Nghiên cứu đánh giá một số đặc tính sinh lý, sinh hoá của tập đoàn lúa địa phương việt nam

Mục ựắch và yêu cầu của ựề tài * Mục ựắch: đánh giá ựặc tắnh sinh lý khả năng chịu hạn, mặn và ựặc tắnh sinh hoá chất lượng nguồn gen: ựộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose, ựộ thơm của c

BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HÀ THU

NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA

ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN THỊ HÀ THU

NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA

ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học cây trồng

Mã số: 60.62.0110

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

TS Lã Tuấn Nghĩa

HÀ NỘI – 2012

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, ựến nay tôi ựã hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp để ựạt ựược kết quả này, trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng

biết ơn chân thành tới TS Lã Tuấn Nghĩa ựã cho tôi những ựịnh hướng giá

trị, tận tình giúp ựỡ và hướng dẫn về kiến thức chuyên môn ựể tôi hoàn thiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô và tập thể cán bộ Ban đào tạo sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam ựã nhiệt tình giúp ựỡ và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi trong thời gian học tập cũng như khi hoàn thành báo cáo luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh ựạo Trung tâm Tài nguyên thực vật, ựồng nghiệp trong Bộ môn Nhân giống ựánh giá nguồn gen, Bộ môn ựa dạng sinh học nông nghiệp và trong Trung tâm ựã tạo mọi ựiều kiện và giúp ựỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi mong muốn gửi lời cảm ơn tới bạn bè và những người thân trong gia ựình ựã ựộng viên và khắch lệ ựể tôi hoàn thành khoá học này

Hà Nội, 10 tháng 12 năm 2012

Nguyễn Thị Hà Thu

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, với sự hướng dẫn của Thầy hướng dẫn khoa học, sự giúp ñỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam và các ñồng nghiệp

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong bản Luận văn này

Hà Nội, ngày 7 tháng 10 năm 2012

Học viên

Nguyễn Thị Hà Thu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 5

1.1 Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa

1.3 ðặc tính sinh hoá ở cây lúa

1.2 Tình hình nghiên cứu ñặc tính sinh lý, sinh hoá ở cây lúa 20

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2 Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Nội dung nghiên cứu 27

CHƯƠNG 3 KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả phân loại lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica 32 3.2 Kết quả nghiên cứu ñộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ 35 3.3 Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn trong phòng thí nghiệm 38 3.4 Kết quả ñánh giá khả năng chịu mặn trong phòng thí nghiệm 45

3.7 Giới thiệu mẫu nguồn gen có ñặc tính tốt phục vụ khai thác và sử dụng 65

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế)

NG Nguồn gen

SðK Số ñăng ký (sử dụng trong Ngân hàng gen Quốc gia)

SES Standar Evaluating Score (Tiêu chuẩn ñánh giá chịu mặn)

STT Số thứ tự

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa indica, japonica và javanica 6 2.1 Thang ñiểm chuẩn ñánh giá ñộ phân hủy kiềm (TCVN 5715-1993) 29 2.2 Tiêu chuẩn ñánh giá khả năng chống chịu mặn SES 30 3.1 Số lượng nguồn gen lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica 33 3.2 ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ của các mẫu nguồn gen lúa 37 3.3 Tỉ lệ hạt nảy mầm và rễ mầm ñen của một số mẫu nguồn gen lúa 40 3.4 Tỉ lệ hạt nảy mầm và rễ mầm ñen sau xử lý KCl03 3% của các mẫu

nguồn gen lúa

41

3.5 Tỉ lệ rễ mạ bị héo sau khi xử lý KCl03 1% của các mẫu nguồn gen lúa 43 3.6 Mức ñộ chống chịu hạn của các mẫu lúa nghiên cứu 45 3.7 Chiều dài rễ, chiều cao thân của mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu ở

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Tỉ lệ lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica của mẫu nguồn gen lúa 34 3.2 Mức ñộ phân hủy kiềm của các nguồn gen lúa nghiên cứu

36 3.3 Thí nghiệm ñánh giá khả năng chịu hạn ở giai ñoạn mạ 3 lá

42 3.4 Mức chống chịu hạn của các mẫu nguồn gen lúa 44 3.5 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao thân của một số mẫu nguồn gen lúa

japonica

64

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Ở Việt Nam, lúa là cây lương thực quan trọng nhất Lúa gạo chiếm một

vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguồn thu ngoại tệ ñể ñổi lấy thiết bị, vật tư khác cần thiết cho sự phát triển ñất nước Lúa cũng là cây trồng bản ñịa, thích nghi rộng và có sự ña dạng phong phú về nguồn gen, ñặc biệt là các nguồn gen lúa ñịa phương Trong những năm gần ñây, nhờ có những tiến

bộ trong công tác chọn tạo giống nên nhiều giống mới có năng suất cao ñã ñược ñưa vào sản xuất ñại trà, dần dần làm mất ñi các giống lúa ñịa phương quý hiếm

Tuy nhiên trong chiến lược phát triển nông nghiệp nông thôn ñã xác ñịnh tài nguyên di truyền thực vật ñóng vai trò rất quan trọng, nó vừa là bộ phận của giống vừa là vật liệu ban ñầu ñể lai tạo ra giống mới và là hạt nhân của ña dạng sinh học (Nguyễn Văn Bộ, 2002) [2] Hiện nay chiến lược bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật phục vụ mục tiêu lương thực và nông nghiệp càng xác ñịnh rõ hơn vai trò và vị trí của nguồn gen ñịa phương, ñặc biệt là nguồn gen lúa ñịa phương bởi nó là cơ sở an toàn lương thực của tất cả các quốc gia và cộng ñồng quốc tế, là nền tảng ñể phát triển nông nghiệp nông thôn và bảo vệ môi trường (Lưu Ngọc Trình, 2008 [24]), do ñó trong những năm gần ñây các nguồn gen lúa ñịa phương ñã ñược thu thập lưu giữ, bảo tồn

và xúc tiến khai thác sử dụng bền vững Như vậy bảo tồn nguồn gen lúa ñịa phương cho phép duy trì ña dạng, ñảm bảo an ninh lương thực, là cơ sở ñể tăng năng suất, chất lượng nhất là trong ñiều kiện biến ñổi khí hậu ñang diễn

ra ngày càng khắc nghiệt

Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia hiện ñang lưu giữ khoảng hơn 8.000 (Lã Tuấn Nghĩa và cs, 2011) [18] mẫu nguồn gen lúa, trong ñó chủ yếu là các nguồn gen lúa ñịa phương chứa ñựng rất nhiều ñặc ñiểm quý và ña dạng về tính trạng hình thái Trong những năm gần ñây Trung tâm Tài nguyên thực

vật ựã có nhiều kết quả nghiên cứu về nguồn gen lúa ựịa phương, song tập trung chủ yếu cho công việc mô tả hình thái, ựánh giá ựa dạng di truyền mẫu nguồn gen Các số liệu ựánh giá về ựặc tắnh sinh lý, sinh hoá còn hạn chế

Xuất phát từ thực tiễn, chúng tôi tiến hành ựề tài ỘNghiên cứu một số ựặc

tắnh sinh lý, sinh hóa của tập ựoàn lúa ựịa phương Việt NamỢ làm cơ sở

cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên này

2 Mục ựắch và yêu cầu của ựề tài

* Mục ựắch:

đánh giá ựặc tắnh sinh lý (khả năng chịu hạn, mặn) và ựặc tắnh sinh hoá (chất lượng nguồn gen: ựộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose, ựộ thơm) của các mẫu nguồn gen lúa ựịa phương phục vụ cho công tác bảo tồn, chọn tạo và khai thác sử dụng hiệu quả quỹ gen cây trồng

* Yêu cầu

- Phân loại lúa nếp, tẻ, loài phụ indica, japonica;

- Xác ựịnh ựược ựộ phân huỷ kiềm và nhiệt ựộ hoá hồ;

- Xác ựịnh ựược khả năng chịu hạn, chịu mặn (bằng phương pháp ựánh giá trong phòng thắ nghiệm);

- Xác ựịnh ựược hàm lượng amylose và ựộ thơm của các mẫu lúa nghiên cứu

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

* Ý nghĩa khoa học

- Kết quả ựề tài góp phần phân lập mẫu nguồn gen cây lúa trong ngân hàng gen cây trồng quốc gia, là cơ sở ựể ựề xuất các biện pháp bảo tồn, khai thác sử dụng bền vững nguồn gen lúa ựịa phương ở Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu của ựề tài sẽ góp phần cung cấp dữ liệu thông tin hoàn chỉnh về một số ựặc tắnh sinh lý, sinh hoá của nguồn gen lúa ựịa phương cho các nhà khoa học quan tâm ựến lĩnh vực chọn tạo các giống lúa

* Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn cho khai thác sử dụng hiệu quả nguồn gen lúa trong việc ñảm bảo an ninh lương thực quốc gia

Giới thiệu các mẫu nguồn gen có ñặc tính tốt cho công tác chọn tạo giống

4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài

Nghiên cứu ñược tiến hành tại phòng thí nghiệm, nhà lưới và khu ñồng ruộng thí nghiệm thuộc Trung tâm Tài nguyên thực vật – An Khánh, Hoài ðức, Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA đỀ TÀI

1.1 Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa

Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực lâu ựời và cổ xưa nhất của

loài người Cây lúa trồng hiện nay ựã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài

và khá phức tạp, với nhiều thay ựổi rất lớn về ựặc ựiểm hình thái, nông học, sinh lý và sinh thái ựể thắch nghi với ựiều kiện khác nhau của môi trường thay ựổi theo không gian và thời gian

Về nguồn gốc cây lúa ựã có nhiều tác giả ựề cập tới: Theo Vavilov (1926) [54] thì lúa ựược hình thành từ Ấn độ và ựây cũng là một trung tâm khởi nguyên cây trồng

Cùng quan ựiểm với Vavilov là hai nhà khoa học Chowdhury và Ghosh thì cho rằng những hạt thóc thạch cổ nhất của thế giới ựã tìm thấy ở Hasthinapur (Bang Uttar Pradesh - Ấn độ) vào khoảng năm 1000-750 trước Công nguyên, tức là cách ngày nay hơn 2500 năm

Theo Grist D.H cây lúa xuất phát từ đông Nam Á, từ ựó lan dần lên phắa Bắc Gutchtchin, Ghose, Erughin và nhiều tác giả khác thì cho rằng đông Dương là cái nôi của lúa trồng ngày nay

đinh Dĩnh (Trung Quốc) dựa vào lịch sử phát triển lúa hoang ở trong nước cho rằng lúa trồng có xuất xứ ở Trung Quốc, trong khi ựó Sato (Nhật Bản) thì lại tin rằng cây lúa có nguồn gốc từ Ấn độ, Việt Nam và Mianma (Miến điện)

Theo Bùi Huy đáp, 1980 [9] những khai quật khảo cổ học ở các di chỉ thờ ựại ựồ ựá mới ở các tỉnh An Huy và Hồ Bắc cho thấy ở ựó còn lại nhiều

mảnh thóc thuộc loài O.sativa Năm 1921 có phát hiện thấy vết tắch cây lúa

trên những mảnh ựồ gốm ựào thấy ở tỉnh Hà Nam, Trung Quốc

Nhiều quan ựiểm khác nhau của các nhà khoa học về nguồn gốc phát sinh cây lúa, song phần lớn các nghiên cứu ựều cho rằng lúa bắt nguồn từ Ấn

độ, Trung Quốc và khu vực đông Nam Á (bao gồm các nước như Thái Lan, Miama, Việt Nam), ựây cũng ựược coi là các trung tâm khởi nguyên của loại cây lương thực này

Song song với các nghiên cứu về nguồn gốc cây lúa ựó là những mối quan tâm tìm hiểu về quan hệ tiến hóa cây trồng, phân loại thực vật và sự phân bố của nó

Tổ tiên chung

Nam và đông Nam Á Tây Phi Châu

Lúa dại ựa niên O rufipogon O longistaminata

Lúa dại hàng niên O nivara O breviligulata

Lúa trồng O Sativa O sativa O glaberrima

Indica Japonica

ôn ựới nhiệt ựới

Hình 1.1 : Sơ ựồ tượng trưng cho quá trình tiến hóa của lúa trồng trên thế giới

Có nhiều tư liệu ñưa ra cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay, tuy nhiên theo Khush, 1997 [42] cho rằng sự tiến hóa của hai loại lúa trồng phổ biến hiện nay trên thế giới ñược thể hiện trong sơ ñồ dưới ñây:

Theo ñó lúa trồng ngày nay thuộc hai phân loài phụ là O.sativa indica và O.sativa japonica Trong ñó O.sativa japonica lại bao gồm lúa japonica ôn ñới và japonica nhiệt ñới

Tuy nhiên các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản lại dựa trên cở sở phân bố ñịa

lý, hình thái cây, hạt và ñộ bất dục khi lai tạo ñể phân chia thành 3 nhóm là

japonica, indica và javanica Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên

nước Nhật Bản, “indica” có nguồn gốc từ từ Indica (Ấn ðộ), còn “Javanica”

có gốc từ chữ Java là tên của một ñảo của Indonesia ñể ñặt tên cho giống lúa

cổ truyền “bulu” và “gundil” của ñất nước này

Theo Matsuo (1952) [43] và Chandraratna (1964) [31] cho rằng phân

loài phụ của lúa bao gồm 3 nhóm: indica, japonica và javanica Trong ñó phổ biến nhất là 2 dạng indica và japonica, còn dạng javanica mang nhiều ñặc

ñiểm trung gian giữa hai loại trên

Bảng 1.1: So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa

indica, japonica và javanica

7 Loại chồi Thẳng ñứng Thẳng ñứng Tỏa rộng

Thường không có

14 Tỉ trọng gié lúa Cao Trung bình Trung bình

lạnh

Matsuo (1952) và Chandraratna (1964)

Sự phân bố về ñịa lý của các nhóm lúa indica, japonica và javanica

cũng ñược nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu bởi chính những vùng ñịa lý mà chúng thích nghi ñã tạo ra những ñặc ñiểm khác biệt trên của các nhóm lúa [23] Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học thì:

Nhóm lúa indica (lúa tiên) ñược gieo trồng chủ yếu ở vùng nhiệt ñới

như: Srilanka, Nam Trung Quốc, Ấn ðộ, Pakistan, Philippines…

Nhóm lúa japonica (lúa cánh) thắch hợp với nhiệt ựộ thấp hơn và ựược

gieo trồng ở những vùng có khắ hậu cận nhiệt ựới và ôn ựới như: miền Bắc và đông Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên

Nhóm lúa javanica (dạng hình trung gian giữa hai loài phụ indica và

japonica): chủ yếu ựược gieo trồng ở Indonesia, nhiều nhất là ở Java và

chống chịu hạn, mặn và ựộ phân huỷ kiềm của các mẫu nguồn gen lúa ựịa phương

1.2.1 Lúa chịu hạn và cơ chế chống chịu

Hiện nay có nhiều ựịnh nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa chịu hạn

Chang T.T và Bardenas (1865) [33] cho rằng: ỘLúa cạn là loại lúa ựược gieo hạt trên các loại ựất khô, có thể là ựất dốc hoặc ựất bằng nhưng ựều không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào ựộ ẩm do nước mưa cung cấp nhờ nước trờiỢ

Huke R.E (1982) dùng thuật ngữ Ộlúa khôỢ (dryland rice) thay cho Ộlúa cạnỢ (upland rice) và ựịnh nghia lúa cạn ựược trồng ở những thửa rộng ựược chuẩn bị ựất và gieo hạt dưới ựiều kiện khô, cây lúa sống hoàn toàn nhờ nước trời

Theo Garirity D.P (1984), lúa cạn ựược coi là lúa trồng mùa mưa trên ựất cao, ựất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng ựược ựắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt Lúa cạn ựược hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thắch ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn, mà xuất hiện những biến dị chịu hạn ngày càng cao Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước

Theo tác giả Bùi Huy đáp (1978), [8] ỘLúa cạn ựược hiểu là loại lúa gieo trồng trên ựất cao, như các loại hoa màu trồng cạn khác, không tắch nước trong ruộng và hầu như không bao giờ ựược tưới thêm Nước cho lúa chủ yếu

do mưa cung cấp và ựược giữ lại trong ựấtỢ

đối với lúa cũng như các loại cây trồng khác, nước là một nhu cầu tối thiểu ựể duy trì sự sống, mức ựộ cần nhiều hay ắt nước tuỳ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai ựoạn sinh trưởng phát triển của chúng Thiếu nước cho cây sinh trưởng phát triển thường ựược hiểu là hạn hán xẩy ra Hạn hán gây ra

tổn thương cho cây trồng ở nhiều mức khác nhau: nghiêm trọng có thể gây chết, mức nhẹ hơn thì làm cho cây sinh trưởng phát triển chậm hoặc sinh trưởng phát triển tương ñối bình thường [37] Trong ñiều kiện hạn hán xẩy ra

mà cây trồng vẫn có khả năng duy trì sự sinh trưởng, phát triển và cho năng suất tương ñối ổn ñịnh ñược gọi là có khả năng chịu hạn và khả năng ñó giúp cây giảm thiểu mức ñộ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra Hạn thành 4 loại chính sau:

- Hạn không khí: Hạn không khí thường có ñặc trưng là nhiệt ñộ cao (39 – 42oC)

và ñộ ẩm thấp (<65%) ðối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn không khí thường gây hiện tượng héo tạm thời, vì nhiệt ñộ cao, ẩm ñộ thấp làm cho tốc ñộ thoát hơi nước nhanh vượt quá mức bình thường, lúc ñó rễ hút nước không ñủ ñể bù ñắp lại lượng nước mất, cây lâm vào trạng thái mất cân bằng về nước Với cây lúa hạn gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñặc biệt vào thời kỳ bắt ñầu hình thành các cơ quan sinh sản cho ñến lúc kết thúc quá trình thụ phấn Hạn không khí gây hại nhất ở giai ñoạn lúa phơi màu và thậm chí gây nên mất mùa nếu gặp phải ñợt nhiệt ñộ cao và ñộ ẩm không khí thấp (mặc dù nước trong ñất không thiếu, làm cho hạt phấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh không xảy ra và hạt bị lép

- Hạn ñất: Hạn ñất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của ñất tăng cao ñến mức cây

không cạnh tranh ñược nước của ñất làm cho cây không thể lấy nước vào qua

rễ, vì vậy hạn ñất thường gây hiện tượng héo lâu dài Hạn thường xảy ra nhiều

ở những vùng có ñiều kiện khí hậu, ñịa hình, ñịa chất, thổ nhưỡng ñặc thù như

sa mạc ở Châu Phi, ñất trống ñồi trọc của Châu Á, mùa ít mưa và nhiệt ñộ thấp ở Châu Âu

- Hạn kết hợp: Khi có sự kết hợp cả hạn ñất và hạn không khí thường gây nên

hạn trầm trọng, kéo dài dẫn ñến héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục hồi

- Hạn sinh lý: xẩy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút

ñược nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước Rễ cây không lấy ñược nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước Trường hợp này thường xẩy ra ở môi trường ñất yếm khí, rễ cây thiếu oxy ñể hô hấp nên không có năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng ñộ muối trong ñất quá cao vượt quá nồng ñộ dịch bào của rễ làm rễ cây không hút nước ñược, hay trường hợp nhiệt ñộ của ñất quá thấp cũng xảy ra hạn sinh lý…Hạn sinh lý kéo dài cũng tác hại như hạn ñất và hạn không khí

ðể có khả năng duy trì sinh trưởng và phát triển bình thường trong ñiều kiện hạn thì cây lúa cạn có những ñặc ñiểm sinh học như: số lượng rễ, ñộ lớn,

ñộ dài và ñặc biệt có ñộ dày của vỏ rễ lớn hơn nhiều so với lúa nước ðiều ñó giúp lúa cạn có bộ rễ ăn sâu và phát triển trong ñiều kiện khô hạn Số lượng

rễ, số lông rễ, ñộ lớn của rễ phụ thuộc vào từng nguồn gen Khả năng thu thập nước và cung cấp ñủ nước thông qua rễ tới các bộ phận của cây trong ñiều kiện khó khăn về nước ñược coi là chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh giá tính chịu hạn

Lúa cạn cũng có bộ lá dày hơn, tuy hô hấp nhiều nhưng giữ nước tốt Trên bề mặt lá có nhiều lông do vậy có thể hấp thu sương ñêm Ở các giống lúa cạn khi ñộ ẩm ñất giảm thì lá cuộn lại và khí khổng ñóng ñể giảm sự mất nước Việc ñóng mở khí khổng dược ñiều khiển thông qua ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu hoặc hoocmon ABA (acid Abscisic)

Nghiên cứu khả năng chịu hạn ở cây lúa ñã thu hút ñược nhiều tác giả quan tâm Silva và CS (1986) nghiên cứu ñặc ñiểm hình thái của bộ rễ lúa nhận thấy tổng chiều dài bộ rễ có liên quan chặt chẽ ñến tính chịu hạn của lúa nương Sau ñó các nghiên cứu về ñặc ñiểm sinh lý, hóa sinh liên quan ñến khả năng chịu hạn của lúa ñược quan tâm

Các nhà sinh lý cho rằng áp suất thẩm thấu ñóng vai trò quan trọng tạo nên khả năng chịu hạn ở giống cây trồng Nhiều nghiên cứu ñã khẳng ñịnh áp

suất thẩm thấu liên quan ñến sự nảy mầm của hạt và ñề nghị ñể xác ñịnh kiểu gen có áp suất thẩm thấu cao

Trần Nguyên Tháp (2001) [21] sử dụng thí nghiệm ñánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo của các cây lúa ở trong phòng ñã khuyến cáo sử dụng dung dịch KCl03 ở nồng ñộ 2-3% hoặc ñường Sacarora 0.8-1% ñể xử lý hạt

Vũ Văn Liết và cs (2004) [16] ñã sử dụng dung dịch KCl03 3% ngâm hạt thóc trong 48h trước khi cho nảy mầm và dung dịch KCl03 1% xử lý rễ mạ ñể tiến hành thanh lọc các nguồn gen lúa chịu hạn Hiện nay phương pháp này ñã

và ñang ñược sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm ñể ñánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa

Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý bằng KClO3: ðây là phương

pháp nhân tạo, ñánh giá gián tiếp khả năng chịu hạn của các giống lúa Khả năng chịu hạn của cây liên quan ñến khả năng chịu ñộc và giữ nước của keo nguyên sinh khi dùng một hoá chất ñộc ñể xử lý Nếu keo nguyên sinh ít bị ñộc, tế bào và mô ít bị mất nước, ít bị hại, chứng tỏ cây có tính chịu hạn Ngược lại, nếu keo nguyên sinh bị nhiễm ñộc, tế bào và mô bị mất nước dẫn ñến cây bị hại chứng tỏ cây không có tính chịu hạn

- Tỷ lệ % hạt nảy mầm tính theo công thức:

Số hạt nảy mầm + % hạt nảy mầm =

Tổng số hạt xử lý x 100

- Tỷ lệ % rễ mầm bị ñen (hoặc héo) tính theo công thức:

Số rễ mầm ñen (héo) + % rễ mầm ñen (héo) =

Tổng số rễ mầm x 100

Tỷ lệ % rễ mạ ñen (hoặc héo) tính theo công thức:

Số rễ mạ ñen (héo) + % rễ mạ ñen (héo) =

Tổng số rễ mạ x 100

1.2.2 Lúa chịu mặn và cơ chế chống chịu

Nhiễm mặn là một vấn ñề phổ biến và ngày càng có tính nghiêm trọng hơn trong sản xuất nông nghiệp hiện nay Diện tích ñất mặn tăng do sự xâm nhập ngày càng nhiều của nước biển, ñất mặn làm hạn chế năng suất do nó có chứa một lượng muối hoà tan trong nước ở vùng rễ cây, làm ức chế sinh trưởng, phát triển của cây trồng Mức ñộ gây hại của ñất mặn tuỳ thuộc vào loại cây trồng, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường ñi kèm theo nó và tính chất của ñất [3]

Theo hội khoa học ðất Mỹ (SSSA-1979) ñã xác ñịnh ñất mặn là ñất có

ñộ dẫn ñiện (EC) từ 2 - 4 ds/m ðất mặn ñược chia thành 2 nhóm chính dựa vào nguồn gốc phát sinh mặn [3]

- Mặn ven biển (Coastal salinity) hoặc vùng cửa sông do nước biển xâm nhập vào mùa khô

- Mặn trong ñất, do muối từ trong ñất vào mùa khô theo mao dẫn từ tầng dưới lên (Inland salinity)

Mặn kìm hãm sinh trưởng và phát triển của cây bằng cách ức chế các hoạt ñộng sinh lý và trao ñổi chất của cây trồng như: mất cân bằng nước, ngộ ñộc ion hoặc mất cân bằng trong trao ñổi ion (Greenway và Munns, 1980) [36] ðộ mặn cao làm giảm hoạt ñộng quang hợp (Sakamoto và cs, 1998) [52], kìm hãm sự ra lá (Hu và Schmidhalter, 1998) [40] và làm biến ñổi cấu trúc tế bào (Pareek và cs, 1997) [50] Các nghiên cứu về tính chịu mặn của cây trồng ñã chỉ ra rằng: trong môi trường mặn, Na+ tích luỹ nhiều trong cây nhưng phân bố không ñều trên các bộ phận và ñược tích luỹ nhiều hơn ở các

lá già (Yeo và Flower, 1982) [56] Cây trồng chỉ sinh trưởng ñược khi hàm lượng Na+ tích luỹ ñến một giới hạn nhất ñịnh (Munns và Termaat, 1986) [44], giới hạn này là tính trạng có liên quan ñến khả năng chịu mặn của cây (Gorham và cs, 1985) [35]

Tính chịu mặn là một ñặc tính di truyền rất phức tạp, ñiều này ñược thực hiện bởi sự có mặt của các thành phần hữu cơ trong tế bào chất của thực vật như là glycinebetaine, mannitol và proline (Flower và Flower, 2005) [34] Tính chịu mặn cũng phụ thuộc vào hình thái học thực vật, việc chia ngăn và các chất tan tương thích, kiểm soát sự mất nước của thực vật, kiểm soát sự chuyển dịch của ion, các ñặc tính của màng tế bào thực vật, tỷ lệ Na/K trong

tế bào chất

Lúa là một trong các loại cây trồng mẫn cảm với ñộ mặn của ñất, ñộ mặn giới hạn cho phép lúa sinh trưởng, phát triển ñược là 0.6-0.8% Năng suất lúa giảm tới 70-100% nếu ñộ mặn quá nghiêm trọng (Heenan và cộng sự, 1988) [39] Tuy nhiên, khả năng chịu mặn phụ thuộc nhiều vào từng loài và giống lúa khác nhau, một số giống lúa có khả năng chống chịu tốt với ñiều kiện

mặn Loài lúa dại (Oryza latifolia) có khả năng chịu mặn tốt hơn lúa trồng (Oryza sativa), ở loài này cây lúa có khả năng duy trì quá sinh trưởng bình

thường mặc dù hàm hượng Na+ trong lá rất cao (Nakamura và cộng sự, 2002) [45] Các nghiên cứu về cơ chế chịu mặn ở lúa ñã chứng minh rằng trong môi trường mặn lúa có khả năng loại thải Na+ qua rễ (Akita và Cabuslay, 1990) [27], ñồng thời tích luỹ nhiều proline và glycinebetaine trong lá (Harinatsu và cộng sự, 1996) [38] nhằm làm cân bằng tính thấm của tế bào Vì vậy, có thể dựa vào các chỉ tiêu này ñể chọn lọc các giống lúa có khả năng chịu mặn cao phù hợp với các vùng ñất nhiễm mặn và làm vật liệu cho công tác chọn tạo giống lúa chịu mặn

Mặn ảnh hưởng ñến sinh trưởng phát triển của cây lúa ở những mức ñộ khác nhau ở từng giai ñoạn sinh trưởng phát triển khác nhau Trong ñó, ở giai ñoạn sinh trưởng 2 – 3 lá cây lúa rất mẫn cảm với mặn và sau ñó là thời kỳ

thụ phấn thụ tinh Giai ñoạn nảy mầm, giai ñoạn tăng trưởng và thời kỳ chín thì khả năng chống mặn tốt hơn

Yeo và Flowes (1984) ñã tổng kết cơ chế chịu mặn của cây lúa như sau:

- Cây lúa hấp thu các ion có tính chất chọn lọc nên không hấp thu dư thừa các chất gây ñộc hại

- Trong cây lúa, lượng Na+ dư thừa sẽ ñược mô libe tái hấp thu và ñịnh vị

ở ñó

- Khả năng chống chịu mặn của lúa, còn thể hiện khả năng phối hợp ở mức

ñộ cao về ñiện phân ở rễ lúa và mức ñộ thấp ở phần trên mặt ñất, do vậy Na+không thể chuyển lên phần trên ñược

- Hiện tượng ngăn cách từ lá ñến lá: lượng muối dư thừa ñược chuyển từ lá non ñến lá già, muối ñược ñịnh vị tại lá già không có chức năng, không chuyển ngược lại

- Hiện tượng lượng muối Na+ dư thừa ñược chuyển vào trong các không bào, làm giảm sự gây ñộc của ñộ mặn

- Cây hấp thụ muối nhưng sẽ làm loãng nồng ñộ muối nhờ tăng cường chế

ñộ phát triển nhanh và tăng lượng nước trong các bộ phận

Công trình của Mishra và cs, (1990) về di truyền số lượng liên quan ñến tính trạng chống chịu mặn cho thấy hoạt ñộng của cả 2 nhóm gen cộng tính và không cộng tính ñều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn

Tác hại của mặn phụ thuộc vào nồng ñộ muối, loại muối, ñất, giống và giai ñoạn sinh trưởng phát triển của cây Mặn ảnh hưởng xấu ñến sinh trưởng phát triển của cây và cuối cùng ảnh hưởng ñến năng suất cây trồng Mass và Hoffman (1997) ñã mô tả tác hại của mặn ñối với lúa thể hiện qua phương trình:

Y = 100 - B (Ece - A)

Trong ñó: Y: Năng suất tương ñối

A: Giá trị của ngưỡng mặn, bằng 3 ñối với lúa B: Sự giảm NS trên ñơn vị tăng ñộ mặn, bằng 1-2 ñối với lúa Nhiều nhà khoa học ñã nghiên cứu về lúa chịu mặn nhằm tìm ra những giống lúa có khả năng chống chịu mặn thích nghi cho những vùng ñất ngập mặn quanh năm và cho cả những vùng ñang chuẩn bị mặn Udobenko (1978)

ñã ñề xuất biện pháp thanh lọc giống chịu mặn bằng việc ñánh giá khả năng hút trương của hạt Viện lúa IRRI ñề nghị phương pháp ñếm số lá chết sau một tháng cấy mạ trong ñất mặn hoá với nồng ñộ muối 0,4% và ñộ dẫn ñiện

là 8 - 10 mmho/cm Dựa vào sự sai khác về tỷ lệ lá chết ở các giống mà ñánh giá tính chống chịu mặn của chúng Konzak (1976) cho hạt nảy mần và sinh trưởng trong dung dịch muối rồi ño sự giảm chiều dài của rễ và chiều cao của cây so với ñối chứng ñể ñánh giá khả năng chịu mặn của các giống

Theo Yoshida thì có thể dựa vào khả năng ñiều chỉnh thẩm thấu của tế bào trong ñiều kiện mặn ñể ñánh giá khả năng chống chịu mặn của chúng Việc khai thác các biến dị có lợi trong tự nhiên kết hợp với phương pháp thanh lọc ñúng ñắn mà con người ñã tạo ñược nhiều giống cây trồng chịu mặn trong sản xuất

1.2.4 ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ

Gạo không giống ña số các ngũ cốc khác là hạt ñược tiêu thụ toàn bộ Bởi vậy những tính chất vật lý như kích thước, hình dạng, sự ñồng ñều về diện mạo chung và ñặc biệt là tính chất về hoá sinh là vô cùng quan trọng Một số chỉ tiêu về sinh lý và hoá sinh của hạt ñược quan tâm nghiên cứu nhiều nhất ñó là: ñộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose và ñộ thơm

ðộ phân hủy kiềm là một chỉ tiêu sinh lý liên quan ñến chất lượng hạt gạo ðộ phân hủy trong kiềm ñược xem như một chỉ tiêu biểu thị cho nhiệt ñộ hóa hồ Nhiệt ñộ hóa hồ (GT): là ñặc tính chỉ nhiệt ñộ nấu gạo thành cơm và không thể trở lại trạng thái ban ñầu GT thay ñổi từ 55 ñến 790C GT trung bình là ñiều kiện tối hảo cho chất lượng gạo tốt

Theo hướng dẫn của IRRI (1996) [14] hoặc TCVN 5715-1993 [26] sử dụng dung dịch KOH 1.7% để xử lý hạt gạo sau khi xay sát trong 23 giờ, sau

đĩ dựa vào mức độ trương, tỏa của hạt gạo để đánh giá theo thang điểm ðộ phân hủy kiềm và nhiệt độ hĩa hồ cĩ mối quan hệ chặt chẽ với nhau ðộ phân hủy kiềm được đánh giá thơng qua thang điểm của nhiệt độ hĩa hồ và tỉ lệ nghịch với nhau nghĩa là độ phân hủy trong kiềm thấp thì nhiệt độ hĩa hồ thường cao và ngược lại Nhưng nhìn chung gạo cĩ độ phân hủy kiềm đạt ở mức trung bình chiếm được đa số thị hiếu của người tiêu dùng

1.3 ðặc tính sinh hố ở cây lúa

Cĩ rất nhiều vấn đề khi nghiên cứu về đặc tính sinh hố ở cây lúa liên quan đến chất lượng hạt gạo như: dạng nội nhũ, độ bạc bụng, màu vỏ cám, hàm lượng protein, trong đĩ hàm lượng amylose và độ thơm là hai vấn đề được quan tâm nghiên cứu phổ biến hơn bởi hai chỉ tiêu này cho phép dự đốn nhanh nhất chất lượng hạt gạo

1.3.1 Hàm lượng amylose

Phẩm chất lúa gạo được xác định bởi một số yếu tố: chất lượng xay xát, chất lượng cơm (dẻo, cứng) và phẩm chất dinh dưỡng hạt gạo Trong đĩ amylose được xem là chỉ tiêu quan trọng nhất để dự đốn chất lượng gạo nấu

và chất lượng gạo chế biến Hàm lượng amylose cũng là chỉ tiêu quan trọng trong các chương trình lai tạo giống mới Những yếu tố cĩ khả năng làm thay đổi hàm lượng amylose: nhiệt độ, bĩn phân, mức độ chà xát gạo, giống lúa… Trong thời gian vào chắc hàm lượng amylose giảm khi nhiệt độ tăng đối với

nhĩm lúa japonica nhưng ngược lại với nhĩm lúa indica thì nhiệt độ tăng lại

làm tăng hàm lượng amylose trong thời kỳ này Việc bĩn phân đạm nhiều để nuơi hạt cũng làm giảm hơi nhẹ hàm lượng amylose hoặc khi chà xát thì hàm lượng amylose tăng lên theo mức độ chà xát hạt gạo Ngồi ra hàm lượng amylose cịn phụ thuộc vào vùng sản xuất và điều kiện khí hậu ở giai đoạn chín

Tinh bột là chất trùng hợp của glucose trong hạt gạo và nó chiếm khoảng 90% trọng lượng khô của hạt gạo [10] Tinh bột ñược hiện diện chủ yếu dưới hai dạng thành phần mạch nhánh (amylopectin) và mạch thẳng (amylose) Dựa trên cơ sở tỉ lệ % hàm lượng amylose trong tinh bột gạo ñể có thể phân loại thành gạo nếp, gạo tẻ Gạo tẻ thường có hàm lượng amylose cao hơn gạo nếp Phương pháp phổ biến nhất hiện nay ñược sử dụng ñể phân tích hàm lượng amylose là theo TCVN 5716 – 2008 [25]

1.3.2 ðộ thơm

Nghiên cứu ñầu tiên về gạo thơm ñã ñược thực hiện bởi Yajima và ctv (1979) Bằng cách thu thập những chất bay hơi, phân tách bằng sắc ký và sau

ñó xác ñịnh những thành phần này bằng sắc ký khối phổ họ ñã xác ñịnh ñược

114 thành phần có trong gạo thơm, trong ñó có 21 acid, 14 ester của các acid béo, 15 alcohol, 18 aldehyde, 17 ketone, 18 hydrocarbon và một vài hợp chất vòng khác như pyridine và furan Khi so sánh gạo thông thường với gạo thơm, Yajima ñã rút ra kết luận: trong gạo thông thường hàm lượng 4 vinylphenol, 1 hexanol và 1 hexanal cao hơn so với gạo thơm, nhưng lại có hàm lượng indole thấp hơn

Năm 1988, Buttery và ctv [30] ñã xác ñịnh ñược những thành phần chính tạo nên mùi thơm của gạo thơm hạt dài California là 2 - acetyl - 1 - pyrroline; (E,E) - deca - 2,4 - dienal; nonanal; hexanal; (E) - non - 2 - enal; octanal; decanal; 4 - vinyl - guaiacol và 4 - vinylphenol

Khi so sánh nồng ñộ các cấu tử bay hơi thu ñược trong quá trình chiết xuất gạo thơm, Petrov và ctv, 1996 [51] ñã xác ñịnh ñược 9 thành phần có sự khác biệt rõ rệt về nồng ñộ giữa loại gạo thơm và gạo thông thường: pentanol; hexanol; 2 - acetyl - 1 - pyrroline; (E) - hept - 2 - enal; benzaldehyde; octanal; pentadecan - 2 - one; 6,10,14 - trimethylpentadecan - 2 - one và hexadecanol

Trong số 9 hợp chất trên, pentadecan - 2 - one thể hiện mối tương quan nghịch với những hợp chất khác, và là thành phần ñặc trưng trong giống gạo thông thường (IR64) còn 6 hợp chất góp phần tạo mùi thơm trong gạo thơm: hexanal, octanal, nonanal, (E) - non - 2 - enal, (E,E) - deca - 2,4 - dienal và 2 - acetyl - 1 - pyrroline

Theo Widjaja và ctv (1996) [55] , thành phần chính trong tất cả các loại gạo là hexanal Khác biệt cơ bản giữa gạo thơm và gạo thông thường là gạo thông thường chứa hàm lượng hexanal, heptanal; 6 - methyl - 5 - hepten - 2 - one; (E) - 2 - heptenal; 1 - octen - 3 - ol; nonanal; (E) - 2 - octenal và (E) - 2, (E) - 4 - decadienal nhiều hơn so với gạo thơm

Các thành phần hóa sinh góp phần tạo phát triển mùi thơm, nhưng khả năng hình thành mùi thơm của cây còn phụ thuộc vào yếu tố di truyền, môi trường, dinh dưỡng và ñiều kiện bảo quản (Simon và ctv, 1980; Paillard, 1981 [53,49] Do ñó, sự khác biệt giữa mùi thơm trong gạo thơm và gạo thông thường không thể chỉ dựa trên các thành phần hóa sinh (như acid béo, amino acid, ñường hay sắc tố) của mỗi giống

Hiện nay có 2 quan ñiểm về thành phần chất thơm của lúa gạo Quan ñiểm thứ nhất cho rằng chất thơm ñược tạo ra từ các hợp chất aldehyde (CHO) và keton (C=O) và các hợp chất với lưu huỳnh (Ayano và Tsuzuki, 1976) [28] Quan ñiểm thứ 2 cho rằng chất thơm lúa gạo, do vòng pyrrol kiểm soát tính thơm của chất 2- acetyl-1-pyrroline (Buttery và ctv, 1983a) [29]

Hợp chất thơm 2 - acetyl - 1 – pyrroline là một hợp chất thơm có mùi tương tự như mùi bắp nổ, ñược ñánh giá là một thành phần chất thơm quan trọng trong các giống gạo thơm do ñặc tính giữ mùi lâu hơn so với các thành phần bay hơi khác trong gạo Buttery và ctv (1983a) [29] ñã chiết xuất 2 - AP

và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng cách sử dụng hệ thống chiết xuất

Likens – Nickerson (SDE) Sản phẩm thu ñược ñược phân tích bằng GC/MS Sau ñó, họ ñã ñịnh lượng 2 – AP bằng máy sắc ký khí với ñầu dò FID

ðộ thơm là một chỉ tiêu quan trọng của gạo, ñặc biệt ñối với loại gạo nếp, gạo thơm ñặc sản Tuy nhiên những nghiên cứu về bản chất của các hợp chất thơm cũng như so sánh chất lượng mùi thơm của các giống lúa thơm khác nhau ở Việt Nam hiện nay chỉ mới bắt ñầu trong thời gian rất gần ñây và gần như chưa có kết qủa ñáng kể Mùi thơm của hạt gạo xát ñược xác ñịnh theo phương pháp của Jin và cs 1996 [41]

1.2 Tình hình nghiên cứu ñặc tính sinh lý, sinh hoá ở cây lúa

1.2.1 Nghiên cứu trên thế gới

ðể ñáp ứng nhu cầu lương thực cho xã hội, trong những năm vừa qua có nhiều quốc gia ñã liên tục ñưa ra nhiều giống mới có năng suất cao phẩm chất tốt vào sản xuất thâm canh, ñiều này ñã làm mất ñi một lượng lớn các giống ñịa phương, gây ra hiện tượng xói mòn gen, ñặc biệt là nguồn gen quý hiếm

Vì vậy hiện nay công tác nghiên cứu giống lúa trên thế giới luôn chú trọng theo hai hướng: thu thập, bảo tồn nguồn vật liệu khởi ñầu và chọn tạo, khảo nghiệm các ñặc tính sinh học của lúa ñể cải thiện phẩm chất gạo và khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh và biến ñổi khí hậu

Thất vọng với những giống lúa năng suất cao, người nông dân Inñônêxia ñang dần quay trở lại với những giống lúa cổ truyền của họ Những chương trình về tài nguyên di truyền cộng ñồng ở Inñônêxia ñang thu thập, cứu vãn những giống lúa cổ truyền khỏi bị mất và ñang thử nghiệm chúng nhằm cải tiến qui trình canh tác của nông dân (Bùi Chí Bửu, 1992) [4] Giống lúa Khao Dăk Mali là một trong những giống lúa chất lượng cổ truyền ở Thái Lan thuộc loại Indica hạt dài, trỗ bông vào cuối tháng 10, gieo trồng thích hợp trên ñất axit nhẹ vùng Bắc Thái Lan, năng suất bình quân ñạt 2,0-2,2 tấn/ha Chất

lượng ăn uống và hương vị của nó ñược coi là tốt nhất với thị hiếu người Thái Giống lúa này ñược gieo trồng từ lâu ñời và nó trở thành nguồn vật liệu quý cho công tác chọn tạo giống lúa chất lượng tốt ở Thái cũng như nhiều nhà khoa học nông nghiệp khắp nơi trên thế giới (Narala, 2001) [46]

1.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam

Công tác thu thập bảo tồn giống lúa ñịa phương ñược xem là vật liệu khởi ñầu quý giá cho công tác chọn tạo giống Ở nước ta, công tác thu thập bảo tồn giống lúa ñược các nhà khoa học quan tâm rất sớm từ năm 1910, cho ñến nay ñã hình thành một màng lưới các cơ quan nghiên cứu lưu giữ bảo tồn

và khai thác phát triển các nguồn gen mà ở ñó Trung tâm Tài nguyên thực vật

là cơ quan ñầu mối trong cả nước về hoạt ñộng lưu giữ bảo tồn nguồn tài nguyên thực vật nói chung và tài nguyên nguồn gen lúa nói riêng

Nhiều nhà nghiên cứu khoa học quan tâm nghiên cứu về các nguồn gen lúa ñịa phương bởi nó có tầm quan trọng rất lớn ñối với nghề trồng lúa và cả trong chọn tạo giống lúa Lúa ñịa phương luôn ẩn chứa các gen quý có ý nghĩa cho việc lai tạo ra các giống lúa vừa có năng suất cao, phẩm chất tốt, vừa có khả năng chống chịu sâu bệnh hại tốt và những ñiều kiện bất lợi khác của môi trường sống, bên cạnh ñó còn góp phần giữ ñược ña dạng di truyền ở trên ñồng ruộng lúa

Nằm trong cái nôi của vùng phát sinh nguồn gốc cây lúa, với các ñới khí hậu khác nhau từ bắc vào nam nên Việt Nam rất ña dạng về nguồn gen lúa, ñặc biệt là lúa ñịa phương mang nhiều ñặc tính quý Hiện nay, tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia ñang lưu giữ trên 20.000 mẫu nguồn gen trong ñó có khoảng

8000 nguồn gen lúa (Lã Tuấn Nghĩa và cs, 2011) [18] Với sự nhìn nhận vai trò

to lớn của nguồn gen lúa ñịa phương ñối với sự biến ñổi khí hậu toàn cầu hiện nay nhiều giống lúa ñịa phương ñã ñược phục tráng và duy trì trong sản xuất nông nghiệp như: Khẩu nậm xít, Séng cù, lúa Tám, nếp Tú Lệ …

* Nghiên cứu ựặc tắnh sinh hoá

Các ựặc tắnh sinh hóa biểu hiện chất lượng hạt gạo, nghiên cứu về chất lượng hạt gạo Bùi Huy đáp (1980) [8] cho rằng, gạo càng nhiều amylose thì nấu cơm càng nở, nhưng dễ bị khô và cứng cơm khi nguội Các giống Tám thường có khoảng 20% amylose, lúa nương ở vùng núi có tỉ lệ amylose thấp hơn (15%) nên cơm dẻo, khi nguội vẫn dẻo Các giống lúa tẻ trên thế giới có hàm lượng amylose trung bình khoảng 20%, ở Việt Nam hàm lượng này thay ựổi rất lớn 15-32%

Tinh bột của lúa nếp thường chỉ có amylopectin hoặc có hàm lượng amylose rất thấp nên khi thổi xôi, xôi dẻo và không nở Ngoài ra, ựộ dẻo của gạo nếp còn phụ thuộc vào ựộ nhớt cao hay thấp của amylopectin trong giống

ựó Hàm lượng amylose và nhiệt ựộ hóa hồ của tinh bột gạo là những tắnh trạng di truyền của từng giống, nhưng khi làm hạt nếu gặp nhiệt ựộ không khắ cao thường làm giảm hàm lượng amylose

độ thơm của hạt gạo là một chỉ tiêu chất lượng tương ựối quan trọng và

có sức thuyết phục người tiêu dùng ựặc biệt là các nguồn gen lúa nếp Mùi thơm của lúa gạo ựược tạo bởi hợp chất dễ bay hơi là 2-acetyl-1pyrroline Tất cả các giống lúa ựều có hợp chất này nhưng chỉ những giống có hàm lượng vượt quá 0,1ppm mới tạo nên mùi thơm Nhiều nghiên cứu cho rằng lúa nếp thường có mùi thơm hơn các nguồn gen lúa tẻ thông thường (loại trừ một số nguồn gen lúa thơm) Một số nghiên cứu về lúa ựịa phương trong những năm qua :

Nguyễn Hữu Nghĩa và ctv, (2001) [47] khi nghiên cứu về lúa ựặc sản ựịa phương ở Việt Nam ựã chứng minh: Các giống lúa nếp ựịa phương và lúa

Japonica ựược gieo trồng rộng khắp ở cả ựồng bằng và miền núi trên cả hai

miền Nam và Bắc Việt Nam

Theo Phạm Hùng Cương (2001) [6] tổng kết cho thấy: Lúa nếp là nguồn gen đặc sản cĩ giá trị gắn liền với văn hố dân tộc Việt Nam Xét cả 3 vùng miền núi thấp, trung du và đồng bằng, diện tích lúa nếp ngày càng bị thu hẹp, chủng loại các giống lúa nếp ngày càng ít đi, các giống lúa nếp địa phương truyền thống hiện đang cịn trong sản xuất lẫn tạp nhiều, chất lượng kém,

năng suất thấp ðối với lúa nếp các giống thuộc nhĩm Indica cĩ sự đa dạng di truyền lớn hơn và cĩ độ dẻo hơn các giống nhĩm Japonica

Theo Nguyễn Song Hà và ctv [11] khi nghiên cứu độ thơm của 893 mẫu giống: 50% các mẫu giống được đánh giá là cĩ độ thơm và đặc biệt cĩ tới 10% các giống lúa rất thơm Hàm lượng amylose cĩ giá trị trung bình ở lúa tẻ

là 25,3% và lúa nếp 3,4 %

Theo Nguyễn Thị Quỳnh, 2004 [20] nghiên cứu về tập đồn 711 nguồn gen lúa địa phương miền bắc Việt Nam cho thấy: lúa nếp chiếm 59,2%, lúa tẻ 40,8% và lúa thơm 33/711, lúa cẩm 68/711, cịn lại là các loại lúa khác 610/711 chiếm 83,8% Màu vỏ lúa trắng là 590/711 nguồn gen, độ bạc bụng 231/290 nguồn gen được đánh giá là khơng bạc bụng hoặc độ bạc bụng dưới 10% ðộ phân huỷ kiềm của 711 nguồn gen chủ yếu đạt ở mức trung bình và cao Trong tập đồn nghiên cứu chủ yếu là lúa mùa chiếm 94% Những điều tra, đánh giá sơ bộ về tập đồn lúa địa phương của các dân tộc ở nước ta cho thấy đây là những nguồn gen quý, phong phú về các tính trạng chất lượng, chống chịu sâu bệnh, cũng như các điều kiện bất thuận như chịu hạn, chịu úng, chịu mặn…

* Nghiên cứu đặc tính sinh lý chống chịu mặn và hạn

Trong cơng tác chọn tạo giống cây trồng nĩi chung cũng như chọn tạo giống lúa nĩi riêng, mục tiêu của nhà tạo giống là khai thác tính đa dạng di truyền hay những biến dị cĩ lợi của nguồn gen hiện cĩ [13] Cây lúa địa phương

là một tập hợp nguồn gen quý tương ứng với nhiều hệ sinh thái khác nhau ñã hình thành các nhóm lúa cạn, lúa nước sâu, lúa nổi, lúa mặn…Dựa vào ñặc ñiểm tính biến dị và di truyền này mà con người không ngừng thành công trong công tác lai tạo và chọn lọc giống cây trồng có phẩm chất tố và có khả năng chống chịu với ñiệu kiện bất lợi của môi trường: hạn hán, chịu mặn, ngập úng…[5]

Những nghiên cứu về công tác chọn tạo nguồn gen lúa chịu mặn ñã ñược thực hiện rộng khắp trong cả nước ở tại các cơ quan nghiên cứu chuyên ngành và ñã có nhiều giống lúa ñịa phương ñược phục tráng cũng như nhiều giống lúa mới ra ñời Một số kết quả nghiên cứu về lúa chịu mặn ñã ñược công bố trong thời gian gần ñây:

Từ năm 2009 ñến nay, viện Lúa ñồng bằng sông Cửu Long ñã bước ñầu tìm 30 dòng lúa có triển vọng chịu mặn là những dòng lúa kế thừa, ñược phát hiện chịu mặn qua nhiều lần thanh lọc trong phòng thí nghiệm và nhà lưới ðể ñánh giá khả năng chịu mặn, Viện ñang phối hợp khảo nghiệm ở một

số trung tâm giống của các tỉnh như Sóc Trăng, Kiên Giang, Bến Tre, Bạc Liêu [57]

Một số giống lúa mới của Viện Lúa ñồng bằng sông Cửu Long xác ñịnh có khả năng kháng mặn khá cao như: OM6976, OM6677, OM5464, OM5629, OM5166, OM 5451, OM 4059, OM 6164

Theo kết quả của bộ môn sinh lý thực vật, trường ðại học Nông nghiệp

I thì tính chịu mặn của cây lúa qua các giai ñoạn thay ñổi như sau: Mạ  cấy

 làm ñòng  ñẻ nhánh  trỗ Cây lúa chịu mặn trong thời gian nảy mầm, nhưng rất mẫn cảm trong giai ñoạn 1-2 lá Thời gian từ lúc ñẻ nhánh ñến lúc làm ñốt tính chịu mặn tăng lên chút ít rồi sau ñó giảm vào lúc trỗ Giai ñoạn lúa chín ít chịu ảnh hưởng của mặn

Cây bị mặn có thể biều hiện một số triệu chứng quan sát ựược như thiếu Phospho; lá nhỏ, màu xanh tối, giảm tỉ lệ chồi/rễ, giảm số nhánh, kéo dài ngủ nghĩ của mắt bên, giảm số hoa ắt quả và quả nhỏ đối với lúa mặn gây ra những triệu chứng: Cây lùn, ựẻ nhánh giảm, chóp lá hơi bị trắng, trổ muộn, chắn muộn Tuy nhiên, phản ứng chung nhất của cây ựối với tác hại của mặn

là sự kìm hãm sinh trưởng Sự kìm hãm sinh trưởng không mang tắnh chất ựặc hiệu của muối mà chủ yếu phụ thuộc vào nồng ựộ muối tan Sự sinh trưởng của cây sẽ giảm tuyến tắnh với thể thẩm thấu của dung dịch dinh dưỡng và thường không xẩy ra kèm theo những dấu hiệu quan sát ựược như như héo, thay ựổi màu sắc hay ựốm chết Rất nhiều nghiên cứu ựã kết luận: khi cây sinh trưởng trên một nền dung dịch muối mặn thì có sự giảm thế thẩm thấu của tất cả các tế bào của chúng, nhờ ựó mà tránh ựược sự mất nước và chết

đó chắnh là sự ựiều chỉnh thẩm thấu Nhưng khi giảm thế thẩm thấu của dịch bào thì sinh trưởng của cây bì kìm hãm

Hai khuynh hướng ựể tăng sản lượng của cây trồng trên ựất mặn là cải tạo ựất mặn và thay ựổi tắnh di truyền của cây ựể chịu mặn tốt hơn Do các triệu chứng ựiển hình về tác hại của mặn không ựặc hiệu, nên việc nghiên cứu các cơ chế sinh lý, sinh hoá của tắnh chịu mặn của cây trồng sẽ cung cấp cho các nhà di truyền chọn giống những tiêu chuẩn chọn lọc ựặc hiệu

Những nghiên cứu về lúa chịu hạn: đinh Thị Phòng (2001) [19] ựã chọn, tạo ựược giống lúa DrI và DR2 cho năng suất cao, ổn ựịnh, có khả năng chịu hạn, chịu lạnh hơn hẳn so với giống lúa gốc bằng phương pháp chọn dòng tế bào soma Bằng xử lý mô sẹo lúa một tuần tuổi bằng NaCl, Lê Trần Bình và Cs (1998) [1] ựã chọn ựược hai dòng lúa có khả năng chịu muối là C0 và C8, Lê Xuân đắc (1998) [7] xử lý lạnh hai giống lúa C71 và TK90 ở nhiệt ựộ 1ổ0,5oC ựã thu ựược một số dòng lúa có khả năng chịu lạnh, Nguyễn Thu Hoài (2005) [12] nghiên cứu khả

năng chịu hạn của một số giống lúa cạn ñịa phương thu thập ở Bắc Cạn, Cao Bằng, Sơn La ñã so sánh ñược khả năng chịu hạn của các giống lúa ñể làm vật liệu khởi ñầu cho việc chọn, tạo các giống lúa Cũng theo hướng nghiên cứu này Bùi Thị Thu Thủy (2006) [22] ñã ñánh giá ñược khả năng chịu hạn của các giống lúa CR203, U17, KD18, BT20

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Ngân (1993) [17] về ñặc ñiểm và kỹ thuật canh tác một số giống chịu hạn trên vùng ñất cạn Việt Yên, Bắc Giang

và Hải Dương cho thấy: các giống chịu hạn có thời gian sinh trưởng 120-130 ngày; thân cứng, lá ñứng, thẳng và dày; khả năng ñẻ nhánh trung bình; và có

bộ rễ phát triển cả về chiều rộng và chiều sâu

CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

* Vật liệu nghiên cứu

Bao gồm 132 mẫu nguồn gen lúa ựịa phương trong ngân hàng gen cây trồng quốc gia tại Trung tâm Tài nguyên thực vật (danh sách mẫu nguồn gen nghiên cứu xem phụ lục 1)

* Thời gian và ựịa ựiểm thực hiện

Thời gian: ựề tài ựược thực hiện từ tháng 12/2010 ựến tháng 10/2012

địa ựiểm: tại Trung tâm Tài nguyên thực vật - An Khánh, Hoài đức, Hà Nội

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Nội dung nghiên cứu

đề tài ựược thực hiện với 6 nội dung nghiên cứu về các ựặc tắnh sinh

lý, sinh hoá của mẫu nguồn gen lúa ựịa phương, bao gồm:

- Phân loại lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica

- Nghiên cứu ựộ phân huỷ kiềm và nhiệt ựộ hoá hồ

- đánh giá khả năng chống chịu hạn trong phòng thắ nghiệm

- đánh giá khả năng chống chịu mặn trong phòng thắ nghiệm

- Nghiên cứu hàm lượng amylose

- Nghiên cứu ựộ thơm

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

a/ Phân loại lúa nếp, lúa tẻ

+ Phương pháp nghiên cứu: theo phương pháp của IRRI (1996)

+ Nội dung phương pháp: Hạt thóc sau khi bóc vỏ trấu, ựược ngâm trong dung dịch KI-I2 loãng (KI 2% và I2 0,2%) Sau ựó quan sát sự chuyển màu của tinh bột Nếu thấy tinh bột chuyển thành nâu ựỏ là dạng tinh bột của lúa nếp, màu xanh ựen là dạng tinh bột của lúa tẻ

b/ Phân loại loài phụ indica và japonica

+ Phương pháp nghiên cứu: sử dụng phương pháp phân loại nhanh của Chang T.T (1976), Oka H.I (1958a) [32, 48]

+ Nội dung phương pháp: Mỗi nguồn gen lúa sử dụng 10 hạt thóc, ngâm trong dung dịch phenol C6H5OH (1,5%) trong 6 giờ Sau ñó hong khô ở nhiệt

ñộ 300c trong hai ngày ñể quan sát sự bắt màu của hạt thóc Những giống có

hạt chuyển sang màu nâu ñỏ là lúa indica, không chuyển màu là lúa japonica

c/ ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ

- Phương pháp: theo TCVN 5715 – 1993 [26]

- Quy trình tiến hành:

Dùng dung dịch KOH 1,7% phân hủy 6 hạt gạo xát nguyên ở nhiệt ñộ

300C trong 23 giờ Hình dạng và mức ñộ bị kiềm phân huỷ của hạt gạo ñược ñánh giá bằng mắt sau khi ủ ấm dựa trên thang ñiểm sau:

ðiểm 1: Hạt gạo không bị phân huỷ

ðiểm 2: Hạt gạo bị trương lên

ðiểm 3: Hạt gạo bị trương lên, vành keo không hoàn thiện và hẹp ðiểm 4: Hạt gạo bị trương lên, vành keo hoàn chỉnh và rộng

ðiểm 5: Hạt gạo bị nứt ra hoặc vỡ thành những mẩu nhỏ, vành keo hoàn chỉnh và rộng

ðiểm 6: Hạt gạo bị phân tán, hoà tan với vành keo

ðiểm 7: Hạt gạo bị phân tán và trộn lẫn hoàn toàn

Sau khi so sánh mẫu gạo thí nghiệm với mẫu chuẩn và thang ñiểm chuẩn, từ ñó quy ra nhiệt ñộ hóa hồ của mẫu theo bảng sau:

Bảng 2.1 Thanh ựiểm chuẩn ựánh giá ựộ phân hủy kiềm (TCVN 5715-1993)

độ phân hủy kiềm Nhiệt ựộ hóa hồ

d/ đánh giá khả năng chịu hạn trong phòng thắ nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu: dựa trên nguyên tắc ựánh giá gián tiếp khả năng chịu hạn trong ựiều kiện hạn nhân tạo thông qua tỷ lệ nảy mầm, tỉ lệ rễ mầm héo và tỉ lệ rễ mạ héo sau khi xử lý ở các nồng ựộ muối khác nhau ở hai giai ựoạn nảy mầm và lúc cây mạ 3 lá (Vũ Văn Liết và cs 2004) [16]

- Nội dung phương pháp:

+ Giai ựoạn nảy mầm: Xử lý hạt bằng KClO3 3% trong 48 giờ, sau ựó rửa sạch chuyển sang gieo trên ựĩa peptri, sau khoảng 7 ngày, theo dõi tỷ lệ nẩy mầm Dựa vào tỉ lệ nẩy mầm, tỉ lệ rễ mầm ựen hay héo ựể ựánh giá khả năng chịu hạn

+ Giai ựoạn cây mạ ựược 3 lá: Tiến hành gieo mạ trong chậu khi ựược 3 lá ngâm rễ mạ trong dung dịch (KClO3) 1% trong 8 giờ quan sát dựa vào tỉ lệ rễ

mạ bị héo ựể ựánh giá khả năng chịu hạn

- Thang ựiểm: tắnh theo thang ựiểm của Uga Y (2003):

điểm 5: 0-10% (mẫn cảm);

điểm 4: 11-20% (chịu han kém);

điểm 3: 21-40% (chịu hạn trung yếu);

điểm 2: 41-70% (chịu hạn trung bình);

điểm 1: 71-90% (Chịu han khá);

điểm 0: >90% (chịu hạn tốt)

ự/ đánh giá khả năng chịu mặn trong phòng thắ nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu: theo phương pháp của IRRI, 1997 [15]

- Nội dung phương pháp:

+ Ngâm ủ hạt ở 37oC ựến khi nảy mầm, tiến hành ựánh giá tỉ lệ nảy mầm của hạt Sau ựó xếp các hạt thóc nảy mầm vào các rãnh trên tấm xốp và bổ sung dung dịch dinh dưỡng Yoshida vào các khay nhựa ựể hạt lúa phát triển bình thường

+ Sau 3 ngày chăm sóc, tiến hành thanh lọc mặn bằng dung dịch yoshida có

bổ sung muối ở 2 nồng ựộ EC = 6ds/m (NaCl 0.3%) và EC = 12ds/m (NaCl 0.6%) điều chỉnh pH bằng Na0H hoặc HCl ựể luôn duy trì ựộ pH = 5

+ Chỉ tiêu theo dõi ựánh giá: chiều dài rễ, chiều dài thân ựược ựánh giá ở các giai ựoạn: 7 ngày, 14 ngày và 21 ngày

+ Tiến hành ựánh giá khả năng chống chịu mặn theo thang ựiểm chuẩn SES (Standar Evaluating Score)

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn ựánh giá khả năng chống chịu mặn SES

1 Tăng trưởng bình thường, không có vết cháy lá Chống chịu tốt

3 Gần như bình thường, nhưng ựầu lá hoặc vài lá có vết

trắng, lá hơi cuốn lại

e/ Hàm lượng amylose

- Phương pháp: theo TCVN 5716 -2008 [25]

- Nội dung phương pháp: Gạo ñược nghiền thành bột mịn ñể phá vỡ cấu trúc nội nhũ nhằm hỗ trợ sự phân tán và gelatin hóa hoàn toàn Phần mẫu thử ñược hòa vào dung dịch Natri hydroxit, sau ñó lấy một phần của dung dịch chiết này và cho thêm dung dịch iôt Sử dụng máy quang phổ ñể ño ñộ hấp thụ của phức màu tạo thành ở bước sóng 720 nm Hàm lượng amylose của mẫu ñược xác ñịnh dựa vào ñường chuẩn (ñường chuẩn ñược xây dựng sử dụng các mẫu gạo ñã biết hàm lượng amylose, xác ñịnh ñược bằng phương pháp chuẩn trong TCVN 5716-1: 2008)

- Thanh ñiểm ñánh giá hàm lượng amylose: Cao : trên 25%;

Trung bình : 20-25%;

Thấp: dưới 20%

f/ ðộ thơm

- Phương pháp: theo phương pháp của Jin và ctv (1996) [41]

- Nội dung phương pháp: Mỗi giống sử dụng 10 hạt gạo ñã xát trắng cho vào ống nghiệm, sau ñó cho vào ñó 5ml dung dịch KOH 0,1N trong thời gian 5 phút, ở nhiệt ñộ 500C Sau ñó ñánh giá bằng cảm quan

- Thang ñiểm ñánh giá : ðiểm 0: Không thơm,

ðiểm 1: Hơi thơm - thơm ít, ðiểm 2: Thơm

2.3 Phân tích số liệu

Số liệu ñược tổng hợp và phân tích trên phần mềm excel và phần mềm thống kê sinh học