ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ THANH MAI

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG RẦY NÂU VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC CỦA MỘT SỐ

GIỐNG LÚA TẠI THỪA THIÊN HUẾ

Chuyên ngành: SINH LÝ HỌC THỰC VẬT

Mã số: 62 42 01 12

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH LÝ HỌC THỰC VẬT

HUẾ, 2016

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa là cây lương thực chính của hơn 50% dân số thế giới, đặc biệt

đối với người dân Châu Á. Đối với Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính, ngoài ra lúa gạo còn là nguồn xuất khẩu thu nhiều ngoại tệ. Tuy nhiên, rầy nâu (Nilarpavata lugens Stal) là tác nhân hại lúa nghiêm trọng đặc biệt ở các nước Châu Á. Giải pháp cơ bản và lâu dài mà vẫn an toàn với môi trường và sức khỏe người dân là xác định và phổ biến các giống lúa kháng rầy nâu đến với người nông dân.

Hiện nay đa số giống lúa đang được trồng chủ yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huế đều nhiễm rầy nâu. Do vậy, việc di nhập giống lúa kháng rầy nâu từ các vùng miền khác để trồng và đánh giá khả năng kháng rầy nâu và các đặc điểm nông sinh học tại Thừa Thiên Huế là việc thiết yếu nhằm tuyển chọn bổ sung nguồn giống lúa kháng rầy nâu, sinh trưởng phát triển tốt tại điều kiện sinh thái địa phương .

Khả năng kháng rầy nâu của các giống lúa được đánh giá thông qua phản ứng với quần thể rầy nâu địa phương, đồng thời sử dụng kỹ thuật của sinh học phân tử trong việc xác định các gen kháng rầy cho kết quả chính xác và rút ngắn được thời gian thử nghiệm. Ngoài việc chọn lọc giống lúa kháng rầy nâu và năng suất cao thì chất lượng gạo cũng là mục tiêu được quan tâm. Những giống lúa có ưu thế về chất lượng gạo như hàm lượng tinh bột, amylose, độ trở hồ, độ bền gel…làm cho cơm có vị ngọt, ngon, mềm và dẻo đồng thời có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao là những giống lúa cần được khai thác.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng kháng rầy nâu và đặc điểm nông sinh học của một số giống lúa tại Thừa Thiên Huế”.

2. Mục tiêu nghiên cứu Trên cơ sở đánh giá khả năng kháng rầy nâu của một số giống

lúa, phân tích các đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh, năng suất, chất lượng...) của các giống lúa kháng rầy nâu, phân tích đặc điểm sinh học phân tử của các giống kháng rầy nâu trồng tại Thừa Thiên Huế. Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi tham mưu, đề xuất cho địa phương sử dụng các giống lúa phù hợp.

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh trưởng phát triển, nông sinh

học và sinh học phân tử của một số giống lúa để sàng lọc khả năng kháng rầy nâu ở Thừa Thiên Huế sẽ cung cấp các bằng chứng khoa học cho công tác chọn tạo giống tại địa phương này trong tương lai.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn Giới thiệu được giống lúa có năng suất cao, chất lượng gạo tốt

và mang gen kháng rầy nâu cho Thừa Thiên Huế và các địa phương có đặc điểm sinh thái tương tự.

4. Đóng góp mới của luận án Phân tích mối liên quan giữa các yếu tố nông sinh học với năng

suất, giữa năng suất với tình hình nhiễm rầy nâu. Xác định được ba giống lúa có mang đa gen kháng rầy nâu bph1, bph2, bph3, bph4, bph10, bph14, biểu hiện kháng rầy nâu của các giống lúa này cũng rất tốt. Trong đó giống lúa Sài Đường Kiến An là giống có nhiều ưu điểm thể hiện ở khả năng thích nghi với điều kiện tự nhiên của Thừa Thiên Huế, năng suất cao, chất lượng tốt và khả năng kháng rầy nâu tốt. Chuyển giao được một lượng lúa giống đã được tuyển chọn cho hộ nông dân trồng thử nghiệm trên diện rộng ở địa bàn xã An Đông, thành phố Huế.

5. Bố cục của luận án Luận án gồm 117 trang với 12 bảng số liệu, 16 hình và 107 tài

liệu tham khảo. Kết cấu luận án gồm mở đầu: 2 trang; tổng quan tài liệu: 25 trang; nguyên liệu, nôi dung và phương pháp nghiên cứu: 14 trang; kết quả nghiên cứu và thảo luận: 42 trang; kết luận và đề nghị: 2 trang; những công trình đã công bố: 1 trang, tài liệu tham khảo: 11 trang, phụ lục: 20 trang.

NỘI DUNG LUẬN ÁN

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về lúa gạo Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm

đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Hiện nay có 2 loại lúa chính là nhóm lúa Indica và Japonia. Các bộ phận của một nhánh lúa bao gồm: rễ, thân, lá và có thể có hoặc không có bông. Các lá mỏng, hẹp bản (2,0-2,5 cm) và dài 50-100 cm. Các hoa nhỏ thụ phấn nhờ gió, mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ

xuống, dài khoảng 30-50 cm. Hạt lúa là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng như các loại cây ngũ cốc) dài 5-12 mm và dày 2-3 mm. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài, thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu.

1.2. Đặc điểm sinh lý của cây lúa 1.2.1. Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây lúa Thời gian sinh trưởng của cây lúa từ khi nảy mầm cho đến chín

thay đổi từ 90- 180 ngày tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh. Cây lúa trải qua 2 thời kỳ sinh trưởng, phát triển chính là sinh trưởng dinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực. Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng được tính từ lúc gieo đến lúc làm đòng, gồm thời kỳ nảy mầm, mạ và làm đốt, làm đòng. Trong thời kỳ này cây lúa hình thành và phát triển các cơ quan dinh dưỡng như ra lá, phát triển rễ, đẻ nhánh. Thời kỳ này có ảnh hưởng trực tiếp tới việc hình thành số bông. Thời kỳ sinh trưởng sinh thực là thời kỳ phân hóa, hình thành cơ quan sinh sản từ lúc làm đòng cho đến khi thu hoạch, bao gồm các quá trình làm đòng, trổ bông và hình thành hạt. Thời kỳ làm đốt quyết định việc hình thành số hạt trên bông, tỷ lệ hạt chắc và trọng lượng hạt.

1.2.2. Hoạt động sinh lý của cây lúa Các hoạt động sinh lý của cây lúa trong quá trình phát triển

như quang hợp, trao đổi nước, dinh dưỡng khoáng, khả năng chống chịu, ảnh hưởng đến năng suất của cây lúa. Nghiên cứu đặc điểm sinh lý quá trình hình thành năng suất là nghiên cứu quá trình hình thành, tích lũy chất khô (carbohydrate) trong cây và trong hạt. Năng suất sinh học của cây lúa phụ thuộc vào các yếu tố như cường độ quang hợp, thời gian quang hợp, diện tích lá. Để nâng cao năng suất kinh tế của cây lúa thì phải có biện pháp tưới nước, bón phân, bố trí thời vụ hợp lý, phòng trừ sâu bệnh.

1.2.3. Yếu tố hình thành năng suất lúa Năng suất được quyết định bởi số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt

chắc. Mỗi một giai đoạn phát triển của cây lúa đều liên quan mật thiết đến yếu tố cấu thành năng suất. Mỗi một yếu tố đóng một vai trò khác nhau nhưng đều nằm trong một hệ quả liên hoàn tạo nên hiệu suất cao nhất mà trong đó các yếu tố đều có liên quan mật thiết với nhau.

1.2.4. Ảnh hưởng của một số điều kiện sinh thái đến sinh trưởng, phát triển của cây lúa

Sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa có liên quan mật thiết với điều kiện thời tiết khí hậu. Đó là các yếu tố về nhiệt độ, ẩm độ

không khí, lượng mưa và ánh sáng. Các yếu tố này thuận lợi thì sẽ là điều kiện cơ bản để nâng cao năng suất cây trồng và ngược lại.

1.3. Đặc điểm hình thái, đặc tính hóa sinh của hạt gạo Chất lượng hạt gạo được đánh giá thông qua chất lượng dinh

dưỡng, chất lượng nấu nướng và chất lượng xay chà. Hàm lượng chất dinh dưỡng có trong hạt gạo bao gồm: hàm lượng protein, tinh bột, lipid. Độ mềm dẻo của hạt gạo khi nấu thành cơm được đánh giá thông qua hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền gel. Ngoài ra chỉ tiêu hình dạng hạt gạo và độ bạc bụng cũng được sử dụng để đánh giá chất lượng gạo.

1.4. Rầy nâu gây hại và khả năng kháng rầy nâu của cây lúa 1.4.1. Giới thiệu về rầy nâu Rầy nâu (Nilarpavata lugens S.) chích hút trực tiếp chất dinh

dưỡng từ cây đang phát triển, làm giảm năng suất, nếu mật độ rầy cao có thể làm chết cây lúa, gây hiện tượng cháy khô cả đám ruộng. Ngoài ra, rầy nâu cũng có thể gây hại gián tiếp cho cây lúa bằng cách truyền virus gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá.

1.4.2. Biotype rầy nâu Rầy nâu hiện nay có 4 biotype: biotype 1 phân bố rộng ở vùng

Đông Á và Đông Nam Á, biotype 2 có nguồn gốc ở Philippin phát sinh sau khi sử dụng rộng rãi các giống có gen bph1, biotype 3 phát sinh từ các phòng thí nghiệm ở Nhật Bản và Philippin, biotype 4 chỉ thấy ở vùng Nam Á. Quần thể rầy nâu ở tỉnh Thừa Thiên Huế thuộc biotype 1 và biotype 2.

1.4.3. Cơ chế kháng rầy nâu của cây lúa Tính kháng là một phản ứng tự vệ của cây chống lại sự tấn

công của côn trùng và mầm bệnh. Hiểu rõ cơ chế kháng rầy sẽ là tiền đề quan trọng cho những biện pháp nhằm hạn chế thiệt hại do rầy nâu gây ra. Những nghiên cứu dựa vào các kỹ thuật phân tử gần đây cho thấy có sự thay đổi về mặt di truyền, sinh lý và hóa sinh của cây lúa khi có sự tấn công của rầy nâu.

1.4.4. Gen kháng rầy nâu ở cây lúa Cho đến năm 2010, đã có ít nhất 24 gen chính kháng rầy nâu

được xác định tại Viện lúa quốc tế IRRI. Các gen kháng rầy nâu nằm vị trí trên 6 nhiễm sắc thể (NST) khác nhau của cây lúa. Một nhóm các gen như: bph1, bph2, bph9, bph10, bph18, and bph21 nằm trên cánh dài của NST số 12, gen bph12, bph15, bph17, bph20 đều nằm trên cánh ngắn của NST số 4, gen bph11, bph14 nằm trên cánh dài

của NST số 3, gen Bph13, bph19 nằm trên cánh ngắn của NST số 3. 1.5. Nghiên cứu về cây lúa kháng rầy nâu ở Việt Nam Mỗi năm CLRRI sản xuất được khoảng 10-20 giống lúa có khả

năng kháng rầy nâu và các giống lúa này chủ yếu được trồng thử nghiệm hoặc trồng đại trà ở các vùng lúa thuộc khu vực ĐBSCL, còn ở khu vực miền Trung việc các giống lúa kháng rầy vẫn chưa được quan tâm nhiều.

Chương 2. NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu nghiên cứu 4 giống lúa IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc

Nước do Trung tâm Tài nguyên Thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp, Hà Nội cung cấp (có cấp độ kháng rầy từ 0-3). Giống lúa Khang Dân (KD) được sử dụng làm giống đối chứng.

Quần thể rầy nâu ở Thừa Thiên Huế. 2.2. Nội dung nghiên cứu - Các đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả năng

đẻ nhánh, chiều cao cây, diện tích lá, cường độ quang hợp, các chỉ tiêu năng suất...) của các giống lúa nghiên cứu trong hai vụ Hè Thu và Đông Xuân tại hợp tác xã An Đông, thành phố Huế.

- Các đặc điểm chất lượng hạt gạo (hàm lượng protein, amylose, độ trải gel, hình dạng hạt, độ bạc bụng...) của các giống lúa nghiên cứu trong hai vụ Hè Thu và Đông Xuân tại hợp tác xã An Đông, thành phố Huế.

- Đánh giá tính kháng rầy nâu của các giống lúa nghiên cứu (trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng) trong hai vụ Hè Thu và Đông Xuân tại hợp tác xã An Đông, thành phố Huế.

- Xác định gen kháng rầy nâu có trong các giống lúa nghiên cứu bằng kỹ thuật sinh học phân tử.

2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm gồm 5 giống lúa có nguồn gốc và mức độ kháng rầy

nâu khác nhau. Mỗi giống là một công thức thí nghiệm và được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ với 3 lần nhắc lại, mỗi ô thí nghiệm có diện tích 10 m2 (5 m x 2 m), khoảng cách giữa các ô là 30 cm.

2.3.2. Đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học: được xác định và đánh giá dựa theo “Quy phạm khảo nghiệm giống quốc gia 10 TCN

558-2002” (Bộ NN&PTNT, 2002) và "Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa" của IRRI (IRRI, 2002).

2.3.3. Đánh giá chất lượng gạo: hàm lượng protein được xác định theo phương pháp Bradford (1976), hàm lượng glucose được xác định được xác định theo phương pháp của Lindsay (Lindsay, 1973), hàm lượng lipid được xác định bằng phương pháp Soxhlet (Mùi, 2001), hàm lượng amylose được xác định theo phương pháp của Sadavisam và Manikam (1992), độ bền gel được xác định theo phương pháp của Cagampang (1973), độ trở hồ được xác định theo phương pháp của Little và cs (1958), hình dạng hạt gạo và độ bạc bụng được đánh giá theo tiêu chuẩn của IRRI (IRRI, 2002).

2.3.4. Đánh giá tính kháng rầy nâu: - Đánh giá phản ứng với rầy nâu trong nhà lưới theo phương

pháp của Tanaka (2000), đánh giá mật độ rầy nâu ngoài đồng ruộng theo "Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa" của IRRI (IRRI, 2002).

- Phương pháp sinh học phân tử DNA tổng số được tách chiết theo phương pháp Kang và cs (2003) Khuếch đại chỉ thị liên kết với gen bph1 sử dụng cặp mồi BpE18-

3 (R/F) (Kim và cs, 2005); khuếch đại chỉ thị liên kết với gen bph3 sử dụng cặp mồi RM589 (R/F) (Jairin và cs, 2007); khuếch đại chỉ thị liên kết với gen bph4 sử dụng cặp mồi RM586 (R/F) (Jairin và cs, 2007).

Dựa trên trình tự vùng cds gen kháng rầy nâu bph14 (Accession: FJ941067.1), chúng tôi sử dụng chương trình DNASIS để thiết kế 4 cặp mồi, được ký hiệu là: M1-F và R, M2-F và R, M3-F và R, M4-F và R nhằm khuếch đại 4 đoạn overlapping (M1, M2, M3, M4) trên toàn bộ chiều dài vùng cds gen kháng rầy nâu bph14 (Du, 2010).

Điều kiện cho phản ứng PCR là: 95oC-5 phút; 30 chu kỳ: 95oC-1 phút, 55oC đến 60oC-1 phút và 72oC-1 phút; 72oC-10 phút.

Tạo dòng DNA và trình tự các đoạn DNA tái tổ hợp được phân tích bằng phương pháp dioxy trên máy Instrument Model/Name: 3730xl do công ty Bioneer, Korea thực hiện.

2.3.3. Xử lý thống kê Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần (n≥30). Số liệu thực nghiệm

được tính giá trị trung bình và phân tích ANOVA (một yếu tố và hai yếu tố), phân tích mô hình tuyến tính nhiều biến bằng phần mềm R.

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đặc điểm nông sinh học của các giống lúa 3.1.1. Thời gian sinh trưởng và phát triển

C

D

A

B

Hình 3.2. Diễn biến của các yếu tố thời tiết qua các vụ lúa

vụ Hè Thu (A, B) và vụ Đông Xuân (C, D) Bảng 3.1. Thời gian sinh trưởng của các giống lúa

Chú thích: Chữ cái in hoa chỉ sự sai khác giữa các giống, chữ cái

thường chỉ sự sai khác giữa các mùa (P<0,05) Thời gian sinh trưởng-phát triển vụ Hè Thu (94-97 ngày),

vụ Đông Xuân (126-137 ngày) (Bảng 3.1). 3.1.2. Tỷ lệ nảy mầm Các giống lúa như IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An

và Lốc Nước đều có tỷ lệ nảy mầm khá cao (> 95%) (Bảng 3.2).

Giống

Đẻ nhánh Làm đòng Trổ rộ Chín

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 38,7ABa±1,2 41,3Ab±1,2 68,3Aa±0,6 80,7Ab±0,6 77,3Aa±0,6 111,7Ab±2,9 96,3Aa±0,6 137,0Ab±1,7

L1 39,7Aa±0,6 27,0Cb±1,0 67,7ABa±0,6 71,7Bb±1,5 78,7Aa±1,5 104,7Bb±0,6 96,3Aa±0,6 137,3Ab±1,2

L3 37,7AB±0,6 36,3B±1,5 65,3Ba±0,6 79,3Ab±0,6 74,3Ba±0,6 105,3Bb±1,2 94,7Ba±0,6 135,3ABb±0,6

L25 37,3B±0,6 39,7AB±1,5 67,7ABa±1,2 86,3Cb±1,2 77,3Aa±0,6 103,3Bb±1,5 96,3Aa±0,6 132,3Bb±2,5

L27 39,0AB±1,0 41,3A±1,2 73,3Ca±1,5 84,3Cb±0,6 85,3Ca±0,6 94,0Cb±1,7 96,7Aa±0,6 126,0Cb±1,0

3.1.3. Số nhánh Số nhánh/cây giữa các mùa vụ gieo trồng là khác nhau. Các

giống trồng trong vụ Hè Thu có 6,3-8,0 nhánh/cây, trong khi đó các giống trồng trong vụ Đông Xuân có 7,0-9,0 nhánh/cây. Theo 5 cấp phân loại của IRRI thì các giống lúa nghiên cứu có số nhánh cuối cùng thuộc nhóm 7 là nhóm thấp (số nhánh cuối cùng từ 5-9).

3.1.4. Diện tích lá đòng Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy diện tích lá đòng có sự sai khác

khá rõ giữa các giống lúa, vụ Hè Thu (20,2-31,4 m2), vụ Đông Xuân (19,9-30,7 m2). Kết quả phân tích ANOVA-hai yếu tố cho thấy rằng diện tích lá đòng của các giống lúa như trình bày ở trên bị ảnh hưởng bởi đặc tính di truyền của các giống lúa nghiên cứu (Bảng 3.5).

3.1.5. Chiều dài bông Các giống lúa nghiên cứu có chiều dài bông từ 21,8-24,9 cm

(vụ Hè Thu) và 21,5-24,3 cm (vụ Đông Xuân). Kết quả này cho thấy chiều dài bông thường do tính di truyền quy định, nhưng cũng bị chi phối bởi điều kiện ngoại cảnh và chế độ canh tác.

3.1.6. Chiều cao cây Chiều cao cây đo được ở các giống lúa dao động từ 93-107 cm

trong vụ Hè Thu, và từ 94,3-106,7 cm trong vụ Đông Xuân. Theo thang điểm để đánh giá chiều cao cây của IRRI thì giống phổ biến ở địa phương Khang Dân và các giống lúa nghiên cứu đều thuộc nhóm lúa bán lùn (<110 cm).

3.1.7. Hàm lượng diệp lục và cường độ quang hợp Kết quả xác định hàm lượng diệp lục của các giống lúa cho

thấy hàm lượng diệp lục a sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các giống lúa (vụ Hè Thu: 3,5-5,1 mg/g, vụ Đông Xuân: 3,9-5,7 mg/g), đồng thời yếu tố mùa vụ cũng ảnh hưởng đến hàm lượng diệp lục a của mỗi giống lúa.Hàm lượng diệp lục b không ghi nhận sai khác có ý nghĩa thống kê giữa các giống và mỗi giống ở hai mùa vụ. Tỷ lệ diệp lục a/b cũng không khác nhau có ý nghĩa thống kê giữa các giống và mỗi giống ở hai mùa.

Cường độ quang hợp được đánh giá thông qua đánh giá hàm lượng carbon tích lũy được trên 1 dm2 lá trong 1 giờ. Kết quả được ghi nhận như sau, trong vụ Hè Thu giống lúa Sài Đường Kiến An có hàm lượng carbon tích lũy cao nhất (30,4 mgC/dm2/h), thấp nhất là giống Khang Dân (24,9 mgC/dm2/h). Vụ Đông Xuân từ 25,1-28,5 mgC/dm2/h. Bảng 3.2. Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của các giống lúa

Giống Tỷ lệ

nảy mầm (%) Số nhánh Diện tích l

á đòng (cm2) Chiều

cao cây (cm) Chiều

dài bông (cm) HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 97,7±0,6 99,3±1,2 8,0±1,0 8,4AB±0,4 30,9A±4,6 29,7A±4,0 103,7A±7,4 104,3A±0,6 21,8A±0,3 22,2AB±0,4 L1 96,3±1,2 97,0±1,0 7,0±1,0 7,1A±0,2 31,2A±6,4 29,7A±1,9 93,0B±2,6 94,3B±1,2 24,3BC±0,4 23,3BC±0,8 L3 95,7±0,6 97,3±1,5 8,0±1,0 9,0B±1,0 31,4A±4,0 30,7A±0,6 95,3B±1,2 95,7BC±0,6 21,9A±0,2 21,5A±0,7

L25 97,0±1,0 97,7±1,5 6,3±0,6 7,0A±0,5 28,8A±2,7 29,5A±1,2 96,3B±1,5 96,7C±0,6 23,9B±0,3 21,8A±0,3 L27 96,7±2,1 97,7±1,5 7,7±0,6 7,4A±0,5 20,2B±2,3 19,9B±1,4 107,0A±1,0 106,7D±0,6 24,9C±0,5 24,3C±0,2

Bảng 3.3. Hàm lượng diệp lục và cường độ quang hợp của các giống lúa

Giống Cường độ quang

hợp (mgC/dm2/h) Diệp lục a

(mg/g) Diệp lục b

(mg/g) Diệp lục a/b

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 24,9A±0,7 25,1±0,8 5,1Aa±0,1 5,7Ab±0,0 1,6±0,1 1,9±0,3 3,3±0,3 3,0±0,6 L1 27,2B±0,8 26,1±1,2 4,1Ba±0,1 5,0ABb±0,4 1,6±0,3 1,6±0,2 2,6±0,5 3,1±0,4 L3 25,4AB±0,8 25,7±1,0 3,9B±0,1 4,5B±0,7 1,7±0,3 1,8±0,3 2,3±0,3 2,6±0,8

L25 30,4C±0,9 28,5±2,2 3,5C±0,1 4,3B±0,5 1,5±0,1 1,6±0,3 2,3±0,3 2,8±1,0 L27 26,7AB±0,2 26,5±0,7 4,1Ba±0,1 3,9Bb±0,0 1,6±0,2 1,6±0,3 2,7±0,3 2,5±0,5

3.2. Năng suất của các giống lúa 3.2.1.Các yếu tố hình thành năng suất và năng suất Trong cùng mùa vụ thì số bông/m2 của các giống lúa thí nghiệm

khác nhau có sự sai khác, vụ Hè Thu số bông/m2 dao động từ 293,0-346,9, vụ Đông Xuân số liệu dao động từ 294,0-361,0 bông/ m2. Sự thay đổi về đặc điểm khí hậu thời tiết ở vụ Hè Thu và Đông Xuân có ảnh hưởng đến số lượng bông/ m2 ở một số giống lúa. Số hạt chắc/bông của các giống lúa trong vụ Hè Thu (87,2-110,7), số vụ Đông Xuân (86,4-111,5). Khối lượng 1.000 hạt chắc dao động từ 20,6-25,5 g. Trong đó giống IRRI 352 có khối lượng hạt cao nhất (25,5 g), các giống còn lại là tương đương nhau. So sánh mỗi giống ở hai mùa vụ chúng tôi thấy chỉ có giống IRRI 352 có khối lượng hạt ảnh hưởng bởi mùa vụ, các giống còn lại không bị ảnh hưởng khi thay đổi mùa vụ.

Năng suất thực thu các giống lúa nghiên cứu trong vụ Hè Thu đạt từ 56,9-63,8 tạ/ha. Năng suất thực thu được ở vụ Đông Xuân dao động 55,3-58,7 tạ/ha.

Kết quả nghiên cứu của chúng tôi ở bảng 3.4 và 3.5 cho thấy đa số các chỉ tiêu hình thành năng suất và năng suất lúa không chỉ chịu ảnh hưởng của yếu tố giống mà còn thay đổi tùy thuộc mùa vụ.

Bảng 3.4. Yếu tố hình thành năng suất của các giống lúa Giống

Số bông/m2 Số hạt/bông Số hạt chắc/bông P1000 hạt (g) HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 346,9Aa±4,6 361,0Ab±1,0 127,2Aa±1,5 110,5Ab±4,3 110,7Aa±7,3 97,5Ab±0,5 20,6A±0,4 20,2A±0,8 L1 297,4Ba±14,9 350,9ABb±9,4 103,0B±6,1 105,6AB±2,0 88,1B±1,2 86,4B±1,0 25,5Ba±0,8 22,5Bb±0,5 L3 321,6ABa±12,8 347,2Bb±4,4 106,3Ba±4,0 98,7Bb±1,7 90,3B±0,2 88,7B±1,2 22,1A±0,4 21,5AB±0,4

L25 293,0B±12,3 294,0C±1,0 125,7Ba±3,9 113,2Ab±3,9 106,1A±3,5 111,5C±3,2 22,2A±1,2 21,8B±0,3 L27 346,1A±23,2 342,5B±2,8 102,1Aa±5,4 86,3Cb±2,5 87,2B±2,5 87,7B±0,8 21,5A±0,5 21,5AB±0,6

Bảng 3.4. Yếu tố hình thành năng suất của các giống lúa (tiếp theo) Giống

NSLT (tạ/ha) NSTT (tạ/ha) HT ĐX HT ĐX

KD 79,0A±4,9 71,2A±3,2 63,8a±1,6 57,8ABb±1,3 L1 66,8B±3,2 68,3AB±2,0 58,3±4,5 56,3AB±1,2 L3 64,2B±1,3 66,3AB±1,2 57,0±3,7 55,3B±0,7

L25 69,2AB±6,8 71,4A±2,8 56,9±1,6 58,7A±1,6 L27 64,9B±3,3 64,5B±1,0 57,1±1,5 56,8AB±0,3

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giống và mùa vụ đối với các chỉ tiêu nông sinh học

Chỉ tiêu Giá trị F và (giá trị P)

Df Giống Mùa vụ Giống*Mùa vụ Thời gian đẻ nhánh 4 40,53 (<0,001) 11,43 (<0,001) 55,07 (<0,001) Thời gian làm đòng 4 85,3 (<0,001) 1157,1 (<0,001) 45,63 (<0,001) Thời gian trổ rộ 4 12,69 (<0,001) 2506,7 (<0,001) 77,31 (<0,001) Thời gian chín 4 21,83 (<0,001) 7731,0 (<0,001) 27,78 (<0,001) Nảy mầm 4 2,23 (0,10) 5,78 (0,03) 0,23 (0,93) Chiều cao cây 4 29,02 (<0,001) 0,24 (0.63) 0,08 (0,99) Diện tích lá 4 10,98 (<0,001) 0,26 (0,61) 0,09 (0,98) Cường độ quang hợp 4 16,39 (<0,001) 2,13 (0,16) 1,35 (0,29) Diệp lục a 4 22,08 (<0,001) 19,81 (<0,001) 2,80 (0,05) Diệp lục b 4 0,98 (0,44) 1,44 (0,24) 0,58 (0,68) Diệp lục a/b 4 1,64 (0,2) 0,78 (0,39) 0,65 (0,64) Số nhánh 4 6,72 (0,001) 1,97 (0,18) 0,67 (0,62) Chiều dài bông 4 43,22 (<0,001) 20,64 (<0,001) 5,96 (<0,001) Số bông/m2 4 26,74 (<0,001) 20,30 (<0,001) 6,47 (<0,001) Số hạt/bông 4 49,70 (<0,001) 51,06 (<0,001) 6,41 (<0,001) Số hạt chắc/bông 4 73,42 (<0,001) 3,98 (0,06) 8,11 (<0,001) Khối lượng 1000 hạt 4 26,75 (<0,001) 14,92 (<0,001) 5,36 (<0,001) Năng suất lý thuyết 4 9,35 (<0,001) 0,13 (0,72) 2,29 (0,1) Năng suất thực thu 4 3,93 (0,02) 4,42 (0,04) 2,56 (0,07)

3.2.2. Phân tích mối liên quan giữa năng suất và các chỉ tiêu

nông sinh học Mô hình tối ưu chúng tôi đề xuất trong nghiên cứu này là

(Bảng 3.6) Năng suất lúa = 47,77 + 1,63 * diệp lục a/b – 0,45 * diện tích lá đòng +

0,08 * số hạt/bông

Dựa vào kết quả phân tích cho thấy các yếu tố sinh học như tỷ lệ diệp lục a/b, diện tích lá đòng và số hạt của bông lúa ảnh hưởng đến 27% năng suất lúa ở mức ý nghĩa P = 0,03. Bảng 3.6. Mô hình các yếu tố sinh học ảnh hưởng đến năng suất

Stt Mô hình AIC-Mối quan

hệ tối ưu 1 Năng suất ~ Diện tích lá + cường độ quang hợp + diệp lục la +

diệp lục b + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + số nhánh + dài bông + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông

71,54

2 Năng suất ~ Diện tích lá + cường độ quang hợp + diệp lục la + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + số nhánh + dài bông + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông

69,91

3 Năng suất ~ diện tích lá + cường độ quang hợp + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + số nhánh + dài bông + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông

67,74

4 Năng suất ~ diện tích lá + cường độ quang hợp + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + dài bông + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông

66,26

5 Năng suất ~ cường độ quang hợp + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + dài bông + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông 65,04

6 Năng suất ~ cường độ quang hợp + diệp lục a/b + diện tích lá đòng + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông 64,60

7 Năng suất ~ diệp lục a/b + diện tích lá đòng + bông/cây + bông/m2 + số hạt/bông 63,40

8 Năng suất ~ diệp lục a/b + diện tích lá đòng + bông/cây + số hạt/bông 61,72

9 Năng suất ~ diệp lục a/b + diện tích lá đòng + số hạt/bông Hệ số: (Intercept) Chlab. Area-flagleaf Grain/spikelet 47,77 1,63 -0,45 0,08 R2 = 0,27 P-value = 0,03 Mô hình tối ưu: Năng suất = 47,77 + 1,63 * diệp lục a/b – 0,45 * diện tích lá đòng + 0,08 * số hạt/bông

60,59

3.3. Chất lượng hạt gạo của các giống lúa 3.3.1. Hàm lượng protein Hàm lượng protein từ 7,9-10,6% (Hè Thu), vụ Đông Xuân

hàm lượng protein thay đổi từ 7,8-10,6%. Kết quả phân tích ANOVA hai yếu tố cho thấy hàm lượng protein trong mỗi giống lúa được quy định bởi yếu tố di truyền.

3.3.2. Hàm lượng tinh bột

Hàm lượng tinh bột bột trong hạt gạo của các giống nghiên cứu dao động từ 65,7-73,0% (Vụ Hè Thu) và từ 65,5-74,6% (Đông Xuân).

3.3.3. Hàm lượng amylose Vụ Hè Thu khoảng dao động là 2,0-26,8%, cao nhất là giống

Khang Dân, thấp nhất là giống IRRI 352. Vụ Đông Xuân từ 2,1-27,0%. Như vậy, qua cả hai vụ mùa giống IRRI 352 thuộc nhóm gạo nếp có hàm lượng amylose thấp nhất, các giống lúa còn lại thuộc nhóm gạo tẻ.

3.3.4. Hàm lượng lipid Kết quả xác định hàm lượng lipid trong các mẫu nghiên cứu vụ

Hè Thu dao động từ 1,9-2,1% và vụ Đông Xuân từ 1,9-2,2% (Bảng 3.7). Hầu hết các giống lúa đều có hàm lượng lipid không thay đổi giữa hai mùa vụ.

3.3.5. Độ trở hồ và độ trải gel Giống lúa IRRI 352 (hạt phồng lên rìa rộng và rõ) có độ trở hồ

thuộc cấp 4. BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều có độ trở hồ cấp 3 (hạt phồng lên rìa hẹp không rõ).

Hình 3.4. Chiều dài gel của các

giống lúa

Độ trải gel có sự sai khác khá lớn ở các giống lúa nghiên cứu ở vụ Hè Thu chiều dài gel đo được từ 28,7-93,6 mm. Giống Khang Dân là giống có độ trải gel thấp nhất 28,67 mm, giống lúa IRRI 352 có chiều dài gel đo được dài nhất 93,6 mm. Chiều dài gel của các giống lúa trong vụ Đông Xuân đo được từ 25,3-91,9 mm.

3.3.6. Hình dạng và độ bạc bụng của hạt Hạt gạo các giống lúa tẻ Khang Dân, BG 367-2, Sài Đường

Kiến An và Lốc Nước cho thấy có độ bạc bụng thuộc cấp độ 1 (vùng bạc bụng ít hơn 10% ở trong hạt gạo); hạt gạo giống Lốc Nước có cấp độ bạc bụng 5 (vùng bạc bụng 11-20%). Giống nếp IRRI 352 có hình dạng hạt mập, tròn, tỷ lệ dài/rộng của hạt gạo là 1,97. Các giống lúa tẻ còn lại đều có hình dạng hạt thon mức trung bình.

Bảng 3.7. Chỉ tiêu chất lượng gạo của các giống lúa Giống

Protein (%) Tinh bột (%) Amylose (%) Lipid (%) Độ trải gel (cm)

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 7,9A±0,0 7,8A±0,1 67,4±1,0 68,7A±0,8 26,8A±0,7 27,0A±0,1 2,0±0,2 2,2A±0,0 28,7A±0,7 25,3A±0,3

L1 9,6B±0,2 9,8B±0,5 66,3±4,4 66,3A±1,8 2,0B±0,1 2,1B±0,0 2,1±0,2 2,1AB±0,1 93,6B±1,3 91,9B±1,3

L3 10,6C±0,0 10,6C±0,0 65,7±1,2 65,5A±3,7 23,6C±1,6 23,7C±0,3 2,0±0,2 1,9B±0,1 43,8C±1,0 42,8C±0,5

L25 9,6B±0,0 9,7B±0,2 65,9±4,9 66,5A±1,3 22,7C±1,9 22,8D±0,2 2,0±0,3 2,1AB±0,0 50,2D±0,6 49,7D±0,5

L27 10,1D±0,1 10,0BC±0,2 73,0±2,0 74,6B±0,4 23,4C±0,3 23,7C±0,0 1,9a±0,2 2,2Ab±0,0 42,8C±0,8 42,1C±0,3

Bảng 3.8. Ảnh hưởng của giống và mùa vụ đối với chỉ tiêu

chất lượng hạt gạo

Chỉ tiêu Giá trị F và (giá trị P)

Df Giống Mùa vụ Giống*Mùa vụ Protein (%) 4 150,41 (<0,001) 0,13 (0,72) 0,63 (0,65) Tinh bột (%) 4 9,69 (<0,001) 0,51 (0,48) 0,13 (0,97) Amylose (%) 4 921,05 (<0,001) 0,25 (0,63) 0,23 (0,99)

Lipid (%) 4 0,65 (0,63) 4,32 (0,05) 1,19 (0,35) Chiều dài gel 4 5644,67 (<0,001) 24,53 (<0,001) 3,07 (0,04)

3.4. Đánh giá tính kháng rầy nâu của các giống lúa 3.4.1. Đánh giá tính kháng rầy trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng * Đánh giá tính kháng rầy trong nhà lưới +Theo phương pháp ống nghiệm: sau 5 ngày lây nhiễm các giống

lúa nghiên cứu đều kháng tốt với quần thể rầy nâu Thừa Thiên Huế (cấp gây hại từ 1,8-2,5), giống Khang Dân có biểu hiện kháng vừa (cấp gây hại là 4,5). Tuy nhiên, sau 7 ngày lây nhiễm Khang Dân ghi nhận cấp gây hại của rầy là 5,8 tương ứng với mức độ nhiễm rầy nâu thì các giống lúa nghiên cứu IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước vẫn biểu hiện kháng vừa với quần thể rầy nâu (cấp gây hại từ 3,7-4,3) .

+ Theo phương pháp hộp mạ: sau 5 ngày lây nhiễm các giống lúa nghiên cứu biểu hiện kháng rầy nâu (cấp gây hại 1,8-2,3), giống Khang Dân nhiễm vừa (cấp gây hại 5,2). Sau 7 ngày lây nhiễm các

giống BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước kháng vừa với rầy nâu thể hiện ở cấp gây hại từ 3,8-4,3; giống Khang Dân nhiễm rầy nâu (cấp gây hại 6,2); giống lúa IRRI 352 nhiễm vừa (cấp gây hại 4,7).

Qua kết quả thử nghiệm phản ứng với rầy nâu trong nhà lưới, chúng tôi nhận thấy các giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều kháng rầy nâu khá tốt, trong khi đó giống Khang Dân nhiễm với rầy nâu. Bảng 3.9. Cấp gây hại của rầy nâu trên các giống lúa nghiên cứu

Giống SLN 5 SLN 7

Ống nghiệm Hộp mạ Ống nghiệm Hộp mạ KD 4,5A 5,2A 5,8A 6,2A L1 2,5B 2,2B 4,2B 4,7B L3 2,2B 1,8B 4,3BC 4,3BC

L25 2,0B 2,3B 3,7CD 3,8CD L27 1,8C 1,8C 3,8D 3,8D KD 5,5D 7,3D 8,3E 9,0E

Bảng 3.10. Mức độ nhiễm rầy nâu của các giống lúa ngoài đồng ruộng

Đơn vị tính: con/m2

Giống 45 NSG 52 NSG 59 NSG 66 NSG 73 NSG 80 NSG

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 1,7A±0,1 0,0 22,4A±0,4 0,0 27,5Aa±0,5 3,6Ab±0,2 30,4Aa±1,4 35,6Ab±1,6 150,2Aa±2,2 65,4Ab±2,4 545,4Aa±15,4 52,8Ab±1,8

L1 2,7B±0,4 0,0 25,1B±0,9 0,0 46,1Ba±0,3 1,5Bb±0,0 56,3Ba±1,3 14,4Bb±0,4 278,6Ba±8,6 46,1Bb±1,1 524,7Aa±9,6 25,1Bb±1,9

L3 1,5A±0,0 0,0 16,5C±1,2 0,0 25,5Ca±0,5 1,0Cb±0,1 26,2Ca±2,0 12,5BCb±0,5 120,2Ca±5,2 50,2Bb±0,2 295,6Ba±5,6 27,6BCb±0,6

L25 1,9A±0,2 0,0 18,6D±0,6 0,0 36,3Da±0,3 2,6Db±0,1 39,4Da±0,4 9,7Db±0,7 112,4Ca±4,4 25,5Cb±2,5 186,3Ca±3,3 16,5Db±2,5

L27 2,1A±0,2 0,0 18,2CD±0,2 0,0 27,4Aa±0,4 1,7Bb±0,2 31,3Aa±1,3 10,3CDb±0,3 109,1Ca±9,1 27,5Cb±1,5 163,0Ca±3,0 22,4Cb±1,4

Bảng 3.10. Mức độ nhiễm rầy nâu của các giống lúa ngoài đồng ruộng (tiếp tục)

Đơn vị tính: con/m2

Giống 87 NSG 94 NSG 101 NSG 108 NSG 115 NSG 122 NSG 129 NSG

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 170,3Aa±10,3 42,5Ab±2,5 48,2A±1,2 50,4A±1,4 10,5Aa±0,5 300,4Ab±16,4 0,0 498,8A±28,8 0,0 204,4A±14,4 0,0 32,4A±2,4 0,0 13,6A±0,6

L1 193,6Ba±6,6 34,1Bb±1,1 57,4Ba±1,4 76,1Bb±1,1 7,5Ba±1,0 218,2Bb±18,2 0,0 345,6B±9,6 0,0 293,6B±11,4 0,0 20,2B±1,2 0,0 9,6B±0,6

L3 70,2Ca±0,2 30,1Bb±0,1 43,9A±6,1 47,3A±0,3 1,2Ca±0,1 216,2Bb±17,9 0,0 184,2C±4,2 0,0 121,3C±1,7 0,0 10,5C±0,5 0,0 3,5C±0,3

L25 73,9Ca±1,9 25,4Cb±2,4 58,2Ba±1,8 26,0Cb±2,0 4,5Da±0,5 120,2Cb±4,8 0,0 124,7D±3,7 0,0 72,8D±2,8 0,0 8,5C±1,5 0,0 3,6C±0,2

L27 94,0Da±1,0 12,0Db±1,0 46,2Aa±1,2 30,4Db±1,4 5,4Da±0,4 150,2Cb±2,2 0,0 245,4E±5,4 0,0 110,3E±3,3 0,0 12,5D±0,5 0,0 6,7D±0,7

Mật độ rầy nâu bắt đầu xuất hiện ở giai đoạn lúa đẻ nhánh. Đến giai đoạn lúa làm đòng thì mật độ rầy tăng vọt với số lượng rầy dao động từ 109,1 con/m2 (giống Lốc Nước) đến 278,6 con/m2

(giống IRRI 352). Đến giai đoạn lúa trổ thì mật độ rầy nâu đạt cực đại ở tất cả các giống lúa, trong đó giống Khang Dân có mật độ cao nhất 545,4 con/m2. Các giống lúa còn lại có mật độ rầy thấp hơn so với giống Khang Dân (Hình 3.5).

Hình 3.5. Biểu đồ diễn biến mật độ rầy nâu trên các giống lúa vụ

Hè Thu

Vụ Đông Xuân (từ tháng 1-tháng 5) rầy nâu bắt đầu xuất hiện vào thời điểm 60 ngày sau gieo.Từ đầu tháng 4 đến tháng 5, thì lượng rầy xuất hiện nhiều ở các giống lúa nghiên cứu và tăng dần mật độ. Mật độ rầy/m2 tiếp tục tăng từ tháng giữa tháng 3-giai đoạn lúa làm đòng và đạt mật độ cao nhất ở giai đoạn trỗ rộ. Mật độ rầy/m2 cao nhất ở giống Khang Dân ở giai đoạn lúa trổ rộ (498,8 con/m2).

Hình 3.6. Biểu đồ diễn biến mật độ rầy nâu trên các giống lúa vụ Đông

Xuân Chúng tôi nhận thấy có sự tương đối đồng nhất giữa kết quả lây

nhiễm nhân tạo trong phòng thí nghiệm và mật độ rầy nâu ngoài đồng ruộng của các giống. Các giống BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có biểu hiện kháng trong phòng thí nghiệm thì mật độ rầy nâu trên đồng ruộng cũng thấp hơn so với các giống khác.

Bảng 3.11. Ảnh hưởng của giống và mùa vụ đối với khả năng kháng rầy

Chỉ tiêu Giá trị F và (giá trị P)

Df Giống Mùa vụ Giống*Mùa vụ SLN 5 (ống nghiệm) 4 207,47 (<0,001) 0,14 (0,71) 1,39 (0,25) SLN 7 (ống nghiệm) 4 67,90 (<0,001) 0,83 (0,37) 0,20 (0,94) Số rầy/cây (45 NSG) 4 10,21 (<0,001) 1007,1 (<0,001) 10,21 (<0,001) Số rầy/cây (52 NSG) 4 65,24 (<0,001) 10834,8 (<0,001) 65,24 (<0,001) Số rầy/cây (59 NSG) 4 1111,0 (<0,001) 69437,3 (<0,001) 1157,7 (<0,001) Số rầy/cây (66 NSG) 4 238,98 (<0,001) 2328,95 (<0,001) 356,63 (<0,001) Số rầy/cây (73 NSG) 4 409,56 (<0,001) 4130,77 (<0,001) 310,61 (<0,001) Số rầy/cây (80 NSG) 4 1402,6 (<0,001) 18631,6 (<0,001) 1126,9 (<0,001) Số rầy/cây (87 NSG) 4 376,01 (<0,001) 3722,37 (<0,001) 233,57 (<0,001) Số rầy/cây (94 NSG) 4 136,04 (<0,001) 31,47 (<0,001) 107,84 (<0,001) Số rầy/cây (101 NSG) 4 81,31 (<0,001) 299,88 (<0,001) 72,68 (<0,001) Số rầy/cây (108 NSG) 4 330,86 (<0,001) 5973,36 (<0,001) 330,86 (<0,001) Số rầy/cây (115 NSG) 4 329,66 (<0,001) 5409,93 (<0,001) 329,66 (<0,001) Số rầy/cây (122 NSG) 4 147,18 (<0,001) 2177,61 (<0,001) 147,18 (<0,001) Số rầy/cây (129 NSG) 4 200,22 (<0,001) 2997,63 (<0,001) 200,22 (<0,001)

* Phân tích mối liên hệ giữa thời điểm nhiễm rầy nâu với năng suất lúa

Mô hình mà chúng tôi đề xuất trong nghiên cứu này là: Năng suất = 58,07 – 3,69 * 45d + 0,18 * 66d – 0,06 * 73d +

0,01 * 80d + 0,05 * 87d – 0,04 * 108d + 1,05 * 129d Dựa vào kết quả phân tích cho thấy các mốc thời gian nhiễm

bệnh tính từ sau khi gieo 45 ngày, 66 ngày, 73 ngày, 80 ngày, 87 ngày, 108 ngày và 129 ngày ảnh hưởng đến 62% năng suất lúa ở mức ý nghĩa P = 0,0015.

Bảng 3.11. Mô hình tối ưu ảnh hưởng của thời gian nhiễm bệnh năng suất lúa

Stt Mô hình AIC-Mối quan hệ tối ưu

1 Năng suất ~ 45NSG + 52NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 115NSG + 122NSG + 129NSG

56,35

2 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 115NSG + 122NSG + 129NSG

54,39

3 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 122NSG + 129NSG

52,84

4 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 129NSG

51,57

5 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 101NSG + 108NSG + 129NSG

51,45

6 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 108NSG + 129NSG

51,68

7 Năng suất ~ 45NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 108NSG + 129NSG

49,26

Hệ số: (Intercept) 45d 66d 73d 80d 87d 58,07 -3,69 0,18 -0,06 0,01 0,05 R2 = 0,62 p-value = 0,0015 Mô hình tối ưu ảnh hưởng của thời gian nhiễm bệnh đến năng suất: Năng suất = 58,07 – 3,69 * 45d + 0,18 * 66d – 0,06 * 73d + 0,01 * 80d + 0,05 * 87d – 0,04 * 108d + 1,05 * 129d

3.4.2. Đặc điểm sinh học phân tử liên quan đến khả năng kháng rầy * Xác định gen kháng rầy nâu bph1

+ Phản ứng PCR

Khuếch đại PCR trên DNA tổng số của các giống lúa IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước với cặp mồi BpE18-3. Kết quả hình 3.7 cho thấy tất cả các giống lúa nghiên cứu đều xuất hiện băng DNA khuếch đại với kích thước khoảng 500 bp. Các băng DNA khá rõ chứng tỏ gen kháng rầy bph1 có mặt trong các giống sử dụng trong nghiên cứu này.

Hình 3.7. Kết quả điện di sản phẩm PCR với cặp mồi BpE18-3

SM: Chuẩn kích thước DNA (1kb DNA Ladder) + Trình tự nucleotide của chỉ thị phân tử liên kết với gen bph1

Hình 3.8. So sánh trình tự nucleotide của chỉ thị BpE18-3 với BpE18-3-L1

Ghi chú: BpE18-3 là trình tự nucleotide trên ngân hàng gen; BpE18-3-L1 là trình tự nucleotide của giống nghiên cứu

* Xác định gen kháng rầy nâu bph3

Khuếch đại PCR trên DNA tổng số của các giống lúa IRRI 352, BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước với cặp mồi RM589. Kết quả hình 3.9 cho thấy ngoại trừ giống IRRI 352, cả 3 giống lúa còn lại đều xuất hiện băng DNA khuếch đại với kích thước khoảng 200 bp. Các băng DNA khá rõ chứng tỏ gen kháng rầy bph1 có mặt trong các giống BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước.

Hình 3.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR với cặp mồi

RM589 * Trình tự nucleotide của chỉ thị phân tử liên kết với gen bph3

Trình tự nucleotide chỉ thị phân tử của giống lúa nghiên cứu được so sánh với trình tự tương ứng trên cơ sở dữ liệu của GenBank (http://gramene.org, internal marker accession: RM589). Kết quả so sánh cho thấy chúng tương đồng nhau 95% (Hình 3.10).

Hình 3.10. So sánh trình tự nucleotide của chỉ thị RM589 với RM589-L3

Ghi chú: RM589 là trình tự nucleotide trên ngân hàng gen; RM589-L3 là trình tự nucleotide của giống nghiên cứu

* Xác định gen kháng rầy nâu bph4

Hình 3.11 là kết quả điện di sản phẩm PCR của chỉ thị RM586 liên kết chặt với gen bph4. Giống L1 không có băng khuếch đại, các giống lúa L3, L25, L27 xuất hiện băng DNA ở kích thước khoảng 300 bp. Từ kết quả trên, chúng tôi nhận thấy giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có gen bph4.

Hình 3.11. Kết quả điện di sản phẩm PCR với cặp mồi RM586

* Trình tự nucleotide của chỉ thị phân tử liên kết với gen bph4

Trình tự nucleotide của giống Sài Đường Kiến An được so sánh với trình tự tương ứng trên cơ sở dữ liệu của GenBank (http://gramene.org, internal marker accession: RM586). Kết quả so sánh cho thấy chúng tương đồng nhau 97% (Hình 3.12).

Hình 3.12. So sánh trình tự nucleotide của chỉ thị RM586 với RM586-L25 Ghi chú: RM586 là trình tự nucleotide

trên ngân hàng gen; RM586-L25 là trình tự nucleotide của giống nghiên cứu

* Xác định gen kháng rầy nâu bph10 Gen bph10 liên kết với chỉ thị RFLP RG457 khoảng cách di

truyền 1,7 cM trên NST 12, giống lúa mang gen bph10 được ghi nhận là có khả năng kháng với rầy nâu biotype 2 và 3 [70].

Kết quả khuếch đại PCR với cặp mồi RG457L/L và kết quả cắt sản phẩm PCR bằng enzyme HinfI được thể hiện ở hình 3.13 và hình 3.14 cho thấy:

Tất cả các giống lúa đều có băng DNA với kích thước xấp xỉ khoảng 750 bp (Hình 3.13). Kết quả cắt sản phẩm khuếch đại DNA

bằng enzyme HinfI ở hình 3.14 cho thấy ba giống lúa IRRI 352, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có 2 băng (xấp xỉ 200 và 500 bp), trong khi đó giống BG 367-2 có 3 băng (kích thước xấp xỉ 300, 250 và 200 bp). Dựa vào kết quả thu được chúng tôi có thể kết luận BG 367-2 là giống lúa có mang gen bph10.

Hình 3.13. Kết quả điện di sản

phẩm PCR với cặp mồi RG457FL/RL

Hình 3.14. Kết quả điện di sản phẩm PCR được cắt bằng

enzyme HinfI * Xác định gen kháng rầy nâu bph14 + Khuếch đại gen bph14 Kết quả PCR với cặp mồi M1, các giống BG 367-2, Sài Đường

Kiến An và Lốc Nước có băng DNA khuếch đại với kích thước khoảng 1500 bp, giống IRRI 352 không có băng DNA. Kích thước này tương đồng với kích thước của sản phẩm PCR dự kiến khi thiết kế cặp mồi M1 (Hình 3.15 A).

Trong khi đó, phản ứng PCR với cặp mồi M2 cho kết quả thể hiện ở hình 3.15 B: giống Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có băng DNA được khuếch đại với kích thước khoảng 1500 bp, xấp xỉ với kích thước dự kiến. Hai giống IRRI 352 và BG 367-2 không xuất hiện băng.

Kết quả PCR với cặp mồi M3 cho kết quả ở hình 3.15 C, băng khuếch đại có kích thước 1000 bp xuất hiện ở cả 4 giống lúa nghiên cứu. Các băng DNA khá rõ chứng tỏ tính đặc hiệu cao của mồi.

Kết quả PCR với cặp mồi M4 cho băng khuếch đại ở 3 giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước với kích thước khoảng 1000 bp. Còn giống IRRI 352 không có băng khuếch đại với cặp mồi này (Hình 3.15 D).

Như vậy, qua phân tích hình ảnh điện di cho thấy trong 4 giống lúa nghiên cứu, giống lúa Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có băng khuếch đại của cả 4 đoạn DNA. Với kết quả trên chúng tôi nhận định

sơ bộ là hai giống lúa này có thể tồn tại đoạn DNA có trình tự tương đồng với vùng cds của gen bph14.

A. Kết quả điện di sản phẩm

PCR với cặp mồi M1 B. Kết quả điện di sản phẩm PCR với

cặp mồi M2

C. Kết quả điện di sản phẩm

PCR với cặp mồi M3 D. Kết quả điện di sản phẩm PCR với

cặp mồi M4 Hình 3.15. Kết quả điện di sản phẩm PCR với 4 cặp mồi M1-M4

+ Tạo dòng và phân tích trình tự gen bph14 Nối các sản phẩm PCR chúng tôi thu được chiều dài đầy đủ

của đoạn DNA (4714 bp) và đặt tên là gen bph14-25 (Hình 3.23).

Hình 3.16. Chiều dài gen bph14-25

+ So sánh trình tự nucleotide của gen bph14-25 và bph14 Kết quả giải trình tự của mẫu nghiên cứu được so sánh với trình tự

tương ứng trên cơ sở dữ liệu của GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov, accession number: FJ941067.1) cho thấy chúng tương đồng nhau 90%. Từ kết quả này ta có thể khẳng định giống lúa Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có gen bph14.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

1. Kết luận 1. Các giống lúa nghiên cứu có các đặc điểm hình thái-sinh lý khá

phù hợp với nhiều vùng trồng lúa như: thời gian sinh trưởng-phát triển vụ Hè Thu (94 đến 97 ngày), vụ Đông Xuân (126-137 ngày); tỷ lệ nảy mầm cao (>95%); chiều cao cây thuộc nhóm bán lùn (<110 cm); số bông/m2 nhiều, tỷ lệ hạt chắc cao dẫn đến năng suất thực thu thuộc loại khá (56,9-63,8 tạ/ha trong vụ Hè Thu và 55,3-58,7 tạ/ha trong vụ Đông Xuân). Kết quả phân tích ANOVA-hai yếu tố cho thấy các chỉ tiêu sinh lý của cây lúa không chỉ chịu ảnh hưởng của yếu tố di truyền của từng giống mà còn phụ thuộc từng mùa vụ gieo trồng. Kết quả phân tích mối liên quan giữa năng suất và các chỉ tiêu sinh lý cho thấy các thông số như hàm lượng diệp lục a/b, diện tích lá đòng và số hạt/bông là gây ảnh hưởng đến 27% năng suất của lúa với P = 0.03.

2. Kết luận về chất lượng gạo: chất lượng hạt gạo của các giống lúa được quyết định bởi yếu tố di truyền của giống, không sai khác nhiều giữa hai mùa vụ, hàm lượng chất dinh dưỡng cao; trừ giống IRRI 352 là giống lúa nếp thì 3 giống BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước có độ dẻo và mềm cơm thuộc nhóm trung bình, là nhóm chất lượng gạo cơm được ưa chuộng hiện nay. Trong đó giống Sài Đường Kiến An hình dạng hạt thon, dài mức trung bình, độ bạc bụng thấp.

3. Kết luận về phản ứng kháng rầy nâu: Kết quả đánh giá tính kháng rầy nâu trong nhà lưới và theo dõi mật độ rầy nâu ngoài đồng ruộng cho thấy các giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều

bph14-25

có biểu hiện kháng tốt với quần thể rầy nâu Thừa Thiên Huế, giống Khang Dân nhiễm rầy nâu. Kết quả phân tích mối liên quan giữa năng suất và thời gian nhiễm rầy cho thấy thời điểm tính từ sau khi gieo 45 ngày, 66 ngày, 73 ngày, 80 ngày, 87 ngày, 108 ngày và 129 ngày ảnh hưởng đến 62% năng suất lúa ở mức ý nghĩa P = 0,0015.

4. Kết luận về gen kháng rầy nâu: giống IRRI 352 có mang gen bph1; giống BG 367-2 có gen bph1, bph3, bph4 và bph10 ; giống Sài Đường Kiến An có gen bph1, bph3, bph4 và bph14; giống Lốc Nước có mang gen bph1, bph3, bph4 và bph14. Như vậy, ba giống lúa BG 367-2, Sài Đường Kiến An và Lốc Nước đều là giống mang đa gen kháng rầy nâu, đây là những giống lúa thể hiện khả năng kháng bền vững.

2. Đề nghị - Trồng khảo nghiệm các giống lúa ở diện rộng trên một số

vùng chuyên trồng lúa khác nhau thuộc địa bàn Thừa Thiên Huế, tiếp tục theo dõi tính ổn định về khả năng kháng rầy, năng suất và phẩm chất gạo, làm cơ sở khoa học cho việc sử dụng các giống lúa được tuyển chọn thay thế dần cho các giống địa phương đã bị thoái hóa.

- Tiếp tục triển khai nghiên cứu các gen kháng và xây dựng hoàn chỉnh qui trình xác định các gen kháng rầy nâu khác trong bộ gen kháng rầy nâu ở các giống đã tuyển chọn từ đó đưa ra phương pháp kiểm tra nhanh sự có mặt của gen kháng ở các giống lúa trước khi đưa ra trồng ngoài thực địa.

NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Hoàng Thị Kim Hồng, Phạm Thị Thanh Mai, Đặng Minh Đức, Trần Đăng Hòa (2010), “Nghiên cứu đặc điểm hình thái và sinh trưởng của một số giống lúa chuẩn mang gen kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens S.) tại Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Công nghệ Sinh học 8(3A): 611-618.

2. Phạm Thị Thanh Mai, Hoàng Thị Kim Hồng, Đoàn Thị Tám (2010), “Đặc điểm sinh trưởng và chất lượng gạo của một số giống lúa kháng rầy nâu trồng ở Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Công nghệ Sinh học 8(3B): 1311-1318.

3. Hoàng Thị Kim Hồng, Nguyễn Đình Cường, Phạm Thị Thanh Mai, (2011), “Đánh giá phẩm chất gạo của một số giống lúa kháng rầy nâu trồng ở Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, 64: 33-43.

4. Pham Thi Thanh Mai and Hoang Thi Kim Hong (2012), “Bph14 gene determining brown-planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance in rice varieties (Oryza sativa L.)”, Annal of Biological Research 3(3): 1424-1433.

5. Phạm Thị Thanh Mai, Hoàng Thị Kim Hồng, Nguyễn Thị Như Ý (2012), “Xác định sự hiện diện của gen kháng rầy nâu (Nilarpavata lugens Stal) ở một số giống lúa (Oryza sativa L.)”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, 75A(6): 83-90.

6. Phạm Thị Thanh Mai, Hoàng Thị Kim Hồng, Võ Thị Mai Hương (2012), “Đặc điểm sinh lý, hóa sinh và phân tử của giống lúa Sài Đường Kiến An trồng ở Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Công nghệ sinh học, 4A(10): 851-858.

.7. Phạm Thị Thanh Mai, Hoàng Thị Kim Hồng, Nguyễn Đình Cường, Võ Thị Mai Hương (2012), “Nghiên cứu đặc điểm sinh trưởng, năng suất và khả năng kháng rầy nâu của một số giống lúa trồng tại Thừa Thiên Huế”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, 75A(6): 91-100.

8. Pham Thi Thanh Mai, Hoang Thi Kim Hong (2016), “Identify of markers linked with brown-planthopper (Nilaparvata Lugens Stal) resistance genes bph1, bph2 in rice varieties (Oryza Sativa L.), Journal of Biotechnology, 14(1A): 291-297.

HUE UNIVERSITY

HUE UNIVERSITY OF SCIENCES

PHAM THI THANH MAI

STUDY ON RESISTANT CAPACITY TO BROWN PLANTHOPPER (NILARPAVATA LUGENS STAL) AND BIO-AGRICULTURAL CHARACTERISTICS OF THE

RICE VARIETIES GROWN IN THUA THIEN HUE

Major: PLANT PHYSIOLOGY

Code: 62 42 01 12

SUMMARY OF DOCTORAL THESIS IN PLANT

PHYSIOLOGY

HUE, 2016

AUTHOR'S PUBLICATIONS

1. Hoang Thi Kim Hong, Pham Thi Thanh Mai, Dang Minh Duc, Tran Dang Hoa (2010), “Study on morphological and growing characteristics of brown planthopper (Nilaparvata lugens S.) standard gene resistant rice varieties in Thua Thien Hue”, Journal of Biotechnology 8(3A): 611-618.

2. Pham Thi Thanh Mai, Hoang Thi Kim Hong, Doan Thi Tam (2010), “Growth characteristics and grain qualities of the brown planthopper (BPH) resistant rice varieties in Thua Thien Hue”, Journal of Biotechnology 8(3B): 1311-1318.

3. Hoang Thi Kim Hong, Nguyen Dinh Cuong, Pham Thi Thanh Mai, (2011), “Evaluation on qualities of the brown planthopper (BPH) resistant rice varieties in Thua Thien Hue”, Journal of Science, Hue University 64: 33-43.

4. Pham Thi Thanh Mai and Hoang Thi Kim Hong (2012), “Bph14 gene determining brown-planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance in rice varieties (Oryza sativa L.)”, Annal of Biological Research 3(3): 1424-1433.

5. Pham Thi Thanh Mai, Hoang Thi Kim Hong, Nguyen Thi Nhu Y, “Determining gene brown-planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance in rice varieties (Oryza sativa L.), Journal of Science, Hue University 75A(6): 83-90..

6. Pham Thi Thanh Mai, Hoang Thi Kim Hong, Vo Thi Mai Huong (2012), “Physiological, biochemical and molecular characteristics of Sai Duong Kien An cultivated in Thua Thien Hue”, Journal of Biotechnology, 4A(10): 851-858.

7. Pham Thi Thanh Mai, Nguyen Dinh Cuong, Hoang Thi Kim Hong, Vo Thi Mai Huong (2012), “Study of growth characteristics, yield and brown planthopper (Nilaparvata lugens S.) resistant capacity of the rice varieties in Thua Thien Hue”, Journal of Science, Hue University 75A(6): 91-100.

8. Pham Thi Thanh Mai, Hoang Thi Kim Hong (2016), “Identify of markers linked with brown-planthopper (Nilaparvata Lugens Stal) resistance genes bph1, bph2 in rice varieties (Oryza Sativa L.), Journal of Biotechnology, 14(1A): 291-297.

INTRODUCTION

1. Problem statement Rice (Oryza sativa L.) is staple food for over half of world

population. It is the most important food grain in the diets of Asians. In Vietnam, rice is not only the staple food but also rice foreign currency. Brown planthopper (BPH) has become a major destructive insect and caused seriously loss in rice production. Development of resistant rice cultivars is considered the most economic effective and environment-friendly measure for controlling this insect.

Nowadays, most of the rice cultivars of Thua Thien Hue are susceptible varieties to BPH populations. So that, the rice varieties from other regions to cultivate in Thua Thien Hue to determine their growth characteristics and yield. Simultaneously, we also conducted BPH artificial infection to initially assess their adaptation to conditions in local planting and their resistant capacity to BHP populations of Thua Thien Hue. BPH resistant rice breeding selection based on DNA markers may be more reliable due to the influence of environmental factors on field trials. According to the concept of DNA marker-assisted selection, the target genes can be identified in a segregating population at any plant growth stagebased on linked molecular marker. Furthermore, the rice varieties good quality and nutrition so they could be selected for further studied to supply the BPH resistant rice varieties with good quality to cultivate in Thua Thien Hue. These rice varieties are the important materials for the local breeding.

From theoritical and practical basis above, we choose the topic: “Study on resistant capacity to brown planthopper (Nilarpavata lugens Stal) and bio-agricultural characteristics of the rice varieties grown in Thua Thien Hue”.

2. Research objectives In this study, we used the BPH resistant rice varieties supplied

by the Plant Resources Center, Science Institute of Agronomy, Hanoi. The rice varieties were cultivated in Thua Thien Hue. They were evaluated resistant capacity and agricultural and biological characteristics. We propose the good rice varieties to local from the research results of this thesis.

3. Theoritical and practical meanings of the thesis 3.1. Theoritical meanings The research results of this thesis will provide scientific

evidence for the local breeding in the future. 3.2. Pactical meanings Supply the BPH resistant rice varieties with high yield

and good quality to culrivate in Thua Thien Hue and localities with similar ecological characteristics.

4. Contribution of the thesis We used multiple linear regression methods to analyze the

correlation of ecological characteristics and yields, yields and resistant capacity.

In this study, we determined bph1, bph2, bph3, bph4, bph10, bph14 genes in three rice varieties BG 367-2, Sai Duong Kien An, Loc Nuoc. Among the tested varieties, Sai Duong Kien An has good quality and nutrition, grew well, developed and moderately resisted the BHP populations in Thua Thien Hue. Transfer is a rice varieties were selected for testing farmers on a large scale in An Dong commune, Hue City.

5. Structure of the thesis This thesis is consisted of the introduction, overview,

materials and methods, results and discussion, conclusions, recommendations, author's publication , reference and appendix. The thesis includes 116 pages , 12 tables, 16 figures and 107 reference.

CONTENTS OF THE THESIS

Chapter 1. OVERVIEW ON TOPIC-RELATED STUDIES 1.1. Rice overview Oryza sativa L. contains two major subspecies: the sticky,

short-grained japonica or sinica variety, and the nonsticky, long-grained indica variety.

At maturity, the rice plant has a main stem and several tillers. Each productive tiller bears a terminal flowering head or panicle. The leaf blade is narrow, flat, and longer than the sheath in all leaves except the second. The major elements of a panicle are the base, axis, primary and secondary branches, pedicel, rudimentary glumes, and spikelet. The rice grain, commonly called a seed, consists of the true

fruit or brown rice (caryopsis) and the hull, which encloses the brown rice. Brown rice is largely composed of embryo and endosperm.

1.2. Growth and development of the rice plant 1.2.1 Growth and development stages of the rice plant During this period 90- 180 ngày, rice completes basically two

distinct sequential growth stages: vegetative and reproductive. The reproductive stage is subdivided into preheading and postheading periods. The latter is better known as the ripening period. Yield capacity, or the potential size of crop yield, is primarily determined during preheading. Ultimate yield, which is based on the amount of starch that fills spikelets, is largely determined during postheading. Hence, agronomically, it is convenient to regard the life history of rice in terms of three growth stages: vegetative, reproductive,and ripening. The vegetative stage refers to a period from germination to the initiation of panicle primordia; the reproductive stage, from panicle primordial initiation to heading; and the ripening period, from heading to maturity. A 120-day variety, when planted in a tropical environment, spends about 60 days in the vegetative stage, 30 days in the reproductive stage, and 30 days in the ripening period.

1.2.2. Physiological activity of rice Physiological activity of rice: photosynthesis, nutritions, water

balance, resistance. The contribution of accumulated carbohydrate to grain carbohydrate ranges from 0 to 40% under most conditions. It follows that the photosynthesis during ripening contributes to grain carbohydrate by 60–100% under most conditions. The photosynthetic contribution by different plant parts to the grain difficult to assess because of technical problems-is affected by the potential photosynthetic activity, longevity of the tissue during ripening, and light environment in a crop canopy. This section will first summarize the physiological requirements for high rice yields based on crop photosynthesis, mineral nutrition, and yield components.

1.2.3. The components of grain yield The grain yield (t/ha) can be divided into several components:

spikelet number/m2, filled spikelets (%), and grain weight (g). Each of the yield components differs not only in the time when it is determined but in its contribution to the grain yield. Therefore, under given conditions it is important to examine the causes of yield

variation in components, particularly spikelet number per square meter and filledspikelet percentage.

1.2.4. The influence of ecological conditions on the growth and development of rice

Crop yields is affected by several climatic environment factors and land forms. Temperature, solar radiation, and rainfall influence rice yield by directly affecting the physiological processes involved in grain production, and indirectly through diseases and insects.

1.3. Morphological and biochemical characteristics of grain rice Grain quality of rice is determined by the factors such as grain

appearance, nutritional value, cooking and eating quality. Specialty rice is a term used to distinguish cultivars of rice that have unique properties like flavor, color, nutrition and chemical composition. The physicochemical characteristics include grain length (L), grain breadth (B), L/B ratio. The cooking qualities are amylose content (AC), alkali spreading value, water uptake, volume expansion ratio, the gelatinization temperature (GT) and gel consistency. Nutrition and chemical composition are protein (%) and lipid (%).

1.4. Brown planthopper (BPH) and BPH resistant capacity of rice

1.4.1. Brown planthopper overview The Brown planthopper (Nilaparvata lugens S.), is one of the most serious pests of rice. It damages the plants by sucking the sap, which leads to hopper burn and transmits grassy stunt, ragged stunt and wilted stunt virus diseases in rice, thereby causing severe yield loss.

1.4.2. BPH Biotype BPH populations on rice have been categorized in to four

biotypes. The population in the east and Southeast Asia is reported as biotype 1, while biotype 2 originated in Indonesia and Vietnam as dominant biotype. Biotype 3 was produced in the laboratory at the International Rice Research Institute IRRI and in Japan, whereas biotype 4 is found only in South Asia. BPH populations in Hue city is reported as biotype 1 and biotype 2.

1.4.3. Mechanisms of resistance Many researchers have shown that The BPH resistance rice

have an efficient and specific defense mechanism. Understanding mechanism of rice plants resistance to the BPH are nessesary. These knowledge will help the future success of resistance breeding

strategies and varietal deployment. Biomolecular techniques (genomic and proteomic analysis) indicated that BPH injury can affect the physiological and genetical characteristics of rice plants.

1.4.4. BPH resistance genes To date, 24 BPH resistance genes have been identified from

cultivated and wild rice at International Rice Research Institute (IRRI). was mapped on 6 chromosomes. BPH resistance genes: bph1, bph2, bph9, bph10, bph18, and bph21 were mapped on the long arm of chromosome 12. Bph12, bph15, bph17, bph20 were mapped on the short arm of chromosome 4. Bph11, bph14 were mapped on the long arm of chromosome 3. Bph13, bph19 were mapped on the short arm of chromosome 3.

1.5. Study on BPH resistance rice varieties in Việt Nam Each year CLRRI produced 10-20 rice varieties resistant to

BPH and these varieties are grown experimental or commercial cultivation of rice in the region of the Mekong Delta. In the central region, the BPH resistant varieties have yet to receive much attention.

Chapter 2. MATERIALS, TASKS AND METHODS 2.1. Materials

Four rice (Oryza sativa L.) varieties BG 367-2, Khau Dam Doi, Sai Duong Kien An, Loc Nuoc from Plant Resources Center (Science Institute of Agronomy, Hanoi, Viet Nam) were cultivated and studied in Thua Thien Hue province. Khang Dan is was used as reference control.

BHP populations in Thua Thien Hue 2.2. Research tasks

- The rice varieties were cultivated and studied in summer-autumn and winter-spring crops of Thua Thien Hue to determine their bioagricultural characteristics (growth duration, tillering, plant height, area-flagleaf, photosynthesisrate, yield components).

- Grain quality of rice is determined in summer-autumn and winter-spring crops by the factors such as the physicochemical characteristics include grain length (L), grain breadth (B), L/B ratio, amylose content (AC), alkali spreading value, water uptake, the gelatinization temperature (GT) and gel consistency. Nutrition and chemical composition are protein (%) and lipid (%).

- Evaluation for resistant capacity to BPH populations in summer-autumn and winter-spring crops of Thua Thien Hue.

- Biomolecular techniques to determine BPH resistance genes in rice varieties.

2.3. Research methods 2.3.1. The experiment desigh Each rice variety is an experimental formula and is arranged in

complete randomized block with three replications, each block has an area of 10 m2 (5 m x 2 m), the distance between the block is 30 cm.

2.3.2. Bioagricultural characteristics: are evaluated according to "10 TCN 558-2002" (Ministry of Agriculture and Rural Development, 2002) and "System evaluation for rice” (IRRI, 2002).

2.3.3. Grain quality evaluation: protein content (Bradford, 1976), glucose content (Lindsay, 1973), lipid content (Mùi, 2001), amylose content (Sadavisam và Manikam, 1992), gel consistency (Cagampang, 1973), alkali spreading value (Little et al, 1958), grain shape (IRRI, 2002).

2.3.4. Evaluation for resistant capacity to BPH populations - In greenhouse: Seedbox tests (Tanaka, 2000) - In fields: System evaluation for rice” (IRRI, 2002). - Molecular techniques: DNA isolation (Kang et al, 2003);

Identification of the presence of bph1 through STS marker BpE18-3 (Kim et al, 2005); the presence of bph3 through marker RM589 (R/F) (Jairin et al, 2007); the presence of bph4 through marker RM586 (R/F) (Jairin et al, 2007).

We used DNASIS to designed 4 primer pairs for 4 overlapping sequences in bph14 cds region (Accession: FJ941067.1) (Du, 2010).

PCR amplifications: 95oC-5 phút; 30 chu kỳ: 95oC-1 phút, 55oC đến 60oC-1 phút và 72oC-1 phút; 72oC-10 phút. Cloning and sequencing of PCR products: using Gel Purification AccuPrep® Kit (Bioneer, Korea) and cloned into pGEM®-T Easy vector. dideoxy-terminator on CEQ machine (Ver. 7.0.55). These nucleotide sequences were compared with corresponding regions in bph14 gene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov, accession number: FJ941067.1). 2.3.3. Statistical analysis

The experiments were repeated 3 times (n≥30). The data are average values and analysis ANOVA (one factor and two-factor), multiple linear regression methods analyzing with the software R.

Chapter 3. RESULTS AND DISCUSSION 3.1. Bioagricultural characteristics of rice varieties 3.1.1. Growth duration

C

D

A

B

Figure 3.2. Climatic environment in two crops summer-autumn (A, B) and winter-spring (C, D)

Table 3.1. Growth duration of rice varieties

Varieties

Tillering time Heading time FullHeading time Maturity time

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 38,7ABa±1,2 41,3Ab±1,2 68,3Aa±0,6 80,7Ab±0,6 77,3Aa±0,6 111,7Ab±2,9 96,3Aa±0,6 137,0Ab±1,7

L1 39,7Aa±0,6 27,0Cb±1,0 67,7ABa±0,6 71,7Bb±1,5 78,7Aa±1,5 104,7Bb±0,6 96,3Aa±0,6 137,3Ab±1,2

L3 37,7AB±0,6 36,3B±1,5 65,3Ba±0,6 79,3Ab±0,6 74,3Ba±0,6 105,3Bb±1,2 94,7Ba±0,6 135,3ABb±0,6

L25 37,3B±0,6 39,7AB±1,5 67,7ABa±1,2 86,3Cb±1,2 77,3Aa±0,6 103,3Bb±1,5 96,3Aa±0,6 132,3Bb±2,5

L27 39,0AB±1,0 41,3A±1,2 73,3Ca±1,5 84,3Cb±0,6 85,3Ca±0,6 94,0Cb±1,7 96,7Aa±0,6 126,0Cb±1,0

Note: A,B,C(statistical significance of varieties); a,b,c(statistical significance of seasons) (P<0,05)

Growth duration of rice varieties in summer-autumn crop (94-97 days), winter-spring crop (126-137 days) (Table 3.1).

3.1.2. Germination IRRI 352, BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc

varieties have good germinaton rate (> 95%) (Table 3.2). 3.1.3. Tillering Environmental factors can greatly influence the degree of

tillering bility. Tillering/plant were different between two crops. In

summer-autumn, tillering/plant ranged from 6,3 to 8,0, winter-spring crop ranged from 7,0-9,0. Acording to IRRI scores, the rice varieties at low group (score: 5-9).

3.1.4. Area-flagleaf The table 3.2 show that, the area-flagleaf significant differences

were observed for rice varieties. In summer-autumn, the area-flagleaf ranged from 20,2-31,4 m2, and from 19,9-30,7 m2 (winter-spring). Analyzing two-way ANOVA show that area-flagleaf of rice variety was dependent on genetic factors (Table 3.5).

3.1.5. Spikeletlength In rice varieties the spikeletlength found to ranged from 21,8-

24,9 cm (summer-autumn) and 21,5-24,3 cm (winter-spring). The study revealed that spikeletlength was dependent on genetic and environmental factors.

3.1.6. Plant height Among the rice varieties studied, the plant height ranged from

93-107 cm (summer-autumn), and 94,3-106,7 cm (winter-spring). During this investigation, the plant height were classified into semidwarf (<110 cm).

3.1.7. Chlorophyll content and photosynthesis The rice varieties had significant differences chlorophyll a

(Chla), ranged from 3,5-5,1 mg/g (summer-autumn). When compared to winter-spring crop, Chla found to be higher and ranged from 3,9-5,7 mg/g.

Photosynthesis was assessed through evaluation accumulated carbon content / 1 dm2 arealeaf /1 hour. The rice varieties Sai Duong Kien An showed highest among rice varieties (30,4 mgC/dm2/h), and lowest in Khang Dan (24,9 mgC/dm2/h).

Table 3.2. Growth characteristics of rice varieties

Varieties Germination (%) Tillering Area-flagleaf (cm2) Plant height (cm) Spikeletlength (cm)

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX KD 97,7±0,6 99,3±1,2 8,0±1,0 8,4AB±0,4 30,9A±4,6 29,7A±4,0 103,7A±7,4 104,3A±0,6 21,8A±0,3 22,2AB±0,4 L1 96,3±1,2 97,0±1,0 7,0±1,0 7,1A±0,2 31,2A±6,4 29,7A±1,9 93,0B±2,6 94,3B±1,2 24,3BC±0,4 23,3BC±0,8 L3 95,7±0,6 97,3±1,5 8,0±1,0 9,0B±1,0 31,4A±4,0 30,7A±0,6 95,3B±1,2 95,7BC±0,6 21,9A±0,2 21,5A±0,7

L25 97,0±1,0 97,7±1,5 6,3±0,6 7,0A±0,5 28,8A±2,7 29,5A±1,2 96,3B±1,5 96,7C±0,6 23,9B±0,3 21,8A±0,3 L27 96,7±2,1 97,7±1,5 7,7±0,6 7,4A±0,5 20,2B±2,3 19,9B±1,4 107,0A±1,0 106,7D±0,6 24,9C±0,5 24,3C±0,2

Table 3.3. Chlorophyll and photosynthesis of rice varieties

Varieties Photosynthesis (mgC/dm2/h)

Chl a (mg/g)

Chl b (mg/g)

Chl a/b

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX KD 24,9A±0,7 25,1±0,8 5,1Aa±0,1 5,7Ab±0,0 1,6±0,1 1,9±0,3 3,3±0,3 3,0±0,6 L1 27,2B±0,8 26,1±1,2 4,1Ba±0,1 5,0ABb±0,4 1,6±0,3 1,6±0,2 2,6±0,5 3,1±0,4 L3 25,4AB±0,8 25,7±1,0 3,9B±0,1 4,5B±0,7 1,7±0,3 1,8±0,3 2,3±0,3 2,6±0,8

L25 30,4C±0,9 28,5±2,2 3,5C±0,1 4,3B±0,5 1,5±0,1 1,6±0,3 2,3±0,3 2,8±1,0 L27 26,7AB±0,2 26,5±0,7 4,1Ba±0,1 3,9Bb±0,0 1,6±0,2 1,6±0,3 2,7±0,3 2,5±0,5

3.2. Grain yield 3.2.1. The components of grain yield In the same season, the number of Spikelet/m2 of different varieties

have differences, the number of Spikelet/m2 ranged from 293,0-346,9 (summer-autumn), and ranged from 294,0-361,0 Spikelet/m2 (winter-spring). This change is due to the effects of climatic environment. The number of Filled grain/Spikelet of rice varieties ranged from 87,2-110,7 (summer-autumn), and 86,4-111,5 (winter-spring). The rice varieties having the weight of 1.000 grains ranged from 20,6-25,5 g. Among of them, IRRI 352 had the highest weight (25,5 g).

The production of the rice varieties have been evaluated in two crops. In summer-autumn, the production ranged from 56,9-63,8 t/ha. In winter-spring, the production ranged from 55,3-58,7 t/ha. The different range of variety and season also affects the yeild.

Table 3.4. The components of grain yield

Table 3.4. The components of grain yield (cont)

Varieties Theoretical yield (tạ/ha) Actual yield (tạ/ha)

HT ĐX HT ĐX KD 79,0A±4,9 71,2A±3,2 63,8a±1,6 57,8ABb±1,3 L1 66,8B±3,2 68,3AB±2,0 58,3±4,5 56,3AB±1,2 L3 64,2B±1,3 66,3AB±1,2 57,0±3,7 55,3B±0,7

L25 69,2AB±6,8 71,4A±2,8 56,9±1,6 58,7A±1,6 L27 64,9B±3,3 64,5B±1,0 57,1±1,5 56,8AB±0,3

Varieties Spikelet/m2 Grain/Spikelet Filled grain/Spikelet P1000 grains (g)

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX KD 346,9Aa±4,6 361,0Ab±1,0 127,2Aa±1,5 110,5Ab±4,3 110,7Aa±7,3 97,5Ab±0,5 20,6A±0,4 20,2A±0,8 L1 297,4Ba±14,9 350,9ABb±9,4 103,0B±6,1 105,6AB±2,0 88,1B±1,2 86,4B±1,0 25,5Ba±0,8 22,5Bb±0,5 L3 321,6ABa±12,8 347,2Bb±4,4 106,3Ba±4,0 98,7Bb±1,7 90,3B±0,2 88,7B±1,2 22,1A±0,4 21,5AB±0,4

L25 293,0B±12,3 294,0C±1,0 125,7Ba±3,9 113,2Ab±3,9 106,1A±3,5 111,5C±3,2 22,2A±1,2 21,8B±0,3 L27 346,1A±23,2 342,5B±2,8 102,1Aa±5,4 86,3Cb±2,5 87,2B±2,5 87,7B±0,8 21,5A±0,5 21,5AB±0,6

Table 3.5. Interactions between variety and season effects on the significant changes of bioagricutural characteristics

Parameter F and (P value)

Df Variety Season Variety*Season Tillering time 4 40,53 (<0,001) 11,43 (<0,001) 55,07 (<0,001) Heading time 4 85,3 (<0,001) 1157,1 (<0,001) 45,63 (<0,001) FullHeading time 4 12,69 (<0,001) 2506,7 (<0,001) 77,31 (<0,001) Maturity time 4 21,83 (<0,001) 7731,0 (<0,001) 27,78 (<0,001) Germination 4 2,23 (0,10) 5,78 (0,03) 0,23 (0,93) Plant height 4 29,02 (<0,001) 0,24 (0.63) 0,08 (0,99) Area-flagleaf 4 10,98 (<0,001) 0,26 (0,61) 0,09 (0,98) Photosynthesis 4 16,39 (<0,001) 2,13 (0,16) 1,35 (0,29) Chl a 4 22,08 (<0,001) 19,81 (<0,001) 2,80 (0,05) Chl b 4 0,98 (0,44) 1,44 (0,24) 0,58 (0,68) Chl a/b 4 1,64 (0,2) 0,78 (0,39) 0,65 (0,64) Tillering 4 6,72 (0,001) 1,97 (0,18) 0,67 (0,62) Spikeletlength 4 43,22 (<0,001) 20,64 (<0,001) 5,96 (<0,001) Spikelet/m2 4 26,74 (<0,001) 20,30 (<0,001) 6,47 (<0,001) Grain/Spikelet 4 49,70 (<0,001) 51,06 (<0,001) 6,41 (<0,001) Filled grain/Spikelet 4 73,42 (<0,001) 3,98 (0,06) 8,11 (<0,001) P1000 grains 4 26,75 (<0,001) 14,92 (<0,001) 5,36 (<0,001) Theoretical yield 4 9,35 (<0,001) 0,13 (0,72) 2,29 (0,1) Actual yield 4 3,93 (0,02) 4,42 (0,04) 2,56 (0,07)

3.2.2. Analyze the correlation of bioagricultural characteristics

and yields Optimal Fomula (Table 3.6)

Production = 47,77 + 1,63 * Chla/b – 0,45 * Area-flagleaf + 0,08 * Grain/spikelet

The results show that bioagricultural characteristics: Chla/b, Area-flagleaf, Grain/spikelet impressed to 27% production with P = 0,03.

Table 3.6. The correlation of ecological characteristics and yields

Ordinal Fomula AIC 1 Production~ Area-leaf + Photosynthesis + Chla +

Chlb + Chlab + Area-flagleaf + Tillering + spikeletlength + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet

71,54

2 Production~ Area-leaf + Photosynthesis + Chla + Chlab + Area-flagleaf + Tillering + spikeletlength + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet

69,91

3 Production~ Area-leaf + Photosynthesis + Chlab + Area-flagleaf + Tillering + spikeletlength + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet

67,74

4 Production~ Area-leaf + Photosynthesis + Chlab + Area-flagleaf + spikeletlength + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet

66,26

5 Production~ Photosynthesis + Chlab + Area-flagleaf + spikeletlength + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet

65,04

6 Production~ Photosynthesis + Chlab + Area-flagleaf + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet 64,60

7 Production~ Chlab + Area-flagleaf + Spikelet/plant + Spikelet/m2 + Grain/spikelet 63,40

8 Production~ Chlab + Area-flagleaf + Grain/spikelet 61,72 9 Production~ Chlab + Area-flagleaf + Grain/spikelet

Hệ số: (Intercept) Chlab. Area-flagleaf Grain/spikelet 47,77 1,63 -0,45 0,08 R2 = 0,27 P-value = 0,03 Optimal Fomula: Production = 47,77 + 1,63 * Chla/b – 0,45 * Area-flagleaf + 0,08 * Grain/spikelet

60,59

3.3. Grain quality of rice varieties 3.3.1. Protein content

Protein ranged from 7,9 to 10,6% (summer-autumn crop). In winter-spring crop, protein content of rice varieties ranged from 7,8-10,6%. The result of two-way ANOVA show that protein content of rice variety was dependent on genetic factors.

3.3.2. Starch content Starch content of rice grain ranged from 65,7 to 73,0%

(summer-autumn crop) and from 65,5 to 74,6% (winter-spring crop). 3.3.3. Amylose content Amylose content of varieties ranged from 2,0 to 26,8%

(summer-autumn crop), Khang Dan had the highest amylose percentag, IRRI 352 variety had the lowest amylose content. In winter-spring crop, amylose content of varieties ranged from 2,1-27,0%. IRRI 352 is sticky rice with the lowest amylose content.

3.3.4. Lipid content In summer-autumn crop, samples had lipid content from 1,9-

2,1% and from 1,9-2,2% (winter-spring) (Table 3.7). Lipid content in varieties had no change between two crops.

3.3.5. Alkali spreading value and gel consistency IRRI 352 variety had score 4 for spreading (swollen with collar

complete and wide). BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc had score 3 (Swollen with collar incomplete or narrow).

Table 3.4. Gel consistency of rice

samples

In summer-autumn crop, among the rice varieties, the length of the blue gel was highest in IRRI 352 (93,6 mm) and lowest in Khang Dan (28,7 mm). In winter-spring crop ranged from 25,3- 91,9 mm.

3.3.6. Grain shape and chalkiness Chalkiness in endosperm was classified into white belly, white

centre and white back based on the position and orientation of

chalkiness. The Khang Dan, BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc varieties having low amount of chalkiness is consider as good quality grains in comparison with chalky once which decrease the rice grain quality (scale 1: less than 10%); Loc Nuoc had medium amount of chalkiness (scale 5: 11-20%). Among the rice varieties studied, the IRRI 352 recorded the lowest L/B ratio and belongs to short bold. The grain size and shape of other rice varieties is varieties as medium slender grains.

Table 3.7. Grain quality of rice varieties Varieties

Protein (%) Tinh bột (%) Amylose (%) Lipid (%) Gel consistency (cm)

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 7,9A±0,0 7,8A±0,1 67,4±1,0 68,7A±0,8 26,8A±0,7 27,0A±0,1 2,0±0,2 2,2A±0,0 28,7A±0,7 25,3A±0,3

L1 9,6B±0,2 9,8B±0,5 66,3±4,4 66,3A±1,8 2,0B±0,1 2,1B±0,0 2,1±0,2 2,1AB±0,1 93,6B±1,3 91,9B±1,3

L3 10,6C±0,0 10,6C±0,0 65,7±1,2 65,5A±3,7 23,6C±1,6 23,7C±0,3 2,0±0,2 1,9B±0,1 43,8C±1,0 42,8C±0,5

L25 9,6B±0,0 9,7B±0,2 65,9±4,9 66,5A±1,3 22,7C±1,9 22,8D±0,2 2,0±0,3 2,1AB±0,0 50,2D±0,6 49,7D±0,5

L27 10,1D±0,1 10,0BC±0,2 73,0±2,0 74,6B±0,4 23,4C±0,3 23,7C±0,0 1,9a±0,2 2,2Ab±0,0 42,8C±0,8 42,1C±0,3

Table 3.8. Interactions between variety and season effects on the significant changes of grain quality

Parameter F and (P value) Df Variety Season Variety*Season

Protein (%) 4 150,41 (<0,001) 0,13 (0,72) 0,63 (0,65) Starch (%) 4 9,69 (<0,001) 0,51 (0,48) 0,13 (0,97)

Amylose (%) 4 921,05 (<0,001) 0,25 (0,63) 0,23 (0,99) Lipid (%) 4 0,65 (0,63) 4,32 (0,05) 1,19 (0,35)

Gel consistency 4 5644,67 (<0,001) 24,53 (<0,001) 3,07 (0,04)

3.4. Evaluation for resistant capacity of rice varieties 3.4.1. Evaluation for resistant capacity in greenhouse and field * Greenhouse test +Test tube: Reaction of 5 rice varieties to population of brown

planthopper in Hue were done by scoring damage of their two-leaf age seedlings after 5 and 7 day releasing 3 the second instars. After 5 days, rice varieties resisted well to BPH population in Thua Thien Hue (scale: 1,8-2,5), Khang Dan resisted moderately to BPH (scale: 4,5). However, after 7 days Khang Dan (sclae 5,8) was susceptible to BPH, IRRI 352, BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc resisted moderately to BPH (scale: 3,7-4,3) .

+ Seedbox test: After 5 days, rice varieties resisted well to BPH (1,8-2,3), Khang Dan was quite susceptible to BPH (scale 5,2). After 7 days BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc resisted moderately

to BPH (scale: 3,8-4,3), Khang Dan (sclae 6,2) was susceptible to BPH, IRRI 352 (scale: 4,7) was quite susceptible to BPH.

The results show that Sai Duong Kien An and Loc Nuoc resisted to BPH, Khang Dan was susceptible to BPH (Table 3.9).

Table 3.9. Scoring damage of rice varieties

Varieties SLN 5 SLN 7

Test tube Seedbox Test tube Seedbox KD 4,5A 5,2A 5,8A 6,2A L1 2,5B 2,2B 4,2B 4,7B L3 2,2B 1,8B 4,3BC 4,3BC

L25 2,0B 2,3B 3,7CD 3,8CD L27 1,8C 1,8C 3,8D 3,8D KD 5,5D 7,3D 8,3E 9,0E

* Field test

Table 3.10. BPH quantity on rice varieties

Varieties 45 NSG 52 NSG 59 NSG 66 NSG 73 NSG 80 NSG

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 1,7A±0,1 0,0 22,4A±0,4 0,0 27,5Aa±0,5 3,6Ab±0,2 30,4Aa±1,4 35,6Ab±1,6 150,2Aa±2,2 65,4Ab±2,4 545,4Aa±15,4 52,8Ab±1,8

L1 2,7B±0,4 0,0 25,1B±0,9 0,0 46,1Ba±0,3 1,5Bb±0,0 56,3Ba±1,3 14,4Bb±0,4 278,6Ba±8,6 46,1Bb±1,1 524,7Aa±9,6 25,1Bb±1,9

L3 1,5A±0,0 0,0 16,5C±1,2 0,0 25,5Ca±0,5 1,0Cb±0,1 26,2Ca±2,0 12,5BCb±0,5 120,2Ca±5,2 50,2Bb±0,2 295,6Ba±5,6 27,6BCb±0,6

L25 1,9A±0,2 0,0 18,6D±0,6 0,0 36,3Da±0,3 2,6Db±0,1 39,4Da±0,4 9,7Db±0,7 112,4Ca±4,4 25,5Cb±2,5 186,3Ca±3,3 16,5Db±2,5

L27 2,1A±0,2 0,0 18,2CD±0,2 0,0 27,4Aa±0,4 1,7Bb±0,2 31,3Aa±1,3 10,3CDb±0,3 109,1Ca±9,1 27,5Cb±1,5 163,0Ca±3,0 22,4Cb±1,4

Table 3.10. BPH quantity on rice varieties (cont)

Varieties 87 NSG 94 NSG 101 NSG 108 NSG 115 NSG 122 NSG 129 NSG

HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX HT ĐX

KD 170,3Aa±10,3 42,5Ab±2,5 48,2A±1,2 50,4A±1,4 10,5Aa±0,5 300,4Ab±16,4 0,0 498,8A±28,8 0,0 204,4A±14,4 0,0 32,4A±2,4 0,0 13,6A±0,6

L1 193,6Ba±6,6 34,1Bb±1,1 57,4Ba±1,4 76,1Bb±1,1 7,5Ba±1,0 218,2Bb±18,2 0,0 345,6B±9,6 0,0 293,6B±11,4 0,0 20,2B±1,2 0,0 9,6B±0,6

L3 70,2Ca±0,2 30,1Bb±0,1 43,9A±6,1 47,3A±0,3 1,2Ca±0,1 216,2Bb±17,9 0,0 184,2C±4,2 0,0 121,3C±1,7 0,0 10,5C±0,5 0,0 3,5C±0,3

L25 73,9Ca±1,9 25,4Cb±2,4 58,2Ba±1,8 26,0Cb±2,0 4,5Da±0,5 120,2Cb±4,8 0,0 124,7D±3,7 0,0 72,8D±2,8 0,0 8,5C±1,5 0,0 3,6C±0,2

L27 94,0Da±1,0 12,0Db±1,0 46,2Aa±1,2 30,4Db±1,4 5,4Da±0,4 150,2Cb±2,2 0,0 245,4E±5,4 0,0 110,3E±3,3 0,0 12,5D±0,5 0,0 6,7D±0,7

BPH infest at tillering stage. At heading stage, a large of BPH number: 109,1 BPHs/m2

(Loc Nuoc) - 278,6 BPHs/m2 (giống IRRI 352). To Fullheading time, BPH quatity was maximum, among them Khang Dan (545,4 BPHs/m2) (Fig 3.5).

Figure 3.5. Change of BPH

quatity on rice varieties (summer-autum crop)

BPH infest at 60 days after seedling. From April to May, BPH number increased rapidly and reached maximum at Fullheading stage: Khang Dan (498,8 BPHs/m2) (Fig 3.6). This study revealed that there is relatively between greenhouse test and field test. Sai Duong Kien An and Loc Nuoc resisted to BPH, Khang Dan was susceptible to BPH.

Figure 3.6. Change of BPH quatity on rice varieties

(winter-spring crop)

Table 3.11. Interactions between variety and season effects on the significant changes of BPH resistance

Parameter F and (P value)

Df Variety Season Variety*Season

SLN 5 (test tube) 4 207,47 (<0,001) 0,14 (0,71) 1,39 (0,25)

SLN 7 ( test tube ) 4 67,90 (<0,001) 0,83 (0,37) 0,20 (0,94)

BPHs/m2(45 NSG) 4 10,21 (<0,001)

1007,1 (<0,001) 10,21 (<0,001)

BPHs/m2(52 NSG) 4 65,24 (<0,001)

10834,8 (<0,001) 65,24 (<0,001)

BPHs/m2 (59 NSG)

4 1111,0 (<0,001)

69437,3 (<0,001) 1157,7 (<0,001)

BPHs/m2(66 NSG) 4 238,98 (<0,001)

2328,95 (<0,001) 356,63 (<0,001)

BPHs/m2(73 NSG) 4 409,56 (<0,001)

4130,77 (<0,001) 310,61 (<0,001)

BPHs/m2(80 NSG) 4 1402,6 (<0,001)

18631,6 (<0,001) 1126,9 (<0,001)

BPHs/m2(87 NSG) 4 376,01 (<0,001)

3722,37 (<0,001) 233,57 (<0,001)

BPHs/m2(94 NSG) 4 136,04 (<0,001)

31,47 (<0,001) 107,84 (<0,001)

BPHs/m2(101 NSG)

4 81,31 (<0,001)

299,88 (<0,001) 72,68 (<0,001)

BPHs/m2(108 NSG)

4 330,86 (<0,001)

5973,36 (<0,001) 330,86 (<0,001)

BPHs/m2(115 NSG)

4 329,66 (<0,001)

5409,93 (<0,001) 329,66 (<0,001)

BPHs/m2(122 NSG)

4 147,18 (<0,001)

2177,61 (<0,001) 147,18 (<0,001)

BPHs/m2(129 NSG)

4 200,22 (<0,001)

2997,63 (<0,001) 200,22 (<0,001)

*Analyze the correlation of BPH infestation time and yields Optimal Fomula (Table 3.6)

Production = 58,07 – 3,69 * 45d + 0,18 * 66d – 0,06 * 73d + 0,01 * 80d + 0,05 * 87d – 0,04 * 108d + 1,05 * 129d

The results show that BPH infestation time : 45NSG, 66NSG, 73NSG, 80NSG, 87NSG, 108NSG and 129NSG impressed to 62% production with P = 0,0015.

Table 3.11. The correlation of BPH infestation time and yields

Ordinal Fomula AIC 1 Production ~ 45NSG + 52NSG + 59NSG + 66NSG +

73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 115NSG + 122NSG + 129NSG

56,35

2 Production ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 115NSG + 122NSG + 129NSG

54,39

3 Production ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 122NSG + 129NSG 52,84

4 Năng suất ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 94NSG + 101NSG + 108NSG + 129NSG

51,57

5 Production ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 101NSG + 108NSG + 129NSG 51,45

6 Production ~ 45NSG + 59NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 108NSG + 129NSG 51,68

7 Production ~ 45NSG + 66NSG + 73NSG + 80NSG + 87NSG + 108NSG + 129NSG 49,26

(Intercept) 45d 66d 73d 80d 87d 108d 129d 58,07 -3,69 0,18 -0,06 0,01 0,05 -0,04 1,05 R2 = 0,62 p-value = 0,0015 Optimal Fomula: Production = 58,07 – 3,69 * 45d + 0,18 * 66d – 0,06 * 73d + 0,01 * 80d + 0,05 * 87d – 0,04 * 108d + 1,05 * 129d

3.4.2. Molecular biological characteristics related to the BPH resistance

* Identify of bph1 gene

The analysis of electrophoresis revealed that there were PCR products amplifying by BpE18-3 primer as expected. Amplification of DNA from examined cultivars with the primer BpE18-3F/R gave a band approximate to 523-bp in samples. As a result, we came to the following conclusion IRRI352, BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc nuoc cultivars contain the Bph1 gene in the genome.

Figure 3.7.Amplification of BpE18-3 STS marker

SM: Standard marker (1kb DNA Ladder)

+ Analysis of sequences of BpE18-3- linked with Bph1 gene

Figure 3.8. Nucleotide sequence of BpE18-3 and BpE18-3-L1.

Note: BpE18-3 nucleotide sequences in genebank; BpE18-3-L1 nucleotide sequences of samples

* Identify of bph3 gene

Amplification of DNA from examined cultivars with the primer RM589F/R gave a band approximate to 187-bp in samples. As a result, we came to the following conclusion BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc nuoc cultivars contain the bph3 gene in the genome.

Figure 3.9. Amplification of RM589 marker

+ Analysis of sequences of RM589- linked with bph3 gene

Figure 3.10. Nucleotide sequence of RM589 and RM589-L3.

Note: RM589 nucleotide sequences in genebank; RM589-L3 nucleotide sequences of samples

* Identify of bph4 gene

Amplification of DNA from examined cultivars with the primer RM586F/R gave a band approximate to 276-bp in samples. As a result, we came to the following conclusion BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc nuoc cultivars contain the bph4 gene in the genome.

Figure 3.11. Amplification of RM586 marker

+ Analysis of sequences of RM586- linked with bph4 gene

Figure 3.12. Nucleotide sequence of RM586 and RM586-L25.

Note: RM586 nucleotide sequences in genebank; RM586-L25 nucleotide sequences of samples

* Identify of bph10 gene

Amplification of DNA from examined cultivars with the primer RFLP RG457 F/R gave a band approximate to 750-bp in samples (Fig 3.13). Restriction site for HinfI is present in PCR

product for BG 367-2 with the size of 300, 250 and 200 bp. For IRRI 352, BG 367-2, Sai Duong Kien An with the size of 500, 200bp. As a result, we came to the following conclusion BG 367-2 contain the bph10 gene in the genome.

Figure 3.13. Amplification of

RG457FL/RL Figure 3.14. After digestion

with HinfI * Identify of bph14 gene

+ Amplification of cds region of bph14 gene The analysis of electrophoresis revealed that there were PCR

products amplifying by primers M1, M2, M3 and M4 as expected (Figures 3.15 A,B,C,D). Amplification of DNA from examined cultivars with the primer M1F/R gave rise approximate to 1500-bp product for IRRI 352, BG 367-2, and Sai Duong Kien An. Primer M2F/R gave rise approximate to 1500-bp product for Sai Duong Kien An and Loc nuoc. Primer M3F/R gave rise approximate to 1000-bp product for four rice cultivars. Primer M4F/R gave rise approximate to 1000-bp product for BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc nuoc. In rice cultivars, Sai Duong Kien An and Loc nuoc has four fragments. As a result, we came to the following conclusion Sai Duong Kien An and Loc nuoc cultivars contain the bph14 gene on the genome.

A. Amplification of M1

primer

B. Amplification of M2 primer

C. Amplification of M3

primer D. Amplification of M4

primer

Figure 3.15. Amplification of M1, M2, M3, M4 primers + Analysis of sequences of bph14 gene We cloned the PCR products amplified by specific primers of

M1, M2, M3, M4 from Sai Duong Kien An cultivar into plasmids

and analyzed their sequences. The overlapping sequences were ligated to a DNA fragment (4714 bp) called bph14-25. The nucleotide sequences homologized with corresponding regions in bph14 gene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov, accession number: FJ941067.1) (Figure 3.16). Nucleotide sequence of bph14-25 was similar to nucleotide sequence of bph14 (90%).

Figure 6. The length of bph14-25 gen

CONCLUSIONS

1. The stydy on bioagricultural characteristics showed that the

research varieties quite fit to rice-growing regions: growth duration ranged from 94-97 days (summer-autumn), 126-137 days (winter-spring); good germinaton rate (>95%); plant height were classified into semidwarf (<110 cm); high production (summer-autumn: 56,9-63,8 t/ha and winter-spring: 55,3-58,7 t/ha). The result of two-way ANOVA show that the different range of variety and season also affects the bioagricultural characteristics. The bioagricultural characteristics: Chla/b, Area-flagleaf, Grain/spikelet impressed to 27% production with P = 0,03.

2. Grain quality research results showed that qualitative of the rices dependent on genetic factors, and good quality and nutrition; BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc were soft, delicious and flexible. The Sai Duong Kien An variety with high grain quality characteristics could also be used for rice breeding in Hue.

3. This study revealed that there is relatively between greenhouse test and field test. Sai Duong Kien An and Loc Nuoc resisted to BPH, Khang Dan was susceptible to BPH. The results show that BPH infestation time : 45NSG, 66NSG, 73NSG, 80NSG, 87NSG, 108NSG and 129NSG impressed to 62% production with P = 0,0015.

bph14-25

4. Rice varieties contained BPH resistant genes: IRRI 352 contained bph1; bph1, bph3, bph4 and bph10 detected in BG 367-2; Sai Duong Kien An had bph1, bph3, bph4 and bph14; Loc Nuoc had bph1, bph3, bph4 và bph14. Three rice varieties BG 367-2, Sai Duong Kien An and Loc Nuoc had many BPH resistance genes, these are stapble BPH resistance.

RECOMMENDATIONS

Rice varieties showed good characteristics could be selected for further studied to supply the BPH resistant rice varieties with good quality and good yeild to cultivate in Thua Thien Hue.

The research has been accomplished at: Applied Biology Laboratory, Biology Department, Hue University

of Sciences

Supervisors: 1. Assoc.Prof. Dr. HOANG THI KIM HONG

2. Assoc.Prof. Dr. VO THI MAI HUONG