đánh giá và chọn lọc các dòng lúa chất lượng có mùi thơm dựa trên kiểu hình và marker phân tử phục vụ phát triển sản xuất lúa đồng bằng sông hồng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.24 MB, 106 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
*********************
TĂNG THỊ DIỆP
ðÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA CHẤT LƯỢNG
CÓ MÙI THƠM DỰA TRÊN KIỂU HÌNH VÀ MARKER
PHÂN TỬ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT LÚA
ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
*********************
TĂNG THỊ DIỆP
ðÁNH GIÁ VÀ CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA CHẤT LƯỢNG
CÓ MÙI THƠM DỰA TRÊN KIỂU HÌNH VÀ MARKER
PHÂN TỬ PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN SẢN XUẤT LÚA
ðỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
CHUYÊN NGHÀNH : KHOA HỌC CÂY TRỒNG
MÃ SỐ : 60.62.01.10
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. VŨ VĂN LIẾT
HÀ NỘI - 2013
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả nghiên
cứu trong luận văn là kết quả lao ñộng của chính tác giả. Các số liệu và kết quả
trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ
công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Tăng Thị Diệp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, tôi ñã nhận ñược nhiều sự
giúp ñỡ quý báu của tập thể các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền – chọn giống cây
trồng Khoa Nông học, Ban quản lý ðào tạo, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội,
Viện cây lương thực thực phẩm, sự quan tâm, ñộng viên, giúp ñỡ của gia ñình, bạn
bè, ñồng nghiệp.
Với tấm lòng chân thành và sự biết sơn sâu sắc nhất, tôi xin ñược gửi lời cảm
ơn tới PGS.TS. Vũ Văn Liết, người ñã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian
thực hiện và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin ñược gửi lời cảm ơn chân thành ñến các thầy cô giáo Bộ môn Di
truyền - chọn giống cây trồng Khoa Nông học, các bạn ñồng nghiệp của tôi tại
Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm – Gia Lộc – Hải Dương ñã tạo ñiều kiện
kiện về cơ sở vật chất cũng như sự hướng dẫn, giúp ñỡ, ñóng góp ý kiến cho tôi
trong suốt quá trình thực hiện ñề tài này.
Tôi xin ñược gửi lời cảm ơn ñến những người thân trong gia ñình và bạn bè,
những người ñã hỗ trợ thiết thực cho tôi cả về mặt tinh thần, vật chất và công sức ñể
tôi có thể hoàn thành tốt luận văn.
Xin kính chúc các thầy cô giáo sức khỏe, hạnh phúc và thành công.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày
tháng năm 2013
Tác giả luận văn
Tăng Thị ðiệp
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iii
MỤC LỤC
Lời cam ñoan
ii
Lời cảm ơn
iii
Lời cảm ơn
iii
Mục lục
iv
Danh mục các từ viết tắt
vii
Danh mục bảng
viii
1
MỞ ðẦU
1
1.1
Tính cấp thiết của ñề tài
1
1.2
Mục ñích và yêu cầu
3
1.3
Ý nghĩa của ñề tài
4
2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
5
2.1
Nguồn gốc, phân loại cây lúa
5
2.1.1 Nguồn gốc
5
2.1.2 Phân bố
5
2.1.3 Phân loại
6
2.2
7
Sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam
2.2.1 Sản xuất lúa gạo trên thế giới
7
2.2.2 Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
10
2.3
13
Di truyền mùi thơm ở lúa
2.3.1 Sự di truyền tính thơm
13
2.3.2 Thành phần mùi thơm
18
2.3.3 Ảnh hưởng của môi trường ñến tính thơm
19
2.3.4 Các phương pháp xác ñịnh mùi thơm
20
2.4
Nghiên cứu ứng dụng chỉ thỉ phân tử trong chọn tạo giống lúa thơm
21
2.5
Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm trên thế giới và Việt Nam
26
2.5.1 Thành tựu chọn giống lúa thơm trên thế giới
26
2.5.2 Thành tựu chọn tạo giống lúa thơm ở Việt Nam
30
3
34
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
iv
3.1
Vật liệu, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu
34
3.1.1 Vật liệu nghiên cứu
34
3.1.2 Trang thiết bị sử dụng
35
3.1.3
Thời gian và ñịa ñiểm nghiên cứu
35
3.2
Nội dung nghiên cứu
35
3.3
Phương pháp nghiên cứu
35
3.4
Phương pháp phân tích số liệu
44
4
KẾT QUẢ THẢO LUẬN
45
4.1
ðánh giá ñặc ñiểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và
yếu tố tạo thành năng suất của các dòng, giống nghiên cứu vụ Mùa
2012
45
4.1.1 ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng, giống nghiên cứu vụ Mùa 2012
45
4.1.2 Khả năng chống chịu sâu bệnh của các dòng, giống nghiên cứu
48
4.1.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống
nghiên cứu vụ Mùa 2012.
50
Kết quả kiểm tra gen thơm bằng chỉ thị phân tử
53
4.2.1 Kết quả kiểm tra gen thơm bằng chỉ thị phân tử
53
4.2.2 Mức ñộ biểu hiện gen thơm của các dòng, giống nghiên cứu
54
4.2
4.3
ðánh giá một số ñặc ñiểm sinh trưởng và phát triển của các dòng, giống
lúa thí nghiệm vụ Xuân 2013
59
4.3.1 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng của các dòng, giống lúa thí
nghiệm vụ Xuân 2013
59
4.3.2 ðặc ñiểm nông sinh học của các mẫu dòng lúa thơm trong ñiều kiện vụ
Xuân 2013
4.3.3 Mức ñộ nhiễm sâu bệnh của các dòng, giống lúa thí nghiệm xuân 2013
61
65
4.3.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa thí
nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương.
4.4
67
Kết quả ñánh giá chất lượng của các dòng, giống lúa thí nghiệm vụ
Xuân 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
70
v
4.4.1 Kết quả ñánh giá mùi thơm của các dòng, giống lúa thí nghiệm bằng
phương pháp cảm quan
4.4.2 Chất lượng nấu nướng của các dòng, giống lúa thí nghiệm
70
73
4.4.3 ðánh giá chất lượng thương trường và chất lượng xay xát của các mẫu
dòng vụ Xuân 2013
74
4.4.4 Hàm lượng protein và amylose của các dòng lúa thí nghiệm vụ Xuân
2013
77
4.4.5 Chọn lọc các dòng ưu tú
78
5
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ
81
5.1
Kết luận
81
5.2
ðề nghị
82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
83
PHỤ LỤC
92
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AP
Acetyl Pyroline
BAD
Betaine Aldehyde Dehydrogenase
bp
Base pair
DNA
Deoxyribose nucleic acid
ðC
ðối chứng
FAO
Tổ chức nông nghiệp và lương thực thế giới
GDP
Mức ñộ tăng trưởng kinh tế
IRRI
Viện nghiên cứu lúa quốc tế
KDM
Khao Dawk Mali
KL
Khối lượng
NSLT
Năng suất lý thuyết
NSTT
Năng suất thực thu
SSR
Simple sequence repeat
STT
Số thứ tự
RAPD
Random Amplifiet Polymorphic DNA
TB
Trung bình
TGST
Thời gian sinh trưởng
THL
Tổ hợp lai
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
vii
DANH MỤC BẢNG
STT
Tên bảng
Trang
2.1
Diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở Việt Nam từ năm 2000 – 2010
2.2
Sản lượng xuất khẩu gạo ở Việt Nam từ năm 2000 – 2010 Hai cặp mồi
ñược sử dụng trong phân tích PCR
4.1
46
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh tự nhiên của các dòng, giống nghiên cứu
trong ñiều kiện vụ Mùa 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương
4.3
24
Một số ñặc ñiểm nông sinh học của của các dòng, giống nghiên cứu vụ
Mùa 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương
4.2
11
48
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng, giống
nghiên cứu vụ Mùa 2012
51
4.4
ðánh giá mức ñộ biểu hiện gen thơm của các dòng, giống nghiên cứu
55
4.5
Kết quả kiểm tra alen badh 2.1 bằng chỉ thị phân tử
57
4.6
Một số ñặc ñiểm của các dòng ñược chọn xác ñịnh có gen thơm
59
4.7
ðặc ñiểm về thời gian sinh trưởng của các dòng, giống lúa thí nghiệm
vụ Xuân 2013 .
60
4.8
ðặc ñiểm nông sinh học của các dòng, giống lúa thơm vụ Xuân 2013
61
4.9
ðặc ñiểm hình thái thân, lá của các dòng, giống lúa thí nghiệm vụ Xuân
2013 tại Gia Lộc, Hải Dương
4.10
ðặc ñiểm hạt của các dòng, giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia
Lộc, Hải Dương
4.11
67
Năng suất thực thu và năng suất lý thuyết và năng suất tích lũy của các
dòng lúa thơm vụ Xuân 2013.
4.14
66
Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất của các dòng, giống lúa thơm vụ
Xuân 2013
4.13
64
Mức ñộ nhiễm sâu bệnh trên ñồng ruộng của các mẫu dòng, giống thí
nghiệm vụ Xuân 2013
4.12
63
69
ðánh giá mùi thơm lá và mùi thơm nội nhũ và mùi thơm cơm của các
dòng, giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2013 tại Gia Lộc – Hải Dương.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
71
viii
4.15
ðánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nấu nướng của các dòng, giống lúa
thơm vụ Xuân 2013
4.16
73
Chất lượng thương trường, chất lượng xay xát của các dòng lúa thơm
Xuân 2013.
75
4.17
Hàm lượng protein và amylose của các dòng lúa thí nghiệm vụ Xuân 2013
77
4.18
Chỉ số các dòng ñược chọn thông qua phần mềm ñánh giá
78
4.19
ðặc ñiểm nông sinh học và năng suất của 8 dòng triển vọng vụ Xuân
2013 tại Gia Lộc, Hải Dương
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
79
ix
1. MỞ ðẦU
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
Lúa là cây lương thực ở Châu Á và sản xuất lúa cũng tập trung ở Châu Á.
Những nước sản xuất lúa lớn nhất là Trung Quốc, Ấn ðộ, Indonesia, Bangladesh,
Việt Nam, Myanmar và Thái Lan, trong ñó Trung Quốc và Ấn ðộ cung cấp gần
một mửa sản lượng lúa toàn cầu, Việt Nam và Thái Lan là hai quốc gia xuất khẩu
lúa gạo lớn nhất. Năm 2008, Thái Lan và Việt Nam xuất khẩu gạo 48% tổng lượng
gạo xay toàn cầu. Philippines, Saudi Arabia, Malaysia, Cote d’Ivoire, Iran, Iraq,
Cameroon, Brazil, Yemen và China là những nước nhập khẩu gạo lớn nhất. Tuy
nhiên, các nước sản xuất và xuất khẩu tiếp tục ñối mặt với cạnh tranh và những thay
ñổi của người tiêu dùng về chất lượng, chiến lược trong chọn tạo giống lúa tập trung
phát triển các giống lúa chất lượng ñáp ứng yêu cầu của người tiêu dùng và thị
trường trong nước và thế giới. Các giống lúa chất lượng có giá bán trên thị trường
cao, những giống này theo yêu cầu thị trường như lúa thơm, hàm lương amylose
thấp (cho ăn kiêng), giàu dinh dưỡng (lúa vàng cho thiếu hụt vitamin A). Mặc dù thị
trường lúa chất lượng có thể nhỏ hơn lúa thường, nhưng nó có giá cao và tăng thu
nhập cho người sản xuất (Orachos Napasintuwong., 2012).[64]
Một số lĩnh vực ưu tiên trong nâng cao di truyền chất lượng hạt của lúa gồm:
(1) phát triển các phương pháp ñánh giá chính xác cho các tính trạng chất lượng
khác nhau, (2) Nghiên cứu chi tiết ñiều khiển di truyền của ñặc ñiểm chất lượng ăn
uống và nấu nướng, (3) khám phá các gen nâng cao năng suất gạo xay, gạo gãy và
chất lượng dầu trong cám, (4) cần có những hiểu biết tốt hơn về hóa sinh và di
truyền của tính trạng chất lượng ăn uống của các giống ñịa phương và của giống
ñiển hình như IR64, Basmati 370, Koshihikari, Khao Dawk Mali, (5) Công thức
chỉ số chọn lọc tạo giống cải tiến chất lượng, (6) phát triển các giống chế biến tinh
bột dễ tiêu chậm (chỉ số glycemic thấp) có thể quản lý bệnh tiểu ñường toàn cầu
bằng dinh dưỡng. Những tiến bộ của các công cụ phân tích, markers phân tử,
genomics ứng dụng, proteomics và metabolomics, cải tiến chất lượng lúa gạo ñồng
thời có năng suất cao có triển vọng hơn trước ñây (D.S. Brar et al., 2012).
Tính thơm ở lúa ñã ñược nhiều nghiên cứu công bố rất sớm và xác ñịnh một
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
1
gen ñơn lặn ñiều khiển biểu hiện tính thơm (Sood and Siddiq, 1978; Berner and
Hoff, 1986) [76], [38]. Pinson (1994) ñã công bố một gen ñơn lặn ñiều khiển tính
thơm trong Jasmine 85, gen thơm ñã ñược giải trình tự và lập bản ñồ di truyền (Ahn
el al., 1992)[25]. Tuy nhiên chọn tạo và ñánh giá mùi thơm không dễ dàng, bởi vì
tính thơm do gen lặn ñiều khiển nên khi tổ hợp với các tính trạng nông sinh học
khác gặp khó khăn. Hơn nữa tính thơm bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố khác như
sâu bệnh và môi trường (Jena Mayabini et al., 2009) [45]. Nghiên cứu của Tadashi
Yoshihashi et al., (2002) [88] cũng khẳng ñịnh hàm lượng 2-acetyl-1-pyrroline bị
ảnh hưởng bởi nhiệt ñộ và ñộ dài chiếu sáng. Phương pháp chọn tạo và ñánh giá
dựa trên kiểu hình gặp khó khăn do tác ñộng của các yếu tố ảnh hưởng ñến mùi
thơm. Marker phân tử ñã ñược xác ñịnh là một công cụ mạnh trong chọn tạo và
ñánh giá giống lúa thơm và ñã có nhiều nghiên cứu nhận biết marker ñặc hiệu liên
kết với gen thơm nhằm trợ giúp cho chọn tạo giống lúa thơm hiệu quả và nhanh hơn
(Lorieux et al., 1996; Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2008; Boyett et al., 2012)
[57], [53], [29]
Ngày nay, kinh tế thế giới không ngừng phát triển, số lượng gạo trên một ñầu
người giảm dần, người tiêu dùng có ñòi hỏi ngày càng cao về mặt chất lượng thì
việc chọn tạo giống lúa chất lượng gạo cao là một trong những ưu tiên hàng ñầu của
hầu hết các nước sản xuất lúa gạo trên thế giới. M.S, Madhav et al., 2010 [60] cho
rằng cải tiến chất lượng và dinh dưỡng hạt ñối với chọn tạo giống lúa là một yêu
cầu rộng lớn của người tiêu dùng lúa gạo trên thế giới. Trong tất cả những ñặc ñiểm
chất lượng, mùi thơm (aroma hoặc fragrance) là tính trạng ñem lại giá trị cao ñối
với lúa gạo. Với những giá trị to lớn của lúa chất lượng ñã thúc ñẩy mở rộng diện
tích sản xuất lúa chất lượng.
Ở Việt Nam, một trong những mục tiêu quan trọng của ngành sản xuất lúa gạo
ñến năm 2020 ñã ñược chính phủ ñặt ra là: “Nâng cao chất lượng và tính cạnh tranh,
phục vụ tốt nhu cầu tiêu dùng và xuất khẩu”. Do sản xuất trong nước không ñáp ứng
ñủ nhu cầu nên các công ty lương thực vẫn phải nhập khẩu gạo chất lượng cao từ các
nước như Thái Lan, Căm-Pu-Chia…. Dự báo trong tương lai, nếu không phát triển
các giống lúa có chất lượng cao thì Việt Nam chỉ có thể xuất khẩu các loại gạo có
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
2
chất lượng thấp, nhưng lại phải nhập khẩu các loại gạo chất lượng cao từ nước ngoài.
Chính vì vậy, tăng diện tích các giống lúa chất lượng cao có mùi thơm là hướng ñi tất
yếu trong sản xuất lúa gạo của ta trong hiện tại và tương lai ở nước ta.
Bộ giống lúa chất lượng cho sản xuất tại các vùng miền của nước ta hiện nay
còn ñơn ñiệu, khả năng thích ứng chưa cao, chất lượng chưa phù hợp, năng suất
thấp và ñặc biệt là khả năng chống chịu kém với một số sâu, bệnh hại chính như rầy
nâu, bệnh ñạo ôn, bạc lá dẫn ñến rủi ro và hiệu quả thấp của sản xuất lúa chất lượng
có mùi thơm. Chọn tạo và phát triển nhanh bộ giống lúa chất lượng và giống lúa
chất lượng có mùi thơm ñáp ứng cho sản xuất là một ñòi hỏi cấp thiết hiện nay ở
nước ta nói chung và ñồng bằng sông Hồng nói riêng.
Xuất phát từ thực tế ñó chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài: “ðánh giá và
chọn lọc các dòng lúa chất lượng có mùi thơm dựa trên kiểu hình và marker
phân tử phục vụ phát triển sản xuất lúa ñồng bằng Sông Hồng”
1.2. Mục ñích và yêu cầu
1.2.1 Mục ñích:
Chọn lọc ñược một số dòng, giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt, mang
gen thơm, chống chịu sâu bệnh làm nguồn vật liệu di truyền cho chương trình chọn
tạo giống lúa chất lượng có mùi thơm và phục vụ cho sản xuất lúa của ñồng bằng
sông Hồng
1.2.2 Yêu cầu
- ðánh giá ñặc ñiểm hình thái, khả năng chống chịu, năng suất, các yếu tố
cấu thành năng suất, của các dòng, giống trong tập ñoàn vật liệu.
- ðánh giá chất lượng gạo của các dòng, giống dựa trên kiểu hình
- Nhận biết các dòng giống mang gen thơm bằng chỉ thị phân tử, sử dụng
marker ñặc hiệu
- Chọn lọc các dòng, giống năng suất cao, chất lượng tốt và mang gen thơm
khuyến cáo cho chương trình chọn tạo giống
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
3
1.3. Ý nghĩa của ñề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- ðánh giá, xác ñịnh ñược các dòng lúa thơm, chất lượng cao, thời gian sinh
trưởng ngắn dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử làm vật liệu cho công tác chọn
tạo và phát triển giống lúa thơm ở vùng ñồng bằng Sông Hồng
- Kết hợp phương pháp ñánh giá mùi thơm dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử
xác ñịnh nhanh và chính xác nguồn vật liệu khởi ñầu trong chọn tạo giống lúa thơm.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Trên cơ sở xác ñịnh ñược nguồn vật liệu có gen thơm, năng suất khá, chống
chịu với ñiều kiện ngoại cảnh, do vậy có thể sử dụng nguồn vật liệu này ñể lai cải
tạo các giống lúa thuần ñang trồng phổ biến nhằm cải tiến chất lượng lúa gạo vùng
ñồng bằng Sông Hồng
- ðánh giá ñược chỉ thị phân tử cho ña hình cao trong chọn tạo giống lúa có
gen thơm. Từ ñó khuyến cáo việc sử dụng chỉ thị phân tử ñể xác ñịnh gen ñạt hiệu
quả cao nhất
- ðánh giá mùi thơm của gạo bằng cảm quan và phân tích hàm lượng chất 2AP ứng dụng trong quá trình chọn lọc các thế hệ ñang phân ly có hiệu quả và tiết
kiệm nguồn lực.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
4
2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Nguồn gốc, phân loại cây lúa
2.1.1 Nguồn gốc
Theo kết quả khảo cổ học trong vài thập niên qua quê hương ñầu tiên của
cây lúa là vùng ðông Nam Á và ðông Dương, những nơi mà dấu ấn của cây lúa ñã
ñược ghi nhận là khoảng 10000 năm trước công nguyên. Còn ở Trung Quốc bằng
chứng về cây lúa lâu ñời nhất chỉ 5900 ñến 7000 năm về trước, thường thấy ở các
vùng xung quanh sông Dương Tử. Từ ðông Nam Á nghề trồng lúa dần dần ñược du
nhập sang Trung Quốc rồi tới Nhật Bản, Hàn Quốc.
Về mặt thực vật học lúa trồng hiện nay do lúa dại qua quá trình chọn lọc tự
nhiên và chọn lọc nhân tạo mà thành. Lúa trồng (Oryza sativa L.) thuộc họ hòa thảo
(Gramineae) chi Oryza. Có hai loài ñược trồng phổ biến trên thế giới, loài O.Sativa
trồng ở Châu Á và Glaberrima trồng ở Tây Phi. Nghiên cứu về tiến hóa của chi
Oryza cho rằng hai loài phụ của loài O.sativa là O.Indica và O.Japonica ñã xuất
hiện cách ñây 2-3 triệu năm ở dãy núi Himalaya, sau ñó theo di thực, phát tán ñến
các nơi khác trên thế giới. Trung tâm phát sinh lúa trồng ở Châu Á là Trung Quốc
và Ấn ðộ. Ở Trung Quốc, vùng Triết Giang ñã xuất hiện cây lúa khoảng 5.000 năm,
ở hạ lưu sông Dương Tử khoảng 4.000 năm trước ñây. Ở Việt Nam cây lúa ñã có
mặt từ 3.000 - 4.000 năm trước Công nguyên, cây lúa ñược xem là cây trồng bản ñịa,
không phải là loại cây từ nơi khác ñưa vào, nước ta nằm trong cái nôi lớn sinh ra nghề trồng
lúa của loài người (Bùi Huy ðáp., 1980).[8]
2.1.2. Phân bố
Cây lúa có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Nó có
thể ñược trồng ở Châu Á, Châu Âu, Châu Phi, Châu Mỹ và Châu ðại Dương, ở bán
cầu bắc ñến vĩ ñộ 500 B và bán cầu nam ñến vĩ ñộ 350 N. Lúa còn ñược trồng từ
vùng ven biển ñến ñộ cao 3000 m trên mặt nước biển ở dãy núi Himalaya, từ những
ñồng ngập sâu tới 3-4 m ở Bangladesh ñến nương cao hầu như không lúc nào nương
có lớp nước phủ (ðinh Văn Lữ., 1978) [17]. Tuy nhiên năng suất của lúa trồng là rất
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
5
khác nhau. Với vùng có kỹ thuật cao như Australia năng suất có thể ñạt tới 70-80
tạ/ha nhưng ở Ấn ðộ năng suất chỉ ñạt 26 tạ/ha. Năm 1966 T. Doyle nghiên cứu
năng suất lúa trên thế giới chủ yếu là lúa Châu Á ñã phân biệt: từ vĩ tuyến 230B lên
tới 560B ở nửa cầu bắc là vùng có năng suất lúa Châu Á cao nhất 26 tạ/ha. Từ vĩ
tuyến 230B ñến xích ñạo qua vùng chấn tô của lúa châu Á ở Ấn ðộ biên giới Thái
Lan- Myanma lại là vùng có năng suất lúa Châu Á thấp nhất chỉ ñạt 13 tạ/ha. Từ
xích ñạo ñi về vùng ôn ñới bán cầu Nam ñến vĩ tuyến 350N có năng suất lúa Châu Á
17 tạ/ha.
2.1.3. Phân loại
Dựa trên những cơ sở nghiên cứu từ trước các nhà khoa học Viện Nghiên
cứu lúa quốc tế thống nhất chia lúa trồng Châu Á (O.sativa) với bộ nhiễm sắc thể 2n
= 24 thành 3 kiểu sinh thái ñịa lý hoặc 3 loài phụ là Indica, Japonica và Javanica.
Loài phụ thứ nhất ñược trồng chủ yếu ở Ấn ðộ, Pakistan, Sri lanka. ðài Loan,
Lào,... loài phụ thứ hai ñược trồng chủ yếu ở Nhật Bản, Triều Tiên, Liên Xô, Mỹ,
còn loài phụ thứ ba ñược trồng chủ yếu ở Indonexia, Philippines.
Lúa Indica thường trồng ở vùng có khí hậu nhiệt ñới và cận nhiệt ñới, có
thân cao, dễ ñổ ngã, nhiều chồi, lá ít xanh và cong, kháng ñược nhiều sâu bệnh nhiệt
ñới, hạt gạo dài hoặc trung bình, năng suất kém hơn Japonica, chất lượng gạo kém,
cứng, hàm lượng amylos cao
Lúa Japonica thường ñược trồng ở vùng ôn ñới hoặc những nơi có ñộ cao
trên 1000m so với mực nước biển, thân ngắn, chống ñổ tốt, bộ lá to, xanh ñậm,
thẳng ñứng ít chồi, hạt gạo thường tròn, ngắn, nắng suất lúa thường cao, tỷ lệ lép
thấp, cơm dẻo.
Lúa Javanica (bulu) hay lúa Japonica phi nhiệt ñới ñược trồng ở Indonesia,
có ñặc tính ở giữa hai loài lúa Japonica và Indica. Hình thái gần giống như lúa
Japonica. Thân cứng, chắc và ít cảm quang. Có bản lá rộng nhiều lông, hạt lúa
thường có râu. Hiện nay kiều hình thái của loài phụ này ñược trồng khá phổ biến
tại nước ta.
Trên quan ñiểm canh tác học, chia lúa trồng O.sativa thành 4 loại hình thích
ứng với ñiều kiện canh tác khác nhau gồm: lúa cạn (Upland rice), lúa có tưới
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
6
(irrigated or flooded rice), lúa nước sâu (rainfed lowland rice) và lúa nước nổi
(deep water or flooting rice)
2.2. Sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam
2.2.1. Sản xuất lúa gạo trên thế giới
Theo thống kê của tổ chức lương thực thế giới (FAO, 2008), hiện nay trên
thế giới có 114 nước trồng lúa, trong ñó có 18 nước có diện tích trồng lúa trên 1
triệu ha tập trung ở Châu Á, có 31 nước có diện tích trồng lúa trong khoảng 100.000
ha – 1.000.000 ha. Vùng phân bố khá rộng, lúa có thể trồng ở những vùng có vĩ ñộ
cao như Hắc Long Giang (Trung Quốc) 530B, Nhật, Italia, Nga 450B ñến Nam bán
cầu, vùng phân bố chủ yếu ở Châu Á từ 300B ñến 100N (ðinh Văn Lữ., 1978) [17].
Tùy thuộc vị trí ñịa lí, ñiều kiện tự nhiên, xã hội và trình ñộ thâm canh của mỗi
nước mà năng suất và sản lượng có sự chênh lệch nhau.
Theo thống kê diễn biến diện tích, năng suất, sản lượng lúa gạo trên thế giới
của tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên hợp quốc (FAO) thì trong vòng
30 năm từ 1970-2000, diện tích trồng lúa tăng từ 134.390 nghìn ha lên 154.377
nghìn ha. Tổng sản lượng lương thực tăng 308,767 triệu tấn lên 598,98 triệu tấn.
Năm 1996, lúa gạo ñã ñược tiêu thụ trên 176 quốc gia trên thế giới với 5,8 tỷ
dân. Nó là nguồn thức ăn quan trọng nhất cho 2,89 tỷ người châu Á, 40 triệu người
châu Phi và 1,3 triệu người châu Mỹ. Lúa gạo là nguồn cung cấp năng lượng lớn
nhất cho con người, bình quân lượng lúa gạo ñược tiêu thụ ở các nước châu Phi,
châu Mỹ và châu Á khoảng 60-100 kg/người/năm, nếu tính ra lượng calo khoảng
420-700 calo/người/ngày.
Cũng theo thống kê của FAO (2008), diện tích canh tác lúa toàn thế giới năm
2007 là 156,95 triệu ha, năng suất bình quân 4,15 tấn/ha, sản lượng 651,74 triệu tấn.
Trong ñó, diện tích lúa của châu Á là 140,3 triệu ha chiếm 89,39 % tổng diện tích
lúa toàn cầu, kế ñến là châu Phi 9,38 triệu ha (5,97 %), châu Mỹ 6,63 triệu ha (4,22
%), châu Âu 0,60 triệu ha (0,38 %), châu ðại dương 27,54 nghìn ha chiếm tỷ trọng
không ñáng kể. Những nước có diện tích lúa lớn nhất là Ấn ðộ 44 triệu ha; Trung
Quốc 29,49 triệu ha; Indonesia 12,16 triệu ha; Bangladesh 11,20 triệu ha; Thái Lan
10,36 triệu ha; Myanmar 8,20 triệu ha và Việt Nam 7,30 triệu ha.
Mỹ và Trung Quốc là hai nước có năng suất lúa dẫn ñầu thế giới với số liệu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
7
tương ứng của năm 2007 là 8,05 và 6,34 tấn/ha. Việt Nam có năng suất lúa 4,86
tấn/ha cao hơn năng suất bình quân của thế giới là 4,15 tấn/ha nhưng chỉ ñạt 60,30
% so với năng suất lúa bình quân của Mỹ.
Những nước có sản lượng lúa nhiều nhất thế giới năm 2007 là Trung Quốc
187,04 triệu tấn, kế ñến là Ấn ðộ 141,13 triệu tấn; Indonesia 57,04 triệu tấn;
Bangladesh 43,50 triệu tấn; Việt Nam 35,56 triệu tấn; Myanmar 32,61 triệu tấn và
Thái Lan 27,87 triệu tấn.
Theo Daniel Workman (2008), thị trường gạo toàn cầu năm 2007 ước ñạt 30
triệu tấn. Trong ñó châu Á xuất khẩu 22,1 triệu tấn chiếm 76,3 % sản lượng gạo
xuất khẩu toàn cầu, kế ñến là Bắc và Trung Mỹ 3,1 triệu tấn (10,6 %), châu Âu 1,6
triệu tấn (5,4 %); Nam Mỹ 1,2 triệu tấn (4,2 %); châu Phi 952 ngàn tấn (3,3 %). Sáu
nước xuất khẩu gạo hàng ñầu thế giới năm 2007 là Thái Lan 10 triệu tấn chiếm 34,5
% của tổng lượng gạo xuất khẩu, Ấn ðộ 4,8 triệu tấn (16,5 %), Việt Nam 4,1 triệu
tấn (14,1 %), Mỹ 3,1 triệu tấn (10,6 %), Pakistan 1,8 triệu tấn (6,3%), Trung Quốc
(bao gồm cả ðài Loan) là 901 nghìn tấn (3,1 %).
So với năm 2000, diện tích lúa toàn cầu năm 2007 ñã tăng 2,85 triệu ha, năng
suất tăng 0,21 tấn/ha, sản lượng tăng 52,78 triệu tấn.
Năm 2008, thế giới có 115 nước trồng lúa và sản xuất khoảng gần 700 triệu tấn
thóc mỗi năm. Lúa gạo là thức ăn căn bản của 36 quốc gia và cung cấp từ 20 ñến 70%
nguồn năng lượng quan trọng mỗi ngày cho hơn phân nửa dân thế giới, ñặc biệt tại
nhiều nước châu Á. Việc sản xuất lúa gạo tập trung nhiều ở các nước châu Á, 85% sản
lượng lúa trên thế giới, sản lượng này phụ thuộc vào 8 nước bao gồm: Thái Lan, Việt
Nam, Trung Quốc, Ấn ðộ, Inñônêxia, Banglades, Myanmar và Nhật Bản.
Theo dự ñoán của chuyên gia dân số thế giới thì dân số thế giới ñến năm
2030 là 8,47 tỷ người. Với dân số như vậy thì vấn ñề an ninh lương thực luôn là vấn
ñề cấp bách, trong ñó lúa ñóng vai trò quan trọng số một.
Lúa cũng là mặt hàng ñem lại hiệu quả kinh tế cao. Trên thế giới, hiện nay có
các nước xuất khẩu gạo nổi tiếng như: Thái Lan, Mỹ, Ấn ðộ, Pakistan. Năm 2001,
lượng gạo xuất khẩu của Thái Lan ñạt gần 7 triệu tấn, chiếm 29% tổng lượng gạo
xuất khẩu. Lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam ước ñạt 3,8 triệu tấn, Mỹ 2,7 triệu
tấn, Ấn ðộ 1,3 triệu tấn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
8
Nhu cầu gạo nhập khẩu của thị trường trên thế giới cũng tương ñối khác
nhau, châu Âu, châu Mỹ thường có nhu cầu nhập khẩu gạo chất lượng cao, trong
khi ñó châu Phi lại có nhu cầu nhập khẩu gạo chất lượng trung bình và thấp. Trong
những năm qua, Inñônêxia là nước luôn có nhu cầu nhập khẩu gạo lớn nhất thế giới.
Hiện nay, lượng gạo trao ñổi trên thị trường thế giới chiếm tỷ trọng thấp trong tổng
cung (dưới 4%) và giá gạo chịu ảnh hưởng rất lớn vào lượng mưa vào của một số
nước nhập khẩu chính như: Inñônêxia, Philippine, Trung Quốc.
Theo FAO (2007), nước có năng suất ñạt cao nhất là Nhật Bản với 6,55
tấn/ha, sau ñó là Trung Quốc với 6,33 tấn/ha. Tuy nhiên, xét về sản lượng thì Trung
Quốc lại là nước có sản lượng lúa cao nhất, ñạt 185,45 triệu tấn, sau ñó là Ấn ðộ
với sản lượng ñạt 129 triệu tấn. Về diện tích thì Ấn ðộ là nước có diện tích trồng
lúa cao nhất với 43 triệu ha, sau ñó là Trung Quốc có diện tích là 29,3 triệu ha.
Như vậy, sản xuất lúa trên thế giới có xu hướng tăng chậm, ñể ñảm bảo ñược
vấn ñề an ninh lương thực của toàn xã hội, với tốc ñộ tăng dân số như hiên nay thì
cần phải nâng cao hơn nữa năng suất, sản lượng cũng như chất lượng lúa gạo. Dự
ñoán của FAO thì trong vòng 30 năm tới, tổng sản lượng lúa trên toàn thế giới phải
tăng ñược 56% mới ñảm bảo ñược nhu cầu lương thực cho mọi người dân.
Theo số liệu của IRRI năm 2008, Ấn ðộ là nước có diện tích sản xuất lúa lớn
nhất thế giới (44 triệu ha), tuy nhiên năng suất của Ấn ðộ ñạt 3,37 tấn/ha, do ñó sản
lượng của Ấn ðộ chỉ ñạt 148,37 triệu tấn. Trong khi ñó, Trung Quốc có diện tích ñứng
thứ 2 nhưng do trình ñộ thâm canh cao, diện tích lúa lai nhiều (trên 50%) nên năng suất
của Trung Quốc là 6,61 tấn/ha, tổng sản lượng ñạt 193 triệu tấn. Inñônêxia, Banglades,
Thái Lan và Việt Nam là những quốc gia sản xuất lúa gạo lớn của thế giới. Hai nước
xuất khẩu gạo chủ yếu của thế giới là Thái Lan và Việt Nam. Tính ñến hết tháng
12/2010, Thái Lan vẫn là nước xuất khẩu gạo hàng ñầu thế giới với khối lượng 8,57
triệu tấn, Việt Nam ñứng vị trí thứ hai với lượng xuất khẩu 5,95 triệu tấn.
Giống lúa thành công ñầu tiên bằng kỹ thuật chọn dòng thuần là giống lúa
Basmati 370 vào năm 1933 ở Kala Shah Kaku của Pakistan. Giống này thơm, chất
lượng gạo tốt, ñược trồng khá phổ biến. Khoa nông nghiệp của ñại học Arkansas
thực hiện một chương trình chọn tạo giống lúa thơm ñáp ứng nhu cầu của người
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
9
tiêu dùng Mỹ. Lúa gạo nhập khẩu gấp ñôi trong 10 năm qua và chủ yếu là gạo thơm.
Năm 2009 tiêu thụ 87,4 triệu tấn trong ñó 15% là nhập khẩu. Lượng nhập khẩu lớn
nhất năm 2008-2009 là Jasmine từ Thái Lan là 422,100 tấn, và Basmati từ Ấn ðộ
là 74,100 tấn. Do vậy nhu cầu cần thiết chọn tạo giống lúa chất lượng thơm ñồng
thời có ñặc ñiểm nông sinh học tốt là ñòi hỏi cấp thiết ở Mỹ (D.K. Berner el al.,
2011) [38]
2.2.2. Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam
Việt Nam là nước có nền nông nghiệp với lịch sử phát triển hàng nghìn năm
trong ñó cây lúa có vị trí rất quan trọng. Trong mười năm gần ñây sự phát triển của
sản xuất lúa gạo Việt Nam ñã ñạt ñược những thành tích nổi bật ñóng góp ñáng kể
vào sự nghiệp ñổi mới của cả nước. Việt Nam ñã trở thành nước xuất khẩu gạo thứ
hai trên thế giới sau Thái Lan. Tuy nhiên sản xuất lúa gạo ở Việt Nam còn nhiều
thách thức trong chiến lược an toàn lương thực, trong sự ña dạng sinh học của một
nền nông nghiệp bền vững ñặc biệt là khả năng nâng cao sức cạnh tranh trên thị
trường quốc tế (Nguyễn Hữu Nghĩa, 1996) [18].
Trước cách mạng tháng tám năm 1945 nền nông nghiệp nước ta ñộc canh
cây lúa với trình ñộ canh tác lạc hậu, năng suất thấp ở mức 10-12 tạ/ha. Từ năm
1945 ñến nay sản lượng lúa gạo nước ta không ngừng tăng lên. ðặc biệt là sau khi
ban hành Nghị Quyết 10 của Bộ Chính trị khóa VI về nông nghiệp, sản xuất lúa
nước ta ñã có sự phát triển mới. ðánh dấu bằng sự kiện từ một nước ñói kém, năm
1989 nước ta ñã xuất khẩu ñược một 1,4 triệu tấn gạo. Từ ñó ñến nay lượng gạo
xuất khẩu ñã tăng ñều. Nước ta trở thành một nước xuất khẩu gạo quan trọng với
phẩm chất gạo ngày càng tốt. Hiện nay sản lượng lúa cả nước tăng cao nhưng năng
suất giữa các vùng có sự chênh lệch nhau. Ở vùng ñồng bằng một số nơi ñã ñạt
ñược năng suất cao 10-12 tấn/ha nhưng ở vùng trung du miền núi năng suất bình
quân chỉ ñạt 2 tấn/ha.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
10
Bảng 2.1: Diện tích, năng suất và sản lượng lúa ở Việt Nam
từ năm 2000 – 2010
Diện tích
Năng suất
Sản lượng
(triệu ha)
(tấn/ha)
(triệu tấn)
2000
7,67
4,24
32,53
2001
7,49
4,29
32,11
2002
7,50
4,59
34,45
2003
7,45
4,64
34,57
2004
7,44
4,86
36,15
2005
7,33
4,89
35,83
2006
7,32
4,89
35,85
2007
7,21
4,99
35,94
2008
7,40
5,23
38,73
2009
7,44
5,23
38,90
2010
7,39
5,37
39,71
Năm
(Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam qua các năm)
Qua số liệu bảng 2.1 ta thấy:
Về diện tích: Từ năm 2000 - 2010 sản xuất lúa của nước ta diện tích ñang có
xu hướng giảm, từ 7,67 triệu ha năm 2000 xuống còn 7,39 triệu ha năm 2010. Hiện
nay theo xu hướng phát triển của thời ñại tốc ñộ ñô thị hoá ngày càng tăng lên. Một
phần diện tích canh tác ñã ñược chuyển ñổi ñể mở rộng các khu dân cư, xây dựng
cơ sở hạ tầng. Trong xu hướng chung ñó diện tích trồng lúa ngày càng bị thu hẹp.
Về năng suất: Từ năm 2000 ñến nay năng suất lúa ngày càng tăng. ðạt ñược
ñiều ñó là nhờ sự ñổi mới trong cơ chế quản lý của ðảng và nhà nước mà mở ñầu là
từ Nghị Quyết 10. Tiếp ñó là do nhân dân ta ñã biết ứng dụng những tiến bộ khoa
học kỹ thuật mới vào sản xuất ñặc biệt là sử dụng những giống mới có tiềm năng
năng suất cao, phẩm chất tốt.
Về sản lượng: Nhìn chung từ năm 2000 ñến nay sản lượng chung của cả
nước cũng ngày một gia tăng. Tuy từ năm 2000 ñến nay diện tích có giảm nhưng do
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
11
sử dụng các giống lúa mới có năng suất cao ñặc biệt là diện tích lúa lai tăng ñã làm
cho sản lượng tăng lên. ðiều này ñã giúp cho Việt Nam giữ vững vị trí thứ 2 trong
những nước xuất khẩu gạo trên thế giới.
Việc sản xuất nông nghiệp nước ta trải dài trên bảy vùng sinh thái từ Nam
vào Bắc. Vùng ñồng bằng sông Cửu Long là vựa lúa lớn nhất của cả nước, diện tích
và sản lượng lớn gấp gần 3 lần diện tích và sản lượng lúa ñồng bằng sông Hồng.
Lượng gạo nước ta xuất khẩu chủ yếu ñược tập trung sản xuất ở vùng này. Vùng
ñồng bằng sông Hồng là vựa lúa lớn thứ 2 của cả nước. Hàng năm hai vựa lúa ñồng
bằng sông Hồng và ñồng bằng sông Cửu Long chiếm gần 70% tổng sản lượng lúa
toàn quốc. Nhìn chung năng suất lúa của ñồng bằng sông Hồng cao hơn ñồng bằng
sông Cửu Long nhưng ở ñây diện tích ñang ngày càng bị thu hẹp do ñô thị hoá và
công nghiệp hoá, ñiều kiện thời tiết cũng không thuận lợi cho hướng thâm canh tăng
vụ. Vì vậy khả năng cho phép tăng sản lượng không nhiều so với ñồng bằng sông
Cửu Long (Nguyễn Hữu Nghĩa, 1996) [18]. ðối với những vùng còn lại do ñiều
kiện tự nhiên không thuận lợi do ñó sản lượng chỉ chiếm một phần nhỏ so với hai
vùng trên. ðiều ñó ñược thể hiện ở bảng 2.2.
Khi nước ta gia nhập vào AFTA (khu vực mậu dich tự do ASEAN) ñã có
nhiều cơ hội, nhưng cũng có rất nhiều thách thức mới ñối với nền kinh tế nước ta
nói chung và ngành nông nghiệp nói riêng. Do ñó cần phải biết phát huy những thế
mạnh vốn có cũng như tìm mọi cách khắc phục những khó khăn yếu kém của mình
ñể tận dụng những cơ hội mới góp phần phát triển kinh tế. Hiện nay Việt Nam ñã là
nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai thế giới.
Bảng 2.2: Sản lượng xuất khẩu gạo ở Việt Nam từ năm 2000 – 2010
Năm
2000 2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Sản
lượng
3,477 3,721 3,236 3,810 4,063 5,255 4,642 4,580 4,745 5,969 6,886
(triệu tấn)
(Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam qua các năm)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
12
Qua số liệu trên ta thấy sản lượng gạo xuất khẩu của nước ta tăng dần qua
các năm. ðạt ñược kết quả như vậy là do nước ta ñã chú trọng ñầu tư các giống
mới, ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất. ðặc biệt, năm 2011, Việt Nam ñã
xuất khẩu 7,1 triệu tấn, vượt qua Thái Lan ñể trở thành nước xuất khẩu gạo ñứng
ñầu thế giới.
2.3. Di truyền mùi thơm ở lúa
2.3.1. Sự di truyền tính thơm
Mùi thơm của lúa thơm phụ thuộc vào mức 2-acetyl-1-pyrroline và rất phụ
thuộc vào môi trường và di truyền (Louis M.T Bradbury et al., 2005) [56]. Theo D.
K. Berner and B. J. Hoff, 1985 [38] việc phát triển các giống lúa thơm có năng suất
cao còn rất hạn chế do thiếu thông tin di truyền về mùi thơm. Các tác giả ñã thực hiện
nghiên cứu lai thuận nghịch giữa hai giống lúa thơm ‘Della’ và giống không thơm
‘Dawn’ ñể nghiên cứu di truyền mùi thơm ở lúa. Mô lá và mẫu hạt của các cây bố,
mẹ, và con cái F1 và F2 ñặt vào trong dung dịch KOH 0,3 mol/ L. Kết quả chỉ ra rằng
các cây F1 không có mùi thơm và các cây của quần thể F2 phân ly theo tỷ lệ 3:1
(không thơm: thơm). Các hạt của cá thể F1 ñược nhai ñể ñánh giá tỷ lệ thơm và
không thơm. Kết quả cho thấy các hạt của các cây dị hợp quần thể F1 phân ly theo tỷ
lệ 3 : 1. Hạt F2 ñánh giá với 992 hạt nhận biết có 748 hạt không thơm và 224 hạt có
mùi thơm. ðánh giá hạt F3 bằng lai khẳng ñịnh rằng di truyền mùi thơm là ñơn gen
lặn. ðặc ñiểm mùi thơm có thể chọn tạo bằng lai ñể chuyển gen từ bố mẹ vào con cái
và có thể nhận biết mùi thơm dựa trên kiểu hình trong chọn lọc thế hệ phân ly.
Mùi thơm là một trong những tính trạng quan trọng nhất quyết ñịnh giá trị
thương phẩm và chất lượng gạo. Mùi thơm khi nấu cơm cho thấy một hợp chất của
formaldehydes và hydrogen sulfide. Khi ñánh giá mùi thơm của gạo IR64, Azucena
và Basmati ñã chứng minh các hợp chất pentanol, hexanol, benzaldehyde, 2-acelyi1-pyrroline là các thành phần chính trong mùi thơm của gạo (Nguyễn Thị Lang và
Bùi Chí Bửu., 2006) [15]
Giống lúa thơm basmati và jasmine là có liên quan tới sự có mặt của 2acetyl-1-pyrroline. Một gen lăn (fgr) trên nhiễm sắc thể số 8 của lúa liên kết chặt
với tính trạng thơm. Các nhà khoa học cho thấy gen ñồng hợp mã hóa ñường
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
13
(betaine aldehyde dehydrogenase (BAD) ña hình có ý nghĩa trong vùng mã hóa của
kiểu gen thơm có liên quan với kiểu gen không thơm. Sự tích lũy 2-acetyl-1pyrroline trong kiểu gen lúa thơm giải thích là có mặt của ñột biến làm mất chức
năng của gen fgr. Allele trong kiểu gen thơm ñã bị ñột biến gây ra ngừng mã di
truyền ngược chiều bảo toàn trình tự amino axít chìa khóa trong các BADs khác.
Gen fgr tương ứng với gen mã hóa BAD2 ở lúa, trong khi BAD1 là mã hóa bằng
một gen ở nhiễm sắc thể số 4. BAD liên kết với chống chịu bất thuận ở thực vật.
Mặc dù vậy vắng mặt chức năng của BAD2 ñã hình như không hạn chế sinh trưởng
của kiểu gen lúa thơm. Mùi thơm ở lúa ñược chứng minh có cùng tổ tiên chung và
có thể phân tách tiến hóa trong quần thể phân lập di truyền. (Louis M. T. Bradbury
et al., 2005) [56]
Nghiên cứu của Giovanni M. Cordeiro et al., 2002 [42] cũng khẳng ñịnh có
một số thành phần hóa học quan trọng với mùi thơm của gạo khi nấu. Mặc dù vậy
hợp chất hóa học 2-acetyl-1-pyrroline (AP) ñược coi là thành phần quan trọng nhất
với tính trạng mùi thơm ở kiểu lúa thơm Basmati và Jasmine. Chất AP ñược tìm
thấy ở tất cả các phần của cây ngoại trừ rễ lúa. Người ta tin tưởng rằng một ñơn gen
lặn kiểm soát mùi thơm ở hầu hết các giống lúa. Dò tìm mùi thơm có thể thực hiện
bằng cảm quan hoặc phương pháp hóa học, mỗi phương pháp ñều có những tiến bộ
và hạn chế nhất ñịnh. ðể khắc phục các nhà nghiên cứu ñã khám phá ra một marker
vi vệ tinh lặp lại học SSR là (AT)40 ñể nhận biết các allel thơm và không thơm của
gen fgr. Sự nhận biết marker này hỗ trợ thông qua sử dụng 2 thông tin trình tự của
cơ sở dữ liệu trình tự lúa Monsanto. 50 cá thể F2 thu ñược từ quần thể ñã ñược ñánh
giá ña hình kiểu gen bằng marker. Những marker này có nội dung thông tin ña hình
cao (PIC = 0.9). Các marker SSR khác liên kết với mùi thơm cũng có thể nhận biết
bằng cùng một phương pháp này sử dụng ñối với quần thể khác. ðiều này chứng
minh rằng phân tích trình tự genome của lúa là lựa chọn ñể nhận biết marker có
hiệu quả trong cải tiến giống lúa.
Di truyền của tính trạng thơm khá phức tạp, Dhulappanavar., 1976 [37] cho
rằng tính thơm do 4 gen bổ sung kiểm soát, trong ñó một liên kết với màu sắc vỏ
trấu và một liên kết với màu sắc ñỏ của mỏ hạt. Hsieh and Wang., 1988 [44] cho
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
14
biết tính thơm ñược 2 gen bổ sung kiểm soát hoặc trong vài trường hợp ñược kiểm
soát bởi một gen lặn. Trong trường hợp ñột biến, Nguyễn Minh Công và cs., 2007
[3] xác ñịnh tính thơm của lúa Tám Xuân ðài ñược kiểm soát bởi ít nhất 2 gen lặn
tác ñộng cộng tính. Tám Thơm Hải Hậu ñột biến mất thơm hoặc thơm nhẹ là do ñột
biến trội phát sinh từ các locus khác nhau (Nguyễn Minh Công và cs., 2006) [2].
Sarawgi và cs., (2010) [69] nghiên cứu tổ hợp lai Gopalbhog và Krishabhog (không
thơm) kết luận mùi thơm của Gopalbhog ñược kiểm soát bởi một gen lặn, ở tổ hợp
lai Tarunbhog/Gangabarud cho biết một gen trội quy ñịnh mùi thơm của
Tarunbhog.
Ahn S. N. et al., 1992 [25] xác ñịnh có nhiều phương pháp ñã ñược phát triển
ñể ñánh giá và xác ñịnh mùi thơm trong nghiên cứu di truyền ở lúa như lai một
nửa hạt hoặc một số hạt của một cây (Berner and Hoff 1986) [38], làm nóng mô
lá bằng nước và ghi nhận (Nagaraju et al., 1975) [62], tách mùi thơm từ mô lá
bằng KOH loãng (Sood et al., 1978) [76]. Những phương pháp này rất hữu ích
trong ñánh giá chọn lọc lúa thơm, tuy nhiên có sai số và bị ảnh hưởng mạnh bởi
môi trường. Jodon (1944) ñề xuất mùi thơm ở lúa do một gen ñơn (Fgr) ñiều
khiển, tuy nhiên những nghiên cứu sau ñó cho thấy tỷ lệ phân ly thơm và không
thơm ở quần thể F2 con lai giữ thơm và không thơm rất khác nhau như 3:1
(Kadam và cs, 1938; Jodon, 1944), 1:3 (Sood et al., 1978; Berner và Hoff.,
1986) [76], [38], 9:7 (Tripathi et al., 1979) [80], và 15:1 (Dhulappanavar., 1976)
[37]. S. N. Ahn et al., 1992 [70] nghiên cứu sử dụng marker RFLP xác ñịnh gen
thơm (fgr), marker RG28 liên kết chặt với gen thơm trên nhiễm sắc thể số 8, các
tác giả kết luận rằng có thể sử dụng marker này hỗ trợ chọn lọc gen thơm ngay ở
giai ñoạn ñầu của quá trình tạo giống
Reddy et al., (1987) [68] cũng cho biết mùi thơm ñược kiểm soát bởi một
gen lặn. Hơn nữa, họ còn phát hiện thấy sự vắng mặt của một esterasse isozyme ñặc
biệt Rf 0.9 có liên quan ñến tính trạng mùi thơm của lúa. Những giống bố mẹ thơm
ñều không có enzyme này nhưng lại có mặt trong những dòng F2 không thơm,
chứng tỏ có một ñột biến esterasse isozyme gây ra sự tích lũy một số ester làm tiền
thể tổng hợp chất thơm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………
15
