Nghiên cứu biến thiên di truyền có liên quan đến phẩm chất gạo bằng phương pháp nuôi cấy túi phấn trên quần thể lai và đột biến phóng xạ

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
---------

TRẦN THỊ THANH XÀ

NGHIÊN CỨU BIẾN THIÊN DI TRUYỀN
CÓ LIÊN QUAN ĐẾN PHẨM CHẤT GẠO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP NUÔI CẤY TÚI PHẤN
TRÊN QUẦN THỂ LAI VÀ ĐỘT BIẾN PHÓNG XẠ

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
Mã số: 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học
GS. TS. Bùi Chí Bửu


ii

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-------------

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Nghiên cứu biến thiên di truyền có liên
quan đến phẩm chất gạo bằng phương pháp nuôi cấy túi phấn trên quần thể
lai và đột biến phóng xạ” này là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận
án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận án

Trần Thị Thanh Xà


iii

LỜI CẢM TẠ

Xin chân thành cảm ơn
Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long
đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện
đề tài và hoàn thiện luận án.
Phòng Quản lý Khoa học và Đào tạo, Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long đã
hướng dẫn và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án.
GS.TS. Bùi Chí Bửu, GS.TS. Nguyễn Thị Lang đã tận tình hướng dẫn và luôn
động viên để tôi hoàn thành tốt luận án.
Các thầy, cô tham gia giảng dạy lớp nghiên cứu sinh khóa 1 của Viện lúa
Đồng Bằng Sông Cửu Long.
Các đồng nghiệp bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Viện lúa Đồng
Bằng Sông Cửu Long đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận án.
Gia đình cùng bạn bè thân hữu đã luôn động viên, góp ý cho tôi trong suốt thời
gian thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án.

Tác giả luận án

Trần Thị Thanh Xà


iv

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................................. i
Lời cam đoan ............................................................................................................. ii
Lời cảm tạ ................................................................................................................. iii
Mục lục...................................................................................................................... iv
Danh sách các bảng .................................................................................................. vi
Danh sách các hình................................................................................................. viii
Danh mục các chữ viết tắt........................................................................................ ix
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................... 1
Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 2
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI.. 4
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài........................................................................... 4
1.1.1. Nuôi cấy túi phấn lúa ....................................................................... 6
1.1.2. Phương pháp đột biến phóng xạ ..................................................... 11
1.1.3.Tìm hiểu một số chỉ tiêu về phẩm chất gạo...................................... 13
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................. 22
1.2.1 Những kết quả nghiên cứu về nuôi cấy túi phấn. .............................. 22
1.2.2. Những kết quả nghiên cứu về phóng xạ đột biến ............................. 24
1.2.3.Ứng dụng chỉ thị phân tử Microsatellite (SSR) trong chọn giống lúa 27
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 30
2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 30

2.1.1. Giống lúa ........................................................................................ 30
2.1.2. Hóa chất cho nghiên cứu ................................................................. 30
2.1.3 Thiết bị sử dụng ............................................................................... 30
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................... 31
2.2.1. Phát triển và đánh giá quần thể nuôi cấy túi phấn ........................... 31


v

2.2.2. Phát triển và đánh giá quần thể phóng xạ đột biến .......................... 31
2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 31
2.3.1.Đặc điểm của ruộng thí nghiệm........................................................ 31
2.3.2. Phương pháp chung cho các thí nghiệm .......................................... 32
2.3.2. Phương pháp riêng cho từng nội dung nghiên cứu........................... 43
2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................... 49
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ 50
3.1. Chọn vật liệu ban đầu .............................................................................. 50
3.2. Phát triển và đánh giá quần thể nuôi cấy túi phấn ................................. 52
3.2.1.Kết quả quan sát hạt phấn .................................................................. 52
3.2.2.Thời gian hình thành mô sẹo của các tổ hợp lai.................................. 53
3.2.3. Tỉ lệ thành lập mô sẹo của các tổ hợp lai ........................................... 54
3.2.4. Sự phát triển của mô sẹo ................................................................... 55
3.2.5. Khả năng tái sinh cây xanh................................................................ 58
3.2.6. Đặc tính nông học, năng suất, thành phần năng suất các dòng NCTP 61
3.2.7. Đánh giá khả năng phản ứng sâu bệnh .............................................. 70
3.2.8. Phân tích phẩm chất các dòng nuôi cấy túi phấn A2 .......................... 74
3.2.9. Đánh giá kiểu gen hàm lượng amylose trên quần thể NCTP.............. 89
3.3. Phát triển và đánh giá quần thể M2 đột biến phóng xạ .......................... 101
3.3.1. Đặc tính nông học của các quần thể đột biến phóng xạ ..................... 102
3.3.2. Phân tích tính trạng NS, TPNS của các dòng phóng xạ đột biến ........ 105

3.3.3. Đánh giá khả năng phản ứng sâu bệnh............................................... 109
3.3.4. Phân tích phẩm chất các dòng đột biến phóng xạ của quần thể M2 ..... 111
3.3.5. Đánh giá kiểu gen hàm lượng amylose quần thể phóng xạ đột biến ... 117
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................................... 121
1. Kết luận ..................................................................................................... 121
2. Đề nghị ....................................................................................................... 122
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Số thứ tự

Nội dung

Trang

Bảng 2.1.

Các chỉ tiêu hóa tính của đất thí nghiệm

32

Bàng 2.2.

Thang điểm đánh giá rầy nâu theo tiêu chuẩn SES của IRRI

35

Bảng 2.3.

Thang điểm đánh giá đạo ôn theo tiêu chuẩn SES của IRRI

36

Bảng 2.4.

Thang điểm đánh giá nhiệt trở hồ theo tiêu chuẩn của IRRI

39

Bảng 2.5.

Phân loại độ bền thể gel theo tiêu chuẩn SES

41

Bảng 2.6.

Mã trình tự, nhiễm sắc thể và kích thước

41

Bảng 3.1.

Thời gian hình thành mô sẹo

53

Bảng 3.2.

Phần trăm (%) mô sẹo thành lập trên môi trường

54

Bảng 3.3.

Đường kính và chiều cao mô sẹo sau ba tuần NCTP

55

Bảng 3.4.

Đường kính và chiều cao mô sẹo sau bốn tuần NCTP

56

Bảng 3.5.

Khả năng tái sinh cây xanh

59

Bảng 3.6.

Đặc tính nông học, năng suất và thành phần năng suất các dòng
của quần thể OM 5930/ OM4900

Bảng 3.7.

Đặc tính nông học, năng suất và thành phần năng suất các dòng
của quần thể OM5992/ OM4900

Bảng 3.8.

78

Kết quả phân tích phẩm chất các dòng của quần thể
OMCS2000/OM4900

Bảng 3.13.

75

Kết quả phân tích phẩm chất các dòng của quần thể
OM5992/OM4900

Bảng 3.12.

68

Kết quả phân tích phẩm chất các dòng của quần thể
OM5930/OM4900

Bảng 3.11.

66

Đặc tính nông học, năng suất và thành phần năng suất các dòng
của quần thể OM3536/ OM4900

Bảng 3.10.

64

Đặc tính nông học, năng suất và thành phần năng suất các dòng
của quần thể OMCS2000/ OM4900

Bảng 3.9.

62

83

Kết quả phân tích phẩm chất các dòng của quần thể
OM3536/OM4900

87


vii

Bảng 3.14.

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình của quần thể
OM5930/OM4900

Bảng 3.15.

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình của quần thể
OM5992/OM4900

Bảng 3.16.

96

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình của quần thể
OMCS2000/OM4900

Bảng 3.17.

93

98

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình của quần thể
OM3536/OM4900

100

Bảng 3.18.

Đặc tính nông học các dòng đột biến phóng xạ

102

Bảng 3.19.

Năng suất và thành phần năng suất của các dòng đột biến
OM5992

Bảng 3.20.

Năng suất và thành phần năng suất của các dòng đột biến
OMCS2000

Bảng 3.21.

105
106

Năng suất và thành phần năng suất của các dòng đột biến
OM3536

109

Bảng 3.22.

Kết quả phân tích phẩm chất của các dòng đột biến OM5992

111

Bảng 3.23.

Kết quả phân tích phẩm chất của các dòng đột biến OMCS2000

113

Bảng 3.24.

Kết quả phân tích phẩm chất của các dòng đột biến OM3536

116

Bảng 3.25.

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình dựa trên hàm lượng
amylose của quần thể OMCS2000

Bảng 3.26.

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình dựa trên hàm lượng
amylose của quần thể OM5992

Bảng 3.27.

118
119

Kết quả so sánh kiểu gen và kiểu hình dựa trên hàm lượng
amylose của quần thể OM3536

120


viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Số thứ tự

Nội dung

Trang

Hình 2.1.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm

33

Hình 2.2.

Bông lúa chọn để khử đực

44

Hình 2.3 .

Tiến hành khử đực

44

Hình 2.4.

Cây dùng làm bố

44

Hình 2.5.

Tung phấn

44

Hình 2.6.

Bông lúa đã thụ phấn

45

Hình 2.7.

Hạt lai F0

45

Hình 2.8.

Đòng lúa được chọn

48

Hình 2.9.

Túi phấn được cấy

48

Hình 2.10. Cấy chuyền mô sẹo

48

Hình 2.11. Thích nghi cây trong dung dịch Yoshida

48

Hình 3.1.

Cây phân nhóm kiểu hình của 87 giống lúa

51

Hình 3.2.

Túi phấn quan sát dưới kính hiển vi soi nổi

52

Hình 3.3.

Hạt phấn ở vật kính 40X

52

Hình 3.4.

Mô sẹo sau bốn tuần nuôi cấy túi phấn

57

Hình 3.5.

Quan sát tế bào mô sẹo

58

Hình 3.6.

Cây xanh được tái sinh

60

Hình 3.7.

Cây xanh được thích nghi trong dung dịch dinh dưỡng Yoshida

60

Hình 3.8.

Đánh giá tính kháng rầy nâu của các dòng

71

Hình 3.9.

Đánh giá tính kháng đạo ôn của các dòng

72

Hình 3.10. Kết quả kiểm tra chất lượng DNA

89

Hình 3.11. Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của OM5930/OM4900

90

Hình 3.12. Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của OM5992/OM4900

91

Hình 3.13. Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của OMCS2000/OM4900

92

Hình 3.14. Sản phẩm PCR trên gel agarose 3% của OM3536/OM4900

92


ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
2,4D

2,4-dichloropphenoxy acetic acid

ABA

Abscisic acid

AC

Amylose content

BAP

6-benzynl amino purine

cM

centi Morgan

CV

Hệ số biến động

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

GBSS

Granule bound starch synthase

GC

Gel consistency

GT

Gelatinization temperature

HC

Hạt chắc

KL

Khối lượng

IAA

Indole acetic acid

IBA

Indole butyric acid

IRRI

International Rice Research Institute

LSD

Least signifficant difference

MS

Murashinge and Skoog (1962)

N6

Chu Chih Ching (1975)

NAA

α-Naphthalene acetic acid

NCTP

Nuôi cấy túi phấn

PCR

Polymerase chain reaction

SES

Standard evolution system

SSR

Simple sequence repeat (microsatellite)

SSLPs

Simple sequence length polymorphism

STS

Sequence tagged sites

TB

Trung bình

TGST

Thời gian sinh trưởng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, số lượng gạo xuất khẩu của nước ta rất lớn, theo báo cáo của Hiệp
hội Lương thực Việt Nam (VFA) trong giai đoạn 2006 – 2010 cho thấy xuất khẩu
gạo luôn tăng cao qua từng năm. Đặc biệt, trong năm 2009 số lượng xuất khẩu gạo
đã tăng vọt đạt mức kỷ lục hơn 6 triệu tấn, tăng 29,35% so với năm 2008. Đến năm
2010, xuất khẩu gạo tiếp tục đạt mức kỷ lục mới về số lượng với 6,75 triệu tấn. Dự
báo xuất khẩu gạo năm 2011 sẽ đạt mức 7,5 triệu tấn [139]. Song hiệu quả xuất
khẩu và tính cạnh tranh về mặt chất lượng chưa đạt hiệu quả cao, giá gạo của nước
ta còn thấp hơn một số nước trên thế giới, điển hình là Thái Lan và Mỹ. Một trong
những nguyên nhân làm cho gạo xuất khẩu của nước ta chưa thể cạnh tranh về giá
đối với một số nước khác là do chất lượng gạo của chúng ta còn thấp, không đồng

đều, chưa khẳng định được thương hiệu. Vì vậy, vấn đề cấp bách hiện nay đặt ra
cho các nhà nghiên cứu chọn giống là phải làm sao tạo ra những giống lúa vừa có
năng suất cao, vừa có phẩm chất gạo tốt nhằm mang lại nhiều lợi nhuận cho người
sản xuất và đủ sức cạnh tranh trên thị trường xuất khẩu, đáp ứng nhu cầu của người
tiêu dùng trong nước cũng như ngoài nước.
Việc tạo ra giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt bắt đầu bằng phương
pháp công nghệ sinh học kết hợp với kinh nghiệm truyền thống sẽ cho ra kết quả
nhanh hơn và chính xác hơn. Kỹ thuật nuôi cấy mô và chọn lọc in vitro đã cải thiện
được một số đặc tính về dạng hình, chất lượng dinh dưỡng, tính chống chịu sâu
bệnh và các điều kiện khắc nghiệt của môi trường [115]. Gia tăng biến dị của giống
cây trồng cũng là một phần quan trọng trong công tác chọn tạo giống. Sự xuất hiện
của các biến dị trong quần thể tái sinh được ghi nhận ngay từ những thành công đầu
tiên trong nuôi cấy mô lúa như các thay đổi về hình dạng [99]. Bằng cách này,
phương pháp nuôi cấy mô tỏ ra có ưu điểm hơn so với phương pháp thông thường
vì nó cho phép tạo ra quần thể biến dị rộng và tạo thuận lợi cho chọn lọc từ một
lượng lớn trong điều kiện môi trường được kiểm soát [3].


2

Bên cạnh đó, bằng phương pháp gây đột biến nhân tạo (đột biến vật lý, hóa
học) người ta hi vọng có thể thu được những dạng chưa hề có trong tự nhiên như
tạo được nhiều biến dị có lợi, tăng tính chống đỡ, tính chịu rét, chịu hạn, tính chín
sớm, tính kháng bệnh và phẩm chất cao.
Vì thế đề tài “Nghiên cứu biến thiên di truyền có liên quan đến phẩm
chất gạo bằng phương pháp nuôi cấy túi phấn trên quần thể lai và đột biến
phóng xạ” được thực hiện nhằm định hướng nghiên cứu giải quyết những vấn đề
còn tồn tại nêu trên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Khai thác sự biến động di truyền trên quần thể nuôi cấy túi phấn và đột biến

phóng xạ.
- Xác định cơ sở di truyền của chất lượng cơm (hàm lượng amylose, nhiệt
hóa hồ, độ bền thể gel) trên quần thể nuôi cấy túi phấn và đột biến phóng xạ.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Ứng dụng công nghệ sinh học trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa mới
năng suất cao, chất lượng tốt đưa nhanh vào sản xuất, góp phần nâng cao năng suất,
sản lượng, chất lượng sản phẩm.
- Nghiên cứu cơ sở di truyền tính trạng mục tiêu bằng phương pháp nuôi cấy
túi phấn và đột biến phóng xạ.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Một số nội dung nghiên cứu có thể ứng dụng cho công tác chọn giống, sử
dụng trong các công trình nghiên cứu tiếp theo và trong công tác giảng dạy.
- Đề tài chọn ra được một số dòng triển vọng có năng suất, chất lượng tốt để
bổ sung vào cơ cấu giống phẩm chất, góp phần giúp cho người dân được sử dụng


3

giống mới năng suất cao, giống chất lượng tốt, tăng thu nhập trên một đơn vị diện
tích.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Những giống lúa cải tiến phổ biến trong sản xuất ở ĐBSCL và trong ngân
hàng gen của Viện lúa Đồng bằng Sông Cửu Long.
- Đề xuất những dòng triển vọng có năng suất, phẩm chất tốt và có khả năng
chống chịu sâu bệnh hại chính (rầy nâu, đạo ôn) ở ĐBSCL.


4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

1.1 . Cơ sở khoa học của đề tài
Nuôi cấy mô ở lúa được biết đến từ cuối những năm 1960 và đầu năm 1970
bởi các nhà khoa học người Nhật. Kỹ thuật này sau đó được ứng dụng trong chọn
tạo giống thông qua tạo biến dị tế bào soma để cải tiến các giống lúa địa phương,
tạo các dòng đơn bội kép từ nuôi cấy túi phấn các tổ hợp lai. Cấy mô lúa nhằm mục
đích chính là tạo cây đơn bội hoặc cây lưỡng bội đồng hợp tử, thông qua sự nhân
đôi nhiễm sắc thể ở mô sẹo đơn bội của cây từ túi phấn [97] đã thu được những cây
đơn bội, lưỡng bội, tứ bội và ngũ bội. Từ công trình này, nhiều báo cáo đã nói đến
sự biến dị trong thể bội của cây lúa tái sinh qua cấy mô, tái sinh từ mô sẹo đã xuất
hiện các biến dị về kiểu hình như: cây lùn hoặc méo mó [97], cây bạch tạng [98] và
cây đa bội [99]. Các biến dị này được biết đến như biến dị nuôi cấy mô hay biến dị
tế bào soma (Somaclonal variation). Nuôi cấy mô được sử dụng như là phương
pháp tạo biến dị trong công tác cải tạo giống cây trồng [87].
Ở Việt Nam, bằng phương pháp nuôi cấy túi phấn đã có rất nhiều dòng lúa
triển vọng được phóng thích và chấp nhận rộng rãi ở nhiều địa phương. Nuôi cấy túi
phấn thật sự đã trở thành một công cụ hỗ trợ đắc lực trong chọn giống cây trồng. Ưu
điểm của phương pháp này là (1) tạo giống và tạo dòng thuần nhanh, (2) tạo cây
sạch bệnh từ những vật liệu di truyền ưu việt và cây có chất lượng cao, (3) nhân
giống đồng loạt với quy mô lớn. Do những ưu điểm trên, nuôi cấy túi phấn có thể
nói là phương pháp mang lại hiệu quả cao, cho phép ta rút ngắn thời gian trong
chọn giống và cung cấp kịp thời các giống mới cho sản xuất. Ứng dụng phương
pháp nuôi cấy túi phấn, Viện Lúa ĐBSCL đã thành công trong việc NCTP giữa
giống năng suất cao, thích nghi rộng với giống có phẩm chất Suphan buri/OM 1490,
Kloong luang l/ CM 16-27 and Suphan buri/OM 1490 đã chọn được một số dòng
triển vọng có năng suất, phẩm chất cao [4]. Cũng bằng phương pháp này, Đặng

5

Minh Tâm [30] đã thành công khi nuôi cấy túi phấn trên các giống lúa chịu mặn và
phẩm chất tốt.
Trải qua hàng ngàn đời, bằng phương pháp chọn giống cổ truyền như lai tạo,
chọn lọc cá thể, chọn lọc tập đoàn, người ta đã đưa ra hàng vạn giống cây trồng mới
có đặc điểm quí giá, có phẩm chất tốt, song vẫn còn nhiều hạn chế như: năng suất
thấp, chống chịu sâu bệnh và úng hạn kém. Bằng các phương pháp chọn giống cổ
điển, phải cần ít nhất từ 6 – 10 thế hệ. Trong khi đó, bằng phương pháp chọn tạo
giống đột biến nhân tạo, chỉ cần từ 3 – 6 thế hệ, thậm chí cá biệt có trường hợp chỉ
cần 2 – 3 thế hệ [61].
Với phương pháp đột biến nhân tạo, sử dụng các tác nhân gây đột biến lý hóa
(trong đó có năng lượng nguyên tử) có thể làm tăng nguồn đa dạng di truyền trong
quần thể. Trong hàng loạt đột biến xuất hiện, những đột biến có lợi có thể được nhân
trực tiếp thành giống mới hoặc được sử dụng làm vật liệu khởi đầu phục vụ cho
công tác chọn giống. Khai thác biến dị trên giống lúa đột biến bằng tia vật lý để tạo
ra giống ngắn ngày, phẩm chất gạo tốt như: Tài Nguyên đột biến 100, Tép Hành đột
biến [29], VND95-20 [120].
Việc nghiên cứu và chọn tạo ra giống lúa có phẩm chất gạo cao đáp ứng nhu
cầu người tiêu dùng đang là vấn đề cấp thiết, không chỉ ở nước ta mà nó còn là vấn
đề chung của tất cả các nước xuất khẩu gạo trên thế giới, nhằm mục tiêu cung cấp
cho người tiêu dùng những giống lúa có chất lượng gạo ngon cơm, thích hợp với thị
hiếu của người tiêu dùng. Các đặc tính phẩm chất hạt thường do yếu tố di truyền và
môi trường quyết định. Tùy theo tính trạng, sự thể hiện có thể do yếu tố di truyền,
yếu tố kỹ thuật trước và sau thu hoạch hay do tương tác kiểu gen và môi trường
quyết định [6]. Phần lớn những tính trạng phẩm chất hạt có tương tác kiểu gen và
môi trường không tuyến tính, thường không có biểu hiện kiểu hình rõ ràng, khâu
đánh giá đòi hỏi những trang thiết bị chuyên dụng, các tính trạng bị ảnh hưởng rất
lớn của điều kiện môi trường nên việc chọn tạo giống phối hợp nhiều tính trạng

mong muốn gặp phải những khó khăn nhất định. Do đó, kết hợp phương pháp chọn


6

lọc nhờ chỉ thị phân tử (Marker assisted selection-MAS) với phương pháp chọn
giống truyền thống để đánh dấu các gen quy định các tính trạng mong muốn, nhằm
xác định chính xác hơn các thông số di truyền để làm cơ sở cho việc chọn giống
mới.
1.1.1. Nuôi cấy túi phấn lúa
Túi phấn nuôi cấy chỉ cho cây đơn bội khi chứa hạt phấn ở những giai đoạn
phát triển thích hợp, đa số các loài là từ giai đoạn đơn nhân đến đơn nhân muộn
[25], [26].
Theo Chu Chih Ching [55] túi phấn biến động từ giai đoạn giữa đơn nhân
đến đơn nhân muộn có thể tạo mô sẹo. Tần số cảm ứng cao nhất ở túi phấn có hạt
phấn ở giai đoạn đơn nhân muộn, khi bông lúa có những biểu hiện bên ngoài như:
- Chiều rộng của vỏ trấu có kích thước trưởng thành và có màu vàng nhạt.
- Chỉ nhị dài khoảng 1/3 chiều dài vỏ trấu
Ở lúa có sự tương quan rõ rệt giữa giai đoạn phát triển của hạt phấn và hình
dạng bên ngoài của đòng, do đó có thể căn cứ vào hình thái của đòng để chọn túi
phấn thích hợp. Khoảng cách từ tai lá đòng (tai lá đòng nằm trong bẹ lá thứ nhất)
đến tai lá cuối (lá thứ nhất) giúp xác định được giai đoạn phân bào giảm nhiễm.
Giai đoạn phân bào giảm nhiễm mạnh nhất lúc khoảng cách này là 3 cm và kết thúc
khi khoảng cách này là 10 cm [133]. Nên chọn những đòng lúa mà khoảng cách
giữa lá đòng và lá thứ nhất khoảng 5 – 10 cm, lúc này hạt phấn đang ở giai đoạn
thích hợp cho nuôi cấy [20], [23]. Gié lúa càng thấp thì hiệu quả tạo cây đơn bội
càng cao (gié thứ nhất 3,6%, gié thứ sáu 1,76%) [26], [31].
1.1.1.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo mô sẹo
a/ Tuổi phát triển của hạt phấn: quyết định đến tỉ lệ cây xanh trên cây bạch tạng
và tỉ lệ tái sinh cây xanh [97]. Giai đoạn thích hợp nhất để nuôi cấy túi phấn bắt đầu

từ giai đoạn phân tử có nhân phân chia đồng nhất trước khi hạt phấn đi vào quá
trình phân chia giảm nhiễm [101]. Tuy nhiên không phải tất cả các loài đều cho hiệu


7

suất tối ưu ở giai đoạn này, đặc biệt ở các loài thuộc họ hòa thảo: đối với lúa mì giai
đoạn đơn nhân muộn thích hợp hơn [101], lúa giai đoạn đơn nhân sớm [59] và đơn
nhân muộn [55].
b/ Tình trạng sinh lý của cây cho phấn: hiệu suất tạo cây đơn bội phụ thuộc nhiều
vào tình trạng sinh lý của cây cho túi phấn. Khả năng cho mô sẹo cao nhất ở túi
phấn trong lần trổ bông đầu tiên và giảm dần trong những lần lấy mẫu sau [25],
[26]. Trạng thái sinh lý của cây cho có tác động quan trọng đến khả năng của hạt
phấn phản ứng với môi trường nuôi cấy, cây trổ sớm có nhiều bông thường cho hạt
phấn có sức sống mạnh hơn khi nuôi cấy in vitro [5], [36]. Đối với các loài mễ cốc,
túi phấn được thu thập trên bông phát triển từ thân chính sẽ cho kết quả nuôi cấy tốt
hơn. Những yếu tố khác như quang chu kỳ, cường độ ánh sáng, nhiệt độ, mùa vụ,
điều kiện tăng trưởng và tình trạng dinh dưỡng đều có ảnh hưởng đến kết quả nuôi
cấy túi phấn.
c/ Kiểu gen: Thường giống lúa japonica dễ nuôi cấy túi phấn hơn giống lúa indica
và đôi khi cây F1 phản ứng nuôi cấy tốt hơn cây bố mẹ. Khả năng thành công khi
nuôi cấy túi phấn trên các giống lúa giảm dần theo thứ tự: japonica/ waxy >
japonica/ japonica > japonica > indica/ japonica> >indica/ indica > indica [88],
[110]. Sự khác nhau của giống cụ thể trên các loài thực vật sẽ cho phản ứng trong
nuôi cấy khác nhau [138]. Trong loài mễ cốc, tần suất cây xanh, cây bạch tạng tạo
ra từ nuôi cấy túi phấn phụ thuộc nhiều vào kiểu gen của cây cho phấn [6]. Theo thí
nghiệm của Woo S.C [127] khi nuôi cấy túi phấn tổ hợp lai Oryza sativa L.
(Taichung 65) x Oryza perennis (Moech) kết quả chỉ hình thành mô sẹo và cây bạch
tạng, nhưng khi lấy cây F1 lai hồi giao với Oryza sativa L thì thấy có cây xanh xuất
hiện nhưng với tỉ lệ thấp. Tương tự, khi nuôi cấy túi phấn lúa trồng và lúa hoang kết

quả cho thấy khả năng tạo mô sẹo và tái sinh cây xanh của tổ hợp lai thấp hơn so
với nuôi cấy túi phấn cây lúa hoang. Để chứng minh điều đó, Woo S.C [128] đã
nuôi cấy túi phấn O. glaberrima/ Taichung 65 tỉ lệ tạo mô sẹo là 3 – 5%, trong khi
NCTP O. glaberrima (Steud) tỉ lệ tạo mô sẹo đạt 43%. Điều đó cho thấy rằng, kiểu
gen có liên quan rất lớn đến vật liệu di truyền trong tế bào chất.


8

d/ Môi trường nuôi cấy: ở lúa hiệu suất tạo mô sẹo từ túi phấn phụ thuộc nhiều vào
hợp chất chứa N. Theo Chu Chih Ching [55], túi phấn lúa cảm ứng hoàn toàn với
ion NH4+, nồng độ thấp ion NH4+ kích thích sự thành lâp mô sẹo túi phấn, nồng độ
NH4+ cao sẽ kìm hãm quá trình hình thành mô sẹo, trong khi đó nồng độ NO3- cao
(28 mM) lại thuận lợi cho quá trình hình thành mô sẹo và tái sinh cây [53]. Kết quả
tốt nhất thu được khi một nồng độ tối thích của ion NH4+ kết hợp với ion NO3- trong
môi trường [2], [26].
Rất nhiều môi trường được sử dụng cho nuôi cấy túi phấn lúa nhưng môi
trường được sử dụng nhiều nhất là N6 [55], Miller [94] và MS [96]. Thành phần
môi trường không quan trọng cho cảm ứng mô sẹo và cây tái sinh như các yếu tố
khác. Nếu có các muối cơ bản (NH4)2SO4, KNO3 và sự hiện diện của sucrose thì
cảm ứng mô sẹo có thể xảy ra [15].
Trong môi trường nuôi cấy nếu phối hợp auxin (2,4D, NAA, IAA),
cytokinins (kinetin, BAP, zeatin) và những cơ chất hữu cơ (casein hydrolysate,
nước dừa, dịch chiết nấm men, khoai tây) thích hợp có ảnh hưởng rất lớn đến sự
hình thành mô sẹo và khả năng tái sinh cây [137].
Thêm vào -endysone (một loại hormon của côn trùng Cyanotis arachnoida)
1-2 mg/l cũng cải thiện sự hình thành mô sẹo bao phấn lúa mì và lúa. Tuy nhiên,
ảnh hưởng của khả năng tạo mô sẹo cũng khác nhau đối với chất điều hòa sinh
trưởng 2,4-D và kinetin, biểu thị kết quả phân hóa phôi của hạt phấn và sự tăng
trưởng của mô sẹo. Tăng nồng độ sucrose hoặc maltose trong môi trường nuôi cấy

sẽ làm cải thiện đáng kể sự thay đổi áp suất thẩm thấu của môi trường [6].
Tần số thành lập mô sẹo từ nuôi cấy túi phấn trên môi trường N6 [55] cao
hơn so với môi trường Miller [94] hoặc MS [96]. Trong các thí nghiệm về tần số
cảm ứng trung bình của mô sẹo túi phấn trên môi trường N6 là 16% ở lúa lai và có
khi lên đến 50% trong vài trường hợp khác [89]. Theo Rush M.C [106], bổ sung
2mg/l 2,4D vào môi trường thích hợp cho cảm ứng mô sẹo của túi phấn và không


9

cần thiết thêm kinetin. Sự kết hợp của 2,4D và NAA đôi khi hiệu quả hơn sử dụng
2,4 D và IAA hay chỉ sử dụng 2,4D.
- Đối với chất hữu cơ bổ sung: Theo thí nghiệm của Wang C.C [122], dịch chiết
nấm men và thủy phân lacto albumin có thể giúp tăng cường phát triển của mô sẹo
hạt phấn. Chúng có thể tham gia vào môi trường một cách riêng lẻ hay kết hợp với
nhau. Nồng độ tối thích khoảng 500 – 1000mg/l. Tần số thành lập mô sẹo bị giảm
một ít khi thêm vào môi trường nuôi cấy 0,5% (w/v) innositol. Sự thành lập mô sẹo
bị hạn chế khi thêm 0,1% (w/v) casein hydrolysate [48].
e/ Tạo phản ứng sốc (shock pretreatment): giao tử của hạt phấn có thể bị thay đổi
với nhiều loại stress khác nhau, đặc biệt là gây sốc bằng nhiệt độ nóng hoặc lạnh.
Ảnh hưởng của xử lý sốc nóng hoặc lạnh đối với túi phấn, bông, chồi đã được
chứng minh trong kết quả nuôi cấy túi phấn của nhiều loài cây trồng [43], [47]. Các
nghiệm thức gây sốc lạnh ở 4 –10oC trong một tuần hoặc nóng ở 35oC trong thời
gian 5 – 15 phút, tạo nên các hạt nhân có cùng kích thước và những vi bào tử này
tạo ra phôi mạnh hơn nhân tăng trưởng và nhân phát triển trong điều kiện không
gây phản ứng sốc [6].
Xử lý tạo sốc còn làm cho chức năng của gen phản ứng với sự phát triển giao
tử bị ức chế. Sự tích lũy của 32 kDa protein (MAR 32) được quan sát trong nghiệm
thức xử lý sốc túi phấn của cây bắp. Tương quan dương chặt giữa sự hình thành
phôi hạt phấn với mức độ protein đã được ghi nhận [47]. Nhân tố có ý nghĩa nhất

trong việc gia tăng tỉ lệ tạo mô sẹo là việc xử lý ban đầu với nhiệt độ lạnh hoặc
nóng [122]. Nhiệt độ thấp hoặc cao làm ngừng chu trình phân bào của tiểu bào tử
vào giai đoạn đơn nhân muộn, làm thay đổi phân bào nguyên nhiễm hoặc kéo dài
thời gian để tạo hạt phấn theo hướng đơn bội [26]. Quan sát vi bào tử thấy rằng vi
bào tử khởi động sự phân chia trong tiến trình xử lý lạnh hoặc nóng ban đầu. Do
vậy, xử lý nhiệt độ thấp hoặc cao trước khi cấy có thể xem như loại trừ các vi bào tử
yếu hoặc không có khả năng sống [59]. Bên cạnh đó việc ngăn chặn vách túi phấn
hóa già nhờ vào xử lý lạnh hoặc nóng ban đầu có thể cung cấp một vi môi trường


10

(micro environment) thích hợp để cung cấp các nhân tố phát triển gây ra sự phát
sinh phôi (embryogensis) từ vi bào tử [48], [56], [58].
Các nghiên cứu gần đây ở IRRI khi xử lý nhiệt các túi phấn có thể tăng khả
năng cảm ứng mô sẹo [106]. Theo Challef R.S [48], xử lý mẫu cấy ở nhiệt độ 60C
trong 5 ngày thì tỉ lệ tạo mô sẹo là 22,2% so với 10% trong trường hợp không xử lý
lạnh. Hay theo Wang C.C [121], xử lý đòng lúa 100C trong hai ngày sẽ tăng tần số
thành lập mô sẹo. Đối với lúa nếu thời gian xử lý lạnh 11 ngày thì tỉ lệ hình thành
mô sẹo là 12,5% - 32,8%, nếu thời gian xử lý lạnh kéo dài tới 25 ngày mô sẹo vẫn
hình thành nhưng tỉ lệ cây bạch tạng cao [66].
f/ Nhiệt độ và ánh sáng: ảnh hưởng lên cảm ứng mô sẹo và cây tái sinh [62], [106].
Nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn mô sẹo là 25 – 270C trong điều kiện không có ánh
sáng. Nhiệt độ cao làm gia tăng tỉ lệ cây bạch tạng, vai trò của nhiệt độ quan trọng
hơn rất nhiều so với ánh sáng ở giai đoạn tạo mô sẹo. Ở giai đoạn tái sinh cây xanh
nhiệt độ vẫn duy trì 25 – 270C nhưng cần chiếu sáng 14 giờ mỗi ngày với cường độ
2500 lux [56].
1.1.1.2. Sự biến động số bội thể trong nuôi cấy
Nuôi cấy túi phấn lúa trước tiên nhằm vào việc tạo ra cây đơn bội hoặc lưỡng
bội đồng hợp tử từ việc nhân đôi nhiễm sắc thể trong mô sẹo đơn bội từ hạt phấn

hay bầu noãn [90]. Theo Niizeki .T [98], tái sinh cây đơn bội, nhị bội, hay tứ bội từ
nuôi cấy túi phấn nhằm chỉ ra sự thay đổi thể bội của cây lúa tái sinh từ nuôi cấy
mô. Trong một thí nghiệm quan sát 62 cây tái tổ hợp F1 của Chung G.S [56], quan
sát thấy 36% cây đơn bội, 58% cây nhị bội và 6% cây đa bội. Kỹ thuật tạo cây đơn
bội in vitro đã cho phép các nhà nghiên cứu tạo hàng loạt cây đơn bội từ việc nuôi
cấy tiểu bào tử hay nuôi cấy túi phấn. Những cây lúa đơn bội được tạo ra từ mô sẹo
có số lần xuất hiện thay đổi từ 30 – 60% [106].
a/ Cây bạch tạng
Cây bạch tạng được xem là hiện tượng thông thường trong nuôi cấy hạt phấn
của họ Graminaceae. Tần số cây bạch tạng khoảng 5 – 90%, không có mối quan hệ


11

giữa tần số cây bạch tạng và thành phần môi trường. Ba nhân tố liên quan trực tiếp
đến tần số cây bạch tạng đó là giống, nhiệt độ nuôi cấy và tuổi mô sẹo cấy chuyền.
Sự gia tăng nhiệt độ làm tăng tần số cây bạch tạng, mô sẹo cấy chuyền nhiều lần thì
tỉ lệ cây bạch tạng cao [122].
b/ Tạp nhiễm vi sinh vật
Vi khuẩn và vi nấm trong môi trường nuôi cấy sẽ làm hạn chế sự phát triển
của mô nuôi cấy và việc tạp nhiễm như vậy là điều tối kỵ trong nuôi cấy mô, do đó
phải loại bỏ mẫu tạp. Nếu mẫu bị tạp nhiễm do nấm sẽ thấy sự phát triển của các
khuẩn ty có cấu trúc sợi màu trắng hoặc hơi xám. Nếu do vi khuẩn sẽ thấy một
màng có dạng sữa phát triển bên trong môi trường và ở bề mặt mẫu cấy [15].
Muốn hạn chế tạp nhiễm, phải thực hiện các bước trong quy trình thanh
trùng một cách đầy đủ và thận trọng [6]. Sử dụng tủ cấy vô trùng Laminar Air Flow
Cabinet với hệ lọc khí HEPA có kích thước 0,2μm, các dụng cụ trong phòng cấy
đều phải vô trùng [17].
c/ Phản ứng hóa nâu trong môi trường nuôi cấy
Mô nuôi cấy thường có hiện tượng hóa nâu làm giảm sự tăng trưởng của mô.

Đây là một hiện tượng phản ứng của túi phấn, điều này cho thấy túi phấn không
thích hợp cho thời gian nuôi cấy kéo dài [26]. Có thể sử dụng than hoạt tính (0,1 –
1,2%), acid citric hoặc acid ascorbic (500-1000mg/l) và PVP cho vào môi trường
nuôi cấy để kiểm soát hiện tượng hóa nâu [6].
1.1.2. Phương pháp đột biến phóng xạ
Đột biến là một hiện tượng thường gặp trong tự nhiên cũng như nhân tạo.
Quá trình hình thành và phát triển của thế giới sinh vật đa dạng và phong phú như
hiện nay đều có nguồn gốc từ các biến dị tự nhiên và nhân tạo. Biến dị là thuộc tính
của tất cả các loài sinh vật, trong đó biến dị di truyền là động lực của tiến hóa. Nhờ
có biến dị di truyền mà các loài mới, các dạng mới được hình thành, thành phần của
loài ngày một đa dạng và phong phú [113]. Ứng dụng phương pháp gây đột biến vật


12

lý nhằm tạo ra những sai khác mong muốn mà nó không có trong quần thể của ngân
hàng gen, đồng thời cải tiến một số đặc tính đặc biệt của những giống thích ứng
rộng mà các phương pháp khác khó thành công. Hơn nữa, phương pháp này còn cải
tiến đặc tính số lượng đặc biệt là năng suất. Sử dụng phương pháp gây đột biến
trong tạo giống có khả năng sửa chữa những khiếm khuyết của các giống cải tiến.
Các dòng được chọn lọc tạo ra các kiểu hình mới thích nghi với các điều kiện sinh
thái khác nhau, đồng thời còn cải tiến các tính trạng của cây trồng đem lại hiệu quả
kinh tế cao, khó có thể tìm thấy trong quá trình chọn lọc tự nhiên [10].
Sử dụng các tác nhân vật lý như tia α, β, γ, các hạt neutron hoặc các chất hóa
học để xử lý các bộ phận của cây (hạt, mầm, nụ, bông, hạt phấn.) nhằm gây đột biến
gen. Các thế hệ được xử lý đột biến được gieo để phân lập các đột biến có lợi. Khác
với phương pháp lai, phương pháp đột biến tạo ra gen mới là nguồn bổ sung gen
cho cây trồng.
Các dạng đột biến nhân tạo là nguồn vật liệu khởi đầu ngày càng được ứng
dụng rộng rãi nhờ tạo được nhiều biến dị có lợi, tăng tính chống đỡ, tính chịu rét,

chịu hạn, tính chín sớm, tính kháng bệnh, phẩm chất cao. Bằng phương pháp gây
đột biến nhân tạo, người ta hi vọng có thể thu được những dạng chưa hề có trong tự
nhiên. Khi có tác dụng của phóng xạ thường là làm thay đổi bản chất bên trong của
vật chất nghiên cứu và do đó làm thay đổi tính chất di truyền của vật thể. Thường
những đột biến do phóng xạ gây nên đều là những đột biến tới hạn hay làm giảm
sức sống. Những đột biến này có thể là trội và lặn. Những đột biến trội có thể phát
hiện ngay ở thế hệ đầu tiên, còn những đột biến lặn thì đến M2, M3 mới phát hiện
được. Theo Sing B.D [113], những đột biến xảy ra phần lớn là gen lặn, nhưng
những đột biến trội cũng xảy ra nhưng với tần số rất thấp. Những đột biến phần lớn
có hại đến sinh vật, nhưng có một tỉ lệ nhỏ (0,1%) của chúng là có lợi. Một đột biến
nằm trong tổ hợp này có hại nhưng đặt trong sự tương tác với các gen nằm trong tổ
hợp khác nó trở nên có lợi [113]. Những đột biến là ngẫu nhiên, chúng có thể xảy ra
trong một vài gen, vì thế các gen có tần suất đột biến rất khác nhau. Thời gian trung
bình để tạo ra một giống cây có những tính trạng mong muốn bằng phương pháp


13

đột biến gen ngẫu nhiên là 10 năm. Nguyên nhân là chiếu xạ (nguồn bức xạ chủ yếu
là 60Co) sẽ tạo ra vô vàn đột biến và các nhà khoa học phải chọn lọc những đột biến
có lợi, phù hợp với mong muốn [61]. Gây đột biến để tạo nguồn biến dị ban đầu cho
nhà chọn giống là một trong những biện pháp đã được áp dụng từ lâu trên thế giới.
Bằng phương pháp này nhiều giống cây lương thực, rau màu cây ăn trái đã được tạo
ra trên toàn cầu.
 Cơ chế tác động của tia gamma (γ)
Tia γ là một trong những tác nhân vật lý được ứng dụng phổ biến, có 79,7%
giống đột biến phóng thích ra sản xuất nhờ chiếu xạ tia γ [123]. Tia γ là loại phóng
xạ điện từ không chuyên biệt, với chiều dài bước sóng 10-11 đến 10-7 cm và là phóng
xạ cao năng mang photon. Tia γ thường được tạo ra trong quá trình phân rã 60Co và
137

Cs trong thiết bị chuyên dùng.
Khi chiếu tia γ vào đối tượng, nó sẽ làm thay đổi cơ cấu di truyền ở mức

phân tử hoặc phá vỡ cấu trúc nhiễm sắc thể, làm thay đổi cấu trúc phân tử của gen
hoặc làm phá vỡ nhiễm sắc thể. Sự biến đổi gen có thể thay đổi mã di truyền hay
thiếu một thông tin có ý nghĩa. Sự phá vỡ nhiễm sắc thể mất một hay một nhóm gen
hoặc chuyển gen từ nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác làm cho liên kết bị
biến đổi, các liên kết mới được thiết lập [8]. Hiệu ứng phóng xạ có thể ảnh hưởng
trực tiếp hoặc gián tiếp gây nên sự đột biến. Trường hợp ảnh hưởng trực tiếp thì
năng lượng được chuyển tới phân tử một cách trực tiếp thông qua chiếu xạ. Còn ảnh
hưởng gián tiếp thì năng lượng có được nhờ gốc tự do được chuyển tới phân tử
khác. Ảnh hưởng gián tiếp đặc biệt quan trọng khi có nước vì phân tử nước bị ion
hóa tạo ra gốc tự do. Hiệu ứng đầu tiên của phóng xạ nhờ sự ion hóa [113]
1.1.3. Tìm hiểu một số chỉ tiêu về phẩm chất gạo
Phẩm chất gạo là điểm quan trọng cần được chú ý trong chọn tạo giống lúa
cho năng suất cao vì một nguyên lý gần như quy luật tự nhiên là năng suất và phẩm
chất luôn là hai yếu tố tỉ lệ nghịch với nhau. Khi cải thiện một giống lúa mùa phẩm
chất tốt để cho năng suất cao thì hầu như phẩm chất của chúng bị hạn chế. Tuy


14

nhiên không phải cứ giống nào cho năng suất thấp thì đều có phẩm chất tốt, ngược
lại vẫn có thể có những giống lúa cho năng suất cao và phẩm chất chấp nhận được,
đó chính là mục đích của chương trình chọn tạo giống lúa [21].
1.1.3.1. Hàm lượng amylose (Amylose content)
Tinh bột là thành phần dự trữ chính trong hạt ngũ cốc dưới dạng glucid.
Trong bắp, lúa nước, lúa mì, tinh bột chiếm khoảng 60 – 80% khối lượng của hạt.
Hạt tinh bột có kích thước thay đổi từ 1 – 150nm [92]. Tinh bột được tổng hợp ở lục

lạp nhờ enzym sinh tổng hợp tinh bột (starch synthase) xúc tác. Enzym này xúc tác
gắn lần lượt các gốc glucose vào đuôi không khử là phân tử tinh bột có sẵn và kéo
dài tạo mạch thẳng amylose gồm các gốc glucose nối với nhau bằng liên kết
glucoside α(1-4). Tinh bột tạo thành bởi hai dạng polysaccharide (amylose và
amylopectin), glucid chiếm khoảng 96,1 – 97,6% khối lượng tinh bột, 0,2 – 0,7%
khoáng, chủ yếu là phosphate và các axit béo như palmitic, stearic, hai dạng
polysaccharide là amylose và amylopectin khác nhau cả về lý tính và hóa tính [60].

Trích nguồn [140]
Amylose có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh, tạo thành từ 300 – 1000
gốc glucose nhờ vào liên kết α-(1-4) glucan [60]. Ở lúa, bắp amylose có khối lượng
phân tử từ 100 – 200 kD, chuỗi amylose tạo thành có dạng xoắn với 6 gốc glucose
trên một vòng, mỗi vòng xoắn hấp thu một phân tử i-ốt vào bên trong bởi các nhóm
carbohydrate tạo ra dung dịch màu xanh. Người ta dựa vào đặc tính này để xác định
hàm lượng amylose có trong tinh bột, khi đun nóng mạch amylose duỗi ra, i-ốt tách
khỏi amylose làm mất màu xanh. Amylose phân bố bên trong hạt tinh bột nên tan


15

trong nước nóng nhưng độ nhớt không cao, dễ lắng cặn, gây phản ứng tủa với
butanol và pentanol [75].

Trích nguồn [140]
Amylopectin có cấu trúc phân nhánh. Ở điểm phân nhánh có mạch liên kết
α(1-4) glucan và α(1-6) glucan. Cấu trúc phân tử của nó gồm một mạch thẳng trung
tâm chứa liên kết α(1-4) glucan, từ mạch này phát ra các mạch phụ khoảng vài chục
gốc glucose. Khối lượng phân tử của amylopectin ước chừng 500.000 – 1.000.000
kDa, thường phân bố ở mặt ngoài hạt tinh bột. Khi đun nóng sẽ làm thay đổi không
thuận nghịch cấu trúc phân tử amylose trong quá trình hồ hóa tinh bột. Hàm lượng

amylose có tính chất quyết định chất lượng cơm dẻo, mềm hay cứng [6]. Môi
trường có ảnh hưởng đến tỉ lệ cân đối giữa amylose và amylopectin trong nội nhũ
hạt [69], [77].
Sau khi thụ phấn khoảng 1 – 2 ngày, tinh bột chưa được tích lũy trong hạt,
lúc đó độ pH khoảng 5,5 nhưng khi bắt đầu chín sữa thì độ pH tăng lên trên 6,0
(khoảng pH thích hợp để tích lũy tinh bột). Dưới tác dụng của phosphorylase, khi 1
phân tử glucose-1-phosphate tạo thành 1 phân tử tinh bột thì có 1 phân tử axit
phosphoric được hình thành. Chính glucose-1-phosphate và axit phosphoric tự do
quyết định sự cân bằng của phản ứng. Kiểm tra bằng phương pháp hóa học ở phôi
nhũ nhận thấy: trong khi lượng axit phosphoric tự do trong lớp tinh bột giảm xuống


16

thì lượng axit phosphoric trong phôi và lớp dextrin tăng lên. Trong cám có axit thực
vật do 6 phân tử axit phosphoric tạo thành. Vì vậy, sự gia tăng sản lượng phụ thuộc
vào cả hai yếu tố: hoạt tính của phosphorylase và khả năng kết hợp của phosphate
tự do [76].
Khi phân tích glucid trong cây lúa hoặc nhựa vận chuyển từ thân, lá về bông,
quan sát thấy có sự xuất hiện của saccharose, glucose, maltose nhưng không có
glucose-monophosphate. Như vậy, các chất đồng hóa được vận chuyển đến bông rồi
mới thực hiện tổng hợp glucose-monophosphate để tạo tinh bột [111]. Quá trình này
đòi hỏi cung cấp rất nhiều năng lượng nên ở bông sự hô hấp diễn ra rất mạnh. Phần
lớn glucid được tích lũy trong phôi nhũ là do đồng hóa sau khi trổ hoặc đã được dự
trữ từ trước trong thân, lá. Sự tích trữ này do giống hoặc kỹ thuật canh tác quyết
định. Vì thế, muốn cho quá trình chín diễn ra tốt cần cung cấp lượng axit
phosphoric tương ứng lượng glucid cây đồng hóa được, tuy nhiên nếu thừa axit
phosphoric sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của phosphorylase làm hạn chế sự tạo tinh
bột [70], [131].
Nghiên cứu của Gosh. A [64] và Heu M.H [70] cho thấy: tính trạng hàm

lượng amylose cao có tính trội không hoàn toàn so với hàm lượng amylose thấp, do
một gen điều khiển và nhiều gen phụ có tính chất cải tiến. Hàm lượng amylose do
một gen kiểm soát, gen kiểm soát hàm lượng amylose cao trội hoàn toàn so với gen
kiểm soát hàm lượng amylose thấp. Tuy nhiên, trong tổ hợp lai giữa lúa indica có
hàm lượng amylose thấp và lúa nếp thì tính di truyền amylose được kiểm tra bởi
gen số lượng. Tính dẻo được kiểm soát bởi gen lặn wx nên nội nhũ của hạt nếp chỉ
chứa amylopectin với kiểu 3n = wxwxwx, ngược lại ở gạo tẻ bao gồm cả amylose và
amylopectin được kiểm soát bởi gen trội Wx [108], [109]. Hoạt động tính trội của
alen Wx không bị ảnh hưởng do thay đổi hàm lượng amylose của cây bố, nhưng liều
lượng alen trội Wx ảnh huởng đến hàm lượng amylose trong nội nhũ [70]. Theo
nghiên cứu của Zhang Z.H [136], về tính di truyền hàm lượng amylose của 7 cha
mẹ có màu vỏ cám đen, nâu, đỏ, trắng có hàm lượng amylose từ 0,93 đến 30,13%.