ứng dụng dấu phân tử adn trong việc nhận diện một số tính trạng quan trọng ở lúa

Trước tình hình đó, đề tài “Ứng dụng dấu phân tử ADN trong việc nhận diện một số tính trạng quan trọng ở lúa” được thực hiện với mục tiêu tìm ra được các giống lúa thơm, có khả năng chị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD

TRƯƠNG VĂN HIẾU

ỨNG DỤNG DẤU PHÂN TỬ ADN TRONG VIỆC NHẬN DIỆN MỘT SỐ TÍNH TRẠNG QUAN TRỌNG Ở LÚA

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ GIỐNG CÂY TRỒNG

Cần Thơ, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SHƯD

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ GIỐNG CÂY TRỒNG

Tên đề tài:

ỨNG DỤNG DẤU PHÂN TỬ ADN TRONG VIỆC NHẬN DIỆN MỘT SỐ TÍNH TRẠNG QUAN TRỌNG Ở LÚA

Cán bộ hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Lớp: TT10Z1A1 Cần Thơ, 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN DI TRUYỀN - GIỐNG NÔNG NGHIỆP

Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư Khoa Học Cây Trồng - chuyên ngành Công Nghệ Giống Cây Trồng với đề tài:

ỨNG DỤNG DẤU PHÂN TỬ TRONG VIỆC NHẬN DIỆN

MỘT SỐ TÍNH TRẠNG QUAN TRỌNG Ở LÚA

Do sinh viên Trương Văn Hiếu thực hiện

Kính trình lên Hội đồng chấm luận văn tốt nghệp

Cần thơ, ngày tháng năm 2014

Cán bộ hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN DI TRUYỀN - GIỐNG NÔNG NGHIỆP

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp nhận luận văn tốt luận văn tốt nghiệp kỹ

sư ngành Khoa Học Cây Trồng - chuyên ngành Công Nghệ Giống Cây Trồng với đề tài:

ỨNG DỤNG DẤU PHÂN TỬ ADN TRONG VIỆC NHẬN DIỆN MỘT SỐ TÍNH TRẠNG QUAN TRỌNG Ở LÚA

Do sinh viên Trương Văn Hiếu thực hiện và bảo vệ trước Hội Đồng

Ý kiến của hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp

Luận văn tốt nghiệp được đánh giá

Cân Thơ, ngày tháng năm 2014 Hội đồng

DUYỆT KHOA Trưởng Khoa Nông Nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu kết quả trình bài trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất cứ luận văn hoặc nghiên cứu khoa học nào trước đây

Tác giả luận văn

Trương Văn Hiếu

iv

TIỂU SỬ CÁ NHÂN

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Ngày, tháng, năm sinh: 22/12/1990 Dân tộc: Kinh

Nơi sinh: xã Mỹ Hiệp Sơn, huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang

Cha: Trương Văn Hồng

Thời gian đào tạo: 1998 - 2003

Trường: Tiểu học Mỹ Hiệp Sơn

Địa chỉ: ấp Hiệp Bình, xã Mỹ Hiệp Sơn, huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang

2 Trung học cơ sở:

Thời gian đào tạo: 2003 - 2007

Trường: Trung học cơ sở Mỹ Hiệp Sơn

Địa chỉ: ấp Hiệp Trung, xã Mỹ Hiệp Sơn, huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang

3 Trung học phổ thông:

Thời gian đào tạo: 2007 - 2010

Trường: Trung học phổ thông Nguyễn Hùng Hiệp

Địa chỉ: ấp Hiệp Trung, xã Mỹ Hiệp Sơn, huyện Hòn Đất, tỉnh Kiên Giang

Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014

Người khai ký tên

Trương Văn Hiếu

LỜI CẢM TẠ

Kính dâng

Cha, mẹ đã hết lòng yêu thương, chăm sóc, dạy dỗ và nuôi con khôn lớn nên người

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Ts Nguyễn Lộc Hiền và Ts Huỳnh Kỳ là hai người thầy đáng kính đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo, gợi ý cho em những lời khuyên vô cùng bổ ích trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn

Thầy cô trường Đại Học Cần Thơ nói chung, Khoa Nông Nghiệp và SHƯD nói riêng, người mang đến cho em kiến thức và cảm hứng nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại mái trường Đại Học Cần Thơ

Anh Nguyễn Quốc Chí, chị Huỳnh Ngọc Châu, các bạn thân yêu của lớp Công nghệ giống cây trồng khóa 36 và các em sinh viên Công nghệ giống cây trồng khóa 37

đã giúp đở tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn

Xin gởi lời chúc sức khỏe và thành công đến quý Thầy Cô, anh chị, các bạn và các em

TRƯƠNG VĂN HIẾU, 2014 “Ứng dụng dấu phân tử ADN trong việc nhận diện một số tính trạng quan trọng ở lúa”, luận văn tốt nghiệp Kỹ sư Khoa học cây trồng -

chuyên ngành Công nghệ giống cây trồng, trường Đại Học Cần Thơ Cán bộ hướng dẫn: Ts Nguyễn Lộc Hiền; Ts Huỳnh Kỳ

TÓM LƯỢC

Lúa là cây trồng có vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam và là nguồn lương thực chính trên thế giới Đời sống con người ngày càng nâng cao thì nhu cầu về lúa gạo chất lượng ngày càng tăng Tuy nhiên, trong việc sản xuất lúa thì ngày càng gặp nhiều khó khăn như xuất hiện tình trạng hạn hán, nhiễm mặn và dịch bệnh do rầy

nâu ngày càng tăng Trước tình hình đó, đề tài “Ứng dụng dấu phân tử ADN trong việc nhận diện một số tính trạng quan trọng ở lúa” được thực hiện với mục tiêu tìm

ra được các giống lúa thơm, có khả năng chịu mặn, chịu hạn và kháng rầy để phục vụ cho công tác chọn tạo sao này

Trong tổng số 15 giống, khi sử dụng bộ primer ESP, IFAP, INSP và EAP đã nhận diện được 13 giống lúa mang gen thơm là Phkarum Doul, Phkarum Check, Phkarum Chang, Senpidao, Daw Dam, Nàng Thơm Đục, Hoa Lài, Mẽ Hương 2, Jasmine 85, OM 4900, OM 9915, OM 7347, OM 6377

Khi sử dụng primer OPC07 trong việc nhận diện các giống lúa có mang gen kháng rầy Kết quả đã nhận diện được 6 giống lúa mang gen kháng rầy là Senpidao,

OM 4218, OM 4900, OM 9915, OM 7347, OM 6377 trong tổng số 15 giống

Kết quả phân tích phổ điện di sản phẩm đã nhận diện được 14 giống lúa mang gen chịu hạn là Phkarum Doul, Phkarum Check, Phkarum Chang, Senpidao, Daw Dam, Nàng Thơm Chợ Đào 3, Nàng Thơm Đục, Hoa Lài, Mẽ Hương 2, OM 4218, Jasmine 85, OM 4900, OM 9915, OM 6377 trong tổng số 15 giống bằng primer RM212

Qua kết quả điện di sản phẩm đã nhận diện được 5 giống lúa mang gen kháng mặn là Senpidao, Daw Dam, OM 6377, OM 4900, OM 9915 trong tổng số 15 giống bằng primer RM10825

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

TIỂU SỬ CÁ NHÂN iv

LỜI CẢM ƠN v

TÓM LƯỢC vi

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH HÌNH x

DANH SÁCH BẢNG xi

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

1.1 SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA 2

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 2

1.2.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới 2

1.2.2 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam 3

1.3 SƠ LƯỢC VỀ LÚA THƠM 4

1.3.1 Mùi thơm 4

1.3.2 Xác định các giống lúa thơm bằng dấu phân tử 7

1.3.3 Một số giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam 8

1.3.3.1 Một số giống lúa thơm trên thế giới 8

1.3.3.2 Một số giống lúa thơm trên ở Việt Nam 9

1.3.4 Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam 10

1.3.4.1 Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới 10

1.3.4.2 Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm ở Việt Nam 11

1.4 SƠ LƯỢC VỀ RẦY NÂU 12

1.4.1 Phân bố và ký chủ 12

1.4.2 Đặc điểm hình thái và sinh học 12

1.4.3 Tập quán sinh sống và cách gây hại 12

1.4.5 Tính kháng rầy nâu của các giống lúa 13

1.4.6 Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống lúa kháng rầy 14

1.5 SƠ LƯỢC VỀ LÚA CHỊU HẠN 14

1.5.1 Khái niệm về lúa chịu hạn 15

1.5.2 Cơ chế chịu hạn của lúa 15

1.5.3 Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống lúa chịu hạn 15

1.6 SƠ LƯỢC VỀ LÚA CHỊU MẶN 16

1.6.1 Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa 16

1.6.2 Ảnh hưởng bất lợi của mặn đối với cây lúa 16

1.6.3 Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống lúa mặn 17

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TIỆN PHƯƠNG PHÁP 18

2.1 PHƯƠNG TIỆN 18

2.1.1 Thời gian và địa điểm 18

2.1.2 Giống 18

2.1.3 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất sử dụng 18

2.1.3.1 Thiết bị và dụng cụ 18

2.1.3.2 Hóa chất 19

2.1.3.3 Primer 19

2.2 PHƯƠNG PHÁP 20

2.2.1 Ly trích ADN 20

2.2.2 Kiểm tra ADN bằng phương pháp điện di agarose 20

2.2.3 Phản ứng PCR 21

2.2.3.1 Phản ứng PCR với 4 primer ESP, IFLP, INSP, EAP 21

2.2.3.2 Phản ứng PCR với primer OPC07 22

2.2.3.3 Phản ứng PCR với primer RM212 22

2.2.3.4 Phản ứng PCR với primer RM10825 23

2.2.4 Điện di sản phẩm PCR 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 24

3.1 KẾT QUẢ LY TRÍCH ADN 24

3.2 NHẬN DIỆN GEN THƠM VỚI 4 PRIMER ESP, IFAP, INSP VÀ EAP 24

3.3 NHẬN DIỆN GEN KHÁNG RẦY VỚI PRIMER OPC07 25

3.4 NHẬN DIỆN GEN CHỊU HẠN VỚI PRIMER RM212 26

3.5 NHẬN DIỆN GEN KHÁNG MẶN VỚI PRIMER RM10825 27

3.6 KẾT QUẢ NHẬN DIỆN DẤU PHÂN TỬ ĐỐI VỚI CÁC TÍNH TRẠNG THƠM, KHÁNG RẦY, CHỊU HẠN VÀ CHỊU MẶN 28

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 30

4.1 KẾT LUẬN 30

4.2 ĐỀ NGHỊ 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Hình 2.3 Sơ đồ minh họa chu kỳ phản ứng PCR với primer OPC7 22

Hình 2.4 Sơ đồ minh họa chu kỳ phản ứng PCR với primer RM212 22

Hình 2.5 Sơ đồ minh họa chu kỳ phản ứng PCR với primer RM10825 23

Hình 3.1 Kết quả điện di kiểm tra ADN bằng gel agarose 1% 24

Hình 3.2 Sản phẩm PCR các giống lúa với 4 con mồi ESP, INSP, IFAP,

kháng rầy, chịu hạn, chịu mặn

29

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

2AP 2-Acetyl-1- pyrroline

CI Chloroform Isoamylalcohol

CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Brommide

ADN Deoxyribo Nucleic Acid

SSR Simple Sequence Repeats

UNDP United Nations Development Programme

MỞ ĐẦU

Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng trên thế

giới, nó cung cấp lương thực cho gần một nửa dân số trên trái đất Ở Việt Nam, lúa

là cây trồng có vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, Đồng Bằng Sông

Cửu Long (ĐBSCL) được xem là vựa lúa lớn nhất nước cung cấp lương thực không chỉ trong nước mà còn cho xuất khẩu

Tuy nhiên, sản lượng và giá trị xuất khẩu lúa gạo của nước ta vẫn còn thấp

hơn so với Thái Lan Nguyên nhân chủ yếu là do các giống lúa thơm của nước ta

còn chiếm tỷ trọng thấp, sâu bệnh hại làm giảm năng suất và chất lượng của lúa gạo Ngoài ra, Việt Nam là đất nước với 3/4 diện tích là đồi núi thường xuyên đối diện với tình trạng hạn hán tác động rất lớn đến nền sản xuất nông nghiệp, nhất là thời gian gần đây diện tích đất nhiễm mặn ở ĐBSCL tăng cao do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và do sự hình thành các đập thủy lợi ở đầu nguồn đã làm suy giảm đáng kể năng suất và sản lượng lúa của toàn vùng Do vậy, việc nghiên cứu phát triển những giống lúa thơm, chất lượng cao có khả năng chịu mặn, chịu hạn và kháng rầy là cấp thiết

Để đáp ứng nhu cầu trên thì việc khảo sát nguồn gen ban đầu là rất cần thiết

Vì vậy đề tài “Ứng dụng dấu phân tử ADN trong việc nhận diện một số tính trạng quan trọng ở lúa” được thực hiện nhằm mục tiêu tìm ra được các giống lúa

thơm, có khả năng chịu mặn, chịu hạn và kháng rầy để phục vụ cho công tác chọn tạo sao này

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

1.1 SƠ LƯỢC VỀ CÂY LÚA

Cây lúa là cây hằng niên có tổng số nhiễm sắc thể là 2n = 24 Cây lúa thuộc

họ Gramineae (họ hòa thảo) chi Oryza Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở

vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần của Châu Úc Trong đó, chỉ có 2 loài lúa trồng là

Oryza sativa L và Oryza glaberrima Steud (trong 2 loài lúa trồng thì Oryza sativa L

chiếm đại bộ phận diện tích đất trồng lúa trên thế giới) còn lại là các loài lúa hoang hằng niên và đa niên (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.2.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới

Trên thế giới, cây lúa được 250 triệu nông dân trồng, là lương thực chính của 1,3 tỉ người nghèo nhất trên thế giới, là sinh kế chủ yếu của nông dân Là nguồn cung cấp năng lượng lớn nhất cho con người, bình quân 180-200 kg gạo/người/năm tại các nước châu Á, khoảng 10 kg gạo/người/năm tại các nước châu Mỹ

Lúa có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau, từ các loại đất phù sa màu mỡ đến các loại đất cát, đất sét, đất bạc màu, đất trũng úng ngập, nghèo dinh dưỡng và

có độ pH từ 3-10 Điều đó chứng tỏ rằng cây lúa có khả năng thích ứng rất rộng với những điều kiện sinh thái khác nhau trên toàn thế giới

Hiện nay trên thế giới có 114 nước trồng lúa, phân bố trên tất cả các châu lục nhưng tập trung nhiều nhất vẫn là châu Á (khoảng 90%) Các nước có diện tích lúa lớn nhất là: Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Bangladesh, Thái Lan và nước có diện tích nhỏ nhất là Jamaica Việt Nam đứng hàng thứ 6 trước Miến Điện Nhật Bản và Tây Ban Nha là hai nước có năng suất lúa dẫn đầu thế giới trong nhiều năm Trong khi các nước có diện tích lúa lớn thì điều kiện tự nhiên thường khắc nghiệt, thiếu điều kiện đầu tư, cải tạo môi trường canh tác và không thể đầu tư vào nông nghiệp cao, nên năng suất lúa vẫn còn rất thấp và tăng chậm Việt Nam đứng vào nhóm 20 nước có năng suất cao, đặc biệt là vượt trội trong khu vực Đông Nam Á nhờ thuỷ lợi được cải thiện đáng kể và áp dụng nhanh các tiến bộ kỹ thuật về giống, phân bón

và bảo vệ thực vật Năng suất lúa cao tập trung ở các quốc gia á nhiệt đới hoặc ôn đới có khí hậu ôn hoà hơn, chênh lệch nhiệt độ ngày và đêm cao hơn và trình độ canh tác phát triển tốt hơn Các nước nhiệt đới có năng suất bình quân thấp do chế

độ nhiệt và ẩm độ cao, sâu bệnh phát triển mạnh và trình độ canh tác hạn chế (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.2.2 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam

Việt Nam có điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm nên rất thuận lợi cho nghề trồng lúa Bởi vậy, Việt Nam có thể coi là cái nôi hình thành cây lúa nước Trong thời gian chiến tranh, diện tích trồng lúa cả nước dao động trong khoảng 4,4-4,9 triệu ha, năng suất có tăng nhưng rất chậm

Sau ngày giải phóng (1975), cùng với phong trào khai hoang phục hóa, diện tích lúa tăng lên khá nhanh và ổn định ở khoảng 5,5-5,7 triệu ha Bước sang thập niên 1980, năng suất lúa tăng dần do các công trình thủy lợi trong cả nước, đặc biệt

là ở ĐBSCL đã bắt đầu phát huy tác dụng Cơ chế quản lý nông nghiệp thoáng hơn với chủ trương khoáng sản phẩm trong sản xuất nông nghiệp

Năm 1982, nước ta đã chuyển từ nước phải nhập khẩu gạo hàng năm sang tự túc được lương thực Tiếp theo, đó là một loạt chính sách cải cách ruộng đất và đổi mới nền kinh tế theo cơ chế thị trường, nông dân được giao quyền sử dụng ruộng đất nên quan tâm, phấn khởi hơn và có toàn quyền quyết định trong các quá trình sản xuất của họ, năng suất tăng lên nhanh chóng

Đến năm 1989, gạo Việt Nam lại tái hòa nhập vào thị trường lương thực thế giới và chiếm lĩnh ngay vị trí quan trọng là nuớc xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 3 rồi

2 trên thế giới sau Thái Lan Từ năm 1997 đến nay, hằng năm nước ta xuất khẩu trung bình trên dưới 4 triệu tấn gạo, đem về một nguồn thu ngoại tệ rất đáng kể Nhìn chung, từ năm 2007 đến nay cả ba chỉ tiêu diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở nước ta đều có chiều hướng tăng, năm sau cao hơn năm trước (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở Việt Nam từ năm 2006 đến 2011

Năm 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Diện tích (triệu ha) 7,32 7,21 7,40 7,44 7,49 7,65 Năng suất (tấn/ha) 4,89 4,99 5,23 5,24 5,34 5,53 Sản lượng (triệu tấn) 35,85 35,94 38,73 38,95 40,01 42,32

(Nguồn: Tổng cục thống kê Việt Nam, 2013)

Hạt gạo Việt Nam chẳng những đủ bảo đảm yêu cầu về an ninh lương thực trong nước mà còn góp phần rất quan trọng trong thị trường lúa gạo thế giới Trong những năm qua, gạo xuất khẩu của VN tăng trưởng về số lượng và chất lượng cũng như mở rộng thị trường Ngoài các thị trường truyền thống của VN như là Iraq, Iran (Trung Đông), thị trường Châu Á (Indonesia, Philipines), VN đã mở rộng và phát triển thêm một số thị trường tiềm năng như là Châu Phi, Mỹ La Tinh và EU Yếu tố quan trọng ảnh hưởng các doanh nghiệp xuất khẩu gạo của VN là ít kinh nghiệm nên thiếu khả năng duy trì và khai thác các thị trường nhiều biến động này Đây là thị trường có nhu cầu cao và khả năng thanh toán rất tốt Nếu họ có mối liên kết tốt

hơn và tổ chức thị trường tốt họ sẽ nâng cấp hạng ngạch và giá trị xuất khẩu gạo của

Hiện nay, dân số nước ta trên 80 triệu người và 100% người Việt Nam sử dụng lúa gạo làm lương thực chính Nước ta có gần 33 triệu ha đất đai, trong đó có 9,6 triệu đất nông nghiệp mà cây lúa chiếm đến 4 triệu ha (Tổng Cục Thống Kê, 2008)

1.3 SƠ LƯỢC VỀ LÚA THƠM

1.3.1 Mùi thơm

Mùi thơm được tìm thấy trong thành phần của gạo nấu, nó là chỉ số quan trọng có ảnh hưởng rất lớn đến khẩu vị và dễ biến đổi trong quá trình bảo quản (Lê Doãn Biên và ctv., 1997) Gạo có mùi thơm là một đặc tính phẩm chất có giá trị thứ yếu, một số vùng ở châu Á lại thích và sẵn lòng trả giá cao (Jennings và ctv., 1979) Một số nhà khoa học cho rằng các giống lúa thơm có ưu điểm là tính trạng mùi thơm thường liên kết với tính trạng chất lượng nấu nướng tốt và tỉ lệ xay sát cao

Trong những đặc tính lý hóa liên quan tới chất lượng gạo thì mùi thơm là một trong những đặc tính quan trọng nhất Theo những nghiên cứu trước đây, mùi thơm của gạo là sự tổng hợp của trên 100 hợp chất bay hơi, trong đó chất 2-acetyl-1-proline (2AP) được xem là hợp chất quan trọng nhất tạo nên mùi thơm ở tất cả

các giống lúa, nhất là hai giống lúa Basmati và Jasmine (Bradbury et al., 2005) Gạo

chà có nồng độ 2-acetyl-1-proline từ 6ppb (0.006ppm) đến 90ppb (0.09ppm) Ở gạo lức, nồng độ 2-acetyl-1-proline từ 0.1-0.2ppm Điều này cho thấy thành phần của những lớp bề mặt gạo đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành mùi thơm của cơm Mũi con người có thể phát hiện được nồng độ của 2-acetyl-1-proline ở nồng

độ 7ppb (0.007ppm) Theo số liệu thống kê, trên lúa không thơm có hàm lượng acetyl-1-proline thấp hơn 15 lần so với lúa thơm Chất tạo mùi 2AP được tìm thấy hầu hết các bộ phận của cây, trừ phần rễ

2-Di truyền tính trạng thơm ở lúa đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Khi nghiên cứu tỷ lệ phân ly giữa cá thể thơm và không thơm trong quần thể F2 của nhiều tổ hợp lai, một số nhà nghiên cứu cho rằng, có một số gen khác nhau

(trội hoặc lặn) liên quan tới tính trạng thơm Những nghiên cứu sâu hơn về gen tổng hợp nên mùi thơm của lúa (fgr) nhận thấy gen thơm nằm trên nhiễm sắc thể số 8 và

sự đột biến mất đi 8 nucleotide và 3 vị trí thay đổi nucleotide (SNP) ở gen betaine aldehyde dehydrogenase 2 (BAD2) (một tiền tố tạo nên gen enzyme tạo mùi thơm 2AP) dẫn đến sự hình thành mùi thơm trên lúa (Bradbury et al., 2005)

Các yếu tố ảnh hưởng đến mùi thơm

Mùi thơm và chất lượng cơm chịu ảnh hưởng nhiều bởi nhiều yếu tố Một số giống có thể trồng ở nhiều nơi và cho năng suất tương đương nhau nhưng về chất lượng thì lại rất khác nhau đặt biệt là mùi thơm

* Nhiệt độ

Mùi thơm của lúa bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ, đặc biệt là vào giai đoạn lúa trổ, vào chắc và chín nếu nhiệt độ xuống thấp sẽ làm cho mùi thơm của lúa tăng lên Gieo cấy muộn dẫn đến trổ bông và chín trong những ngày nhiệt độ thấp hơn sẽ làm tăng chất lượng nhưng làm giảm năng suất của lúa thơm Nhiệt độ trung bình hằng ngày là 18°C thì đặc tính thơm của gạo là tốt nhất

* Đất đai

Ở những vùng đất thịt nhẹ và xốp như đồi núi thì thuận lợi cho việc hình thành tính thơm, trong khi hầu hết các giống lúa đặc sản, lúa thơm lại được gieo trên những cánh đồng bằng phẳng và được tưới tiêu thuận lợi Có nhiều nghiên cứu cho rằng giống Basmati trên những đất nghèo và kiềm hoặc chế độ nước tưới tiêu kém thì thuận lợi cho việc hình thành tính thơm

Giống Khao Dawk Mali 105 của Thái Lan có thể gieo trồng ở khá nhiều vùng đất khác nhau mùi thơm khác nhau giữa các vùng Tương tự các giống đặc sản của Việt Nam như Tám Xoan, Tám Thơm, Nàng Hương, Nàng Thơm Chợ Đào…chỉ có mùi thơm đặc trưng ở một số vùng nhất định, nếu gieo trồng ở vùng khác thì không

có mùi thơm hoặc thơm nhẹ

Ẩm độ của đất cũng là yếu tố ảnh hưởng đến mùi thơm của các giống lúa thơm Đối với giống lúa thơm Khao Dawk Mali 105, đất có hàm lượng sét cao sẽ giữ nước tốt hơn giai đoạn lúa chín so với đất cát nên chất lượng mùi thơm ở vùng đất sét thường thấp hơn giống lúa này trồng ở vùng đất cát hay vùng đất có sa cấu lỏng lẻo Thời tiết khô không mưa ở giai đoạn lúa chín cũng ảnh hưởng đến mùi thơm vì thế vùng đất cát và thời tiết khô cho chất lượng lúa thơm cao hơn

(Yoshihashi et al., 2002)

* Dinh dưỡng và phân bón

Phân đạm

Có một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng mùi thơm, độ mềm cơm, màu trắng sáng, độ dính của cơm gạo Khao Dawk Mali 105 bị ảnh hưởng nếu bón phân đạm Bón nhiều đạm sẽ tăng năng suất nhưng mùi thơm sẽ giảm Gạo đặc sản trồng trên đất nghèo đạm có chất lượng cao hơn

Phân Kali

Phân kali ảnh hưởng tốt đến chất lượng và hương vị của cơm Nếu bón nhiều kali hơn lượng dùng để đạt năng suất tối đa của giống Khao Dawk Mali 105 thì sẽ làm tăng mùi thơm và góp phần làm cho hạt gạo sáng hơn nhưng độ mềm cơm giảm

Kali làm cho cây cứng, không bị đỗ ngã, giúp tăng khả năng tích lũy chất khô trong hạt và giảm hiện tượng bất thụ Ngoài ra, kali còn giúp tăng hàm lượng tinh bột, carbohydrate trong hạt

Phân lân, lưu huỳnh và kẽm

Các nhà khoa học phát hiện rằng các giống lúa có mùi thơm khi nấu thì giống đó có chứa một hàm lượng sắt và kẽm nào đó Điều này cho phép nhận xét

rằng các đặc tính hàm lượng sắt và kẽm cao liên kết với gen thơm

Bón phân lân làm tăng hàm lượng protêin trong gạo Tuy nhiên, nếu bón nhiều sẽ làm cho chất lượng gạo giảm Bón phân chứa kẽm làm tăng hàm lượng amylase trong gạo

Khi bón phân lân và kẽm có ảnh hưởng tốt đến chỉ tiêu chất lượng hạt, nhưng mùi thơm, độ mềm cơm và độ trắng sáng hạt thì lại phụ thuộc vào hàm lượng phospho có trong hạt chứ không phải trong cây Ở những đất thiếu lưu huỳnh, nếu được bón với tỷ lệ cân đối sẽ làm tăng mùi thơm, độ mềm cơm và độ sáng hạt của giống Khao Dawk Mali

* Biện pháp canh tác

Các biện pháp canh tác như chuẩn bị đất, phương pháp gieo sạ, thời gian gieo, thời gian thu hoạch đều ảnh hưởng lớn đến chất lượng lúa gạo và việc hình thành mùi thơm Nếu đất được làm kỹ và để ẩm khoảng 30 ngày trước khi cấy thì trọng lượng 1000 hạt, tỷ lệ xay chà, chiều dài hạt, hàm lượng protêin và độ bền gel

là cao nhất Tuy nhiên, nếu chỉ làm đất khô rồi đưa nước vào cấy thì các giá trị trên đều thấp Mật độ cũng ảnh hưởng đến trọng lượng 1000 hạt, tỷ lệ xay chà, hàm lượng protêin và chiều dài hạt Nếu mật độ sạ dày các chỉ tiêu trên đều giảm Theo kinh nghiệm của nông dân thì lúa sạ có mùi thơm hơn lúa cấy

* Mùa vụ

Do các giống lúa thơm đều yêu cầu biên độ nhiệt ngày và đêm khá chênh lệch nên thời vụ gieo trồng cần tính toán sao cho giai đoạn trổ, giai đoạn hạt và vào chắc phải phù hợp với nhu cầu sinh lý của cây để đạt được chất lượng cao Nếu cấy sớm mùi thơm sẽ giảm, cấy trễ thì hàm lượng amylose tăng Thời gian thu hoạch cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng gạo và mùi thơm, nếu gặt trễ sẽ giảm mùi thơm

và các chỉ tiêu chất lượng khác Thời điểm thu hoạch tốt nhất để thu hoạch được năng suất và tỷ lệ xay chà cao là ở 35 ngày từ khi lúa trổ 50%, lúc đó ẩm độ của hạt khoảng 20-22%

* Độ thuần

Độ thuần của giống ảnh hưởng rất lớn đến mùi thơm, sử dụng giống không đạt chất lượng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng gạo và mùi thơm Nhiều giống lúa do nông dân tự để Do điều kiện bảo quản giống không phù hợp nên chất lượng cũng như độ thuần của giống kém dẫn đến năng suất, chất lượng và mùi thơm giảm Nên mua giống ở những nơi tin cậy để đảm bảo giống đúng cấp, giống chất lượng

* Điều kiện tồn trữ trong kho

Trong quá trình tồn trữ trong kho mùi thơm của hạt gạo bị giảm dần Khi tồn trữ ở nhiệt độ phòng (28-30°C) trong khoảng 10 ngày hay phòng trữ lạnh (4-8°C) khoảng 30 ngày thì phẩm chất đạt mức chấp nhận được

Đối với lúa bảo quản vài tháng có chất lượng tốt hơn vì sau khi bảo quản được vài tháng khả năng hấp thụ nước của gạo tăng khoảng 15% trong quá trình nấu Kinh nghiệm cho thấy một số giống lúa thơm nếu bảo quản lâu hơn 3 tháng sẽ giảm mùi thơm

1.3.2 Xác định các giống lúa thơm bằng dấu phân tử

Hiện nay, các nhà khoa học tập trung nhiều vào gen fgr điều khiển tính trạng mùi thơm trên cây lúa để thiết kế các cặp mồi nhằm xác định các cá thể mang tính

trạng mùa thơm trên cây lúa

Theo Giovanni (2002) đã tìm ra chỉ thị phân tử SCU015RM và cho rằng là một marker liên kết chặt chẽ với gen thơm và được xem là có thể dùng để xác định gen thơm và không thơm Chỉ thị phân tử SCU015RM đã được sử dụng trong việc xác định một số giống lúa thơm ở Úc

Nguyễn Thị Lan và Bùi Chí Bửu (2004), đã tìm ra cặp mồi RG28 có thể được dùng trong việc nghiên cứu nhận diện gen của một số giống lúa thơm

Bradbury và ctv (2005) đã thiết kế bốn đoạn mồi ESP (external anti-sense

primer), INSP (internal non-fragrant sense prime), IFAP (internal fragrant sense prime) và EAP (external anti-sense primer) để xác định những cá thể lúa thơm

anti-và không thơm Đây được xem là những con mồi rất hữu dụng trong việc xác định gen lúa thơm và được rất nhiều nhà khoa học sử dụng trong thời gian gần đây

1.3.3 Một số giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam

1.3.3.1 Một số giống lúa thơm trên thế giới

* Lúa thơm ở Ấn Độ và Pakistan: giống lúa Basmati 370

Giống lúa Basmati 370 đã có thương hiệu trên thị trường thế giới từ lâu, giống này được sản xuất ở phía Bắc và Tây Bắc Ấn Độ chủ yếu ở các bang Haryana, tây Utar Pradesh, Jammu, Kashmir, Delhi và Rajasthan Ấn Độ sản xuất khoảng 0,6-0,7 triệu tấn gạo Basmati trên diện tích khoảng 0,7-0,8 triệu ha với năng suất bình quân 0,85 tấn/ha Ở Pakistan, tổng diện tích trồng lúa là 2,1 triệu ha, trong

đó 1,1 triệu ha ở Punjab (thuộc Pakistan), nơi lúa Basmati chiếm 80% diện tích Tổng sản lượng khoảng 3 triệu tấn Trong đó, 70% để sử dụng trong nước và 30%

để xuất khẩu

Gạo Basmati có những đặc tính thơm đậm, hạt dài trên 6,5 mm, hạt cơm nở theo chiều dài, độ nở thường gấp đôi chiều dài hạt gạo, cơm mềm xốp Basmati có thân cao, yếu và dễ đổ, phản ứng với ánh sáng ngày ngắn và rất dễ nhiễm với tất cả sâu bệnh Hạt gạo Basmati dài có vết bạc bụng, do đó dễ gãy khi xay xát, dẫn đến tỉ

lệ gạo nguyên thấp Tiềm năng năng suất của Basmati chỉ đạt 1,5-2,0 tấn/ha, bình quân toàn vùng chỉ đạt khoảng dưới 1 tấn/ha Mùi thơm của Basmati có ở mọi giai đoạn phát triển và có ở tất cả các cơ quan trên mặt đất của cây lúa Mặc dù Ấn Độ

có nhiều giống lúa thơm, nhưng về chất lượng vẫn thua kém giống Basmati 370, trong quá trình sản xuất lâu đời đã có nhiều dòng Basmati được chọn lọc hoặc lai tạo từ nguồn Basmati 370

* Lúa thơm Thái Lan: giống Khao Dawk Mali 105 (KDML 105)

KDML 105 được chọn lọc tại trại thí nghiệm lúa Kor Samrong thuộc tỉnh Lop Buri Năm 1955, dòng thuần tốt nhất KDM 4-2-105 được xác định và lấy tên Khao Dawk Mali 105 KDML 105 là giống phản ứng ánh sáng ngày ngắn, tại Thái Lan giống gieo cấy trong tháng 6-7, trỗ bông 20-25 tháng 10, chín vào cuối tháng

11 Chiều cao cây từ 140-150 cm, đẻ nhánh 8-10 nhánh/bụi, thân mềm yếu, lá hẹp

có màu xanh nhạt Hạt có màu vàng rơm, dạng hạt thon dài, mỏ hạt hơi cong, hạt trong, có kích thước phôi nhỏ Chiều dài hạt gạo lứt trung bình 7,5 mm Hàm lượng amylose hơi thấp, cơm hơi dính và có mùi thơm vừa KDML 105 là giống có khả năng thích nghi rộng với các điều kiện môi trường khác nhau Giống thích nghi nhất

ở địa hình cao, tương đối kháng hạn, kháng trung bình với mặn, phèn và trung bình với tuyến trùng rễ Tuy vậy, giống nhiễm nhiều loại sâu bệnh như cháy lá, cháy bìa

lá, đốm vằn, rầy nâu, rầy xanh, sâu đục thân và muỗi lá hành Năng suất bình quân 1,7 tấn/ha, nhưng tiềm năng năng suất khá cao, có thể đạt 4,5-5 tấn/ha

* Một số giống lúa thơm khác trên thế giới

Viện Nghiên cứu lúa quốc tế IRRI tồn trữ hơn 180 giống lúa thơm trên thế giới từ các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Lào, Campuchia, Việt Nam, Thái Lan, Ấn Độ, Mỹ…

Theo Viện Hàn Lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (1986), trong hàng nghìn giống lúa thơm của Trung Quốc có 3 giống lúa thơm nổi tiếng nhất: Xiang-

Mi ở tỉnh Hoa Nam (Tây Nam Trung Quốc), Xiang-Geng Mi ở vùng SuZhou, tỉnh Jang An (Miền Trung Trung Quốc) và giống Shansi xang Dao từ thành phố Hang Zhong, tỉnh Shan Shi (Tây Bắc Trung Quốc) Trong bộ sưu tập giống lúa của IRRI, các giống lúa với từ "Xiang" nghĩa là "thơm" đã được thu thập ở các tỉnh Zhezang, Thượng Hải (vùng ven biển Trung Quốc), Nam Kinh (Trung Tâm Miền Đông) Có nhiều giống lúa thơm từ Đài Loan cũng được thu thập và tồn trữ tại IRRI

Indonesia có giống lúa thơm Pandan Wangi chỉ phát triển tốt và có chất lượng cao ở xã Warung Kondang, huyện Ciangjur, tỉnh Jawn Barat thuộc đảo Java Azucena là giống lúa thơm nổi tiếng của Philippine, đây là giống thuộc loại hình Japonica, được trồng nhiều trên các vùng lúa cạn ở Philippine Hai giống lúa thơm khác cũng phổ biến của Philippine là Malagkit Sungsong và Milarosa

1.3.3.2 Một số giống lúa thơm ở Việt Nam

* Lúa thơm đặc sản Bắc Bộ

Nhóm lúa Tám gồm nhiều giống lúa mùa chính vụ, nhưng có một số giống lúa muộn như Tám Xoan, Tám Đen, Tám Đỏ Trong những năm 60 trở về trước, lúa Tám chiếm diện tích khá lớn, nhất là các tỉnh Trung du và miền núi Bắc Bộ Lúa Tám thường được trồng trên ruộng có nhiều chất dinh dưỡng, nhưng cũng có những giống thích hợp trên ruộng xấu hơn Năm 1964, lúa Tám chiếm 20% diện tích canh tác ở Bắc Bộ Bằng phương pháp phân tích isozyme, phân tích khoảng cách di truyền, các giống Tám thơm Việt Nam lần đầu tiên được xác định thuộc nhóm Japonica (Đỗ Khắc Thịnh, 2003) Các giống Tám phần lớn là những giống hạt nhỏ dài, chiều dài của hạt thay đổi từ 7,6-8,5 mm và chiều rộng của hạt từ 1,7-2,7 mm Đặc biệt, Tám Xoan có hạt rất dài, có tỷ lệ dài rộng đến 4,5 Lúa Tám thường có hạt màu vàng sẫm, nhưng cũng có giống có màu vàng rơm Trong các giống lúa Tám, quý nhất là giống Tám Xoan và Tám Thơm Thời gian sinh trưởng của các giống lúa Tám khoảng 150 ngày Tám Xoan và Tám Thơm có phẩm chất cao nhất trong các giống lúa mùa ở vùng Bắc Bộ: hạt nhỏ, gạo trong, đều hạt, cơm mềm dẻo, có mùi thơm đậm Hai giống này khó trồng, vì chúng đòi hỏi ruộng tốt, hạt dai khó rụng, diện tích gieo trồng 2 giống này trước đây tương đối hạn hẹp (Bùi Huy Đáp, 1999)

*Lúa thơm đặc sản Nam Bộ

Theo Nguyễn Xuân Hiển (1986), căn cứ vào đặc tính thực vật các giống lúa mùa thơm ở ĐBSCL có thể chia làm 2 nhóm: nhóm Nàng Thơm và nhóm Tàu Hương

- Nhóm Nàng Thơm (nhóm giống gốc ở địa phương) bao gồm các giống lúa Nàng Thơm và hầu hết các giống lúa Nàng Hương chiếm diện tích khá lớn ở những

màu vàng rơm hay vàng rơm sẫm Nhóm giống nàng thơm được nhiều người ưa thích, giống được trồng nhiều ở Long An, TP Hồ Chí Minh, Tiền Giang và vùng Đông Nam Bộ

- Nhóm Tàu Hương (nguồn gốc nhập nội hoặc tạp giao giữa giống nhập nội

và giống địa phương) nhóm giống này chiếm khoảng 20% giống lúa thơm ở vùng ĐBSCL Đặc điểm chính là hạt hơi bầu, có sọc ở vỏ hạt, mùi thơm nhẹ đến thơm đậm Nơi sản xuất giống này nhiều là ở Bến Tre (Nguyễn Xuân Hiển, 1986)

*Nhóm lúa ngắn ngày được trồng phổ biến ĐBSCL

Diện tích lúa thơm ở vùng ĐBSCL ngày càng tăng, hiện nay diện tích lúa thơm chiếm khoảng 110 nghìn ha Các loại lúa thơm đặc sản được trồng tập trung tại thành phố Cần Thơ và các tỉnh An Giang, Tiền Giang, Long An Giống lúa OM

5472 được chọn từ tổ hợp lai OM 2718/Jasmine 85 Giống thích nghi rộng và đã được canh tác nhiều tại các vùng ĐBSCL Giống OM 5472 có thời gian sinh trưởng khoảng 90-95 ngày, trổ tập trung, chiều cao cây 95-105 cm Đây là giống lúa có dạng hình đẹp, tương đối cứng cây, khả năng đẻ nhánh khá, bông đóng hạt dầy, tỉ lệ lép thấp, trọng lượng nghìn hạt từ 26-27 g, gạo có mùi thơm nhẹ, hạt dài, trong, ít bạc bụng, cơm mềm Giống OM 5472 chống chịu rầy nâu và bệnh đạo ôn trung bình Tiềm năng năng suất của lúa này khá cao và ổn định trong cả hai vụ đạt từ 5 đến 8 tấn/ha

Những năm gần đây, các giống lúa ST được nông dân lựa chọn canh tác ngày càng nhiều do chất lượng gạo cao Đặc biệt là giống lúa ST 20 được sản xuất

từ giống lúa đặc sản ST của tỉnh Sóc Trăng, do kỹ sư Hồ Quang Cua là tác giả ST

20 là giống lúa có chất lượng và mùi vị vượt trội so với các loại gạo thơm khác, hạt gạo dài, thon, mùi thơm đặc trưng, cơm ráo, dẽo, ăn rất ngon Giống này được trồng nhiều ở Sóc Trăng và Cần Thơ Giống ST 20 đang được xuất khẩu sang các thị trường cao cấp như Hồng Kông, Đài Loan, Tây Âu, Mỹ…

1.3.4 Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam

1.3.4.1 Những nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới

Nhân giống thông thường đã được chọn làm công cụ quan trọng trong việc lai tạo giống lúa thơm, nhưng gần đây trên thế giới có nhiều chương trình nghiên cứu nhân giống bằng những phương pháp tiên tiến hơn Nâng cao hiệu quả, giảm chi phí và thời gian trong việc chọn tạo giống lúa thơm, chất lượng cao Các nước Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pháp, Brazil, Mỹ

và Anh đã hợp tác giải mã trình tự bộ gene cây lúa, điều này đã tạo tiền đề cho nhân giống phân tử phát triển ngày càng mạnh và cạnh tranh cao hơn

Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) có nhiều đóng góp to lớn trong việc bảo tồn và phát triển các giống lúa thơm trên thế giới Ở Sri Lanka nhóm nhà khoa học

đã nhận diện thành công 56 giống/dòng lúa thơm Đây là một trong những bước