Nghiên cứu đánh giá một số đặc tính sinh lý, sinh hoá của tập đoàn lúa địa phương việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



NGUYỄN THỊ HÀ THU


NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH
SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA
ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM




LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP





HÀ NỘI – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


NGUYỄN THỊ HÀ THU

NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH
SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA
ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM

Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
Mã số: 60.62.0110

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP


Người hướng dẫn khoa học:
TS. Lã Tuấn Nghĩa

HÀ NỘI – 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, ñến nay tôi ñã hoàn thành xong
luận văn tốt nghiệp. ðể ñạt ñược kết quả này, trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng
biết ơn chân thành tới TS. Lã Tuấn Nghĩa ñã cho tôi những ñịnh hướng giá
trị, tận tình giúp ñỡ và hướng dẫn về kiến thức chuyên môn ñể tôi hoàn thiện
luận văn.
Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô và tập thể cán bộ Ban
ðào tạo sau ðại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam ñã nhiệt tình
giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi trong thời gian học tập cũng như khi
hoàn thành báo cáo luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh ñạo Trung tâm Tài nguyên thực vật,
ñồng nghiệp trong Bộ môn Nhân giống ñánh giá nguồn gen, Bộ môn ña dạng
sinh học nông nghiệp và trong Trung tâm ñã tạo mọi ñiều kiện và giúp ñỡ tôi

trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi mong muốn gửi lời cảm ơn tới bạn bè và những người
thân trong gia ñình ñã ñộng viên và khích lệ ñể tôi hoàn thành khoá học này.

Hà Nội, 10 tháng 12 năm 2012



Nguyễn Thị Hà Thu





Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iii

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, với sự
hướng dẫn của Thầy hướng dẫn khoa học, sự giúp ñỡ của tập thể cán bộ
nghiên cứu Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt
Nam và các ñồng nghiệp.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong bản
Luận văn này.
Hà Nội, ngày 7 tháng 10 năm 2012
Học viên

Nguyễn Thị Hà Thu











Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

iv

MỤC LỤC
Trang

Trang bìa phụ
i

Lời cảm ơn
ii

Lời cam ñoan
iii

Mục lục
iv

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình
viii

MỞ ðẦU
1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI
5

1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa

1.2. ðặc tính sinh lý ở cây lúa
5

1.2.1. Lúa chịu hạn và cơ chế chống chịu
9

1.2.2. Lúa chịu mặn và cơ chế chống chịu
13

1.1.3. ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ

17

1.3. ðặc tính sinh hoá ở cây lúa

1.3.1. Hàm lượng amylose
17

1.3.2. ðộ thơm
18

1.2. Tình hình nghiên cứu ñặc tính sinh lý, sinh hoá ở cây lúa
20

1.2.1. Nghiên cứu trên thế giới
20

1.2.2. Nghiên cứu ở Việt Nam
21

CH
ƯƠNG
2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu nghiên cứu
27

2.2. Nội dung nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
27

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

v

2.2.1. Nội dung nghiên cứu 27

2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
27

2.3. Phân tích và xử lý số liệu
31

CHƯƠNG 3. KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả phân loại lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica 32

3.2. Kết quả nghiên cứu ñộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ 35

3.3. Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn trong phòng thí nghiệm 38

3.4. Kết quả ñánh giá khả năng chịu mặn trong phòng thí nghiệm 45

3.5. Kết quả nghiên cứu hàm lượng amylose 58

3.6. Kết quả nghiên cứu ñộ thơm 62

3.7. Giới thiệu mẫu nguồn gen có ñặc tính tốt phục vụ khai thác và sử dụng
65

KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế)

NG Nguồn gen
SðK Số ñăng ký (sử dụng trong Ngân hàng gen Quốc gia)
SES Standar Evaluating Score (Tiêu chuẩn ñánh giá chịu mặn)
STT Số thứ tự
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng Trang

1.1
So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa indica, japonica và javanica
6

2.1 Thang ñiểm chuẩn ñánh giá ñộ phân hủy kiềm (TCVN 5715-1993) 29

2.2 Tiêu chuẩn ñánh giá khả năng chống chịu mặn SES 30

3.1 Số lượng nguồn gen lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica

33

3.2
ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ của các mẫu nguồn gen lúa
37

3.3
Tỉ lệ hạt nảy mầm và rễ mầm ñen của một số mẫu nguồn gen lúa

40

3.4 Tỉ lệ hạt nảy mầm và rễ mầm ñen sau xử lý KCl0
3
3% của các mẫu
nguồn gen lúa
41

3.5
Tỉ lệ rễ mạ bị héo sau khi xử lý KCl0
3
1% của các mẫu nguồn gen lúa
43

3.6
Mức ñộ chống chịu hạn của các mẫu lúa nghiên cứu
45

3.7 Chiều dài rễ, chiều cao thân của mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu ở
nồng ñộ EC = 6ds/m
46

3.8 Chiều dài rễ, chiều cao thân của mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu ở
nồng ñộ EC = 12ds/m
51

3.9 Mức ñộ chống chịu mặn của các mẫu nguồn gen lúa ở nồng ñộ EC
= 6ds/m và EC = 12ds/m
56

3.10

Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu
62

3.11

Một số mẫu nguồn gen lúa có khả năng chịu mặn và hạn
66

3.12

Một số mẫu nguồn gen có chất lượng khá và khả năng chịu hạn
tương ñối tốt
67

3.13

Một số nguồn gen lúa có khả năng chịu mặn và có chất lượng
tương ñối tốt
68

3.14

Một số nguồn gen có khả năng chịu mặn, hạn và có chất lượng tốt
69

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình

Tên hình Trang

1.2 Sự phân bố lúa trồng trên thế giới 8

3.1 Tỉ lệ lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica của mẫu nguồn gen lúa 34

3.2 Mức ñộ phân hủy kiềm của các nguồn gen lúa nghiên cứu
36

3.3 Thí nghiệm ñánh giá khả năng chịu hạn ở giai ñoạn mạ 3 lá
42

3.4 Mức chống chịu hạn của các mẫu nguồn gen lúa 44

3.5 Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao thân của một số mẫu nguồn gen lúa
ở nồng ñộ EC = 6ds/m
49

3.6 Thí nghiệm ñánh giá khả năng chịu mặn của các mẫu nguồn gen
lúa
50

3.7 Mức ñộ tăng trưởng chiều dài rễ của các mẫu nguồn gen lúa 21
ngày sau xử lý ở nồng ñộ EC =12ds.
53

3.8 Chiều cao thân của một số mẫu nguồn gen lúa ở nồng ñộ EC
=12ds/m
55

3.9 Mức ñộ chống chịu mặn của các mẫu nguồn gen lúa ở nồng ñộ
EC = 6 ds/m và EC = 12ds/m
57

3.10

Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa 59

3.11

Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa tẻ. 60

3.12

Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu 61

3.13

ðộ thơm của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu 63

3.14

ðộ thơm của các mẫu nguồn gen lúa nếp, tẻ, lúa indica và
japonica
64

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

1

MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Ở Việt Nam, lúa là cây lương thực quan trọng nhất. Lúa gạo chiếm một
vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguồn thu ngoại tệ ñể ñổi lấy
thiết bị, vật tư khác cần thiết cho sự phát triển ñất nước. Lúa cũng là cây trồng
bản ñịa, thích nghi rộng và có sự ña dạng phong phú về nguồn gen, ñặc biệt là
các nguồn gen lúa ñịa phương. Trong những năm gần ñây, nhờ có những tiến
bộ trong công tác chọn tạo giống nên nhiều giống mới có năng suất cao ñã
ñược ñưa vào sản xuất ñại trà, dần dần làm mất ñi các giống lúa ñịa phương
quý hiếm.
Tuy nhiên trong chiến lược phát triển nông nghiệp nông thôn ñã xác
ñịnh tài nguyên di truyền thực vật ñóng vai trò rất quan trọng, nó vừa là bộ
phận của giống vừa là vật liệu ban ñầu ñể lai tạo ra giống mới và là hạt nhân
của ña dạng sinh học (Nguyễn Văn Bộ, 2002) [2]. Hiện nay chiến lược bảo
tồn tài nguyên di truyền thực vật phục vụ mục tiêu lương thực và nông nghiệp
càng xác ñịnh rõ hơn vai trò và vị trí của nguồn gen ñịa phương, ñặc biệt là
nguồn gen lúa ñịa phương bởi nó là cơ sở an toàn lương thực của tất cả các
quốc gia và cộng ñồng quốc tế, là nền tảng ñể phát triển nông nghiệp nông
thôn và bảo vệ môi trường (Lưu Ngọc Trình, 2008 [24]), do ñó trong những
năm gần ñây các nguồn gen lúa ñịa phương ñã ñược thu thập lưu giữ, bảo tồn
và xúc tiến khai thác sử dụng bền vững. Như vậy bảo tồn nguồn gen lúa ñịa
phương cho phép duy trì ña dạng, ñảm bảo an ninh lương thực, là cơ sở ñể
tăng năng suất, chất lượng nhất là trong ñiều kiện biến ñổi khí hậu ñang diễn
ra ngày càng khắc nghiệt.
Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia hiện ñang lưu giữ khoảng hơn 8.000
(Lã Tuấn Nghĩa và cs, 2011) [18] mẫu nguồn gen lúa, trong ñó chủ yếu là các

nguồn gen lúa ñịa phương chứa ñựng rất nhiều ñặc ñiểm quý và ña dạng về
tính trạng hình thái. Trong những năm gần ñây Trung tâm Tài nguyên thực
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

2

vật ñã có nhiều kết quả nghiên cứu về nguồn gen lúa ñịa phương, song tập
trung chủ yếu cho công việc mô tả hình thái, ñánh giá ña dạng di truyền mẫu
nguồn gen. Các số liệu ñánh giá về ñặc tính sinh lý, sinh hoá còn hạn chế.
Xuất phát từ thực tiễn, chúng tôi tiến hành ñề tài “Nghiên cứu một số ñặc
tính sinh lý, sinh hóa của tập ñoàn lúa ñịa phương Việt Nam” làm cơ sở
cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên này.
2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài
* Mục ñích:
ðánh giá ñặc tính sinh lý (khả năng chịu hạn, mặn) và ñặc tính sinh hoá
(chất lượng nguồn gen: ñộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose, ñộ thơm) của
các mẫu nguồn gen lúa ñịa phương phục vụ cho công tác bảo tồn, chọn tạo và
khai thác sử dụng hiệu quả quỹ gen cây trồng.
* Yêu cầu
- Phân loại lúa nếp, tẻ, loài phụ indica, japonica;
- Xác ñịnh ñược ñộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ;
- Xác ñịnh ñược khả năng chịu hạn, chịu mặn (bằng phương pháp ñánh giá
trong phòng thí nghiệm);
- Xác ñịnh ñược hàm lượng amylose và ñộ thơm của các mẫu lúa nghiên cứu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
* Ý nghĩa khoa học
- Kết quả ñề tài góp phần phân lập mẫu nguồn gen cây lúa trong ngân hàng
gen cây trồng quốc gia, là cơ sở ñể ñề xuất các biện pháp bảo tồn, khai thác sử
dụng bền vững nguồn gen lúa ñịa phương ở Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ góp phần cung cấp dữ liệu thông tin hoàn

chỉnh về một số ñặc tính sinh lý, sinh hoá của nguồn gen lúa ñịa phương cho
các nhà khoa học quan tâm ñến lĩnh vực chọn tạo các giống lúa.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

3

* Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn cho
khai thác sử dụng hiệu quả nguồn gen lúa trong việc ñảm bảo an ninh lương
thực quốc gia.
Giới thiệu các mẫu nguồn gen có ñặc tính tốt cho công tác chọn tạo
giống.
4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài
* ðối tượng
Tập ñoàn bao gồm 132 mẫu nguồn gen lúa ñịa phương ñang lưu giữ tại
Trung tâm Tài nguyên thực vật (kèm theo phụ lục 1)
* Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu, ñánh giá một số ñặc tính sinh lý (ñộ phân huỷ kiềm, khả
năng chịu hạn, chịu mặn), sinh hoá (hàm lượng amylose và ñộ thơm) của tập
ñoàn mẫu nguồn gen lúa ñịa phương tại Trung tâm Tài nguyên thực vật.
Nghiên cứu ñược tiến hành tại phòng thí nghiệm, nhà lưới và khu ñồng
ruộng thí nghiệm thuộc Trung tâm Tài nguyên thực vật – An Khánh, Hoài
ðức, Hà Nội.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI

1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa
Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực lâu ñời và cổ xưa nhất của
loài người. Cây lúa trồng hiện nay ñã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài
và khá phức tạp, với nhiều thay ñổi rất lớn về ñặc ñiểm hình thái, nông học,
sinh lý và sinh thái ñể thích nghi với ñiều kiện khác nhau của môi trường thay
ñổi theo không gian và thời gian.
Về nguồn gốc cây lúa ñã có nhiều tác giả ñề cập tới: Theo Vavilov
(1926) [54] thì lúa ñược hình thành từ Ấn ðộ và ñây cũng là một trung tâm
khởi nguyên cây trồng.
Cùng quan ñiểm với Vavilov là hai nhà khoa học Chowdhury và Ghosh
thì cho rằng những hạt thóc thạch cổ nhất của thế giới ñã tìm thấy ở
Hasthinapur (Bang Uttar Pradesh - Ấn ðộ) vào khoảng năm 1000-750 trước
Công nguyên, tức là cách ngày nay hơn 2500 năm.
Theo Grist D.H cây lúa xuất phát từ ðông Nam Á, từ ñó lan dần lên phía
Bắc. Gutchtchin, Ghose, Erughin và nhiều tác giả khác thì cho rằng ðông
Dương là cái nôi của lúa trồng ngày nay.
ðinh Dĩnh (Trung Quốc) dựa vào lịch sử phát triển lúa hoang ở trong
nước cho rằng lúa trồng có xuất xứ ở Trung Quốc, trong khi ñó Sato (Nhật
Bản) thì lại tin rằng cây lúa có nguồn gốc từ Ấn ðộ, Việt Nam và Mianma
(Miến ðiện).
Theo Bùi Huy ðáp, 1980 [9] những khai quật khảo cổ học ở các di chỉ
thờ ñại ñồ ñá mới ở các tỉnh An Huy và Hồ Bắc cho thấy ở ñó còn lại nhiều
mảnh thóc thuộc loài O.sativa. Năm 1921 có phát hiện thấy vết tích cây lúa
trên những mảnh ñồ gốm ñào thấy ở tỉnh Hà Nam, Trung Quốc.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

5

Nhiều quan ñiểm khác nhau của các nhà khoa học về nguồn gốc phát
sinh cây lúa, song phần lớn các nghiên cứu ñều cho rằng lúa bắt nguồn từ Ấn

ðộ, Trung Quốc và khu vực ðông Nam Á (bao gồm các nước như Thái Lan,
Miama, Việt Nam), ñây cũng ñược coi là các trung tâm khởi nguyên của loại
cây lương thực này.
Song song với các nghiên cứu về nguồn gốc cây lúa ñó là những mối
quan tâm tìm hiểu về quan hệ tiến hóa cây trồng, phân loại thực vật và sự
phân bố của nó.

Tổ tiên chung


Nam và ðông Nam Á Tây Phi Châu


Lúa dại ña niên O. rufipogon O. longistaminata


Lúa dại hàng niên O. nivara O. breviligulata


Lúa trồng O. Sativa O. sativa O. glaberrima
Indica Japonica

ôn ñới nhiệt ñới

Hình 1.1 : Sơ ñồ tượng trưng cho quá trình tiến hóa của lúa trồng trên thế giới
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

6

Có nhiều tư liệu ñưa ra cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay,

tuy nhiên theo Khush, 1997 [42] cho rằng sự tiến hóa của hai loại lúa trồng
phổ biến hiện nay trên thế giới ñược thể hiện trong sơ ñồ dưới ñây:
Theo ñó lúa trồng ngày nay thuộc hai phân loài phụ là O.sativa indica và
O.sativa japonica. Trong ñó O.sativa japonica lại bao gồm lúa japonica ôn
ñới và japonica nhiệt ñới.
Tuy nhiên các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản lại dựa trên cở sở phân bố ñịa
lý, hình thái cây, hạt và ñộ bất dục khi lai tạo ñể phân chia thành 3 nhóm là
japonica, indica và javanica. Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên
nước Nhật Bản, “indica” có nguồn gốc từ từ Indica (Ấn ðộ), còn “Javanica”
có gốc từ chữ Java là tên của một ñảo của Indonesia ñể ñặt tên cho giống lúa
cổ truyền “bulu” và “gundil” của ñất nước này.
Theo Matsuo (1952) [43] và Chandraratna (1964) [31] cho rằng phân
loài phụ của lúa bao gồm 3 nhóm: indica, japonica và javanica. Trong ñó phổ
biến nhất là 2 dạng indica và japonica, còn dạng javanica mang nhiều ñặc
ñiểm trung gian giữa hai loại trên.
Bảng 1.1: So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa
indica, japonica và javanica.

Tt ðặc tính Japonica Javanica Indica
1 Hình dạng hạt lúa Ngắn Rộng Thon và nhỏ
2 Chiều dài phiến lá Ngắn Dài Dài
3 Góc của lá ñòng và thân Nhỏ Nhỏ Rộng
4 Cấu trúc các thành phần cây lúa Trung bình Rộng Nhỏ
5 Lá ñòng Ngắn, hẹp Dài, rộng Dài, hẹp
6 Số chồi Nhiều Ít Nhiều
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

7

7 Loại chồi Thẳng ñứng Thẳng ñứng Tỏa rộng

Tt ðặc tính Japonica Javanica Indica
8 Lông trên lá lúa Không có Ít Nhiều hơn
9 Lông của mày lúa Dầy ñặc Dầy ñặc Thưa
10 ðuôi lúa
Thường không
có
Thường có
Thường
không có
11 ðộ rụng của hạt lúa Khó Khó Dễ
12 Chiều dài gié lúa Ngắn Dài Trung bình
13 Nhánh của gié lúa Ít Nhiều Trung bình
14 Tỉ trọng gié lúa Cao Trung bình Trung bình
15 Sức nặng của gié lúa Nặng Nặng Nhẹ
16 Chiều cao cây lúa Ngắn Cao hơn Cao
17 ðộ ngã Khó ngã Trung bình Dễ ngã
18 Sức nẩy mầm Chậm Nhanh Nhanh
19 Chịu lạnh Cao Ít chịu lạnh
Không chịu
lạnh
20 Chịu hạn Ít Cao Cao
Matsuo (1952) và Chandraratna (1964)

Sự phân bố về ñịa lý của các nhóm lúa indica, japonica và javanica
cũng ñược nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu bởi chính những vùng
ñịa lý mà chúng thích nghi ñã tạo ra những ñặc ñiểm khác biệt trên của các
nhóm lúa [23]. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học thì:
Nhóm lúa indica (lúa tiên) ñược gieo trồng chủ yếu ở vùng nhiệt ñới
như: Srilanka, Nam Trung Quốc, Ấn ðộ, Pakistan, Philippines….
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

8

Nhóm lúa japonica (lúa cánh) thích hợp với nhiệt ñộ thấp hơn và ñược
gieo trồng ở những vùng có khí hậu cận nhiệt ñới và ôn ñới như: miền Bắc và
ðông Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên.
Nhóm lúa javanica (dạng hình trung gian giữa hai loài phụ indica và
japonica): chủ yếu ñược gieo trồng ở Indonesia, nhiều nhất là ở Java và
Sumatra
Hình 1.2. Sự phân bố lúa trồng trên thế giới
1.2. ðặc tính sinh lý ở cây lúa
Những vấn ñề liên quan ñến ñặc tính sinh lý ở cây lúa ñã ñược nhiều
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu như: sinh lý ngủ nghỉ của hạt thóc, quang
hợp và hô hấp ở cây lúa, dinh dưỡng khoáng, khả năng chống chịu mặn, chịu
hạn, chịu úng, chịu rét…. Tuy nhiên trong khuôn khổ nghiên cứu của ñề tài
chỉ tập trung nghiên cứu về ñặc tính sinh lý ở cây lúa liên quan ñến khả năng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

9

chống chịu hạn, mặn và ñộ phân huỷ kiềm của các mẫu nguồn gen lúa ñịa
phương.
1.2.1. Lúa chịu hạn và cơ chế chống chịu
Hiện nay có nhiều ñịnh nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa
chịu hạn.
Chang T.T. và Bardenas (1865) [33] cho rằng: “Lúa cạn là loại lúa
ñược gieo hạt trên các loại ñất khô, có thể là ñất dốc hoặc ñất bằng nhưng ñều
không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào ñộ ẩm do nước mưa cung cấp
nhờ nước trời”
Huke. R.E (1982) dùng thuật ngữ “lúa khô” (dryland rice) thay cho “lúa

cạn” (upland rice) và ñịnh nghia lúa cạn ñược trồng ở những thửa rộng ñược
chuẩn bị ñất và gieo hạt dưới ñiều kiện khô, cây lúa sống hoàn toàn nhờ nước
trời.
Theo Garirity D.P (1984), lúa cạn ñược coi là lúa trồng mùa mưa trên
ñất cao, ñất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng ñược ñắp bờ hoặc
không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa
cạn ñược hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với những vùng
trồng lúa thường gặp hạn, mà xuất hiện những biến dị chịu hạn ngày càng
cao. Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng
nước.
Theo tác giả Bùi Huy ðáp (1978), [8] “Lúa cạn ñược hiểu là loại lúa
gieo trồng trên ñất cao, như các loại hoa màu trồng cạn khác, không tích nước
trong ruộng và hầu như không bao giờ ñược tưới thêm. Nước cho lúa chủ yếu
do mưa cung cấp và ñược giữ lại trong ñất”
ðối với lúa cũng như các loại cây trồng khác, nước là một nhu cầu tối
thiểu ñể duy trì sự sống, mức ñộ cần nhiều hay ít nước tuỳ thuộc vào từng loại
cây trồng và từng giai ñoạn sinh trưởng phát triển của chúng. Thiếu nước cho
cây sinh trưởng phát triển thường ñược hiểu là hạn hán xẩy ra. Hạn hán gây ra
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

10

tổn thương cho cây trồng ở nhiều mức khác nhau: nghiêm trọng có thể gây
chết, mức nhẹ hơn thì làm cho cây sinh trưởng phát triển chậm hoặc sinh
trưởng phát triển tương ñối bình thường [37]. Trong ñiều kiện hạn hán xẩy ra
mà cây trồng vẫn có khả năng duy trì sự sinh trưởng, phát triển và cho năng
suất tương ñối ổn ñịnh ñược gọi là có khả năng chịu hạn và khả năng ñó giúp
cây giảm thiểu mức ñộ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra. Hạn thành 4 loại
chính sau:
- Hạn không khí: Hạn không khí thường có ñặc trưng là nhiệt ñộ cao (39 – 42

o
C)
và ñộ ẩm thấp (<65%). ðối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn
không khí thường gây hiện tượng héo tạm thời, vì nhiệt ñộ cao, ẩm ñộ thấp làm
cho tốc ñộ thoát hơi nước nhanh vượt quá mức bình thường, lúc ñó rễ hút nước
không ñủ ñể bù ñắp lại lượng nước mất, cây lâm vào trạng thái mất cân bằng về
nước. Với cây lúa hạn gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñặc biệt vào thời kỳ bắt ñầu
hình thành các cơ quan sinh sản cho ñến lúc kết thúc quá trình thụ phấn. Hạn
không khí gây hại nhất ở giai ñoạn lúa phơi màu và thậm chí gây nên mất mùa
nếu gặp phải ñợt nhiệt ñộ cao và ñộ ẩm không khí thấp (mặc dù nước trong ñất
không thiếu, làm cho hạt phấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh
không xảy ra và hạt bị lép.
- Hạn ñất: Hạn ñất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của ñất tăng cao ñến mức cây
không cạnh tranh ñược nước của ñất làm cho cây không thể lấy nước vào qua
rễ, vì vậy hạn ñất thường gây hiện tượng héo lâu dài. Hạn thường xảy ra nhiều
ở những vùng có ñiều kiện khí hậu, ñịa hình, ñịa chất, thổ nhưỡng ñặc thù như
sa mạc ở Châu Phi, ñất trống ñồi trọc của Châu Á, mùa ít mưa và nhiệt ñộ
thấp ở Châu Âu.
- Hạn kết hợp: Khi có sự kết hợp cả hạn ñất và hạn không khí thường gây nên
hạn trầm trọng, kéo dài dẫn ñến héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục
hồi.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

11

- Hạn sinh lý: xẩy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút
ñược nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước. Rễ cây không lấy
ñược nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng
nước. Trường hợp này thường xẩy ra ở môi trường ñất yếm khí, rễ cây thiếu
oxy ñể hô hấp nên không có năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng ñộ muối

trong ñất quá cao vượt quá nồng ñộ dịch bào của rễ làm rễ cây không hút
nước ñược, hay trường hợp nhiệt ñộ của ñất quá thấp cũng xảy ra hạn sinh
lý…Hạn sinh lý kéo dài cũng tác hại như hạn ñất và hạn không khí.
ðể có khả năng duy trì sinh trưởng và phát triển bình thường trong ñiều
kiện hạn thì cây lúa cạn có những ñặc ñiểm sinh học như: số lượng rễ, ñộ lớn,
ñộ dài và ñặc biệt có ñộ dày của vỏ rễ lớn hơn nhiều so với lúa nước. ðiều ñó
giúp lúa cạn có bộ rễ ăn sâu và phát triển trong ñiều kiện khô hạn. Số lượng
rễ, số lông rễ, ñộ lớn của rễ phụ thuộc vào từng nguồn gen. Khả năng thu thập
nước và cung cấp ñủ nước thông qua rễ tới các bộ phận của cây trong ñiều
kiện khó khăn về nước ñược coi là chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh giá tính chịu
hạn.
Lúa cạn cũng có bộ lá dày hơn, tuy hô hấp nhiều nhưng giữ nước tốt.
Trên bề mặt lá có nhiều lông do vậy có thể hấp thu sương ñêm. Ở các giống
lúa cạn khi ñộ ẩm ñất giảm thì lá cuộn lại và khí khổng ñóng ñể giảm sự mất
nước. Việc ñóng mở khí khổng dược ñiều khiển thông qua ñiều chỉnh áp suất
thẩm thấu hoặc hoocmon ABA (acid Abscisic).
Nghiên cứu khả năng chịu hạn ở cây lúa ñã thu hút ñược nhiều tác giả
quan tâm. Silva và CS (1986) nghiên cứu ñặc ñiểm hình thái của bộ rễ lúa nhận
thấy tổng chiều dài bộ rễ có liên quan chặt chẽ ñến tính chịu hạn của lúa nương.
Sau ñó các nghiên cứu về ñặc ñiểm sinh lý, hóa sinh liên quan ñến khả năng chịu
hạn của lúa ñược quan tâm.
Các nhà sinh lý cho rằng áp suất thẩm thấu ñóng vai trò quan trọng tạo
nên khả năng chịu hạn ở giống cây trồng. Nhiều nghiên cứu ñã khẳng ñịnh áp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

12

suất thẩm thấu liên quan ñến sự nảy mầm của hạt và ñề nghị ñể xác ñịnh kiểu
gen có áp suất thẩm thấu cao.
Trần Nguyên Tháp (2001) [21] sử dụng thí nghiệm ñánh giá khả năng

chịu hạn nhân tạo của các cây lúa ở trong phòng ñã khuyến cáo sử dụng dung
dịch KCl0
3
ở nồng ñộ 2-3% hoặc ñường Sacarora 0.8-1% ñể xử lý hạt.
Vũ Văn Liết và cs (2004) [16] ñã sử dụng dung dịch KCl0
3
3% ngâm hạt
thóc trong 48h trước khi cho nảy mầm và dung dịch KCl0
3
1% xử lý rễ mạ ñể
tiến hành thanh lọc các nguồn gen lúa chịu hạn. Hiện nay phương pháp này ñã
và ñang ñược sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm ñể ñánh giá nhanh
khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa.
Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý bằng KClO
3
: ðây là phương
pháp nhân tạo, ñánh giá gián tiếp khả năng chịu hạn của các giống lúa. Khả
năng chịu hạn của cây liên quan ñến khả năng chịu ñộc và giữ nước của keo
nguyên sinh khi dùng một hoá chất ñộc ñể xử lý. Nếu keo nguyên sinh ít bị
ñộc, tế bào và mô ít bị mất nước, ít bị hại, chứng tỏ cây có tính chịu hạn.
Ngược lại, nếu keo nguyên sinh bị nhiễm ñộc, tế bào và mô bị mất nước dẫn
ñến cây bị hại chứng tỏ cây không có tính chịu hạn.
- Tỷ lệ % hạt nảy mầm tính theo công thức:
Số hạt nảy mầm
+ % hạt nảy mầm =
Tổng số hạt xử lý

x 100

- Tỷ lệ % rễ mầm bị ñen (hoặc héo) tính theo công thức:

Số rễ mầm ñen (héo)

+ % rễ mầm ñen (héo) =
Tổng số rễ mầm
x 100
Tỷ lệ % rễ mạ ñen (hoặc héo) tính theo công thức:

Số rễ mạ ñen (héo)
+ % rễ mạ ñen (héo) =

Tổng số rễ mạ
x 100

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

13

1.2.2. Lúa chịu mặn và cơ chế chống chịu
Nhiễm mặn là một vấn ñề phổ biến và ngày càng có tính nghiêm trọng
hơn trong sản xuất nông nghiệp hiện nay. Diện tích ñất mặn tăng do sự xâm
nhập ngày càng nhiều của nước biển, ñất mặn làm hạn chế năng suất do nó có
chứa một lượng muối hoà tan trong nước ở vùng rễ cây, làm ức chế sinh
trưởng, phát triển của cây trồng. Mức ñộ gây hại của ñất mặn tuỳ thuộc vào
loại cây trồng, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường ñi kèm theo nó và
tính chất của ñất [3].
Theo hội khoa học ðất Mỹ (SSSA-1979) ñã xác ñịnh ñất mặn là ñất có
ñộ dẫn ñiện (EC) từ 2 - 4 ds/m. ðất mặn ñược chia thành 2 nhóm chính dựa
vào nguồn gốc phát sinh mặn [3].
- Mặn ven biển (Coastal salinity) hoặc vùng cửa sông do nước biển xâm
nhập vào mùa khô.

- Mặn trong ñất, do muối từ trong ñất vào mùa khô theo mao dẫn từ tầng
dưới lên (Inland salinity).
Mặn kìm hãm sinh trưởng và phát triển của cây bằng cách ức chế các
hoạt ñộng sinh lý và trao ñổi chất của cây trồng như: mất cân bằng nước, ngộ
ñộc ion hoặc mất cân bằng trong trao ñổi ion (Greenway và Munns, 1980)
[36]. ðộ mặn cao làm giảm hoạt ñộng quang hợp (Sakamoto và cs, 1998)
[52], kìm hãm sự ra lá (Hu và Schmidhalter, 1998) [40] và làm biến ñổi cấu
trúc tế bào (Pareek và cs, 1997) [50]. Các nghiên cứu về tính chịu mặn của
cây trồng ñã chỉ ra rằng: trong môi trường mặn, Na
+
tích luỹ nhiều trong cây
nhưng phân bố không ñều trên các bộ phận và ñược tích luỹ nhiều hơn ở các
lá già (Yeo và Flower, 1982) [56]. Cây trồng chỉ sinh trưởng ñược khi hàm
lượng Na
+
tích luỹ ñến một giới hạn nhất ñịnh (Munns và Termaat, 1986)
[44], giới hạn này là tính trạng có liên quan ñến khả năng chịu mặn của cây
(Gorham và cs, 1985) [35].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

14

Tính chịu mặn là một ñặc tính di truyền rất phức tạp, ñiều này ñược thực
hiện bởi sự có mặt của các thành phần hữu cơ trong tế bào chất của thực vật
như là glycinebetaine, mannitol và proline (Flower và Flower, 2005) [34].
Tính chịu mặn cũng phụ thuộc vào hình thái học thực vật, việc chia ngăn và
các chất tan tương thích, kiểm soát sự mất nước của thực vật, kiểm soát sự
chuyển dịch của ion, các ñặc tính của màng tế bào thực vật, tỷ lệ Na/K trong
tế bào chất.
Lúa là một trong các loại cây trồng mẫn cảm với ñộ mặn của ñất, ñộ mặn

giới hạn cho phép lúa sinh trưởng, phát triển ñược là 0.6-0.8%. Năng suất lúa
giảm tới 70-100% nếu ñộ mặn quá nghiêm trọng (Heenan và cộng sự, 1988)
[39]. Tuy nhiên, khả năng chịu mặn phụ thuộc nhiều vào từng loài và giống
lúa khác nhau, một số giống lúa có khả năng chống chịu tốt với ñiều kiện
mặn. Loài lúa dại (Oryza latifolia) có khả năng chịu mặn tốt hơn lúa trồng
(Oryza sativa), ở loài này cây lúa có khả năng duy trì quá sinh trưởng bình
thường mặc dù hàm hượng Na
+
trong lá rất cao (Nakamura và cộng sự, 2002)
[45]. Các nghiên cứu về cơ chế chịu mặn ở lúa ñã chứng minh rằng trong môi
trường mặn lúa có khả năng loại thải Na
+
qua rễ (Akita và Cabuslay, 1990)
[27], ñồng thời tích luỹ nhiều proline và glycinebetaine trong lá (Harinatsu và
cộng sự, 1996) [38] nhằm làm cân bằng tính thấm của tế bào. Vì vậy, có thể
dựa vào các chỉ tiêu này ñể chọn lọc các giống lúa có khả năng chịu mặn cao
phù hợp với các vùng ñất nhiễm mặn và làm vật liệu cho công tác chọn tạo
giống lúa chịu mặn.
Mặn ảnh hưởng ñến sinh trưởng phát triển của cây lúa ở những mức ñộ
khác nhau ở từng giai ñoạn sinh trưởng phát triển khác nhau. Trong ñó, ở giai
ñoạn sinh trưởng 2 – 3 lá cây lúa rất mẫn cảm với mặn và sau ñó là thời kỳ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

15

thụ phấn thụ tinh. Giai ñoạn nảy mầm, giai ñoạn tăng trưởng và thời kỳ chín
thì khả năng chống mặn tốt hơn.
Yeo và Flowes (1984) ñã tổng kết cơ chế chịu mặn của cây lúa như sau:
- Cây lúa hấp thu các ion có tính chất chọn lọc nên không hấp thu dư thừa
các chất gây ñộc hại.

- Trong cây lúa, lượng Na
+
dư thừa sẽ ñược mô libe tái hấp thu và ñịnh vị
ở ñó.
- Khả năng chống chịu mặn của lúa, còn thể hiện khả năng phối hợp ở mức
ñộ cao về ñiện phân ở rễ lúa và mức ñộ thấp ở phần trên mặt ñất, do vậy Na
+

không thể chuyển lên phần trên ñược.
- Hiện tượng ngăn cách từ lá ñến lá: lượng muối dư thừa ñược chuyển từ lá
non ñến lá già, muối ñược ñịnh vị tại lá già không có chức năng, không
chuyển ngược lại.
- Hiện tượng lượng muối Na
+
dư thừa ñược chuyển vào trong các không
bào, làm giảm sự gây ñộc của ñộ mặn.
- Cây hấp thụ muối nhưng sẽ làm loãng nồng ñộ muối nhờ tăng cường chế
ñộ phát triển nhanh và tăng lượng nước trong các bộ phận.
Công trình của Mishra và cs, (1990) về di truyền số lượng liên quan ñến
tính trạng chống chịu mặn cho thấy hoạt ñộng của cả 2 nhóm gen cộng tính và
không cộng tính ñều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn.
Tác hại của mặn phụ thuộc vào nồng ñộ muối, loại muối, ñất, giống và giai
ñoạn sinh trưởng phát triển của cây. Mặn ảnh hưởng xấu ñến sinh trưởng phát
triển của cây và cuối cùng ảnh hưởng ñến năng suất cây trồng. Mass và Hoffman
(1997) ñã mô tả tác hại của mặn ñối với lúa thể hiện qua phương trình:
Y = 100 - B (Ece - A)
Trong ñó: Y: Năng suất tương ñối
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………

16

A: Giá trị của ngưỡng mặn, bằng 3 ñối với lúa
B: Sự giảm NS trên ñơn vị tăng ñộ mặn, bằng 1-2 ñối với lúa
Nhiều nhà khoa học ñã nghiên cứu về lúa chịu mặn nhằm tìm ra những
giống lúa có khả năng chống chịu mặn thích nghi cho những vùng ñất ngập
mặn quanh năm và cho cả những vùng ñang chuẩn bị mặn. Udobenko (1978)
ñã ñề xuất biện pháp thanh lọc giống chịu mặn bằng việc ñánh giá khả năng
hút trương của hạt. Viện lúa IRRI ñề nghị phương pháp ñếm số lá chết sau
một tháng cấy mạ trong ñất mặn hoá với nồng ñộ muối 0,4% và ñộ dẫn ñiện
là 8 - 10 mmho/cm. Dựa vào sự sai khác về tỷ lệ lá chết ở các giống mà ñánh
giá tính chống chịu mặn của chúng Konzak (1976) cho hạt nảy mần và sinh
trưởng trong dung dịch muối rồi ño sự giảm chiều dài của rễ và chiều cao của
cây so với ñối chứng ñể ñánh giá khả năng chịu mặn của các giống.
Theo Yoshida thì có thể dựa vào khả năng ñiều chỉnh thẩm thấu của tế
bào trong ñiều kiện mặn ñể ñánh giá khả năng chống chịu mặn của chúng.
Việc khai thác các biến dị có lợi trong tự nhiên kết hợp với phương pháp
thanh lọc ñúng ñắn mà con người ñã tạo ñược nhiều giống cây trồng chịu mặn
trong sản xuất.
1.2.4. ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ
Gạo không giống ña số các ngũ cốc khác là hạt ñược tiêu thụ toàn bộ.
Bởi vậy những tính chất vật lý như kích thước, hình dạng, sự ñồng ñều về
diện mạo chung và ñặc biệt là tính chất về hoá sinh là vô cùng quan trọng.
Một số chỉ tiêu về sinh lý và hoá sinh của hạt ñược quan tâm nghiên cứu
nhiều nhất ñó là: ñộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose và ñộ thơm.
ðộ phân hủy kiềm là một chỉ tiêu sinh lý liên quan ñến chất lượng hạt
gạo. ðộ phân hủy trong kiềm ñược xem như một chỉ tiêu biểu thị cho nhiệt ñộ
hóa hồ. Nhiệt ñộ hóa hồ (GT): là ñặc tính chỉ nhiệt ñộ nấu gạo thành cơm và
không thể trở lại trạng thái ban ñầu. GT thay ñổi từ 55 ñến 79
0
C. GT trung

bình là ñiều kiện tối hảo cho chất lượng gạo tốt