nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm cao sản phục vụ nội tiêu và xuất khẩu

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRẦN TẤN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM CAO

SẢN PHỤC VỤ NỘI TIÊU VÀ XUẤT KHẨU

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRẦN TẤN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM CAO

SẢN PHỤC VỤ NỘI TIÊU VÀ XUẤT KHẨU

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS NGUYỄN THỊ TRÂM

2 GS.TSKH TRẦN DUY QUÝ

HÀ NỘI – 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình luận án nào trước ñây Toàn bộ các thông tin trích dẫn trong luận án ñã ñược chỉ rõ xuất xứ

Tác giả luận án

TRẦN TẤN PHƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận án xin chân thành cảm ơn:

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống, Viện đào tạo Sau đại học, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Nghiên cứu lúa ựã tạo mọi ựiều kiện thuận lợi ựể tôi hoàn thành luận án Ban Giám ựốc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Sóc Trăng,

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Sóc Trăng ựã tạo ựiều kiện, cấp phát kinh phắ trong suốt thời gian học tập

PGS TS Nguyễn Thị Trâm, GS TSKH Trần Duy Quý ựã trực tiếp hướng dẫn và tạo ựiều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập ựể tôi hoàn thành luận án này

KS Hồ Quang Cua, Phó Giám ựốc Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Sóc Trăng, ựã nhiệt tình hỗ trợ, tư vấn nhiều ý kiến quý báu trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án

Vợ và hai con của tôi, bạn bè thân hữu ựã tạo ựiều kiện và luôn ựộng viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án

Các ựồng nghiệp trong ngành Nông nghiệp và PTNT và ngành Khoa học

và Công nghệ tỉnh Sóc Trăng ựã quan tâm theo dõi, ựộng viên tôi trong suốt thời gian học tập

Các cộng tác viên và kỹ thuật viên tại ấp Mang Cá, xã đại Hải, huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng ựã giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian làm thắ nghiệm

Tác giả luận án

TRẦN TẤN PHƯƠNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

3.1 Nghiên cứu ựặc ựiểm của tập ựoàn lúa thơm và không thơm

3.2 Nghiên cứu ựặc ựiểm di truyền tắnh thơm, chiều dài hạt và thời

3.2.2 đặc ựiểm di truyền chiều dài hạt gạo và thời gian sinh trưởng 66

3.3.1 đánh giá các thế hệ phân ly về thời gian sinh trưởng, kiểu

3.4 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng chọn

3.4.1 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng

3.4.2 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng

chọn lọc trong tổ hợp lai 3 (Tám thơm ñột biến T3/ST3//ST1) 102

3.4.3 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng

3.4.4 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng

3.4.5 Thời gian sinh trưởng, năng suất, chất lượng của các dòng

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2-AP 2-Acetyl-1-Pyrroline

ASA Allele specific amplification

bp Base pair Cặp base (ñơn vị tính)

ðB ðột biến

ðBSCL ðồng bằng sông Cửu Long

ðBTG ðộ bền thể gel

EAP External Antisense Primer Mồi ngoài (mồi ngược)

ESP External Sense Primer Mồi ngoài (mồi xuôi)

GCA General Combining Ability Khả năng kết hợp chung

HC Hương Cốm (Tên giống lúa)

HS Hoa Sữa (Tên giống lúa)

IFAP Internal Fragrant Antisense Primer Mồi trong (mồi xuôi)

INSP Internal Non-fragrant Sense Primer Mồi trong (mồi ngược) IRRI Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế

KDM105 Khao Dawk Mali 105 (Tên giống lúa)

KHTC Kiểu hình thâm canh

KL Khối lượng

NSLT Năng suất lý thuyết

NST Nhiễm sắc thể

NSTT Năng suất thực thu

PCR Polymerase chain reaction (phản ứng chuỗi trùng hợp)

ppb phần tỷ (ñơn vị tính)

ppm phần triệu (ñơn vị tính)

QTL Quantitative trait loci (Locút của gen ñiều khiển tính trạng số lượng) RLFP Restriction fragment length polymorphism

SCA Khả năng kết hợp riêng (Special Combining Ability)

SES Standard evaluation system for rice

SPME-GC Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography

Vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc ký khí SPME-GCMS Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography Mass Spectrum

Vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc ký khí khối phổ SSR Simple Sequence Repeat

Sự ña hình chiều dài các ñoạn cắt giới hạn

TGST Thời gian sinh trưởng

TT1 Tám Thơm Hải Hậu TT1 (Tên giống lúa)

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Mười alen ựược phát hiện kiểm soát mùi thơm của các giống lúa 10

1.9 So sánh kết quả ựánh giá mùi thơm bằng phương pháp ngửi và

1.10 Ảnh hưởng của các tổ hợp lai khác nhau lên sự phục hồi tắnh

2.1 Phân nhóm thời gian sinh trưởng ựể chọn khóm ở các thế hệ

3.2 đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng/giống lúa bố

3.4 Kết quả kiểm tra alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân tử ở các giống

3.5 Tần suất phân ly tắnh thơm ở thế hệ F2 của các tổ hợp lai thuận nghịch 65

3.6 Kết quả phân tích phương sai di truyền chiều dài hạt gạo và thời

3.7 Giá trị khả năng kết hợp chung của thời gian sinh trưởng và chiều

3.8 Giá trị khả năng kết hợp riêng ở tính trạng chiều dài hạt gạo của

3.9 Giá trị khả năng kết hợp riêng về thời gian sinh trưởng của 6

3.10 Một số tính trạng ñặc trưng ở một số vật liệu cần khai thác thông

3.11 Kết quả thống kê và phân loại cá thể theo thời gian sinh trưởng

3.12 Kết quả thống kê và phân loại cá thể theo chiều dài hạt trong

3.13 Kết quả thống kê cá thể có kiểu hình thâm canh trong từng nhóm

3.14 Kết quả thống kê cá thể có nội nhũ thơm ñậm (ñiểm 7) từ F2 ñến F7 79

3.16 Kết quả chọn lọc cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và

ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ðột

3.17 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai tích lũy 3 bố mẹ

3.18 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai tích lũy 3 bố mẹ

3.19 Kết quả chọn lọc cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và

3.21 Kết quả phân loại cá thể theo TGST, chiều dài hạt, kiểu hình và

ñiểm thơm ñậm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở thế hệ phân ly từ F2 ñến F7 90

3.22 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở các thế

3.23 Kết quả phân loại cá thể theo TGST, chiều dài hạt gạo, kiểu hình và

3.24 Kết quả chọn lọc theo mùi thơm của tổ hợp lai 7 bố mẹ ở các thế

tổ hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 ở vụ HT 2007 tại

hợp lai 3 bố mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 ở vụ Hè Thu 2007

3.27 Kết quả ñánh giá chất lượng 19 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 3 bố

mẹ Tép Hành ñột biến/ST3//ST1 trong vụ Hè Thu 2007 tại huyện

3.32 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng lúa thơm ST19-01 ñến

ST19-06 của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ HT 2007 tại Kế sách, tỉnh

3.33 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng lúa thơm từ ST19-07 ñến

ST19-12 của tổ hợp lai 4 bố mẹ ở vụ HT 2007 tại Kế sách, Sóc Trăng 107

3.34 Thành phần năng suất và năng suất của 12 dòng lúa thơm của tổ

3.35 Kết quả ựánh giá chất lượng 12 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 4 bố

3.37 đặc ựiểm nông sinh học, thành phần năng suất và năng suất của

6 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 6 bố mẹ ở vụ Hè Thu 2007 tại

3.38 Kết quả ựánh giá chất lượng của 5 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 6

3.40 đặc ựiểm nông sinh học của 12 dòng lúa thơm chọn từ tổ hợp lai

3.42 Kết quả ựánh giá chất lượng 4 dòng lúa thơm của tổ hợp lai 7 bố

3.43 Một số ựặc ựiểm cơ bản của giống lúa thơm ST20 so với Jasmine 85 120

3.44 Kết quả kiểm tra sự hiện diện của alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân

3.45 Số bông trên khóm trong vụ đông Xuân 2008-2009 và Hè thu

3.48 Năng suất lý thuyết trong vụ đông Xuân 2008-2009 và Hè thu

DANH MỤC HÌNH

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Trong những năm gần ñây, số lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng ñều ñặn, năm 2010 lượng gạo xuất khẩu ñạt tới 6,8 triệu tấn, thu về trên 3,2 tỷ

ñô la Mỹ cho ñất nước Số lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam xếp hàng thứ nhì trên thế giới sau Thái Lan Song về chất lượng, ña số gạo xuất khẩu của ta thuộc loại thấp và một ít ñạt loại trung bình nên hiệu quả kinh tế không cao, ñời sống người dân trồng lúa rất chậm cải thiện

Lúa thơm hạt dài, chất lượng cao luôn ñược khuyến khích gieo trồng ñể xuất khẩu, nhưng vì bộ giống lúa thơm trong nước hiện nay chưa ña dạng phong phú, tính thích ứng hẹp, các giống lúa thơm nhập nội có tiềm năng năng suất khá, gạo thơm ngon nhưng nhiễm nhiều loại sâu bệnh (rầy, bạc lá, ñạo ôn, khô vằn ) nên việc mở rộng diện tích rất khó khăn Giống lúa thơm hạt dài, chất lượng cao ñược chọn tạo trong nước còn rất ít, chưa ñáp ứng nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu

Mùi thơm là một trong những yếu tố rất quan trọng quyết ñịnh chất lượng gạo và cơm nhưng các nghiên cứu về ñặc ñiểm di truyền mùi thơm và hình thái hạt gạo, cũng như so sánh chất lượng mùi thơm của các giống lúa thơm khác nhau ở Việt Nam hiện nay chỉ mới bắt ñầu và kết quả còn hạn chế

Vì vậy, việc nghiên cứu bản chất các hợp chất thơm, so sánh chất lượng mùi thơm sẽ hữu ích cho các nhà chọn giống trong quá trình tạo chọn các giống lúa thơm mới cũng như thiết lập các tiêu chuẩn chọn lọc cho giống lúa thơm

Xuất phát từ thực tế ñó, ñề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm cao sản phục vụ nội tiêu và xuất khẩu” ñược triển khai thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu

Chọn tạo ựược giống lúa thơm ngắn ngày, năng suất cao, hạt gạo dài trong, chất lượng cao từ nguồn vật liệu lúa thơm ựịa phương, ựột biến và nhập nội

3 Nội dung nghiên cứu

để thực hiện ựược mục tiêu nêu trên, ựề tài cần phải giải quyết những nội dung nghiên cứu dưới ựây:

- đánh giá ựặc ựiểm nông sinh học, mùi thơm của vật liệu tham gia trong các thắ nghiệm

- Nghiên cứu ựặc ựiểm di truyền mùi thơm, chiều dài hạt, thời gian sinh trưởng thông qua lai dialen và ựánh giá sự phân ly tắnh trạng của các thế hệ con lai từ F2 ựến F7

- Chọn lọc cá thể thơm, năng suất cao, hạt thon dài, chất lượng cao, TGST ngắn qua các thế hệ ựể ựạt ựộ thuần ổn ựịnh

- Khảo nghiệm trình diễn các dòng thuần ở một số vùng ựể tìm hiểu khả năng hiện thực hóa giống mới trong sản xuất ựại trà

4 Những ựóng góp mới của luận án

- đánh giá mùi thơm của 13 giống lúa thơm bố mẹ bằng phương pháp cảm quan ựã phân chia thành 3 nhóm: Nhóm thơm ựậm (ựiểm 7) có Khaodawkmali 105; Nhóm thơm khá (ựiểm 5) có 6 giống (TT1, Hương cốm, ST5, Tám thơm ựột biến T1, ST3 ựột biến, Jasmine85); Nhóm thơm nhẹ (ựiểm 3) có 6 giống (Hoa sữa, ST1,ST3, Tám thơm ựột biến T2, T3, T4)

Xác ựịnh ựược các giống: Hương Cốm, Tám Thơm Hải Hậu TT1, ST5, Jasmine 85, và Hoa Sữa mang một cặp alen lặn của một gen chủ yếu kiểm soát mùi thơm, chiều dài hạt gạo và TGST của 5 giống này và CK96 ựược kiểm soát bởi hoạt ựộng của gen cộng tắnh và không cộng tắnh, trong ựó gen cộng tắnh chiếm ưu thế hơn Sử dụng cặp mồi ngoài (EAP và ESP) và cặp mồi

trong (IFAP và INSP) với phản ứng PCR xác ựịnh ựược 36 dòng, giống lúa thơm trong tập ựoàn nghiên cứu mang cặp alen thơm badh2.1

đánh giá mùi thơm bằng cảm quan so với phương pháp phân tắch ựịnh lượng chất 2-acetyl-1-pyrroline bằng vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc

kế khắ thu ựược kết quả như nhau Mùi thơm của lúa trồng trong vụ đông Xuân ựậm hơn so với ở vụ Hè Thu

Lai tắch lũy nhiều bố mẹ có mùi thơm sẽ chọn lọc ựược nhiều dòng thơm hơn tổ hợp lai ba Chọn lọc con lai có ựộ thơm cao ở từng thế hệ sẽ loại

bỏ ựược dòng bị ảnh hưởng của môi trường làm giảm ựộ thơm Chọn lọc ựể ựạt dòng thuần ở tổ hợp lai 3 bố mẹ và nhiều bố mẹ không khác biệt nhau về thế hệ

đã chọn tạo ựược 6 giống lúa thơm mới ngắn ngày, hạt dài ≥ 7,5 mm, thon, trong, hàm lượng amylose ≤ 20%, có kiểu cây mới, năng suất cao, thắch ứng với vùng thâm canh 2-3 vụ/năm của tỉnh Sóc Trăng, các giống ựều có một cặp alen thơm badh2.1, cơm thơm ngon, ựược nông dân chấp nhận mở rộng sản xuất

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu xác ựịnh rằng các giống lúa thơm ựịa phương, cải tiến và nhập nội ựều mang một cặp alen badh2.1 tham gia kiểm soát mùi thơm, vì vậy muốn tạo giống lúa thơm mới với những tắnh trạng mong muốn, cần chọn bố mẹ thơm có ắt nhất một trong những tắnh trạng mong muốn có thể di truyền ựược

- đã xác ựịnh ựược ựặc ựiểm di truyền về chiều dài hạt, mùi thơm, chất lượng cao và thời gian sinh trưởng làm cơ sở cho chương trình chọn tạo giống lúa thơm hạt dài, chất lượng cao, TGST ngắn

- Lai tắch lũy nhiều giống bố mẹ thơm với những tắnh trạng bổ sung khác nhau, chọn lọc cá thể thơm theo tiêu chuẩn ngay từ thế hệ F2 ựến các thế

hệ sau, chắc chắn thu ựược giống lúa thơm mới có kiểu cây thâm canh, năng suất cao, chất lượng tốt, TGST phù hợp

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Sử dụng các giống lúa Tám thơm ựịa phương (loài phụ Japonica) và

một số dạng lúa thơm ựột biến lai với các giống lúa thơm nhập nội ựã chọn ra

6 giống lúa thơm mới có kiểu cây thâm canh, năng suất cao, ngắn ngày, hạt thon dài trong, hàm lượng amylose thấp (<20%), trong ựó 3 giống ựược xếp loại chất lượng cơm rất ngon lần lượt là ST19>ST20> ST16, cả 6 giống mới ựều mang một cặp alen thơm badh2.1 Các giống này có thể gieo trồng trên vùng ựất thâm canh cao trong cơ cấu 2-3 vụ lúa/năm phục vụ cho tiêu dùng nội ựịa và xuất khẩu tại tỉnh Sóc Trăng

- đánh giá mùi thơm của gạo bằng cảm quan và bằng phân tắch hàm lượng chất 2-AP trên các giống lúa thơm cho kết quả như nhau nên trong quá trình chọn lọc các thế hệ ựang phân ly có thể sử dụng phương pháp ựánh giá cảm quan ựể tiết kiệm thời gian và kinh phắ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG

VÀ NGOÀI NƯỚC

1.1 Tài nguyên di truyền và nhu cầu giống lúa thơm chất lượng cao

Ở Việt Nam, lúa thơm bản ựịa ựược trồng trên cả ba miền Bắc, Trung, Nam Miền Nam có các giống lúa thơm nổi tiếng như Nàng Thơm Chợ đào, Nàng Hương, Tàu Hương; miền Trung nổi tiểng với lúa gié như Gié An Cựu

và lúa thơm; miền Bắc ựặc trưng với nhóm lúa Tám Tập ựoàn lúa Tám của Việt Nam là ựặc sản ựộc ựáo nổi tiếng từ ngàn xưa: hạt gạo nhỏ, trong, cơm dẻo, thơm ngon ựặc biệt đây là nguồn tài nguyên lúa hết sức quý giá của nước ta Trong tập ựoàn 142 giống lúa Tám, 36,6% thuộc loài phụ japonica và trong 21 giống lúa Tám có hương thơm cao ựã có 20 giống thuộc loài phụ

japonica (Trần Danh Sửu, 2008)[33] Lúa Tám mang nhiều tắnh trạng hạn chế

khả năng thâm canh như phản ứng ánh sáng ngày ngắn, thời gian sinh trưởng dài (160-180 ngày), cây cao (150-185 cm), mềm, dễ ựổ ngã, khả năng ựồng hóa ựạm thấp (ắt chịu phân ựạm), lá mỏng, dài, rủ, che khuất nhau, cổ bông khá dài, hạt xếp thưa,Ầ Do ựó, năng suất bị hạn chế (20-30 tạ/ha/vụ), diện tắch gieo trồng ngày càng giảm sút Lúa Tám thơm có ưu thế là chịu ựiều kiện khó khăn về ựất ựai, thời tiết tốt hơn, thơm và thường có giá bán cao hơn Các giống lúa bản ựịa của Ấn độ, Nhật Bản, Thái Lan, Việt Nam có yêu cầu chặt chẽ về nơi trồng Một số giống bản ựịa ở Việt Nam yêu cầu vùng ựất trồng phù hợp như giống Nàng Thơm Chợ đào chỉ trồng ở xã Mỹ Lệ, huyện Cần đước, tỉnh Long An; giống Séng Cù ở vùng cao biên giới tỉnh Lào Cai, Mường Khương, Bát Xát, Simakai thì cơm mới ngon (Nguyễn Văn Luật, 2008)[29]

1.2 đặc ựiểm di truyền một số tắnh trạng ở lúa

1.2.1 đặc ựiểm di truyền của một số tắnh trạng chất lượng hạt lúa

1.2.1.1 Di truyền và các yếu tố ảnh hưởng ựến tắnh thơm

a Sự di truyền tắnh thơm của lúa

Lúa trồng ở châu Á Oryza sativa L (spp indica or japonica) ựược cho

là bắt nguồn từ một hoặc cả hai loài lúa hoang châu Á O rufipogon Griff và

O nivara (Tian và cs., 2006[195]) Prathepha (2008)[145] nghiên cứu trên lúa hoang (O rufipogon) ựã phát hiện 16 cá thể thu thập ở Lào và một cá thể

thu ở Campuchia có sự hiện diện của ựột biến mất ựoạn 8 bp Quan sát này ủng hộ cho giả thuyết alen thơm ựã hiện diện trong lúa hoang và tắnh trạng này ựược nông dân chọn lọc trong suốt lịch sử canh tác

Di truyền của tắnh trạng thơm khá phức tạp, Dhulappanavar (1976)[75] cho rằng tắnh thơm do 4 gen bổ sung kiểm soát, trong ựó một liên kết với màu

sắc vỏ trấu và một liên kết với màu sắc ựỏ của mỏ hạt Nagaraju và cs

(1975)[137] ựã kết luận có 3 gen kiểm soát tắnh thơm Singh và Mani (1987)[167] xác ựịnh tắnh thơm do ba gen trội bổ sung Tripathi và Rao (1979)[197] kết luận mùi thơm ựược kiểm soát bởi 2 gen trội hoạt ựộng bổ sung và những gen này ựộc lập với những gen kiểm soát màu bẹ lá, màu vỏ trấu và màu mỏ hạt Hsieh và Wang (1988)[95] cho biết tắnh thơm ựược 2 gen

bổ sung kiểm soát hoặc trong vài trường hợp ựược kiểm soát bởi một gen lặn

Trong trường hợp ựột biến, Nguyễn Minh Công và cs (2007)[8] xác ựịnh tắnh

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

biến trội phát sinh từ các locus khác nhau (Nguyễn Minh Công và cs (2006)[7] Sarawgi và cs (2010)[155] nghiên cứu tổ hợp lai Gopalbhog và

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

Nghiên cứu của các tác giả như: Sood và Siddiq, (1978)[175]; Ding và cs (2009)[76]; Lorieux và cs (1996)[123]; Kato và Itani, (1996)[109]; Wanchana

và cs (2005)[204]; Sarhadi và cs (2007)[156]; Jinhua và cs (2006)[103]; Sun

và cs (2008)[179], Sarhadi và cs (2007)[156]; Bradbury và cs (2005)[57]

ñều cho rằng mùi thơm ñược kiểm soát bởi một gen lặn

Pinson và cs (1994)[143] giải thích rằng có nhiều lý do dẫn ñến sự

khác nhau trong nhận xét trên Một trong những lý do ñó là các tác giả trên ñã

sử dụng những giống khác nhau Ông gieo trồng 6 giống lúa: Jasmine 85,

A-301, Della-X2 và PI 457917, Dragon Eyeball 100 và Amber ñể phân tích gen thơm và nhận xét: Jasmine 85, A-301, Della-X2, PI 457917 chứa một cặp gen lặn kiểm soát tính thơm và chúng là những cặp alen với nhau; Dragon Eyeball

100 và Amber chứa hai cặp gen lặn và một trong chúng là dạng alen với Jasmine 85, A-301, Della-X2 và PI 457917 Kết quả này cũng phù hợp với

nghiên cứu của Lâm Quang Dụ và cs (2004)[13] cho rằng: mùi thơm của

giống DT122 và DT21 do một gen lặn kiểm soát, trong khi mùi thơm của giống CM6 và Dragon Eyeball do 2 gen lặn kiểm soát

Reddy và cs (1987)[149] cũng cho biết mùi thơm ñược kiểm soát bởi

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

Một vài nghiên cứu khác của Sun và cs (2008)[179]; Amarawthi và cs (2008)[47]; Bourgis và cs (2008)[56] ñã ghi nhận mùi thơm do nhiều hơn một gen lặn kiểm soát Trong nghiên cứu di truyền phân tử, Lorieux và cs

(1996)[123] ñã phát hiện QTL chủ yếu trên NST số 8, QTL phụ trên NST số

4 và NST số 12 liên kết với gen thơm Amarawathi và cs (2008)[47] báo cáo

thêm QTL liên kết với tính thơm trên NST số 3 Bằng kỹ thuật insilico,

Wanchana và cs (2005)[204] xác ñịnh ñược 5 chỉ thị phân tử SSR giữa

RM342 và RM223 liên kết chặt với tính thơm khoảng cách 1,1 cM ở tổ hợp lai của Khao Dawk Mali 105 và CT 9993, năm chỉ thị phân tử này ñều liên

kết chặt hơn với tính thơm và phân ly theo tỷ lệ 1:2:1 Kibria và cs

(2008)[105] ñã dùng ba chỉ thị phân tử RM223, RM342A và RM515 ñể ñánh giá 32 dòng lúa thơm; trong ñó RM223 xác ñịnh ñược 9/32 dòng thơm, RM342A xác ñịnh ñược 12/32 dòng thơm, RM515 xác ñịnh ñược 17/32 dòng

thơm Jinhua và cs (2006)[103] phân tích trên quần thể F2 của lúa thơm

Yuefeng B và lúa không thơm 320B bằng chỉ thị phân tử GR01 và RM223 Kết quả cũng ñề nghị mùi thơm ñược kiểm soát bởi một gen lặn liên kết với RM223 với khoảng cách 3,3 cM và GR01 với 5,7 cM

Chen và cs (2006)[66] ñã xác ñịnh vị trí gen thơm nằm giữa chỉ thị

phân tử L02 (CAP) và L06 với khoảng cách vật lý là 69 kb, trong vùng này có

ba gen Cah, Mccc2 và badh 2.1 mã hóa eukaryotic-type carbonic anhydrase, 3-methylcrotonyl-CoA carboxylase beta chain và betaine aldehyde

dehydrogenase Ding và cs (2009)[76] cũng xác ñịnh ñược locus gen thơm

nằm trong khoảng chỉ thị phân tử NS9 và L06 với khoảng cách vật lý 28 kb với 3 gen ứng cử mã hóa putative 3-methylcrotonyl-CoA carboxylase,

putative isoleucyl-tRNA synthetase và badh 2.1 Sun và cs (2008)[179] cũng

tìm ñược ba BAC clones AP004005, AP005301, AP005537 ñược phủ từ aro7 ñến RM515 AP005301, AP005537 có thể nằm trùng với BAC clone

AP004463, tức cùng một gen ñã ñược báo cáo bởi Bradbury và cs (2005)[57] Tao và cs (2008)[194] cũng ñề nghị chỉ thị phân tử AP004463-13

liên kết gần với gen thơm với khoảng cách di truyền 0,4 cM hơn so với chỉ thị phân tử AP005537-17 (1,6 cM)

Nghiên cứu về gen thơm, Fitzgerald và cs (2008)[79] phân tắch 464

mẫu lúa thơm nhận thấy một số giống có nguồn gốc ở Nam và đông Nam Á không có ựột biến mất ựoạn 8 bp vẫn có 2-AP nên kết luận không chỉ duy nhất ựột biến mất ựoạn 8 bp gây ra tắch lũy 2-AP mà còn có ắt nhất một ựột

biến khác gây ra sự tắch lũy 2-AP Trong trường hợp lúa ựột biến, Kuo và cs

(2005)[118] cũng phát hiện một dòng lúa có mùi thơm không liên kết với alen badh 2.1 Một ựột biến mất ựoạn 7 bp trên exon 2 của NST số 8 cũng ựược

Shi và cs (2008)[163] phát hiện trên quần thể lúa thơm của Trung Quốc ựược

ký hiệu là alen badh 2.2 Vai trò của BADH1 trên NST số 4 ựược Niu và cs

(2007)[141] nghiên cứu cho thấy BADH1 chỉ hoạt ựộng mạnh trong ựiều kiện mặn Trong khi ựó, badh 2.1 không ựóng vai trò tắch cực ựối với phản ứng

tắnh chịu mặn của lúa (Fitzgerald và cs., 2008)[81] Dựa vào chức năng sinh hóa, ựột biến mất chức năng của gen BADH1, Bradbury và cs (2008)[59] cho

rằng gen BADH1 cũng có thể kiểm soát mùi thơm tương tự như badh 2.1

trong ựiều kiện mặn và thiếu nước Tuy nhiên, Singh và cs (2010)[166] cho

biết ựột biến mất chức năng của badh 2.1 là yếu tố cơ bản ựể hình thành ựầy

ựủ chất thơm ở lúa thơm, hoạt ựộng của BADH1 là cung cấp chất ban ựầu ựể

hình thành 2-AP Niu và cs (2008)[140] cũng nghiên cứu biểu hiện của alen

badh 2.1 bằng kỹ thuật PCR phiên mã ngược (reverse-transcription PCR) trong ựiều kiện mặn ở các bộ phận khác nhau của cây lúa cho biết mức biểu hiện của alen badh 2.1 ựã ảnh hưởng ựến sự tắch lũy mùi thơm

Nghiên cứu về gen BADH2 ựột biến thành gen kiểm soát mùi thơm,

Kovach và cs (2009)[116] cho biết có ựến 10 kiểu ựột biến mới trong gen

badh2 liên quan ựến hương thơm của lúa (Bảng 1.1), trong ựó cặp alen badh

2.1 ựược Bradbury và cs (2005)[58]; Amarawathi và cs (2008)[47]; Bourgis

và cs (2008)[56]; Shi và cs (2008)[163]; Niu và cs (2007, 2010)[140], [141] nghiên cứu và badh2.2 do Shi và cs (2008)[163] nghiên cứu Một alen mới

ựược Daygon và cs (2010)[74] nghiên cứu trên giống Kai Noi Leung của Lào

phát hiện có ựột biến 806 bp ở exon 4 ựến exon 5 và dự kiến ựặt tên alen badh2.11

Bảng 1.1 Mười alen ựược phát hiện kiểm soát mùi thơm

của các giống lúa

badh 2.1 Basmati 370, KDM 105,

Nàng Thơm Chợ đào

Ấn độ, Thái Lan, Việt Nam

Mất ựoạn 8 bp

badh 2.2 Hsiang-Keng Nuo Trung Quốc Mất ựoạn 7 bp badh 2.3 Rassomotrafotsy Madagascar Mất ựoạn 2 bp badh 2.4 Pare Baine Pulut Indonesia Thêm ựoạn 1 bp

badh 2.8 Paw San Hmwe Myanmar Thêm ựoạn 3 bp badh 2.9 Pandan Wangi Indonesia Thay ựoạn

Alen dại Khẩu Tan Lương Việt Nam Chưa xác ựịnh

* Nguồn: Kovach và cs (2010)[116]

b Thành phần mùi thơm

Trong hương thơm của gạo có hơn 100 chất ựã ựược phát hiện (Yajima

và cs., 1979[208]; Tsuzuki và cs., 1981[198]) Ở Jasmine 85 có ắt ferulic acid

hơn Goolarah, Jasmine 85 và Goolarah lại có nhiều indole, Goolarah và YRF9

chứa nhiều 2-acetyl-1-pyrroline hơn lúa Pelde, trong lúc Basmati chứa nhiều nhất 2-phenylethanol và thấp nhất là hexanal trong tất cả các giống quan sát, giống YRF9 và Goolarah có mùi thơm dứa trong lúc Basmati có mùi bắp nổ

(Widjaja và cs., 1996[206]) Tại hội nghị lúa quốc tế lần thứ 3 tại Hà nội, Calingacion và cs (2010)[62] báo cáo có 519 chất bay hơi ở gạo jasmine mới

và basmati dự trữ, trong ñó có 66 chất ñóng vai trò chính trong mùi thơm của

jasmine Nghiên cứu về mùi thơm trên các giống lúa ñịa phương, Mathure và

cs (2010, 2011)[128], [130] cho biết các chất 2-AP, penta decanal, guaiacol,

benzyl alcohol, indole và vanilin ñóng vai trò chính tạo nên mùi thơm của

nhóm gạo Basmati, Ambemohar, Kolam, Indrayani ở Ấn ðộ Theo Yang và

cs (2008)[209], guaiacol, indole, p-xylene, myristic acid, nonanal, caproic

acid, penta decanal và pelargonic ảnh hưởng lớn ñến sự khác biệt mùi thơm giữa gạo lứt ñen và gạo trắng Riêng myristic acid, nonanal, (E)-β-ocimene và 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone là chất chủ yếu ở gạo lứt ñỏ (Sukhontha

và cs., 2009)[178]

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

thơm của lúa (Buttery và cs., 1983[60]) Chất này hiện diện ở lá, nhánh, vỏ trấu, vỏ cám và gạo trắng nhưng không có trong rễ lúa (Yoshihashi và cs.,

2002)[214] Nồng ñộ của chất 2-AP có từ 0,006 ppm tới 0,09 ppm ở gạo trắng

và nồng ñộ từ 0,1 ppm ñến 0,2 ppm ở gạo lứt (Buttery và cs., 1983[60]) Grim

và cs (2001)[89] cho biết dùng phương pháp vi chiết xuất trên pha rắn ghép

với sắc ký khối phổ có thể phân tích 2-AP với lượng mẫu nhỏ 0,75 g Phan

Phước Hiền và cs (2008)[20], [21] cho biết sử dụng phương pháp vi chiết xuất

trên pha rắn ghép với sắc kế khí và vi chiết xuất trên pha rắn ghép với sắc kế khối phổ phân tích hàm lượng 2-AP chính xác và phù hợp ñối với gạo thơm

Các giống lúa thơm ñều có 2-AP nhưng ñộ thơm của các giống khác

nhau do nồng ñộ 2-AP trong gạo (Ahmed và cs., 1995)[44] Trong cùng một

giống, mùi thơm có tương quan thuận với thời gian sinh trưởng và tương quan

nghịch với số hạt chắc/bông (Mathure và cs., 2011)[129] Một nghiên cứu khác do Nguyễn Lộc Hiền và cs (2006)[94] ñịnh lượng 2-AP bằng GC-MS-

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

c Ảnh hưởng của môi trường ñến tính thơm

Mùi thơm phụ thuộc theo mùa vụ gieo trồng, loại ñất, ñịa ñiểm và ñộ phì của ñất (Somrith, 1996)[174] Lúa thơm trồng các vùng sinh thái khác

nhau sẽ có ñộ thơm khác nhau (Ahmad và cs., 2010)[42] Sự hình thành và

duy trì mùi thơm ñược gia tăng nếu trong giai ñoạn hạt vào chắc nhiệt ñộ xuống thấp và phụ thuộc vào biên ñộ nhiệt (Meng và Zhou, 1997)[133] Hàm lượng 2-AP còn bị ảnh hưởng bởi khô hạn Khô hạn trong giai ñoạn chín sữa làm tăng hàm lượng 2-AP nhưng khô hạn ở giai ñoạn chín vàng thì không tăng và hàm lượng 2-AP tăng cao nhất trong khoảng 4-5 tuần sau trổ, sau ñó

giảm dần (Yoshihashi và cs., 2002[215]) Cho nên, tháo cạn nước ở giai ñoạn vào chắc sẽ thuận lợi cho việc hình thành mùi thơm (Rohilla và cs., 2000[152]) Cho nên, Goufo và cs (2010)[85] cho biết cần thu hoạch sớm ñể

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

Phân và bón phân cho lúa là cần thiết ñể tăng năng suất và sản lượng, bón phân ñạm cho lúa thơm sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng và hương vị của

cơm nấu Suwanarit và cs (1996, 1997)[182], [181] cho biết mùi thơm, ñộ

mềm cơm, màu sáng trắng, ñộ dính của gạo Khao Dawk Mali 105 bị ảnh hưởng tỷ lệ cân ñối phân ñạm với phân khác Nếu bón nhiều kali hơn lượng dùng phổ biến ñể ñạt năng suất tối ña thì sẽ làm tăng mùi thơm và góp phần làm cho hạt gạo sáng hơn nhưng ñộ mềm cơm giảm Bón tăng lượng kali

cũng ñược Bahmaniar và cs (2007)[50] nghiên cứu và cho biết ñã làm ñộ

bền thể gel cứng lên Bón cân ñối giữa ñạm và lưu huỳnh sẽ làm tăng mùi

thơm của lúa (Srivastava và cs., 2007)[176] Phun chất kích thích sinh trưởng cũng ảnh hưởng ñến mùi thơm, Goufo và cs (2011)[86] cho biết

phun chất kích thích sinh trưởng như GA3, 3-indole acetic acid, paclobutrazol ở giai ñoan lúa trổ 25% làm giảm hàm lượng 2-AP tuần tự là 19%, 9% và 22% Kongkiattikajorn (2007)[114] cho biết hàm lượng 2-AP trong gạo dự trữ ở 250C sau 7 tháng giảm từ 562,35 ppb còn 274,25 ppb, ở

350C giảm còn 112,42 ppb

Qua kết quả nghiên cứu về thành phần tính thơm của lúa và các yếu tố ảnh hưởng ñến tính thơm, cho thấy chất 2-AP ñóng vai trò chính ảnh hưởng ñến ñộ thơm, không có một hợp chất riêng rẽ nào có thể mang lại một mùi dễ chịu cho cơm của gạo ñặc sản hay gạo thường mà ñó là kết quả của sự phối hợp của những chất bay hơi khác nhau Hầu hết những chất bay hơi khi nấu cơm gạo thường cũng như gạo thơm ñều giống nhau, chúng chỉ khác nhau về

tỷ lệ mà thôi Do vậy cần tìm ra một tỷ lệ thích hợp của nhiều hợp chất bay hơi ñể tạo thành mùi hấp dẫn này ở gạo thơm Tính thơm chịu ảnh hưởng rất lớn của biện pháp canh tác và môi trường Thêm vào những yếu tố trên ñồng, cần chú ý ñến những yếu tố khác như ñiều kiện kho chứa, phương pháp chế biến, xay xát, cách nấu cơm, ñồ cơm, ñều ảnh hưởng ñến mùi thơm

1.2.1.2 Di truyền của chiều dài hạt gạo

Chiều dài và hình dạng hạt gạo ựược phân nhóm theo tiêu chuẩn của Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế Thị hiếu về chiều dài và hình dạng hạt gạo thay ựổi tuỳ theo từng thị trường Có thị trường thắch gạo hạt tròn, có nơi thắch gạo dài trung bình, nhưng hạt gạo thon dài có xu hướng ựược ưa chuộng nhiều nhất trên thị trường quốc tế Các nước châu Âu, Trung đông, vùng Caribê, Singapore, Malaysia, Hồng Kông ưa chuộng gạo hạt dài có phẩm chất cao

Kắch thước hạt quyết ựịnh khối lượng hạt, là một trong ba thành phần năng suất (số bông/m2, số hạt chắc/bông và khối lượng hạt) Kắch thước hạt

bao gồm chiều dài, chiều rộng và ựộ dày hạt (Fan và cs., 2006)[77] Về di truyền kắch thước hạt, Singh và cs (2000)[171] ựã trắch dẫn của các tác giả

nghiên cứu trước cho rằng chiều dài hạt ựược kiểm soát bởi một gen (Chao,

1928; Ramiah và cs., 1931), hai gen (Bollich, 1957), ba gen (Ramiah và Parthasarathy, 1933), và ựa gen (Jones và cs., 1935; Morianga và cs., 1943; Mitra, 1962; Nakatat và Jackson, 1973; Chang, 1974; Somrith và cs., 1974),

ba alen (Hsieh và Wang, 1988), ựa gen có tắnh chất cộng và trội (Jones và cs., 1935; Poonai, 1966; Somrith và cs., 1974)

Trong các tổ hợp lai giữa các giống có chiều dài hạt tương tự, có thể xảy ra sự phân ly tăng tiến dương nhờ vào các gen phụ bổ sung về kắch thước hạt và ở các tổ hợp lai giữa các giống có kắch thước hạt rất lớn hoặc rất nhỏ,

ựa số trường hợp kắch thước hạt ựược kiểm soát bởi một số gen chủ yếu

(Takeda, 1990)[187] Nghiên cứu trên giống Fusayoshi, Takamure và cs (1995)[184] ựã xác ựịnh ựược gen trội không hoàn toàn Lk-f nằm trên NST số

3 Gen lk-l(t) kiểm soát chiều dài hạt của giống N179 và gen trội không hoàn toàn Lk-2(t) nằm trên NST số 11 kiểm soát chiều dài hạt giống N182

(Takamure và cs., 1995)[184] Takeda và Kato (1992)[188] thực hiện tổ hợp

lai giữa IRAT 13 (9,2 mm) và Gimbozu (5,8 mm) ựã kết luận có hai gen kiểm

soát chiều dài hạt của IRAT 13 là Lk-i-1 và lk-i-2 Nghiên cứu trên dòng IMR

39, Kato và Takeda (1992)[110] tìm ñược gen Lk-g(t), không ñẳng vị với gen quy ñịnh chiều dài hạt của giống Fusayoshi và IRAT 13 Lk-4(t) nằm giữa hai chỉ thị phân tử P1- EcoRV và P2-SacI với khoảng cách di truyền 0.90 cM và

0.50 cM (Zhou và cs., 2006)[219] Nghiên cứu trên lúa dại Oryza glumaepatula (IRGC 105668) của Brazil, Sobrizal và Yoshimura (2008)[173]

phát hiện gen sk1 nằm trong khoảng chỉ thị phân tử RFLP C679 và C560 trên cánh dài của NST số 2 với khoảng cách 2,8 và 1,5 cM

Ming-wei và cs (2005)[134] phân tích di truyền ở quần thể F2 của tổ

hợp lai Shuhui 881/Y34 và Shuhui 527/Y34 ñã xác ñịnh chiều dài hạt rất ngắn của giống Y34 ñược kiểm soát bởi một gen trội hoàn toàn Mi3(t) và gen này nằm trên cánh ngắn của NST số 3 giữa chỉ thị phân tử SSR RM282 (khoảng cách di truyền 5,1cM) và RM6283 (khoảng cách di truyền 0,9 cM)

Tan và cs (2000)[190] phân tích trên quần thể F2, F3 và quần thể cận

giao F10 của tổ hợp lai Zhenshan 97 và Minghui 93, cho rằng có bốn QTL nằm trên các NST 2, 3, 7, 11 kiểm soát chiều dài hạt lúa, trong ñó QTL nằm

trên NST số 3 có vai trò chính kiểm soát chiều dài hạt Jiang và cs

(2005)[101] ñịnh danh QTL trên NST số 10 cho 30,6% biến dị ña hình, làm

tăng chiều dài hạt 0,18 mm Xiao và cs (2006)[207] xác ñịnh thêm 1 QTL

trên NST số 1 cho 10% biến dị ña hình Nghiên cứu tổ hợp lai D50

(javanica)/HB277 (indica), Shao và cs (2010)[161] ñã phát hiện một QTL qGL7-2 nằm giữa chỉ thị phân tử RM351 và RM234 trên NST số 7 Fan và cs

(2006)[77] xác ñịnh QTL GS3 nằm ở sát tâm ñộng của NST số 3 là QTL ñóng vai trò chính (GenBank số: DQ355996) Sự ñột biến thay thế một

nucleotít C thành A ở exon số hai của GS3 (A alen) (Fan và cs., 2009)[78] ñã ñiều khiển tăng chiều dài hạt và A alen chỉ thể hiện ở Oryza sativa, Oryza nivara và Oryza rufipogon (Takano-Kai và cs., 2010)[185] Qin và cs

(2008)[146] cũng xác ựịnh 3 QTL (qGL 1, qGL 3 và qGL 10) kiểm soát chiều dài hạt tuần tự nằm trên NST số 1, 3 và 10 Trong ựó, qGL 10 ựã ựược Jiang (2005)[101] nghiên cứu nằm ở khoảng RM304 - RM147 trên NST số 10 của

tổ hợp lai giữa Zhenshan 97 (indica) và WYJ-2 (japonica) và qGL 1 và qGL

3 ựược Wan (2005)[203] nghiên cứu ở tổ hợp Asominori/IR24 trên NST số 1

và 3 Lou và cs (2009)[124] cũng nghiên cứu qGL 3 nằm trong khoảng

RM3204 và RM16 trong các dòng lúa cận giao tái tổ hợp ở thế hệ F8 của tổ hợp lai Chuan7/Nanyangzhan và cho biết qGL 3 cùng locus với GS3 và cho rằng nên dựa vào QTL này ựể chọn giống lúa chất lượng Do ựó, Ramkumar

và cs (2010)[147] thiết kế hệ thống chỉ thị phân tử có tên là DRR-GL sử dụng

phương pháp PCR với hai cặp mồi gồm cặp mồi ngoài (EFP và ERP) và cặp mồi trong (IRSP và IFLP) phục vụ cho chọn giống nhờ chỉ thị phân tử

Tắnh trạng kắch thước hạt là tắnh trạng di truyền số lượng (Takeda,

1984)[186] McKenzie và cs (1983)[131] ựã nghiên cứu sáu tổ hợp lai

SD7/72-3764, CI9858/DDI, L-201/M7, 7601014/ED7, 7803012/M-101 và SD7/B18355, ở thế hệ F2 thấy hiện tượng phân ly tăng tiến dương về chiều dài lẫn chiều rộng hạt, tác giả kết luận: chiều dài và chiều rộng hạt ựược kiểm soát bởi những gen số lượng Theo Kato (1989)[106], chiều dài hạt ựược kiểm soát bởi các alen trội có xu hướng gây ra trung bình chiều dài hạt của con lai ngắn hơn trung bình chiều dài hạt của bố mẹ Murai và Kinoshita (1986)[135] cho rằng, chiều dài hạt dài hơn là trội và Kato (1989)[106] cho rằng, có thể họ

sử dụng vật liệu có chiều dài hạt ngắn (biến ựộng từ 6,3 Ờ 6,9 mm) Takita, (1986)[189] và Takamure và Kinoshita (1987)[183] chứng minh alen hạt ngắn

hơn là trội hoàn toàn so với alen hạt dài thì Yoshimura và cs (1982)[216]

nhận thấy alen lặn gây ra hạt ngắn hơn

đánh giá hoạt ựộng của gen và tương tác gen giữa các locus ựiều khiển tắnh trạng số lượng như là một yếu tố di truyền theo thuyết Mendel ở các tổ

hợp lai cùng dòng tái tổ hợp từ lai chéo giữa BG1 và giống hạt ngắn Koshihikari, Kato (1998)[108] ñã xác ñịnh: tất cả các gen kiểm soát hạt dài trong các locus ñiều khiển tính trạng số lượng ñược phân lập ñều lặn so với các gen kiểm soát hạt ngắn Chiều dài hạt ñược phân tích theo mô hình của Hayman và Griffing với 8 giống lúa, kết quả chiều dài hạt ñược ñiều khiển bởi hoạt ñộng của các gen không cộng tính, ảnh hưởng siêu trội, tần số alen lặn chiếm ưu thế với xu thế con lai F1 có chiều dài hạt ngắn hơn cha mẹ (Kiều Thị Ngọc, 2002)[32] Nghiên cứu khả năng di truyền kích thước hạt qua các giống BG1, Arborio J1, Taihou, Nakateshinsenbon và Koshihikari, Kato (1990)[107] kết luận: chọn lọc dựa vào kích thước hạt sẽ có kết quả ở các thế hệ phân ly sớm Chiều dài và hình dạng hạt di truyền ñộc lập với nhau có thể kết hợp theo

ý muốn ngoại trừ kiểu hạt rất dài và to Hơn nữa có thể kết hợp bất kỳ hình thức nào về chiều dài hạt và hình dạng hạt với những ñặc ñiểm về phẩm chất như kiểu gạo, hàm lượng amylose, hay với kiểu cây và thời gian sinh trưởng

(Jengnings và cs., 1979)[100] Nhằm nghiên cứu liên quan bốn ñặc tính: chiều dài, chiều rộng, ñộ dày và khối lượng của hạt, Rao và cs (1989)[148] ñã phân

tích tổ hợp lai Basmati x IR 1469, hạt F1 có giá trị trung gian của cha mẹ Ở tổ hợp lai Basmati/Pairam 242 thì chiều rộng, ñộ dầy và khối lượng hạt có giá trị trung gian của cha mẹ Qua phân tích ñã kết luận: chiều dài và chiều rộng hạt ñược di truyền ñộc lập và ñược kiểm soát bởi các gen khác nhau, ñộ dầy hạt phụ thuộc vào tương quan của chiều dài và chiều rộng hạt

Về khả năng chọn lọc giống theo kích thước hạt, Jennings và cs

(1979)[100] cho rằng: chiều dài và hình dạng hạt di truyền số lượng Hạt F1 có kích thước trung bình giữa cha mẹ, F2 phân ly tăng tiến cho cả hạt dài lẫn hạt tròn, chiều dài hạt và hình dạng hạt ñược ổn ñịnh rất sớm trong các thế hệ phân

ly Nếu kiểu hạt mong muốn không xuất hiện ở thế hệ F2 thì khó có thể tìm ra dạng hạt tốt hơn ở F3 Ngược lại nếu kiểu hạt ưa thích ñã xuất hiện ở F2 thì ít

khi phân ly ở thế hệ kế tiếp ðiều này cho thấy rằng, phải chọn ngay ở thế hệ F2 của các cặp lai đơn hoặc trên quần thể F1 của các cặp hồi giao, lai ba, lai kép ðồng quan điểm với Jenning, Surek và Beser (2005)[180] cũng cho rằng, chọn kích thước hạt gạo ở thế hệ phân ly sớm sẽ thu được kết quả mong muốn

Phương pháp chọn lọc bố mẹ phục vụ cho lai tạo được xem như là yếu

tố cơ bản Phân tích dialen sẽ cho biết thơng tin về bản chất và giá trị thực của các tham số di truyền, khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng của các bố mẹ và các con lai Cĩ hai tiếp cận quan trọng nhất của phân tích dialen

là tiếp cận Hayman và Griffing (Trần Văn Diễn và Tơ Cẩm Tú, 1995)[12] Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2003)[6], Griffing đưa ra bốn phương pháp phân tích khác khau trong lai dialen Trong đĩ phương pháp I được ứng dụng rộng rãi hơn cả, mơ hình tốn học để phân tích khả năng kết hợp của các vật liệu lai bao gồm ba thành phần là khả năng kết hợp chung (GCA), khả năng kết hợp riêng (SCA) và ảnh hưởng lai đảo Giá trị GCA biểu thị khả năng của bố mẹ kết hợp trên cơ sở hoạt động của gen cộng tính Giá trị SCA biểu thị khả năng của một cặp bố mẹ kết hợp nhau trên cơ sở hoạt động gen khơng cộng tính, điều kiện tạo ra hiện tượng ưu thế lai

Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2003)[6] cho rằng tỷ số [2σ2GCA/(2σ 2GCA+ σ2SCA)] được xem như một yếu tố dự đốn đáng tin cậy

Tỷ số này càng gần bằng 1, giá trị dự đốn về GCA càng lớn ðề cập đến

tầm quan trọng của SCA, Bùi Chí Bửu và cs (2000)[6] cho rằng: thơng qua

phân tích số liệu lai dialen của từng cặp lai đơn, giá trị trung bình của mỗi cá thể con lai đều phải lệ thuộc vào giá trị GCA và SCA Nếu SCA khơng cĩ ý nghĩa thì tạm chấp nhận hiệu quả của con lai trong cặp lai đơn cĩ thể được

dự đốn trên cơ sở GCA Con lai cĩ triển vọng nhất cĩ thể sẽ được sản xuất

từ tổ hợp lai cĩ bố hoặc mẹ cĩ giá trị GCA cao nhất và nếu giá trị SCA cĩ ý nghĩa, cĩ thể khẳng định sự quan trọng của những tương tác cĩ hiệu quả

trong từng cặp lai ñơn cụ thể Nguyễn Thạch Cân và cs (2001) dựa vào giá trị SCA cao của các bố mẹ ñã chọn ñược 2 giống OM2490 và OM2492

1.2.2 Các chỉ tiêu về chất lượng hạt gạo

Chất lượng hạt lúa ñược ñánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu, xếp thành

ba nhóm chất lượng dinh dưỡng, chất lượng thương phẩm hay chất lượng kinh tế và chất lượng sử dụng (Nguyễn Thị Trâm, 2001)[39]

Lúa thơm phải có nét ñặc trưng cơ bản về mùi thơm từ thơm nhẹ ñến thơm ñậm Nhóm lúa này phải có một số chỉ tiêu quan trọng khác như là chiều dài, chiều rộng hạt gạo, hàm lượng amylose, nhiệt hóa hồ, ñộ bền thể

gel và vị nếm Singh và cs (2000)[169] cho biết lúa thơm ñược phân thành ba

nhóm như Basmati, Jasmine và trung gian giữa Basmati và Jasmine; nhóm Basmati có nguồn gốc ở Ấn ðộ và Pakistan, hàm lượng amylose trung bình, nhiệt hóa hồ từ thấp ñến trung bình, ñộ bền thể gel trung bình; ngược lại nhóm Jasmine (Thái Lan) có hàm lượng amylose và nhiệt hóa hồ thấp và ñộ bền thể gel mềm Các nước xuất khẩu gạo thơm nhiều như Thái Lan có tiêu chuẩn gạo thơm Thai Hom Mali (B.E 2541) và Ấn ðộ (Bảng 1.2) cũng có tiêu chuẩn cho lúa thơm

Tiêu chuẩn gạo thơm Thai Hom Mali (B.E 2541)

a Là gạo thơm, ñược xay xát từ giống có tên trong danh mục ñược

Bộ Nông Nghiệp và Hợp Tác Thái Lan công nhận

b Hạt gạo dài hơn 7 mm, thon, hàm lượng amylose từ 12 - 19%

c Ẩm ñộ ≤ 14%

d Có 3 cấp hạng: thượng hạng, hạng tốt và hạng cao trung bình tuỳ mức ñộ lẫn giống Phần hình thức (% tấm) phân hạng theo tiêu chuẩn B.E.2540 (gạo thường)

(trích dẫn theo Hồ Quang Cua và Ong Tài Thuận, 2002)[10]

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn chọn giống lúa thơm Basmati

Tỷ lệ hạt nở dài sau khi nấu

Chiều rộng hạt sau khi nấu

20-22 cấp 4 hoặc 5

> 4 lần

> 1,8

< 2,4 mm Không dính, cơm chặt mềm, không vỡ

Trắng sáng Thơm ñậm

Vị ngọt

* Nguồn: Singh và cs (2000)[172]

1.2.2.1 Hàm lượng amylose

Chất lượng nấu ăn và nếm thử ñược xác ñịnh bởi hàm lượng amylose

và nhiệt hóa hồ mà ít phụ thuộc vào hàm lượng protein Người Việt Nam thường thích cơm mềm nhưng lại ráo và ñậm Nếu hàm lượng amylose trung bình từ 22-24% thì nhiệt hóa hồ cũng trung bình và cơm sẽ mềm; nếu hàm lượng amylose từ 25-26% thì cơm hơi khô nhưng lại cứng; hàm lượng amylose nhỏ hơn 22%, cơm hơi ướt và nhạt (Nguyễn Thị Trâm, 2001)[39]

Singh và cs (2000)[171] ñã thống kê cho thấy, hàm lượng amylose

ñược kiểm soát bởi một gen và một gen phụ bổ sung, hai gen bổ sung hoặc ảnh hưởng số lượng alen (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Kiểu gen kiểm soát di truyền hàm lượng amylose

1 Một gen trội không hoàn

toàn

Seetharaman (1959); Kahlon (1965); Bollich

và Webb (1973); Somrith (1974); Chang và

Li (1981); Chauhan và Nanda (1983); Huang

và Li (1990)[96]

2 Hai gen bổ sung Stansel (1966); Hsieh và Wang (1988)[95];

McKenzie và Rutger (1983)[131]

3 Hai gen trội với HL

amylose cao có tính trội

hơn HL amylose thấp

Heda và Reddy (1986)

4 Ảnh hưởng số lượng alen Kumar và Khush (1986, 1987); Heu và Park

(1976); Okuno và cs (1983); Okuno và Yano (1984); Shen và cs (1990)[162]; (Lin,

1989)[121]; Zhang và Peng (1996)[217]

* Nguồn: Singh và cs (2000)[171]

Huang và Li (1990)[96] xác ñịnh hàm lượng amylose ñược kiểm soát bởi một gen chủ yếu và một số gen bổ sung Hàm lượng amylose cao và trung

bình trội hoàn toàn so với hàm lượng amylose thấp Shen và cs (1990)[162]

cho rằng hàm lượng amylose do một gen kiểm soát, gen kiểm soát hàm lượng amylose cao trội hoàn toàn với gen kiểm soát hàm lượng amylose thấp khi lai giữa nhóm Indica có hàm lượng amylose cao và lúa nếp Tuy nhiên, trong tổ hợp lai giữa lúa Indica có hàm lượng amylose thấp và lúa nếp thì tính di truyền amylose ñược kiểm soát bởi gen số lượng ðộ dẻo ñược kiểm soát bởi một gen lặn wx (Lin, 1989)[121], nên nội nhũ của gạo nếp chỉ chứa amylopectin với kiểu gen 3n=wxwxwx, ngược lại ở gạo tẻ bao gồm cả

amylose và amylopectin ñược kiểm soát bởi gen trội Wx Hoạt ñộng tính trội của alen Wx không bị ảnh hưởng do thay ñổi hàm lượng amylose của cây bố, nhưng số lượng alen trội Wx ảnh hưởng ñến hàm lượng amylose trong nội nhũ (Heu và Park, 1976[93]; IRRI, 1976)[97] Alen Wxa quy ñịnh hàm lượng amylose cao, trội không hoàn toàn so với alen Wxb quy ñịnh hàm lượng amylose thấp Wxa hiện diện ở hầu hết lúa Indica và Wxb ở lúa Japonica

(Zhao và cs 2010)[218] Ngoài ra, người ta còn thấy các alen khác như: Wxin

do sự thay thế serine bằng tyrosine ở exon 6 phân biệt ñược giống có hàm lượng amylose cao và trung bình; alen Wxop do sự thay thế axít aspartic bằng

glycine ở exon 4 gây ra nội nhũ mờ ñục (Fitzgerald và cs 2008)[80]

Zhang và Peng (1996)[217] nghiên cứu ñặc ñiểm di truyền hàm lượng amylose của 7 cha mẹ có màu vỏ cám ñen, nâu, ñỏ và trắng và hàm lượng amylose từ 0,93% ñến 30,13% Kết quả chỉ ra ảnh hưởng cộng trội ñóng vai trò quan trọng ñối với sự di truyền của hàm lượng amylose

Chọn cá thể có hàm lượng amylose mong muốn, cần tiến hành ở thế hệ phân ly ñầu (F2) sẽ cho hiệu quả tốt hơn Chọn lọc con lai ñang phân ly ở thế hệ muộn có hàm lượng amylose trung bình sẽ không có hiệu quả, bởi vì ảnh hưởng tích luỹ về lượng của amylose sẽ xảy ra ở các thế hệ sau ñó (Kumar và Khush, 1986)[117] Môi trường gây nên sự biến ñộng ñến hàm lượng amylose Hàm lượng amylose có thể biến ñổi khoảng 6% ở cùng một số giống khi chuyển vùng trồng từ nơi này ñến nơi khác hay từ vụ này sang vụ khác Hàm lượng amylose trong tinh bột nội nhũ bị ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ môi trường

1.2.2.2 Hàm lượng protein tổng số

Hàm lượng protein là một chỉ tiêu quan trọng ñối với chất lượng dinh dưỡng của hạt gạo Protein có trong gạo ñược ñánh giá cao hơn so với các loại ngũ cốc khác vì lượng lysine chiếm trung bình khoảng 4% protein Hàm lượng protein của lúa thường trung bình khoảng 7% ở gạo xát trắng và 8% ở

gạo lứt Phẩm chất protein của gạo tuỳ thuộc vào lượng protein trong hạt Khi lượng protein tăng, do di truyền hay do canh tác, thì lượng protein mất trong lúc xay xát cũng giảm, chứng tỏ phần lớn protein tăng thêm không phải ở trong cám Như vậy, về mặt dinh dưỡng, gạo có protein cao tốt hơn

gạo có lượng protein bình thường (Jennings và cs., 1979)[100] Các nhà

chọn giống ựã cố gắng nâng cao hàm lượng protein trong hạt nhưng ắt thành công Nghiên cứu của Chang và Somrith (1979)[63] cho biết di truyền tắnh trạng protein do ựa gen ựiều khiển và có hệ số di truyền khá thấp; có thể do ảnh hưởng tương tác mạnh mẽ giữa kiểu gen và môi trường Trong quá trình canh tác, nếu không bón hay bón ắt ựạm, thì các giống lúa cao sản chỉ chứa một lượng protein tương ựương với lúa ựịa phương Nhưng khi ựược bón nhiều ựạm và áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác thì hàm lượng protein

sẽ tăng (Jennings và cs., 1979)[100]

1.2.2.3 Nhiệt hóa hồ

Khi hạt tinh bột ựược tác ựộng bởi nhiệt ựộ hoặc hóa chất thì các phân

tử tinh bột bị phá vỡ thông qua sự nóng chảy hay còn gọi là nhiệt hóa hồ (Vũ

Hiếu đông và cs., 2005)[16] Nhiệt hóa hồ có thể liên quan một phần với

lượng amylose của tinh bột Nhiệt hóa hồ thấp không liên hệ chặt với lượng amylose cao, thấp hay trung bình Gạo có nhiệt hóa hồ cao có phẩm chất kém

(Jennings và cs., 1979)[100]

Kết quả nghiên cứu về di truyền của nhiệt hóa hồ ở Bảng 1.4 cho thấy:

nhiệt hóa hồ ựược ựiều khiển bởi một gen (IRRI, 1976[97]; Choi và cs.,

1980[70], McKenzie và Rutger, 1983)[131]) Một số nghiên cứu khác của

Heu và Park (1976)[93]; McKenzie và Rutger (1983)[131]; Choi và cs

(1980)[70] lại cho rằng nhiệt hóa hồ ựược ựiều khiển bởi một gen chắnh và

vài gen phụ bổ sung Chen và cs (1992)[65] ựã cho rằng: hai gen ựiều khiển

nhiệt hóa hồ Tuy nhiên, vai trò ựa gen cũng ựược ựề cập ựến (Heda và

Reddy, 1986)[92] Năm 1976, IRRI công bố nhiệt hóa hồ cao trội không

hoàn toàn so với nhiệt hóa hồ thấp [97] Sau ñó, Chen và cs., 1992[65] và Kiani và cs., 2008[113] báo cáo nhiệt hóa hồ cao trội hoàn toàn so với nhiệt hóa hồ thấp Nhiệt hóa hồ cao là lặn so với nhiệt hóa hồ thấp (Choi và cs.,

1980)[70] Các kết quả trên cho thấy, không có sự ổn ñịnh về số gen ñiều khiển nhiệt hóa hồ cũng như mối quan hệ giữa tính trội và tính lặn

Sự khác nhau giữa các nhiệt hóa hồ cao, trung bình và thấp ñược ñiều khiển bởi một dãy alen ở cùng một locus, cộng với vài gen phụ bổ sung Alen trội Alk quyết ñịnh tạo thành nhiệt hóa hồ cao, alen alkb lặn quyết ñịnh hình thành nhiệt hóa hồ trung bình và alka lặn so với Alk và alkb tạo kiểu nhiệt hóa

hồ thấp, chọn lọc con lai có nhiệt hóa hồ trung bình từ các tổ hợp lai giữa nhiệt hóa hồ cao và nhiệt hóa hồ thấp sẽ khó ñạt kết quả tốt (Lê Cẩm Loan và Khush, 1997)[28] Nhiệt hóa hồ còn là tính trạng dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường, theo

sự thay ñổi nhiệt ñộ trong giai ñoạn hạt vào chắc (Heu và cs., 1976)[93]

Bảng 1.4 Kiểu gen kiểm soát di truyền nhiệt hóa hồ

Hai gen với hoạt ñộng tích lũy Tomar và Nada (1984)

Ảnh hưởng cộng và trội Hsieh và Wang (1988)

hơn (Khush và cs., 1979)[112] Cơm nấu có ựộ bền thể gel cứng sẽ khô cứng nhanh hơn cơm nấu có ựộ bền thể gel mềm Tang và cs (1991)[191] ghi

nhận: ựộ bền thể gel ựược kiểm soát bởi ựơn gen, như geca ựiều khiển ựộ bền thể gel trung bình, gecb ựiều khiển ựộ bền thể gel mềm (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Kiểu gen kiểm soát di truyền ựộ bền thể gel

Một gen; gel cứng trội; ảnh hưởng

tế bào chất

Chang và Li (1981)[64]

Một gen với nhiều gen phụ bổ sung Tang và cs (1989, 1991)[192],

[191]; Kiani và cs (2008)[113]

Tang và cs (1989)[192] cũng cho rằng: ựộ bền thể gel ựược ựiều khiển

bởi ựơn gen và nhiều gen phụ bổ sung Độ bền thể gel biến ựộng rất lớn giữa hai vụ Đông xuân và Hè thu, giữa các ựiểm canh tác khác nhau (Bùi Chắ Bửu

và Nguyễn Thị Lang, 2000)[5] độ bền thể gel cứng trội hơn ựộ bền thể gel cấp

trung bình và mềm (Kiani và cs., 2008)[113] Tang và cs (1989)[193] khảo sát

ựộ bền thể gel và nhiệt hóa hồ của 45 giống lúa có hàm lượng amylose thấp cho thấy, về ựộ bền thể gel có 34 giống thuộc nhóm mềm, 9 giống thuộc nhóm trung bình và 2 giống thuộc nhóm cứng; về nhiệt hóa hồ có 35 giống thuộc nhóm thấp, 1 giống thuộc nhóm trung bình và 4 giống thuộc nhóm cao Kết quả này cho thấy các giống lúa có hàm lượng amylose thấp thường có đBTG mềm và nhiệt hóa hồ thấp; tuy nhiên cũng có một số trường hợp không có tương quan thuận, lúa có hàm lượng amylose thấp vẫn có đBTG trung bình hoặc cứng và nhiệt hóa hồ trung bình hoặc cao Bùi Chắ Bửu, (1996)[15] thống

kê giá trị trung bình các tắnh trạng phẩm chất của 94 giống lúa trong vụ đông Xuân và 80 giống trong vụ Hè Thu cho biết, phẩm chất hạt thay ựổi theo mùa trồng do ựiều kiện canh tác, thời tiết trong quá trình sản xuất (Bảng 1.6)