang phải đối mặt nhằm giải quyết các vấn đề
này.
Mặc dù trong những năm gần đây, ngành sản xuất lúa gạo ở Việt Nam đã có
bước tiến vượt bậc, nhưng với các vùng canh tác là đồi núi, đất dốc, kém màu mỡ,
hoặc các vùng canh tác bị ngập mặn với độ mặn tăng 0,3-0,4% do tập quán canh tác
và biến đổi khí hậu, đã làm mất cân đối lương thực trong cả nước, và giữa các vùng
thâm canh khác nhau. Đứng trước tình hình đó, nghiên cứu về khả năng chống chịu
với tác nhân phi sinh học của các nguồn gen lúa đang có ý nghĩa đặc biệt quan trọng
trong công tác bảo tồn, khai thác, sử dụng, và chọn tạo giống. Đồng thời, đây cũng
là lĩnh vực đang nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học, có sự định hướng
chiến lược từ các chương trình an ninh lương thực Quốc gia. Bên cạnh đó, Việt Nam
được xem là trung tâm của đa dạng sinh học thực vật trong đó có cây lúa. Thông
qua các nghiên cứu về tiến hóa và sự đa dạng di truyền các loài lúa thuộc chi Oryza,
các nhà khoa học đã khẳng định miền Bắc Việt Nam nằm trong khu vực xuất xứ và
đa dạng di truyền của loài lúa châu Á (Oryza sativa), rất nhiều giống lúa địa phương
đã được phát hiện là nguồn gen quý có thể cung cấp cho công tác chọn tạo giống.
Tuy nhiên, việc đánh giá, khai thác và sử dụng các nguồn gen này vẫn còn rất nhiều
hạn chế.
Sự tiến bộ của công nghệ sinh học, đặc biệt là ứng dụng chỉ thị phân tử

RAPD, SSR, RFLP,.v.v. đã trở thành công cụ mạnh mẽ để phân tích đa dạng di
truyền, lập bản đồ QTLs và xác định các đặc tính chống chịu với điều kiện bất lợi
(mặn, hạn, .v.v.). Công nghệ này sẽ đẩy nhanh quá trình khảo sát đánh giá các

1


nguồn gen tiềm năng, tạo ra một lượng lớn thông tin hữu ích cung cấp cho các nhà
khai thác và chọn tạo giống, từ đó thúc đẩy quá trình chọn tạo giống lúa mới, đảm
bảo năng suất, chất lượng đồng thời có khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi
(mặn, hạn.v.v.). Vì vậy, đề tài: “Ứng dụng chỉ thị phân tử ADN để xác định alen
kháng mặn, hạn ở một số giống lúa địa phương Việt Nam” đã được tiến hành
nghiên cứu nhằm xác định nguồn vật liệu nghiên cứu, phục vụ công tác bảo tồn,
khai thác, sử dụng và chọn tạo giống lúa chống chịu mặn, hạn phù hợp với điều kiện
khí hậu ở Việt Nam.
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài đã tiến hành các nội dung như sau:
1. Xác định các alen chống chịu (mặn, hạn) bằng chỉ thị phân tử.
2. Đánh giá khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi (mặn, hạn) của một số

giống lúa có xuất hiện alen chống chịu trong phòng thí nghiệm.
3. Đánh giá một số đặc tính cấu thành năng suất và thời gian sinh trưởng của

các giống lúa chống chịu.
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu hữu ích trong việc phân loại
nguồn gen chống chịu mặn, hạn của 200 giống lúa địa phương ở Việt Nam. Từ đó
nghiên cứu này sẽ xác định được giống vừa có khả năng chịu mặn, vừa có khả năng
chịu hạn nhằm phục vụ công tác chọn tạo giống, sử dụng và khai thác nguồn gen.

2



Chương 1 – TỔNG QUAN
1.1 Tiềm năng nguồn gen lúa địa phương Việt Nam
Nhiều nhà khoa học trên thế giới cho rằng Việt Nam là một trong những
Trung tâm khởi nguyên của cây lúa trong vùng Đông Nam Á, Ấn Độ, Miến Điện,
Đông Dương. Đất đai đa dạng, khí hậu nóng ẩm, lượng mưa cao là những điều kiện
thích hợp cho cây lúa phát triển ở Việt Nam. Bên cạnh đó, Việt Nam có 54 dân tộc
khác nhau, mỗi dân tộc có tập quán canh tác và sở thích về phẩm chất lúa gạo khác
nhau. Sự đa dạng về văn hóa dân tộc là nguyên nhân quan trọng tạo nên sự đa dạng
về tài nguyên di truyền lúa.
Thông qua các nghiên cứu về tiến hóa và sự đa dạng di truyền của các chi
thuộc chi lúa Oryza, các nhà khoa học đã khẳng định miền Bắc Việt Nam nằm trong
khu vực xuất xứ của loài lúa trồng châu Á (Oryza sativa L.). Rất nhiều giống lúa địa
phương đã được phát hiện là nguồn gen quý có thể cung cấp cho công tác chọn tạo
giống lúa mới (giống kháng, chống chịu .v.v.). Theo một số nghiên cứu, hiện nay ở
Việt Nam có 4 loài lúa hoang dại: Oryza rufipogon, Oryza nvara, Oryza officinalis,
Oryza granulata. Trong số các nguồn gen thuộc 4 loài lúa hoang dại này, một số
nguồn gen có khả năng kháng, chống chịu với sâu (rầy nâu, rầy lưng trắng .v.v.),
bệnh hại (vi rút, đạo ôn, bạc lá .v.v.) và điều kiện bất lợi (mặn, hạn, ngập úng, lạnh
.v.v.); đặc biệt là một số nguồn gen có khả năng quang hợp trong điều kiện ánh sáng
tán xạ .v.v.
Theo Lưu Ngọc Trình, 1995, Việt Nam được xem là một trong những nơi
xuất xứ của cây lúa trồng châu Á. Bên cạnh đó, trên lãnh thổ Việt Nam tồn tại ba
nhóm giống lúa cổ truyền có đặc tính di truyền khác nhau:
1/ Nhóm giống lúa Việt Thái ở vùng núi phía Bắc, chủ yếu là lúa nương. Đây
là một trong những nhóm giống lúa có sự đa dạng di truyền cao nhất thế giới.
2/ Nhóm giống lúa Việt mang đặc tính thâm canh ở vùng đồng bằng Sông
Hồng. Đây là nhóm lúa có những tài nguyên đặc trưng cho tài nguyên di truyền lúa
Việt Nam như: lúa Chiêm, lúa Tám thơm. Lúa Chiêm có những nguồn gen quý nổi
tiếng thế giới như gen kháng đạo ôn, gen chịu đất chua phèn, chịu đất nghèo lân,


3


chịu rét thời kỳ mạ và thời kỳ lúa trỗ. Nguồn gen kháng đạo ôn của bộ giống lúa
chiêm Tẻ tép được Viện nghiên cứu lúa Quốc tế và nhiều quốc gia trồng lúa khác sử
dụng rộng rãi trong đầu thập kỷ 60 để lai tạo nhiều giống lúa cao sản. Lúa chiêm chỉ
còn tồn tại ít trong sản xuất nhưng giá trị nguồn gen của lúa chiêm là vô cùng quý
giá. Lúa Tám thơm là một trong ba nhóm giống lúa thơm chính trên thế giới.
3/ Nhóm giống Việt – Kh’mer mang đặc tính quảng canh của vùng đồng
bằng sông Cửu Long. Tài nguyên di truyền lúa thuộc nhóm này có các nguồn gen
đặc trưng là lúa nổi, lúa chịu nước sâu, lúa chịu đất chua phèn, lúa chịu mặn, lúa có
dạng hạt thon dài thích hợp cho xuất khẩu.
Sự phong phú về điều kiện tự nhiên, sự đa dạng các thành phần dân tộc, sự
phân bố cư trú ở các độ cao với những tập quán canh tác và thị hiếu sử dụng lúa
khác nhau, đã tạo nên sự đa dạng nguồn gen lúa địa phương ở Việt Nam. Các nguồn
gen sẽ là nguồn vật liệu quý giá cho công tác lai tạo, cải tiến lúa ở hiện tại và tương
lai, đặc biệt là khi áp dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến vào công tác đánh giá di
truyền, sàng lọc nguồn vật liệu ban đầu phục vụ chọn tạo giống, nhằm phát triển nền
nông nghiệp bền vững, đảm bảo an ninh lương thực và bảo vệ môi trường.
1.2. Đất mặn và cơ chế chống chịu mặn ở lúa
1.2.1. Đất mặn
Tất cả các loại đất đều có chứa một lượng muối tan nào đó. Trong số đó có
nhiều loại muối là các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng. Tuy nhiên, khi số
lượng các muối trong đất vượt quá giá trị cho phép, thì sự phát triển, năng suất, chất
lượng của hầu hết các loại cây đều bị ảnh hưởng xấu, mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc
vào loại và số lượng muối có mặt trong đất, tuỳ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng,
vào loại thực vật và các yếu tố môi trường. Do đó khi đất chứa một lượng muối gây
cản trở và ảnh hưởng đến chức năng cần thiết để cây sinh trưởng, thì đất đó được
gọi là đất bị ảnh hưởng bởi mặn (salt affected soil). Tóm lại, rất khó có thể định

nghĩa đất mặn một cách chính xác và đầy đủ, vì vậy dựa vào chỉ tiêu độ dẫn điện
+

+

EC, hoặc phần trăm Na trao đổi (EPS) hoặc tỉ lệ hấp thu Na (SAR) và độ pH của
đất bão hòa nước [19] đa số các nhà khoa học đã định nghĩa đất mặn là đất có độ

4


o

+

dẫn điện EC cao hơn 4 dS/m ở nhiệt độ 25 C, phần trăm Na trao đổi (ESP) thấp
hơn 15, và pH nhỏ hơn 8,5 [1].
Đất mặn được chia làm 2 dạng: đất mặn duyên hải và đất mặn nội địa.
- Đất mặn duyên hải: xuất hiện ở vùng ven biển, tính mặn chủ yếu do tràn

ngập của nước biển và nước thường có pH thấp, đất mặn ven biển thường có tổng
-

số muối tan lớn hơn 0.5% (tương đương với > 0,15% Cl ) và nếu đạt mức nhiễm
-

mặn trung bình thì tổng số muối tan lớn hơn 0,25% (≈ 0.05 % Cl )
- Đất mặn nội địa: xuất hiện ở vùng khô và bán khô, tính mặn do nước dẫn

thủy hoặc nước ngầm, sự bốc hơi cao dẫn đến muối tập trung ở vùng rễ và đất

thường có pH cao.
1.2.2. Cơ chế thích nghi stress mặn ở thực vật
Nồng độ muối cao trong đất là nguyên nhân gây ra 2 vấn đề chính đối với
thực vật: (1) giảm điện thế nước trong đất gây khó khăn cho sự hấp thụ nước, dẫn
+

-

đến tính trạng thiếu nước; (2) sự tích tụ hàm lượng Na và Cl cao gây độc đối với
tế bào thực vật [19] và gián tiếp gây độc do khó hấp thụ các chất dinh dưỡng cần
thiết khác.
Khả năng chống chịu mặn của thực vật phụ thuộc vào sự thích nghi sinh lý,
sinh hóa và phân tử được kích hoạt bằng bộ gen để sống sót trong môi trường muối.
Bộ gen được hoạt hóa cơ chế thích ứng mặn sau khi tất cả các ức chế được nhận biết
và gửi đến (Hình 1.1). Cơ chế thích ứng sẽ thiết lập lại sự vận chuyển nước, giới
+

-

hạn hấp thụ Na và Cl hoặc làm giảm nồng độ của chúng trong tế bào chất và cho
phép hấp thụ các ion cần thiết cho quá trình sinh trưởng.
Thực vật cảm nhận stress mặn là do điện thế nước trong môi trường thấp,cây
không thể hút nước và dẫn đến bị mất nước, kết quả là sự sinh trưởng bị ức chế và
dần bị chậm lại. Vì thế, để có thể chống chịu với điều kiện điện thế nước thấp do
stress mặn gây ra, thực vật phải điều chỉnh quá trình thoát hơi nước, từ đó có thể
giới hạn sự mất nước hoặc là tiến hành điều chỉnh điện thế thẩm thấu.

5



Hình 1.1. Cơ chế thích nghi stress chung ở thực vật [19]
+

-

Ngoài ra, stress ion do cây hấp thụ chủ yếu các ion độc Na và Cl vào trong
+

+

2+

2+

-

-

-

tế bào và sự không cân bằng các ion (Ca , K , Mn , Mg , NO3 , PO4 , SO4 .v.v.)
sẽ gây rối loạn trao đổi chất của tế bào, ức chế hoạt động enzyme và các chất kích
thích sinh trưởng [19]. Đồng thời, các hoạt động sinh lý của tế bào cũng bị ảnh
hưởng như: quá trình quang hợp giảm mạnh [60], quá trình tổng hợp sắc tố bị ức
chế trong khi đó quá trình hô hấp lại tăng nhanh, các cơ chất bị phân hủy lớn nhưng
hiệu quả năng lượng thấp, vì vậy thực vật không bù đủ lượng vật chất do hô hấp
phân hủy, chất dự trữ dần dần bị hao hụt, cây không sinh trưởng được, còi cọc, năng
suất thấp, và nếu kéo dài sẽ dẫn đến bị chết.
+


-

Để có thể sinh trưởng trên đất mặn, và hạn chế ảnh hưởng của Na và Cl ,
thực vật đã phát triển cơ chế điều hòa với chiến lược [19] giảm sự xâm nhập và
+

giảm nồng độ của Na trong tế bào chất bằng cách loại thải và tạo vách ngăn cô lập
+

-

+

ion Na và Cl trong không bào, ưu tiên hấp thụ K (là ion đóng vai trò quyết định
trong việc đóng mở khí khổng, hoạt hóa enzyme, quang hợp và điều hòa áp suất
+

+

thẩm thấu) để duy trì tỉ lệ K /Na trong chất nền [18].

6


1.2.3. Phản ứng chống chịu mặn ở lúa
Sự sinh trưởng và năng suất lúa bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi yếu tố stress của
môi trường dưới điều kiện khí hậu khô và bán khô hạn trên thế giới, đặc biệt là
stress mặn. Lượng muối vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng đến sự trao đổi chất
ở cây lúa như: gây tổn thương thành tế bào và lưới nội chất, gây co nguyên sinh,


giảm sự quang hợp, suy giảm toàn bộ sự nảy mầm và phát triển của mạ, cuối cùng
dẫn đến quá trình sinh trưởng kém và sản lượng hạt giảm [14]. Khả năng chống chịu
mặn của lúa biểu hiện tùy theo từng giai đoạn sinh trưởng:
- Giai đoạn nảy mầm và mạ non: stress mặn chỉ kéo dài thời gian mà không

làm thiệt hại nhiều đến khả năng nảy mần của lúa. Tuy nhiên ở giai đoạn mạ non (23 lá), sự ảnh hưởng của stress mặn phụ thuộc vào từng giống lúa. Stress mặn ảnh
hưởng đến sự gia tăng chiều dài lá và quá trình hình thành lá mới, cũng như là sự
phát triển rễ của mạ.
- Giai đoạn đẻ nhánh tích cực và giai đoạn sinh trưởng tăng trưởng: lúa có

khả năng chống chịu trong giai đoạn này. Một số tính trạng như chiều cao cây, trọng
lượng khô của rễ, chiều dài rễ, thời gian sinh trưởng bị ảnh hưởng với các mức độ
o

khác nhau. Tuy nhiên, khi thời tiết có nhiệt độ cao (30,7 C) và độ ẩm thấp (63,5%)
stress mặn sẽ gây thiệt hại nghiêm trọng hơn vì sự thoát hơi nước và hấp thụ mặn
của lúa gia tăng.
- Giai đoạn sinh sản: nếu lúa gặp stress mặn thì năng suất hạt sẽ giảm nghiêm

trọng do stress mặn gây ảnh hưởng đến sự thụ phấn và nảy mầm của hạt phấn, làm
gia tăng tỉ lệ hạt lép, bên cạnh đó còn làm giảm chiều dài bông và trọng lượng
hạt.v.v.
Cơ chế chống chịu mặn ở lúa diễn ra ở 3 mức độ: toàn bộ cây [32], tế bào và
phân tử [53],bao gồm: (1) Loại bỏ muối – Cây không hấp thụ muối thừa bằng cơ
chế thấm hút chọn lọc; (2) Sự hút ngược muối – các giống cây chống chịu hấp thụ
+

muối thừa nhưng muối được hút từ xylem và Na thì không thể di chuyển đến chồi;
(3) Sự vận chuyển giữa rễ và chồi – khả năng chống chịu mặn kết hợp với nồng độ
chất điện phân cao ở rễ và nồng độ thấp trong chồi; (4) Vận chuyển muối – các cây


7


+

chống chịu có khả năng vận chuyển một tỉ lệ nhỏ Na đối với chồi; (5) sự cách ly
muối – Muối thừa được chuyển từ là non đến lá già; (6) khả năng chống chịu của
mô – Cây hấp thu muối nhưng chia ngăn một cách thích hợp trong không bào của lá
để làm giảm thấp hơn ảnh hưởng bất lợi ở giai đoạn sinh trưởng của cây; và (7) pha
loãng muối – cây hấp thu muối nhưng pha loãng bởi tốc độ tăng trưởng nhanh và
hàm lượng nước cao trong chồi.
Phản ứng chống chịu mặn của lúa rất phức tạp, đó là sự kết hợp nhiều yếu tố
riêng rẽ, được kiểm soát bằng đa gen [11, 14]. Theo Lafitte và cs., 2004, lúa tương
đối chống chịu với stress mặn ở giai đoạn nảy mầm, đẻ nhánh tích cực vào giai đoạn
trưởng thành, nhưng lại trở nên mẫm cảm trong giai đoạn mạ sớm và giai đoạn sinh
sản [36]. Tuy nhiên, khả năng chịu mặn của lúa ở giai đoạn mạ và giai đoạn sinh sản
rất ít liên quan đến nhau [51].
1.2.4. Cơ sở di truyền tính chịu mặn ở lúa
Nghiên cứu trước đây của Akbar, 1972; Flowers và A.R. Yeo, 1981 đã công
bố rằng: các biến dị di truyền đáp ứng mặn nhằm tăng khả năng chống chịu ở lúa
tuân theo các vận động di truyền, và các kiểu gen biến dị về khả năng chống chịu
mặn chủ yếu là do sự ảnh hưởng từ nhóm gen cộng tính. Đồng thời, nghiên cứu của
Moeljopawiro và Ikehashi, 1981; Shannon MC, 1985 đã chỉ ra yếu tố kiểu gen cũng
như tác động của môi trường đều quan trọng trong sự di truyền khả năng chống chịu
mặn và các tính trạng liên quan ở lúa. Một nghiên cứu quan trọng khác của Chao và
cs., 2005 khi so sánh các giống lúa chống chịu và mẫn cảm với mặn đã phát hiện sự
biểu hiện mạnh mẽ của các gen liên quan đến yếu tố phiên mã và truyền tín hiệu
tính trạng dưới điều kiện xử lý mặn [15]. Nghiên cứu này đã chứng minh quá trình
điều khiển gen liên quan đến khả năng chịu mặn ở các loài là khác nhau. Đến năm

2006, Jean M.M. và cs. đã xác định trạng thái stress của thực vật làm gia tăng tính
biến động trong bộ gen và tính chất này không chỉ di truyền được cho các thế hệ sau
mà còn có thể làm gia tăng tính đa dạng di truyền ở mức cá thể, giúp cho loài thích
nghi hơn với điều kiện bất lợi [31].

8


Vì vậy, để có thể cải thiện được sự hiểu biết về cơ chế chống chịu mặn nhằm
tăng năng suất thì điều cần thiết là phải tăng cường sự hiểu biết về các gen đáp ứng
với stress đã làm thay đổi sinh lý và sinh hóa ở lúa. Từ đó thực hiện các chương
trình chọn giống nhằm tăng sản lượng lúa đạt tối đa khi trồng trong đất mặn. Việc
này đòi hỏi phải tiến hành tìm kiếm: (1) Các nguồn gen khác nhau có thể sử dụng để
phát triển giống mới với tiềm năng năng suất cao, ổn định theo mùa và các vùng địa
lý sinh thái, (2) Xác định chỉ thị phân tử liên quan đến các gen chống chịu stress
mặn hoặc QTLs chống chịu với điều kiện stress mặn để sử dụng chúng trong các
chương trình chọn giống dựa vào chỉ thị phân tử, và (3) phát hiện các gen chống
chịu mặn phổ biến và chuyển chúng vào các giống lúa mẫn cảm với mặn [12]. Trong
đó, sự phân tích các tính trạng phức tạp liên quan đến khả năng chống chịu mặn
bằng phương pháp lập bản đồ QTLs sẽ là phương pháp tiếp cận có nhiều ý nghĩa, có
khả năng nghiên cứu các tính trạng di truyền số lượng phức tạp liên quan đến các
khả năng chống chịu, phân tích sự điều hòa gen đối với mỗi cơ chế chống chịu và
định vị các gen đáp ứng trên nhiễm sắc thể. Phương pháp nghiên cứu này cho thấy
sự di truyền phân tử tính chống chịu mặn ở lúa, đồng thời rất nhiều kết quả nghiên
cứu gần đây về lập bản đồ QTLs đã chỉ ra rằng khả năng chống chịu mặn và các
thành phần cấu thành ở lúa vào giai đoạn mạ bao gồm nhiều QTLs phức tạp [21, 25,
35, 40, 45, 64]. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các nghiên cứu cũng chỉ ra
rằng đơn gen/QTLs ảnh hưởng lớn đến khả năng chống chịu mặn ở lúa [13, 45].
Bên cạnh đó, nghiên cứu của Ismail và cs., 2007 đã hướng dẫn lập bản đồ để nhận
dạng QTLs liên quan đến chống chịu mặn ở lúa và QTL - Saltol quan trọng đã được

lập bản đồ chính xác, các chỉ thị liên kết với QTLs đã được nhận dạng, được sử
dụng cho các chương trình chuyển gen chọn giống ưu thế và các giống truyền thống
sử dụng phương pháp lai hồi quy dựa vào chỉ thị phân tử [29].
1.3. Hạn và cơ chế chống chịu hạn ở lúa
1.3.1. Khái niệm hạn
Hạn đối với thực vật là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nước do môi trường
gây nên trong cả quá trình hay trong từng giai đoạn làm ảnh hướng đến sự sinh

9


trưởng và phát triển của cây. Hạn được xem là nhân tố gây thiệt hại lớn nhất đối với
năng suất lúa.
Theo Nguyễn Lam Điền, 2003 đối với cây trồng, hạn được phân thành 3
dạng: hạn không khí, hạn đất và hạn toàn diện [5]
o

o

- Hạn không khí: thường có đặc trưng nhiệt độ cao (39 C – 42 C) và độ ẩm

thấp hơn 65%. Hiện tượng này thường gặp ở Miền Trung – Việt Nam vào đợt gió
Lào và cuối thu vùng Bắc Bộ. Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp lên các bộ phận
của cây như hoa, lá, chồi non.v.v. và gây ra hiện tượng héo tạm thời làm cho tốc độ
thoát hơi nước nhanh trong khi rễ không hút đủ lượng nước để bù đắp lại lượng
nước đã mất, do đó thực vật rơi vào trạng thái mất cân bằng nước.
- Hạn đất: làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức cây không

cạnh tranh được nước của đất để có thể hấp thụ vào tế bào qua rễ, vì vậy hạn đất
thường gây nên hiện tượng cây héo lâu dài. Hạn đất tác động trực tiếp đến rễ của

cây làm ảnh hưởng nhiều đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
- Hạn toàn diện: là hiện tượng xảy ra cả hạn đất và hạn không khí cùng một
lúc. Hàm lượng nước trong lá của cây giảm nhanh, nồng độ dịch bào tăng lên, tuy
lực hút nước của rễ tăng nhưng nước trong đất bị cạn kiệt không thể đủ để cung cấp
cho cây. Hạn toàn diện làm cây héo vĩnh viễn và không có khả năng phục hồi. Ở
Việt Nam, hạn toàn diện thường xuất hiện ở miền Trung gây thiệt hại đáng kế đến
năng suất của lúa vào các tháng cuối hè.
Stress hạn là một hiện tượng phức tạp và có thể xuất hiện vào bất kì thời
điểm nào trong suốt mùa vụ và thay đổi bất thường từ năm này sang năm khác, từ
vùng này sang vùng khác. Ở thực vật, những cây trồng có khả năng duy trì sự phát
triển và cho năng suất tương đối ổn định trong điều kiện khô hạn được gọi là cây
chịu hạn và khả năng thực vật có thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt
nước gây ra gọi là tính chịu hạn [2].
1.3.2. Cơ chế thích nghi stress hạn ở thực vật
Thực vật phản ứng với thay đổi môi trường bằng cách kết hợp các cơ chế
phức tạp. Nói một cách cụ thể hơn, khi gặp điều kiện môi trường thiếu nước, thực

10


vật sẽ phối hợp một loạt các đáp ứng sinh lý, hóa sinh và phân tử để có thể tồn tại.
Các đáp ứng sinh lý của thực vật đối với stress nước bao gồm: héo lá, giảm diện tích
lá, rụng lá, kích thích rễ phát triển. Bên cạnh đó, hocmon Abscisic acid (ABA) điều
hòa đóng mở khí khổng giúp giảm mất nước thông qua sự thoát hơi nước và làm
giảm tốc độ quang hợp là đặc trưng của sự biểu hiện gen để tạo ra cơ chế đáp ứng
hóa sinh chống lại stress hạn ở thực vật. Sơ đồ dưới đây tổng hợp ngắn gọn các đáp
ứng sinh lý, hóa sinh và phân tử đối với stress hạn ở thực vật. [61] (Hình 1.2)

Hình 1.2. Cơ sở sinh lý và phân tử của chống chịu hạn ở thực vật
[61] 1.3.3. Đáp ứng chống chịu hạn ở lúa

Đối với cây lúa, Stress hạn là một hiện tượng phức tạp và có thể xuất hiện
vào bất kì thời điểm nào của mùa vụ và thay đổi bất thường từ năm này sang năm
khác, từ vùng này sang vùng khác thuộc châu Á. Hạn hán vào giai đoạn đầu của quá

11


trình sinh trưởng (nảy mầm, giai đoạn mạ, giai đoạn đẻ nhánh) sẽ gây cản trở đến
quá trình phát triển ở cây lúa (trên các đồng ruộng trũng) hoặc gây cản trở giai đoạn
nảy mầm (trên ruộng nương), sinh trưởng chậm, giảm số bông/đơn vị diện tích và
giảm kích thước bông. Hạn hán vào giai đoạn sinh sản (hình thành bông, ra hoa, tạo
hạt) tạo ra bông vô tính và hạt lép với mức độ khác nhau. Bởi vì lúa cực kì mẫn cảm
với hạn tại giai đoạn sinh sản, nên vào thời kì cuối của giai đoạn stress, hạn hán sẽ
gây mất mùa nghiêm trọng [73].
Khi gặp hạn, phản ứng đầu tiên của cây lúa là đóng khí khổng để ngăn sự
thoát hơi nước, nhằm tăng hiệu quả sử dụng nước. Tiếp đó, khả năng chống chịu
hạn của lúa được bộc lộ thông qua các biểu hiện như:
- Giảm diện tích lá và rút ngắn thời gian sinh trưởng nhằm giúp cây sử dụng
nước hợp lý trong điều kiện thiếu nước.
- Rễ đâm sâu và mật độ rễ rậm giúp lúa hút nước từ các tầng đất sâu hơn
- Duy trì sức trương của tế bào thông qua khả năng điều chỉnh áp suất thẩm

thấu để bảo vệ chồi khỏi bị khô hạn.
Đối với lúa, khả năng thu nhận nước chủ yếu phụ thuộc vào hệ thống rễ. Hệ
thống rễ dài ở lúa nương góp phần quan trọng đối với khả năng hút nước, nhưng đối
với lúa nước thì khả năng chịu hạn của bộ rễ lại phụ thuộc vào mật độ. Trong khi
đó, các nhà khoa học còn nhận thấy khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu hay hiệu
quả sử dụng nước hợp lý ở điều kiện khô hạn luôn xuất hiện ở các giống lúa chống
chịu hạn và chúng cũng khác nhau giữa các giống lúa. Theo một số nhà khoa học
nghiên cứu trước đây, loài phụ Japonica có hiệu quả sử dụng nước lớn hơn Indica,

và hiệu quả sử dụng nước của lúa dại thì hơn Japonica và Indica. Một điểm khác
biệt ở cây lúa so với cơ chế chống chịu hạn của một số loài thực vật đó là, lúa có lớp
sáp vỏ bề ngoài mỏng nên rất ít tác dụng chống thoát hơi nước, vì thế lúa vẫn bị mất
nước ngay cả khi đã đóng khí khổng hoàn toàn.
1.3.4. Cơ sở di truyền tính chịu hạn ở lúa.
Sự di truyền phức tạp về khả năng chống chịu hạn do sự tương tác của gen
với môi trường là nguyên nhân chính dẫn đến sự thất bại của các nhà chọn tạo giống

12


khi phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu hạn. Các đặc tính chịu hạn do
gen chống chịu hạn điều khiển, được hình thành từ quá trình chọn lọc tự nhiên và
tiến hóa của thực vật. Rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy tính di truyền và biến dị cao
của các tính trạng liên quan đến khả năng chống chịu hạn ở lúa, như nghiên cứu tại
IRRI đã chỉ ra hệ số di truyền có ý nghĩa lớn đến sự đâm sâu của rễ, trong khi đó độ
đâm sâu tối đa và trọng lượng khô của rễ đâm sâu có sự di truyền khác nhau mang ý
nghĩa cao.
Trong nhiều thập kỉ qua, phương pháp tiếp cận thông qua lập bản đồ QTL để
phân tích di truyền liên quan đến khả năng chống chịu hạn và các tính trạng cấu
thành đã được quan tâm mạnh mẽ, với rất nhiều nghiên cứu trên các quần thể khác
nhau [73]. Các nghiên cứu này đã công bố rất nhiều vị trí trên nhiễm sắc thể liên
quan đến khả năng chống chịu hạn, các tính trạng cấu thành và các vị trí này được
phân bố rộng khắp trên gen. Tuy nhiên, chỉ một số rất ít QTL là có thể sử dụng để
nhận ra bất kì quần thể đặc trưng nào trong môi trường. Đồng thời, các nghiên cứu
cũng khẳng định hầu hết QTL không khác nhau nhiều và ảnh hưởng trái ngược nhau
rất ít đối với khả năng chống chịu hạn cũng như là các tính trạng liên quan. Mỗi tính
trạng riêng rẽ liên quan đến tính trạng chống chịu hạn đóng góp rất ít đến khả năng
chống chịu ở lúa, trong khi hầu hết các QTL chống chịu hạn đều ảnh hưởng đến các
tính trạng liên quan. Vì khả năng chống chịu hạn ở lúa liên quan đến hiện tượng lấn

át, cộng gộp gen ở các QTL và giữa gen với môi trường, nên việc ứng dụng thông
tin QTL vẫn cần phải kết hợp với các thông tin đánh giá biểu hiện kiểu hình dưới
điều kiện khô hạn để có những đánh giá chính xác và khách quan nhất về khả năng
chống chịu hạn của đối tương nghiên cứu.
1.4. Cơ chế đáp ứng chung của thực vật khi gặp stress mặn, hạn
Hạn hán và đất nhiễm mặn là stress phi sinh học gây thiệt hại nặng nhất đến
nông nghiệp, đặc biệt là sản lượng của cây trồng. Ở một số vùng châu Á, hạn thường
kết hợp với mặn, nơi mà hệ thống tưới tiêu được sử dụng như một biện pháp để làm
giảm hàm lượng muối trong đất. Tuy nhiên, vì thiếu nước tưới nên mức độ mặn tăng
nhanh do muối đã di chuyển từ bề mặt đất xuống các vùng khác. Như đã đề cập, điều

13


hòa thẩm thấu là một phản ứng của tế bào sống với sự thiếu nước gây ra do hạn, mặn.
Sự thích nghi này có thể giúp thay đổi sức trương, bất chấp nguồn nước có điện thế
+

+

-

thấp và tiếp đến là sự hấp thụ K , quá trình chia vách ngăn của Na và Cl trong không
bào hoặc sự tổng hợp các chất như proline, glycinebetaine, plyol, đường, .v.v. Đây là
các chất không độc khi có nồng độ cao, có khối lượng phân tử thấp, hòa tan nhiều và
quan trọng là bảo vệ được cây trồng thoát khỏi stress bằng cách duy trì sức trương, giải
độc các dạng oxy (ROS). Nghiên cứu của Ayliffe M.A. và cs.,2005 đối với các loài ngũ
cốc (lúa mỳ, lúa mạch, lúa gạo và ngô) đã ghi nhận sự hiện diện của proline và đã
chứng minh tầm quan trọng của sự tích lũy và phân hủy proline trong cơ chế chống
chịu với stress phi sinh học cụ thể là hạn và mặn [10].


Hình 1.3. Cơ chế chống chịu mặn và hạn ở thực vật [46]

14


Một số nghiên cứu cho rằng, stress hạn cũng giống như mặn đều gây ảnh
hưởng đến sự điều hòa trao đổi chất của tế bào thực vật như chu trình khử Cacbon,
phản ứng ánh sáng, vận chuyển năng lượng .v.v. Các phản ứng của thực vật đối với
stress hạn và mặn thường phức tạp, gồm các thay đổi giảm điện thế nước, giảm sinh
trưởng tế bào, sinh trưởng rễ và sinh trưởng chồi, làm giảm hệ thống thành tế bào.
Trong khi đó nhóm tác giả cho rằng các đáp ứng của thực vật đối với hạn thì tương
tự với stress mặn, đặc biệt là cơ chế đóng mở khí khổng nhờ abscicis acid (ABA) để
có thể giảm thoát hơi nước và giảm tỉ lệ quang hợp [46] . Hình 1.3 sẽ tóm tắt cơ chế
chống chịu stress mặn và hạn được phát triển bởi thực vật dưới dạng sơ đồ. Thông
qua sơ đồ, có thể dễ dàng nhận thấy, thực vật có những cơ chế đáp ứng chung giữa
stress mặn và hạn.
1.5. Các chỉ thị di truyền sử dụng trong nghiên cứu chống chịu mặn, hạn
1.5.1. Chỉ thị di truyền
Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ sinh học, nhiều
kĩ thuật mới đã được áp dụng hiệu quả, vượt trội hơn so với các phương pháp truyền
thống. Một trong những công cụ mạnh để phân tích di truyền thực vật trong những
năm gần đây đó là chỉ thị di truyền. Chỉ thị di truyền thể hiện các vị trí của biến dị
trong bộ gen giữa cá thể và loài. Nhìn chung, chúng không phải là một phần gen
mục tiêu nhưng lại hoạt động như điểm đặc trưng trong bộ gen tại khoảng cách đã
đo được từ các gen chưa biết. Nghiên cứu của Collard và cs., 2005 có quan điểm
rằng các chỉ thị di truyền rất gần với gen, được biết như là các gen đánh dấu [17]. Vị
trí đặc trưng của các chỉ thị di truyền trong nhiễm sắc thể của loài có thể được gọi
như các locut marker. Các chỉ thị di truyền được phân loại gồm chỉ thị hình thái và
chỉ thị phân tử, với các ưu điểm và nhược điểm được chỉ ra trong bảng 1.1.


15