đánh giá và chọn lọc các dòng lúa chất lượng có mùi thơm dựa trên kiểu hình và marker phân tử phục vụ phát triển sản xuất lúa đồng bằng sông hồng

4.15 đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nấu nướng của các dòng, giống lúa 4.16 Chất lượng thương trường, chất lượng xay xát của các dòng lúa thơm 4.17 Hàm lượng protein và amylose của c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

*********************

TĂNG THỊ DIỆP

ðÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA CHẤT LƯỢNG

CÓ MÙI THƠM DỰA TRÊN KIỂU HÌNH VÀ MARKER PHÂN TỬ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT LÚA

ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

*********************

TĂNG THỊ DIỆP

ðÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA CHẤT LƯỢNG

CÓ MÙI THƠM DỰA TRÊN KIỂU HÌNH VÀ MARKER PHÂN TỬ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT LÚA

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Kết quả nghiên cứu trong luận văn là kết quả lao ñộng của chính tác giả Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tăng Thị Diệp

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, tôi ựã nhận ựược nhiều sự giúp ựỡ quý báu của tập thể các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền Ờ chọn giống cây trồng Khoa Nông học, Ban quản lý đào tạo, trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện cây lương thực thực phẩm, sự quan tâm, ựộng viên, giúp ựỡ của gia ựình, bạn

bè, ựồng nghiệp

Với tấm lòng chân thành và sự biết sơn sâu sắc nhất, tôi xin ựược gửi lời cảm

ơn tới PGS.TS Vũ Văn Liết, người ựã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin ựược gửi lời cảm ơn chân thành ựến các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền - chọn giống cây trồng Khoa Nông học, các bạn ựồng nghiệp của tôi tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm Ờ Gia Lộc Ờ Hải Dương ựã tạo ựiều kiện kiện về cơ sở vật chất cũng như sự hướng dẫn, giúp ựỡ, ựóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình thực hiện ựề tài này

Tôi xin ựược gửi lời cảm ơn ựến những người thân trong gia ựình và bạn bè, những người ựã hỗ trợ thiết thực cho tôi cả về mặt tinh thần, vật chất và công sức ựể tôi có thể hoàn thành tốt luận văn

Xin kắnh chúc các thầy cô giáo sức khỏe, hạnh phúc và thành công

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả luận văn

Tăng Thị điệp

MỤC LỤC

2.2 Sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam 7

2.3.3 Ảnh hưởng của môi trường ñến tính thơm 19

2.4 Nghiên cứu ứng dụng chỉ thỉ phân tử trong chọn tạo giống lúa thơm 21

2.5 Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam 26

2.5.1 Thành tựu chọn giống lúa thơm trên thế giới 26

2.5.2 Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm ở Việt Nam 30

3.1 Vật liệu, ựịa ựiểm và thời gian nghiên cứu 34

4.1 đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất của các dòng, giống nghiên cứu vụ Mùa

4.1.1 đặc ựiểm nông sinh học của các dòng, giống nghiên cứu vụ Mùa 2012 45

4.1.2 Khả năng chống chịu sâu bệnh của các dòng, giống nghiên cứu 48

4.1.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống

4.2 Kết quả kiểm tra gen thơm bằng chỉ thị phân tử 53

4.2.1 Kết quả kiểm tra gen thơm bằng chỉ thị phân tử 53

4.2.2 Mức ựộ biểu hiện gen thơm của các dòng, giống nghiên cứu 54

4.3 đánh giá một số ựặc ựiểm sinh trưởng và phát triển của các dòng, giống

4.3.1 Thời gian qua các giai ựoạn sinh trưởng của các dòng, giống lúa thắ

4.3.2 đặc ựiểm nông sinh học của các mẫu dòng lúa thơm trong ựiều kiện vụ

4.3.3 Mức ựộ nhiễm sâu bệnh của các dòng, giống lúa thắ nghiệm xuân 2013 65

4.3.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa thắ nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương 67

4.4 Kết quả ựánh giá chất lượng của các dòng, giống lúa thắ nghiệm vụ

4.4.1 Kết quả ựánh giá mùi thơm của các dòng, giống lúa thắ nghiệm bằng

4.4.2 Chất lượng nấu nướng của các dòng, giống lúa thắ nghiệm 73

4.4.3 đánh giá chất lượng thương trường và chất lượng xay xát của các mẫu

FAO Tổ chức nông nghiệp và lương thực thế giới

GDP Mức ñộ tăng trưởng kinh tế

IRRI Viện nghiên cứu lúa quốc tế

NSLT Năng suất lý thuyết

NSTT Năng suất thực thu

SSR Simple sequence repeat

DANH MỤC BẢNG

2.1 Diện tắch, năng suất và sản lượng lúa ở Việt Nam từ năm 2000 Ờ 2010 11

2.2 Sản lượng xuất khẩu gạo ở Việt Nam từ năm 2000 Ờ 2010 Hai cặp mồi

4.1 Một số ựặc ựiểm nông sinh học của của các dòng, giống nghiên cứu vụ

4.2 Mức ựộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng, giống nghiên cứu

trong ựiều kiện vụ Mùa 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương 48

4.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống

4.4 đánh giá mức ựộ biểu hiện gen thơm của các dòng, giống nghiên cứu 55

4.5 Kết quả kiểm tra alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân tử 57

4.6 Một số ựặc ựiểm của các dòng ựược chọn xác ựịnh có gen thơm 59

4.7 đặc ựiểm về thời gian sinh trưởng của các dòng, giống lúa thắ nghiệm

4.8 đặc ựiểm nông sinh học của các dòng, giống lúa thơm vụ Xuân 2013 61

4.9 đặc ựiểm hình thái thân, lá của các dòng, giống lúa thắ nghiệm vụ Xuân

4.10 đặc ựiểm hạt của các dòng, giống lúa thắ nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia

4.13 Năng suất thực thu và năng suất lý thuyết và năng suất tắch lũy của các

4.14 đánh giá mùi thơm lá và mùi thơm nội nhũ và mùi thơm cơm của các dòng, giống lúa thắ nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia Lộc Ờ Hải Dương 71

4.15 đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nấu nướng của các dòng, giống lúa

4.16 Chất lượng thương trường, chất lượng xay xát của các dòng lúa thơm

4.17 Hàm lượng protein và amylose của các dòng lúa thắ nghiệm vụ Xuân 2013 77

4.18 Chỉ số các dòng ựược chọn thông qua phần mềm ựánh giá 78

4.19 đặc ựiểm nông sinh học và năng suất của 8 dòng triển vọng vụ Xuân

1 MỞ ðẦU 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Lúa là cây lương thực ở Châu Á và sản xuất lúa cũng tập trung ở Châu Á Những nước sản xuất lúa lớn nhất là Trung Quốc, Ấn ðộ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam, Myanmar và Thái Lan, trong ñó Trung Quốc và Ấn ðộ cung cấp gần một mửa sản lượng lúa toàn cầu, Việt Nam và Thái Lan là hai quốc gia xuất khẩu lúa gạo lớn nhất Năm 2008, Thái Lan và Việt Nam xuất khẩu gạo 48% tổng lượng gạo xay toàn cầu Philippines, Saudi Arabia, Malaysia, Cote d’Ivoire, Iran, Iraq, Cameroon, Brazil, Yemen và China là những nước nhập khẩu gạo lớn nhất Tuy nhiên, các nước sản xuất và xuất khẩu tiếp tục ñối mặt với cạnh tranh và những thay ñổi của người tiêu dùng về chất lượng, chiến lược trong chọn tạo giống lúa tập trung phát triển các giống lúa chất lượng ñáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng và thị trường trong nước và thế giới Các giống lúa chất lượng có giá bán trên thị trường cao, những giống này theo yêu cầu thị trường như lúa thơm, hàm lương amylose thấp (cho ăn kiêng), giàu dinh dưỡng (lúa vàng cho thiếu hụt vitamin A) Mặc dù thị trường lúa chất lượng có thể nhỏ hơn lúa thường, nhưng nó có giá cao và tăng thu nhập cho người sản xuất (Orachos Napasintuwong., 2012).[64]

Một số lĩnh vực ưu tiên trong nâng cao di truyền chất lượng hạt của lúa gồm: (1) phát triển các phương pháp ñánh giá chính xác cho các tính trạng chất lượng khác nhau, (2) Nghiên cứu chi tiết ñiều khiển di truyền của ñặc ñiểm chất lượng ăn uống và nấu nướng, (3) khám phá các gen nâng cao năng suất gạo xay, gạo gãy và chất lượng dầu trong cám, (4) cần có những hiểu biết tốt hơn về hóa sinh và di truyền của tính trạng chất lượng ăn uống của các giống ñịa phương và của giống ñiển hình như IR64, Basmati 370, Koshihikari, Khao Dawk Mali, (5) Công thức chỉ số chọn lọc tạo giống cải tiến chất lượng, (6) phát triển các giống chế biến tinh bột dễ tiêu chậm (chỉ số glycemic thấp) có thể quản lý bệnh tiểu ñường toàn cầu bằng dinh dưỡng Những tiến bộ của các công cụ phân tích, markers phân tử, genomics ứng dụng, proteomics và metabolomics, cải tiến chất lượng lúa gạo ñồng

thời có năng suất cao có triển vọng hơn trước ñây (D.S Brar et al., 2012)

Tính thơm ở lúa ñã ñược nhiều nghiên cứu công bố rất sớm và xác ñịnh một

gen ñơn lặn ñiều khiển biểu hiện tính thơm (Sood and Siddiq, 1978; Berner and Hoff, 1986) [76], [38] Pinson (1994) ñã công bố một gen ñơn lặn ñiều khiển tính thơm trong Jasmine 85, gen thơm ñã ñược giải trình tự và lập bản ñồ di truyền (Ahn

el al., 1992)[25] Tuy nhiên chọn tạo và ñánh giá mùi thơm không dễ dàng, bởi vì

tính thơm do gen lặn ñiều khiển nên khi tổ hợp với các tính trạng nông sinh học khác gặp khó khăn Hơn nữa tính thơm bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác như

sâu bệnh và môi trường (Jena Mayabini et al., 2009) [45] Nghiên cứu của Tadashi Yoshihashi et al., (2002) [88] cũng khẳng ñịnh hàm lượng 2-acetyl-1-pyrroline bị

ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ và ñộ dài chiếu sáng Phương pháp chọn tạo và ñánh giá dựa trên kiểu hình gặp khó khăn do tác ñộng của các yếu tố ảnh hưởng ñến mùi thơm Marker phân tử ñã ñược xác ñịnh là một công cụ mạnh trong chọn tạo và ñánh giá giống lúa thơm và ñã có nhiều nghiên cứu nhận biết marker ñặc hiệu liên kết với gen thơm nhằm trợ giúp cho chọn tạo giống lúa thơm hiệu quả và nhanh hơn

(Lorieux et al., 1996; Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2008; Boyett et al., 2012)

[57], [53], [29]

Ngày nay, kinh tế thế giới không ngừng phát triển, số lượng gạo trên một ñầu người giảm dần, người tiêu dùng có ñòi hỏi ngày càng cao về mặt chất lượng thì việc chọn tạo giống lúa chất lượng gạo cao là một trong những ưu tiên hàng ñầu của

hầu hết các nước sản xuất lúa gạo trên thế giới M.S, Madhav et al., 2010 [60] cho

rằng cải tiến chất lượng và dinh dưỡng hạt ñối với chọn tạo giống lúa là một yêu cầu rộng lớn của người tiêu dùng lúa gạo trên thế giới Trong tất cả những ñặc ñiểm chất lượng, mùi thơm (aroma hoặc fragrance) là tính trạng ñem lại giá trị cao ñối với lúa gạo Với những giá trị to lớn của lúa chất lượng ñã thúc ñẩy mở rộng diện tích sản xuất lúa chất lượng

Ở Việt Nam, một trong những mục tiêu quan trọng của ngành sản xuất lúa gạo ñến năm 2020 ñã ñược chính phủ ñặt ra là: “Nâng cao chất lượng và tính cạnh tranh, phục vụ tốt nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu” Do sản xuất trong nước không ñáp ứng

ñủ nhu cầu nên các công ty lương thực vẫn phải nhập khẩu gạo chất lượng cao từ các nước như Thái Lan, Căm-Pu-Chia… Dự báo trong tương lai, nếu không phát triển các giống lúa có chất lượng cao thì Việt Nam chỉ có thể xuất khẩu các loại gạo có

chất lượng thấp, nhưng lại phải nhập khẩu các loại gạo chất lượng cao từ nước ngoài Chắnh vì vậy, tăng diện tắch các giống lúa chất lượng cao có mùi thơm là hướng ựi tất yếu trong sản xuất lúa gạo của ta trong hiện tại và tương lai ở nước ta

Bộ giống lúa chất lượng cho sản xuất tại các vùng miền của nước ta hiện nay còn ựơn ựiệu, khả năng thắch ứng chưa cao, chất lượng chưa phù hợp, năng suất thấp và ựặc biệt là khả năng chống chịu kém với một số sâu, bệnh hại chắnh như rầy nâu, bệnh ựạo ôn, bạc lá dẫn ựến rủi ro và hiệu quả thấp của sản xuất lúa chất lượng

có mùi thơm Chọn tạo và phát triển nhanh bộ giống lúa chất lượng và giống lúa chất lượng có mùi thơm ựáp ứng cho sản xuất là một ựòi hỏi cấp thiết hiện nay ở nước ta nói chung và ựồng bằng sông Hồng nói riêng

Xuất phát từ thực tế ựó chúng tôi tiến hành thực hiện ựề tài: Ộđánh giá và

chọn lọc các dòng lúa chất lượng có mùi thơm dựa trên kiểu hình và marker phân tử phục vụ phát triển sản xuất lúa ựồng bằng Sông HồngỢ

1.2 Mục ựắch và yêu cầu

1.2.1 Mục ựắch:

Chọn lọc ựược một số dòng, giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt, mang gen thơm, chống chịu sâu bệnh làm nguồn vật liệu di truyền cho chương trình chọn tạo giống lúa chất lượng có mùi thơm và phục vụ cho sản xuất lúa của ựồng bằng sông Hồng

1.2.2 Yêu cầu

- đánh giá ựặc ựiểm hình thái, khả năng chống chịu, năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất, của các dòng, giống trong tập ựoàn vật liệu

- đánh giá chất lượng gạo của các dòng, giống dựa trên kiểu hình

- Nhận biết các dòng giống mang gen thơm bằng chỉ thị phân tử, sử dụng marker ựặc hiệu

- Chọn lọc các dòng, giống năng suất cao, chất lượng tốt và mang gen thơm khuyến cáo cho chương trình chọn tạo giống

1.3 Ý nghĩa của ựề tài

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

- đánh giá, xác ựịnh ựược các dòng lúa thơm, chất lượng cao, thời gian sinh trưởng ngắn dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử làm vật liệu cho công tác chọn tạo và phát triển giống lúa thơm ở vùng ựồng bằng Sông Hồng

- Kết hợp phương pháp ựánh giá mùi thơm dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử xác ựịnh nhanh và chắnh xác nguồn vật liệu khởi ựầu trong chọn tạo giống lúa thơm

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Trên cơ sở xác ựịnh ựược nguồn vật liệu có gen thơm, năng suất khá, chống chịu với ựiều kiện ngoại cảnh, do vậy có thể sử dụng nguồn vật liệu này ựể lai cải tạo các giống lúa thuần ựang trồng phổ biến nhằm cải tiến chất lượng lúa gạo vùng ựồng bằng Sông Hồng

- đánh giá ựược chỉ thị phân tử cho ựa hình cao trong chọn tạo giống lúa có gen thơm Từ ựó khuyến cáo việc sử dụng chỉ thị phân tử ựể xác ựịnh gen ựạt hiệu quả cao nhất

- đánh giá mùi thơm của gạo bằng cảm quan và phân tắch hàm lượng chất

2-AP ứng dụng trong quá trình chọn lọc các thế hệ ựang phân ly có hiệu quả và tiết kiệm nguồn lực

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Nguồn gốc, phân loại cây lúa

2.1.1 Nguồn gốc

Theo kết quả khảo cổ học trong vài thập niên qua quê hương ựầu tiên của cây lúa là vùng đông Nam Á và đông Dương, những nơi mà dấu ấn của cây lúa ựã ựược ghi nhận là khoảng 10000 năm trước công nguyên Còn ở Trung Quốc bằng chứng về cây lúa lâu ựời nhất chỉ 5900 ựến 7000 năm về trước, thường thấy ở các vùng xung quanh sông Dương Tử Từ đông Nam Á nghề trồng lúa dần dần ựược du nhập sang Trung Quốc rồi tới Nhật Bản, Hàn Quốc

Về mặt thực vật học lúa trồng hiện nay do lúa dại qua quá trình chọn lọc tự

nhiên và chọn lọc nhân tạo mà thành Lúa trồng (Oryza sativa L.) thuộc họ hòa thảo (Gramineae) chi Oryza Có hai loài ựược trồng phổ biến trên thế giới, loài O.Sativa trồng ở Châu Á và Glaberrima trồng ở Tây Phi Nghiên cứu về tiến hóa của chi

Oryza cho rằng hai loài phụ của loài O.sativa là O.Indica và O.Japonica ựã xuất

hiện cách ựây 2-3 triệu năm ở dãy núi Himalaya, sau ựó theo di thực, phát tán ựến các nơi khác trên thế giới Trung tâm phát sinh lúa trồng ở Châu Á là Trung Quốc

và Ấn độ Ở Trung Quốc, vùng Triết Giang ựã xuất hiện cây lúa khoảng 5.000 năm,

ở hạ lưu sông Dương Tử khoảng 4.000 năm trước ựây Ở Việt Nam cây lúa ựã có mặt từ 3.000 - 4.000 năm trước Công nguyên, cây lúa ựược xem là cây trồng bản ựịa, không phải là loại cây từ nơi khác ựưa vào, nước ta nằm trong cái nôi lớn sinh ra nghề trồng

lúa của loài người (Bùi Huy đáp., 1980).[8]

2.1.2 Phân bố

Cây lúa có khả năng thắch nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau Nó có thể ựược trồng ở Châu Á, Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ và Châu đại Dương, ở bán cầu bắc ựến vĩ ựộ 500 B và bán cầu nam ựến vĩ ựộ 350 N Lúa còn ựược trồng từ vùng ven biển ựến ựộ cao 3000 m trên mặt nước biển ở dãy núi Himalaya, từ những ựồng ngập sâu tới 3-4 m ở Bangladesh ựến nương cao hầu như không lúc nào nương

có lớp nước phủ (đinh Văn Lữ., 1978) [17] Tuy nhiên năng suất của lúa trồng là rất

khác nhau Với vùng có kỹ thuật cao như Australia năng suất có thể ựạt tới 70-80 tạ/ha nhưng ở Ấn độ năng suất chỉ ựạt 26 tạ/ha Năm 1966 T Doyle nghiên cứu năng suất lúa trên thế giới chủ yếu là lúa Châu Á ựã phân biệt: từ vĩ tuyến 230B lên tới 560B ở nửa cầu bắc là vùng có năng suất lúa Châu Á cao nhất 26 tạ/ha Từ vĩ tuyến 230B ựến xắch ựạo qua vùng chấn tô của lúa châu Á ở Ấn độ biên giới Thái Lan- Myanma lại là vùng có năng suất lúa Châu Á thấp nhất chỉ ựạt 13 tạ/ha Từ xắch ựạo ựi về vùng ôn ựới bán cầu Nam ựến vĩ tuyến 350N có năng suất lúa Châu Á

17 tạ/ha

2.1.3 Phân loại

Dựa trên những cơ sở nghiên cứu từ trước các nhà khoa học Viện Nghiên

cứu lúa quốc tế thống nhất chia lúa trồng Châu Á (O.sativa) với bộ nhiễm sắc thể 2n

= 24 thành 3 kiểu sinh thái ựịa lý hoặc 3 loài phụ là Indica, Japonica và Javanica

Loài phụ thứ nhất ựược trồng chủ yếu ở Ấn độ, Pakistan, Sri lanka đài Loan, Lào, loài phụ thứ hai ựược trồng chủ yếu ở Nhật Bản, Triều Tiên, Liên Xô, Mỹ, còn loài phụ thứ ba ựược trồng chủ yếu ở Indonexia, Philippines

Lúa Indica thường trồng ở vùng có khắ hậu nhiệt ựới và cận nhiệt ựới, có

thân cao, dễ ựổ ngã, nhiều chồi, lá ắt xanh và cong, kháng ựược nhiều sâu bệnh nhiệt

ựới, hạt gạo dài hoặc trung bình, năng suất kém hơn Japonica, chất lượng gạo kém,

cứng, hàm lượng amylos cao

Lúa Japonica thường ựược trồng ở vùng ôn ựới hoặc những nơi có ựộ cao

trên 1000m so với mực nước biển, thân ngắn, chống ựổ tốt, bộ lá to, xanh ựậm, thẳng ựứng ắt chồi, hạt gạo thường tròn, ngắn, nắng suất lúa thường cao, tỷ lệ lép thấp, cơm dẻo

Lúa Javanica (bulu) hay lúa Japonica phi nhiệt ựới ựược trồng ở Indonesia,

có ựặc tắnh ở giữa hai loài lúa Japonica và Indica Hình thái gần giống như lúa

Japonica Thân cứng, chắc và ắt cảm quang Có bản lá rộng nhiều lông, hạt lúa thường có râu Hiện nay kiều hình thái của loài phụ này ựược trồng khá phổ biến tại nước ta

Trên quan ựiểm canh tác học, chia lúa trồng O.sativa thành 4 loại hình thắch ứng với ựiều kiện canh tác khác nhau gồm: lúa cạn (Upland rice), lúa có tưới

(irrigated or flooded rice), lúa nước sâu (rainfed lowland rice) và lúa nước nổi (deep water or flooting rice)

2.2 Sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam

2.2.1 Sản xuất lúa gạo trên thế giới

Theo thống kê của tổ chức lương thực thế giới (FAO, 2008), hiện nay trên thế giới có 114 nước trồng lúa, trong ñó có 18 nước có diện tích trồng lúa trên 1 triệu ha tập trung ở Châu Á, có 31 nước có diện tích trồng lúa trong khoảng 100.000

ha – 1.000.000 ha Vùng phân bố khá rộng, lúa có thể trồng ở những vùng có vĩ ñộ cao như Hắc Long Giang (Trung Quốc) 530B, Nhật, Italia, Nga 450B ñến Nam bán cầu, vùng phân bố chủ yếu ở Châu Á từ 300B ñến 100N (ðinh Văn Lữ., 1978) [17] Tùy thuộc vị trí ñịa lí, ñiều kiện tự nhiên, xã hội và trình ñộ thâm canh của mỗi nước mà năng suất và sản lượng có sự chênh lệch nhau

Theo thống kê diễn biến diện tích, năng suất, sản lượng lúa gạo trên thế giới của tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên hợp quốc (FAO) thì trong vòng

30 năm từ 1970-2000, diện tích trồng lúa tăng từ 134.390 nghìn ha lên 154.377 nghìn ha Tổng sản lượng lương thực tăng 308,767 triệu tấn lên 598,98 triệu tấn Năm 1996, lúa gạo ñã ñược tiêu thụ trên 176 quốc gia trên thế giới với 5,8 tỷ dân Nó là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho 2,89 tỷ người châu Á, 40 triệu người châu Phi và 1,3 triệu người châu Mỹ Lúa gạo là nguồn cung cấp năng lượng lớn nhất cho con người, bình quân lượng lúa gạo ñược tiêu thụ ở các nước châu Phi, châu Mỹ và châu Á khoảng 60-100 kg/người/năm, nếu tính ra lượng calo khoảng 420-700 calo/người/ngày

Cũng theo thống kê của FAO (2008), diện tích canh tác lúa toàn thế giới năm

2007 là 156,95 triệu ha, năng suất bình quân 4,15 tấn/ha, sản lượng 651,74 triệu tấn Trong ñó, diện tích lúa của châu Á là 140,3 triệu ha chiếm 89,39 % tổng diện tích lúa toàn cầu, kế ñến là châu Phi 9,38 triệu ha (5,97 %), châu Mỹ 6,63 triệu ha (4,22

%), châu Âu 0,60 triệu ha (0,38 %), châu ðại dương 27,54 nghìn ha chiếm tỷ trọng không ñáng kể Những nước có diện tích lúa lớn nhất là Ấn ðộ 44 triệu ha; Trung Quốc 29,49 triệu ha; Indonesia 12,16 triệu ha; Bangladesh 11,20 triệu ha; Thái Lan 10,36 triệu ha; Myanmar 8,20 triệu ha và Việt Nam 7,30 triệu ha

Mỹ và Trung Quốc là hai nước có năng suất lúa dẫn ñầu thế giới với số liệu

tương ứng của năm 2007 là 8,05 và 6,34 tấn/ha Việt Nam có năng suất lúa 4,86 tấn/ha cao hơn năng suất bình quân của thế giới là 4,15 tấn/ha nhưng chỉ ựạt 60,30

% so với năng suất lúa bình quân của Mỹ

Những nước có sản lượng lúa nhiều nhất thế giới năm 2007 là Trung Quốc 187,04 triệu tấn, kế ựến là Ấn độ 141,13 triệu tấn; Indonesia 57,04 triệu tấn; Bangladesh 43,50 triệu tấn; Việt Nam 35,56 triệu tấn; Myanmar 32,61 triệu tấn và Thái Lan 27,87 triệu tấn

Theo Daniel Workman (2008), thị trường gạo toàn cầu năm 2007 ước ựạt 30 triệu tấn Trong ựó châu Á xuất khẩu 22,1 triệu tấn chiếm 76,3 % sản lượng gạo xuất khẩu toàn cầu, kế ựến là Bắc và Trung Mỹ 3,1 triệu tấn (10,6 %), châu Âu 1,6 triệu tấn (5,4 %); Nam Mỹ 1,2 triệu tấn (4,2 %); châu Phi 952 ngàn tấn (3,3 %) Sáu nước xuất khẩu gạo hàng ựầu thế giới năm 2007 là Thái Lan 10 triệu tấn chiếm 34,5

% của tổng lượng gạo xuất khẩu, Ấn độ 4,8 triệu tấn (16,5 %), Việt Nam 4,1 triệu tấn (14,1 %), Mỹ 3,1 triệu tấn (10,6 %), Pakistan 1,8 triệu tấn (6,3%), Trung Quốc (bao gồm cả đài Loan) là 901 nghìn tấn (3,1 %)

So với năm 2000, diện tắch lúa toàn cầu năm 2007 ựã tăng 2,85 triệu ha, năng suất tăng 0,21 tấn/ha, sản lượng tăng 52,78 triệu tấn

Năm 2008, thế giới có 115 nước trồng lúa và sản xuất khoảng gần 700 triệu tấn thóc mỗi năm Lúa gạo là thức ăn căn bản của 36 quốc gia và cung cấp từ 20 ựến 70% nguồn năng lượng quan trọng mỗi ngày cho hơn phân nửa dân thế giới, ựặc biệt tại nhiều nước châu Á Việc sản xuất lúa gạo tập trung nhiều ở các nước châu Á, 85% sản lượng lúa trên thế giới, sản lượng này phụ thuộc vào 8 nước bao gồm: Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc, Ấn độ, Inựônêxia, Banglades, Myanmar và Nhật Bản

Theo dự ựoán của chuyên gia dân số thế giới thì dân số thế giới ựến năm

2030 là 8,47 tỷ người Với dân số như vậy thì vấn ựề an ninh lương thực luôn là vấn

ựề cấp bách, trong ựó lúa ựóng vai trò quan trọng số một

Lúa cũng là mặt hàng ựem lại hiệu quả kinh tế cao Trên thế giới, hiện nay có các nước xuất khẩu gạo nổi tiếng như: Thái Lan, Mỹ, Ấn độ, Pakistan Năm 2001, lượng gạo xuất khẩu của Thái Lan ựạt gần 7 triệu tấn, chiếm 29% tổng lượng gạo xuất khẩu Lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam ước ựạt 3,8 triệu tấn, Mỹ 2,7 triệu tấn, Ấn độ 1,3 triệu tấn

Nhu cầu gạo nhập khẩu của thị trường trên thế giới cũng tương đối khác nhau, châu Âu, châu Mỹ thường cĩ nhu cầu nhập khẩu gạo chất lượng cao, trong khi đĩ châu Phi lại cĩ nhu cầu nhập khẩu gạo chất lượng trung bình và thấp Trong những năm qua, Inđơnêxia là nước luơn cĩ nhu cầu nhập khẩu gạo lớn nhất thế giới Hiện nay, lượng gạo trao đổi trên thị trường thế giới chiếm tỷ trọng thấp trong tổng cung (dưới 4%) và giá gạo chịu ảnh hưởng rất lớn vào lượng mưa vào của một số nước nhập khẩu chính như: Inđơnêxia, Philippine, Trung Quốc

Theo FAO (2007), nước cĩ năng suất đạt cao nhất là Nhật Bản với 6,55 tấn/ha, sau đĩ là Trung Quốc với 6,33 tấn/ha Tuy nhiên, xét về sản lượng thì Trung Quốc lại là nước cĩ sản lượng lúa cao nhất, đạt 185,45 triệu tấn, sau đĩ là Ấn ðộ với sản lượng đạt 129 triệu tấn Về diện tích thì Ấn ðộ là nước cĩ diện tích trồng lúa cao nhất với 43 triệu ha, sau đĩ là Trung Quốc cĩ diện tích là 29,3 triệu ha Như vậy, sản xuất lúa trên thế giới cĩ xu hướng tăng chậm, để đảm bảo được vấn đề an ninh lương thực của tồn xã hội, với tốc độ tăng dân số như hiên nay thì cần phải nâng cao hơn nữa năng suất, sản lượng cũng như chất lượng lúa gạo Dự đốn của FAO thì trong vịng 30 năm tới, tổng sản lượng lúa trên tồn thế giới phải tăng được 56% mới đảm bảo được nhu cầu lương thực cho mọi người dân

Theo số liệu của IRRI năm 2008, Ấn ðộ là nước cĩ diện tích sản xuất lúa lớn nhất thế giới (44 triệu ha), tuy nhiên năng suất của Ấn ðộ đạt 3,37 tấn/ha, do đĩ sản lượng của Ấn ðộ chỉ đạt 148,37 triệu tấn Trong khi đĩ, Trung Quốc cĩ diện tích đứng thứ 2 nhưng do trình độ thâm canh cao, diện tích lúa lai nhiều (trên 50%) nên năng suất của Trung Quốc là 6,61 tấn/ha, tổng sản lượng đạt 193 triệu tấn Inđơnêxia, Banglades, Thái Lan và Việt Nam là những quốc gia sản xuất lúa gạo lớn của thế giới Hai nước xuất khẩu gạo chủ yếu của thế giới là Thái Lan và Việt Nam Tính đến hết tháng 12/2010, Thái Lan vẫn là nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới với khối lượng 8,57 triệu tấn, Việt Nam đứng vị trí thứ hai với lượng xuất khẩu 5,95 triệu tấn

Giống lúa thành cơng đầu tiên bằng kỹ thuật chọn dịng thuần là giống lúa Basmati 370 vào năm 1933 ở Kala Shah Kaku của Pakistan Giống này thơm, chất lượng gạo tốt, được trồng khá phổ biến Khoa nơng nghiệp của đại học Arkansas thực hiện một chương trình chọn tạo giống lúa thơm đáp ứng nhu cầu của người

tiêu dùng Mỹ Lúa gạo nhập khẩu gấp ựôi trong 10 năm qua và chủ yếu là gạo thơm Năm 2009 tiêu thụ 87,4 triệu tấn trong ựó 15% là nhập khẩu Lượng nhập khẩu lớn nhất năm 2008-2009 là Jasmine từ Thái Lan là 422,100 tấn, và Basmati từ Ấn độ

là 74,100 tấn Do vậy nhu cầu cần thiết chọn tạo giống lúa chất lượng thơm ựồng

thời có ựặc ựiểm nông sinh học tốt là ựòi hỏi cấp thiết ở Mỹ (D.K Berner el al.,

2011) [38]

2.2.2 Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam

Việt Nam là nước có nền nông nghiệp với lịch sử phát triển hàng nghìn năm trong ựó cây lúa có vị trắ rất quan trọng Trong mười năm gần ựây sự phát triển của sản xuất lúa gạo Việt Nam ựã ựạt ựược những thành tắch nổi bật ựóng góp ựáng kể vào sự nghiệp ựổi mới của cả nước Việt Nam ựã trở thành nước xuất khẩu gạo thứ hai trên thế giới sau Thái Lan Tuy nhiên sản xuất lúa gạo ở Việt Nam còn nhiều thách thức trong chiến lược an toàn lương thực, trong sự ựa dạng sinh học của một nền nông nghiệp bền vững ựặc biệt là khả năng nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế (Nguyễn Hữu Nghĩa, 1996) [18]

Trước cách mạng tháng tám năm 1945 nền nông nghiệp nước ta ựộc canh cây lúa với trình ựộ canh tác lạc hậu, năng suất thấp ở mức 10-12 tạ/ha Từ năm

1945 ựến nay sản lượng lúa gạo nước ta không ngừng tăng lên đặc biệt là sau khi ban hành Nghị Quyết 10 của Bộ Chắnh trị khóa VI về nông nghiệp, sản xuất lúa nước ta ựã có sự phát triển mới đánh dấu bằng sự kiện từ một nước ựói kém, năm

1989 nước ta ựã xuất khẩu ựược một 1,4 triệu tấn gạo Từ ựó ựến nay lượng gạo xuất khẩu ựã tăng ựều Nước ta trở thành một nước xuất khẩu gạo quan trọng với phẩm chất gạo ngày càng tốt Hiện nay sản lượng lúa cả nước tăng cao nhưng năng suất giữa các vùng có sự chênh lệch nhau Ở vùng ựồng bằng một số nơi ựã ựạt ựược năng suất cao 10-12 tấn/ha nhưng ở vùng trung du miền núi năng suất bình quân chỉ ựạt 2 tấn/ha

Bảng 2.1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở Việt Nam

từ năm 2000 – 2010

Năm Diện tích

(triệu ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

(Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam qua các năm)

Qua số liệu bảng 2.1 ta thấy:

Về diện tích: Từ năm 2000 - 2010 sản xuất lúa của nước ta diện tích ñang có

xu hướng giảm, từ 7,67 triệu ha năm 2000 xuống còn 7,39 triệu ha năm 2010 Hiện nay theo xu hướng phát triển của thời ñại tốc ñộ ñô thị hoá ngày càng tăng lên Một phần diện tích canh tác ñã ñược chuyển ñổi ñể mở rộng các khu dân cư, xây dựng

cơ sở hạ tầng Trong xu hướng chung ñó diện tích trồng lúa ngày càng bị thu hẹp

Về năng suất: Từ năm 2000 ñến nay năng suất lúa ngày càng tăng ðạt ñược ñiều ñó là nhờ sự ñổi mới trong cơ chế quản lý của ðảng và nhà nước mà mở ñầu là

từ Nghị Quyết 10 Tiếp ñó là do nhân dân ta ñã biết ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất ñặc biệt là sử dụng những giống mới có tiềm năng năng suất cao, phẩm chất tốt

Về sản lượng: Nhìn chung từ năm 2000 ñến nay sản lượng chung của cả nước cũng ngày một gia tăng Tuy từ năm 2000 ñến nay diện tích có giảm nhưng do

sử dụng các giống lúa mới có năng suất cao ñặc biệt là diện tích lúa lai tăng ñã làm cho sản lượng tăng lên ðiều này ñã giúp cho Việt Nam giữ vững vị trí thứ 2 trong những nước xuất khẩu gạo trên thế giới

Việc sản xuất nông nghiệp nước ta trải dài trên bảy vùng sinh thái từ Nam vào Bắc Vùng ñồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất của cả nước, diện tích

và sản lượng lớn gấp gần 3 lần diện tích và sản lượng lúa ñồng bằng sông Hồng Lượng gạo nước ta xuất khẩu chủ yếu ñược tập trung sản xuất ở vùng này Vùng ñồng bằng sông Hồng là vựa lúa lớn thứ 2 của cả nước Hàng năm hai vựa lúa ñồng bằng sông Hồng và ñồng bằng sông Cửu Long chiếm gần 70% tổng sản lượng lúa toàn quốc Nhìn chung năng suất lúa của ñồng bằng sông Hồng cao hơn ñồng bằng sông Cửu Long nhưng ở ñây diện tích ñang ngày càng bị thu hẹp do ñô thị hoá và công nghiệp hoá, ñiều kiện thời tiết cũng không thuận lợi cho hướng thâm canh tăng

vụ Vì vậy khả năng cho phép tăng sản lượng không nhiều so với ñồng bằng sông Cửu Long (Nguyễn Hữu Nghĩa, 1996) [18] ðối với những vùng còn lại do ñiều kiện tự nhiên không thuận lợi do ñó sản lượng chỉ chiếm một phần nhỏ so với hai vùng trên ðiều ñó ñược thể hiện ở bảng 2.2

Khi nước ta gia nhập vào AFTA (khu vực mậu dich tự do ASEAN) ñã có nhiều cơ hội, nhưng cũng có rất nhiều thách thức mới ñối với nền kinh tế nước ta nói chung và ngành nông nghiệp nói riêng Do ñó cần phải biết phát huy những thế mạnh vốn có cũng như tìm mọi cách khắc phục những khó khăn yếu kém của mình

ñể tận dụng những cơ hội mới góp phần phát triển kinh tế Hiện nay Việt Nam ñã là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới

Bảng 2.2: Sản lượng xuất khẩu gạo ở Việt Nam từ năm 2000 – 2010

Qua số liệu trên ta thấy sản lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng dần qua các năm đạt ựược kết quả như vậy là do nước ta ựã chú trọng ựầu tư các giống mới, ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất đặc biệt, năm 2011, Việt Nam ựã xuất khẩu 7,1 triệu tấn, vượt qua Thái Lan ựể trở thành nước xuất khẩu gạo ựứng ựầu thế giới

2.3 Di truyền mùi thơm ở lúa

2.3.1 Sự di truyền tắnh thơm

Mùi thơm của lúa thơm phụ thuộc vào mức 2-acetyl-1-pyrroline và rất phụ

thuộc vào môi trường và di truyền (Louis M.T Bradbury et al., 2005) [56] Theo D

K Berner and B J Hoff, 1985 [38] việc phát triển các giống lúa thơm có năng suất cao còn rất hạn chế do thiếu thông tin di truyền về mùi thơm Các tác giả ựã thực hiện nghiên cứu lai thuận nghịch giữa hai giống lúa thơm ỔDellaỖ và giống không thơm

ỔDawnỖ ựể nghiên cứu di truyền mùi thơm ở lúa Mô lá và mẫu hạt của các cây bố,

mẹ, và con cái F1 và F2 ựặt vào trong dung dịch KOH 0,3 mol/ L Kết quả chỉ ra rằng các cây F1 không có mùi thơm và các cây của quần thể F2 phân ly theo tỷ lệ 3:1 (không thơm: thơm) Các hạt của cá thể F1 ựược nhai ựể ựánh giá tỷ lệ thơm và không thơm Kết quả cho thấy các hạt của các cây dị hợp quần thể F1 phân ly theo tỷ

lệ 3 : 1 Hạt F2 ựánh giá với 992 hạt nhận biết có 748 hạt không thơm và 224 hạt có mùi thơm đánh giá hạt F3 bằng lai khẳng ựịnh rằng di truyền mùi thơm là ựơn gen lặn đặc ựiểm mùi thơm có thể chọn tạo bằng lai ựể chuyển gen từ bố mẹ vào con cái

và có thể nhận biết mùi thơm dựa trên kiểu hình trong chọn lọc thế hệ phân ly

Mùi thơm là một trong những tắnh trạng quan trọng nhất quyết ựịnh giá trị thương phẩm và chất lượng gạo Mùi thơm khi nấu cơm cho thấy một hợp chất của formaldehydes và hydrogen sulfide Khi ựánh giá mùi thơm của gạo IR64, Azucena

và Basmati ựã chứng minh các hợp chất pentanol, hexanol, benzaldehyde, 1-pyrroline là các thành phần chắnh trong mùi thơm của gạo (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chắ Bửu., 2006) [15]

acelyi-Giống lúa thơm basmati và jasmine là có liên quan tới sự có mặt của acetyl-1-pyrroline Một gen lăn (fgr) trên nhiễm sắc thể số 8 của lúa liên kết chặt với tắnh trạng thơm Các nhà khoa học cho thấy gen ựồng hợp mã hóa ựường

2-(betaine aldehyde dehydrogenase (BAD) ña hình có ý nghĩa trong vùng mã hóa của kiểu gen thơm có liên quan với kiểu gen không thơm Sự tích lũy 2-acetyl-1-pyrroline trong kiểu gen lúa thơm giải thích là có mặt của ñột biến làm mất chức năng của gen fgr Allele trong kiểu gen thơm ñã bị ñột biến gây ra ngừng mã di truyền ngược chiều bảo toàn trình tự amino axít chìa khóa trong các BADs khác Gen fgr tương ứng với gen mã hóa BAD2 ở lúa, trong khi BAD1 là mã hóa bằng một gen ở nhiễm sắc thể số 4 BAD liên kết với chống chịu bất thuận ở thực vật Mặc dù vậy vắng mặt chức năng của BAD2 ñã hình như không hạn chế sinh trưởng của kiểu gen lúa thơm Mùi thơm ở lúa ñược chứng minh có cùng tổ tiên chung và

có thể phân tách tiến hóa trong quần thể phân lập di truyền (Louis M T Bradbury

et al., 2005) [56]

Nghiên cứu của Giovanni M Cordeiro et al., 2002 [42] cũng khẳng ñịnh có

một số thành phần hóa học quan trọng với mùi thơm của gạo khi nấu Mặc dù vậy hợp chất hóa học 2-acetyl-1-pyrroline (AP) ñược coi là thành phần quan trọng nhất với tính trạng mùi thơm ở kiểu lúa thơm Basmati và Jasmine Chất AP ñược tìm thấy ở tất cả các phần của cây ngoại trừ rễ lúa Người ta tin tưởng rằng một ñơn gen lặn kiểm soát mùi thơm ở hầu hết các giống lúa Dò tìm mùi thơm có thể thực hiện bằng cảm quan hoặc phương pháp hóa học, mỗi phương pháp ñều có những tiến bộ

và hạn chế nhất ñịnh ðể khắc phục các nhà nghiên cứu ñã khám phá ra một marker

vi vệ tinh lặp lại học SSR là (AT)40 ñể nhận biết các allel thơm và không thơm của

gen fgr Sự nhận biết marker này hỗ trợ thông qua sử dụng 2 thông tin trình tự của

cơ sở dữ liệu trình tự lúa Monsanto 50 cá thể F2 thu ñược từ quần thể ñã ñược ñánh giá ña hình kiểu gen bằng marker Những marker này có nội dung thông tin ña hình cao (PIC = 0.9) Các marker SSR khác liên kết với mùi thơm cũng có thể nhận biết bằng cùng một phương pháp này sử dụng ñối với quần thể khác ðiều này chứng minh rằng phân tích trình tự genome của lúa là lựa chọn ñể nhận biết marker có hiệu quả trong cải tiến giống lúa

Di truyền của tính trạng thơm khá phức tạp, Dhulappanavar., 1976 [37] cho rằng tính thơm do 4 gen bổ sung kiểm soát, trong ñó một liên kết với màu sắc vỏ trấu và một liên kết với màu sắc ñỏ của mỏ hạt Hsieh and Wang., 1988 [44] cho

biết tắnh thơm ựược 2 gen bổ sung kiểm soát hoặc trong vài trường hợp ựược kiểm

soát bởi một gen lặn Trong trường hợp ựột biến, Nguyễn Minh Công và cs., 2007

[3] xác ựịnh tắnh thơm của lúa Tám Xuân đài ựược kiểm soát bởi ắt nhất 2 gen lặn tác ựộng cộng tắnh Tám Thơm Hải Hậu ựột biến mất thơm hoặc thơm nhẹ là do ựột

biến trội phát sinh từ các locus khác nhau (Nguyễn Minh Công và cs., 2006) [2] Sarawgi và cs., (2010) [69] nghiên cứu tổ hợp lai Gopalbhog và Krishabhog (không

thơm) kết luận mùi thơm của Gopalbhog ựược kiểm soát bởi một gen lặn, ở tổ hợp lai Tarunbhog/Gangabarud cho biết một gen trội quy ựịnh mùi thơm của Tarunbhog

Ahn S N et al., 1992 [25] xác ựịnh có nhiều phương pháp ựã ựược phát triển

ựể ựánh giá và xác ựịnh mùi thơm trong nghiên cứu di truyền ở lúa như lai một nửa hạt hoặc một số hạt của một cây (Berner and Hoff 1986) [38], làm nóng mô

lá bằng nước và ghi nhận (Nagaraju et al., 1975) [62], tách mùi thơm từ mô lá bằng KOH loãng (Sood et al., 1978) [76] Những phương pháp này rất hữu ắch

trong ựánh giá chọn lọc lúa thơm, tuy nhiên có sai số và bị ảnh hưởng mạnh bởi

môi trường Jodon (1944) ựề xuất mùi thơm ở lúa do một gen ựơn (Fgr) ựiều

khiển, tuy nhiên những nghiên cứu sau ựó cho thấy tỷ lệ phân ly thơm và không thơm ở quần thể F2 con lai giữ thơm và không thơm rất khác nhau như 3:1

(Kadam và cs, 1938; Jodon, 1944), 1:3 (Sood et al., 1978; Berner và Hoff., 1986) [76], [38], 9:7 (Tripathi et al., 1979) [80], và 15:1 (Dhulappanavar., 1976) [37] S N Ahn et al., 1992 [70] nghiên cứu sử dụng marker RFLP xác ựịnh gen thơm (fgr), marker RG28 liên kết chặt với gen thơm trên nhiễm sắc thể số 8, các

tác giả kết luận rằng có thể sử dụng marker này hỗ trợ chọn lọc gen thơm ngay ở giai ựoạn ựầu của quá trình tạo giống

Reddy et al., (1987) [68] cũng cho biết mùi thơm ựược kiểm soát bởi một

gen lặn Hơn nữa, họ còn phát hiện thấy sự vắng mặt của một esterasse isozyme ựặc biệt Rf 0.9 có liên quan ựến tắnh trạng mùi thơm của lúa Những giống bố mẹ thơm ựều không có enzyme này nhưng lại có mặt trong những dòng F2 không thơm, chứng tỏ có một ựột biến esterasse isozyme gây ra sự tắch lũy một số ester làm tiền thể tổng hợp chất thơm

Một vài nghiên cứu khác của Ahamadi et al (2008) [24]; Bourgis et al

(2008) [28] ựã ghi nhận mùi thơm do nhiều hơn một gen lặn kiểm soát Nghiên cứu

của Lâm Quang Dụ và cs (2004) [5] cho rằng mùi thơm của giống DT122 và DT21

do một gen lặn kiểm soát, trong khi mùi thơm của giống CM6 và Dragon Eyeball

do 2 gen lặn kiểm soát

Nghiên cứu về gen thơm, Fitzgerald et al (2008) [40] phân tắch 464 mẫu lúa

thơm nhận thấy một số giống có nguồn gốc ở Nam và đông Nam Á không có ựột biến mất ựoạn 8 bp vẫn có 2-AP nên kết luận không chỉ duy nhất ựột biến mất ựoạn 8

bp gây ra tắch lũy 2-AP mà còn có ắt nhất một ựột biến khác gây ra sự tắch lũy 2-AP

Trong trường hợp lúa ựột biến, Kuo et al (2005) [51] cũng phát hiện một dòng lúa có

mùi thơm không liên kết với alen badh 2.1 Một ựột biến mất ựoạn 7 bp trên exon 2

của NST số 8 cũng ựược Shi et al (2008) [72] phát hiện trên quần thể lúa thơm của

Trung Quốc ựược ký hiệu là alen badh 2.2 Dựa vào chức năng sinh hóa, ựột biến mất

chức năng của gen BADH1 Tuy nhiên, Singh et al (2010) [73] cho biết ựột biến mất

chức năng của badh 2.1 là yếu tố cơ bản ựể hình thành ựầy ựủ chất thơm ở lúa thơm, hoạt ựộng của BADH1 là cung cấp chất ban ựầu ựể hình thành 2-AP

Nhiều nhà khoa học ựã tập trung nghiên cứu tắnh trạng thơm ở mức phân tử, xác ựịnh gen ựiều khiển tắnh thơm và vị trắ của các gen trên nhiễm sắc thể như (Gh

A Nematzadeh et al., 2004) [41] ựể phân biệt basmati thơm và không thơm Bản ựồ

di truyền ựiều khiển tắnh thơm, phân tắch phân ly hỗn hợp (bulked segregant analysis -BSA) sử dụng marker RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) ựã ựược áp dụng ựối với quần thể F2/F3 của giống Basmati 370 (thơm) và IR36 ( không thơm) Mẫu DNA từ các cây ựồng hợp thơm và không thơm nhận biết trên

cơ sở test con cái ựã hỗn hợp sử dụng cho BSA Trong tổng số 550 mồi ngẫu nhiên

ựã ựược sử dụng thì các mồi AG8 và AN1 ựã tạo ra ựa hình giữa các dạng lúa thơm

và không thơm Sự liên kết của AG8-AR, AN1-AR1, và AN1-AR2 với gen thơm ựược xác ựịnh bằng khảo sát các cá thể F2 Ba marker RAPD là AG8-AR, AN1-AR1, và AN1-AR2 ựã tìm thấy có liên kết với gen thơm với khoảng cách 6,9; 8,9

và 16,4 cM Phân tắch Southern với AG8-AR như một ựoạn dò 125 cá thể F2 khẳng ựịnh liên kết AG8-AR và gen thơm AG8-AR ựã ựược lập bản ựồ trên NST số 8 và

hai marker cặp hai bên RZ617 và RG978, tại khoảng cách 2,1 và 1,7 cM, chỉ ra rằng những gen này của Basmati 370 nằm trên NST số 8

Giống lúa thơm Basmati và Jasmine là có liên quan tới có mặt của

2-acetyl-1-pyroline Một gen lặn (fgr) trên nhiễm sắc thể số 8 của lúa liên kết chặt với tính

trạng thơm Các nhà khoa học cho thấy gen ñồng hợp mã hóa ñường (betaine aldehyde dehydrogenase (BAD) ña hình có ý nghĩa trong vùng mã hóa của kiểu gen thơm có liên quan với kiểu gen không thơm Sự tích lũy 2-acetyl-1-pyrroline trong

kiểu gen lúa thơm giải thích là có mặt của ñột biến làm mất chức năng của gen fgr

Alen trong kiểu gen thơm ñã bị ñột biến gây ra ngừng mã di truyền ngược chiều bảo toàn trình tự amino axít chìa khóa trong các BADs khác Gen fgr tương ứng với gen

mã hóa BAD2 ở lúa, trong khi BAD1 là mã hóa bằng một gen ở nhiễm sắc thể số 4 BAD liên kết với chống chịu bất thuận ở thực vật Mặc dù vậy vắng mặt chức năng của BAD2 ñã hình như không hạn chế sinh trưởng của kiểu gen lúa thơm Mùi thơm ở lúa ñược chứng minh có cùng tổ tiên chung và có thể phân tách tiến hóa

trong quần thể phân lập di truyền (Louis M T Bradbury et al., 2005) [30]

2.3.2 Thành phần mùi thơm

Có hơn 100 chất ñã ñược phát hiện trong hương thơm của gạo Ở Jasmine 85

có ít ferulic acid hơn Goolarah, Jasmine 85 và Goolarah lại có nhiều indole, Goolarah

và YRF9 chứa nhiều 2-acetyl-1-pyrroline hơn lúa Pelde, trong lúc Basmati chứa nhiều nhất 2-phenylethanol và thấp nhất là hexanal trong tất cả các giống quan sát, giống

YRF9 và Goolarah có mùi thơm dứa trong lúc Basmati có mùi bắp nổ (Widjaja et

al., 1996) [84] Tại Hội nghị lúa quốc tế lần thứ 3 tại Hà Nội, báo cáo có 519 chất

bay hơi ở gạo jasmine mới và basmati dự trữ, trong ñó có 66 chất ñóng vai trò chính trong mùi thơm của jasmine Nghiên cứu về mùi thơm trên các giống lúa ñịa

phương, Mathure et al (2011) [58], cho biết các chất 2-AP, penta decanal, guaiacol,

benzyl alcohol, indole và vanilin ñóng vai trò chính tạo nên mùi thơm của nhóm gạo Basmati, Ambemohar, Kolam, Indrayani ở Ấn ðộ Theo Yang (2007) [87] guaiacol, indole, p-xylene, myristic acid, nonanal, caproic acid, penta decanal và pelargonic ảnh hưởng lớn ñến sự khác biệt mùi thơm giữa gạo lứt ñen và gạo trắng Riêng myristic acid, nonanal, (E)-β-ocimene và 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone

là chất chủ yếu ở gạo lứt ñỏ

Trong thành phần hỗn hợp, chất 2-AP ñóng vai trò chính trong mùi thơm của

lúa (Buttery et al., 1983) [31] Chất này hiện diện ở lá, nhánh, vỏ trấu, vỏ cám và gạo trắng nhưng không có trong rễ lúa (Yoshihashi et al., 2002) [88] Các giống lúa thơm

ñều có 2-AP nhưng ñộ thơm của các giống khác nhau do nồng ñộ 2-AP trong gạo Trong cùng một giống, mùi thơm có tương quan thuận với thời gian sinh trưởng và

tương quan nghịch với số hạt chắc/bông (Mathure et al., 2011) [58] Một nghiên cứu khác do Nguyễn Lộc Hiền và cs (2006) ñịnh lượng 2-AP bằng GC-MS-SIM

kết hợp với nhai và ngửi gạo, kết quả ñánh giá bằng cảm quan ñã xác ñịnh 9 giống lúa thơm có mùi thơm nhưng không có 2-AP, giống lúa Tàu Hương 2 ñược ñánh giá thuộc nhóm thơm có hàm lượng 1,5 ppb, một số giống lúa thơm khác cùng trong nhóm lại có nồng ñộ 2-AP cao biến ñộng từ 212-430,7 ppb nên có thể thấy sự tương quan giữa nồng ñộ 2-AP và cấp thơm cần có một thang tương quan chuẩn Cho ñến nay, nhiều tác giả ñánh giá lúa thơm dựa trên nồng ñộ 2-AP bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên chưa có kết quả báo cáo nào xác ñịnh ñược khoảng nồng

ñộ 2-AP tương ứng với cấp thơm Vì vậy, trong nghiên cứu người ta vẫn phải mô tả ñịnh tính về mùi thơm là: thơm ñậm, thơm, thơm nhẹ và không thơm

2.3.3 Ảnh hưởng của môi trường ñến tính thơm

Mùi thơm phụ thuộc theo mùa vụ gieo trồng, loại ñất, ñịa ñiểm và ñộ phì của ñất (Somrith., 1996) [75] Lúa thơm trồng các vùng sinh thái khác nhau sẽ có ñộ thơm khác nhau Sự hình thành và duy trì mùi thơm ñược gia tăng nếu trong giai ñoạn hạt vào chắc nhiệt ñộ xuống thấp và phụ thuộc vào biên ñộ nhiệt Hàm lượng 2-AP còn bị ảnh hưởng bởi khô hạn Khô hạn trong giai ñoạn chín sữa làm tăng hàm lượng 2-AP nhưng khô hạn ở giai ñoạn chín vàng thì không tăng và hàm lượng

2-AP tăng cao nhất trong khoảng 4-5 tuần sau trổ, sau ñó giảm dần (Yoshihashi et

al., 2002) [88] Cho nên, Goufo et al., (2010) [43] cho biết cần thu hoạch sớm ñể có

mùi thơm ñậm nhưng có thể năng suất giảm do hạt chưa chín ñều và tác giả cũng cho biết cấy mật ñộ dầy hơn bình thưởng sẽ làm giảm mùi thơm

Phân và bón phân cho lúa là cần thiết ñể tăng năng suất và sản lượng, bón phân ñạm cho lúa thơm sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng và hương vị của cơm nấu Nếu bón nhiều kali hơn lượng dùng phổ biến ñể ñạt năng suất tối ña thì sẽ làm tăng mùi thơm và góp phần làm cho hạt gạo sáng hơn nhưng ñộ mềm cơm giảm

Bón cân ñối giữa ñạm và lưu huỳnh sẽ làm tăng mùi thơm của lúa (Srivastava et

al., 2007) [77] Phun chất kích thích sinh trưởng cũng ảnh hưởng ñến mùi thơm,

Goufo et al., 2011 [43] cho biết phun chất kích thích sinh trưởng như GA3,

3-indole acetic acid, paclobutrazol ở giai ñoạn lúa trổ 25% làm giảm hàm lượng

2-AP tuần tự là 19%, 9% và 22%

Qua kết quả nghiên cứu về thành phần tính thơm của lúa và các yếu tố ảnh hưởng ñến tính thơm, cho thấy chất 2-AP ñóng vai trò chính ảnh hưởng ñến ñộ thơm, không có một hợp chất riêng rẽ nào có thể mang lại một mùi dễ chịu cho cơm của gạo ñặc sản hay gạo thường mà ñó là kết quả của sự phối hợp của những chất bay hơi khác nhau Hầu hết những chất bay hơi khi nấu cơm gạo thường cũng như gạo thơm ñều giống nhau, chúng chỉ khác nhau về tỷ lệ mà thôi Do vậy cần tìm ra một tỷ lệ thích hợp của nhiều hợp chất bay hơi ñể tạo thành mùi hấp dẫn này ở gạo thơm Tính thơm chịu ảnh hưởng rất lớn của biện pháp canh tác và môi trường

Thêm vào những yếu tố trên ựồng, cần chú ý ựến những yếu tố khác như ựiều kiện kho chứa, phương pháp chế biến, xay xát, cách nấu cơm, ựồ cơm, ựều ảnh hưởng ựến mùi thơm

2.3.4 Các phương pháp xác ựịnh mùi thơm

- Phương pháp 1 đánh giá mùi thơm qua lá: theo Sood and Siddiq (1978)

[76] Xác ựịnh mùi thơm bằng cách lấy 2 lá trên cùng trước khi trổ bông, lá ựược cắt nhỏ và ựặt vào ống nghiệm, cho 10 ml dung dịch KOH 1,7% vào ống nghiệm có chứa mẫu, ựậy lại lập tức để ống nghiệm trong 10 phút ở nhiệt ựộ phòng, phân nhóm thơm theo 3 mức ựộ không thơm, thơm nhẹ, thơm ựậm cho ựiểm theo thang ựiểm của hệ thống tiêu chuẩn ựánh giá nguồn gen lúa, IRRI (1996)

- Phương pháp 2 : đánh giá mùi thơm nội nhũ Hạt lúa ựược bóc vỏ trấu và

xát trắng bằng máy test miller trong 1 giờ, hạt gạo ựược nghiền bằng máy Wil grinder, tốc ựộ trung bình Mẫu ựược xử lý với KOH 1,7% ựể ở nhiệt ựộ phòng trong 30 phút Sau ựó ựánh giá bằng phương pháp ngửi cảm quan với 4 cấp: không thơm, thơm nhẹ, thơm và thơm ựậm (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chắ Bửu., 2004) [13] đồng thời, ựánh giá mùi thơm trên lá với 3 cấp là: thơm, thơm nhẹ và không thơm và cho rằng kết quả ựánh giá mùi thơm trên lá và hạt không chênh lệch nhiều Tuy nhiên mùi thơm vẫn chưa thể hiện rõ ràng trên một số giống, có những giống thể hiện mùi thơm trên lá nhưng không thể hiện trên hạt và ngược lại Sự thể hiện mùi thơm chưa rõ ràng có thể do ảnh hưởng môi trường (vùng ựất trồng, sự tắch lũy

mùi thơm ở hạtẦ), ựặc tắnh giống (Nguyễn Thị Lang và cs., 2005) [14]

- Phương pháp 3: Nhai hạt gạo: lấy nửa hạt phần không chứa phôi nhai thử

thơm, phần chứa phôi ựược ựem trồng (Dhulappanavar, 1976) [37]

- Phương pháp 4 : Phương pháp ựiện di SDS-PAGE: Băng thơm ựược xác

ựịnh ở vị trắ 24,4 Kda, tùy theo mức ựộ ựậm nhạt của băng protein mà ựánh giá mùi thơm của hạt lúa, hạt lúa có băng 24,4 Kda ựậm sẽ thể hiện mùi thơm cao hơn hạt

lúa có băng 24,4 Kda nhạt (Quản Thị Ái Liên và cs., 2010) [16]; Nguyễn Thị Mai Hạnh và cs., 2010) [11] Phương pháp này có sự sai khác so với phương pháp ựịnh lượng (Phan Phước Hiền và cs., 2010) [12]

- Một phương pháp khác ựã ựược Nadaf et al., (2006) [61] thực hiện là dùng

2,4-Dinitrophenylhydrazine cho phản ứng với nhóm Methyl ketone của 2-AP tạo ra chất 2-acetyl-phenyl hydrazone có màu ñỏ cam ñể nhận ra hiện diện của 2-AP so với lúa không thơm và kết luận: vị trí của 2-AP là ở lớp cám

Ở Mỹ nhu cầu tiêu dùng lúa thơm tăng mạnh trong hai thập kỷ qua Các nhà tạo giống ñã cố gắng phát triển giống phù hợp với nhu cầu cao của thị trường Hiện nay ñã có 8 giống lúa thơm ñã ñược phóng thích ra sản xuất và sản xuất thương mại của 3 chương trình chọn tạo giống lúa công lập ở Louisiana, Texas và California Mặc dù vậy những ñặc ñiểm ñặc thù như mùi thơm, dạng hạt và vị ngon của các giống này chưa phù hợp với nhập khẩu X.Y Sha and S.D Linscombe, 2004 [85] chỉ ra rằng ñể sử dụng hiệu quả nguồn di truyền hạn chế, các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp sàng lọc các dòng, giống lúa thơm Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy nhai 3 hạt gạo khô, các con cái có mùi thơm ñậm có thể tìm kiếm và chọn lọc trên ñồng ruộng, hoặc có thể phát hiện ñược cả con cái có mùi thơm nhẹ trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp ngửi khi nấu một lượng nhỏ trong ống thử Cả hai phương pháp ñều có thể làm với một lượng lớn các dòng, giống nhưng lượng mẫu hạt cần cho nghiên cứu nhỏ Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lai giữa hai dòng lúa thơm khác nhau có cơ hội lớn hơn chọn tạo giống lúa thơm thành công

2.4 Nghiên cứu ứng dụng chỉ thỉ phân tử trong chọn tạo giống lúa thơm

J Nagaraju et al., (2002) [48] ñã nghiên cứu ứng dụng hệ thống marker có

hiệu quả ñể tìm hiểu mối quan hệ di truyền ở lúa Basmati ñã tiến hóa (EB) và basmati ñịa phương (NB), và giống thấp cây bản ñịa Một bộ gồm 3 nhóm giống

ñã ñược phân tích bằng 19 marker SSR và 12 mồi ISSR- PCR(inter-SSR-PCR) Tổng số 70 allels và 481 inter-SSR-PCR ñã chứng minh 24 giống của 3 nhóm ða dạng di truyền thấp nhất ở nhóm giống Basmati ñịa phương, trong khi nhóm giống

EB biểu hiện ña dạng di truyền cao nhất với cả hai marker Những kết quả này chỉ

ra rằng bộ phụ của các giống lúa thơm nghiên cứu có thể bắt nguồn từ một giống bản ñịa Giống Basmati ñịa phương và giống thấp cây mô tả rõ ràng bằng hai marker Một số marker phân biệt không rõ các giống Basmati ñịa phương (TB) với các giống Basmati ñã tiến hóa (EB) Các marker này có tiềm năng sử dụng trong các chương trình chọn tạo giống lúa Basmati

để cải tiến những giống lúa thơm, kỹ thuật sinh học phân tử ựược coi là

một giải pháp hiệu quả Ahn et al., (1992) [25] ựã xác ựịnh bằng kỹ thuật RFLP

marker RG28 nằm trên NST số 8 liên kết với tắnh trạng biểu hiện mùi thơm ở khoảng cách 4,5 cM Tuy nhiên, phương pháp này khá ựắt tiền và phức tạp nên nhiều tác giả ựã nghiên cứu ựơn giản hóa phương pháp xác ựịnh gen thơm Tại

Hội nghị Quốc gia chọn tạo giống lúa năm 2004, Nguyễn Thị Lang và cs (2004)

[13] báo cáo hai mồi RG28F-R và RM223 có thể sử dụng trong chương trình chọn

giống lúa thơm đồng thời, Nguyễn Thị Lang và cs (2008) [53] ựã sử dụng 2 mồi

trên ựể xác ựịnh tắnh thơm trên OM4900 (cặp lai C53/Jasmine 85) và trên OM6161 (cặp lai C51/Jasmine 85) và cho rằng hai chỉ thị phân tử này sẽ giúp phát hiện ở quần thể phân ly F2 có chứa gen fgr trong các cá thể Cũng ứng dụng các mồi này, Nguyễn Thị Lang (2010) [52] xác ựịnh 16 giống lúa ựịa phương và 49 giống lúa cải tiến ựều chứa gen thơm và có mùi thơm

Theo Chau Tan Phat et al., (2011) [32] 2-acetyl-1-pyrroline, một ứng dụng có

lợi nhất của chọn tạo giống lúa nhờ marker phân tử, lai lại nhờ marker (MAB) là một tiếp cận ựẩy nhanh và chuyển gen hiệu quả vào một giống phổ biến Trong tiếp cận này các ựặc ựiểm mong muốn của bố, nền di truyền của bố mẹ cho gen mẹ còn ựược chọn lọc marker Các tác giả nghiên cứu 20 dòng F1 sử dụng là nguồn gen thơm lai giữa

giống lúa lai thơm ưu tú (Oryza sativa) indica với giống lúa không thơm Phân tắch liên

kết giữa marker (Sequence taged site -STS) và locus thơm của các cây F1 thơm, vùng gen thơm trên nhiễm sắc thể số 8 ựược gắn marker RG28F-R của STS

M.S, Madhav et al., (2010) [60] ựã chỉ ra rằng trong tất cả những ựặc ựiểm

chất lượng, mùi thơm (aroma hoặc fragrance) là tắnh trạng ựem lại giá trị cao ựối với lúa gạo Kểu gen lúa ựịa Phương Basmati là lúa thơm và hạt dài, chất lượng nấu nướng tốt nhưng nhìn chung năng suất thấp Các nhà tạo giống quan tâm phát triển giống lúa năng suất cao nhưng mang gen chất lượng của Basmati, do vậy cần nghiên cứu nhận biết tắnh trạng mùi thơm trong quần thể tạo giống đánh giá mùi thơm bằng phương pháp cảm quan truyền thống có sai lệch, công cụ di truyền chọn lọc nhờ marker phân tử (MAS) là một phương pháp hỗ trợ quan trọng trong chọn tạo giống lúa thơm dựa trên kiểu hình truyền thống Mùi thơm có liên kết với tăng

thành phần hợp chất 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP) (Buttery et al., 1983) [31] Ngày nay ñược biết ñơn gen lặn (fgr) là kiểm soát tính trạng mùi thơm và xác ñịnh bằng mức 2- AP (Lorieux et al., 1996) [57] Gen fgr ñã ñược lập bản ñồ di truyền trên

NST số 8 bằng marker RFLP, gần nhất với marker RG28 với khoảng cách di truyền

là 4,5 cM (Ahn et al.,1992; Lorieux et al., 1996) [25], [96] Trên cơ sở nghiên cứu

lập bản ñồ di truyền của gen, nhiều marker phân tử ñã ñược phát triển ñể nhận biết gen Marker SSR cũng ñược sử dụng ñể phân biệt các dòng, giống mang gen thơm

và không mang gen thơm

Ray Choudhury et al., (2001) [67] ñã nhận biết và phân loại các kiểu gen lúa

thơm, bằng sử dụng 58 mồi ngẫu nhiên của marker RAPD trong nghiên cứu Hầu hết các mồi này do tìm thấy ña hình (96.5%) giữa các kiểu gen Trong số 465 band khuyếch ñại, 314 cho ña hình Phân tích ñám trên cơ sở hệ số ñồng hình Jaccard sử dụng UPGMA ñể nhóm tất cả các giống ñịa phương cao cây, phản ứng ánh sáng, năng suất thấp, hạt dài vào cùng nhóm ‘basmati’ thơm Các giống lúa thóm hạt ngắn hình thành một nhóm khác và mức trung bình ñồng hình cao giữa chúng Cây phả

hệ trên cơ sở 58 mồi ñã cho ñồng hình cao với 10 và 15 mồi có tương quan (r) là 0.88 và 0.91 ðiều này gợi ý rằng một bộ 10 mồi có thể sử dụng ñể ñánh giá ña dạng di truyền của một số lớn nguồn gen Tất cả các nguồn gen lúa nghiên cứu có thể phân biệt với mỗi nghiên cứu khác tại mức 19 ñến 186 band ña hình giữa các cá thể trong một cặp so sánh qua tất cả 58 mồi ðộ tin cậy nhận biết mô tả khoảng

1041 kiểu gen khác nhau nhận biết ñược khi so sánh DNA khác nhau của marker RAPD sử dụng từ 58 mồi Một biểu ñồ mô hình biểu hiện của DNA khác nhau ở lúa thơm khác nhau trên cơ sở 10 mồi thông tin di truyền ñã ñược các tác giả phát triển Nghiên cứu về betaine aldehyde dehydrogenase 2 (BADH2) bị mất chức năng thông qua tiến trình chọn lọc tự nhiên biến thành gen kiểm soát mùi thơm

(Bradbury et al., 2005) [30], Chen et al., (2008) [33] ñã cho biết hoạt ñộng của cặp

alen badh 2.1 mang về chất ban ñầu cần thiết cho sinh tổng hợp 2-AP Một số tác giả ñã chứng minh sự mất ñoạn 8 bp và 3 ñiểm ña hình ñơn trong exon thứ 7 của gen thơm (fgr) mã hóa betain aldehyde dehydrogenase 2 làm enzyme này không

hoạt ñộng, kết quả là tích lũy 2-AP (Lorieux et al., 1996; Bradbury et al., 2005;

Vanavichit et al., (2008) [57], [30] Trên sơ sở đĩ, Bradbury et al., (2005) [30] đã

sử dụng ASA với phản ứng PCR để phân biệt gen thơm đồng hợp tử lặn, dị hợp tử

và đồng hợp tử trội Hai mồi (EAP và ESP) khuếch đại một đoạn khoảng 580 bp (577 bp ở lúa thơm và 585 bp ở lúa khơng thơm) Hai mồi IFAP và ESP hoạt động tạo ra sản phẩm cĩ kích thước 257 bp cho lúa thơm Hai mồi INSP và EAP hoạt động tạo ra sản phẩm cĩ kích thước 355 bp cho lúa khơng thơm

Hai cặp mồi được sử dụng trong phân tích PCR

Tên mồi 5’ Trình tự mồi 3’ Mồi (ESP)

Mồi (EAP)

Mồi (IFAP)

Mồi (INSP)

TTGTTTGGAGCTTGCTGATG AGTGCTTTACAAAGTCCCGC CATAGGAGCAGCTGAAATATATACC CTGGTAAAAAGATTATGGCTTCA

Hai cặp mồi này do Bradbury et al., (2005) [30] dựa trên trình tự của BAC

AP004463, gen thơm ước đốn J023088C02, chỉ thị phân tử vi vệ tinh SSR-J02 và chỉ thị phân tử SNP RSP04 để thiết kế Dương Xuân Tú, (2010) [20] cho biết, các chỉ thị phân tử RG28, RM342 khơng phân biệt được các giống lúa mang gen thơm

và khơng mang gen thơm; chỉ thị phân tử L05 cĩ thể phân biệt được giữa các giống lúa thơm và khơng thơm, nhưng độ chính xác khơng cao; badh2.1 đã phân biệt

chính xác 100% Ứng dụng các mồi do Bradbury et al., (2005) [30] cơng bố, Trần Thị Xuân Mai và cs (2008) đã cho biết việc sử dụng chung hai cặp mồi trong cùng

một phản ứng PCR đã cho phép nhận diện các cá thể thơm đồng hợp tử, khơng

thơm ựồng hợp tử và dị hợp tử trong một quần thể còn phân ly của lúa thơm, phương pháp này có thể áp dụng trong công tác chọn tạo giống lúa thơm phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu hiện nay Sử dụng 2 cặp mồi này ựã nhanh chóng

chọn chắnh xác ựược các cá thể thơm trong quần thể Tác giả Nguyễn Phúc Hảo và

cs (2009) [10] ựã sử dụng 2 cặp mồi này ựể xác ựịnh alen thơm của bốn dòng lúa

thơm TP5 và cho rằng tất cả ựều mang alen thơm từ lúa Jasmine 85 đồng thời, Nguyễn Thị Mai Hạnh và cs, (2010) [11] ựã dùng 2 cặp mồi vừa nêu kết hợp kỹ thuật ựiện di protein tổng số ựã chọn ựược bốn dòng lúa thơm thuần Dương Xuân

Tú (2010) [20] cũng chọn ựược 2 dòng lúa thơm Hải Dương thơm 2 và Hải Dương

thơm 8 Phan Hữu Tôn và cs (2010) dùng mồi ESP và IFAP ựể sàng lọc các giống lúa thơm ựã chọn ựược 2 dòng lúa T33 và T12 Quan Thị Ái Liên và cs (2010) [16] lai tạo ựược 3 dòng nếp mang cặp alen badh2.1 Boonsirichai el al., (2007) [27] xác

ựịnh 3 dòng lúa của Khao Dawk Mali 105 ựột biến ựều mang cặp alen badh 2.1 Alen thơm còn ựược sử dụng ựể chuyển vào lúa lai 3 dòng đánh giá mùi thơm trên

các giống thuộc nhóm Basmati và giống cải tiến ở Sri Lanka, Kottearachchi et al.,

(2010) [50] cho biết 2 giống lúa thơm cải tiến Lanka Samurdi và AT306 ựều mang cặp alen badh2.1 và một giống Basmati trồng ở SriLanka (Acc No 4920) có alen

khác với badh2.1 Jin et al., (2010) [46] ựã thiết kế mồi cho alen thơm badh2.7 ựể

chuyển vào dòng duy trì bất dục II 32B

Giovanni M Cordeiro et al., 2002 [42] Cũng chỉ ra rằng hợp chất hóa học

2-acetyl-1-pyrroline (AP) ựược coi là thành phần quan trong nhất với tắnh trạng mùi thơm ở kiểu lúa thơm Basmati và Jasmine Chất AP ựược tìm thấy ở tất cả các phần của cây ngoại trừ rễ lúa Người ta tin tưởng rằng một ựơn gen lặn kiểm soát mùi thơm ở hầu hết các giống lúa Dò tìm mùi thơm có thể thực hiện bằng cảm quan hoặc phương pháp hóa học, mỗi phương pháp ựều có những tiến bộ và hạn chế nhất ựịnh để khắc phục các nhà nghiên cứu ựã khám phá một marker vi vệ tinh lặp lại

học SSR là (AT)40 nhận biết các allel thơm và không thơm của gen fgr Sự nhận

biết marker này hỗ trợ thông qua sử dụng 2 thông tin trình tự của cơ sở dữ liệu trình

tự lúa Monsanto 50 cá thể F2 từ quần thể lập bản ựồ di truyền ựã ựược ựánh giá ựa hình kiểu gen bằng marker Những marker này có nội dung thông tin ựa hình cao

(PIC = 0.9) Các marker SSR khác liên kết với mùi thơm cũng có thể nhận biết bằng cùng một phương pháp này sử dụng quần thể khác ðiều này chứng minh rằng phân tích trình tự genome của lúa là lựa chọn ñể nhận biết marker có hiệu quả trong cải tiến giống lúa

2.5 Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam

2.5.1 Thành tựu chọn giống lúa thơm trên thế giới

Lúa thơm ñã trở thành phổ biến, nhu cầu trồng lúa thơm ngày ñược quan tâm

và chọn tạo giống lúa thơm ñể ñáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng phát triển Phát triển các giống lúa thơm phối hợp với việc chọn các tính trạng khác của hạt như ñộ mềm, chất lượng nấu nướng, mùi vị ñược ñặt nên hàng ñầu Wakil Ahmad Sarhadi

et al., (2011) [85] ñã nghiên cứu những ñặc ñiểm nông sinh học quan trọng nhất của

26 giống lúa thơm của Afghanistan, Iran, và Uzbekistan, và ñối chứng các giống lúa Nhật Bản, Thái Lan, và Ấn ðộ Quần thể F2 từ các tổ hợp lai giữa Jasmine 85 (thơm) x Nipponbare (không thơm) và Jasmine 85 x Basmati 370 (thơm) Các hạt nếm thử, nấu nướng, test 1,7% KOH, và phân tích marker phân tử ñể phân biệt thơm và không thơm Các giống lúa rất ña dạng về các ñặc ñiểm nông sinh học, các giống của Afghanistan ñược phân vào nhóm cao cây, các giống của Iranian và Uzbek thuộc nhóm trung bình và thấp cây Sự khác nhau về bông, hạt, lá, ñốt, lóng giữa các giống lúa chỉ ra rằng nguồn gen lúa vùng Trung Á rất ña dạng Kết quả có

6 trong 10 giống, 2 của 7 giống và 0 của 6 giống lúa của Afghan, Iranian, và Uzbek ñược ñánh giá thơm Vì vậy các giống lúa của Afghan là nguồn vật liệu di truyền lúa thơm tốt của vùng Trung Á Biểu hiện giữa các giống lúa thơm và không thơm trong hợp lai giữa chúng ñã ñược ñánh giá Tỷ lệ phân ly ở quần thể F2 ñã ñược kiểm tra χ2 tỷ lệ kỳ vọng cho ñơn gen Tỷ lệ phân ly 3:1 giữa không thơm và thơm

ñã ñược nhận biết, trong khi tỷ lệ này không nhận biết ở các tổ hợp lai thơm x thơm Kết quả nghiên cứu của các tác giả cho thấy một ñơn gen lặn ñiều khiển mùi thơm ở

các giống lúa thơm

Bằng phương pháp lai giữa dòng CMS thơm Yixiang 1A và dòng phục hồi thơm, cơm mềm Wenhui 206 do Viện nghiên cứu Nông nghiệp Wenshan, Vân Nam chọn tạo trên cơ sở lai giữa giống chất lượng cao và thơm với thơm trong tạo giống

lúa ưu thế lai ñã tạo ra giống lúa lai thơm Wenfu 7 Wenfu 7 là một giống lúa lai thơm, chất lượng cao, cơm mềm Giống có ñặc ñiểm hạt phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng cao và có mùi thơm, năng suất cao, phạm vi thích ứng rộng và thời gian sinh trưởng phù hợp Năng suất ñạt 8,7 tấn/ha tăng năng suất hơn so với giống ñối

chứng 0,9%, giống ñã ñược phổ biến ra sản xuất ở Trung Quốc (Li Cun-long et al.,

2010) [54]

Bằng phương pháp chiếu xạ, giống lúa thơm ñột biến Khooshboo 95 ñược chọn tạo có năng suất cao và chiều cao cây thấp hơn 22% so với giống Jajai 77

(Baloch et al., 1999) [26] Ở Thái Lan, Somrith (1996) [75] báo cáo giống RD15

ñược tạo ra bằng kỹ thuật ñột biến từ giống Khao Dawk Mali 105 có thời gian sinh trưởng ngắn hơn Khao Dawk Mali 105 từ 7 ñến 10 ngày mà vẫn giữ ñược phẩm

chất tốt của Khao Dawk Mali 105 (Boonsirichai et al., 2007) [27] thu ñược 3 dòng

lúa số 1; 4 và 16 từ Khao Dawk Mali 105 ñột biến không cảm ứng quang chu kỳ Năm 2009, Trung tâm Nghiên cứu và Khuyến nông, trường ðại học Nông nghiệp Arkansas, Rutger và Daren ñã chọn ñược giống lúa thơm JES ñột biến từ giống Khao Dawk Mali 105 có chiều cao cây thấp, không mẫn cảm ánh sáng ngày ngắn, nhiễm ñạo ôn trung bình

Partha Sarathi Saha et al., (2005) [65] ñã phân tích 50 giống lúa của vùng

Tây Bengal về mùi thơm của hạt Phân tích tế bào học chứng minh rằng số nhiễm sắc thể phân chia ổn ñịnh (2n = 24) giữa bố mẹ cho gen và con cái của các giống lúa, ñánh giá mùi thơm sau xử lý kiềm (alkaline) ñối với hạt chứng minh rằng 14 giống lúa mùi thơm ở mức có ý nghĩa là: Tulaipanji, Gobinda bhog, Tulshi bhog, Bhog dhan, Khas dhan, Chini atap, Kalojire, Phulpakri, Kalanunia, Prasad bhog, Kalojoha, Katari bhog, Badsha bhog và Danaguri Trình tự genome từng phần của betaine aldehyde dehydrogenase-2 gene liên kết với tính trạng mùi thơm khẳng ñịnh sự có mặt của một ñột biến 8 bp (5′-GATTATGG-3′) và 3 SNPs (A6246T, A6248T, C6258T) trong vùng exon-7 của các giống lúa thơm Tulaipanji, Gobinda bhog, Tulshi bhog, Bhog dhan, Khas dhan, Chini atap và Kalojire, nhưng không có ở các giống không thơm Nayanmuni và Roygorh Thật thú vị các giống lúa bản ñịa thơm

là Tulaipanji, Prasad bhog, Kalojire, Bhog dhan, Tulshi bhog và Kalanunia cũng có

râu có thể ựã ựược thuần hóa gần ựây

Basmati là giống lúa thơm nổi tiếng về chất lượng, ựược người tiêu dùng ưa chuộng dùng làm quà tặng ở vùng bán lục ựịa Ấn độ Nông dân vùng bán lục ựịa ựã trồng giống lúa thơm này nhiều thế kỷ, nó ựược trồng ở chân dãy Himalayas ở vùng Tây Bắc bán lục ựịa Ấn độ bao gồm các bang Haryana, Punjab, Uttaranchal, Western Uttar Pradesh, Jammu & Kashmir, Himachal Pradesh và Delhi Nổi bật nhất là Badshahbhog, Kalanamak, Ambemohar 159, Jeeraga Samba, Chttimutyalu, Badshah Pasand, Randhunipagal và Tulasimanjari Mặc dù có chất lượng tuyệt vời, nhưng những giống ựịa phương này cao cây, năng suất thấp và nhiễm với một số sâu bệnh hại chắnh Những nghiên cứu trong hai thập kỷ qua ựã phát triển và phóng thắch 54 giống Basmati bán lùn, năng suất cao 8 giống phóng thắch gần ựây là Sugadhmati, Pusa Sugandh 4, Pant Sugandh Dhan 17, Geetanjali, Rajendra Sweta, Bhogavati,

Mugad Sugandha, Yamini và Vasumati (N Shobha Rani et al., 2006) [63]

Nghiên cứu cung cấp thông tin nhu cầu lúa gạo thơm và tiêu chuẩn lúa thơm trên thế giới, giống lúa Basmati và Jasmine ựược nhìn nhận Sự phát triển lúa thơm của các nước công nghiệp như Mỹ và các nước Châu Á khác ựã ựe dọa ựến lúa thơm truyền thống của Ấn độ, Pakistan và Thái Lan Dưới những khắa cạnh liên quan ựến WTO về sở hữu trắ tuệ (Intellectual Property Rights (TRIPS), chỉ dẫn ựịa

lý (Geographical Indication (GI) cung cấp công cụ bảo vệ kiến thức và sản phẩm bản ựịa ựã xác nhận rằng chất lượng dựa trên danh tiếng của vùng ựịa lý, nhưng chỉ dẫn ựịa lý cũng rất quan trọng ựể bảo vệ quyền lợi của các nước Thái Lan ựã ựăng

ký chỉ dẫn ựịa lý giống Jasmine cho khu vực ựặc thù đông Bắc Thái Lan, khu vực giống jasmine có chất lượng tốt nhất Chắnh phủ các nước Ấn độ và Pakistan vẫn không ựăng ký chỉ dẫn ựịa lý giống Basmati mặc dù các tổ chức NGO ựã cố gắng thực hiện vấn ựề này (Orachos Napasintuwong, 2012) [64]

M Ashrafuzzaman et al., 2009 ựã nghiên cứu ựánh giá sinh trưởng và chất

lượng hạt của 6 giống lúa thơm là BR34, BR38, Kalizira, Chiniatop, Kataribhog và Basmati ựược trồng dưới ựiều kiện canh tác nhờ nước trời Các giống có ựặc ựiểm hình thái, hàm lượng diệp lục, chiều cao cây, chiều dài lóng, khối lượng 1000 hạt, năng suất và các tắnh trạng tạo thành năng suất khác nhau ở mức có ý nghĩa

(P<0.05) Khối lượng 1000 hạt và năng suất của giống BR38 ựạt cao nhất Basmati yêu cầu ánh sáng ngày ngắn Thắ nghiệm ựồng ruộng thực hiện tại trường ựại học Nông nghiệp Bangladesh, Mymensingh từ tháng 6 ựến tháng 11 năm 2007 Phân bón ựạm, lân, kali và vôi với tỷ lệ 150, 95, 70 và 60 kg/ha Diện tắch ô thắ nghiệm (2

m ừ 2 m), bố trắ khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) ba lần lặp lại

Kiểu lúa thơm Japonica mới, Tainung 74 do Trung tâm Nghiên cứu Nông

nghiệp đài Loan (TARI), COA chọn tạo Thiết kế thắ nghiệm chọn giống thu ựược dòng Chianung yu 901082 từ quá trình chọn lọc phân ly qua chắn năm con cái của tổ hợp lai giữa Tainung 71 và Taikeng yu 30904 Dòng này ựược thử nghiệm năng suất

và ựánh giá chất lượng qua thắ nghiệm so sánh và thắ nghiệm phân bón Dòng Chianung yu 901082 biểu hiện năng suất ổn ựịnh và có chất lượng cao, ựược ựăng ký công nhận giống mới với tên Tainung 74 Giống có chất lượng tốt, có mùi thơm, tiềm năng năng suất cao, chống ựổ và kháng sâu bệnh khá Thời gian sinh trưởng 120 và

106 ngày, năng suất trung bình ựạt 7104 kg/ha và 5362 kg/ha ở vụ thứ nhất và vụ thứ hai Giống ựã ựược giới thiệu trồng ở toàn bộ các vùng trồng lúa của đài Loan và diện tắch trong năm 2009 ựã ựạt 350 hecta Giống cũng ựược giải thưởng vàng tại Hội

nghị Quốc tế lần thứ 10 năm 2008 tại Nhật Bản (Chen et al., 2009) [34]

Ở Campuchia hiện có rất nhiều giống lúa ựịa phương, bao gồm các giống nếp và lúa thơm ựược gieo trồng trong sản xuất tại các vùng sinh thái Trong tổng

số 3400 giống lúa cổ truyền của Campuchia ựược phân tắch, có ựến 6% là lúa thơm Tại ngân hàng gen quốc gia Trung Quốc ựang bảo quản 64.269 mẫu giống lúa, trong ựó có khoảng 10% là các giống lúa ựặc sản Tương tự, Somrith (1996) [75] báo cáo giống Khao Dawk Mali 105 của Thái Lan ựược những nông dân chọn lọc trong quần thể lúa ựịa phương từ năm 1945

Các giống lúa cổ truyền thường có khả năng tổ hợp kém Vì thế, các nhà chọn giống dùng kỹ thuật lai tắch lũy nhiều bố mẹ ựể phá vỡ những liên kết không

mong muốn và tăng tần suất tái tổ hợp (Singh et al., 2000) [74] Theo phương pháp

này, giống lúa thơm Pusa Basmati-1 có dạng hình thấp, năng suất cao, mất tắnh cảm quang ựã ựược chọn từ tổ hợp lai tắch lũy giữa 6 giống, trong ựó hai giống lúa thơm chất lượng cao (Basmati 370, Karnal) và bốn giống lúa cao sản (TKM6, IR8, Ratna

và IR72) Giống lúa Việt đài 20 ựược (Yang et al., 1988) [86] chọn từ tổ hợp lai

tắch lũy giữa năm giống lúa khác nhau trong ựó một giống có nguồn gen thơm từ Khao Dawk Mali 105 và một từ Tainung Sen 20 Ở Mỹ, chọn tạo giống thơm

Dellmati từ 6 giống lúa khác nhau (Jodari et al., 2003) [47]

để chọn tạo giống lúa tốt hơn giống Jasmine 85, qua 6 năm chọn tạo, ựến năm 2008, Sha và Linscombe tại Trung tâm Nghiên cứu lúa Louisiana ựã phóng thắch giống lúa Jazzman Giống lúa này có hàm lượng amylose là 14,5% trong khi

KDM 105 có hàm lượng amylose là 11,8% (Sha et al., 2007) [71]

Chương trình lai tạo giống lúa thơm trên nền các giống lúa có dạng hình thấp cũng ựã ựược tiến hành ở Trung Quốc từ những năm 1985 Nhiều giống lúa thơm phổ biến như Khao Dawk Mali 105, Basmati 370 và IR841 ựã ựược sử dụng ựể lai với giống Shuang-Zhu-Zhan với mục ựắch tạo ra những giống lúa có chất lượng cao, hạt gạo dài thon và ựạt năng suất cao (Chuanyuang Y and Gam S, 1994) [36] Nhiều giống lúa thơm khác cũng ựược các nhà khoa học chọn tạo thành công như giống lúa thơm MRQ50, MRQ74 ở Malaysia; giống lúa cải tiến Tainung Sen 72 ở đài Loan; chắn giống lúa thơm ựược phóng thắch từ năm 1993 ựến 2000 tại Hàn Quốc

có hàm lượng amylose biến ựộng từ 15,1% ựến 19% (Choi H.C, 2004) [35]; giống

Hawn Suphanburi, Khao Hom Klongluang, Pathum Thani 1 ựược sản xuất rộng rãi hiện nay tại Thái Lan Khush and Virk (2000) [49] công bố nhiều dòng lúa thơm có chất lượng và năng suất cao từ các tổ hợp lai giữa giống lúa Basmati 370 và các dòng lúa cải tiến, trong ựó một dòng lúa là IR65610-24-2-4-2-6-3 ựược phóng thắch

ở Việt Nam tên là MTL233, các dòng khác ựược phóng thắch ở Pakistan và Ấn độ

2.5.2 Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm ở Việt Nam

Công tác chọn tạo giống mới ở nước ta ựược ựánh dấu bằng sự nhập nội giống IR8 mà nhân dân ta thường quen gọi là lúa "thần nông" đây là giống thấp cây, dáng khoẻ, chịu phân, kháng bệnh tốt và cho năng suất cao Ở miền Bắc cùng với một số dòng mới ựược tách ra và nhân lên từ IR8 và một số giống lúa thấp cây ựược lai tạo ra ựã làm cho sản lượng thóc tăng lên ựáng kể từ 10,8 triệu tấn năm

1976 ựã tăng lên 26,3 triệu tấn năm 1996 trong cả nước

Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam ựược thành lập vào năm