Nghiên cứu quan hệ di truyền một số giống lúa đặc sản, chất lượng, trồng phổ biến ở việt nam bằng chỉ thị phân tử SSR

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT



TRẦN THỊ LƢƠNG


NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC
SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ
THỊ PHÂN TỬ SSR



LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC







Hà Nội, Tháng 10-2013
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT


TRẦN THỊ LƢƠNG

NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC
SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ
THỊ PHÂN TỬ SSR

NGÀNH: SINH HỌC THỰC NGHIỆM
MÃ NGÀNH: 60 42 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Nguyễn Đức Thành



Hà Nội, Tháng 10-2013
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả



Trần Thị Lƣơng















4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Đức Thành đã
tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công
trình nghiên cứu này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt đến TS. Lê Thị Bích Thủy và tập
thể cán bộ Phòng Di truyền tế bào thực vật đã giúp đỡ tôi về mặt tinh thần,
cũng nhƣ tạo mọi điều kiện về vật chất, các phƣơng tiện kỹ thuật cho tôi trong
suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong ban đào tạo Viện sinh thái
Tài nguyên Sinh vật – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành chƣơng trình đào tạo.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn.
Tác giả





Trần Thị Lƣơng








5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
DNA : Deoxyribonucleic acid
RNA : Axit ribonucleotide
AFLP : Amplyfied Fragment Length Polymorphism
Bp : Cặp base (base pair)
CTAB : Cetyltrimethyl amoniumbromide
dNTP : Deoxynucleosid triphosphat
EDTA : Ethylene diamin tetra acetate
EtBr : Ethidium bromide
Kb : Kilo base
NST : Nhiễm sắc thể
PCR : Phản ứng chuỗi polymerase
(Polymerase chain reaction)
QTL : Locut tính trạng số lƣợng (Quantitative Trait Loci)
Rnase : Ribonuclease
RFLP : Đa hình độ dài các đoạn cắt hạn chế
(Restriction Fragment Length Polymorphism)
RAPD : Random Amplyfied Polymorphic DNA
SSR : Các trình tự lặp lại đơn giản
(Simple Sequence Repeats)
Taq Polymerase: Thermus aquaticus Polymerase
TBE : Tris base, Boric acid, EDTA.
TE : Tris EDTA





6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC BẢNG


Bảng 1.1. Phân loại gạo dựa vào hàm lƣợng amylose 10
Bảng 1.2. Tƣơng quan giữa nhiệt độ hóa hồ và độ tan rã của gạo trong môi
trƣờng kiềm 11
Bảng 1.3. Phân loại gạo theo độ bền thể gel 12
Bảng 1.4. Phân loại các giống gạo tẻ (nonwaxy) ở các nƣớc Á châu dựa trên
hàm lƣợng amylose, độ trở hồ - BEPT (kiểm định kiềm) và độ bền thể gel. .13
Bảng 1.5. Biến thiên các tính trạng phẩm chất hạt theo mùa vụ tại Cần Thơ .14
Bảng 2.1. Danh sách 60 giống lúa nghiên cứu 23
Bảng 3.1. Số alen thể hiện, số alen hiếm và hệ số PIC của 33 cặp mồi SSR. 33
Bảng 3.2. Các chỉ thị SSR cho alen đặc trƣng ở 12 giống lúa 36
Bảng 3.3. Tỉ lệ khuyết số liệu (M) và tỉ lệ dị hợp tử (H) của các giống lúa
nghiên cứu 40

7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1. Kết quả điện di DNA genome của 25 mẫu lúa (số 1-25 trên ảnh
tƣơng ứng với các giống theo thứ tự 1-25 ở bảng 2.1) 32
Hình 3.2. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM18 với các
mẫu lúa D30 – DS55 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 36
Hình 3.3. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM510 với các
mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 37
Hình 3.4. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM20 với các
mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 37
Hình 3.5. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM17 với các
mẫu lúa DS1 – DS60 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 37
Hình 3.6. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM223 với các
mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 38
Hình 3.7. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM19 với các
mẫu lúa DS30 – DS55 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 38
Hình 3.8. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM72 với các
mẫu lúa DS1 – DS60 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 39
Hình 3.9. Sơ đồ quan hệ di truyền của 60 giống lúa dựa trên số liệu phân tích
DNA với 33 chỉ thị phân tử SSR 44

8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I :TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Đại cƣơng về cây lúa 3
1.2. Lúa đặc sản 4
1.2.1. Khái niệm chung 4
1.2.2. Ý nghĩa khoa học và giá trị kinh tế 6
1.2.3. Tình hình nghiên cứu lúa đặc sản trong nƣớc và thế giới 6
1.3. Lúa chất lƣợng 8
1.3.1. Khái niệm chung và nhu cầu thị yếu sử dụng lúa gạo ở các quốc gia 8
1.3.2. Một số tính trạng chất lƣợng ở lúa 9
1.4. Tình hình nghiên cứu lúa chất lƣợng ở Việt Nam và trên thế giới 15
1.5. Đa dạng di truyền lúa Việt Nam 19
1.5.1. Khái niệm, vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền 19
1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu đa dạng di truyền. 20
1.6. Chỉ thị phân tử SSR 20
1.6.1. Khái niệm 20
1.6.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử SSR trong nghiên cứu đa dạng di truyền 21
CHƢƠNG II: VẬT LIỆU - NỘI DUNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…23
2.1. Vật liệu 23
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26
2.2.1. Phƣơng pháp tách chiết DNA genome 26

2.2.2. Phƣơng pháp chạy PCR với các mồi SSR 28
2.2.3. Phƣơng pháp điện di trên gel agarose 28
2.2.4. Phƣơng pháp điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide 29
2.2.5. Phƣơng pháp phân tích số liệu 31
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3.1. Kết quả tách DNA genome 32
3.2. Đa dạng di truyền các giống lúa bằng chỉ thị phân tử SSR 33
3.2.1. Số alen, hệ số PIC, tổng số băng thể hiện trên từng cặp mồi 33
3.2.2. Các alen hiếm và alen đặc trƣng 35
3.2.3. Tỉ lệ khuyết số liệu (M) và tỉ lệ dị hợp tử (H) của các giống lúa
nghiên cứu 39
3.2.4. Quan hệ di truyền giữa các giống lúa nghiên cứu 42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 47
CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ……………………………………………55

1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Lúa đặc sản là loại lúa cho sản phẩm chất lƣợng cao và mang tính đặc
thù của vùng. Lúa đặc sản bao gồm các giống lúa thơm, lúa nếp và một số lúa
japonica đƣợc trồng ở các vùng sinh thái khác nhau của nƣớc ta. Trong các
giống lúa thơm có Hƣơng cốm, Hƣơng chiêm, lúa Nàng nhen thơm. Các
giống lúa nếp đặc sản có nếp Hoa vàng 1,2, nếp Cẩm đen, nếp Lá xanh v. v.
Các giống lúa này cùng với một số giống đặc sản cải tiến đã góp phần vào sự
phát triển lúa gạo nƣớc ta. Việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen tập đoàn lúa
đặc sản không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo tồn các giống lúa đặc sản bản địa
mà còn có ý nghĩa trong công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng cao.
Bên cạnh những giống lúa đặc sản, những giống lúa chất lƣợng là một
trong những giống đóng vai trò quan trọng nhất, tác động ảnh hƣởng đến giá
cả thị trƣờng và ngƣời tiêu dùng. Nhu cầu về giống lúa chất lƣợng cao những
năm gần đây thay đổi bởi sở thích của ngƣời tiêu dùng và yêu cầu thị trƣờng
mạnh mẽ. Phát triển giống lúa chất lƣợng cao là một trong những hƣớng đi
chính trong tiến trình cải biến giống cây trồng mới.
Sự tăng trƣởng và phát triển các nguồn tài nguyên nông nghiệp chủ yếu
phụ thuộc vào đa dạng di truyền giữa các giống cây trồng khác nhau. Các
giống có cấu trúc di truyền khác biệt là nguồn nguyên liệu tốt để tạo ra các
giống lúa cải tiến trong tƣơng lai. Nhƣ vậy, xác định kiểu gen và mối quan hệ
giữa các các kiểu gen là vô cùng quan trọng. Sự phát triển của kỹ thuật công

nghệ sinh học mới đã cung cấp công cụ hữu hiệu hỗ trợ đánh giá sự biến đổi
di truyền ở cả hai cấp độ kiểu gen và kiểu hình. Chỉ thị phân tử là công cụ
mạnh mẽ trong việc đánh giá các biến dị di truyền, giải thích mối quan hệ di
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

truyền trong và giữa các loài, hỗ trợ việc quản lý các nguồn tài nguyên di
truyền thực vật (Virk et al., 2000; Song et al., 2003; Teixeira da Silva., 2005).
Trình tự lặp lại đơn giản (SSR) là công cụ quan trọng để xác định sự
biến đổi di truyền nguồn gen (Powell et al., 1996; Ma et al., 2011). Nhờ có ƣu
điểm là đánh giá nhanh chóng, chính xác, cho đa hình cao và ổn định, do đó
chỉ thị SSR đƣợc sử dụng rộng rãi trong phân tích đa dạng di truyền, lập bản
đồ phân tử (Zhang et al., 2007;. Ma et al., 2011), xây dựng dấu vân tay DNA
(Xiao et al., 2006; Ma et al., 2011), kiểm tra độ tinh khiết di truyền (Peng et
al., 2003; Ma et al., 2011), phân tích sự đa dạng các nguồn gen (Zhou et al.,
2003; Jin et al., 2010; Ma et al., 2011.).
Để góp phần giúp nhận dạng các giống phục vụ cho công tác bảo tồn và
cung cấp thông tin hữu ích cho công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng cao
chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu quan hệ di truyền một số giống lúa
đặc sản, chất lƣợng, trồng phổ biến ở Việt Nam bằng chỉ thị phân tử
SSR”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu quan hệ di truyền của các giống lúa để phân loại và cung
cấp các thông tin về lúa đặc sản, chất lƣợng, trồng phổ biến ở Việt Nam cho
công tác bảo tồn, khai thác sử dụng và chọn tạo các nguồn gen quý.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tách DNA genome của 60 giống lúa nghiên cứu
- Phân tích DNA genome với các mồi SSR xác định các mồi cho đa hình,
số lƣợng allele của mỗi mồi, hệ số PIC, hệ số dị hợp tử.

- Phân nhóm di truyền các giống lúa

3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

CHƢƠNG I :TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Đại cƣơng về cây lúa
Chi lúa Oryza thuộc họ Graminae, họ phụ Oryzoideae . Cây lúa
(Oryza sativa L) còn đƣợc gọ ợc thuần hoá từ lúa dại ở
ba trung tâm đầu tiên vùng Đông Nam Á: Assam (Ấn Độ), biên giới Thái Lan
– Myanmarr, Trung du Tây Bắc Việt Nam (Đinh Văn Lữ, 1998). Theo tài liệu
của Trung Quốc thì khoảng năm 2800 – 2700 TCN, ở Trung Quố ề
trồ ả thuyết lại cho rằng tổ tiên của lúa
Oryza là một cây hoang dại trên siêu lục địa Gondwana cách đây ít nhất 130
triệu năm và phát tán khắp các châu lục trong quá trình trôi dạt lục địa.
Gutschin cho rằng cái nôi của nghề trồng lúa là ở chân dãy Himalaya đổ
xuống các vùng đồng bằng Bengale, Assam, Thái Lan vì ở ều
loại lúa hoang dại và các giống lúa trồng phong phú (Bùi Huy Đáp, 1999).
ều các tài liệu khác nhau, các khảo cổ đã chứng minh nguồn
gốc khác nhau của cây lúa nhƣng đa số các tài liệu đều cho rằng nguồn gốc
cây lúa là ở vùng đầm lầ ể thuộc nhiều quố
ậu nhiệt đớ ẩm cây lúa đã lan rộng ra các vùng
khác nhau (Nguyễn Văn Lẫm, 1998; Đinh Văn Lữ, 1998)
Lúa thuộc ngành thực vậ (Angios Permes), lớp một lá mầm
(Mono Cotyledones), bộ hòa thả (Graminales), họ hòa thảo
(Graminae), lúa trồng thuộc chi Oryza 24 hoặc 48 nhiễm sắc thể 23
loài phân bố khắp thế giớ ồng. Loài Oryza sativa L.
trồng phổ biến trên thế giới và phần lớn tập trung ở châu Á bao gồm ba loài
phụ: Japonica phân bố ở độ cao (Bắc Trung Quốc, Nhật Bản,

Triều Tiên), chịu rét cao, ít chịu sâu bệnh; Indica ( đƣợc trồng ở các nƣớc
nhiệt đới và cận nhiệt đới nhƣ Việt Nam, Thái Lan, Ấn Độ ặc
4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

điểm hạt dài, thân cao, mềm dễ đổ, chịu sâu bệnh, năng xuất thấp, mẫn cảm
với ánh sáng; Javanica ặc điểm trung gian, hạt dài, dày và rộng hơn hạt
của Indica, chỉ đƣợc trồng ở vài nơi thuộc Indonesia (Nguyễn Văn Lẫm,
1998). Loài Oryza gluberrima S. đƣợc trồng với một diện tích nhỏ thuộc Tây
Phi. Sự tiế ủa cây lúa gắn liền với sự tiế ủa loài ngƣời đặc biệt ở
châu Á.
Lúa là cây trồng rất cổ xƣa, có tính đa dạng về di truyền và hình thái hơn
các loại cây trồng khác, là cây trồng nhiệt đới, hoa tự thụ phấn và đƣợc coi là
cây ngắn ngày (cây hàng niên). Cơ bản lúa là một cây cạn thích nghi với điều
kiện nƣớc. Nói chung nó ít chịu hạn hơn và khi gặp hạn nó cũng bị hại nhiều
hơn các loài lƣơng thực khác. Lúa là loại cây trồng mẫn cảm với điều kiện
ngoại cảnh. Quá trình sinh trƣởng, phát triển và năng suất cây lúa chịu ảnh
hƣởng rất lớn của yếu tố môi trƣờng. Hiện nay, lúa đƣợc trồng ở những điều
kiện sinh thái và khí hậu khác nhau, tuy vậy những loài quan trọng đều ƣa ẩm,
sinh trƣởng và phát triển ở các vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, thƣờng có đủ
ánh sáng và nhiệt độ nên nƣớc là yếu tố hạn chế năng suất chính (Bùi Huy
Đáp, 1999).
1.2. Lúa đặc sản
1.2.1. Khái niệm chung
Lúa đặc sản là loại lúa cho sản phẩm chất lƣợng cao và mang tín đặc
thù của vùng. Các giống lúa đặc sản có quy trình sản xuất ổn định và quảng
bá thƣơng hiệu mang tính chuyên nghiệp.
Ở Việt Nam, các giống lúa đặc sản nổi tiếng nhƣ: giống lúa Nàng thơm
Chợ Đào, giống lúa Huyết rồng của huyện Vĩnh Hƣng – tỉnh Long An, giống

lúa Khẩu Mang của huyện Đồng Văn – tỉnh Hà Giang, giống Séng Cù ở tỉnh
vùng cao Lào Cai, giống lúa Tám thơm Hải Hậu, Nam Định…Trên thế giới
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

một số giống lúa đặc sản nổi tiếng nhƣ: giống lúa Basmati của Ấn Độ, giống
lúa Khaw Dawk Mali của Thái Lan…Phần lớn các giống lúa đặc sản là các
giống bản địa. Các giống này thƣờng có yêu cầu rất chặt chẽ về nơi trồng, khó
tìm đƣợc cách mở rộng diện tích mà vẫn giữ đƣợc mùi thơm và độ dẻo đặc
trƣng. Nhƣ giống Nàng thơm chợ đào ở đồng bằng Sông Cửu Long, chỉ trồng
đƣợc ở xã Mỹ Lệ, Cần Đƣớc, Long An mới giữ đƣợc đặc tính cơm mềm dẻo,
hạt cơm bóng , mùi thơm rất lâu. Giống lúa Sén cù ở vùng cao biên giới Bát
Xát, Lào Cai, lúa đƣợc cấy trên ruộng bậc thang cao trên 700 m so với mặt
nƣớc biển, chịu lạnh, chịu hạn, ngày nắng, sƣơng mù, bông và hạt dài, hạt gạo
trắng, thơm ngậy, cơm để nguội vẫn thơm dẻo. Giống lúa thơm Hải Hậu đƣợc
trồng ở vùng đất Hải Hậu ven sông Ninh Cơ, nhờ mƣơng nƣớc từ sông Ninh
về tƣới tiêu và mang theo phù xa sông Hồng bồi lắng cho đồng ruộng nên
giống lúa Tám thơm nơi đây có đặc điểm cho cơm dẻo thơm ngon, không có
loại lúa Tám nơi nào sánh bằng… Các loại gạo kể trên có trên thị trƣờng tiêu
thụ chủ yếu là các siêu thị với thƣơng hiệu tín nhiệm.
Các giống lúa thơm đặc sản bản địa khác cũng đƣợc kể đến khá nhiều
nhƣ: Dự thơm, Dự lùn, Dự đen, Di hƣơng, gié thơm, Hƣơng cốm, Hƣơng
chiêm, lúa Nàng nhen thơm, nếp Hoa vàng 1,2; nếp Cẩm đen, nếp Lá
xanh…Các giống lúa này cũng cho cơm thơm và mềm dẻo nhƣng giá trị xếp
hạng sau so với các giống lúa đặc biệt kể trên. Gần đây, có nhiều giống lúa
thơm cao sản mới, có tính thích ứng rộng hơn, trồng đƣợc diện tích lớn hơn
cũng đƣợc quan tâm nhƣ OMC21, ST Jamin, ST thơm, hƣơng cốm. Các
giống này tuy không cho gạo có chất lƣợng bằng các giống lúa đặc sản kể trên
nhƣng rất có ý nghĩa về sản lƣợng lúa gạo hàng hóa giá cao.

6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2.2. Ý nghĩa khoa học và giá trị kinh tế
Các giống lúa đặc sản là nguồn gen quý cho việc nghiên cứu, lƣu giữ
nguồn gen và phát triển các giống lúa mới có nhiều đặc điểm tốt nhƣ mong
muốn.
Về giá trị kinh tế, các giống lúa đặc sản là mặt hàng quý hiếm đem lại
lợi nhuận cao cho ngƣời sản xuất. Giống lúa hiện nay đang đứng hàng đầu
trên thế giới về chất lƣợng gạo và giá cao là giống lúa thơm Basmati giá bán
một tấn gạo đến hàng ngàn USD. Giống lúa thuộc hạng kế cận là Khaw Dawk
Mali có giá 800 USD – 1000 USD/tấn. Các giống lúa đặc sản khác cho gạo
với giá bán thấp hơn các loại gạo đặc biệt kể trên đây một ít nhƣng so với gạo
thƣờng cũng gấp đôi gấp ba nhƣ gạo dự, gạo tám.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu lúa đặc sản trong nƣớc và thế giới
Ở nƣớc ta, trƣớc đây các giống lúa đặc sản đƣợc trồng để tự cung tự
cấp và phần lớn phục vụ Vua chúa. Ngày nay, lúa đặc sản còn là mặt hàng
xuất khẩu quan trọng, đem lại lợi nhuận cao cho ngƣời sản xuất. Vì vậy, trong
Nông nghiệp đã và đang thực hiện những mô hình sản xuất vừa có lãi vừa bền
vững trong môi trƣờng sinh thái trong lành. Trong đó, đặc biệt là mô hình làm
lúa thơm đặc sản bản địa ở nơi thích hợp. Nhƣ trồng lúa đặc sản Khẩu Mang
của huyện Đồng Văn đang đƣợc huyện chủ trƣơng mở rộng diện tích vừa để
tạo điều kiện giúp bà con nông dân phát triển kinh tế vừa tạo nền tảng tƣ duy
sản xuất hàng hóa của ngƣời dân trong huyện.
Gần đây, với sự phát triển của công nghệ sinh học, ở nƣớc ta các
chƣơng trình nghiên cứu và phát triển các giống lúa đặc sản chất lƣợng cao,
nguồn giống có nhƣ cầu lớn trong sản xuất đã và đang đƣợc quan tâm đặc
biệt. Những giống lúa thơm đặc sản hàng đầu nhƣ Basmati, Khaw dawk mali
đang đƣợc phục tráng giống theo phƣơng pháp mới (MAS – marker asisted

7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

selection) và chọn dòng thuần (pure line selection) mà vẫn giữ đƣợc đặc tính
nguyên thủy. Các nhà chọn giống đang có những lỗ lực đáng khích lệ về dùng
những phƣơng pháp mới để nhận diện nhằm cải thiện và nâng cao phẩm chất
các giống lúa nhanh hơn và chính xác hơn nhƣ: gene marker, điện di Protein
SDS – Page (Trần Danh Sửu và cs., 2001; Bùi Chí Bửu và cs., 1999). Nhiều
phƣơng pháp tạo chọn giống mới hƣớng vào mục tiêu “thơm đặc sản” đƣợc
áp dụng và đã có nhiều giống phục vụ sản xuất tốt nhƣ giống OMCS21,
TNĐB, Tám thơm đột biến, Hƣơng cốm, Nàng thơm chợ Đào đột biến…(Lê
Xuân Thám và cs., 2003; Trần Danh Sửu và cs., 2006; Đỗ Khắc Thịnh và cs.,
2006; Đỗ Nhƣ Toản và cs., 2006).
Tuy nhiên, các giống lúa mới đƣợc cải tạo này còn xếp hạng dƣới so
với các giống lúa đặc sản bản địa cao cấp kể trên. Ngoài ra, việc sử dụng các
chỉ thị phân tử để nghiên cứu và xác định gen liên quan đến chất lƣợng lúa
gạo cũng đƣợc tiến hành có hiệu quả tại nhiều phòng thí nghiệm. Lê Việt
Dũng và cộng sự (1999) đã ứng dụng các chỉ thị phân tử để nghiên cứu đa
dạng di truyền của gen waxy ở lúa. Phan Thị Bảy và cộng sự (2008) đã sử
dụng chỉ thị SSR để nghiên cứu và xác định các microsatellites trong các gen
Wx và gen SBE- gen điều khiển quá trình tổng hợp Amylose và Amylopectin
ở một số giống lúa nếp đặc sản Việt Nam. Nguyễn Minh Công và cộng sự
(2006) đã xác định sự khác nhau giữa các giống lúa Tài Nguyên đột biến và
Tép hành đột biến với giống gốc của chúng bằng chỉ thị phân tử. Kết quả các
nghiên cứu nhằm giúp các nhà chọn giống có cơ sở để nhanh chóng phát triển
những giống lúa mới quy tụ nhiều gen quý phục vụ cho sản xuất.
Trên thế giới, việc sử dụng các chỉ thị phân tử vào nghiên cứu và phát
triển các giống lúa chất lƣợng cao cũng đƣợc phát triển mạnh mẽ. Tan và
cộng sự (1999) đã nghiên cứu và xác định 3 đại lƣợng: hàm lƣợng amylose,

nhiệt độ hóa hồ và nhiệt độ bền thể gel là các đại lƣợng chủ yếu để đánh giá
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

chất lƣợng nấu và ăn của gạo. Yoshihashi và cộng sự (2005) đã sử dụng chỉ
thị SSR để xác định giống lúa thơm Khao dawk mali đặc sản của Thái Lan.
Garland và cộng sự (1999) đã sử dụng các đoạn lặp lại (T)n trong đoạn RG28
để xác định các giống lúa thơm. Bao và cộng sự (2002, 2006) đã sử dụng các
mồi đặc hiệu SSR để nhân các đoạn lặp lại (CT)n có trong các gen Wx (gen
ghi mã cho enzyme tổng hợp Amylose), gen SBE (gen mã hóa cho enzyme
tổng hợp Amylopectin) và gen SSS (gen mã hóa cho enzyme tổng hợp tinh bột
hòa tan có trong nội nhũ lúa) để nghiên cứu sự đa dạng các microsatellites
trong các gen tổng hợp tinh bột ở lúa. Đồng thời, nhiều nhà nghiên cứu và xác
định hàm lƣợng amylose và amylopectin ở lúa (Ayre et al., 1997; Bergman et
al., 2001; Shu et al., 1999;…).
1.3. Lúa chất lƣợng
1.3.1. Khái niệm chung và nhu cầu thị yếu sử dụng lúa gạo ở các quốc gia
Chất lƣợng gạo là sự kết hợp của các đặc tính vật lý và hóa học đƣợc
yêu cầu cho việc sử dụng cụ thể của một ngƣời dùng cụ thể.
Chất lƣợng gạo là một đặc điểm rất phức tạp, chủ yếu đƣợc xác định
bởi bốn thành phần: Chất lƣợng xay xát, dáng vẻ bên ngoài, chất lƣợng nấu và
ăn, chất lƣợng dinh dƣỡng. Tiêu chuẩn chất lƣợng gạo cũng có biến đổi theo
thị yếu của từng vùng, từng dân tộc khác nhau. Ví dụ ở Nhật Bản, ngƣời ta
thích gạo tròn loại japonica, mềm, tƣơng đối dẻo khi nấu. Nhật Bản và Hàn
Quốc thích gạo có hàm lƣợng amylose thấp vì nó dẻo, mềm, bóng và có vị
ngọt. Ngƣời Thái Lan thì chuộng gạo dài loại indica, chà trắng, mềm nhƣng
giòn khi nấu. Trong khi ở Bangladesh, Ấn độ, Pakistan, Sri Lanka, Nigeria,
Liberia thích gạo đồ.
Các giống lúa có hàm lƣợng amylose trung bình, có cơm hơi dẻo và

vẫn mềm ngay khi để qua đêm, đƣợc ƣa thích ở Philippines, Indonesia, Việt
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Nam và Malaysia. Các giống nầy có thể có nhiệt độ hóa hồ (độ trở hồ) thấp
tới trung bình và trung bình tới cao.
Cộng đồng chung châu Âu (EC) có mức tiêu thụ gạo trung bình hàng
năm khoảng 700.000 t/năm (khoảng giữa thập niên 1970s), tăng lên 940.000
t/năm (đầu thập niên 1980s). Sản lƣợng lúa sản xuất tại chỗ khoảng 1,9 triệu
tấn, trong đó, Ý (60%), Tây Ban Nha (24%), còn lại 16% từ Pháp, Hy Lạp và
Bồ Đào Nha. Các quốc gia Bắc EC (Bắc Pháp, Đức, Thụy Sĩ và các quốc gia
Benelux) thích gạo indica khô cơm, trong khi Nam EC (Nam Pháp, Tây Ban
Nha, Ý thích gạo japonica hạt tròn và trung bình. Ngƣời Đức thích gạo dễ
nấu, bời rời và tƣơng đối cứng cơm, hạt gạo nguyên; chiều dài hạt, độ chà
trắng không quan trọng lắm. Ngƣời Đức quan tâm đến giá cả hơn là chất
lƣợng gạo. Ngƣời Ý thích gạo bạc bụng, thể gel tƣơng đối cứng, dạng hạt gạo
thì không quan trọng.
Nhu cầu chất lƣợng gạo rất khác nhau ở từng quốc gia và dân tộc. Do
vậy, việc phân tích đa dạng di truyền của các giống lúa đặc sản bản địa là việc
làm rất cần thiết để tìm ra các nguồn gen quý, giúp tạo ra những giống lúa
mới chất lƣợng nhằm đáp ứng thị yếu của ngƣời tiêu dùng ngày càng mạnh
mẽ.
1.3.2. Một số tính trạng chất lƣợng ở lúa
1.3.2.1. Hàm lƣợng amylose
Tinh bột - chất trùng hợp của glucose – là cấu tử chính của gạo, chiếm
khoảng 90% trọng lƣợng khô. Nó hiện diện dƣới dạng những hạt đa diện phức
hợp, có kích thƣớc 3-9 μm. Tinh bột bao gồm thành phần mạch nhánh
(amylopectin) là chủ yếu và loại mạch thẳng (amylose). Dựa trên cơ sở hàm
lƣợng amylose, gạo đƣợc phân làm loại nếp (1-2% amylose), hoặc gạo tẻ

(>2% amylose). Gạo tẻ có hàm lƣợng amylose rất thấp (2-9% amylose), thấp
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

(9-20% amylose), trung bình (20-25% amylose) và cao (25-33% amylose). Tỉ
lệ amylose/amylopectin của gạo hoặc tinh bột đƣợc thể hiện rõ bằng cách xét
nghiệm hàm lƣợng amylose bằng phƣơng pháp so màu Iodine. Tinh bột dẻo
nhuộm màu nâu đỏ với Iodine, tinh bột không dẻo nhuộm màu xanh tím với
Iodine, và amylose nhuộm màu xanh với Iodine. Viện Nghiên cứu lúa quốc tế
(2003) đã phân loại gạo theo hàm lƣợng amylose nhƣ (bảng 1.1):
Bảng 1.1 Phân loại gạo dựa vào hàm lượng amylose
STT
Loại gạo
% Amylose
1
Nếp
1-2
2
Rất thấp
2-9
3
Thấp
10-20
4
Trung bình
20-25
5
Cao
25-35

Trong gạo hàm lƣợng amylose phổ biến từ 15 tới 35%. Gạo có hàm
lƣợng amylose cao cơm sẽ nở nhiều và dễ tróc, nhƣng khô cơm và cứng khi
nguội. Ngƣợc lại, gạo có hàm lƣợng amylose thấp khi nấu ít nở, cơm mềm và
dẻo. Phần lớn các quốc gia trồng lúa thích loại gạo có hàm lƣợng amylose
trung bình, ngoại trừ các giống japonica thƣờng có hàm lƣợng amylose thấp.
Độ nở, khả năng hấp thụ nƣớc, và tính kháng đối với sự phân hủy của
gạo trong khi nấu, có liên quan trực tiếp đến tỉ lệ Amylose/Amylopectin của
tinh bột. Tính mềm và dẻo của cơm có tƣơng quan nghịch với hàm lƣợng
Amylose. Các giống lúa có hàm lƣợng Amylose tƣơng đƣơng, có thể có sự
khác biệt về độ cứng gel (gel consistency) và nhiệt độ hóa hồ (độ trở hồ)
(Birefringence end-point temperature – BEPT).
Nhiệt độ không khí trong thời kỳ phát triển của hạt ảnh hƣởng đến tốc
độ tích lũy tinh bột và đặc tính của tinh bột. Nhiệt độ càng cao có thể làm cho
hàm lƣợng amylose càng thấp và nhiệt độ hóa hồ hay độ trở hồ (BEPT) của
các hạt tinh bột càng cao. Nhiệt độ mát hơn sẽ có ảnh hƣởng ngƣợc lại.
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Thời gian tồn trữ làm cho năng suất gạo nguyên và gạo nói chung thu
đƣợc cao hơn; khả năng hấp thụ nƣớc và độ nở lớn hơn, sự mất mát tính rắn
chắc trong khi nấu nƣớng thấp hơn và độ bở, độ cứng của cơm cao hơn.
1.3.2.2. Nhiệt độ hóa hồ
Nhiệt độ hóa hồ hay độ trở hồ (BEPT) là nhiệt độ, mà ở đó 90% hạt
tinh bột bị hóa hồ hoặc phồng lên trong nƣớc nóng không thể trở lại dạng cũ
đƣợc; nó đƣợc xếp loại thấp (55 - 69,5
o
C), trung bình (70 - 74
o
C) và cao

(74,5 - 79
o
C).
Độ trở hồ xác định thời gian cần thiết để nấu gạo thành cơm. Điều kiện
môi trƣờng nhƣ nhiệt độ trong giai đoạn chín có ảnh hƣởng đến độ trở hồ.
Nhiệt độ cao trong giai đoạn tạo hạt sẽ làm cho tinh bột có độ trở hồ cao. Ở
nhiều quốc gia trồng lúa, ngƣời ta ƣa thích gạo có độ trở hồ trung bình. Độ trở
hồ (BEPT) đƣợc ƣớc lƣợng bằng trị số trải rộng dƣới tác dụng của dung dịch
kiềm (alkali spreading value), trong đó gạo có nhiệt độ hóa hồ thấp (BEPT
thấp) bị phân rả hoàn toàn; gạo có BEPT trung bình bị phân rả 1 phần; và gạo
với BEPT cao chỉ phồng lên trong dung dịch KOH 1,7%.
Bảng 1.2 Tương quan giữa nhiệt độ hóa hồ và độ tan rã của gạo trong môi
trường kiềm
Loại
Nhiệt độ (
o
C)
Giá trị tan rã trong môi
trƣờng kiềm (cấp)
Thấp
55-69
6-7
Trung bình
70-74
4-5
Cao
75-79
2-3
Nói chung, các giống lúa cổ truyền vùng nhiệt đới có BEPT trung bình,
ngoại trừ các giống Bulu (Ấn Độ) và các giống nếp thì có BEPT thấp (Juliano

et al. 1979).

12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.3.2.3. Độ bền thể gel
Độ bền thể gel là giá trị đo lƣờng đặc tính chảy của hồ (100mg) trong
2ml KOH 0,2N và đƣợc thể hiện bằng chiều dài hồ nguội đặt theo chiều
ngang, tính bằng mm trong ống nghiệm 13x100 mm. Nó đƣợc xếp loại cứng
(26-40 mm), trung bình (41-60 mm) và mềm (61-100 mm). Độ bền thể gel
đƣợc xác định bằng cách đun một lƣợng gạo trong alkali hòa tan rồi để nguội
trong 1 giờ đồng hồ trong ống nghiệm đặt nằm ngang.
Bảng 1.3 Phân loại gạo theo độ bền thể gel
Loại gạo
Độ trải, mm
Mềm
61-100
Trung bình
41-60
Cứng
26-40
Sự phân loại này tƣơng quan với độ cứng thạch amylose hoặc sự gia
tăng tính nhầy nhớt của hồ gạo khi làm mát từ 90
o
C xuống 50
o
C. Độ bền thể
gel đo lƣờng xu hƣớng cứng cơm khi để nguội. Trong nhóm gạo có cùng hàm
lƣợng amylose, các giống có độ bền gel mềm thì đƣợc ƣa thích hơn vì mềm

cơm. Độ bền gel cứng liên hệ chặt với tính cứng cơm và thƣờng thấy rõ ở
những giống có hàm lƣợng amylose cao. Nói chung, gạo cứng cơm thì không
dẻo.
Lúa trồng ở các nƣớc khác nhau, thì có sự khác biệt rất lớn về sự liên
kết 3 đặc tính này của tinh bột (hàm lƣợng amylose, độ trở hồ và độ bền thể
gel). Lúa nhiệt đới hay Indica có các đặc tính tinh bột này biến động nhiều
hơn loại lúa japonica và javanica (Buler). Không có loại lúa japonica nào có
hàm lƣợng amylose cao và hầu hết chúng có BEPT thấp và gel mềm. Hầu hết
các giống Bulu có hàm lƣợng amylose trung bình, BEPT thấp, và gel mềm
(Bảng 1.4).

13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Bảng 1.4. Phân loại các giống gạo tẻ (nonwaxy) ở các nước Á châu dựa trên
hàm lượng amylose, độ trở hồ - BEPT (kiểm định kiềm) và độ bền thể gel
Quốc gia
Số mẫu
Loại
Amylose (a)
Loại BEPT
cuối cùng (a)
Loại độ
cứng gel (b)
Ghi chú
Bangladesh
Burma
China
China – Taiwan

India
Indonesia
Japan
Khmer
Korea
Laos
Tây Malaysia
20
22
40
26
43
29
26
15
39
3
27
H>I>L
H>I>L
H>L>I
L>H>I
H>I>L
I>H
L
H>LI
L>I
I,L
H>I
L>I, HI

I,L
I,L
L>I
I,L
I>L
L
HI>I,L
L>I
I>HI
I,L>HI
S>M>H
M,S>H
S>M>H
S>H
S>M,H
S>M>H
S>M
H>S
S
-
S,M>H
(a) L: thấp
(Low).
I: Trung bình
(Intermediate)
HI: TB-cao
H: Cao (High)
(b) S: mềm
(soft).
M: Trung bình

(Medium)
H: cứng (Hard)
Nguồn: IRRI 1978.
1.3.2.4. Mùi thơm
Mùi thơm đƣợc xác định là do chất 2-acetyl-1-pyrroline tìm thấy trong
thành phần dầu dễ bay hơi của cơm (Buttery et al. 1983). Gạo thơm có giá cao
ở các thị trƣờng Nam Á, Thái Lan và Trung Đông.
Gen kiểm soát mùi thơm là một gien lặn, fgr (Berner and Hoff., 1986),
liên kết với RG28 nằm trên nhiễm sắc thể số 8, có khoảng cách di truyền 4,5
cM. Lang và cộng sự (2002), đã thiết kế bản đồ mùi thơm trên nhiễm sắc thể
và kết luận RM223 liên kết khá chặt với fgr, giá trị khoảng cách di truyền 1,6
cM.
Tuy nhiên, một số tác giả khác cho rằng mùi của cơm chủ yếu là sự kết
hợp của formaldehyde, ammonia, và hydrogen sulfide (Obata and Tanaka,
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1965). Có đến 100 hợp chất tạo mùi của cơm đã đƣợc xác định (Yajima et al.,
1978).
Phẩm chất hạt thay đổi theo mùa trồng do điều kiện canh tác, thời tiết
trong qua trình sản xuất và, thu hoạch, phơi sấy khác nhau theo mùa. Bảng 1.5
cho thấy biến động các tính trạng phẩm chất hạt theo mùa vụ.
Bảng 1.5 Biến thiên các tính trạng phẩm chất hạt theo mùa vụ tại Cần Thơ
TT
Đặc tính
Đông Xuân (n=94)
Hè Thu (n=80)
1
Gạo lức (%)

78,46 + 3,61
79,98+2,61
2
Gạo trắng (%)
63,68+ 8,36
63,14+2,62
3
Gạo nguyên (%)
33,12+ 12,81
45,79+6,91
4
Chiều dài hạt (mm)
6,84+ 0,37
6,69+0,23
5
Tỉ lệ dài/ngang
3,23+ 0,22
3,21+0,14
6
Bạc bụng(%)
2,90+2,41
5,16+2,94
7
Amylose (%)
26,49+1,49
26,68+2,88
8
Độ trở hồ (cấp)
3,05+0,65
2,16+0,47

9
Độ bền thể gel (mm)
35,48+3,15
50,49+6,75
Nguồn: Bửu và cs. 1996.
Mùi thơm đƣợc đánh giá bằng:
- Cảm quan trực tiếp.
- Xét nghiệm alkali: KOH (1,7%) nhỏ lên bột lá hoặc bột gạo, sau 10 phút,
đánh giá bằng cách ngửi mùi.
- Phân tích hóa học: dùng máy sắc ký khí.
1.3.2.5. Hàm lƣợng Protein
Hàm lƣợng protein trung bình của gạo là khoảng 7%, ở ẩm độ 14%
(hoặc 8% khi khô), cộng với khoảng 0,5% chất béo thô, tro và sợi thô. Protein
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

hiện diện trong gạo ở dạng có màng đơn (single-membraned particle) kích
thƣớc 0,5-4μm trong phôi nhũ.
Protein chỉ là yếu tố thứ yếu trong phẩm chất hạt, nhƣng nó đóng góp
rất cơ bản vào chất lƣợng dinh dƣỡng của gạo. Gạo có hàm lƣợng protein
càng cao càng có giá trị dinh dƣỡng cao và ngày càng đƣợc lƣu tâm trong giới
tiêu dùng.
Giống lúa và môi trƣờng ở vùng nhiệt đới trong giai đoạn chín, đặc biệt
là giai đoạn từ 14-21 ngày sau khi trổ, có ảnh hƣởng rất lớn tới tính chất của
tinh bột và hàm lƣợng protein, vì các hạt tinh bột bắt đầu xuất hiện 4 ngày sau
khi trổ và protein khoảng 7 ngày sau khi trổ và thời kỳ tích lũy tinh bột và
protein thật sự trong hạt lúa rất ngắn.
Độ chín của hạt cũng có ảnh hƣởng đến phẩm chất hạt. Hạt chín sớm
hoặc độ chín không đồng đều sẽ làm giảm phẩm chất hạt.

1.4. Tình hình nghiên cứu lúa chất lƣợng ở Việt Nam và trên thế giới
Trong những năm gần đây, chiến lƣợc chọn giống nhờ chỉ thị phân tử
đã đƣợc sử dụng để chọn những tính trạng mà việc thực hiện đo đếm ghi chép
rất khó khăn và tốn kém. Sự ƣu việt của chỉ thị phân tử đó là sự chọn lọc
không cần các số liệu hình thái và rất ít ảnh hƣởng bởi môi trƣờng và có thể
chọn lọc từ lúc cây còn non đã mang lại những thành tựu đáng kể cho công
tác chọn giống. Đối với chọn lọc tính trạng chất lƣợng nhờ chỉ thị phân tử đặc
biệt là ở lúa đã đƣợc quan tâm rất nhiều (Ayres et al., 1992; Hwang et
al.,1998; He et al., 1999). Hàm lƣợng amylose và mùi thơm là hai tính trạng
đƣợc quan trọng đối với chất lƣợng gạo, đặc biệt là đối với các giống lúa đặc
sản. Một số gen và chỉ thị phân tử liên quan đến hai tính trạng này đã đƣợc
xác định nhƣ các gen Wax cho hàm lƣợng amylose (He et al., 1999), một số
chỉ thị phân tử liên quan đến mùi thơm cũng đƣợc công bố nhƣ RG28 (Ahn et
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

al., 1992). Các chỉ thị SSR nhƣ RM342, RM210, RM223, RM350 cũng đƣợc
xác định liên kết với gen thơm (Vanavitit et al., 2004).
Năm 2004, Jain và cộng sự đã phân tích mối quan hệ di truyền lúa
thơm và lúa chất lƣợng của Ấn Độ. Nghiên cứu này, đã sử dụng 30 chỉ thị
đánh dấu huỳnh quang trên 69 kiểu gen khác nhau. Kết quả cho thấy lúa
thơm và lúa chất lƣợng của Ấn Độ có sự khác nhau về mặt di truyền và là
sản phẩm của mô hình tiến hóa độc lập và lâu dài.
Năm 2007, Thomson và cộng sự đã phân tích đa dạng di truyền của
246 giống lúa bản và 64 giống lúa cải tiến địa của Indonesia sử dụng 30 chỉ
thị phân tử. Kết quả phát hiện 394 alen, trung bình 13 alen/locus, hệ số Pic
trung bình 0,66. Trong số 309 giống lúa nghiên cứu có 68% theo nhóm
indica, 32% là Japonica.
Nhận dạng giống và DNA của các giống lúa thơm là việc rất hữu ích

cho công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng cao. Rahman và cộng sự (2012)
đã đánh giá đặc tính phân tử và phân tích đa dạng di truyền của 21 giống
lúa ƣu tƣ ở Bangladesh. Kết quả phát hiện đƣợc 57 alen hiếm ở trên 24
locus và chỉ ra rằng RM401 có thể sử dụng để xác định giống tốt nhất, tiếp
đó là RM566, RM3428, RM463, RM8094.
Cùng với tính trạng chất lƣơng mùi thơm, hàm lƣợng amylose…thì
chất lƣợng nấu và ăn cũng đƣợc Tabkhkar và cộng sự (2012) nghiên cứu.
Nhóm tác giả đã sử dụng 7 chỉ thị phân tử SSR liên kết chặt chẽ với QTL
kiểm soát ba thành phần chính trong nấu ăn và chất lƣợng ăn uống tức là
hàm lƣợng amylose, nhiệt độ hồ hóa, và độ bền thể gel. Kết quả nghiên cứu
chỉ ra rằng, chỉ thị phân tử liên quan đến gen điều khiển tính trạng nấu ăn
và chất lƣợng ăn uống là công cụ phù hợp để lựa chọn xác định chất lƣợng
gạo.