Nghiên cứu phân lập gen cystatin ở một số giống lúa có khả năng chịu hạn khác nhau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

.yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy
yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy
yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy
yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy
yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy
yyyyyyyyyyyyyyyyyyyy ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC




yyyyyyyyyyyyyyyyy




NGUYỄN VĂN TƢỜNG






NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP GEN NAC LIÊN QUAN
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở MỘT SỐ GIỐNG NGÔ
ĐỊA PHƢƠNG HÀ GIANG - VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC









NGUYỄN MINH PHƢƠNG





NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP GEN CYSTATIN Ở
MỘT SỐ GIỐNG LÚA CÓ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN

KHÁC NHAU








LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC










THÁI NGUYÊN - 2014



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC









NGUYỄN MINH PHƢƠNG





NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP GEN CYSTATIN Ở
MỘT SỐ GIỐNG LÚA CÓ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN
KHÁC NHAU



Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 60 04 02 01

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN VŨ THANH THANH




THÁI NGUYÊN - 2014







Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh
Thanh đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn
thành đề tài này.
Tôi xin cảm ơn các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm Sinh học, Khoa
Khoa học Sự sống, Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã

tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành một số thí nghiệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động
viên khuyến khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu đó!

Thái Nguyên, ngày 1 tháng 03 năm 2014
Tác giả luận văn



Nguyễn Minh Phƣơng











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC HÌNH vi
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. CÂY LÚA 3
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại 3
1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây lúa 4
1.1.3. Giá trị kinh tế của cây lúa 5
1.1.4. Đặc điểm hóa sinh hạt gạo 6
1.1.5. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và Việt Nam 6
1.2. HẠN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY LÚA 9
1.2.1. Hạn và ảnh hƣởng của hạn tới cây trồng 9
1.2.2. Tình hình nghiên cứu đặc tính chịu hạn của cây lúa1.2.3. Cơ sở sinh lý, hóa
sinh và di truyền của tính chịu hạn của cây lúa 11
1.2.4. Cystatin và vai trò của cystatin với tính chịu hạn 18
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. VẬT LIỆU 24
2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 25
2.2.1. Hóa chất 25
2.2.2. Thiết bị 26
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.3.1. Phƣơng pháp sinh lí, hóa sinh 26
2.3.2. Phƣơng pháp sinh học phân tử 33
2.3.3. Phƣơng pháp xác định trình tự nucleotide 39
2.3.4. Phƣơng pháp xử lí trình tự gen 39
2.3.5. Phƣơng pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu 39

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii

2.4. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 39
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41
3.1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, HOÁ SINH HẠT CỦA 9 MẪU LÚA
NGHIÊN CỨU 41
3.1.1. Đặc điểm hình thái và khối lƣợng hạt 41
3.1.2. Hàm lƣợng protein và lipid 42
3.1.3. Hoạt tính α – amylase 43
3.1.4. Hoạt tính protease 44
3.1.5. Chiều dài rễ của 9 giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn cây non 44
3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA 9 GIỐNG LÚA Ở
GIAI ĐOẠN CÂY MẠ 46
3.3. KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 48
3.3.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số 48
3.3.2. Kết quả nhân gen Cystatin 49
3.3.3. Kết quả xác định trình tự gen Cystatin 50
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 54
1. Kết luận 54
2. Đề nghị 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

ABA

Abscisic Acid (Axit abxisic)
ASTT
u
Bp
)
CTAB
Cetyltrimethyl – amonium bromide
CUC
Cup Shaped Cotyledon
CYS
Cystatin
DNA
Axit deoxyribonucleic (Deoxyribonucleic acid)
đtg
Đồng tác giả
JA
Jasmonic acid
HSP
Heat shock pro )
LTP
)
MX
mồi xuôi
MN
mồi ngƣợc
LEA

)
NAM
No Apical Merstem

PCR
)
P5CS
Pyroline – 5 – carboylate synthase
TAE
Tris Acetate EDTA









Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới từ năm 2000 – 2012 7
Bảng 1.2. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam từ năm 2000 – 2012 9
Bảng 2.1. Đặc điểm của 09 giống lúa nghiên cứu 24
Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng 26
Bảng 2.3. Cặp mồi nhân gen cystatin 35
Bảng 2.4. Thành phần phản ứng nhân gen cystatin 35
Bảng 2.5 . Thành phần phản ứng gắn gen vào vector 36
Bảng 3.1. Hình thái và khối lƣợng hạt của 9 giống lúa 41
Bảng 3.2. Hàm lƣợng protein và lipid của 9 giống lúa 42
Bảng 3.3. Hoạt tính enzyme α – amylase của 9 giống lúa 43

Bảng 3.4. Hoạt tính protease của 9 giống lúa 44
Bảng 3.5. Chiều dài rễ của 9 giống lúa 45
Bảng 3.6. Khả năng chịu hạn ở giai đoạn cây non của 9 giống lúa 46
Bảng 3.7. Phổ hấp phụ DNA ở bƣớc sóng 260 nm và 280 nm của 2
giống lúa nghiên cứu 49


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Hình ảnh hạt của 9 giống lúa nghiên cứu……………………….25
Hình 2.2. Vector pBT 37
Hình 3.1. Đồ thị rada biểu diễn khả năng chịu hạn của 9 giống lúa nghiên
cứu 47
Hình 3.2. Hình ảnh điện di DNA tổng số của 2 giống lúa nghiên cứu 48
Hình 3.3. Hình ảnh điện di kết quả PCR nhân gen Cystatin ở 2 mẫu
luá LH và Sym6 50
Hình 3.4. Kết quả điện di tách plasmid tái tổ hợp mang gen cystatin 50
Hình 3.5. Trình tự nucleotide của gen cystatin ở hai giống LH và
Sym6 521
Hình 3.6. So sánh trình tự amino acid suy diễn của protein cystatin ở hai
giống lúa nghiên cứu và AF435976……………………………… ….….53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1
MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lúa gạo (Ozyza sativa L.) là cây lƣơng thực chiếm 10% diện tích trồng
trọt và là cây lƣơng thực chính nuôi sống hơn nửa dân số thế giới. Hiện nay,
lúa đƣợc xếp vào vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích và sản lƣợng. Lúa gạo
là nguồn cung cấp năng lƣợng lớn nhất cho con ngƣời. Trên thế giới, cây lúa
đƣợc khoảng 250 triệu nông dân trồng ở hơn 100 nƣớc trên thế giới. Ở Việt
Nam, lúa là cây lƣơng thực quan trọng đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác
nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác
Trong những thập kỉ qua, loài ngƣời đang đứng trƣớc nguy cơ bùng nổ
về dân số và theo FAO để đảm bảo mức tiêu dùng ổn định, mức tăng sản
lƣợng hàng năm cần gấp 2 lần so với mức tăng dân số. Trƣớc tình hình đó cây
lúa đã và đang là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học.
Trong những năm gần đây, quá trình biến đổi khí hậu trên trái đất diễn
ra khá phức tạp, khó lƣờng theo chiều hƣớng xấu của môi trƣờng nhƣ: Hạn
hán, lũ lụt, xói mòn, thoái hoá đất,…Ở Việt Nam, trong những năm qua, do
còn có hạn chế về điều kiện tƣới tiêu, tập quán canh tác và đặc biệt là việc
chọn giống chịu hạn đƣa vào sản xuất chƣa đƣợc chú trọng, thêm vào đó là
diễn biến thời tiết phức tạp, hạn hán thƣờng xuyên xảy ra đã gây ảnh hƣởng
không nhỏ đến năng suất và chất lƣợng của nhiều loại cây trồng trong đó có
cây lúa. Cây lúa là loài cây tƣơng đối mẫn cảm với những điều kiện bất lợi
của ngoại cảnh và thuộc nhóm cây chịu hạn kém. Vì vậy, việc tạo ra các
giống lúa có năng suất cao, khả năng chống chịu tốt là yêu cầu thực tiễn đề ra
cho các nhà khoa học.

Trên thế giới hiện nay, chọn tạo cây trồng theo hƣớng chống chịu đang
là vấn đề đƣợc đặt trọng tâm nghiên cứu, trong đó chọn tạo giống lúa theo
hƣớng chống khô hạn nhận đƣợc sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
Nghiên cứu về gen liên quan đến tính chịu hạn cho thấy tính chống chịu
khô hạn là tính trạng đa gen. Các trình tự gen liên quan đến tính chịu hạn ở cây
lúa đã đƣợc công bố trên ngân hàng gen Quốc tế, trong đó có gen cystatin.
Cystatin là chất ức chế có bản chất protein, gen này thƣờng đƣợc biểu
hiện trong các điều kiện hạn, lạnh, mặn và ở các pha riêng rẽ của quá trình sinh
trƣởng, phát triển của thực vật. Mặc dù các nghiên cứu về gen liên quan đến tính
chịu hạn ngày càng đƣợc quan tâm nhƣng thông tin về các gen này chƣa nhiều.
Vấn đề đặt ra là cần tìm hiểu đặc điểm sinh lý, hoá sinh và sinh học phân tử liên
quan đến tính chịu hạn của cây lúa. Trên cơ sở đó định hƣớng cho công tác chọn
giống và cải tạo giống phù hợp có khả năng chịu hạn tốt.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống lúa theo hƣớng
nâng cao khả năng chịu hạn, chúng tôi đã tiến hành đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu phân lập gen cystatin ở một số giống lúa có khả năng chịu
hạn khác nhau”
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Xác định đƣợc mức độ chịu hạn của một số giống lúa ở giai đoạn cây non.
- Xác định đƣợc mối liên quan giữa hoạt tính của α – amylase, protease,
chiều dài rễ với khả năng chịu hạn của một số giống lúa.
- Phân lập và xác định đƣợc trình tự gen cystatin ở một số giống lúa có
khả năng chịu hạn khác nhau.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đánh giá khả năng chịu hạn bằng phƣơng pháp gây hạn nhân tạo ở giai
đoạn 3, 5, 7, 9 ngày gây hạn.

- Xác định hoạt tính của α – amylase, protease trong hạt của 09 giống lúa
nghiên cứu.
- Xác định chiều dài rễ 5 ngày tuổi ở giai đoạn cây non.
- Khuyếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen cystatin ở 1 giống lúa
có khả năng chịu hạn tốt và 1 giống lúa chịu hạn kém.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. CÂY LÚA
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Lúa có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam châu
Á và châu Phi. Lúa là loài thực vật sống một năm, lá mỏng, bản hẹp, hoa nhỏ
tự thụ phấn mọc thành cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống. Cây lúa có
tên khoa học là Ozyza sativa L., có bộ nhiễm sắc thể 2n = 24, là cây thân thảo
sinh sống hàng năm. Thời gian sinh trƣởng của các giống dài ngắn khác nhau
khoảng 60 – 250 ngày.
Lúa trồng hiện nay do giống lúa dại Oryza fatua hình thành thông qua
quá trình chọn lọc nhân tạo lâu dài. Sự tiến hoá của cây lúa gắn liền với sự
phát triển của loài ngƣời, đặc biệt là ở châu Á. Theo các tài liệu ghi chép, cây
lúa đƣợc trồng ở Trung Quốc khoảng 2800 – 2700 năm TCN. Ở Việt Nam,
theo các tài liệu đã đƣợc công bố thì cây lúa đƣợc trồng phổ biến và nghề
trồng lúa đã khá phồn thịnh ở thời kì đồ Đồng (4000 - 3000 năm TCN) [8].
Trên thế giới, cây lúa phân bố khá rộng, từ vĩ tuyến 53
0
B (sông Amua
biên giới Trung Quốc – Nga) đến vùng xích đạo và vĩ tuyến 400 N
(Achentila), từ vùng thấp 3m dƣới mặt nƣớc biển độ cao 2700m [12]. Hiện

nay có hai loài lúa đã đƣợc thuần hoá là lúa châu Á (Oryza sativa) và lúa châu
Phi (Oryza glaberrima).
Lúa châu Phi đã đƣợc gieo trồng trong khoảng 3.500 năm, tuy nhiên nó
không phát triển xa khỏi khu vực nguồn gốc của nó. Việc gieo trồng loài lúa
này thậm chí còn suy giảm do các giống châu Á.
Hiện nay, lúa châu Á là giống lúa chính đƣợc gieo trồng làm cây lƣơng
thực trên khắp thế giới. Châu Á đƣợc xem là quê hƣơng của cây lúa nƣớc vì
nơi đây có đủ điều kiện để phát triển giống lúa này, cũng là nơi xuất hiện nền
văn minh lúa nƣớc, có thể xem đây là một trong những trung tâm nông nghiệp
đầu tiên trên thế giới.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây lúa
Lúa bao gồm các bộ phận: rễ, thân, lá, hoa và hạt.
Rễ lúa thuộc loại rễ chùm. Rễ còn non có màu trắng sữa, rễ trƣởng
thành có màu vàng nâu và nâu đậm, rễ đã già có màu đen. Khi hạt lúa nảy
mầm thì mới chỉ có một rễ là rễ phôi. Sau đó, các rễ khác mọc ra từ các đốt
thân và khi có một lá thật thì cây lúa đã có thể có 4 – 6 rễ mới, càng về sau số
lƣợng rễ càng nhiều lên.
Thân lúa gồm thân giả và thân thật. Thân lúa dạng ống tròn, rỗng gồm
nhiều đốt. Cắt ngang một lóng thân, ngoài cùng là biểu bì, tiếp đến là hạ bì.
Thân lúa gồm các mô cơ liên kết với nhau tạo lên độ cứng của thân. Các mạch
dẫn liên kết với nhau tạo thành bó mạch, phần còn lại của thân lúa là các tế
bào màng mỏng. Thân gồm nhiều mắt và lóng. Trƣớc thời kỳ lúa trỗ, thân lúa
đƣợc bao bọc bởi bẹ lá. Số lóng dài từ 3-8 lóng.
Lá lúa gồm có phiến lá, cổ lá và bẹ lá. Phiến lá dài trung bình là 30-
40cm, đầu nhọn, hai bên mép lá có gai nhỏ. Tại cổ lá có hai thìa lá và hai tai
lá. Bẹ lá phát triển ôm lấy thân. Bẹ lá: là phần đáy lá kéo dài cuộn thành hình

trụ và bao phần non của thân. Phiến lá hẹp, phẳng và dài hơn bẹ lá (trừ lá thứ
hai). Lá thìa là vảy nhỏ và trắng hình tam giác. Tai lá gồm một cặp hình lƣỡi
liềm. Lá đƣợc hình thành từ các mầm lá ở mắt thân. Tốc độ ra lá thay đổi theo
thời gian sinh trƣởng và điều kiện ngoại cảnh.
Hoa lúa thuộc dạng điển hình của cây hoà thảo gồm vỏ trấu trong, vỏ
trấu ngoài, hai mày trấu, nhị đực có 6 bao phấn, nhụy gồm bầu nhụy và 2 vòi
nhụy. Khi bông lúa nở hoa, vỏ trấu mở ra, 6 bao phấn vƣơn ra ngoài tung
phấn lên vòi nhuỵ. Ở lúa có quá trình thụ tinh kép. Hạt lúa về bản chất là một
quả, hạt gạo gồm 2 phần là nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần dự trữ chất dinh
dƣỡng để nuôi phôi. Phôi nằm ở phía cuống của hạt thóc. Khi nảy nầm, phôi
sẽ phát triển thành mầm và rễ để bắt đầu một chu trình phát triển mới [8].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
Quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây lúa từ khi gieo hạt đến khi
thu hoạch trải qua 3 giai đoạn chính là: giai đoạn tăng trƣởng, giai đoạn sinh
sản và giai đoạn chín. Mỗi giai đoạn giữ một vai trò nhất định trong suốt đời
sống của cây lúa và yêu cầu những điều kiện ngoại cảnh và dinh dƣỡng khác
nhau [8].
* Giai đoạn tăng trưởng
Là thời kì từ khi gieo hạt đến khi có đòng. Giai đoạn này chia làm 2 thời
kì chính là: thời kì mạ và thời kì đẻ nhánh. Thời kì mạ là thời gian từ khi gieo
đến khi đẻ nhánh, với các giống có thời gian sinh trƣởng khoảng 100 ngày thì
thời kì mạ khoảng 18 – 22 ngày. Thời kì đẻ nhánh là thời gian từ khi cây lúa đẻ
nhánh đến khi có đòng. Thời kì này kéo dài khoảng 20 – 25 ngày [8].
* Giai đoạn sinh sản
Là thời gian từ khi có đòng đến khi lúa trỗ bông, kéo dài khoảng 30 –
35 ngày tùy thuộc vào giống lúa.
* Giai đoạn chín

Là thời gian từ khi lúa trỗ bông cho đến khi thu hoạch. Thời gian này
kéo dài khoảng 30 ngày ở tất cả các giống lúa. Ở giai đoạn này, lúa thụ phấn,
hình thành hạt và lớn lên.
1.1.3. Giá trị kinh tế của cây lúa
Lúa là một trong những cây lƣơng thực quan trọng trong nền kinh tế toàn
cầu. Bên cạnh vai trò cung cấp lƣơng thực cho con ngƣời, lúa còn là nguyên liệu
quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, nông nghiệp, y học,
Vitamin trong cám gạo có tác dụng chữa phù nề, tiêu hoá kém. Vỏ trấu
dùng trong công nghiệp sản xuất vật liệu, phân bón. Rơm, rạ làm thức ăn cho
gia súc, trồng nấm,…
Ngoài ra lúa còn là nguồn hàng hóa xuất khẩu có giá trị cao. Trên thế giới
hàng năm lƣợng lúa xuất nhập khẩu đem lại nguồn lợi nhuận kinh tế lớn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
Trong các loại cây lƣơng thực lấy hạt ở Việt Nam thì lúa và ngô là hai
loại cây lƣơng thực chính, song so với tổng sản lƣợng của hai loại cây này thì
sản lƣợng ngô chỉ vào khoảng trên dƣới 10%.
1.1.4. Đặc điểm hóa sinh hạt gạo
Trong hạt gạo có chứa tinh bột, protein, lipid, vitamin,
Tinh bột trong hạt gạo chiếm khoảng 60% - 70%. Đây là nguồn chủ
yếu cung cấp calo. Tinh bột gạo đƣợc cấu tạo bởi amylose và amylopectin.
Amylose có cấu tạo mạch thẳng và có Amylopectin có cấu tạo mạch ngang.
Hạt gạo chứa nhiều amylose sẽ cứng cơm hơn hạt gạo chứa ít amylose và
nhiều amylopectin. Gạo nếp chứa ít amylose (dƣới 10%) và nhiều
amylopectin (trên 90%) nên cơm rất mềm và dẻo. Phần lớn các loại gạo thông
thƣờng chứa 20% – 25% amylose nên hạt cơm hơi cứng.
Protein trong hạt gạo chiếm khoảng 7%- 10%. Các giống lúa nếp có
hàm lƣợng protein cao hơn lúa tẻ.

Lipid trong hạt gạo chứa khoảng 1% - 3%, nếu gạo xay chiếm khoảng
2,02% , còn gạo đã xát chỉ chiếm khoảng 0,52% .
Trong lúa gạo còn có 1 số vitamin cần thiết nhất nhƣ B1, B2, B6, PP
Ngoài ra, trong hạt gạo còn có chứa một số loại chất khoáng cần thiết.
1.1.5. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và Việt Nam
1.1.5.1. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới
Nhiều nhà khoa học cho rằng, cây lúa trồng có nguồn gốc ở Đông Nam
châu Á, trong đó Ấn Độ, Miến Điện và Việt Nam là những nơi xuất hiện nghề
trồng lúa đầu tiên của loài ngƣời.
Qua bảng 1.1 cho thấy, sản lƣợng lúa từ năm 2000 – 2012 dao động
trong khoảng 598,97 triệu tấn đến 719,7triệu tấn. trong vòng 13 năm sản
lƣợng lúa đã tăng 120,73 triệu tấn. Diện tích trồng lúa từ năm 2000 – 2012
cũng tăng từ 154,11 triệu ha lên 163,19 triệu ha. Năng suất lúa trên thế giới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
trong 13 năm tăng từ 38,9 tạ/ha lên 44,1 tạ/ha. Nhƣ vậy, diện tích, sản lƣợng
và năng suất lúa trên thế giới liên tục tăng.
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới từ năm 2000 – 2012
Năm
Diện tích
(triệu ha)
Năng suất
(tạ/ha)
Sản lƣợng
(triệu/tấn)
2000
154,11
38,9

598,97
2001
151,97
39,4
598,03
2002
147,69
39,1
557,99
2003
149,20
39,1
583,00
2004
151,02
40,3
658,37
2005
153,78
40,2
618,53
2006
156,30
41,2
544,10
2007
156,95
41,5
651,7
2008

158,95
43,1
685,01
2009
158,30
43,4
686,97
2010
161,65
43,5
703,2
2011
163,63
44,3
725,0
2012
163,19
44,1
719,7
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
1.1.5.2. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam
Nghề trồng lúa ở Việt Nam có lịch sử lâu đời nhất so với nghề trồng lúa
ở các nƣớc châu Á. Theo các tài liệu khảo cổ ở Trung Quốc, Ấn Độ, Việt
Nam Cây lúa đã có mặt từ 3000 - 2000 năm Trƣớc Công Nguyên. Tổ tiên
chúng ta đã thuần hóa cây lúa dại thành cây lúa trồng và đã phát triển nghề
trồng lúa đạt đƣợc những tiến bộ nhƣ ngày nay.
Trƣớc năm 1945, diện tích trồng lúa ở 2 đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ
là 1,8 triệu và 2,7 triệu ha với năng suất bình quân 13 tạ / ha và sản lƣợng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
thóc tƣơng ứng 2,4 - 3,0 triệu tấn. Trong thời gian này chủ yếu là các giống
lúa cũ, ở miền Bắc sử dụng các giống lúa cao cây, ít chịu thâm canh, dễ đổ,
năng suất thấp.
Từ năm 1963- 1965, ở những vùng chuyên canh lúa do diện tích nhiều,
thƣờng có một số diện tích cấy chậm, bị muộn thời vụ. Nhờ tiến bộ kỹ thuật
đã đƣa vào một số giống lúa xuân thấp cây, ngắn ngày đã đảm bảo đƣợc thời
vụ. Đã chuyển vụ lúa chiêm thành vụ lúa xuân, chuyển từ xuân sớm thành
xuân chính vụ (80-90%) diện tích và thời kỳ 1985-1990 sang xuân sớm (5%-
10%) và (70%-80%) là xuân muộn. Một số giống lúa xuân đã có năng suất
cao hơn hẳn lúa chiêm, có thể cấy đƣợc cả hai vụ chiêm xuân và vụ mùa. Do
thay đổi cơ cấu sản xuất lúa, kết hợp với áp dụng hàng loạt các tiến bộ kỹ
thuật mới nên sản xuất lúa ở Việt Nam ngày càng phát triển và đạt đƣợc
những thành tựu đáng kể.
Từ năm 1979 đến 1985, sản lƣợng lúa cả nƣớc tăng từ 11,8 lên 15,9
triệu tấn, nguyên nhân là do ứng dụng giống mới, tăng diện tích và năng suất.
Tính riêng 2 năm 1988 và 1989 sản lƣợng lƣơng thực tăng thêm 2 triệu
tấn/năm.
Từ khi thực hiện đổi mới (năm 1986) đến nay, Việt Nam đã có những
tiến bộ vƣợt bậc trong sản xuất lúa, đƣa nƣớc ta từ chỗ là nƣớc thiếu ăn triền
miên đã không những đảm bảo đủ lƣơng thực cho nhu cầu trong nƣớc mà còn
xuất khẩu từ 3-4 triệu tấn gạo /năm, đứng hàng thứ 2 trên thế giới về các nƣớc
xuất khẩu gạo.
Việt Nam đƣợc coi là một trong những trung tâm trồng lúa lâu đời nhất
châu Á. Lúa gạo là thức ăn chính của ngƣời Việt Nam. Tình hình sản xuất lúa
ở Việt Nam từ năm 2000 – 2012 đã đƣợc tổng hợp ở bảng 1.2.
Qua bảng 1.2 cho thấy, sản lƣợng lúa giai đoạn 2000 – 2012 dao động
từ 32,555 triệu tấn đến 43,66 triệu tấn, nhƣ vậy đã tăng 11,105 triệu tấn trong
vòng 13 năm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
Diện tích trồng lúa dao động từ 7,655 nghìn ha đến 7,750 nghìn ha.
Diện tích trồng lúa của năm 2012 tăng so với năm 2000 là 0,095 nghìn ha.
Nhìn chung, diện tích trồng lúa ở Việt Nam lúc giảm lúc tăng nhƣng sản
lƣợng và năng suất lúa thì tăng liên tục, chứng tỏ các giống cho năng suất cao
đã đƣợc đƣa vào trồng trọt.
Bảng 1.2. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam từ năm 2000 – 2012
Năm
Diện tích
(triệu ha)
Năng suất
(tạ/ha)
Sản lƣợng
(triệu/tấn)
2000
7,655
42,5
32,550
2001
7,484
42,8
32,000
2002
7,485
45,5
34,364
2003

7,444
46,6
34,669
2004
7,400
48,0
35,500
2005
7,340
49,5
36,340
2006
7,320
48,9
35,801
2007
7,200
49,1
35,900
2008
7,414
52,2
38,000
2009
7,440
53.4
38,95
2010
7,490
53,4

40,00
2011
7,660
55,4
42,40
2012
7,750
56,3
43,66
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
1.2. HẠN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY LÚA
1.2.1. Hạn và ảnh hưởng của hạn tới cây trồng
Nƣớc là thành phần bắt buộc của tế bào sống, có nƣớc thực vật mới
hoạt động bình thƣờng đƣợc. Nhƣng hàm lƣợng nƣớc trong thực vật không
giống nhau, thay đổi tùy thuộc loài hay các tổ chức khác nhau của cùng một

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
loài thực vật. Hàm lƣợng nƣớc còn phụ thuộc vào thời kỳ sinh trƣởng của cây
và điều kiện ngoại cảnh mà cây sống. Cung cấp nƣớc cho cây là điều kiện
không thể thiếu đƣợc để đảm bảo thu hoạch tốt. Việc thỏa mãn nhu cầu nƣớc
cho cây là điều kiện quan trọng nhất đối với sự sống bình thƣờng của cây.
Ngƣợc lại, hạn là hiện tƣợng xảy ra khi cây bị thiếu nƣớc.
Hạn là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nƣớc của thực vật do môi trƣờng
gây nên làm ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của thực vật. Hạn cũng
có thể đƣợc định nghĩa là sự thiếu lƣợng nƣớc do mƣa hoặc tƣới nƣớc trong
một thời gian dài tạo ra sự cạn kiệt độ ẩm trong đất và gây nên tổn thƣơng cho
thực vật [9]. Có ba loại hạn cơ bản: hạn đất, hạn không khí và hạn sinh lý.
Hạn đất xảy ra khi lƣợng nƣớc dự trữ cho cây hấp thu trong đất bị cạn kiệt

nên cây không hút đủ nƣớc và mất cân bằng nƣớc. Hạn không khí xảy ra khi
độ ẩm không khí quá thấp làm cho quá trình thoát hơi nƣớc của cây quá
mạnh, cây không hút đủ nƣớc và dẫn đến mất cân bằng nƣớc trong cây. Hạn
sinh lý xảy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút đƣợc nƣớc
mặc dù trong môi trƣờng không thiếu nƣớc. Hạn sinh lý kéo dài cũng tác hại
nhƣ hạn không khí và hạn đất. Nếu hạn đất kết hợp với hạn không khí thì mức
độ tác hại với cây tăng lên gấp nhiều lần.
1.2.1.2. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng
Những cây trồng có khả năng duy trì sự phát triển trong điều kiện khô
hạn gọi là cây chịu hạn. Mỗi cây trồng có một giới hạn nhất định đối với hạn.
Nếu ở ngoài giới hạn đó có thể gây hại cho sự sinh trƣởng và phát triển của
cây, giảm năng suất sinh học.
Hạn tác động lên cây theo hai hƣớng chính là làm tăng nhiệt độ cây và
gây mất nƣớc trong cây [9]. Mức độ thiếu hụt nƣớc càng lớn thì càng ảnh
hƣởng xấu đến quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây, nếu thiếu nƣớc nhẹ
sẽ làm giảm tốc độ sinh trƣởng, thiếu nƣớc trầm trọng sẽ làm biến đổi hệ keo
nguyên sinh chất làm tăng cƣờng quá trình già hóa tế bào khi bị khô kiệt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11
nƣớc, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào, mô bị tổn thƣơng và
chết. Hạn làm thay đổi tính chất lý hoá và là tăng độ nhớt của chất nguyên
sinh, làm chậm các hoạt động sống, làm giảm mức độ phân tán, khả năng thuỷ
hoá và tính đàn hồi của keo nguyên sinh. Hạn cũng là thay đổi đặc tính hoá
keo từ trạng thái sol rất năng động sang trạng thái coaxecva hoặc gel kém linh
động, cản trở các hoạt động sống [9].
Hạn ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi chất: Làm đảo lộn từ hoạt động
tổng hợp là chủ yếu khi đủ nƣớc sang phân giải khi thiếu nƣớc. Quá trình
phân giải chính là quá trình phân giải protein và axit nucleic, kết quả là giải

phóng và tích luỹ NH
3
gây ngộ độc cho cây và có thể là chết cây [9].
Hoạt động sinh lý bị kì hãm: Thiếu nƣớc sẽ ức chế hoạt động quang
hợp vì khí khổng đóng nên thiếu CO
2
, lục lạp có thể bị phân huỷ, ức chế sự
tổng hợp diệp lục, lá bị héo khô rồi chết làm giảm diện tích quang hợp. Sự
vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá về cơ quan dự trữ bị tắc
nghẽn. Thiếu nƣớc sẽ làm tăng hô hấp vô hiệu, về sau giảm hô hấp nhanh,
hiệu quả sử dụng năng lƣợng của hô hấp rất thấp vì hô hấp sản sinh ra nhiệt là
chính.
Đối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng, hạn ảnh hƣởng nhất
tới hai quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây đó là giai đoạn cây non
và giai đoạn ra hoa. Hạn là nguyên nhân chính của sự mất mùa và làm giảm
năng suất gieo trồng. Do đó, nƣớc đƣợc xem là yếu tố rất nhạy cảm trong
sự sinh trƣởng của tế bào. Thiếu nƣớc cũng ảnh hƣởng đến quá trình phân
hoá hoa và đặc biệt là quá trình thụ tinh. Khi gặp hạn, hạt phấn không nảy
mầm, ống phấn không sinh trƣởng đƣợc, sự thụ tinh không xảy ra và hạt bị
lép.
1.2.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và di truyền của tính chịu hạn của cây lúa
1.2.2.1. Cơ sở sinh lý của tính chịu hạn của cây lúa
Trong điều kiện thiếu nƣớc cực đoan cây lúa có hai cơ chế chủ yếu để
chống chịu hạn, đó là sự thích nghi và phát triển của bộ rễ, đồng thời duy trì

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
áp suất thẩm thấu của tế bào để hút đƣợc nhiều các phân tử nƣớc từ môi
trƣờng [9].

Vai trò của bộ rễ: nhiều nghiên cứu cho thấy cây lúa sống trong môi
trƣờng thiếu nƣớc có bộ rễ dài, khỏe, mập, có sức đâm sâu hơn để hút đƣợc
nƣớc ở những tầng đất sâu. Rễ lúa có khả năng đâm sâu và lan rộng. Rễ lúa có
khả năng phân nhánh rất mạnh với sự phát triển đặc biệt của lông hút. Vì vậy
cả bộ rễ lúa có tổng số bề dài và bề mặt tiếp xúc với đất rất rộng để hút đƣợc
nhiều nƣớc hơn khi gặp hạn.
Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu: là một đặc tính của tế bào khi
tế bào bị mất nƣớc do hạn, nóng, lạnh…Khi tế bào bị mất nƣớc dần dần, các
chất hòa tan sẽ đƣợc tích lũy trong tế bào chất (nhƣ: đƣờng, acid hữu cơ,
amino acid, các ion…), các chất này có tác dụng điều chỉnh áp suất thẩm thấu.
Áp suất thẩm thấu tăng lên giúp cho tế bào rễ thu nhận đƣợc những phân tử
nƣớc ít ỏi còn trong đất. Bằng cơ chế nhƣ vậy thực vật có thể chịu đƣợc sự
mất nƣớc trong thời gian ngắn [15].
1.2.2.2. Cơ sở hóa sinh của tính chịu hạn của cây lúa
Chịu hạn ở thực vật thƣờng là kết quả của nhiều cơ chế đáp ứng stress
hoạt động đồng thời. Một số cơ sở hóa sinh của tính chịu hạn bao gồm: hoạt
độ


- amylase, protease, acid abscisic (ABA), proline…

- amylase thuộc nhóm hydrolase có trong cơ thể động vật (nƣớc bọt,
tụy tạng), thực vật (hạt hòa thảo nảy mầm), nấm mốc, vi khuẩn. Ở thực vật, sự
tăng hoạt độ của

- amylase sẽ làm tăng hàm lƣợng đƣờng do tinh bột bị thủy
phân, nên làm ảnh hƣởng tới sự điều hòa áp suất thẩm thấu khi cây gặp hạn.
Vì thế, dựa vào sự biến động hàm lƣợng

- amylase cũng có thể sơ bộ đánh

giá khả năng chịu hạn của cây lúa.
Protease đóng vai trò rất quan trọng trong cơ thể thực vật, nhất là trong
thời kỳ nảy mầm của hạt. Nó tham gia vào quá trình phân giải protein dự trữ
trong hạt nhằm cung cấp amino acid cho thời kỳ phát triển đầu tiên của cây.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

13
Protease cũng tham gia vào phân giải các protein lạ hoặc protein bị biến tính
khi gặp điều kiện cực đoan (hạn, lạnh, nóng…) [7].
Abscisic acid (ABA) là hocmone thực vật liên quan đến sự điều chỉnh
sinh lý, sinh trƣởng và phát triển, đáp ứng với môi trƣờng của thực vật bậc
cao. ABA đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình của tế bào thực vật
nhƣ: sự phát triển của hạt, sự ngủ, sự nảy mầm, sinh trƣởng phát triển, đáp
ứng với stress của môi trƣờng. ABA chủ yếu đƣợc tổng hợp ở rễ cây do phản
ứng với stress của môi trƣờng. Khi cây gặp hạn, ABA có vai trò điều chỉnh sự
trao đổi nƣớc trong cây hạn chế sự mất nƣớc và làm cây thích nghi đƣợc với
điều kiện khô hạn. Về cơ chế ngƣời ta cho rằng ABA làm biến đổi điện hóa
qua màng và do đó điều tiết sự tiết ion K
+
[15].
Proline là một amino acid có tác dụng bảo vệ các cấu trúc nội bào và
các đại phân tử khi tế bào gặp các điều kiện bất lợi về áp suất thẩm thấu trong
tế bào, đồng thời là một amino acid ƣa nƣớc có khả năng giữ và lấy nƣớc cho
tế bào, ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na
+
tƣơng tác với protein màng, ngăn
chặn sự phá hủy của màng và các phức protein khác. Các kết quả nghiên cứu
đều cho thấy khi cây trồng gặp hạn thì cây giảm tổng hợp protein và tăng tổng
hợp proline [7].

1.2.2.3. Cơ sở di truyền của tính chịu hạn của cây lúa
Tính chịu hạn ở cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng do nhiều gen
quy định, các gen liên quan đến tính chịu hạn đã đƣợc phân lập nhƣ: HSP,
LEA, LTP, P5CS, cystatin…

HSP (Heat Shock Protein) – Protein sốc nhiệt
HSP có ở hầu hết các loài thực vật và chiếm khoảng 1% protein tổng số
của lá. HSP xuất hiện trong cả các quá trình sinh trƣởng bình thƣờng và các
giai đoạn biệt hóa mô của thực vật, chúng đƣợc tổng hợp thêm trong điều kiện
cực đoan của môi trƣờng. Dựa vào khối lƣợng phân tử, ngƣời ta phân loại
HSP ở thực vật ra làm 6 nhóm: HSP110, HSP90, HSP70, HSP60, HSP20,
HSP8,5 [19].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
Trong tế bào thực vật, HSP tập trung thành các hạt sốc nhiệt HSG (Heat
Shock Granules). Quan sát dƣới kính hiển vi điện tử, các hạt HSG gồm các
hạt HSP và mRNA. Các HSP gắn kết trên các RNA polymerase để ngăn cản
sự phiên mã tổng hợp mRNA trong quá trình bị stress nóng. Sau sốc nóng,
các hạt này phân tán và liên kết dày đặc với các ribosome hoạt động sinh tổng
hợp protein [24].
Gen HSP nhóm 70 đã đƣợc phân lập từ DNA tổng số của lúa, công bố
trình tự trên Ngân hàng gen Quốc tế với mã số X67711 có chiều dài 4791bp
[53].

LEA (Late embryogenis abudant protein) – protein tích luỹ với số lƣợng
lớn ở giai đoạn cuối của quá trình hình thành phôi.
Trong tự nhiên, phôi sau khi đƣợc hình thành trong giai đoạn chín
thƣờng đƣợc chuyển sang trạng thái ngủ, lƣợng nƣớc trong phôi giảm tới mức

tối thiểu. Protein LEA đƣợc tạo ra hàng loạt trong giai đoạn muộn của quá
trình hình thành phôi, nó hạn chế sự mất nƣớc do điều kiện ngoại cảnh bất lợi
và đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình mất nƣớc khi hạt
chín. Nó là một trong những nhóm protein quan trọng liên quan đến điều kiện
mất nƣớc của tế bào. Nhóm gen mã hóa loại protein LEA còn đóng vai trò
quan trọng trong sự chịu khô của hạt. Khi hiện tƣợng mất nƣớc xảy ra, RNA
của chúng xuất hiện trong hạt đang hình thành và dần trở thành một lƣợng lớn
gồm nhiều loại RNA thông tin khác nhau trong hạt chín và bị phân giải hết
trong quá trình nảy mầm. Ngoài ra LEA không những điều chỉnh quá trình
mất nƣớc khi hạt chín, mà còn hạn chế sự mất nƣớc bắt buộc do các điều kiện
ngoại cảnh bất lợi gây ra.
Mức độ phiên mã của gen LEA đƣợc điều khiển bởi ABA và mức độ
mất nƣớc của tế bào, áp suất thẩm thấu trong tế bào. Nhiều gen LEA đã đƣợc
nghiên cứu, phân lập, xác định chức năng. Một đặc điểm nổi bật của nhóm
protein này là: giàu amino acid không ƣa nƣớc, không chứa cystein và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

15
tryptophan, có vùng xoắn

và có khả năng chịu nhiệt. Chúng thay thế vị trí
nƣớc trong tế bào và thực hiện các chức năng nhƣ: cô lập ion, bảo vệ protein
màng tế bào, hủy protein biến tính và điều chỉnh áp suất thẩm thấu [9], [40],
[35].
LEA đƣợc chia thành các nhó sau: nhóm 2-D19, nhóm 2-D11 (còn gọi
là đehydrin), nhóm 3-D7, nhóm 4-D113, nhóm 5-D29, nhóm 6-D95.
Gen LEA nhóm 3-D7 đã đƣợc phân lập từ mRNA của lúa và công bố
trên Ngân hàng gen với mã số AF046884 có chiều dài là 603bp, mã hoá cho
protein dài 200 amino acid [54].



LTP (Lipid Transfer Protein) – Protein vận chuyển lipid
Các protein vận chuyển LTP (Lipid Transfer Protein) là protein có liên
quan tới đặc tính chịu khô hạn ở thực vật. LTP có khả năng tạo phức với một
số acid béo và xúc tác cho quá trình vận chuyển lipid qua màng tế bào, giúp
hạn chế sự mất nƣớc. Bên cạnh đó, LTP còn liên quan đến quá trình hình
thành tầng cutin của tế bào thực vật, làm tăng khả năng chống chịu và hạn chế
tác hại của stress môi trƣờng (muối, hạn). LTP đƣợc chia thành hai dạng khác
nhau về khối lƣợng phân tử. Dạng thứ nhất có khối lƣợng phân tử khoảng 9
kDa (LTP1) và dạng thứ hai có khối lƣợng phân tử khoảng 7 kDa (LTP2). Cả
LTP1 và LTP2 đều có một vùng bảo thủ gồm 8 amino acid loại cystatin và 4
amino acid loại proline [45]. Có thể nói LTP đóng vai trò quan trọng trong sự
thích nghi của thực vật trong điều kiện khô hạn.
Ở lúa, gen LTP đã đƣợc phân lập từ RNA, đọc trình tự và công bố trên
Ngân hàng gen với mã số U77295 có chiều dài là 351 bp, mã hoá cho protein
có chiều dài 116 amino acid [55].

Gen
P5CS (gen mã hóa Pyrroline-5-carboxylate synthetase)
Nhóm gen P5CS mã hóa tổng hợp pyrroline-5-carboxylate synthetase.
P5SC giữ vai trò trung tâm trong quá trình điều hòa sinh tổng hợp proline ở
thực vật. Các nghiên cứu sử dụng enzyme này nhằm mục đích điều khiển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

16
hàm lƣợng proline để thích ứng và tăng cƣờng khả năng chống chịu của cây
đối với các bất lợi về áp suất thẩm thấu và oxy hóa của môi trƣờng đã đƣợc
thực hiện ở nhiều loài cây khác nhau. Nhƣ vậy, sự biểu hiện của gen P5CS

mạnh sẽ làm tăng hàm lƣợng proline, có vai trò tăng áp suất thẩm thấu của tế
bào và cây trong điều kiện hạn hán [14].
Ở các loài thực vật tổng hợp mạnh prolin thì cây có tính chống chịu tốt
hơn so với các loài thực vật khác trong điều kiện hạn, mặn,…Ví dụ cây lúa
đƣợc chuyển gen P5CS chống chịu stress tốt hơn hẳn giống đối chứng. Gần
đây gen P5CS đã đƣợc phân lập thàmh công ở cây lúa. Kết quả phân lập cho
thấy gen P5CS làm cho tính chống chịu của cây lúa đƣợc cải thiện rõ rệt.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu đặc tính chịu hạn của cây lúa
Cây lúa sống trong ruộng nƣớc, là cây cần và ƣa nƣớc điển hình nên từ
“lúa nƣớc” bao giờ cũng gắn liền với cây lúa. Ở nƣớc ta đại bộ phận ruộng lúa
đều tƣới ngập nƣớc, tuy nhiên cũng có những giống lúa có khả năng chịu hạn
(lúa cạn, lúa nƣơng ) sinh trƣởng hoàn toàn phụ thuộc vào nƣớc trời, nhƣng
năng suất không cao bằng lúa nƣớc. Lại có những giống lúa chịu đƣợc nƣớc
sâu, ở vùng Ðồng Tháp Mƣời những giống lúa cổ truyền có thể chịu ngập sâu
đến 3 mét [9].
Nhu cầu về nƣớc qua các thời kỳ sinh trƣởng phát triển của cây lúa
cũng khác nhau. Thời kỳ nảy mầm: hạt lúa khi bảo quản thƣờng phải giữ độ
ẩm 13%, khi ngâm ủ hạt thóc hút nƣớc đạt 22% thì có thể hoạt động và nảy
mầm tốt khi độ ẩm đạt 25-28%. Những giống lúa cạn lại đƣợc gieo khô khi
đất đủ ẩm hoặc trời mƣa có nƣớc mới nảy mầm và mọc đƣợc. Thời kỳ mạ: từ
sau gieo đến mạ mũi chông thì chỉ cần giữ ruộng đủ ẩm. Trong điều kiện nhƣ
vậy rễ lúa đƣợc cung cấp nhiều oxy để phát triển và nội nhũ cũng phân giải
thuận lợi hơn. Khi cây mạ đƣợc 3-4 lá thì có thể giữ ẩm hoặc để một lớp nƣớc
nông cho đến khi nhổ cấy. Thời kỳ ruộng cấy: từ sau cấy đến khi lúa chín là
thời kỳ cây lúa rất cần nƣớc. Nếu ruộng khô hạn thì các quá trình sinh trƣởng
gặp trở ngại rõ rệt.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

17

Cây lúa là loài thực vật đƣợc nghiên cứu khá nhiều trên thế giới. Trong
số đó phải kể đến một số nghiên cứu sau:
Martinez và đtg (2005) khi phân tích sự phát sinh chủng loại của họ
gen cystatin chịu hạn từ Arabidopsis, lúa và lúa mì đã khẳng định sự có mặt
của 12 gen cystatin riêng biệt trong lúa, 7 gen trong Arabidopsis và ít nhất 7
gen trong lúa mì [31].
Ohtsubo (2005) khi tiến hành nghiên cứu Ozyzacystatin, một loại
cystatin chống chịu của lúa, đã tìm ra 3 họ cystatin chịu hạn và cho rằng
chúng giữ cùng một vai trò sinh lý trong việc điều khiển cysteine proteinase
của cây lúa [34].
Wang và đtg (2007) đã so sánh sự biểu hiện gen giống lúa nƣớc và
giống lúa cạn trong điều kiện stress khô hạn giữa các giống: lúa cạn
IRAT109, Haogelao, Han 297 và giống lúa nƣớc Zhongzuo 93, Yuefu,
Nipponbare. Sau khi đọc trình tự DNA, tác giả nhận thấy có 64 unique ESTs
thể hiện ở mức độ cao giống lúa cạn và 79 ở giống lúa lúa nƣớc. Điều đó có
thể dự đoán sự thể hiện cao của các gen mục tiêu trong lúa cạn, vì vậy có thể
cải tiến đƣợc khả năng chống chịu stress do khô hạn trong lúa nƣớc [48].
Yin và đtg (2008) đã sử dụng 4 dạng môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo lúa
với nồng độ cytokinin và auxin khác nhau để phân giải protein có liên quan
đến stress hạn là cysteine endopeptidase và cystatin. Kết quả điện di cho thấy,
có 213 điểm protein đƣợc biểu hiện một cách đặc trƣng trong quá trình phân
hoá mô sẹo dƣới các điều kiện hormone khác nhau [51].
Ở Việt Nam, tính chống chịu khô hạn ở lúa cũng đƣợc nhiều nhà khoa
học quan tâm nghiên cứu.
Bằng phƣơng pháp thổi khô mô sẹo, Đinh Thị Phòng (2001) đã thu
đƣợc 271 dòng mô và 900 dòng cây xanh có khả năng chịu hạn là nguyên liệu
cho chọn lọc [9].