Gạo (Oryza sativa L) là lương thực chính của hơn 50% dân số thế giới (Hadiarto & cs., 2010; Rasheed & cs., 2020c), đáp ứng 80% nhu cầu calo của phần lớn dân số chủ yếu ở các nước châu Á (Rasheed & cs., 2020a, 2020b). Do có hương vị thơm ngon, gạo có thể được nấu cùng với các sản phẩm thực phẩm khác để cải thiện hương vị và giá trị dinh dưỡng (Rohman & cs, 2014; Rathna Priya & cs, 2019). Nhiều kiểu gen lúa chứa một số sắc tố làm hạn chế sự phát triển của mảng xơ vữa động mạch, vì nó có đặc tính chống oxy hóa (Rohman & cs., 2014).
Quá trình sinh trưởng và năng suất lúa bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố phi sinh học trong đó có hạn. Hạn hán là một trong những mối đe dọa nghiêm trọng nhất đối với sản xuất lúa gạo toàn cầu, làm giảm đáng kể năng suất lúa (Swamy và Kumar, 2013; Sahebi & cs, 2018). Stress hạn hán gây ra nhiều các vấn đề ở các quốc gia châu Á như Trung Quốc, Bangladesh, Bhutan và Nepal do lượng mưa hàng năm thay đổi (Miyan, 2015). Độ mặn, lượng mưa thấp, nhiệt độ thấp và cao, cường độ ánh sáng cao hơn, v.v., là những yếu tố ngẫu nhiên chính gây hạn hán ở cây lúa. Những yếu tố này hạn chế sự sẵn có của nước cho cây trồng.
Một trong những loại stress về nước cho cây trồng được gọi là stress hạn hán (Salehi-Lisar và Bakhshayeshan-Agdam, 2016). Các vấn đề liên quan đến nước không đồng đều trong các năm dẫn đến sự mất cân bằng về số lượng và phân bổ lượng mưa (Hijmans và Serraj, 2009; Khan & cs, 2018), tuy nhiên, chúng xảy ra với tần suất dự kiến ở một khu vực cụ thể (Serraj & cs., 2015). Khoảng 42 triệu ha diện tích sản xuất lúa phải đối mặt với vấn đề stress hạn hán (Yang & cs., 2019) và có một khoảng cách lớn giữa năng suất thực tế (4 tấn/ha) và năng suất tiềm năng (10 tấn/ha) do hạn hán của các stress phi sinh học khác nhau (Oladosu & cs., 2019). Thiếu nước tưới cho cây lúa là vấn đề chính dẫn đến năng suất lúa thấp (Gosal & cs., 2009), để sản xuất 1 kg lúa cần khoảng 3000 lít nước. Do đó, hạn hán có khả năng gây thiệt hại năng suất lên đến 100%, tùy thuộc vào giai đoạn sinh trưởng của cây trồng. Việc giảm sản lượng này có thể được giảm bằng cách sử dụng các kế hoạch khác nhau để hỗ trợ nông dân bảo vệ sản lượng lúa tối đa nhằm duy trì mức năng suất toàn cầu (Oladosu & cs., 2019). Nguồn nước ngầm và nước trên mặt đất liên tục bị suy giảm là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng thiếu nước. Stress hạn hán tiếp tục có thể làm giảm sự phát triển của cây và sự kéo dài của tế bào. Ảnh hưởng của stress hạn hán ở giai đoạn sinh sản gây ra tình trạng mất khả năng thụ phấn, thụ tinh của cây lúa (Ozga & cs., 2017). Hạn hán làm giảm tốc độ quang hợp do làm tổn thương các sắc tố quang hợp, giảm sự nở rộng của lá, tỷ lệ trao đổi khí, hoạt động của enzyme và do đó dẫn đến giảm năng suất và sinh khối của thực vật (Ashraf và Harris, 2013; Fahad & cs, 2017; Hassan & cs. , 2020).
Để phát triển các kiểu gen chịu hạn, cần phải biết cách cây lúa phản ứng với các vấn đề về stress hạn hán. Stress hạn hán có thể được phân thành hai loại, stress hạn hán cuối kỳ và gián đoạn (Polania & cs., 2017). Stress khô hạn giai đoạn cuối được kích hoạt do không có nước cho cây trồng, gây ra stress nếu kéo dài trong một thời gian dài và có thể dẫn đến chết cây. Mặt khác, stress hạn hán liên tục gây ra sự chậm phát triển của cây trồng trong thời gian không đủ mưa (Oladosu & cs., 2019). Các khả năng sống sót của cây trong điều kiện độ ẩm thấp trong tế bào chất được gọi là khả năng chịu hạn – Drought tolerance (DT). Các cơ chế của DT bao gồm, điều chỉnh tế bào, thích nghi về hình thái và sinh lý và nó được điều khiển bởi gen (Sahebi & cs., 2018). Sự thích nghi về hình thái bao gồm sự gia tăng chiều dài và độ dày của rễ, làm chậm quá trình lão hóa của lá, trong khi sự thích nghi sinh lý bao gồm việc đóng khí khổng, tốc độ thoát hơi nước ngưng tụ, mối quan hệ giữa các giai đoạn ra hoa và trưởng thành của bố mẹ, cũng như sự phân chia sinh khối và năng suất. Việc cải thiện hàm lượng chất diệp lục (CC), chỉ số thu hoạch và khả năng thẩm thấu (Ntuli, 2012; Khan & cs., 2018) là rất cần thiết để điều chỉnh sự biến động của DT. Kiến thức về phản ứng của rễ đối với stress khô hạn rất quan trọng để cải thiện DT trên cây lúa (Kim & cs., 2020).
Giờ đây, stress do hạn hán đã tăng lên như một phần thiết yếu của nghiên cứu và cải thiện DT ở thực vật, là một nhiệm vụ đầy thách thức do tính phức tạp của những đặc điểm này. Biến thể di truyền giữa các giống lúa là một yếu tố quan trọng trong sự phát triển của giống kháng vì chúng phản ứng trái ngược với stress hạn hán. Kiểu gen cho thấy DT tối đa thường được sử dụng để điều tra DT và là nguồn gen DT tốt nhất được sử dụng để phát triển các giống cây trồng chống chịu. Đối với sự phát triển của các giống cây trồng chịu hạn, cần phải biết cơ chế mà thực vật đối phó với stress hạn hán. Cơ chế DT trên lúa đã được nghiên cứu rộng rãi, có thể giúp khám phá các cơ chế hạn hán và cải thiện khả năng chịu hạn (Pandey và Shukla, 2015; Sahebi & cs., 2018). Năng suất lúa có thể tăng trong điều kiện hạn hán bằng cách phát triển các giống có khả năng chịu hạn cao.
Điều tra khả năng chịu hạn trên cây lúa là một nhu cầu cấp thiết bằng cách xác định các gen giả định, QTL và các yếu tố khác. Đánh giá hiện tại của nghiên cứu tập trung vào tác động của hạn hán đối với cây lúa, các phương pháp mới để phát triển các giống chống chịu và bằng chứng đầy đủ về các gen tiềm năng, QTL giả định cho các đặc điểm hạn hán, năng suất và các phương pháp mới để tăng cường DT trên cây lúa.
Để lai tạo các kiểu gen chịu hạn, nhiều nghiên cứu chủ yếu lấy năng suất hạt lúa làm tiêu chí chọn lọc. Có một số phương pháp nhân giống cổ điển để tăng cường khả năng chịu hạn, bao gồm các phép lai giữa các giống và giữa các loài cụ thể và gây ra đột biến (Bolaños và Edmeades, 1993) để tăng các đặc điểm của cây trồng khi bị hạn hán (Briglia & cs., 2019).
Giờ đây, các nhà lai tạo lúa sử dụng các thông số sinh lý làm tiêu chí lựa chọn vì chúng cần ít thời gian hơn và phụ thuộc vào biến thể di truyền trong quần thể. Vấn đề chính khi nghiên cứu stress khô hạn là những đặc điểm này gây ra nhiều phức tạp hơn do thiếu các tiêu chí lựa chọn thực tế, ít biến đổi di truyền trong điều kiện khô hạn đối với năng suất và các đặc điểm liên quan của nó. Yếu tố thứ hai là sự khó khăn giữa các yếu tố stress và nhiều quá trình sinh lý, sinh hóa và phân tử làm rối loạn sự tăng trưởng và phát triển (Atkinson và Urwin, 2012). Tuy nhiên, giống năng suất cao là mục tiêu chính trong điều kiện thiếu nước trong nhân giống cây trồng (Dixit & cs., 2014). Các phương pháp nhân giống cổ điển có ý nghĩa quan trọng đối với việc bảo tồn nguồn gen, lai tạo giữa các cặp bố mẹ khác nhau về mặt di truyền và giới thiệu các đặc tính di truyền mới. Trong suốt 30 năm qua, Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI) đã sử dụng các phương pháp nhân giống cổ điển để phát triển một số giống có khả năng chịu được nhiều điều kiện khắc nghiệt (Khush, 1984). Chọn lọc phả hệ, lai ngược cũng như gây đột biến là các phương pháp chính được sử dụng trong nhân giống cổ điển.
Nguồn bài viết gốc: https://bit.ly/3Li8GP3
Chia sẻ: ThS. Nguyễn Hoàng Phương