Nghiên cứu khả năng kháng rầy nâu và đặc điểm nông sinh học của một số giống lúa tại thừa thiên huế

Khả năng kháng rầy nâu của các giống lúa được đánh giá thông qua phảnứng với quần thể rầy nâu địa phương, đồng thời sử dụng kỹ thuật của sinh học phân tử trong việc xác định các gen khán

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Lúa là cây lương thực chính của hơn 50% dân số thế giới, đặc biệt đối vớingười dân Châu Á Đối với Việt Nam, lúa gạo là nguồn lương thực chính, mỗi ngàymột người tiêu thụ 465g gạo (đứng thứ 2 thế giới sau Myanmar (578g gạo/ngày),ngoài ra lúa gạo còn là nguồn xuất khẩu thu nhiều ngoại tệ [56]

Để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng nông dân sử dụng các giống lúanăng suất cao và tăng cường thâm canh trong sản xuất lúa Đây chính là nguyên nhânphát sinh các loại côn trùng chích hút (rầy nâu, rầy lưng trắng, rầy cánh trắng), trong số

đó rầy nâu (Nilarpavata lugens Stal) là tác nhân hại lúa nghiêm trọng đặc biệt ở các

nước Châu Á, [45], [86] Chúng hút nhựa ở bẹ lá làm cho lúa bị úa vàng, sinh trưởngkém hoặc gây hại gián tiếp bằng cách truyền virus gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá, nếumật độ rầy cao có thể làm chết cây lúa, gây hiện tượng cháy khô cả đám ruộng [5], [42]

Các biện pháp hiện dùng để đối phó với dịch rầy nâu là sử dụng thuốc diệtrầy, thâm canh và phân bón hợp lý Tuy nhiên việc lạm dụng thuốc trừ sâu hóa học

đã làm giảm quần thể côn trùng có ích trên đồng ruộng, gây mất cân bằng sinh thái

và phát triển các biotype rầy nâu kháng thuốc Do vậy, giải pháp cơ bản và lâu dài

mà vẫn an toàn với môi trường và sức khỏe người dân là xác định và phổ biến cácgiống lúa kháng rầy nâu đến với người nông dân [55], [57], [76]

Hiện nay đa số giống lúa đang được trồng chủ yếu ở tỉnh Thừa Thiên Huếnhư HT1, Xi23, 13/2 đều nhiễm rầy nâu [13] Do vậy, việc di nhập giống lúa khángrầy nâu từ các vùng miền khác để trồng và đánh giá khả năng kháng rầy nâu và cácđặc điểm nông sinh học tại Thừa Thiên Huế là việc thiết yếu nhằm tuyển chọn bổsung nguồn giống lúa kháng rầy nâu, sinh trưởng phát triển tốt tại điều kiện sinhthái địa phương

Khả năng kháng rầy nâu của các giống lúa được đánh giá thông qua phảnứng với quần thể rầy nâu địa phương, đồng thời sử dụng kỹ thuật của sinh học phân

tử trong việc xác định các gen kháng rầy cho kết quả chính xác và rút ngắn đượcthời gian thử nghiệm Ngoài việc chọn lọc giống lúa có khả năng kháng rầy nâu vànăng suất cao thì chất lượng gạo cũng là mục tiêu quan trọng cần được quan tâm

hàng đầu trong công tác tuyển chọn Những giống lúa có ưu thế về chất lượng gạonhư hàm lượng tinh bột, amylose, độ trở hồ, độ bền gel…làm cho cơm có vị ngọt,ngon, mềm và dẻo đồng thời có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao là những giốnglúa cần được khai thác [9].

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

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở đánh giá khả năng kháng rầy nâu của một số giống lúa, phân tíchcác đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh, diện tích lá,cường độ quang hợp, năng suất, chất lượng hạt gạo) của các giống lúa kháng rầynâu, phân tích đặc điểm sinh học phân tử của các giống kháng rầy nâu trồng tạiThừa Thiên Huế Dựa trên kết quả nghiên cứu, chúng tôi tham mưu, đề xuất cho địaphương sử dụng các giống lúa phù hợp

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu về đặc điểm sinh trưởng phát triển, nông sinh học và sinhhọc phân tử của một số giống lúa để sàng lọc khả năng kháng rầy nâu ở Thừa ThiênHuế sẽ cung cấp các bằng chứng khoa học cho công tác chọn tạo giống tại địaphương này trong tương lai

tế bào thực vật, Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học, Đại học Huế

- Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm: xác định các đặc điểm nôngsinh học và đánh giá khả năng kháng rầy nâu của các giống lúa có nguồn gốc từ địaphương khác trồng ở Thừa Thiên Huế

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về lúa gạo

1.1.1 Đặc điểm của cây lúa

Lúa là thực vật có nguồn gốc nhiệt đới, xuất phát từ khu vực Nam châu Á vàchâu Phi nhưng có thể thích nghi với các điều kiện khí hậu khác nhau và được trồng

ở nhiều vùng trên thế giới Về mặt phân loại thực vật, cây lúa thuộc họ Gramineae,tộc Oryzeae, chi Oryza Chi Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùngnhiệt đới ẩm của châu Phi, Nam và Đông Nam châu Á, Nam Trung Quốc, Nam vàTrung Mỹ và một phần ở châu Úc Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại làlúa hoang hằng năm và nhiều năm Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng

rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L Qua quá trình

chọn lọc tự nhiên và nhân tạo, hiện nay đã hình thành 2 loại lúa chính là nhóm lúaIndica và Japonia Hai nhóm lúa này khác nhau về một số đặc điểm hình thái, sinh

lý, đặc tính thích nghi với điều kiện thời tiết, đặc tính sinh hóa hạt gạo [11]

Lúa là loài thực vật hàng năm, thân thảo và có thể cao tới 1,0-1,8 m, đôi khicao hơn Các bộ phận của một nhánh lúa bao gồm: rễ, thân, lá và có thể có hoặckhông có bông Các lá mỏng, hẹp bản (2,0-2,5 cm) và dài 50-100 cm Các hoa nhỏthụ phấn nhờ gió, mọc thành các cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dàikhoảng 30-50 cm Hạt lúa là loại quả thóc (hạt nhỏ, cứng như các loại cây ngũcốc) dài 5-12 mm và dày 2-3 mm Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài, thu được sản phẩmchính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu [11], [14]

1.1.2 Giá trị của lúa gạo

Lúa là cây lương thực chính của hơn 50% dân số thế giới và trên 90% dân sốdân số châu Á Lúa gạo cung cấp gần một phần tư năng lượng trên thế giới Điềunày càng khẳng định giá trị rất lớn của lúa gạo đối với con người [95]

* Giá trị dinh dưỡng

Gạo là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng So với lúa mì, gạo có thành phần tinhbột và protein hơi thấp hơn, nhưng năng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chấtbéo hơn Ngoài ra, nếu tính trên đơn vị 1 hecta, gạo cung cấp nhiều calo hơn lúa mì

do năng suất lúa cao hơn nhiều so với lúa mì Một người trung bình cần 3.200 calomỗi ngày thì một hecta lúa có thể nuôi 2.055 người/ngày hoặc 5,63 người/năm,trong khi lúa mì chỉ nuôi được 3,67 người /năm, bắp 5,3 người/năm Hơn nữa, tronggạo lại có chứa nhiều acid amin quan trọng như: lysine, threonine, methionine,tryptophan [11], [95]

Trong hạt gạo, hàm lượng dinh dưỡng tập trung ở các lớp ngoài và giảm dầnvào trung tâm Lớp vỏ ngoài của hạt gạo (cám) chiếm khoảng 10% trọng lượng khô

là thành phần rất bổ dưỡng của lúa, chứa nhiều protein, chất béo, khoáng chất vàvitamin đặt biệt là các vitamin nhóm B Tấm gồm có mầm hạt lúa bị tách ra khi xaychà, cũng là thành phần rất bổ dưỡng, chứa nhiều protein, chất béo, đường, chấtkhoáng và vitamin [11]

Ngoài việc được sử dụng làm lương thực, gạo còn dùng để chế biến nhiềuloại bánh, làm men rượu, cơm mẻ, làm rượu, cồn,… Các lớp vỏ ngoài của hạt gạo

do chứa nhiều protein, chất béo, chất khoáng, vitamin, nhất là vitamin nhóm B, nênđược dùng làm bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bị bệnh phù thũng Cám làthành phần cơ bản trong thức ăn gia súc, gia cầm và trích lấy dầu ăn…Trấu có côngdụng làm chất đốt, chất độn chuồng, ngoài ra còn dùng làm ván ép, vật liệu cáchnhiệt, cách âm, chế tạo carbon và silic [11]

* Giá trị thương mại

Trên thị trường thế giới, giá gạo xuất khẩu tính trên đơn vị trọng lượng caohơn rất nhiều so với các loại hạt cốc khác Nói chung, giá gạo xuất khẩu cao hơngạo lúa mì từ 2-3 lần và hơn bắp hạt từ 2-4 lần [11]

Những quốc gia có diện tích trồng lúa lớn hầu hết tập trung ở châu Á.Trong đó, Ấn Độ là quốc gia dẫn đầu thế giới với 44,10 triệu ha (chiếm 27,86%),đứng thứ hai là Trung Quốc với 29,93 triệu ha, Indonesia: 12,88 triệu ha,

Bangladesh: 11,50 triệu ha…Việt Nam là nước có năng suất lúa cao đứng hàngthứ 3 trong 10 nước trồng lúa chính, đạt 52,28 tạ/ha Từ những năm 1980, TháiLan trở thành nước xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới, nhưng năng suất hiệnnay chỉ đạt 28,7 tạ/ha, chủ yếu do Thái Lan chú trọng nhiều hơn đến canh tác cácgiống lúa dài ngày, chất lượng cao [51].

Hiện nay, Việt Nam có sản lượng gạo xuất khẩu đứng thứ hai trên thếgiới Năm 2010, lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam là 6,886 triệu tấn với trị giátrên 3,24 tỉ USD (Tổng cục Thống kê, 2011) Giá xuất khẩu gạo của Việt Namgiữa năm 2011 đã dần được nâng lên gần tương đương giá gạo Thái Lan cùngthời điểm và cấp loại gạo Điều này cho thấy, chất lượng gạo và quan hệ thịtrường gạo của Việt Nam đã có thế cạnh tranh ngang hàng với gạo Thái Lan trênthị trường thế giới [10]

1.1.3 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Thừa Thiên Huế

Theo tài liệu của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thì chiến lược pháttriển nông nghiệp nông thôn Việt Nam giai đoạn 2011-2020 đối với ngành sản xuất

lương thực là “Phát triển sản xuất lúa gạo Việt Nam trở thành mặt hàng xuất khẩu

mũi nhọn có hiệu quả và đảm bảo an ninh lương thực” Trên cơ sở tính toán cân đốigiữa nhu cầu tương lai của đất nước và dự báo nhu cầu chung của thế giới nhằmđảm bảo tuyệt đối an ninh lương thực quốc gia trong mọi tình huống, đảm bảoquyền lợi hợp lý của người sản xuất và kinh doanh lúa gạo và xuất khẩu có lợinhuận cao, đảm bảo sản lượng lúa đến năm 2020 đạt hơn 41 triệu tấn lúa trên diệntích canh tác 3,7 triệu ha [3]

Hiện nay ở Thừa Thiên Huế thường trồng 2 vụ lúa chính là Hè Thu (bắt đầu từtháng 5 và kết thúc vào đầu tháng 9) và Đông Xuân (bắt đầu từ giữa tháng 12 và thuhoạch vào cuối tháng 4 năm sau) Khí hậu Thừa Thiên Huế hàng năm có hai mùa rõ rệt,một mùa khô nóng, một mùa mưa ẩm lạnh cùng với nhiều trận lụt bão nên sản xuất lúa ởThừa Thiên Huế gặp rất nhiều khó khăn Tuy nhiên, lúa gạo vẫn chiếm vị trí quan trọngtrong cơ cấu kinh tế của tỉnh, với sản lượng 246.100 tấn gạo mỗi năm Thừa Thiên Huếđứng thứ 39 trong tổng số 64 tỉnh thành trong cả nước về sản xuất lúa gạo [30]

Thừa Thiên Huế là tỉnh có một phần lớn diện tích đất được dành cho trồnglúa nhưng nhìn chung, diện tích đó có xu hướng ngày càng giảm Nguyên nhân chủyếu là người dân chuyển các diện tích sản xuất năng suất thấp sang nuôi trồng thủysản Trong vòng 10 năm (2000-2009), diện tích lúa toàn tỉnh đã giảm 1.303 ha từ51.341 ha xuống còn 50.038 ha Về năng suất, nhờ áp dụng các biện pháp khoa học

kỹ thuật mới, nhất là ưu tiên sử dụng các giống lúa cấp một nên năng suất lúa ởThừa Thiên Huế tăng nhanh từ 3,83 tấn/ha (2000) lên 5,3 tấn/ha (2009) Cùng vớinăng suất, sản lượng lúa cũng tăng trong những năm qua đáp ứng nhu cầu sử dụngtrong tỉnh và góp phần quan trọng vào xuất khẩu gạo nước ta [30]

1.2 Đặc điểm sinh lý của cây lúa

1.2.1 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây lúa

Thời gian sinh trưởng của cây lúa từ khi nảy mầm cho đến chín thay đổi từ

90-180 ngày tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh Đa số tài liệu hiện nay đều chỉ rarằng cây lúa trải qua 2 thời kỳ sinh trưởng, phát triển chính là sinh trưởng dinhdưỡng và sinh trưởng sinh thực [11], [101]

Đời sống cây lúa bắt đầu từ lúc hạt nảy mầm cho đến khi lúa chín Hình 1.1.cho thấy thời gian sinh trưởng của cây lúa ở vùng nhiệt đới kéo dài khoảng 120ngày, có thể chia làm 3 giai đoạn: giai đoạn tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng)chiếm 60 ngày, giai đoạn sinh sản (sinh dục) là 30 ngày và giai đoạn chín 30 ngày

Hình 1.1 Quá trình sinh trưởng của một số giống lúa 120

ngày

(Nguồn Yoshida, 1981)

Các giống lúa khác nhau gieo trồng theo mùa vụ và điều kiện ngoại cảnhkhác nhau thì thời gian sinh trưởng khác nhau Nắm được quy luật thay đổi thờigian sinh trưởng của cây lúa là cơ sở chủ yếu để xác định thời vụ gieo cấy, cơ cấugiống, luân canh tăng vụ ở các vùng trồng lúa khác nhau [62]

Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng được tính từ lúc gieo đến lúc làm đòng, baogồm thời kỳ nảy mầm, mạ và làm đốt, làm đòng Trong thời kỳ này cây lúa chủ yếuhình thành và phát triển các cơ quan dinh dưỡng như ra lá, phát triển rễ, đẻ nhánh.Thời kỳ này có ảnh hưởng trực tiếp tới việc hình thành số bông

Thời kỳ sinh trưởng sinh thực là thời kỳ phân hóa, hình thành cơ quan sinhsản từ lúc làm đòng cho đến khi thu hoạch, bao gồm các quá trình làm đòng, trổbông và hình thành hạt Quá trình làm đốt (phát triển thân) tuy là sinh trưởng dinhdưỡng nhưng lại song song với quá trình phân hóa đòng nên nó cũng nằm trong quátrình sinh trưởng sinh thực Thời kỳ này quyết định việc hình thành số hạt trênbông, tỷ lệ hạt chắc và trọng lượng hạt Có thể xem thời kỳ từ trổ bông đến chín ảnhhưởng trực tiếp tới năng suất thu hoạch [106]

Do vậy, việc theo dõi thời gian sinh trưởng và phát triển của cây lúa (từ khigieo, đẻ nhánh, kết thúc đẻ nhánh, làm đòng, trỗ bông và chín) nhằm xác định đặctính giống dài ngày hay ngắn ngày, qua đó điều tiết thời vụ gieo cấy phù hợp đốivới từng giống lúa Mặt khác xác định được thời gian sinh trưởng sẽ giúp chúng ta

có những chế độ chăm sóc như: tưới tiêu, bón phân, phòng trừ sâu bệnh một cáchhợp lý hơn nhằm đem lại năng suất tối ưu cho từng giống lúa

* Thời kỳ nảy mầm

Đời sống cây lúa bắt đầu bằng quá trình nảy mầm Trong suốt quá trình ngâm

ủ, trong hạt lúa đã xảy ra các hoạt động hoạt hóa tinh bột, protein và các chất béo đểbiến đổi thành những chất đơn giản cung cấp dinh dưỡng nuôi phôi, các tế bào phôiphân chia lớn lên thành mầm và rễ mầm, trục phôi trương to, đẩy mầm và rễ mầm rakhỏi vỏ trấu, kết thúc giai đoạn nảy mầm Nếu thu hoạch lúa đảm bảo độ chín, bảo

quản tốt thì sức nảy mầm của hạt tốt hơn Hạt giống có vỏ trấu mỏng thường hútnước nhanh hơn giống vỏ dày, do đó thời gian nảy mầm thường ngắn hơn [11] Theoquy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng hạt giống lúa của Bộ Nông nghiệp vàphát triển Nông thôn (2011) thì một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượnghạt giống là phải có tỷ lệ nảy mầm trên 80% [4].

Khả năng đẻ nhánh là một chỉ tiêu sinh trưởng quyết định số lượng bông trênmột khóm lúa, nhưng số nhánh hữu hiệu của cây mới là yếu tố quyết định số bôngtrên cây Nhánh hình thành bông (nhánh hữu hiệu) thấp hơn so với số nhánh tối đa

và ổn định khoảng 10 ngày trước khi đạt được số nhánh tối đa Các nhánh ra sau đóthường sẽ tự rụi đi không thành bông được do chồi yếu không đủ khả năng cạnhtranh dinh dưỡng, ánh sáng với các chồi khác gọi là chồi vô hiệu [11]

Các nghiên cứu trước đây cho rằng giống có nhiều chồi rất cần thiết cho sảnlượng tối đa trong quần thể dày hoặc trung bình Tuy nhiên, khả năng nhảy chồitrung bình cũng được xem là tốt đối với những giống lúa cho năng suất cao Ở lúa

cấy, khoảng 10- 30 chồi có thể được sinh ra trong điều kiện trồng hợp lý, nhưng chỉ2- 5 chồi được hình thành trong lúa sạ thẳng [23].

* Thời kì trổ bông, làm hạt

Đây là thời kỳ sinh trưởng phát triển cuối cùng của cây lúa, có liên quanquyết định trực tiếp đến quá trình tạo năng suất, trong đó quyết định trực tiếp đếnquá trình tạo hạt chắc và trọng lượng hạt Đây cũng là thời kỳ mà điều kiện ngoạicảnh tác động rõ rệt đến năng suất Thời kỳ trổ bông, làm hạt bao gồm các quá trìnhtrổ bông nở hoa, thụ phấn, thụ tinh hình thành hạt và chín Thời kỳ này bắt đầu từkhi các hoa đầu tiên của bông nhô ra khỏi đòng cho đến khi chúng được thụ phấn,phát triển hình thành phôi nhũ và bắt đầu tích lũy tinh bột [11], [21]

Chín sáp: ở thời kỳ này chất dịch trong hạt dần dần đặc lại, hạt cứng Màuxanh ở lưng hạt dần chuyển sang màu vàng, trọng lượng hạt tiếp tục tăng lên

Chín hoàn toàn: thời kỳ này hạt chắc cứng, vỏ trấu từ màu vàng chuyển sangvàng nhạt, trọng lượng hạt đạt tối đa Nói chung thời kỳ chín của hạt kéo dài từ 30-

40 ngày tùy theo giống và thời vụ Đây là thời kỳ quyết định trọng lượng hạt vàquyết định trực tiếp đến quá trình tạo năng suất lúa [101]

1.2.2 Hoạt động sinh lý của cây lúa

Ở cây trồng người ta phân biệt 2 khái niệm về năng suất, đó là năng suất sinhhọc và năng suất kinh tế Năng suất sinh học là lượng chất khô cây trồng tích lũyđược trên đơn vị diện tích trong một thời gian nhất định Năng suất kinh tế là năngsuất bộ phận kinh tế của cây trồng Đối với cây lúa, năng suất kinh tế là lượng thócthu được trên đơn vị diện tích Nói cách khác năng suất kinh tế là một phần củanăng suất sinh vật theo công thức:

năng suất kinh tế = năng suất sinh học × hệ số kinh tế

Nghiên cứu đặc điểm sinh lý quá trình hình thành năng suất là nghiên cứuquá trình hình thành, tích lũy chất khô (carbohydrate) trong cây và trong hạt Năngsuất sinh học của cây lúa phụ thuộc vào các yếu tố như cường độ quang hợp, thờigian quang hợp, diện tích lá Để nâng cao năng suất kinh tế của cây lúa thì ngoài cácbiện pháp nâng cao năng suất sinh học phải chọn giống lúa tốt có hệ số kinh tế cao,

và phải tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để huy động tối đa các chất hữu cơ về tíchlũy ở cơ quan kinh tế (hạt thóc) như biện pháp tưới nước, bón phân, bố trí thời vụhợp lý, phòng trừ sâu bệnh [26]

* Cường độ quang hợp và hiệu suất quang hợp

Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định 90-95% năng suất cây trồng Do vậytăng cường hoạt động quang hợp đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện năng suấtcây trồng Theo Ishii và cộng sự (1977) thì cây lúa thuộc nhóm thực vật có chu trìnhquang hợp theo con đường C3, tuy nhiên nghiên cứu của Hegde và Joshi (1974) cho rằng

có cả hai chu trình quang hợp C3 và C4 trong cây lúa chịu hạn [106]

+ Cường độ quang hợp: được tính bằng lượng CO2 cây hấp thụ hoặc lượng

O2 cây thải ra hay lượng chất hữu cơ cây tích lũy được trên một đơn vị diện tích látrong một đơn vị thời gian So với các loại cây C3 khác, cây lúa có cường độ quanghợp tương đối cao trên đơn vị diện tích lá: 10-20 mg CO2/dm2/1 giờ (tài liệu cũ), tàiliệu sau này thì khoảng 40-50 mg CO2/dm2/1 giờ [106] Cường độ quang hợp càngcao thì khả năng đồng hóa CO2 càng lớn, tuy nhiên đây là một chỉ tiêu phụ thuộcvào nhiều yếu tố như giống, giai đoạn sinh trưởng, điều kiện ngoại cảnh (cường độ

ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2 ) Do vậy khi xác định cường độ quang hợp củacây lúa phải đặt trong một điều kiện cụ thể [26].

+ Hiệu suất quang hợp: là lượng chất khô cây tích lũy được trên 1m2 látrong thời gian một ngày đêm Hệ số hiệu suất quang hợp tỷ lệ thuận với quá trìnhquang hợp và tỷ lệ nghịch với quá trình hô hấp Hiệu suất quang hợp đánh giá khảnăng tích lũy chất khô của quần thể cây trồng nên nó phản ánh năng suất cây trồng.Thường thì giai đoạn phát triển nào của cây có hoạt động quang hợp mạnh nhất thì

có hiệu suất quang hợp cao nhất [26]

* Hàm lượng diệp lục

Ở thực vật bậc cao, diệp lục là nhóm sắc tố chính tham gia vào quá trìnhquang hợp, bởi vì nó có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, di trú tạmthời năng lượng ánh sáng hấp thụ trên mức độ điện tử và biến năng lượng hấp thụ

ấy thành năng lượng hóa học, trong khi đó các loại sắc tố khác không thể thực hiệnđầy đủ quá trình hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng như vậy được Trong đódiệp lục a (C55H72O5N4Mg) và diệp lục b (C55H70O6N4Mg) là nhóm sắc tố chính thamgia vào quá trình quang hợp của cây trồng [26] Diệp lục a hấp thụ ánh sáng xanh-tím (blue-violet) và da cam-đỏ (orange-red) ở bước sóng 675 nm, trong khi đó diệplục b hấp thụ ánh sáng xanh (green) ở bước sóng 640 nm Trong điều kiện ánh sángquang hợp thấp thì cây sản sinh ra nhiều diệp lục b hơn diệp lục a để tăng cườngkhả năng quang hợp của cây [68] Tỷ lệ diệp lục a/b được dùng như chỉ thị đánh giá

sự hấp thu nitơ trong lá, vì tỷ lệ này liên quan trực tiếp với đến khả năng thu nhậpánh sáng của phức hợp diệp lục-protein (phần lớn là diệp lục b) trong hệ thốngquang hoá II [68, 103]

* Diện tích lá

Lá chính là cơ quan quang hợp để tạo nên các chất hữu cơ tích lũy vào hạttạo nên năng suất kinh tế của cây lúa Có thể nói diện tích lá là một trong những yếu

tố quyết định năng suất của cây Để tăng năng suất cây lúa thì người ta tác động vào

2 yếu tố diện tích lá và thời gian quang hợp của lá Trong các biện pháp tăng diệntích lá và kéo dài thời gian quang hợp cần chú ý đến các yếu tố như giống, xen canhtăng vụ, mật độ cấy, phân bón đầy đủ và hợp lý, phòng trừ sâu bệnh hại lá [106]

* Tích lũy chất khô

Nhờ quá trình quang hợp nên lượng chất khô (carbohydrate) được hình thànhtrong cây và hạt lúa Các carbohydrate được tích lũy trong cây dưới 3 dạng:monosaccharide, oligosaccharide, polysaccaride Trong đó thì tinh bột thuộc nhómpolysaccharide được tích lũy nhiều trong hạt lúa Sự hình thành và tích lũy tinh bộttrong cây có vai trò quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất

Trong cây lúa, tinh bột được hình thành ở lục lạp và có thể tích lũy trong bẹ lá,thân và hạt Carbohydrate được tích lũy trong bẹ lá, thân cây sẽ được vận chuyển về hạt

và tích lũy lại giúp cho hạt sinh trưởng được trong điều kiện thời tiết khác nhau và làmcho năng suất hạt ổn định trong điều kiện bất thuận trong thời gian chín Trong các thời

kỳ sinh trưởng của cây lúa, quá trình hình thành, tích lũy và vận chuyển các carbohydraterất khác nhau Các carbohydrate bắt đầu tích lũy mạnh mẽ khoảng 2 tuần trước khi trổbông và đạt cực đại vào giai đoạn trổ bông sau đó giảm dần vào lúc chín rộ Ở giai đoạnchín hoàn toàn, quá trình tích lũy carbohydrate có thể tăng trở lại [106]

1.2.3 Các thành phần năng suất lúa

Morales (1986) cho rằng số hạt/bông và khối lượng 1.000 hạt là những yếu

tố quan trọng nhất trong việc gia tăng năng suất Trong khi đó, Moeljopawiro(1989), Reuben và Katuli (1989) lại cho rằng số hạt/bông là yếu tố có ảnh hưởnglớn nhất cấu thành năng suất Ibrahim và cộng sự (1990) cho rằng số nhánh/bông làyếu tố cần quan tâm nhất khi chọn giống lúa Mehetre và cộng sự (1994) khẳng định

số hạt chắc/bông là yếu tố năng suất cơ bản nhất (trích dẫn theo tài liệu của tác giảMzengeza, 2011) [79]

Phân tích cơ cấu năng suất lúa, người ta thấy năng suất được quyết định bởi

số bông/m2, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc

Mỗi một giai đoạn phát triển của cây lúa đều liên quan mật thiết đến yếu tốcấu thành năng suất Hầu như mỗi một yếu tố cấu thành năng suất lúa đều liên quanđến một giai đoạn phát triển cụ thể của cây lúa, mỗi một yếu tố đóng một vai tròkhác nhau nhưng đều nằm trong một hệ quả liên hoàn tạo nên hiệu suất cao nhất màtrong đó các yếu tố đều có liên quan mật thiết với nhau Như vậy mỗi giai đoạn sinh

trưởng, phát triển đều liên quan và tạo nên năng suất hạt sau này Vì vậy, chăm sóc,quản lý tốt ở tất cả các giai đoạn phát triển của cây lúa là điều hết sức cần thiết đểnâng cao hiệu suất và năng suất cây lúa Muốn đạt năng suất cao cần phát huy đầy

đủ các yếu tố mà không ảnh hưởng lẫn nhau Trong một phạm vi nhất định thì tích

số của các yếu tố cấu thành năng suất đều đạt đến một mức độ cân bằng, chênh lệchnhau do quá trình tự điều tiết, nhưng nếu một yếu tố vượt quá phạm vi nhất định thìnăng suất giảm Ví dụ như số bông tăng đến một phạm vi mà số hạt/bông và tỷ lệhạt chắc giảm ít thì năng suất đạt cao, nhưng nếu số bông tăng quá cao, số hạt/bông

và tỷ lệ hạt chắc giảm nhiều thì năng suất đạt thấp Số bông/m2 phụ thuộc nhiều vàokhả năng đẻ nhánh và mật độ gieo trồng [106]

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

Sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa có liên quan mật thiết với điều kiệnthời tiết khí hậu Đó là các yếu tố về nhiệt độ, ẩm độ không khí, lượng mưa và ánhsáng Các yếu tố này thuận lợi thì sẽ là điều kiện cơ bản để nâng cao năng suất câytrồng và ngược lại [101], [106]

mạ ốm yếu, lùn lại, lá bị mất màu, trổ trễ, bông bị nghẹn, phần chót bông bị thoáihóa, sự thụ phấn bị đình trệ, khả năng bất thụ cao, hạt lép nhiều và chín kéo dài bấtthường Ở nhiệt độ cao ngọn lá bị khô trắng, trên lá có những dãy và đốm bị mấtmàu, nở bụi kém, chiều cao giảm, số hạt trên bông giảm, bông lúa bị trắng, hạt thoái

hóa nhiều, hạt bất thụ cao, hạt chắc giảm [106].

Giai đoạn lúa chín: nếu ruộng lúa khô nước, nhiệt độ không khí cao, ánhsáng mạnh thì lúa chín nhanh và tập trung hơn; ngược lại thời gian chín sẽ kéodài Thời kỳ cần năng lượng mặt trời cực trọng nhất đối với lúa là từ lúc phânhóa đòng đến khoảng 10 ngày truớc khi lúa chín, vì sự tích lũy tinh bột trong lá

và thân đã bắt đầu ngay từ khoảng 10 ngày trước khi trổ và được chuyển vị vàohạt rất mạnh sau khi trổ [106]

* Lượng mưa

Lượng mưa là một trong những yếu tố khí hậu có tính chất quyết định đếnviệc hình thành các vùng trồng lúa và các vụ lúa trong năm Trong mùa mưa ẩm,lượng mưa cần thiết cho cây lúa trung bình là 6 – 7 mm/ngày và 8 – 9 mm/ngàytrong mùa khô nếu không có nguồn nước khác bổ sung Nếu tính luôn lượng nướcthấm rút và bốc hơi thì trung bình 1 tháng cây lúa cần một lượng mưa khoảng 200

mm và suốt vụ lúa 5 tháng cần khoảng 1000 mm [106]

1.3 Đặc điểm hình thái, đặc tính hóa sinh của hạt gạo

1.3.1 Đặc điểm hình thái hạt gạo

Bằng cảm quan, chất lượng hạt gạo được đánh giá thông qua tỷ lệ dài/rộng

và độ bạc bụng Hình dạng hạt gạo phụ thuộc vào điều kiện khí hậu mà nơi nó pháttriển như: hạt gạo Indica phát triển ở vùng có khí hậu nhiệt đới có hình dạng dài,

thon, khô khi nấu, không dẻo chiếm 75% thị trường toàn cầu Trong khi đó, hạt gạojaponica phát triển ở vùng có khí hậu ôn đới có dạng tròn, mềm khi nấu, dẻo chiếm10% thị trường thế giới và gạo thơm như Jasmine của Thái Lan và Basmati của Ấn

Độ và Pakistan thon và dài hơn hạt Indica chiếm 12-13% thị trường thế giới [84]

Độ bạc bụng là phần đục của hạt gạo liên quan đến tính dễ gãy trong xay xát.Tuy nhiên độ bạc bụng sẽ biến mất và không ảnh hưởng đến mùi, vị của cơm Bạcbụng là do sự sắp xếp không chặt chẽ của những hạt tinh bột trong nội nhũ, tạo ranhiều khoảng trống làm cho hạt gạo bị đục, điều này được cho là có thể do sự trụctrặc trong quá trình tạo hạt và phơi sấy Người ta phân biệt độ bạc bụng dựa vào vịtrí của vết đục nằm về phía mầm hạt ở giữa hạt hay ở phía đối diện (lưng) mà chiara: bụng trắng (white belly), gan trắng (white center) hay lưng trắng (white back)[11] Độ bạc bụng được chia ra các cấp từ 0 đến 9 dựa vào thể tích vết đục so vớithể tích của cả hạt gạo và tỷ lệ số hạt bị bạc bụng [61] Tỷ lệ bạc bụng cao (như gạotẻ) sẽ làm tăng tỷ lệ gãy của hạt trong quá trình xay xát [18]

1.3.2 Đặc tính hóa sinh hạt gạo

Chất lượng hạt gạo là một chỉ tiêu quan trọng liên quan đến thị hiếu củangười tiêu dùng hiện nay Trong điều kiện kinh tế ngày càng được cải thiện, đờisống của người dân ngày càng được nâng cao, thì xu hướng “Ăn ngon” càng đượcchú trọng, do vậy bên cạnh yếu tố năng suất thì yếu tố liên quan đến chất lượng gạonhư hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền thể gel, hàm lượng protein, vitamin,khoáng vi lượng ngày càng được quan tâm [9], [29], [91] Chất lượng hạt gạo đượcđánh giá thông qua một số chỉ tiêu như hình dạng hạt gạo, hàm lượng chất dinhdưỡng có trong hạt gạo, độ mềm dẻo của hạt gạo khi nấu thành cơm [18], [48]

Trong hạt gạo, hàm lượng dinh dưỡng tập trung ở các lớp ngoài và giảm dầnvào trung tâm Lớp vỏ ngoài của hạt gạo (cám) chiếm khoảng 10% trọng lượng khô

là thành phần rất bổ dưỡng của lúa, chứa nhiều protein, chất béo, khoáng chất vàvitaminSo với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột và protein hơi thấp hơn, nhưngnăng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chất béo hơn (Bảng 1.1) Ngoài ra, nếutính trên đơn vị 1 hecta, gạo cung cấp nhiều calo hơn lúa mì do năng suất lúa cao

hơn nhiều so với lúa mì Một người trung bình cần 3.200 calo mỗi ngày thì mộthecta lúa có thể nuôi 2.055 người/ngày hoặc 5,63 người/năm, trong khi lúa mì chỉnuôi được 3,67 người /năm, bắp 5,3 người/năm Hơn nữa, trong gạo lại có chứanhiều acid amin, thiết yếu như: lysine, threonine, methionine, tryptophan… hơn hẳnlúa mì [11], [95].

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của lúa gạo so với một số loại

cây lương thực khác

(% khối lượng khô)

Cây lương thực Tinh bột Protein Lipid Chất xơ Tro

* Hàm lượng protein

Trong số các loại protein từ ngũ cốc, protein từ lúa được đánh giá là chất dễtiêu hóa (88%), chứa lượng lysine cao (4%) Do vậy, hàm lượng protein cao là mộtchỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng dinh dưỡng của lúa gạo [14] Hàm lượngprotein trung bình của gạo là khoảng 7%, ở ẩm độ 14% (hoặc 8% khi khô), cộng vớikhoảng 0,5% chất béo thô, tro và sợi thô Protein hiện diện trong gạo ở dạng cómàng đơn, kích thước 0,5-4,0 μm trong phôi nhũ Protein chỉ chiếm lượng nhỏtrong hạt, nhưng nó đóng góp rất cơ bản vào chất lượng dinh dưỡng của gạo Gạo

có hàm lượng protein càng cao càng có giá trị dinh dưỡng Giống lúa và môi trường

ở vùng nhiệt đới trong giai đoạn chín, đặc biệt là giai đoạn từ 14-21 ngày sau khitrổ, có ảnh hưởng rất lớn tới tính chất của tinh bột và hàm lượng protein, vì các hạt

tinh bột bắt đầu xuất hiện 4 ngày sau khi trổ, protein khoảng 7 ngày sau khi trổ vàthời kỳ tích lũy tinh bột và protein thật sự trong hạt lúa rất ngắn Độ chín của hạtcũng có ảnh hưởng đến phẩm chất hạt, hạt chín sớm hoặc độ chín không đồng đều

sẽ làm giảm phẩm chất hạt [11]

Protein dự trữ trong hạt có thể chia thành 4 nhóm dựa vào tính chất tan củachúng, những protein chính tìm thấy ở lúa là glutein (hay còn gọi là glutelin), glubolin,prolamin, albumin Theo những nghiên cứu trước đây, glutein chiếm khoảng 80%protein tổng số của hạt, 20% còn lại gồm prolamin, albumin, globulin [96]

Việc gia tăng hàm lượng protein và thành phần amino acid cân đối trong hạt

có vai trò quan trọng về mặt dinh dưỡng cho người dân ở các nước nghèo Theonghiên cứu của Stoh và cộng sự (2010), protein trong gạo chiếm từ 20-40% tổng sốprotein trong bữa ăn hằng ngày của người dân các nước châu Á và là nguồn proteinchính cung cấp cho một bộ phận lớn dân cư ở các nước đang phát triển Sự di truyềntính trạng liên quan đến hàm lượng protein trong hạt rất phức tạp và bị ảnh hưởngmạnh mẽ của môi trường, giống có hàm lượng protein cao thường là giống ngắnngày và trọng lượng hạt nhẹ [92]

* Hàm lượng amylose

Amylose là thành phần tinh bột không phân nhánh trong hạt gạo, là yếu tốảnh hưởng đến sự mềm cơm hoặc ngược lại Hàm lượng amylose trong hạt gạo daođộng từ 1-35% (phổ biến nhất từ 15-33%), được chia thành các nhóm: 0-2%: rấtthấp, 2-20%: thấp, 20-25%: trung bình và trên 25%: cao Hàm lượng amylose tronghạt gạo từ 20-25% thường cho cơm ngon, mềm và dẻo Những giống có hàm lượngamylose lớn hơn 25% cho cơm khô, cứng và rời rạc

Hàm lượng amylose trong hạt thay đổi tùy theo từng loại giống, các giốnglúa thuộc nhóm Japonica thường biến động từ 10-20%, trong khi đó giống Indicathường biến động từ 20-30% Những giống có hàm lượng amylose trung bìnhthường được ưa chuộng hơn [11], [33], [80]

Độ nở, khả năng hấp thụ nước, và tính kháng đối với sự phân hủy của gạotrong khi nấu có liên quan trực tiếp đến tỷ lệ amylose/amylopectin của tinh bột.Tính mềm và dẻo của cơm có tương quan nghịch với hàm lượng amylose Các

giống lúa có hàm lượng amylose tương đương, có thể có sự khác biệt về độ bền gel

và nhiệt độ hóa hồ (độ trở hồ) [11]

Hàm lượng amylose do một gen điều khiển kèm theo một gen phụ có tínhchất cải tiến Hàm lượng amylose cao có tính trội không hoàn toàn so với hàmlượng amylose thấp Nghiên cứu của Resurreccion và cs (1977) cho thấy nhiệt độkhông khí trong thời kỳ phát triển của hạt ảnh hưởng đến tốc độ tích lũy tinh bột vàđặc tính của hạt tinh bột Nhiệt độ càng cao có thể làm giảm hàm lượng amylosenhưng lại làm tăng nhiệt độ hóa hồ hay độ trở hồ của các hạt tinh bột Nhiệt độ thấpkhông ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột tích lũy cuối cùng nhưng lại làm tăng hàmlượng amylose [33], [97], [99]

* Độ bền gel

Độ bền gel (còn được gọi là độ trải gel) là giá trị đo lường đặc tính chảy của

hồ Đây là một thông số liên quan đến xu hướng cứng cơm khi nguội, là yếu tốquyết định đến phẩm chất cơm Thường có sự liên hệ trực tiếp giữa độ bền gel vàhàm lượng amylose, nhưng trong những giống có cùng hàm lượng amylose, giống

có độ bền gel lớn thường được ưa chuộng hơn vì mềm cơm, hạt gạo óng ánh hơn [104]

Cũng như hàm lượng amylose và độ trở hồ, độ bền gel cũng chịu ảnh hưởngcủa môi trường trong quá trình hình thành hạt gạo Thường độ bền gel mềm haytinh bột gạo kéo dài ra nếu nhiệt độ cao trong thời gian hạt gạo tích lũy và chín hạt.Đây cũng là một yếu tố chính đánh giá chất lượng xay chà hạt gạo, vì chất cám dínhvào hạt gạo cũng làm độ bền gel mềm hơn [11], [17]

Lúa trồng ở các vùng nhiệt độ khác nhau có độ bền gel, hàm lượng amylose,

độ trở hồ và độ bền thể gel của hạt gạo khác nhau Lúa Indica có hàm lượng tinh bột

biến động nhiều hơn loại lúa Japonica Lúa Japonica có hàm lượng amylose thấp vàhầu hết chúng đều có BEPT thấp và độ bền gel mềm [52].

1.4 Rầy nâu gây hại và khả năng kháng rầy nâu của cây lúa

1.4.1 Giới thiệu về rầy nâu

Rầy nâu (Nilarpavata lugens S.), thuộc họ Delphacidae, bộ Homoptera Rầy

nâu phân bố ở nhiều nước Châu Á, Châu Úc và quần đảo Thái Bình Dương, nhưngchúng không được tìm thấy ở Châu Mỹ và Châu Phi [45]

Rầy nâu chích hút trực tiếp chất dinh dưỡng từ cây đang phát triển, làm giảmnăng suất, nếu mật độ rầy cao có thể làm chết cây lúa, gây hiện tượng cháy khô cảđám ruộng [47] Chen và cộng sự (1979) chỉ ra rằng rằng cây lúa có phản ứng khácnhau đối với các thời điểm gây hại khác nhau của rầy nâu, thông thường nếu rầynâu chích hút vào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng thì khả năng bị mất năng suấtcao hơn là chích hút ở giai đoạn lúa bắt đầu chín [47]

Ngoài ra, rầy nâu cũng có thể gây hại gián tiếp cho cây lúa bằng cách truyềnvirus gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá [5], [42] Hai loại virus này phân bố rộng ởNam Á và Đông Nam Á trong đó có Việt Nam [81]

Rầy nâu thường tập trung thành từng đám ở giữa thân và phần gốc lúa (cáchmặt nước ruộng 20 cm), chúng chích hút nhựa cây làm thức ăn Rầy nâu sinh sản vàphát triển rất nhanh Mỗi lứa, rầy cái đẻ hàng trăm trứng trong bẹ lá Rầy con phảitrải qua 5 lần lột xác để trở thành rầy trưởng thành Vòng đời trung bình của rầy nâukhoảng 25-28 ngày, ở nhiệt độ 25-30oC Nếu gặp điều kiện thuận lợi, thức ăn đầy đủthì từ lúc trứng nở đến khi trưởng thành chỉ mất khoảng 15-20 ngày Ở Việt Namtrong một vụ lúa có thể xuất hiện 3 lứa rầy Ở các nước khác thường sử dụng cácgiống lúa có thời gian sinh trưởng dài nên số lứa rầy xuất hiện cũng nhiều hơn, cóthể lên đến 8 lứa rầy trong một vụ lúa [50]

Rầy trưởng thành cánh ngắn có thời gian đẻ trứng sớm hơn, số lượng trứngnhiều hơn rầy trưởng thành cánh dài Rầy cái dài 4,5-5,0 mm có màu nâu vàng, rầyđực dài 3,6-4,0 mm có màu nâu tối [50]

Điều kiện khí hậu ấm nóng, ẩm độ cao, mưa nắng xen kẻ thích hợp cho rầynâu phát triển Ở miền Nam rầy có thể gây hại liên tục các vụ lúa, còn ở phía Bắcthường gây hại vào tháng 5 (vụ xuân) và cuối tháng 9 đầu tháng 10 (vụ mùa).

1.4.2 Biotype rầy nâu

Các biotype rầy nâu được xác định chủ yếu dựa vào phản ứng khác nhau củacây lúa đối với rầy cũng như phản ứng đối phó lại của rầy Ngoài ra, hình thái củarầy nâu như vòi hút, chân, râu, các bộ phận khác của cơ thể cũng là yếu tố để phânthành các biotype khác nhau Việc sử dụng các giống lúa đơn gen liên tục trongnhiều năm làm cho biotype của rầy nâu phát triển, chúng có thể thích ứng và gâyhại được trên các giống lúa đó Sự gây hại và độc tính của rầy nâu ở các vùng địa lý,khí hậu khác nhau cũng thay đổi, các nhà côn trùng học và chọn giống lúa nhậnthấy có một số giống có khả năng kháng rầy nâu ở vùng này nhưng có thể trở thànhgiống nhiễm ở vùng địa lý khác [87] Hiện nay có 4 biotype: biotype 1 phân bố rộng

ở vùng Đông Á và Đông Nam Á, biotype 2 có nguồn gốc ở Philippin phát sinh sau

khi sử dụng rộng rãi các giống có gen bph1, biotype 3 phát sinh từ các phòng thí

nghiệm ở Nhật Bản và Philippin, biotype 4 chỉ thấy ở vùng Nam Á [12], [38], [66]

Theo Saxena và Barrion (1983), các biotype rầy nâu được xác định chủ yếudựa vào phản ứng khác nhau của cây lúa đối với rầy cũng như phản ứng đối phó lạicủa rầy Ngoài ra, hình thái của rầy nâu như vòi hút, chân, râu, các bộ phận kháccủa cơ thể cũng là yếu tố để phân thành các biotype khác nhau Việc sử dụng cácgiống lúa đơn gen liên tục trong nhiều năm làm cho biotype của rầy nâu phát triển,chúng có thể thích ứng và gây hại được trên các giống lúa đó [87]

Sự gây hại và độc tính của rầy nâu ở các vùng địa lý, khí hậu khác nhaucũng thay đổi, các nhà côn trùng học và chọn giống lúa nhận thấy có một sốgiống có khả năng kháng rầy nâu ở vùng này nhưng có thể trở thành giống nhiễm

ở vùng địa lý khác [87]

Ở nước ta do cách biệt về địa lý đã ngăn chặn sự lây lan của các quần thể rầynâu giữa 2 miền Nam-Bắc, do đó đã hình thành nên các quần thể rầy nâu ở miềnNam và miền Bắc với độc tính khác nhau như rầy nâu Tiền Giang có độc tính cao

hơn rầy nâu Hà Nội [12] Rầy nâu ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) chủ yếu

là biotype 2, nhưng khả năng thích ứng gia tăng và đang chuyển biến thành biotypemới [20] Trong khi đó quần thể rầy nâu ở tỉnh Thừa Thiên Huế thuộc biotype 1 vàbiotype 2 [13].Chính vì sự thay đổi biotype rầy nâu như vậy nên việc sử dụng giốnglúa kháng rầy đa gen thật sự có ý nghĩa quan trọng trong công tác chọn giốngkháng hiện nay

1.4.3 Cơ chế kháng rầy nâu của cây lúa

Tính kháng là một phản ứng tự vệ của cây chống lại sự tấn công của côntrùng và mầm bệnh Hiểu rõ cơ chế kháng rầy sẽ là tiền đề quan trọng cho nhữngbiện pháp nhằm hạn chế thiệt hại do rầy nâu gây ra Những nghiên cứu dựa vào các

kỹ thuật phân tử gần đây cho thấy có sự thay đổi về mặt di truyền, sinh lý và hóasinh của cây lúa khi có sự tấn công của rầy nâu [37], [59], [100], song cơ chế khángrầy nâu vẫn chưa được xác định rõ [43], [82].Khi bị rầy tấn công có hàm lượng lớncác chất schaftoside, isoschaftoside và apigenin-C-glycosides được tích luỹ cao hơn

ở giống kháng so với giống không, có lẽ các chất này gây tăng tỷ lệ chết của rầy nâu[93] Một nghiên cứu khác được thực hiện trên hai nhóm lúa kháng rầy và khôngkháng rầy đã phát hiện thấy hàm lượng đường dự trữ trong các giống lúa kháng rầygiảm mạnh khi bị rầy nâu tấn công [74] Bing và cộng sự (2007) đã sử dụng phươngpháp sắc ký cột tách được flavonoid 5,7,4′-trihydroxy-3′,5′-dimethoxyflavone

(tricin) từ giống lúa IR36 (chứa gen kháng rầy bph2) Các thí nghiệm sau đó của các

tác giả cho thấy trictin có tác dụng làm tăng tỷ lệ chết ở rầy non, giảm số lượng rầytrưởng thành, giảm khả năng đẻ trứng của rầy cái [39]

Nghiên cứu của Hao và cộng sự (2008) trên hai giống B5 (kháng) và giốngTN1 (nhiễm) cho thấy, hàm lượng enzyme callose synthase (enzyme tổng hợpcallose) tăng lên khi cây lúa bị rầy tấn công Các phân tích khác cũng cho thấy, trêncây lúa có gen kháng thì rầy nâu phải tốn nhiều thời gian để hút và lượng nhựa hútđược cũng ít hơn so với cây nhiễm rầy do quá trình chích hút thường xuyên bị giánđoạn Điều này đã được chứng minh thông qua theo dõi lượng [14C] sucrose trongcây Cây sau khi bị nhiễm rầy nâu thì tăng giải mã các gen tổng hợp callose và gây ra

lắng đọng callose trong ống dẫn tại vị trí chích hút của rầy nâu Ở cây kháng, sự lắngđọng callose được duy trì, trong khi đó ở cây nhiễm rầy nâu thì các gen mã hóaenzyme β-1,3-glucanase được hoạt hóa dẫn đến thông ống dẫn tại vị trí callose ngưng

tụ ban đầu Do enzyme β-1,3-glucanase được tạo ra có tác dụng thủy phân callose Ởcây lúa nhiễm rầy, quá trình hút liên tục của rầy nâu dẫn đến giảm rõ rệt hàm lượngsucrose trong cây đồng thời kích hoạt gen Ramy3D gây thủy phân tinh bột, cuối cùnglàm cạn kiệt lượng carbohydrate của cây Sự lắng đọng callose ở ống dẫn được xem

là cơ chế bảo vệ quan trọng để hạn chế các tổn hại do rầy nâu gây ra [53]

Zhang và cộng sự (2004) đã phát hiện biểu hiện của 58 gen khác nhau, cácgen này tham gia vào con đường trao đổi jasmonic acid độc lập và liên kết với cáccon đường trao đổi chất của các tác nhân vô sinh (abiotic) như: tín hiệu (signalingpathway), phản ứng tổn thương, cảm ứng chịu hạn và các quá trình trao đổi củahormon tín hiệu thực vật khi lúa bị gây nhiễm rầy nâu [107]

Wang và cộng sự (2008), trong thí nghiệm thăm dò sự khác nhau về di truyền

giữa các giống kháng và nhiễm rầy nâu, giống nhiễm rầy MH63 có sự suy giảm 3 thông

số cơ bản đại diện cho sự sinh trưởng của cây lúa (diện tích lá, chiều cao và khối lượngkhô), đồng thời khả năng quang hợp của cây nhiễm rầy cũng bị giảm Còn ở giốngkháng B5, khi bị rầy nâu tấn công thì có giảm nhẹ hàm lượng đường sucrose và protein,nhưng khả năng sinh trưởng thì vẫn bình thường Sử dụng microarray cDNA, đã pháthiện sự biểu hiện của 160 gen lạ do sự tác động của rầy nâu Một trong những gen tổnghợp jasmonic acid cũng xuất hiện khi rầy nâu tấn công cây lúa và giúp tăng cường khảnăng kháng rầy trong các dòng lúa chuyển gen [98]

Theo nghiên cứu của Du và cộng sự (2009) trên giống lúa có mang gen

kháng rầy nâu bph (brown planthopper) cho thấy gen bph14 mã hóa protein C

(coiled-coil), NB (nucleotide binding), và LRR (leucine rich repeat) So sánh chuỗitrình tự cho thấy gen này mang vùng domain của LRR có chức năng ghi nhận sự

xâm nhập của rầy nâu và kích hoạt phản ứng tự vệ Gen bph14 ưu tiên thể hiện ở vùng bó mạch dẫn truyền, nơi rầy nâu chích hút cây lúa Thể hiện gen bph14 làm

kích hoạt lộ trình truyền tín hiệu của salicylic acid và làm tích lũy callose ở mạch

rây, sản xuất chất ức chế trypsin sau khi bị rầy nâu tấn công, nhờ đó, nó làm giảmđáng kể sự chích hút của rầy, rầy tăng trưởng kém, và giảm tuổi thọ [49] Cácnghiên cứu khác cho thấy hàm lượng diệp lục, lượng nước trong cây, hàm lượngprotein và đường giảm xuống, nhưng nitơ tự do và quá trình tổng hợp amino acid lạităng lên khi cây bị rầy tấn công [43], [107] Phân tích proteomic trên giống lúa

mang gen bph15, kết quả cho thấy cơ chế tổng hợp callose và glycine có liên quan

đến tính kháng rầy [100]

1.4.4 Gen kháng rầy nâu ở cây lúa

Gen kháng rầy nâu đã được Pathak và cộng sự phát hiện đầu tiên vào năm

1967 tại Viện Lúa Quốc tế (International Rice Research Institute-IRRI) [69] Chođến nay đã có ít nhất 24 gen kháng rầy nâu được xác định Những gen này có nguồngốc từ giống lúa trồng hoặc hoang dại [41], [66], [89].Trong số các gen đã được xác

định gen bph1 và bph2 được xác định từ năm 1970 [36] Giống lúa kháng rầy nâu

đầu tiên mang gen bhp1 được trồng đại trà ở nhiều quốc gia là IR26 Tuy nhiên, sau

6 năm trồng đại trà giống IR26 trở nên mẫn cảm với rầy nâu do sự xuất hiện của

quần thể rầy nâu biotype 2 Các nghiên cứu tiếp theo đã xác định được gen bph2 và giống lúa mang gen kháng rầy nâu bph2 được trồng rộng rãi ở Philippin, Indonesia

và Việt Nam Các giống kháng rầy nâu mang gen bph2 giữ được tính kháng ổn định

hơn 10 năm, cho tới năm 1991 Sau đó thì xuất hiện một loại biotype rầy nâu mới,

biotype 3, đã phá vỡ tính kháng của gen bph2 [69] Gen bph3 được xác định là có nguồn gốc từ giống chuẩn Rathu Heenati và gen này phân ly độc lập với gen bhp1 Gen lặn bph4 có nguồn gốc từ giống chuẩn Babawee và phân ly độc lập với gen bph2 Giống lúa IR56 và IR60 được chọn tạo và trồng đại trà ở Philippin vào năm

1982 có mang gen bph3 Giống IR66 mang gen bph4 bắt đầu trồng năm 1987 Các giống IR68, IR70, IR72, IR74 mang gen bph3 được trồng vào năm 1988 có khả

năng kháng rầy nâu biotype 3 [66]

Gần đây, nhờ áp dụng kỹ thuật sinh học phân tử đã giúp các nhà khoa học lậpđược bản đồ gen kháng rầy nâu Trong số 21 gen kháng rầy nâu, có 18 gen đã xác

định được vị trí trên 6 nhiễm sắc thể (NST) khác nhau của cây lúa Một nhóm các

gen như: bph1, bph2, bph9, bph10, bph18, and bph21 nằm trên cánh dài của NST số

12, gen bph12, bph15, bph17, bph20 đều nằm trên cánh ngắn của NST số 4, gen bph11, bph14 nằm trên cánh dài của NST số 3, gen Bph13, bph19 nằm trên cánh ngắn của NST số 3 (Hình 1.2) [41], [66], [88], [102] Sáu gen (Bph11, bph11, Bph12, bph12, bph13 and bph13-t) có nguồn gốc từ các giống lúa hoang dại Bên

cạnh những gen chính được xác định định vị trên 3 NST trên thì xác định các locusđiều khiển tính trạng bằng bảng đồ gen (QTLs) kết hợp với kháng rầy nâu đã pháthiện gen kháng rầy nâu nằm trên 8 NST khác nhau Hầu hết các giống lúa trồng cónguồn gốc từ IRRI có chứa 1 hoặc 2 gen kháng rầy nâu, trong đó giống lúa IR64được xác định có chứa nhiều gen kháng rầy nâu mạnh [58]

Hình 1.2 Vị trí của các gen kháng rầy nâu trên bộ NST của

cây lúa (Nguồn Jena, 2010)

Việc áp dụng các tiến bộ kỹ thuật marker phân tử trong chọn giống lúa khángbệnh rầy nâu đang được phát triển Bên cạnh việc xác định vị trí của các gen khángrầy nâu khác nhau trên qua bảng đồ gen thì việc xác định từng gen cũng đã được tiếnhành bằng các kỹ thuật sinh học phân tử khác nhau Sharma và cộng sự (2004) đã

thiết kế các chỉ thị STS (sequence tagged sites) dựa trên chỉ thị AFLP (amplified

fragment length polymorphism) nhằm xác định gen Bph1 và bph2 [90], [89] Kim

và cộng sự (2005) đã sử dụng RAPD-OPE18 được chuyển đổi thành chỉ thị STS

BpE18-3 liên kết với gen kháng rầy nâu Bph1 nằm trên NST số 12, khoảng cách di

truyền là 3.9 cM [67]

Jairin và cộng sự (2007a, 2007b) đã sử dụng các dòng con lai của 3 cặp bốmẹ: PTB33 × RD6, Rathu Heenati × KDML105 và IR71033-121-15 × KDML105,

để nghiên cứu xác định gen kháng rầy nâu Nhóm tác giả đã phát hiện được gen

Bph3 theo trên cánh ngắn của NST số 6, gen Bph3 liên kết chặt với 2 chỉ thị SSR là

RM586 và RM589 với khoảng cách di truyền lần lượt là 1,4 và 0,9 cM Nhóm tác

giả tiếp tục nghiên cứu và xác định được gen bph4 có gần vị trí trên cùng NST với gen Bph3, giữa 2 marker RM586 và RM589 [63], [64].

Du và cộng sự (2009) đã sử dụng kỹ thuật “map-based cloning” phân lập

được được gen bph14 kháng rầy nâu Độ dài đầy đủ của gen này là 9921 bp gồm 1

intron và 2 exon, độ dài của vùng cds (coding DNA sequence) là 3972 bp mã hóa

1323 amino acid, protein do gen bph14 mã hóa thuộc nhóm protein NB-LRR

(Nucleotide Binding - Leucine Rich Repeat), đây là loại protein được mã hóa bởi

một số gen kháng với một số loại sâu bệnh ở thực vật Gen bph14 tạo dòng thành

công tạo tiền đề cho việc nghiên cứu tạo dòng những gen kháng rầy nâu quan trọng

khác Đồng thời kết quả của việc giải trình tự gen bph14 cũng rất hữu ích cho việc

nghiên cứu sâu hơn về cơ chế kháng rầy nâu ở cây lúa [49]

Qiu và cộng sự (2012) nghiên cứu về hai giống lúa có mang gen kháng rầynâu Q660 và Q327, là nguồn nguyên liệu cho lai tạo phát triển các giống lúa kháng

rầy nâu [83] Myint và cộng sự (2012) đã xác định được 2 gen kháng rầy nâu bph25 và bph26 trong giống lúa ADR52 được trồng ở Ấn Độ [78] Hai gen kháng rầy nâu bph27

và bph27(t) cho thấy 2 gen này định vị trên nhiễm sắc thể số 4 [54], [60] Một số công trình nghiên cứu khác về các gen kháng rầy nâu đã được công bố gần đây như gen bph7, bph28(t), Qbph3, Qbph4 [58], [102], [105].

1.5 Nghiên cứu về cây lúa kháng rầy nâu ở Việt Nam

1.5.1 Tình hình gây hại của rầy nâu đối với sản xuất lúa ở nước ta

Các tỉnh có diện tích nhiễm rầy nâu nhiều như Bạc Liêu, Kiên Giang, VĩnhLong, Đồng Nai, Sóc Trăng, Tiền Giang, Đồng Tháp Tổng diện tích lúa bị nhiễmbệnh vàng lùn và lùn xoắn lá là 4,5 ha, với tỷ lệ bệnh từ 3-10% Bệnh xuất hiện ởtỉnh An Giang trong vụ lúa Hè Thu 2011 ở các tỉnh phía Nam, rầy nâu chủ yếu gâyhại ở giai đoạn đẻ nhánh và làm đòng [1]

Ở Thừa Thiên Huế, năm 2009 có 7.773 ha (giảm 1.083 ha so với năm trước)

bị nhiễm rầy, trong đó nhiễm nặng 740 ha (tăng 565 ha so với năm trước) Rầy chủyếu gây hại vào giai đoạn lúa đòng trỗ vụ Đông Xuân và trên lúa đẻ nhánh vụ HèThu, cá biệt có một số diện tích mật độ cao trên 5.000 con/m2, gây ảnh hưởng đếnsinh trưởng phát triển của cây lúa (vàng lá, cháy chòm) Năm 2010, rầy các loạiphát sinh trên diện rộng, mật độ thấp Diện tích nhiễm 2014 ha (giảm 5.759 ha sovới năm trước), trong đó diện tích nhiễm nặng chỉ có 24 ha (giảm 716 ha so vớinăm trước) Chủ yếu gây hại vào giai đoạn trỗ-chín, cục bộ một số diện tích có mật

độ cao 5.000-10.000 con/m2, gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của câylúa ở Vinh Hà, Vinh Thái-Phú Vang; Hương Phong-Hương Trà trong vụ ĐôngXuân Nguyên nhân là do lúa chín sắp thu hoạch, bà con tháo cạn nước để ruộngkhô và không phun trừ, rầy gặp điều kiện nóng ẩm gia tăng mật số nhanh, gây cháycục bộ [25] Năm 2011, rầy các loại phát sinh trên diện rộng, mật độ thấp Diện tíchnhiễm 1.692,9 ha (giảm 321,1 ha so với năm trước), trong đó diện tích nặng 75,5 ha(tăng 51,5 ha so với năm trước) gây hại giai đoạn lúa đòng trỗ tập trung chủ yếu vụĐông Xuân, cục bộ có một số diện tích mật độ rầy cao trên 10.000 con/m2 gây cháychòm ảnh hưởng đến năng suất (Quảng Lợi, Quảng Thái, Quảng Thành-QuảngĐiền; Thủy Phù 2, Thủy Tân - Hương Thủy…) Nguyên nhân do điều kiện thời tiếtcuối tháng 4, đầu tháng 5 có những đợt nắng nóng xen kẽ có mưa dông tạo điềukiện nóng ẩm thuận lợi cho rầy phát sinh phát triển gây hại [25]

1.5.2 Tình hình nghiên cứu về cây lúa kháng rầy nâu

Từ năm 1968, Việt Nam đã hợp tác với IRRI trong việc cải thiện các giốnglúa trồng, và đã có hàng chục giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt và khángđược sâu bệnh, đặc biệt là kháng rầy nâu được đưa vào sử dụng Viện nghiên cứulúa đồng bằng sông Cửu Long (CLRRI) đã có những nghiên cứu cho thấy rằng độc

tính của quần thể rầy nâu có chiều hướng gia tăng trên giống chỉ thị ASD7 (bph2), Rathu heenati (bph3) và giống chuẩn kháng (bph2 và bph3) Đại học Cần Thơ

(CTU) đã chọn lọc được các giống có khả năng kháng rầy nâu, vàng lùn, lùn xoắn

lá cao như: MTL 145, MTL 250, MTL 384, MTL 466, MTL 499, MTL 500, hiệnđược trồng trên nhiều tỉnh như: Vĩnh Long, An Giang, Tiền Giang, Hậu Giang, CầnThơ Các giống lúa MTL500, MTL645 (CTU), OM4900, OM6162 (CLRRI) trong

bộ giống triển vọng trồng phổ biến chống chịu được rầy nâu, bệnh vàng lùn, thíchnghi tốt và có năng suất cao Các giống MTL645, MTL649 (CTU) và OM10043(CLRRI) trong bộ giống mang gen kháng rầy thể hiện thích nghi tốt, có năng suấtcao.Mỗi năm CLRRI sản xuất được khoảng 10-20 giống lúa có khả năng kháng rầynâu và các giống lúa này chủ yếu được trồng thử nghiệm hoặc trồng đại trà ở cácvùng lúa thuộc khu vực ĐBSCL, còn ở khu vực miền Trung việc các giống lúakháng rầy vẫn chưa được quan tâm nhiều [9], [28]

Lang và cộng sự (1999) thực hiện lai tạo giữa giống hoang dại Oryza autraliensis (có khả năng kháng rầy nâu biotype 1, 2, 3) và giống lúa trồng Oryza sativa (IR31917-45-3-2 nhiễm rầy nâu) tạo được cây lai có chứa gen Bph10 với

khoảng cách di truyền 1,7 cM trên NST 12 [70]

Lang và cộng sự (2004) đã nghiên cứu gen kháng rầy nâu trên hai loài lúa

hoang tại Việt Nam (Oryza rufipogon và Oryza officinalis) nhằm đánh giá mức độ

đa dạng di truyền trên quần thể làm nguồn vật liệu ban đầu phục vụ cho công tác tạo

giống kháng rầy nâu, kháng sâu bệnh Kết quả cho thấy, quần thể lúa Oryza officinalis cho khả năng kháng rầy nâu hơn nhóm Oryza rufipogon ở cả hai giai

đoạn mạ và đẻ nhánh [61]

Lưu Thị Ngọc Huyền và cộng sự (2003) xác định được gen bph4 và bph6 bằng

kỹ thuật SSR trên cây lai ở thế hệ F2 và F3 có nguồn gốc từ các giống DG5 (chứa gen

bph4) và GC9 (chứa gen Bph6) Kết quả cho thấy, gen bph4 nằm trên NST 4 [15].

Ứng dụng marker phân tử trong phân tích DNA để xác định gen kháng rầynâu cũng mang lại một số kết quả Vi và cộng sự (2011) đã sàng lọc được 10 giống

lúa có mang gen Bph10 [31].Tú và cộng (2011) sàng lọc được 29 giống lúa có khảnăng kháng rầy nâu biotype 2, 3 từ ngân hàng gen cây lúa của Viện Nghiên cứu vàPhát triển Đồng bằng Sông Cửu Long[27]

Chương 2

NGUYÊN LIỆU, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1 Nguyên liệu nghiên cứu

2.1.1 Các giống lúa

Tên gọi, nguồn cung cấp và điểm kháng rầy của các giống lúa sử dụng trongnghiên cứu được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Các giống lúa nghiên cứu

Kí hiệu Tên giống Nguồn cung cấp Điểm kháng rầy

Chú thích: - chưa xác định điểm kháng rầy

A: Trung tâm Giống cây trồng Thừa Thiên Huế

B: Trung tâm Tài nguyên Thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp, Hà Nội

C: Trường ĐH Nông Lâm, Huế

Đ/c: Giống đối chứng

2.1.2 Rầy nâu

Quần thể rầy nâu được thu thập trên các ruộng lúa ở Tứ Hạ và An Đông;Hương Long và Hương Sơ; Hương Xuân và Hương Chữ, huyện Hương Trà,thành phố Huế

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Các đặc điểm nông sinh học (thời gian sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh,chiều cao cây, diện tích lá, hàm lượng diệp lục, cường độ quang hợp, các chỉ tiêu

năng suất) của các giống lúa nghiên cứu trong hai vụ Hè Thu và Đông Xuân tại hợptác xã An Đông, thành phố Huế.

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

- Đánh giá tính kháng rầy nâu của các giống lúa nghiên cứu (trong nhà lưới

và ngoài đồng ruộng) trong hai vụ Hè Thu và Đông Xuân tại hợp tác xã An Đông,thành phố Huế

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

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm gồm 5 công thức, mỗi giống là một công thức thí nghiệm vàđược bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ với 3 lần nhắc lại, mỗi ô thí nghiệm có diệntích 10 m2 (5 m x 2 m), khoảng cách giữa các ô là 30 cm [16]

+ Các ruộng lúa đồng đại trà đều được bà con nông dân phun thuốc diệt trừ

sâu hại, còn tại các lúa thí nghiệm của chúng tôi thì không phun thuốc

2.3.2 Phương pháp xác định các chỉ tiêu nông sinh học

Các chỉ tiêu nông sinh học như: tỷ lệ nảy mầm, thời gian sinh trưởng, khảnăng đẻ nhánh, diện tích lá, chiều cao cây cuối cùng, chiều dài bông được xác định

và đánh giá dựa theo “Quy phạm khảo nghiệm giống quốc gia 10 TCN 558-2002”

và "Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa" của IRRI năm 2002 [2], [61]

Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa được trình bày ở bảng 2.2

Bảng 2.2 Các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa

Giai đoạn Đặc điểm Giai đoạn Đặc điểm

Diện tích lá được tính theo công thức:

Diện tích lá (cm 2 ) = Chiều dài lá × Chiều rộng lá × 0,8

* Xác định chiều cao cây

Chiều cao cây được tính từ mặt đất đến đỉnh bông vào giai đoạn sinh trưởng7-9 (Bảng 2.2) IRRI đưa ra ba mức độ đánh giá chiều cao cây:

Bán lùn (nhỏ hơn 110 cm ở vùng trũng và 90 cm ở vùng cao)

Trung bình (110 - 130 cm ở vùng trũng, 90 - 125 cm ở vùng cao)

Cao (cao hơn 130 cm ở vùng trũng và 125 cm ở vùng cao)

* Xác định thời gian đẻ nhánh và số nhánh cuối cùng

Thời gian đẻ nhánh của lúa được theo dõi từ khi lúa đẻ nhánh cho đến khi sốnhánh không tăng nữa mà có xu hướng giảm xuống, đặc biệt là vào giai đoạn sinhtrưởng 5 (Bảng 2.2) IRRI đánh giá mức độ đẻ nhánh dựa vào số nhánh cuối cùng:

* Xác định thời gian trổ bông và thời gian sinh trưởng

Thời gian trổ bông của mỗi giống được tính từ khi bông đầu tiên trổ cho đếnkhi trổ rộ (trỗ 75%) kể từ ngày gieo Độ dài giai đoạn trổ được đánh giá ở các mức:Mức 1: Tập trung (không quá 3 ngày); Mức 5: Trung bình (4-7 ngày); Mức 9:Không tập trung (hơn 7 ngày)

Thời gian sinh trưởng của mỗi giống được tính từ ngày gieo đến khi hạt chín(85% số hạt trên các bông đã chín)

* Xác định chiều dài bông

Chiều dài bông được đo từ cổ bông đến đỉnh bông vào giai đoạn sinh trưởng

8 (Bảng 2.2)

* Tỷ lệ hạt chắc

Độ thụ phấn (tỷ lệ hạt chắc) là tỷ lệ phần trăm hạt chắc trên tổng số hạt củabông Theo IRRI, độ thụ phấn được đánh giá ở các mức: hữu thụ cao (trên 90%),hữu thụ (75-89%), hữu thụ bộ phận (50-74%) và bất thụ cao (dưới 50%)

* Các yếu tố cấu thành năng suất

Trên mỗi giống, gặt ngẫu nhiên 5 điểm, diện tích mỗi điểm: 0,5 m × 0,5 m(bỏ các hàng bìa), sau đó tiến hành:

- Đếm tổng số bông có trên 5 điểm đó

- Chọn ngẫu nhiên 10 bông, tách toàn bộ hạt ra khỏi bông, xác định số hạtchắc và hạt lép trên mỗi bông

- Phơi khô, đếm 1000 hạt và đem cân để xác định khối lượng

Năng suất lý thuyết (NSLT) của các giống được xác định như sau [21]

Năng suất lý thuyết (tạ/ha) =

Trong đó: P1.000: là khối lượng 1.000 hạt được tính bằng gam

- Năng suất thực thu: cân khối lượng thực thu sau khi phơi khô của 3 lầnnhắc lại, quạt sạch đem cân lấy trung bình, đơn vị kg/m2, quy ra năng suất tạ/ha

* Xác định hàm lượng diệp lục và cường độ quang hợp

+ Xác định hàm lượng diệp lục

Hàm lượng diệp lục được xác định theo phương pháp của Arnon, 1949 [35],lấy 0.5 g lá (giai đoạn lúa đẻ nhánh) nghiền trong cối chày sứ lạnh, bổ sung lượngnhỏ CaCO3 để trung hòa dịch acid dịch bào, thêm vào 5 ml acetone 80%, lọc quamáy hút chân không Lấy 0.05 ml dịch chiết, thêm vào 0.95 ml acetone và đo hấpthụ quang của dịch chiết (OD) bằng máy UV Ultrospec 2000 (AmershamPharmacia) ở các bước sóng 663 nm và 645 nm

Hàm lượng diệp lục được tính theo công thức sau:

C(a+b) (µg/ml) = 20.2 x A645 + 8.02 x A663

Ca (µg/ml) = 12.7 x A663 - 2.69 x A645

số bông/m 2 × số hạt chắc/bông × P1.000 hạt

10 4

Cb (µg/ml) = 22.9 x A645 - 4.68 x A663

Trong đó: Ca, Cb, C(a+b) là hàm lượng diệp lục a, b, a+b tương ứng tính bằngµg/l được đo ở các bước sóng 663, 645 Hàm lượng diệp lục (mg/g) được tính theocông thức:

A = P

V C



000

Cường độ quang hợp được xác định theo sự tích lũy carbon hữu cơ trong lá

và hàm lượng carbon này được xác định theo phương pháp của Tiurin [8] Thu mẫu

lá lúa đại diện ở giai đoạn đẻ nhánh Dùng khoan lá (đường kính 0,3 cm) khoan láthành các mảnh đều nhau Cho 2-4 mảnh lá vào mỗi bình tam giác chứa 10 ml

K2Cr2O7 0,4 N Đậy bình tam giác bằng phễu con và đặt lên nồi cách cát có nhiệt độ

ổn định Để sôi thật nhẹ khoảng 5 phút ở nhiệt độ khoảng 140-180oC Sau khi đểnguội, dùng 10-20 ml nước cất tia vào phễu và cổ bình để rửa sạch K2Cr2O7 Thêmvào mỗi bình 2-3 giọt H3PO4, 1-2 giọt diphenylamin, lắc tròn đều và chuẩn độ bằngdung dịch muối Morh 0,2 N cho đến khi dung dịch trong bình chuyển từ màu nâunhạt sang màu xanh lơ sáng Bình kiểm tra làm tương tự như trên nhưng không cómẫu lá Hàm lượng CO2 được tính theo công thức:

S

6,0b)

(a

-m K

m: hàm lượng CO2 tính bằng mg chứa trong 1dm2 lá

a: số ml muối Morh 0,2 N dùng để chuẩn độ 10 ml K2Cr2O7 0,4 N ở bìnhkiểm tra

b: số ml muối Morh 0,2 N dùng để chuẩn độ 10 ml K2Cr2O7 0,4 N ở bình thínghiệm

0,6: lượng CO2 tương ứng với 1 ml muối Morh 0,2 N

K: hệ số điều chỉnh của muối Morh (K = 1)

S: diện tích tổng số mẫu lá dùng thí nghiệm (đã đổi ra dm2)

2.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng gạo

* Xác định hàm lượng protein

Tách chiết protein tổng số từ hạt lúa theo phương pháp của Hirata [96]: cân

10 mg hạt nghiền trong 300 µl đệm đồng nhất mẫu chứa Tris/HCl 60 mM; SDS 0,2M; Urea 7 M và β-mercaptoethanol 0,2% ; pH 8,0 Sau đó hỗn hợp được ly tâm15.000 vòng/phút trong 15 phút ở 4oC Dịch chiết protein sau khi ly tâm được sửdụng để xác định hàm lượng protein tổng số và điện di protein

Hàm lượng protein tổng số được xác định theo phương pháp Bradford [40], lấy

20 µl dịch nổi bổ sung thêm 980 µl thuốc nhuộm, trộn đều rồi đem đo mật độ quang(OD) ở bước sóng 595 nm Mẫu trắng là đệm Hirata

Dựng đường chuẩn theo kit của hãng BioRad với các thang nồng độ 0,25;0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,34 mg/ml

Phương trình đường chuẩn có dạng: y = 3,258x (r = 0,987).

Dựng đường chuẩn glucose: lấy 1 ml dịch đường + 1 ml DNS 1% Đun sôihỗn hợp trong 15 phút Đo mật độ quang ở bước sóng 570 nm.

Phương trình đường chuẩn có dạng: y = 0,83x (r = 0,998)

Tính toán hàm lượng tinh bột theo công thức:

Hàm lượng tinh bột (%) =

Trong đó: 50 là lượng mẫu đưa vào

0.9 là hệ số chuyển đổi giữa tinh bột và glucose

20 là lượng thể tích dung dịch cuối cùng

* Xác định hàm lượng lipid

Hàm lượng lipid được xác định bằng phương pháp Soxhlet Chuẩn bị túibằng giấy lọc để đựng nguyên liệu, túi được sấy khô đến khối lượng không đổi vàcân trên cân phân tích Nguyên liệu được nghiền nhỏ, sấy khô đến khối lượngkhông đổi, cân 1g cho vào túi giấy, gấp kín mép túi, đặt vào trụ chiết Lắp trụ chiếtvào bình cầu, cho dung môi ether vào trụ chiết đến ngập nguyên liệu Lắp ống làmlạnh, ngâm nguyên liệu trong dung môi vài giờ Đặt máy Soxhlet vào nồi cách thủy(nhiệt độ không quá 50oC đối với ether) sao cho số lần dung môi từ trụ chiết xuốngbình cầu khoảng 10-15 lần/1 giờ Thử lipid đã hết thì quá trình chiết kết thúc Lấytúi nguyên liệu ra khỏi bình chiết, cho bay hơi hết dung môi, sấy khô đến trọnglượng không đổi, cân phân tích [22]

Hàm lượng lipid trong 100 g mẫu nguyên liệu được tính như sau:

Trong đó: a: khối lượng túi mẫu nguyên liệu trước khi chiết

b: khối lượng túi mẫu nguyên liệu sau khi chiếtc: lượng nguyên liệu lấy để phân tích

* Xác định hàm lượng amylose

Hàm lượng lipid (%) = ( a - b ) × 100

c

50 Nồng độ glucose × 20 × 0.9

× 100

Hàm lượng amylose được xác định theo phương pháp của Sadavisam vàManikam (1992) [85] Hạt lúa được bóc vỏ và nghiền mịn trong cối sứ Cân 10 mgmẫu cho vào ống nhiệm 50 ml, bổ sung thêm 4 ml dimethylsulfoxide 90% Trộnđều rồi ủ ở 85oC trong 15 phút để hòa tan hết amylose, để nguội ở nhiệt độ phòng.Chỉnh thể tích đến 12,5 ml bằng nước cất 2 lần Hút 1 ml chuyển qua bình tam giác

250 ml Bổ sung thêm 40 ml nước cất 2 lần và lắc đều bằng tay Sau đó bổ sung tiếp

5 ml dung dịch KI+I2 (KI 0,0065M / I2 0,0025M) Lắc đều bằng tay, phát triển màutrong 15 phút ở nhiệt độ phòng Hút 1 ml đem đo mật độ quang ở bước sóng 600

nm Mẫu trắng được tiến hành song song nhưng không có hòa tan mẫu

Xây dựng đường chuẩn amylose: được tiến hành như trên với các thang nồng

có chứa 0,025% thymol blue, trộn đều mẫu Bổ sung thêm 2 ml 0,2N KOH, trộnđều mẫu Ống nghiệm chứa mẫu được đun sôi trong 8 phút sau đó để nguội 5 phút ởnhiệt độ phòng, rồi làm lạnh trong nước đá 20 phút Đặt ống nghiệm nằm ngangtrên mặt bàn cho gel chảy đều Để gel đông sau 60 phút, tiến hành đo Thí nghiệmđược lặp lại 3 lần Chất lượng gạo được đánh giá dựa vào độ trải của gel theo IRRI:mềm (61-100 mm), trung bình (41-60 mm), cứng (26-40 mm) [61]

Hạt tan hoàn toàn và hoà lẫn vào nhau 7

Độ trở hồ được xác định theo phương pháp của Little và cộng sự (1958) [73].Hạt lúa được bóc vỏ, sau đó cho vào mỗi đĩa petri nhựa 10 hạt Bổ sung 10 ml KOH1,7%, rồi dàn đều các hạt lúa trên bề mặt đĩa Ủ ở nhiệt độ phòng trong 23 giờ Phântích mẫu bằng mắt thường Độ trải của hồ gồm 7 cấp tương ứng với đặc điểm củahạt gạo (Bảng 2.3) [61]

Bảng 2.4 Phân loại chiều dài và hình dạng hạt gạo

Kích thước Chiều dài (cm) Cấp độ Hình dạng Tỉ lệ dài/rộng Cấp độRất dài

Dài

Trung bình

Ngắn

>7,56,61-7,55,51-6,605,50

1357

ThonTrung bìnhHơi trònTròn

>3,02,1-3,01,1-2,0

<1,1

1357

2.3.4 Phương pháp đánh giá tính kháng rầy nâu

* Thu thập rầy nâu

Rầy nâu được thu thập từ ruộng lúa hợp tác xã An Đông-Huế và các vùng phụcận bằng dụng cụ hút rầy Sau đó nuôi rầy trong các lồng với thức ăn là giống lúaHương thơm 1 qua 3-5 thế hệ để tạo quần thể ổn định [13]

* Đánh giá trong nhà lưới

Tính kháng của các giống lúa nghiên cứu được đánh giá theo từng giống

riêng lẻ trong ống nghiệm (không có sự lựa chọn thức ăn/non-choice test) và chungcho tất cả các giống trong khay mạ (có sự lựa chọn thức ăn/choice test) theo phươngphápcủa Tanaka năm 2000 [94]:

- Phương pháp trong ống nghiệm: gieo các giống lúa trên khay, khi cây mạđược 2 lá (khoảng 7 ngày tuổi) nhổ cây mạ ra khỏi khay, dùng giấy thấm nước quấndưới gốc Sau đó, đặt riêng lẽ cây mạ vào ống nghiệm (3 × 20 cm), để qua 1 đêm.Dùng ống hút thả 3 rầy non tuổi 2 vào một ống nghiệm Đầu ống nghiệm được bọcbằng vải mỏng Thí nghiệm được nhắc lại 30 lần

- Phương pháp hộp mạ: gieo tất cả các giống lúa cần đánh giá vào chung mộtkhay lớn (60 cm × 40 cm × 5 cm) Mỗi giống được gieo 10 cây thành một hàng theochiều rộng của khay Đặt khay vào lồng nuôi rầy, giữ nước đủ ẩm cho cây lúa Bảyngày sau khi gieo, thả rầy nâu tuổi 2 (3 con/cây) vào trong khay

Kết quả đánh giá chỉ tiêu cấp gây hại và mức độ kháng của các giống lúa đốivới quần thể rầy nâu ở Thừa Thiên Huế căn cứ vào bảng phân cấp hại theo triệuchứng và phân cấp mức độ kháng ở bảng 2.3 theo IRRI, 2002 [61] Giống chuẩnnhiễm sử dụng trong thí nghiệm này là giống Taichung Native 1 (TN1) do KhoaNông học, trường Đại học Nông lâm, Đại học Huế cung cấp

Bảng 2.5 Bảng phân cấp hại, triệu chứng của cây mạ và mức độ kháng

rầy nâu trong nhà lưới

Cấp hại Tỷ lệ chết và triệu chứng cây mạ Cấp hại Mức độ kháng

0 ≥ 70% rầy chết, cây mạ khỏe Cấp 0 – cấp 3 Kháng

1 ≤ 70% rầy chết, cây mạ khỏe Cấp 3,1 – cấp 4,5 Kháng vừa

3 Cây mạ bị biến vàng (≤ 50%) Cấp 4,6 – cấp 5,5 Nhiễm vừa

5 Hầu hết cây bị biến vàng (> 50%) Cấp 5,6 – cấp 7,0 Nhiễm

7 Cây mạ đang héo Cấp 7,1 – 9,0 Nhiễm nặng

9 Cây mạ chết

* Đánh giá ngoài đồng ruộng

Theo quyết định 82 của Bộ NN&PTNT năm 2006 quy định về mức nhiễmcủa rầy nâu như sau: mức nhiễm nhẹ từ 750-1.500 con/m2, nhiễm trung bình từ1.500-3.000 con/m2, nhiễm nặng là > 3.000 con/m2