KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85 ĐƯỢC XỬ LÝ ĐỘT BIẾN TIA GAMMA Ở THẾ HỆ M2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG

VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85

Sinh viên thực hiện : LÊ THỊ HIÊN Niên khóa : 2005 – 2009

Tháng 8 / 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG

VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85

TS ĐỖ KHẮC THỊNH

Tháng 08/2009

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng biết ơn:

- Ba mẹ với công lao sinh thành và dưỡng dục to lớn

- Thầy Phan Phước Hiền và thầy Đỗ Khắc Thịnh đã tận tình hướng dẫn và truyền

đạt kiến thức trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

- Các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Sinh Học cùng các thầy cô đã trực tiếp

giảng dạy trong những năm Đại học

- Cô Hùng Phi Oanh cùng các chị phòng thí nghiệm Cây lương thực – Viện Khoa

kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

- Thầy Võ Công Thành cùng các anh chị thuộc phòng thí nghiệm Di truyền –

Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học – trường Đại học Cần Thơ

- Anh Huỳnh Vĩnh Khang thuộc phòng phân tích Hóa Lý – Viện nghiên cứu

công nghệ sinh học và môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ

Chí Minh

Đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài

- Bạn Nguyễn Thị Ry đã cùng chia sẻ và giúp đỡ tôi trong quá trình làm đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh tháng 08 năm 2009

TÓM TẮT

Luận văn “Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng và đặc điểm nông học của giống lúa Jasmine 85 được xử lý đột biến tia Gamma ở thế hệ M2” được tiến hành từ tháng 02 – 07/2009

Công tác chọn tạo những giống lúa vừa có năng suất cao vừa đạt chất lượng tốt

là nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà khoa học Các kỹ thuật gây đột biến đã được

áp dụng rộng rãi trong việc chọn tạo giống lúa mới rất Hiện tại, các nhà chọn giống của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đang thực hiện đề tài tạo giống lúa đột biến mới cho vùng đồng bằng sông Cửu Long bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma từ giống Jasmine 85 với các liều xạ 150, 200, 250 và 300 Gy Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành khảo sát sự biến đổi các đặc điểm nông học và chất lượng của lúa đột biến thế hệ M2 nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp chiếu xạ trên giống Jasmine 85

So với JasDC (Jasmine 85 đối chứng không chiếu xạ), quần thể lúa xử lý chiếu

xạ thế hệ M2 có sự phân ly về đặc điểm nông học và năng suất rõ ràng hơn, đồng thời

độ biến động của chúng cũng cao hơn Giống lúa Jasmine 85 có mức mẫn cảm khác nhau với các liều xạ khác nhau, trong đó Jasmine 85 mẫn cảm nhất với liều 250 Gy

Bên cạnh đó, một số đặc tính chất lượng của hạt gạo sau khi gây đột biến cũng

có sự thay đổi so với trước khi gây đột biến Và đặc tính mùi thơm cũng có sự biến đổi tăng giảm không ổn định giữa các dòng lúa xử lý chiếu xạ: Jas200 và Jas300 xuất hiện nhiều cá thể có mùi thơm hơn giống gốc, trong đó các dòng lúa Jas200 có mùi nhẹ hơn các dòng tương ứng của Jas300 Dòng lúa chín sớm có mùi thơm nhẹ hơn dòng lúa chín muộn, dòng lúa hạt sít có mùi thơm trung bình Trong điều kiện thí nghiệm, phần

lớn các hạt dạng thon dài có mùi thơm cao hơn so với hạt dạng trung bình

SUMMARY

“Investigation of the changes in rice quality properties and agronomic characteristics of Jasmine 85 induced by gamma-irradiation in M2 generation” research was carried out from February to July, 2009

Breeding of rice for high yield, high quality and pleasant aroma is an important task for sciences The application of mutation techniques in rice breeding is very popular At present, the breeders from Institute of Agricultural Science for Southern Vietnam are working on a breeding project to produce new mutant rice varieties from Jasmine 85 variety for Mekong Delta region by gamma irradiation sourced from Cobalt 60 with 150, 200, 250 and 300 Gy In this work, we investigated the variation

of agronomic characteristics and quality properties of M2 generation and evaluated the effect of irradiation doses on Jasmine 85 variety

M2 generation of mutant rice was segregated in agronomic characteristics and yield potential; coefficients of variance (CV) of these traits of mutated rice were always higher than those of their parent Sensitivities of Jasmine 85 variety to irradiation were different in various doses of irradiation and the highest at 250 Gy

In addition, grain quality properties of mutant rice were lightly changed from their parent Aromatic variation of mutant rice was fluctuant in different lines, grain shape and maturation such as: Jas200 < Jas300, early-mature lines < clustered grain lines < late-mature lines, medium grain < slender grain

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Summary v

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt ix

Danh sách các bảng x

Danh sách các hình xi

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Yêu cầu 2

1.3 Nội dung 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Phân loại cây lúa 3

2.2 Tình hình sản xuất lúa chất lượng cao ở ĐBSCL 4

2.3 Những yêu cầu cơ bản đối với một giống lúa mới 5

2.4 Kiểu hình của cây lúa năng suất cao 5

2.5 Phẩm chất gạo 6

2.5.1 Phẩm chất xay xát 7

2.5.2 Đặc tính vật lý của hạt gạo 8

2.5.2.1 Dạng hạt gạo: chiều dài – chiều rộng hạt 8

2.5.2.2 Độ bạc bụng 8

2.5.3 Phẩm chất cơm 9

2.5.3.1 Hàm lượng amylose 9

2.5.3.2 Độ trở hồ 10

2.5.3.3 Độ bền thể gel 10

2.5.4 Phẩm chất dinh dưỡng 11

2.6 Hợp chất thơm của lúa gạo 2 – acetyl – 1 – pyrroline .11

2.7 Ứng dụng kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME) trong phân tích 2 – AP .16

2.8 Sắc ký khí 17

2.9 Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) 18

2.10 Đột biến nhân tạo phục vụ chọn giống thực vật 19

2.10.1 Đột biến 19

2.10.2 Vai trò của đột biến nhân tạo trong chọn tạo giống cây trồng 19

2.10.3 Ứng dụng công nghệ hạt nhân trong việc gây đột biến nhân tạo 20

2.10.4 Thành tựu của ngành chọn giống đột biến trên thế giới và Việt Nam 22

2.11 Ứng dụng kỹ thuật điện di SDS-PAGE vào cây lúa tại Việt Nam 24

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25

3.2 Vật liệu 25

3.3 Phương pháp nghiên cứu 26

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 26

3.3.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu nông học 28

3.3.3 Phương pháp tính năng suất 28

3.3.4 Phương pháp phân tích chất lượng của hạt gạo 29

3.3.4.1 Phương pháp xác định chất lượng xay chà 29

3.3.4.2 Phương pháp xác định đặc tính vật lý hạt gạo 30

3.3.4.2.a Kích thước hạt gạo 30

3.3.4.2.b Độ bạc bụng 30

3.3.4.3 Phương pháp xác định phẩm chất cơm 30

3.3.4.3.a Phương pháp xác định nhiệt độ trở hồ 30

3.3.4.3.b Phương pháp xác định độ bền thể gel 31

3.3.4.3.c Phương pháp xác định hàm lượng amylose 32

3.3.5 Phương pháp đánh giá cảm quan cơm 33

3.3.6 Phương pháp định lượng hợp chất thơm 2-acetyl-1-pyrroline 33

3.3.6.1 Phương pháp SPME trích ly thành phần bay hơi của mẫu gạo 33

3.3.6.2 Phương pháp phân tích 2 – AP bằng GC-MS và GC-FID 35

3.3.6.3 Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – AP 35

3.3.7 Phương pháp điện di thành phần albumin 36

3.3.8 Phương pháp xử lí số liệu 39

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

4.1 Sự biến động một số đặc điểm nông học trong thế hệ M2 40

4.1.1 Chiều cao cây 40

4.1.2 Kích thước lá đòng 41

4.1.3 Dạng hình lá, bông cải tiến 42

4.1.4 Thời gian sinh trưởng 43

4.2 Sự biến động về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 44

4.2.1 Số bông / bụi 44

4.2.2 Khối lượng 100 hạt 45

4.2.3 Số hạt chắc / bông 45

4.2.4 Năng suất 46

4.3 Sự phân ly các tổ hợp đặc điểm nông học và năng suất 47

4.4 Sự biến đổi đặc tính phẩm chất gạo 50

4.4.1 Phẩm chất xay xát 50

4.4.2 Đặc tính vật lý .51

4.4.2.1 Kích thước, hình dạng hạt gạo 51

4.4.2.2 Độ bạc bụng 52

4.4.3 Đặc tính cơm 53

4.4.3.1 Nhiệt độ trở hồ 53

4.4.3.2 Hàm lượng amylose 54

4.4.3.3 Độ bền thể gel 55

4.5 Đánh giá cảm quan phẩm chất cơm 57

4.6 Định lượng 2-AP bằng phương pháp SPME/GC-FID và SPME/GC-MS 58

4.7 Điện di protein thành phần albumin 61

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 66

5.1 Kết luận 66

5.2 Đề nghị 66

Tài liệu tham khảo 68 Phụ lục

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- 2 – AP, AcPy: 2 – acetyl – 1 – pyrroline

- CV (Coefficient of Variance): Hệ số biến động

- ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

- ĐBSH: Đồng bằng sông Hồng

- FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc

- FID (Flame ionization detector): Đầu dò ion hóa ngọn lửa

- GC (Gas chromatography): Sắc ký khí

- GC-MS (Gas chromatography - mass spectrum): Sắc ký khí ghép khối phổ

- HPLC (High performance liquid chromatography): Sắc ký lỏng cao áp

- IAEA (International Atomic Energy Agency): Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế

- IRRI (International Rice Research Institute): Viện Nghiên cứu Lúa quốc tế

- Jas150: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 150 Gy

- Jas200: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 200 Gy

- Jas250: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 250 Gy

- Jas300: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 300 Gy

- JasDC: Jasmine 85 đối chứng, không xử lý chiếu xạ

- LC-MS (Liquid chromatography - mass spectrum): Sắc ký lỏng ghép khối phổ

- RF (response factor): Hệ số phản hồi

- SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulphate Polyacrylamide Gel Electrophoresis): Điện

di gel polyacrylamide có chất tẩy SDS

- SPME (Solid Phase Microextraction): Vi chiết xuất trên pha rắn

- TGST: Thời gian sinh trưởng

- TPHCM: Thành Phố Hồ Chí Minh

- Viện KHKTNNMN: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm gạo 15

Bảng 3.1 Thành phần các dung dịch chuẩn amylose 33

Bảng 3.2 Thành phần dung dịch tạo gel điện di SDS-PAGE 38

Bảng 3.3 Thành phần dung dịch đệm điện di SDS-PAGE 39

Bảng 4.1 Sự phân ly chiều cao cây của 5 công thức lúa 40

Bảng 4.2 Sự phân ly chiều dài lá đòng của 5 công thức lúa 41

Bảng 4.3 Sự phân ly chiều rộng lá đòng của 5 công thức lúa 42

Bảng 4.4 Màu sắc, dạng hình lá và tỷ lệ bông hạt sít của 5 công thức lúa 43

Bảng 4.5 Sự phân ly thời gian sinh trưởng của 5 công thức lúa 44

Bảng 4.6 Sự phân ly số bông/bụi của 5 công thức lúa 45

Bảng 4.7 Sự phân ly khối lượng 100 hạt của 5 công thức lúa 45

Bảng 4.8 Số hạt chắc/bông và tỷ lệ hạt chắc của 5 công thức lúa 46

Bảng 4.9 Năng suất của 5 công thức lúa 47

Bảng 4.10 Tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo trắng, tỷ lệ gạo nguyên của 5 công thức lúa 51

Bảng 4.11 Kích thước và hình dạng hạt gạo của 5 công thức lúa 52

Bảng 4.12 Tỷ lệ hạt bạc bụng của 5 công thức lúa 53

Bảng 4.13 Độ hóa kiềm của 5 công thức lúa 54

Bảng 4.14 Hàm lượng amylose của 5 công thức lúa 54

Bảng 4.15 Độ bền thể gel của 5 công thức lúa 55

Bảng 4.16 So sánh các quần thể M2 lúa xử lý chiếu xạ với giống đối chứng 56

Bảng 4.17 Kết quả đánh giá cảm quan phẩm chất cơm 57

Bảng 4.18 Các mẫu gạo phân tích hàm lượng 2 – AP 58

Bảng 4.19 Hệ số phản hồi của 8 chất ngoại chuẩn 59

Bảng 4.20 Kết quả phân tích hàm lượng 2 – AP của 7 mẫu gạo 60

Bảng 4.21 Các mẫu hạt gạo dùng trong phân tích điện di SDS-PAGE 62

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Lúa (Oryza sativa) 3

Hình 2.2 Cấu trúc hóa học của 2 – acetyl – 1 – pyrroline 11

Hình 2.3 Phổ đồ MS hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline 12

Hình 2.4 Con đường sinh tổng hợp 2 – acetyl – 1– pyrroline 14

Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí 17

Hình 2.6 Cột mao quản 18

Hình 2.7 Tác động của việc chiếu xạ lên phân tử DNA 21

Hình 2.8 Biểu đồ gia tăng số cây trồng đột biến thế giới năm 1960 – 2008 22

Hình 3.1 Các lô trồng lúa thí nghiệm tại huyện Hóc Môn (tháng 3/2009) 27

Hình 3.2 Dạng hình bông hạt sít 28

Hình 3.3 Quy trình đánh giá chất lượng gạo Việt Nam (NFRI – Nhật Bản) 29

Hình 3.4 Phân cấp chiều dài và hình dạng (IRRI, 1996) 30

Hình 3.5 Phân cấp mức độ bạc bụng (IRRI, 1996) 30

Hình 3.6 Phân cấp độ trở hồ (IRRI, 1996) 31

Hình 3.7 Đánh giá độ bền thể gel 32

Hình 3.8 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME (DVB/CAR/PDMS) 34

Hình 3.9 Trích mẫu bằng SPME 34

Hình 3.10 Sự polymer hóa các phân tử acrylamide 37

Hình 3.11 Phương pháp điện di SDS-PAGE 37

Hình 3.12 Mẫu hạt nguyên và một nửa hạt có phôi còn lại sau điện di 39

Hình 3.13 Điện di tiến hành trong tủ lạnh 4oC 39

Hình 4.1 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của JasDC 48

Hình 4.2 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas150 48

Hình 4.3 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas200 49

Hình 4.4 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas250 49

Hình 4.5 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas300 50

Hình 4.6 Phổ đồ GC-MS phân tích hợp chất 2 – AP 59

Hình 4.7 Sắc ký đồ GC-FID phân tích mẫu gạo JasDC 60

Hình 4.8 Các mẫu hạt lúa phân tích điện di SDS-PAGE 62

Hình 4.9 Phổ điện di SDS-PAGE trên JasDC, Jas200 và Jas300 63

Theo tổ chức FAO (1998), trong những năm 1990, tỉ lệ gia tăng trong sản xuất lúa gạo thế giới là 1,31%, trong khi tỉ lệ gia tăng dân số đạt 1,55% Còn ở Việt Nam, theo Chu Tiến Quang (2008), vào giai đoạn 2000 - 2007, diện tích trồng lúa cả năm đã giảm xuống 465 ngàn ha Với tình hình dân số gia tăng ngày càng nhanh trong khi diện tích trồng lúa lại giảm đi như vậy thì công tác cải thiện và chọn tạo giống lúa năng suất cao, chất lượng tốt chắc chắn là vấn đề phải được quan tâm thường xuyên và liên tục

Đối với cây lúa, tạo giống theo cách cổ điển vẫn là phương pháp chủ đạo ở nước ta và nhiều nước trên thế giới Biện pháp cổ điển dựa trên các biến dị di truyền

do tổ hợp hoặc do đột biến Tác nhân đột biến được áp dụng phổ biến trên thế giới là

từ các nguồn chiếu xạ Từ đó, các biến dị có lợi cho sản xuất được chọn lọc, duy trì và củng cố qua hàng loạt thế hệ để phát triển thành giống mới Việc theo dõi, định tính và định lượng các đặc tính biến dị nổi bật của các cá thể hay các dòng triển vọng dựa trên các phương pháp chuẩn được tiến hành thường xuyên trong quá trình chọn tạo một giống lúa mới

Từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống lúa mới, các nhà chọn giống Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã tiến hành chọn tạo giống lúa chất lượng cao cho vùng Đồng Tháp Mười từ giống lúa Jasmine 85 Vì thế, chúng tôi đã thực hiện

đề tài “Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng và đặc điểm nông học của giống lúa Jasmine 85 được xử lý đột biến tia Gamma ở thế hệ M2” nhằm theo dõi và đánh giá thế hệ M2 của quần thể lúa xử lý chiếu xạ này

1.2 Yêu cầu

Đánh giá sự phân ly một số đặc điểm nông học và sự biến đổi đặc tính chất lượng và mùi thơm của quần thể M2 trong quá trình tạo giống lúa mới bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma nguồn Cobalt 60 (60Co) Từ đó, đánh giá khả năng chọn tạo giống mới từ quần thể lúa trên

1.3 Nội dung

- Khảo sát sự biến động và phân ly một số đặc điểm nông học của quần thể lúa

xử lý chiếu xạ ở thế hệ M2

- Đánh giá mức độ mẫn cảm của giống lúa Jasmine 85 đối với tác động chiếu xạ

- Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng của các quần thể lúa M2

- Khảo sát sự biến đổi mùi thơm hạt gạo trước và sau khi gây đột biến ở thế hệ M2 bằng 3 phương pháp: đánh giá cảm quan, phân tích SPME/GC-FID và SPME/GC-MS, điện di SDS-PAGE

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Phân loại cây lúa

Ngành Thực vật có hoa: Angiospermae

Lớp một lá mầm: Monocotyledones

Bộ Hòa thảo có hoa : Poales (Graminales)

Họ Hòa thảo: Poaceae (Gramineae)

Họ phụ Hòa thảo ưa nước: Pryzoideae

Chi Lúa: Oryza

Loài Lúa trồng: Oryza sativa

Loài phụ:

Subsp: Japonica: Loài phụ Nhật Bản

Subsp: Indica: Loài phụ Ấn Độ

Subsp: javanica: Loài phụ Java

Lúa O.sativa có 2n = 24 nhiễm sắc thể, thường được phân biệt làm 3 nhóm:

- Lúa Indica: thường trồng ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thân cao, dễ

đổ ngã, nhiều chồi, lá ít xanh, cong và kháng được nhiều sâu bệnh nhiệt đới Hạt gạo

dài hoặc trung bình, có nhiều tinh bột Năng suất kém hơn lúa Japonica

- Lúa Japonica: thường được trồng ở những vùng ôn đới hoặc những nơi có độ

cao trên 1.000 m (trên mặt biển), có thân ngắn, chống đổ ngã, lá xanh đậm, thẳng

đứng, ít chồi, hạt gạo thường tròn, ngắn hoặc trung bình, dẻo khi nấu vì ít chất tinh

bột Lúa Japonica có năng suất cao

- Lúa Javanica (bulu) hay lúa Japonica nhiệt đới được trồng ở Indonexia, có đặc

tính ở giữa hai loại lúa Japonica và Indica Hình thức gần giống như lúa Japonica, có lá

rộng với nhiều lông và ít chồi Thân cứng, chắc và ít cảm quang Hạt lúa thường có

đuôi (Trần Văn Đạt, 2002)

Tuy nhiên, gần đây, với nghiên cứu bằng isozyme loci, người ta có thể phân

biệt O.sativa làm 6 nhóm rõ ràng hơn: Nhóm I (Indica), II, III, IV, V và VI (Japonica)

Nhưng các nhóm II và III gần giống với nhóm I (Indica) và nhóm IV và V gần giống

Hình 2.1 Lúa (Oryza sativa)

(http://www.cns.fr/spip/IMG/jpg/riz2_2.jpg)

nhóm VI (Japonica) (Glaszmann, 1987) Đa số các giống lúa thơm như Basmati 370, Khao Dawk Mali 105 và lúa rẫy (hay lúa nương) thiên về nhóm VI

2.2 Tình hình sản xuất lúa chất lượng cao ở ĐBSCL

Mục tiêu của Việt Nam trong những năm tới là tiếp tục coi trọng an ninh lương thực mà chủ yếu là dựa vào sản xuất lúa, trên phạm vi cả nước phải chuyển mạnh sang sản xuất lúa gạo có chất lượng cao, tạo ra sản phẩm có giá trị cao nhằm nâng cao thu nhập cho người trồng lúa

Trong nhiều năm qua, công tác cải tạo giống lúa đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Trong năm 2008, có 6 giống lúa chất lượng cao được các doanh nghiệp xuất khẩu gạo chấp nhận là: OMCS 2000, OM 3536, OM 2527, OM 2717, VNĐ 95-20, IR

64 3 giống đạt được thành tích cao nhất là OM 4900, OM 6073 và OM 6162 Những giống có khả năng chống chịu rầy nâu tốt như: OM 5930, OM 5240, OM 5636, OM

5629, OM 6162, HG2, OM 6600, OM 6055, OM 6073, OM 4498, AG1, OM 6072, OMCS 2009, OM 6840 (Theo PGS TS Dương Văn Chín, Viện lúa ĐBSCL) Gần đây, Viện lúa ĐBSCL vừa tuyển chọn được 4 giống lúa mới chất lượng cao gồm: OM

4059, OM 4900, OM 6561-12, OM 5199-1 Ưu điểm của 4 giống là thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, hạt dài, ngon cơm, kháng sâu bệnh mạnh, đạt chuẩn xuất khẩu

Bên cạnh đó, nhu cầu thực tế đã tác động đến gia tăng đột biến diện tích sản xuất các giống lúa thơm, đặc sản như VD 20, Jasmine 85, ST3, các giống lúa nếp và mùa đặc sản địa phương như Tài nguyên, Nàng thơm, Nàng hương, Tép hành… Những giống lúa này ngon cơm, có giá trị thương mại cao tuy nhiên chúng nhiễm nặng nhiều loại sâu bệnh hại chính ở ĐBSCL như rầy nâu, bệnh đạo ôn, khô vằn

Để tránh sự gây hại của rầy nâu, bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá trên lúa ngoài các biện pháp canh tác như: áp dụng IPM, 3 giảm 3 tăng, vệ sinh đồng ruộng, chuyển đổi mùa vụ thì công tác giống càng phải được chú trọng hơn Thực tiễn sản xuất luôn đòi hỏi phải nghiên cứu tìm ra những giống lúa có năng suất cao, chất lượng đảm bảo xuất khẩu, nhưng đồng thời phải kháng sâu bệnh, có như vậy mới tạo cho sản xuất lúa an toàn, bền vững, giữ vững an toàn lương thực, đảm bảo xuất khẩu, từng bước nâng cao đời sống người nông dân Việt Nam nói chung và nông dân vùng ĐBSCL nói riêng (Theo Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2006)

2.3 Những yêu cầu cơ bản đối với một giống lúa mới

Nền nông nghiệp hiện đại có những yêu cầu ngày càng cao đối với giống cây trồng nói chung và giống lúa nói riêng Điều kiện tự nhiên rất đa dạng của các vùng sinh thái khác nhau lại có những yêu cầu cụ thể khác nhau đối với giống Tuy nhiên, theo Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (2006), nhìn chung giống lúa được trồng phải đáp ứng những yêu cầu chính sau:

- Giống lúa phải có khả năng cho năng suất cao và ổn định

- Giống lúa phải có khả năng chống chịu được các điều kiện ngoại cảnh bất lợi Tùy theo điều kiện cụ thể của từng vùng sinh thái mà giống phải có các đặc tính như chịu hạn, chịu ngập, chịu nóng, chịu lạnh, chịu phèn, chịu mặn, không đổ ngã v.v…

- Giống lúa phải có khả năng kháng một số sâu, bệnh chính trong vùng Việc đưa vào sản xuất các giống lúa có khả năng kháng sâu bệnh sẽ khắc phục được những nhược điểm cơ bản của biện pháp phòng trừ sâu bệnh bằng hóa chất và mang lại hiệu quả kinh tế to lớn trong sản xuất nông nghiệp

- Giống lúa phải thích hợp với điều kiện canh tác trong vùng

- Giống lúa phải có phẩm chất tốt, đáp ứng được yêu cầu của thị trường

2.4 Kiểu hình của cây lúa năng suất cao

Quan điểm của một số tác giả về kiểu hình cây lúa lý tưởng cho năng suất cao trong điều kiện nhiệt đới là: (trích dẫn bởi Nguyễn Xuân Lý, 2005)

Theo Matsushima (1976) do Nguyễn Đức Mẫn (1991) trích dẫn mô tả cây lúa năng suất cao có 6 đặc điểm nổi bật sau:

* Có tổng hạt cần thiết và vừa đủ trên đơn vị diện tích Muốn có năng suất 9 tấn/ha, cây lúa phải có tổng số hạt chắc cao và ít hạt lép Với 1 giống có khối lượng 1.000 hạt là 23 g, tổng số hạt cần là 40.000 hạt/m2 Số hạt lép không vượt quá 10 – 20% Nói cách khác, trong điều kiện lúa cấy, cây lúa phải đẻ nhánh nhiều

* Thân thấp có nhiều bông nhưng bông ngắn

Cây lúa lý tưởng phải thấp giàn (tức là 3 lóng dưới ngắn lại) để tránh đổ ngã Các kết quả nghiên cứu cho biết: nếu tăng số hạt/m2 bằng nhau, thì những cây có số hạt trên bông ít hơn thường là có tỉ lệ hạt chắc cao hơn Do đó, ruộng lúa cao sản cần

có nhiều bông mà yếu tố hạt trên bông càng ít thì tỉ lệ hạt chắc càng cao

* Hai hoặc 3 lá trên cùng phải ngắn, dày và thẳng đứng

Những cây lúa có cùng diện tích lá nhưng cây nào có nhiều lá ngắn hơn sẽ có khả năng đồng hóa carbon cao hơn Lá lúa có thể quang hợp được cả hai mặt và lá càng dày càng có khả năng đồng hóa carbon cao hơn Góc lá thẳng, nhất là 3 lá trên cùng có thể tận dụng được ánh sáng khuyếch tán, sự đồng hoá carbon cao hơn Mặc khác, chiều dài của 3 lá trên cùng, nhất là lá cờ có tương quan nghịch với tỉ lệ hạt chắc Ruộng lúa xum xuê quá, tổng chiều dài 2 hoặc 3 lá trên cùng lớn thì tỉ lệ hạt chắc giảm

* Giữ màu xanh sau khi trổ

Đối với lúa khoảng 2/3 lượng tinh bột tạo thành năng suất sau này là do sự đồng hóa carbon cao sau khi trổ Tuy nhiên, đối với các giống lúa cao sản, tác giả nhận thấy khoảng 90% năng suất là do sự quang hợp của cây lúa sau thời kỳ trổ gié Như vậy, chúng ta cần tạo cho cây lúa khỏe, tăng hoạt động của rễ, tăng lượng đạm trong phiến lá giữ cho lá lúa xanh không bị phai màu sau khi trổ bông đến lúc lúa bắt đầu chín vàng

* Giữ càng nhiều lá xanh trên bông càng tốt

Trong giai đoạn từ khi trổ bông đến lúc lúa chín, lá xanh tươi biểu hiện tính trạng khỏe mạnh của bộ rễ cũng như của toàn cây lúa

* Trổ vào lúc có thời tiết tốt suốt 40 ngày từ 15 ngày trước khi trổ đến 25 ngày sau khi trổ gié Vì 90% năng suất tạo thành do quang hợp sau khi trổ nên lượng bức xạ mặt trời có ảnh hưởng rất lớn trong giai đoạn này Nếu lượng ánh sáng không đủ vào giai đoạn giảm nhiễm thì số lượng hạt cũng như trọng lượng hạt giảm dẫn đến năng suất thấp Do đó chúng ta phải xác định thời vụ thích hợp để lúa trổ vào lúc có nắng tốt, không mưa

Theo Võ Tòng Xuân (1986), ngoài những đặc tính ngắn ngày, không quang cảm, có bộ lá thẳng (nhất là lá cờ) để ánh sáng dọi vào 2 mặt lá, lá có màu xanh đậm… Cây lúa năng suất cao phải:

- Có ít nhất 3 lá còn xanh khi trổ và giữ màu xanh cho tới khi hạt chín đều

- Chiều cao trung bình 80 – 110 cm, lóng ngắn, cứng rạ, bẹ ôm sát thân, chống đổ ngã

- Chống sâu bệnh nhất là rầy nâu

- Hạt có trọng lượng cao, dạng hạt dài, gạo trắng, phẩm chất ngon

2.5 Phẩm chất gạo

Theo Juliano (1985), phẩm chất gạo được chia ra các nhóm:

- Phẩm chất xay chà: tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gao trắng, tỷ lệ gạo nguyên

- Đặc tính vật lý: dạng hạt gạo, sự thể hiện màu sắc, độ trong, độ bóng

- Phẩm chất cơm: hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền thể gel

- Phẩm chất dinh dưỡng: hàm lượng protein, vitamin A, hàm lượng sắt

Việc đánh giá phẩm chất gạo thường thay đổi theo từng nước, gây ra nhiều khó khăn cho việc xuất khẩu, so sánh phẩm chất các giống lúa gạo Hiện nay hệ thống tiêu chuẩn đánh giá lúa gạo của IRRI (Standard Evaluation System for Rice - SES) được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới, tạo nên một ngôn ngữ chung cho các nhà khoa học trong việc đánh giá các đặc tính của lúa gạo

Lê Doãn Diên (1995) cũng có nhận xét tỷ lệ gạo nguyên thay đổi nhiều tùy theo giống và phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ ẩm khi lúa chín và điều kiện bảo quản, phơi sấy Sự rạn nứt hạt thường do phơi nắng, sự thay đổi nhanh của ẩm độ không khí, những điều kiện không thuận lợi của môi trường trong quá trình chín của hạt và thu hoạch chậm trong vụ Đông Xuân làm hạt có ẩm độ thấp (Huysmans, 1965) Nhiệt độ trung bình ở giai đoạn lúa vào chắc có ảnh hưởng lên tỷ lệ gạo nguyên, hàm lượng protein, mức độ trở hồ của gạo Nhiệt độ trung bình trong ngày 18oC là tốt nhất cho chất lượng gạo (Meng-Yali và Zhou-ZhiGuo, 1997)

Dạng hạt có ảnh hưởng đến chất lượng xay chà, hạt càng mảnh, dài và độ bạc bụng càng cao thì tỷ lệ gạo nguyên càng thấp (Bhattachacrya, 1980; Lê Doãn Diên, 1990) Nghiên cứu của Yadav (1989) cho thấy trong các chỉ tiêu về chất lượng xay xát thì tỷ lệ gạo nguyên tăng so với sự giảm tỷ lệ số chiều dài hạt/chiều rộng của hạt, nghĩa

là hạt càng dài thì tỷ lệ gạo nguyên càng thấp Nghiên cứu của Malik (1989) cũng có

kết luận tương tự: giống có tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo trắng, tỷ lệ gạo nguyên cao thì có tỷ

lệ chiều dài/chiều rộng của hạt thấp và ngược lại giống có tỷ lệ gạo nguyên thấp nhất thì tỷ lệ chiều dài/chiều rộng hạt cao Cấu trúc của hạt và hướng sắp xếp các tế bào nội nhũ đã tạo ra các đường chia cách ngang trong hạt làm hạt dễ gãy (Srinivars và cộng

sự, 1978) Những hạt đã khô nếu đột ngột hút ẩm cũng có thể tạo ra các vết rạn trong hạt và gây ra những mảnh khô khi xay xát, hại càng khô khi ẩm trở lại càng vỡ nhiều (Bhattachacrya, 1980; Srinivars và cộng sự, 1985) Tỷ lệ gạo nguyên có quan hệ chặt chẽ với độ cứng và độ bạc bụng của hạt, đến nay di truyền về độ cứng của hạt vẫn chưa được biết rõ (Chang và Somrith, 1979) (trích dẫn bởi Nguyễn Bích Hà Vũ, 2006)

2.5.2 Đặc tính vật lý của hạt gạo

2.5.2.1 Dạng hạt gạo: chiều dài – chiều rộng hạt

Hình thức bên ngoài của hạt gạo là tiêu chuẩn quan trọng đối với người tiêu dùng Do đó, kích thước và dạng hạt là tiêu chí đầu tiên về chất lượng hạt gạo mà người trồng lúa quan tâm để phát triển giống lúa mới (Adair và cộng sự, 1966)

Thị hiếu về dạng hạt rất thay đổi tùy theo người tiêu thụ Gạo có dạng hạt dài hầu hết được ưa chuộng ở tiểu lục địa India, nhưng ở vùng Đông Nam Á, người dân lại thích loại gạo có chiều dài trung bình Ở vùng ôn đới, những giống gạo hạt ngắn phổ biến hơn Nhìn chung dạng hạt gạo thon dài được ưa chuộng nhiều nhất trên thị trường quốc tế (Khush và cộng sự, 1979)

2.5.2.2 Độ bạc bụng

Độ trong suốt của hạt gạo tùy thuộc vào tính chất của phôi nhũ, mức độ bạc bụng, với vết đục xuất hiện ở trên lưng, bụng hoặc ở trung tâm hạt gạo (gạo hạt lựu) Tinh bột ở vùng bạc bụng sắp xếp rời rạc, có cấu trúc kém chặt chẽ hơn so với vùng trong suốt, nên nó tạo ra các khe hở chứa không khí giữa các hạt tinh bột (Del Rosario

và cộng sự, 1968; Lê Doãn Diên, 1995) Hạt gạo có xu hướng bị gãy tại điểm có vết đục, làm giảm tỷ lệ gạo nguyên dẫn đến giảm giá trị thương phẩm

Độ bạc bụng có tần suất liên kết với tính trạng hạt tròn lớn hơn tính trạng hạt thon dài (Nakata và Jackson, 1973; Somrich, 1974) Chiều dài hạt, hoặc tỷ lệ dài/rộng dường như không liên quan đến sự thể hiện của bạc bụng

Độ bạc trắng của nội nhũ là một yếu tố di truyền, mặt khác các điều kiện môi trường cũng ảnh hưởng đến tính trạng này Điều kiện môi trường chủ yếu ảnh hưởng

đến độ bạc bụng là nhiệt độ sau khi trổ, nhiệt độ cao làm tăng độ bạc bụng, nhiệt độ thấp làm giảm hoặc mất độ bạc bụng (Bùi Chí Bửu và cộng sự, 1996), thiếu nước ở giai đoạn làm đòng đến lúc trổ, bệnh đạo ôn cổ bông, bọ xít hôi giai đoạn lúa ngậm sữa đều làm tăng tỉ lệ gạo bạc bụng (Del Rosario và cộng sự, 1968) Nhiệt độ cao và biên

độ nhiệt ngày - đêm chênh lệch nhiều (35oC ở ban ngày và 25oC ở ban đêm) trong quá trình cây lúa sinh trưởng và phát triển cũng làm tăng tỷ lệ bạc bụng ở gạo (Bangwack

và cộng sự, 1994)

Mặc dù độ bạc bụng không có gì ảnh hưởng đến phẩm chất cơm và mất đi trong quá trình nấu cơm, nhưng ảnh hưởng đến thị hiếu người tiêu dùng Người tiêu thụ thích hạt gạo có nội nhũ trong và trả giá cao cho những loại gạo này (Khush và cộng

Môi trường có ảnh hưởng đến hàm lượng amylose trong hạt gạo của cùng một giống lúa, đặc biệt là trong thời gian lúa vào chắc (Juliano, 1990) Nhưng sự biến động này không chênh lệch quá 6% Những yếu tố có khả năng làm thay đổi hàm lượng amylose đã được tổng kết như sau (Gomez, 1979):

- Trong thời gian vào chắc, amylose giảm khi nhiệt độ tăng đối với nhóm Japonica, trái lại amylose tăng lên khi nhiệt độ thấp hơn 29oC đối với Indica

- Hàm lượng amylose hơi giảm nhẹ với việc bón phân đạm nuôi hạt (Paule, 1977)

- Hàm lượng amylose có thể tăng theo mức độ xay chà

- Hàm lượng amylose biến thiên giữa các cây lúa trong cùng một giống lúa ít hơn 2%, nhưng giữa các bông trong cùng một cây là 3 - 7% Vì khi lấy mẫu phân tích, phải chú ý trộn đều mẫu hạt (Paule, 1977)

Đối với giống lúa Japonica, hàm lượng amylose có xu hướng gia tăng, nếu nhiệt

độ lúc lúa chín giảm từ 25oC xuống 15oC là do hoạt động tổng hợp của men sucrose synthase, ADP glucose phosphorylase sẽ thấp hơn rất nhiều ở nhiệt độ lạnh 15oC so với điều kiện bình thường (Unemoto và cộng sự, 1995) Theo Tang và cộng sự (1991) không tìm thấy sự kết hợp giữa hàm lượng amylose cao với độ trở hồ cao (hoặc trung bình)

độ trở hồ thấp (Little, 1958; IRRI, 1997) Gạo có nhiệt độ trở hồ cao sau khi đem ngâm nước đem nấu sẽ ít nở cơm hơn gạo có nhiệt độ trở hồ thấp hoặc trung bình Gạo

có độ trở hồ cao trở nên mềm và có khuynh hướng nhão sau khi nấu chín

Nghiên cứu của Heu và cộng sự (1976) cho thấy độ trở hồ còn rất dễ thay đổi bởi nhiệt độ trong giai đoạn hạt vào chắc Nhiệt độ không khí cao sau khi trổ làm tăng

độ trở hồ và ngược lại (Jennings và cộng sự, 1979) Nghiên cứu của Lê Doãn Diên (1975) đã kết luận các giống lúa mùa của nước ta, đặc biệt là các giống lúa Tám đều có

độ trở hồ thấp hoặc trung bình

2.5.3.3 Độ bền thể gel

Một kiểm tra nhanh, đơn giản và bổ sung cho đánh giá hàm lượng amylose được phát triển dựa trên độ bền của 4% hồ gạo trắng lạnh trong 0,2N KOH (Cagampang và cộng sự, 1973) Độ bền thể gel được đo bằng chiều dài gel lạnh chảy

ra trong ống nghiệm khi được đặt nằm ngang trong 30 phút tới 1 giờ

Trong cùng một nhóm có hàm lượng amylose giống nhau, giống lúa nào có độ bền thể gel mềm hơn, giống đó sẽ được ưa chuộng hơn (Khush và cộng sự, 1979) Gạo

có độ bền gel cao thì cơm nấu chín để nguội sẽ dẻo hơn so với gạo có cùng hàm lượng amylose mà có độ bền thể gel thấp hơn (Trần Thị Kim Thúy, 2002)

Kết quả nghiên cứu của Tang và cộng sự (1997) cho thấy rằng:

- Kết quả chưa tìm thấy:

o Hàm lượng amylose rất thấp (0 - 2%) với độ bền thể gel trung bình (hoặc cứng)

o Hàm lượng amylose thấp với độ bền thể gel cứng

o Độ trở hồ cao (hoặc trung bình) với độ bền thể gel trung bình (hoặc cứng)

- Kết hợp rất hiếm xảy ra:

o Hàm lượng amylose thấp với độ bền thể gel cứng

o Hàm lượng amylose rất thấp với độ trở hồ trung bình

2.5.4 Phẩm chất dinh dưỡng

* Hàm lượng protein

Hàm lượng protein là một thông số quan trọng trong giá trị dinh dưỡng hạt gạo Protein trong gạo có giá trị cao hơn so với các loại ngũ cốc khác bởi vì hàm lượng lysine của nó khá cao là 3,5 – 4% (Juliano, 1985) Mặc dù hàm lượng protein của lúa gạo thấp (khoảng 7%) nhưng nó vẫn được xem là một protein có phẩm chất cao nhất Các nhà chọn giống đã cố gắng nâng cao hàm lượng protein trong các giống lúa mới, nhưng rất ít thành công, bởi vì di truyền tính trạng protein trong hạt rất phức tạp và bị ảnh hưởng của điều kiện môi trường mạnh mẽ (Juliano, 1993)

Thành phần protein dự trữ trong hạt gạo gồm 4 loại chính: albumin, globulin, prolamin, glutelin Hai thành phần albumin và globulin tập trung ở lớp aleuron, không giữ được ở gạo xay chà trắng, còn hai thành phần glutelin và prolamin phân bố đều trong nội nhũ (Tecsol, 1971) (trích dẫn bởi Nguyễn Bích Hà Vũ, 2006)

2.6 Hợp chất thơm của lúa gạo 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Hình 2.2 Cấu trúc hóa học của 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Có tổng số 114 hợp chất bay hơi khác nhau được ghi nhận trong mùi thơm của gạo Nhật Bản (Yajima và cộng sự, 1978) (phụ lục 1), trong số các hợp chất đó 2 – acetyl – 1 – pyrroline, một hợp chất thơm có mùi tương tự như mùi bắp nổ, được đánh giá là một thành phần chất thơm quan trọng trong các giống gạo thơm do đặc tính giữ mùi lâu hơn so với các thành phần bay hơi khác trong gạo Buttery và cộng sự (1983)

đã chiết xuất 2 – acetyl – 1 – pyrroline và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng cách sử dụng hệ thống Likens – Nickerson (SDE) Sản phẩm thu được được phân tích bằng GC-MS Sau đó, họ đã định lượng 2 – AP bằng máy sắc ký khí với đầu dò FID

Hình 2.3 Phổ đồ MS hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline

(A: Tanchotikul and Hsieh, 1991; B: Varaporn và Sarath, 1993)

Năm 1983, Buttery và cộng sự đã nghiên cứu 7 giống lúa thơm Trong số các thành phần xác định bằng phương pháp sắc ký khí, hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline

đã tìm thấy và có mùi tương tự như mùi thơm của cơm Ngưỡng mùi thơm của chất này trong nước là 0,1 μg/l và mùi thơm tích lũy tương tự như loại bắp nổ Theo Buttery và cộng sự (1982, 1983), 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần chính trong hỗn hợp các chất thơm có trong gạo thơm, góp phần cấu thành nên hương thơm của gạo Do đó, có thể cho rằng thành phần chính dùng để nhận biết sự khác biệt về mùi giữa gạo thông thường và gạo thơm là 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Buttery và cộng sự (1983) nhận thấy rằng, các giống gạo thơm chứa 0,04 – 0,09 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong khi các giống gạo thông thường chứa lượng thấp hơn khoảng 10 lần (< 0,006 đến < 0,008 ppm) Họ đã công bố những chất thơm này chỉ được tìm thấy trong quá trình nấu nướng mà không được phát hiện trong gạo thô Nhưng theo Yoshihashi (2002), hợp chất thơm 2 – AP không phải được hình thành trong quá trình nấu nướng hay do điều kiện bảo quản sau thu hoạch mà chúng được hình thành từ phần khí sinh của cây trong suốt thời gian gieo trồng Năm 2003, Wornpongchai và cộng sự đã tìm thấy 2 – AP trong gạo thô và các bộ phận khác của

cây bằng phương pháp chiết xuất không sử dụng nhiệt Họ cho rằng, 2 – acetyl – 1 – pyrroline chính là một hợp chất thứ cấp hiện diện trong cây lúa đặc sản

Hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline được xác định là thành phần chính trong tinh dầu lá dứa Theo Buttery và cộng sự (1983), trong lá dứa chứa khoảng 1 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline, hàm lượng này cao gấp 100 lần so với những loại gạo thông thường Vì thế, ở một vài nước châu Á, người dân thường cho lá dứa vào trong quá trình nấu cơm đối với những loại gạo thông thường để có được mùi thơm như gạo thơm

Thí nghiệm phân tích của Trung tâm Nghiên cứu Vùng của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và IRRI (1982) (trích dẫn bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) cũng cho kết quả về hàm lượng chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline của 8 giống lúa thơm và 2 giống lúa không thơm Hàm lượng chất thơm này của Khao Dawk Mali 105 và Basmati 370 là 0,07 và 0,06 ppm theo thứ tự, giống đối chứng Calrose là 0,006 ppm

Hussain và cộng sự (1987) thực hiện so sánh mùi thơm giữa lúa thơm (Basmati)

và lúa không thơm Xác định hợp chất thơm dựa trên các peak pentadecan-2-one, hexanol, 2-pentylfurane với nồng độ cao ở lúa Basmati Chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline không tìm thấy Tuy vậy, hầu hết các nghiên cứu thực hiện sau năm 1983 (Buttery và cộng sự, 1983, 1986, 1988; Paule và Powers, 1989; Lin và cộng sự, 1990; Tanchotikul

và Hsieh, 1991) đã chứng tỏ tầm quan trọng của thành phần 2 – acetyl – 1 – pyrroline Hàm lượng của hợp chất này trong gạo dao động từ 6 – 90 µg/kg tùy theo chất lượng mùi thơm trong gạo thơm (Buttery và cộng sự, 1983)

AcPy không chỉ đóng vai trò quan trọng trong gạo thơm mà còn được xem là thành phần chính trong vỏ và ruột bánh mì (Schieberle và Grosch, 1991), bắp nổ (Schieberle, 1991), hạt kê (Seitz và cộng sự, 1993), bánh ngô (Karahadian và Johnson, 1993), lá dứa (Buttery và cộng sự, 1983; Laksanalamai và Ilangantileke, 1993), mật cây đoan (Blank và cộng sự, 1989) và bia Đức (Schieberle, 1991) (trích dẫn bởi

Petrov, 1996) AcPy còn là thành phần chính được tổng hợp từ một vài dòng Bacillus

cereus phân lập được từ việc lên men quả ca cao (Romanczyk và cộng sự, 1995)

Theo Buttery và cộng sự (1983), 2 – acetyl – 1 – pyrroline có cùng nguồn gốc với 2 – acetyl – 1,4,5,6 – tetrahydropyridine là 1 thành phần chất thơm đã được Hunter

và cộng sự (1969) tìm thấy trong bánh mì hay bánh nướng

Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline có vòng pyrroline tương tự với proline Bằng chứng đầu tiên liên kết amino acid proline như một tiền chất trong tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline đã được tìm thấy trong các thí nghiệm về nuôi cấy tế bào

và mô (Suprasanna và cộng sự, 1998, 2002)

Còn theo Petrov và cộng sự (1996), 2 – acetyl – 1 – pyrroline có nguồn gốc từ proline và ornithine Sản phẩm của quá trình phân hủy Strecker là proline và 1-pyrroline (Yoshikawa và cộng sự, 1965) sẽ phản ứng với những sản phẩm của quá trình phân hủy đường tạo ra AcPy (Schieberle, 1989, 1990; Tressl và cộng sự, 1985)

Con đường chính xác sinh tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline hiện vẫn chưa được rõ Giả thuyết đặt ra là proline có thể được biến đổi thành 2 – acetyl – 1 – pyrroline và glutamic acid, vì thế ức chế con đường tổng hợp glutamic acid sẽ làm tăng lượng proline (hoặc chất trung gian) cho tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline Một gen mã hóa cho protein kiểm soát mùi thơm trên lúa gạo, đặt tên là Os2AP đã được xác định là một thành viên trong họ aldehyde dehydrogenase có thể đóng vai trò chủ yếu trong sự biến đổi proline thành glutamic acid Tất cả các giống lúa thơm kiểm tra đều bị mất 8 nucleotide trên gen này vì thế làm giảm quá trình hình thành glutamic acid, tăng hàm lượng 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Hình 2.4 Con đường sinh tổng hợp 2-acetyl-1-pyrroline từ proline và glutamic acid

(www.freepatentsonline.com/7319181.html) L-proline có thể được tổng hợp từ glutamic acid nhờ enzyme P5C synthase (P5CS) và P5C reductase (P5CR), còn glutamic acid có thể được tổng hợp từ proline nhờ enzyme proline dehydrognase (PropH), và P5C dehydrogenase (P5CDH) Từ đây các nhà khoa học đề xuất việc gây đột biến không nghĩa (nonsense) của gen Os2AP để

thay đổi con đường chuyển hóa này theo hướng tăng tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline Vanavichit (2005) đã tạo cây lúa chuyển gen giảm hoạt động của gen Os2AP và kết quả là tăng đáng kể hàm lượng 2 – AP

Mũi của người có thể phát hiện được chất thơm 2 – AP ở nồng độ 0,007 ppm

Do đó, đánh giá bằng cảm quan, trong điều kiện nhất định và với những người có khứu giác bình thường, kết quả có thể tin cậy được Theo Varaporn và Sarath (1993), nồng

độ 2 – AP trong gạo sẽ giảm đối với những gạo được lưu trữ trong thời gian dài

Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm trong gạo

thơm (Singh và cộng sự, 2000)

Các yếu tố góp phần gia tăng chất

lượng mùi thơm

Các yếu tố làm suy giảm chất lượng mùi thơm

 Thời tiết mát mẻ trong thời kỳ ra

hoa và hạt chín

 Bón phân với liều lượng thích hợp

 Đất màu mỡ

 Gieo hạt trực tiếp

 Đất nhẹ, chân ruộng cao

 Độ ẩm trong đất thấp trong giai

đoạn hạt chín

 Xay xát thủ công

 Nhiệt độ tăng cao trong thời kỳ ra hoa và hạt chín

 Phân bón chứa lượng urê quá cao

 Đất nghèo dinh dưỡng

 Trồng lúa theo hình thức gieo xạ

 Đất nặng

 Thu hoạch muộn

 Sử dụng máy móc trong giai đoạn xay xát lúa

Các phương pháp đánh giá mùi thơm (Nguyễn Thị Lang và cộng sự, 2004):

- Nhai nửa hạt gạo hoặc vài hạt, phương pháp này đòi hỏi nhiều thời gian, không đánh giá chính xác vì mang tính cảm quan (Berner và Hoff, 1986; Dhulappanavar, 1976)

- Đun nóng cây lúa trong nước: Lấy một phần cây bao gồm hạt, lá và thân ở giai đoạn đẻ nhánh và đun trong nước nóng, rồi đánh giá khi mùi thơm bốc ra (Nagaraj và cộng sự, 1975) Phương pháp này cũng không thật sự ổn định vì chất diệp lục cũng có mùi thơm rất mạnh, làm ảnh hưởng sai lệch khi kết luận giống thơm hay không thơm

- Phương pháp thử nghiệm alkali: Sood và Siddique (1978) dùng 2 g bột lá xanh đặt vào đĩa petri nhỏ có nắp đậy, sau đó cho 10 ml dung dịch KOH 1,7% Sau 10 phút,

mùi thơm được đánh giá thông qua các chuyên gia ngửi Tất cả các thành phần của cây bao gồm thân, lá, bông, hạt đều có thể được đánh giá

- Phương pháp alkali cải tiến: Berner và Hoff (1986) đề xuất một phương pháp cải tiến từ phương pháp xét nghiệm alkali của Sood và Siddque (1978) Lấy 2 lá từ 1 cây (2,5 cm chiều dài tương đương 1 g), đặt chúng trong ống nghiệm 20 ml, duy trì ở nhiệt độ lạnh Sau đó, chúng được lấy ra để đánh giá với 10 người đánh giá cho điểm

từ 1 – 10 Thang điểm 1 – 9 xem như không mùi và thang điểm 10 xác định có mùi thơm

- Phân tích số lượng: phân tích dựa trên thành phần hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline sẽ khẳng định mùi thơm của giống lúa Sử dụng phương pháp sắc ký phân tích thành phần mùi thơm của hạt Ở Việt Nam, năm 2005, lần đầu tiên phương pháp

vi chiết pha rắn kết hợp sắc ký khí khối phổ (SPME/GC-MS) được áp dụng tại Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí Minh để phân tích định tính và định lượng hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline

2.7 Ứng dụng kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME) trong phân tích 2 – AP

Theo Casey C Grimm và cộng sự (2000), lượng 2 – AP thu được sẽ tăng gấp đôi khi tăng nhiệt độ từ 60oC lên 85oC Ngược lại, hàm lượng chất chuẩn 2,4,6-trimethylpyridine sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng 2 – AP khi chiết xuất mẫu ở 80oC và 85oC; do đó, 80oC được xem là điểm nhiệt

độ thích hợp cho quá trình chiết xuất

Theo Casey C Grimm và cộng sự (2000), khoảng thời gian từ 10 – 15 phút đủ

để thu nhận hầu hết các chất bay hơi, trong khi những thành phần ít bay hơi hơn như acid hữu cơ hay ester phải tốn hàng giờ mới có thể thu nhận được Sau khi so sánh lượng 2 – AP thu đươc sau khoảng thời gian hấp phụ là 10, 15, 20 phút, họ đã rút ra nhận định thời gian chiết xuất mẫu phù hợp nhất là 15 phút

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc thêm nước vào mẫu gạo sẽ giúp tăng hàm lượng 2 – AP thu nhận được, đồng thời giảm được yêu cầu phải nghiền mẫu, góp phần đơn giản hóa quá trình chuẩn bị mẫu Lượng nước cất tối ưu sử dụng cho quá trình chiết xuất là 200 µl

Để xác định lượng 2 – AP hấp thu, diện tích peak được chuyển thành khối lượng bằng cách dựng đường chuẩn dựa trên chuẩn 2 – AP pha loãng trong CHCl3 Phương pháp SPME phù hợp cho việc so sánh mối tương quan về nồng độ 2 – AP giữa

các mẫu gạo khác nhau Nhìn chung, trong tất cả các trường hợp, phương pháp SPME

có thể phân biệt giữa gạo thơm và gạo thông thường Cấu tử 2 – AP chỉ chiếm 1 lượng nhỏ trong tổng số các chất bay hơi, nhưng lượng này đủ để chiếm ưu thế trong thành phần chất thơm có trong cơm gạo

2.8 Sắc ký khí

Phương pháp sắc ký khí dựa trên tính phân bố của mẫu ở dạng khí giữa hai pha tĩnh và động: Pha tĩnh dạng lỏng hoặc được tẩm bên ngoài chất rắn mang, tất cả được nhồi vào cột sắc ký Pha động dạng khí, thường là khí trơ (còn gọi là khí mang) được thổi qua cột sắc ký

Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí

(http://www.cee.vt.edu/ewr/environmental/teach/smprimer/gc/gc.html)

Mẫu khảo sát dạng lỏng hay khí Nếu dạng lỏng, mẫu được bơm vào bộ phận nhận mẫu, tại đây mẫu được gia nhiệt để chuyển sang dạng khí Sau đó, mẫu khí được khí mang (pha động) lôi cuốn qua cột sắc ký Tuỳ mức độ phân bố của mẫu giữa hai pha động và tĩnh, những cấu tử phân bố nhiều trong pha tĩnh sẽ được giữ lại trong cột lâu hơn Do vậy, các cấu tử có tính chất khác nhau sẽ tách rời nhau khi đi ra khỏi cột

Các cấu tử lần lượt đi đến bộ phận ghi nhận và chuyển thành tín hiệu Tín hiệu này được gọi là peak Tập hợp các peak của một mẫu được gọi là sắc ký đồ Tùy vào bản chất của mỗi cấu tử và tùy vào điều kiện khi đo mẫu, mỗi cấu tử sẽ được lưu trong cột trong những thời gian nhất định Do đó trên sắc ký đồ, mỗi peak sẽ xuất hiện ứng với một vị trí và độ lớn nhất định

Sắc ký khí mao quản: là một hình thái đặc biệt của phương pháp sắc ký khí,

được đặc trưng bởi năng suất tách và hiệu suất phân giải rất cao Sở dĩ vậy là nhờ việc

sử dụng các cột mao quản hở (open tubular capillary column) với chiều dài khá lớn (25 m, 50 m, 100 m,…)

Trong sắc ký cột nhồi, chiều dài cột tách thường là dưới 5 m, một số trường hợp đặc biệt có thể chế được những cột nhồi tới 20 m Nhưng không thể kéo dài tùy ý cột nhồi vì độ chênh lệch áp suất giữa đầu và cuối cột tăng tỷ lệ thuận với chiều dài cột Ngược lại với cột nhồi, cột mao quản là loại cột tách với đường kính nhỏ hơn 1 mm và thành trong của cột được tẩm pha tĩnh Nhờ cấu trúc đặc biệt này của cột mao quản, khí mang sẽ đưa mẫu đi qua cột tách rất dài (do vậy năng suất tách rất cao) mà không gặp trở kháng gì lớn (về chênh lệch áp suất), các cấu tử sẽ tương tác với pha tĩnh và được pha tĩnh “lưu giữ” với mức độ khác nhau…

Hình 2.6 Cột mao quản

(http://elchem.kaist.ac.kr/vt/chem-ed/sep/gc/graphics/capillar.jpg)

2.9 Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)

Sở dĩ có thể thực hiện khá thuận lợi liên hợp sắc ký khí - khối phổ (GC-MS) vì

cả hai phương pháp này cùng có những đặc tính chung sau đây: mẫu được nghiên cứu

ở trạng thái khí, độ nhạy phát hiện cao, và tốc độ phân tích tương tự nhau Với việc sử dụng khối phổ kế làm detector đặc thù cho thiết bị sắc ký khí cho phép thu được những thông tin quý giá trong việc xác định cấu trúc của các chất mới lạ, đặc biệt là khi không có chất chuẩn

Sau khi ra khỏi cột sắc ký, các cấu tử được lần lượt cho vào buồng MS để thực hiện việc ghi phổ của từng cấu tử Nhờ một phần mềm, các phổ MS thu nhận được so sánh với các phổ MS chuẩn chứa trong thư viện của máy tính Do đó để tăng độ chính xác cho sự dò tìm và so sánh, thư viện phổ khối lượng cần phải có nhiều phổ chuẩn

Độ tương hợp giữa phổ MS của các cấu tử và phổ mẫu có tính tương đối tùy thuộc phần mềm phụ trách việc so sánh, thường thì độ tương hợp càng lớn thì xác suất định danh càng cao Kinh nghiệm về thành phần hóa học và kiến thức về phổ khối lượng

quyết định rất lớn độ chính xác của kết quả định danh Đầu dò MS có độ nhạy cao, khoảng 10-6 - 10-9 g, do đó có thể xác định được những cấu tử có hàm lượng thấp mà các phương pháp khác không thể thực hiện được Sắc ký khối phổ có khả năng định danh cao, khả năng dò tìm nhanh, lượng mẫu sử dụng ít (Phạm Hùng Việt, 2005)

2.10 Đột biến nhân tạo phục vụ chọn giống thực vật

2.10.1 Đột biến

Gen (DNA) là cơ sở quyết định tính di truyền của sinh vật Gen có tính chất ổn định, liên tục, tái sinh, tuy nhiên, tính ổn định trong cấu trúc di truyền ở cơ thể sống không phải là tuyệt đối, nó có thể bị biến đổi do tác động của các tác nhân vật lí và hóa học và tạo thành đột biến Hay nói cách khác, đột biến là sự thay đổi đột ngột về vật chất di truyền của tế bào

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của sinh vật có thể xảy ra các dạng biến dị khác nhau, nhưng sự biến đổi các tính trạng đó có thể di truyền (đột biến) hoặc

có thể không di truyền được (thường biến) cho các thế hệ sau Đa số các đột biến xảy

ra là lặn, do đó thế hệ F1, alen đột biến bị alen trội lấn át và dấu hiệu đột biến do alen lặn sẽ không biểu hiện ra bên ngoài, trừ trường hợp đột biến trội và trội không hoàn toàn Nó chỉ được phát hiện ra ở F2, F3 và các thế hệ sau khi cho tự thụ (Trần Duy Quý, 1999)

2.10.2 Vai trò của đột biến nhân tạo trong chọn tạo giống cây trồng

Các đột biến trong tự nhiên gọi là đột biến tự phát Tần số đột biến xảy ra trong

tự nhiên thường thấp và thay đổi tùy theo từng loại cây trồng và từng gen riêng biệt Ngày nay đột biến nhân tạo đã được áp dụng sâu rộng bằng việc sử dụng các tia bức xạ (tác nhân lý học) và tác nhân hóa học, làm tăng tần số đột biến lên cao hơn khoảng 1.000 lần (Gustafsson, 1954) Đột biến nhân tạo được coi là một trong những phương pháp có hiệu quả nhất để tạo giống mới

Các hướng tác động của đột biến nhân tạo trong chọn tạo giống cây trồng (Nguyễn Văn Hiển, 2000):

1 Thay đổi đặc điểm hình thái và đặc tính sinh lý có hiệu quả Đột biến nhân tạo đã làm thay đổi về cấu trúc của nhiễm sắc thể, gây ra bất dục, làm mất tính ổn định

về di truyền, làm thay đổi ở từng gen gây ra những biến đổi đáng kể về kiểu hình của chúng

2 Tạo ra đột biến ở từng gen: đột biến từng gen riêng lẻ đã tạo ra những kiểu hình lý tưởng như thời gian chín sớm hơn, tăng khả năng chống chịu với một số loại sâu bệnh hại, làm tăng hàm lượng lysine trong protein

3 Tạo ra đột biến mang tính trạng số lượng: đặc tính này bao gồm sản lượng, thời gian sinh trưởng, trọng lượng hạt, làm tăng hàm lượng protein hoặc lượng dầu trong hạt

4 Tạo ra các gen đánh dấu: việc sử dụng thành công kỹ nghệ gen đã đáp ứng được yêu cầu nhận biết được các gen đánh dấu Mặt khác các gen này lại dễ dàng tạo được bằng các tác nhân gây đột biến gen

5 Đột biến gen làm mất đi mối liên kết cũ, xây dựng mối liên kết mới, dẫn đến làm tăng khả năng tổ hợp của gen

Tuy nhiên phương pháp này cũng có những hạn chế của nó:

1 Các tác nhân gây đột biến hiện có không đảm bảo sự định hướng vào những gen mong muốn (do tác động ngẫu nhiên, đa chiều) Do vậy sẽ rất phức tạp trong quá trình chọn lọc

2 Các tác nhân gây đột biến tác động, dù trực tiếp hay gián tiếp qua một quá trình, đến cấu trúc phân tử DNA, nhưng rất nhiều biến đổi của DNA lại có thể được phục hồi (hệ thống gen sửa chữa endonucleases), do vậy chỉ một số ít thực sự trở thành đột biến và thể hiện ở kiểu hình

3 Khi có sự phát sinh và tồn tại nhiều biến đổi trong hệ gen sẽ gây ra những sự mất cân bằng và rối loạn nhất định trong hoạt động sống của cơ thể Hầu hết những biến đổi này gây nên những bất lợi, do vậy kéo theo công tác khắc phục hạn chế cũng khó khăn phức tạp Tuy nhiên những thay đổi có lợi cũng không ít, có thể được chọn lọc, tổ hợp lại nhờ quá trình lai tạo và chọn lọc

Không giống như chuyển gen, phương pháp gây đột biến nhân tạo để tạo giống mới không đưa vật liệu di truyền “ngoại lai” vào cơ thể thực vật nên được đánh giá là

an toàn và được chấp nhận trên toàn thế giới

2.10.3 Ứng dụng công nghệ hạt nhân trong việc gây đột biến nhân tạo

Ngày nay người ta ứng dụng rộng rãi công nghệ hạt nhân trong việc gây tạo và thu nhận các thể đột biến Có thể dùng nhiều dạng bức xạ khác nhau như tia X, tia gamma, các chùm tia α, β, các nơtron nhanh và chậm, các chất đồng vị phóng xạ 32P,

35S, 14C… và hàng nghìn chất gây đột biến khác nhau (Lê Duy Thành, 2001)

* Bức xạ ion hóa: như bức xạ Rơnghen, Nơtron và bức xạ Gamma Các loại tia phóng

xạ có tác dụng kích thích và ion hoá các nguyên tử khi chúng xuyên qua các tổ chức, tế bào sống, ảnh hưởng đến DNA, RNA khi tác động lên phân tử nước

* Bức xạ không gây ion hóa: như tia cực tím (Ultraviolet), có chiều dài bước sóng từ

200 – 400 nm và năng lượng nhỏ Khi chiếu xạ bằng tia cực tím nó kích thích lên các phân tử Khả năng xuyên thấu của tia cực tím rất nhỏ, do đó chỉ dùng chiếu xạ hạt phấn, noãn, vi sinh, tế bào Theo Viện sĩ Dubinin N.P., tia cực tím gây ra tần số đột biến khá cao vì có bước sóng trùng với bước sóng mà DNA hấp thụ (từ 260 – 265 nm)

Người ta nhận thấy rằng, các tia phóng xạ đưa năng lượng vào tế bào; do đó mà trực tiếp hoặc gián tiếp gây ra những biến đổi về hóa học và về tính di truyền của sinh vật Và sự tác dụng của các chất phóng xạ lên vật chất sống là bước đầu tiên của các quá trình lý hóa; quá trình này xảy ra trong một thời gian cho đến khi có sự cấu tạo lại phân tử, làm thay đổi các quá trình sinh hóa và cuối cùng là gây nên đột biến gen hay

sự gãy đoạn nhiễm sắc thể, hình thành tính trạng mới, cá thể mới

Hình 2.7 Tác động của việc chiếu xạ lên phân tử DNA

(http://www.radiation-scott.org/radsource/4341-3.gif) Thông dụng nhất là phương pháp chiếu xạ trên hạt giống vì chúng đơn giản, đỡ tốn kém và rất hiệu quả Hạt giống có thể chiếu xạ ở điều kiện khô, ướt hay đông lạnh, chân không hay giàu oxy Sự thay đổi điều kiện chiếu xạ sẽ làm thay đổi tấn số đột biến (Vũ Như Ngọc, 2005)

Tính mẫn cảm của cây đối với từng tác nhân gây đột biến là khác nhau và phụ thuộc vào bản chất di truyền cũng như trạng thái sinh lý của chúng Vì liều bức xạ cao

gây ra thay đổi lớn (Trần Duy Quý, 1999), nhiều khi làm giảm khả năng sống hoặc độ hữu thụ Do đó trong chọn giống để tăng phần thu được các đột biến nhỏ có lợi, người

ta thường dùng các liều chiếu xạ thấp hơn liều tới hạn từ 1,5 - 2 lần, tốt nhất là chỉ dùng những liều làm giảm tỷ lệ nẩy mầm và ít kìm hãm sinh trưởng

Ngoài ra để phát huy hiệu quả của phương pháp đột biến, người ta có thể kết hợp giữa các tác nhân vật lý với các tác nhân hoá học nhằm chọn tạo được giống mong muốn

2.10.4 Thành tựu của ngành chọn giống đột biến trên thế giới và Việt Nam

Ngành chọn giống đột biến, tuy mới ra đời trong vài ba thập kỉ nhưng đã đạt được những thành tựu rực rỡ thể hiện ở số lượng giống mới được tạo ra và diện tích gieo trồng của chúng

Theo thống kê của FAO / IAEA (Tổ chức lương thực thế giới và Tổ chức năng lượng nguyên tử thế giới) từ lúc bắt đầu năm 1960 trên thế giới chỉ có 7 giống cây trồng đột biến thì đến năm 2006 toàn thế giới có khoảng 2.600 giống cây trồng đột biến được đăng ký thuộc 169 loài, trong đó hơn 80% là đột biến phóng xạ

0 500

Hình 2.8 Biểu đồ gia tăng số cây trồng đột biến trên thế giới qua các năm 1960 – 2008

(FAO/IAEA Mutant Variety Database)

Theo M.C Kharkwal (2008) kể từ khi được mở đầu bằng các nghiên cứu của Muller và Stadler 80 năm trước, đột biến cảm ứng đã đóng góp đáng kể trong sự phát triển và tạo được trên 3.000 cây trồng đột biến trong rất nhiều nước thuộc hơn 174 loài Trung Quốc và Ấn Độ là hai nước hàng đầu thế giới có số lượng cây trồng đột

biến lớn nhất thuộc vài loài cây Tia gamma được xem như phương pháp thuận tiện nhất, hữu hiệu và thành công nhiều nhất vì đã tạo ra số lượng cây trồng đột biến lớn nhất trên thế giới (IAEA, 2008)

Nhiều giống lúa đột biến nổi tiếng trên thế giới đã được biết đến như Reimei (Nhật, 1966); Jagannath (Ấn Độ, 1969); Calrose (USA, 1976); Hokuriku (Nhật, 1976); M-7 (USA, 1977); RD-6 (Thái Lan, 1977); Basmati-615 (Ấn Độ) và Zhefu 802; trong

đó Zhefu 802 là giống nổi bật nhất với diện tích phát triển hơn 10,6 triệu ha trong các năm 1984 – 1992 ở Trung Quốc (FAO/ IAEA, 2004)

Ở Việt Nam ngành chọn giống bằng phương pháp đột biến tuy mới hình thành nhưng trong những năm gần đây đã đạt được thành quả to lớn và mở ra một hướng mới trong công tác giống Việt Nam đã chọn tạo được 40 giống đột biến trong đó: lúa:

27 giống, ngô: 2 giống, táo: 2 giống

Viện Di truyền Nông nghiệp ứng dụng kỹ thuật đột biến nhân tạo vào công tác chọn giống cây trồng từ những năm 70 của thế kỷ trước DT1 là giống lúa đột biến đầu tiên được trồng ở miền Bắc, nhiều giống khác cũng được phóng thích và gieo trồng phổ biến sau đó như: DT10, DT11, DT33, A20 Ở phía Nam, cho tới năm 1995 không

có giống lúa đột biến nào được trồng Ngày nay, các giống lúa đột biến đóng vai trò đáng kể trong sản xuất lúa gạo ở vùng này, và xuất khẩu nói riêng, gồm có: TNĐB-

100 (Viện lúa ĐBSCL), VNĐ95-19, VNĐ95-20, VNĐ99-3 (Viện KHKTNNMN) Trong đó, VNĐ95-20 trở thành giống chủ lực ở phía Nam với diện tích sản xuất hơn 300.000 ha/năm và liên tục từ năm 1999 đến 2007 (Trần Duy Quý và cộng sự, 2005)

Đặc biệt, Viện KHKTNNMN đã kết hợp giữa đột biến phóng xạ với phương pháp lai tạo giữa các dòng biến dị với nhau hoặc biến dị với giống gốc cho hiệu quả rõ rệt đối với những gen mục tiêu về chất lượng (mùi thơm, gạo trong) mà những đặc điểm này khó giải quyết bằng phương pháp gây đột biến trực tiếp, kết quả thu nhận được giống mới có đặc tính mong muốn như giống VN121 - tổ hợp từ hai thể đột biến của giống đặc sản Tám Xoan miền Bắc, và VN24-4 - tổ hợp từ một biến thể đột biến của giống với vật liệu ban đầu (IR 64)

Ngày nay, có nhiều loại giống cây trồng được tạo bằng phương pháp đột biến

và nó đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất điều đó chứng tỏ hiệu quả của phương pháp này

2.11 Ứng dụng kỹ thuật điện di SDS-PAGE vào cây lúa tại Việt Nam

Phương pháp điện di protein SDS-PAGE được Laemmi (1970) phát triển từ sự hiệu chỉnh bằng các thêm vào 0,1% SDS vào hệ PAGE của Omstein – Davis (1964) nhằm xác định trọng lượng phân tử của các loại protein trong phổ điện di (Davis E Garfin, 1995)

Chọn tạo giống dựa vào các đặc điểm hình thái sẽ phụ thuộc điều kiện ngoại cảnh Kỹ thuật điện di protein giúp đánh giá gián tiếp dò tìm bộ gen thông qua kỹ thuật phân tích tính biến dị cấu trúc các enzyme và protein (Cooke, 1984; Gilliland, 1989), độc lập với hình thái và sinh lý của giống (trích dẫn bởi Võ Công Thành, 2004) Kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE được TS Võ Công Thành (Phó Trưởng Bộ môn Di truyền giống nông nghiệp thuộc trường Đại học Cần Thơ) tiếp thu từ Trường Đại học Công Nông Tokyo (Nhật Bản) và ứng dụng vào công tác chọn tạo các giống cây trồng

từ năm 1997 đến nay

Ứng dụng phương pháp điện di protein SDS-PAGE đã tuyển chọn các giống lúa thuần như lúa Nếp Bè Tiền Giang, VĐ20, Klong Kluang, phục tráng năng suất và mùi thơm các giống lúa quốc gia (MTL250, MTL241, MTL233, ST3), đánh giá đa dạng di truyền của tập đoàn giống phục vụ công tác lai tạo như tập đoàn lúa mùa ven biển đồng bằng sông Cửu Long và khảo sát quy luật di truyền ở mức độ phân tử như hàm lượng proglutelin, acidic glutilin, basic glutelin

Bên cạnh đó, tác giả Quan Thị Ái Liên (2007) đã xác định dấu phân tử protein tương quan đến mùi thơm của các dòng, giống lúa bằng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE thành phần albumin, phát hiện băng protein 24,4 kDa tương quan đến hương thơm, có hệ số tương quan chặt với mùi thơm nấu (r = 0,914)

Theo TS Võ Công Thành: Kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE giúp thanh lọc các dòng bị thoái hóa và tuyển chọn giống theo hướng cải thiện phẩm chất cơm nấu, làm mềm cơm Đặc biệt là tăng hàm lượng protein, giúp ngon cơm hơn Kỹ thuật điện

di xác định nhanh, tương đối rẻ tiền, không cần chờ trồng cây thu hoạch và không bị ảnh hưởng của môi trường, phù hợp cho các nước đang phát triển

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

- Thời gian: Từ tháng 2 – tháng 7/2009

- Địa điểm tiến hành thí nghiệm:

 Ruộng trồng thực nghiệm tại huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh

 Phòng thí nghiệm cây lương thực, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

 Phòng phân tích Hóa Lý, Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

 Phòng thí nghiệm Di truyền – Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học, trường Đại học Cần Thơ

3.2 Vật liệu

- Vật liệu nghiên cứu: giống lúa Jasmine 85 (nguồn: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam) được xử lý chiếu xạ ở các liều 150, 200, 250 và 300 Gy được trồng tại huyện Củ Chi

Giống lúa Jasmine 85 là giống lúa thơm có nguồn gốc từ giống IR841 của Viện Lúa Quốc tế do Bộ Nông Nghiệp Mỹ chọn lọc lại với dòng Jasmine-85 Giống được chọn từ tổ hợp lai IR 841-85=PETE/TN1//KHAODAWKMALI Giống này được du nhập vào Việt Nam từ năm 1992, trồng nhiều các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Long

An và một số vùng khác

Giống Jasmine 85 có thời gian sinh trưởng 105 - 110 ngày Chiều cao cây 110

- 115 cm và độ dài bông 26,2 cm Số hạt chắc trên bông 106 hạt Khối lượng 1.000 hạt là 26 g thuộc nhóm hạt to, chiều dài hạt 6,9 mm, tỉ lệ dài/rộng là 3,05 Tán lá đứng, đẻ nhánh trung bình mùi thơm nhẹ ỷ cấp 5, mềm cơm, ngon ngọt cơm, không bạc bụng Hàm lượng amylose 18 - 22% Năng suất 4 - 6 tấn/ha

Đây là một giống lúa thơm có dạng hình cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao Tuy nhiên Jasmine 85 nhiễm rất nặng với các loại sâu hại chính ở ĐBSCL như rầy nâu, bệnh bạc lá, bệnh đạo ôn, một số các bệnh siêu vi trùng lúa cỏ, lùn xoắn lá

 Máy quang phổ Motic (Trung Quốc)

 Máy vortex Genic2 (Mỹ)

 Máy đánh bóng gạo dành cho mẫu nhỏ Kett (Nhật)

 Máy chà lức dành cho mẫu nhỏ Kett (Nhật)

 Máy đếm hạt Pfeuffer (Đức)

 Bình giữ ẩm (Trung Quốc)

 Cân điện tử Sartorius (Pháp)

 Máy sắc ký khí HP 6890 N (G1540N) – Agilent Technologies (Mỹ)

 Máy sắc ký khối phổ HP 6890 N (G1530N) – Agilent Technologies (Mỹ)

 Kim SPME (SupelcoTM SPME fiber holder) – Bellefonte, PA (Mỹ)

 Tủ mát (Darling - Việt Nam)

 Máy nhiệt từ (Ikamag – Đức)

 Máy ly tâm Eppendorf

 Máy lắc Oribital shaker – KBLee 3001

 Bồn điện di

 Rây 100µm LABOSI (Pháp)

 Hộp vuông nhỏ đựng mẫu 4,5 x 4,5 cm VITRI

 Cá từ, lọ (Agilent – Mỹ), nắp lọ (Interchim – France), kềm bấm nắp (Supelco – Mỹ), micropippete (Nichipet – Japan), eppendorf

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

- 100 g hạt giống (M0) được chiếu xạ khô với 4 liều hấp thu lần lượt là 150, 200,

250, 300 Gy tại Viện Hạt nhân Đà Lạt, sau đó được ủ cho nảy mầm và gieo thẳng theo hàng trên ruộng thí nghiệm đã được làm đất

- M1: chọn bông chính của tất cả các cá thể được thụ tinh kết hạt

- M2: gieo riêng thành hàng từng dòng đời M1

 Thời gian: Ngày gieo mạ: 11/12/2008 Ngày cấy: 1/1/2009

 Diện tích cấy 100 m2 cho mỗi công thức Cấy với mật độ 35 bụi/m2, khoảng cách 15 x 20 cm Quanh khu vực thí nghiệm gieo vài hàng lúa bảo vệ

 Phương pháp canh tác, chăm sóc (xem phụ lục 3)

(a) Jasmine 85 đối chứng (b) Jasmine 85 chiếu xạ 150 Gy

(c) Jasmine 85 chiếu xạ 200 Gy (d) Jasmine 85 chiếu xạ 250 Gy

(e) Jasmine 85 chiếu xạ 300 Gy

3.3.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu nông học

Mỗi công thức lúa, chúng tôi theo dõi 100 cá thể được lấy theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có hệ thống Trên diện tích 100 m2/công thức, chọn mẫu như sau:

 Không tính các hàng lúa ngoài cùng để tránh sự lai tạp với các giống khác

 Ở 4 góc và ở giữa ruộng thí nghiệm, mỗi vị trí chọn 16 cá thể theo hình vuông 4x4

 Chọn ngẫu nhiên 20 cá thể ở các vị trí còn lại

- Đo chiều cao cây: chiều cao cây được tính từ mặt đất tới đỉnh bông cao nhất (kể

cả râu) ở giai đoạn chín

- Đo kích thước lá đòng: bông cao nhất được xem là bông cái Đo chiều dài và chiều rộng lá đòng của bông cái

- Ghi nhận màu sắc lá, dạng tán lá

Các cá thể được chọn theo dõi sẽ được đánh dấu riêng đến ngày thu hoạch

- Thời gian sinh trưởng: được tính từ ngày gieo hạt tới khi 85% số hạt trên bông chín và thu hoạch

Các đặc tính theo dõi được phân nhóm theo hệ thống tiêu chuẩn của IRRI (1996, 2002) (phụ lục 4)

3.3.3 Phương pháp tính năng suất

Các cá thể được thu hoạch riêng, đem phơi 2 lần

nắng trưa (cuối tháng 3) để đạt được ẩm độ 10 – 14%

- Tính số bông/bụi Ghi nhận dạng hình bông lúa

cải tiến: hạt xếp sít nhau trên bông

Mỗi cá thể (bụi), chọn 1 bông cái và 2 bông con,

đếm số hạt rụng, hạt chắc, lép trên bông Tính tỷ lệ hạt

chắc, tỷ lệ hạt lép

- Cân khối lượng 100 hạt (vì số hạt của 1 cá thể

hạn chế nên chỉ cân khối lượng 100 hạt) Tính khối

lượng 1.000 hạt

Năng suất được tính theo công thức:

Năng suất (kg/m2) = Số hạt/bông * Tỷ lệ hạt chắc * Số bông/bụi * Mật độ cấy

(bụi/m2) * Khối lượng 1.000 hạt (g)

Hình 3.2 Dạng hình

bông hạt sít

3.3.4 Phương pháp phân tích chất lượng của hạt gạo

- Đo chiều dài, hình dạng hạt Nghiền Thời gian nấu tối thiểu

- Tỷ lệ gạo nguyên (qua sàng 0,25 mm) Test nấu cơm (WR, EV…)

3.3.4.1 Phương pháp xác định chất lượng xay chà

- Mẫu hạt lúa sau khi loại bỏ tạp chất được chà trấu bằng máy chà lức, sau đó được xát trắng trong 1 phút

Tỷ lệ gạo lứt (%) = Trọng lượng gạo được bóc vỏ trấu x 100%