KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85 ĐƯỢC XỬ LÝ ĐỘT BIẾN TIA GAMMA Ở THẾ HỆ M2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG
VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85
ĐƯỢC XỬ LÝ ĐỘT BIẾN TIA GAMMA Ở THẾ HỆ M2

Ngành :

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : LÊ THỊ HIÊN
Niên khóa :

2005 – 2009

Tháng 8 / 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHẤT LƯỢNG
VÀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG HỌC CỦA GIỐNG LÚA JASMINE 85

ĐƯỢC XỬ LÝ ĐỘT BIẾN TIA GAMMA Ở THẾ HỆ M2

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

TS. PHAN PHƯỚC HIỀN

LÊ THỊ HIÊN

TS. ĐỖ KHẮC THỊNH

Tháng 08/2009


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng biết ơn:
-

Ba mẹ với công lao sinh thành và dưỡng dục to lớn.

-

Thầy Phan Phước Hiền và thầy Đỗ Khắc Thịnh đã tận tình hướng dẫn và truyền
đạt kiến thức trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Tôi xin chân thành cảm ơn:
-

Ban Giám Hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.

-

Các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Sinh Học cùng các thầy cô đã trực tiếp
giảng dạy trong những năm Đại học.

-

Cô Hùng Phi Oanh cùng các chị phòng thí nghiệm Cây lương thực – Viện Khoa
kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam.

-

Thầy Võ Công Thành cùng các anh chị thuộc phòng thí nghiệm Di truyền –
Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học – trường Đại học Cần Thơ.

-

Anh Huỳnh Vĩnh Khang thuộc phòng phân tích Hóa Lý – Viện nghiên cứu
công nghệ sinh học và môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ
Chí Minh.

Đã hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài.
-

Bạn Nguyễn Thị Ry đã cùng chia sẻ và giúp đỡ tôi trong quá trình làm đề tài.

Thành phố Hồ Chí Minh tháng 08 năm 2009
Lê Thị Hiên

iii


TÓM TẮT
Luận văn “Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng và đặc điểm nông
học của giống lúa Jasmine 85 được xử lý đột biến tia Gamma ở thế hệ M2” được tiến
hành từ tháng 02 – 07/2009.
Công tác chọn tạo những giống lúa vừa có năng suất cao vừa đạt chất lượng tốt
là nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà khoa học. Các kỹ thuật gây đột biến đã được
áp dụng rộng rãi trong việc chọn tạo giống lúa mới rất. Hiện tại, các nhà chọn giống
của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đang thực hiện đề tài tạo giống
lúa đột biến mới cho vùng đồng bằng sông Cửu Long bằng phương pháp chiếu xạ tia
gamma từ giống Jasmine 85 với các liều xạ 150, 200, 250 và 300 Gy. Trong luận văn
này, chúng tôi tiến hành khảo sát sự biến đổi các đặc điểm nông học và chất lượng của
lúa đột biến thế hệ M2 nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp chiếu xạ trên giống
Jasmine 85.
So với JasDC (Jasmine 85 đối chứng không chiếu xạ), quần thể lúa xử lý chiếu
xạ thế hệ M2 có sự phân ly về đặc điểm nông học và năng suất rõ ràng hơn, đồng thời
độ biến động của chúng cũng cao hơn. Giống lúa Jasmine 85 có mức mẫn cảm khác
nhau với các liều xạ khác nhau, trong đó Jasmine 85 mẫn cảm nhất với liều 250 Gy.
Bên cạnh đó, một số đặc tính chất lượng của hạt gạo sau khi gây đột biến cũng
có sự thay đổi so với trước khi gây đột biến. Và đặc tính mùi thơm cũng có sự biến đổi
tăng giảm không ổn định giữa các dòng lúa xử lý chiếu xạ: Jas200 và Jas300 xuất hiện
nhiều cá thể có mùi thơm hơn giống gốc, trong đó các dòng lúa Jas200 có mùi nhẹ hơn
các dòng tương ứng của Jas300. Dòng lúa chín sớm có mùi thơm nhẹ hơn dòng lúa
chín muộn, dòng lúa hạt sít có mùi thơm trung bình. Trong điều kiện thí nghiệm, phần
lớn các hạt dạng thon dài có mùi thơm cao hơn so với hạt dạng trung bình.

iv

SUMMARY
“Investigation of the changes in rice quality properties and agronomic
characteristics of Jasmine 85 induced by gamma-irradiation in M2 generation”
research was carried out from February to July, 2009.
Breeding of rice for high yield, high quality and pleasant aroma is an important
task for sciences. The application of mutation techniques in rice breeding is very
popular. At present, the breeders from Institute of Agricultural Science for Southern
Vietnam are working on a breeding project to produce new mutant rice varieties from
Jasmine 85 variety for Mekong Delta region by gamma irradiation sourced from
Cobalt 60 with 150, 200, 250 and 300 Gy. In this work, we investigated the variation
of agronomic characteristics and quality properties of M2 generation and evaluated the
effect of irradiation doses on Jasmine 85 variety.
M2 generation of mutant rice was segregated in agronomic characteristics and
yield potential; coefficients of variance (CV) of these traits of mutated rice were
always higher than those of their parent. Sensitivities of Jasmine 85 variety to
irradiation were different in various doses of irradiation and the highest at 250 Gy.
In addition, grain quality properties of mutant rice were lightly changed from
their parent. Aromatic variation of mutant rice was fluctuant in different lines, grain
shape and maturation such as: Jas200 < Jas300, early-mature lines < clustered grain
lines < late-mature lines, medium grain < slender grain.

v


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn..................................................................................................................iii
Tóm tắt........................................................................................................................iv
Summary......................................................................................................................v

Mục lục .......................................................................................................................vi
Danh sách các chữ viết tắt .........................................................................................ix
Danh sách các bảng .....................................................................................................x
Danh sách các hình .....................................................................................................xi
Chương 1 MỞ ĐẦU ....................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề.........................................................................................................1

1.2.

Yêu cầu.............................................................................................................2

1.3.

Nội dung ...........................................................................................................2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................................3
2.1.

Phân loại cây lúa...............................................................................................3

2.2.

Tình hình sản xuất lúa chất lượng cao ở ĐBSCL.............................................4

2.3.

Những yêu cầu cơ bản đối với một giống lúa mới ................................................... 5

2.4.

Kiểu hình của cây lúa năng suất cao ................................................................5

2.5.

Phẩm chất gạo...................................................................................................6

2.5.1. Phẩm chất xay xát.............................................................................................7
2.5.2. Đặc tính vật lý của hạt gạo ...............................................................................8
2.5.2.1.

Dạng hạt gạo: chiều dài – chiều rộng hạt ...................................................8

2.5.2.2.

Độ bạc bụng ................................................................................................8

2.5.3. Phẩm chất cơm .................................................................................................9
2.5.3.1.

Hàm lượng amylose ....................................................................................9

2.5.3.2.

Độ trở hồ ...................................................................................................10

2.5.3.3.

Độ bền thể gel ...........................................................................................10

2.5.4. Phẩm chất dinh dưỡng....................................................................................11
2.6.

Hợp chất thơm của lúa gạo 2 – acetyl – 1 – pyrroline ..................................11

2.7.

Ứng dụng kỹ thuật vi chiết pha rắn (SPME) trong phân tích 2 – AP ...........16

vi


2.8.

Sắc ký khí .......................................................................................................17

2.9.

Sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) ..............................................................18

2.10. Đột biến nhân tạo phục vụ chọn giống thực vật.............................................19
2.10.1.Đột biến .........................................................................................................19
2.10.2.Vai trò của đột biến nhân tạo trong chọn tạo giống cây trồng .......................19
2.10.3.Ứng dụng công nghệ hạt nhân trong việc gây đột biến nhân tạo ...................20
2.10.4.Thành tựu của ngành chọn giống đột biến trên thế giới và Việt Nam ...........22
2.11. Ứng dụng kỹ thuật điện di SDS-PAGE vào cây lúa tại Việt Nam.................24
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..................................25
3.1.

Thời gian và địa điểm nghiên cứu..................................................................25

3.2.

Vật liệu ..........................................................................................................25

3.3.

Phương pháp nghiên cứu................................................................................26

3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm .......................................................................26
3.3.2. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu nông học .................................................28
3.3.3. Phương pháp tính năng suất ...........................................................................28
3.3.4. Phương pháp phân tích chất lượng của hạt gạo..............................................29
3.3.4.1.

Phương pháp xác định chất lượng xay chà ...............................................29

3.3.4.2.

Phương pháp xác định đặc tính vật lý hạt gạo ..........................................30

3.3.4.2.a. Kích thước hạt gạo....................................................................................30
3.3.4.2.b. Độ bạc bụng ..............................................................................................30
3.3.4.3.

Phương pháp xác định phẩm chất cơm.....................................................30

3.3.4.3.a. Phương pháp xác định nhiệt độ trở hồ......................................................30
3.3.4.3.b. Phương pháp xác định độ bền thể gel.......................................................31

3.3.4.3.c. Phương pháp xác định hàm lượng amylose..............................................32
3.3.5. Phương pháp đánh giá cảm quan cơm............................................................33
3.3.6. Phương pháp định lượng hợp chất thơm 2-acetyl-1-pyrroline.......................33
3.3.6.1.

Phương pháp SPME trích ly thành phần bay hơi của mẫu gạo ................33

3.3.6.2.

Phương pháp phân tích 2 – AP bằng GC-MS và GC-FID........................35

3.3.6.3.

Xác định nồng độ hợp chất thơm 2 – AP..................................................35

3.3.7. Phương pháp điện di thành phần albumin .....................................................36
3.3.8. Phương pháp xử lí số liệu...............................................................................39

vii


Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................40
4.1.

Sự biến động một số đặc điểm nông học trong thế hệ M2.............................40

4.1.1. Chiều cao cây .................................................................................................40
4.1.2. Kích thước lá đòng .........................................................................................41
4.1.3. Dạng hình lá, bông cải tiến.............................................................................42
4.1.4. Thời gian sinh trưởng .....................................................................................43

4.2.

Sự biến động về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất .......................44

4.2.1. Số bông / bụi...................................................................................................44
4.2.2. Khối lượng 100 hạt.........................................................................................45
4.2.3. Số hạt chắc / bông ..........................................................................................45
4.2.4. Năng suất ........................................................................................................46
4.3.

Sự phân ly các tổ hợp đặc điểm nông học và năng suất.................................47

4.4.

Sự biến đổi đặc tính phẩm chất gạo ...............................................................50

4.4.1. Phẩm chất xay xát...........................................................................................50
4.4.2. Đặc tính vật lý ...............................................................................................51
4.4.2.1.

Kích thước, hình dạng hạt gạo ..................................................................51

4.4.2.2.

Độ bạc bụng ..............................................................................................52

4.4.3. Đặc tính cơm ..................................................................................................53
4.4.3.1.

Nhiệt độ trở hồ ..........................................................................................53

4.4.3.2.

Hàm lượng amylose ..................................................................................54

4.4.3.3.

Độ bền thể gel ...........................................................................................55

4.5.

Đánh giá cảm quan phẩm chất cơm ...............................................................57

4.6.

Định lượng 2-AP bằng phương pháp SPME/GC-FID và SPME/GC-MS .....58

4.7.

Điện di protein thành phần albumin ...............................................................61

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................66
5.1.

Kết luận ..........................................................................................................66

5.2.

Đề nghị ...........................................................................................................66

Tài liệu tham khảo .....................................................................................................68
Phụ lục

viii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
-

2 – AP, AcPy: 2 – acetyl – 1 – pyrroline

-

CV (Coefficient of Variance): Hệ số biến động

-

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

-

ĐBSH: Đồng bằng sông Hồng

-

FAO (Food and Agriculture Organization): Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc

-

FID (Flame ionization detector): Đầu dò ion hóa ngọn lửa

-

GC (Gas chromatography): Sắc ký khí

-

GC-MS (Gas chromatography - mass spectrum): Sắc ký khí ghép khối phổ

-

HPLC (High performance liquid chromatography): Sắc ký lỏng cao áp

-

IAEA (International Atomic Energy Agency): Cơ quan Năng lượng Nguyên tử
Quốc tế

-

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

-

Jas150: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 150 Gy

-

Jas200: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 200 Gy

-

Jas250: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 250 Gy

-

Jas300: Jasmine 85 được chiếu xạ liều 300 Gy

-

JasDC: Jasmine 85 đối chứng, không xử lý chiếu xạ

-

LC-MS (Liquid chromatography - mass spectrum): Sắc ký lỏng ghép khối phổ

-

RF (response factor): Hệ số phản hồi

-

SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulphate Polyacrylamide Gel Electrophoresis): Điện
di gel polyacrylamide có chất tẩy SDS

-

SPME (Solid Phase Microextraction): Vi chiết xuất trên pha rắn

-

TGST: Thời gian sinh trưởng

-

TPHCM: Thành Phố Hồ Chí Minh

-

Viện KHKTNNMN: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Yếu tố ảnh hưởng đến việc hình thành và lưu giữ mùi thơm gạo .......... 15
Bảng 3.1 Thành phần các dung dịch chuẩn amylose ............................................. 33
Bảng 3.2 Thành phần dung dịch tạo gel điện di SDS-PAGE ................................ 38
Bảng 3.3 Thành phần dung dịch đệm điện di SDS-PAGE .................................... 39
Bảng 4.1 Sự phân ly chiều cao cây của 5 công thức lúa........................................ 40
Bảng 4.2 Sự phân ly chiều dài lá đòng của 5 công thức lúa ................................. 41
Bảng 4.3 Sự phân ly chiều rộng lá đòng của 5 công thức lúa................................ 42
Bảng 4.4 Màu sắc, dạng hình lá và tỷ lệ bông hạt sít của 5 công thức lúa ........... 43
Bảng 4.5 Sự phân ly thời gian sinh trưởng của 5 công thức lúa............................ 44
Bảng 4.6 Sự phân ly số bông/bụi của 5 công thức lúa .......................................... 45
Bảng 4.7 Sự phân ly khối lượng 100 hạt của 5 công thức lúa ............................... 45
Bảng 4.8 Số hạt chắc/bông và tỷ lệ hạt chắc của 5 công thức lúa ......................... 46
Bảng 4.9 Năng suất của 5 công thức lúa................................................................ 47
Bảng 4.10 Tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo trắng, tỷ lệ gạo nguyên của 5 công thức lúa.... 51
Bảng 4.11 Kích thước và hình dạng hạt gạo của 5 công thức lúa ......................... 52

Bảng 4.12 Tỷ lệ hạt bạc bụng của 5 công thức lúa ................................................ 53
Bảng 4.13 Độ hóa kiềm của 5 công thức lúa ......................................................... 54
Bảng 4.14 Hàm lượng amylose của 5 công thức lúa ............................................. 54
Bảng 4.15 Độ bền thể gel của 5 công thức lúa ...................................................... 55
Bảng 4.16 So sánh các quần thể M2 lúa xử lý chiếu xạ với giống đối chứng....... 56
Bảng 4.17 Kết quả đánh giá cảm quan phẩm chất cơm......................................... 57
Bảng 4.18 Các mẫu gạo phân tích hàm lượng 2 – AP .......................................... 58
Bảng 4.19 Hệ số phản hồi của 8 chất ngoại chuẩn ............................................... 59
Bảng 4.20 Kết quả phân tích hàm lượng 2 – AP của 7 mẫu gạo ........................... 60
Bảng 4.21 Các mẫu hạt gạo dùng trong phân tích điện di SDS-PAGE................. 62

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Lúa (Oryza sativa). ................................................................................... 3
Hình 2.2 Cấu trúc hóa học của 2 – acetyl – 1 – pyrroline. ................................... 11
Hình 2.3 Phổ đồ MS hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline. .................................... 12
Hình 2.4 Con đường sinh tổng hợp 2 – acetyl – 1– pyrroline. .............................. 14
Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị sắc ký khí.......................................................................... 17
Hình 2.6 Cột mao quản. ......................................................................................... 18
Hình 2.7 Tác động của việc chiếu xạ lên phân tử DNA. ....................................... 21
Hình 2.8 Biểu đồ gia tăng số cây trồng đột biến thế giới năm 1960 – 2008 ......... 22
Hình 3.1 Các lô trồng lúa thí nghiệm tại huyện Hóc Môn (tháng 3/2009)............ 27
Hình 3.2 Dạng hình bông hạt sít. ........................................................................... 28
Hình 3.3 Quy trình đánh giá chất lượng gạo Việt Nam (NFRI – Nhật Bản)......... 29
Hình 3.4 Phân cấp chiều dài và hình dạng (IRRI, 1996)....................................... 30
Hình 3.5 Phân cấp mức độ bạc bụng (IRRI, 1996)................................................ 30
Hình 3.6 Phân cấp độ trở hồ (IRRI, 1996)............................................................. 31
Hình 3.7 Đánh giá độ bền thể gel. ......................................................................... 32

Hình 3.8 Dụng cụ thực hiện kỹ thuật SPME (DVB/CAR/PDMS) ....................... 34
Hình 3.9 Trích mẫu bằng SPME............................................................................ 34
Hình 3.10 Sự polymer hóa các phân tử acrylamide............................................... 37
Hình 3.11 Phương pháp điện di SDS-PAGE. ....................................................... 37
Hình 3.12 Mẫu hạt nguyên và một nửa hạt có phôi còn lại sau điện di. ............... 39
Hình 3.13 Điện di tiến hành trong tủ lạnh 4oC. ..................................................... 39
Hình 4.1 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của JasDC. ..................... 48
Hình 4.2 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas150. .................... 48
Hình 4.3 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas200. .................... 49
Hình 4.4 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas250. .................... 49
Hình 4.5 Biểu đồ phân ly tổ hợp các đặc điểm trên M2 của Jas300. .................... 50
Hình 4.6 Phổ đồ GC-MS phân tích hợp chất 2 – AP............................................. 59
Hình 4.7 Sắc ký đồ GC-FID phân tích mẫu gạo JasDC. ....................................... 60
Hình 4.8 Các mẫu hạt lúa phân tích điện di SDS-PAGE....................................... 62
Hình 4.9 Phổ điện di SDS-PAGE trên JasDC, Jas200 và Jas300.......................... 63
xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Lúa là cây lương thực quan trọng vào bậc nhất nuôi sống hơn nửa dân số thế

giới. Theo tính toán của FAO, đến năm 2001, sản lượng lúa gạo sản xuất ra trên toàn
thế giới có thể duy trì sự sống cho 3.260 triệu người, chiếm trên 53% dân số thế giới.
Cây lúa còn đặc biệt quan trọng đối với các nước xuất khẩu gạo như Việt Nam.
Theo tổ chức FAO (1998), trong những năm 1990, tỉ lệ gia tăng trong sản xuất
lúa gạo thế giới là 1,31%, trong khi tỉ lệ gia tăng dân số đạt 1,55%. Còn ở Việt Nam,

theo Chu Tiến Quang (2008), vào giai đoạn 2000 - 2007, diện tích trồng lúa cả năm đã
giảm xuống 465 ngàn ha. Với tình hình dân số gia tăng ngày càng nhanh trong khi diện
tích trồng lúa lại giảm đi như vậy thì công tác cải thiện và chọn tạo giống lúa năng suất
cao, chất lượng tốt chắc chắn là vấn đề phải được quan tâm thường xuyên và liên tục.
Đối với cây lúa, tạo giống theo cách cổ điển vẫn là phương pháp chủ đạo ở
nước ta và nhiều nước trên thế giới. Biện pháp cổ điển dựa trên các biến dị di truyền
do tổ hợp hoặc do đột biến. Tác nhân đột biến được áp dụng phổ biến trên thế giới là
từ các nguồn chiếu xạ. Từ đó, các biến dị có lợi cho sản xuất được chọn lọc, duy trì và
củng cố qua hàng loạt thế hệ để phát triển thành giống mới. Việc theo dõi, định tính và
định lượng các đặc tính biến dị nổi bật của các cá thể hay các dòng triển vọng dựa trên
các phương pháp chuẩn được tiến hành thường xuyên trong quá trình chọn tạo một
giống lúa mới.
Từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống lúa mới, các nhà chọn giống Viện
Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã tiến hành chọn tạo giống lúa chất lượng
cao cho vùng Đồng Tháp Mười từ giống lúa Jasmine 85. Vì thế, chúng tôi đã thực hiện
đề tài “Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng và đặc điểm nông học của
giống lúa Jasmine 85 được xử lý đột biến tia Gamma ở thế hệ M2” nhằm theo dõi và
đánh giá thế hệ M2 của quần thể lúa xử lý chiếu xạ này.

1


1.2.

Yêu cầu
Đánh giá sự phân ly một số đặc điểm nông học và sự biến đổi đặc tính chất

lượng và mùi thơm của quần thể M2 trong quá trình tạo giống lúa mới bằng phương
pháp chiếu xạ tia gamma nguồn Cobalt 60 (60Co). Từ đó, đánh giá khả năng chọn tạo
giống mới từ quần thể lúa trên.

1.3.
-

Nội dung
Khảo sát sự biến động và phân ly một số đặc điểm nông học của quần thể lúa
xử lý chiếu xạ ở thế hệ M2.

-

Đánh giá mức độ mẫn cảm của giống lúa Jasmine 85 đối với tác động chiếu xạ.

-

Khảo sát sự biến đổi một số đặc tính chất lượng của các quần thể lúa M2.

-

Khảo sát sự biến đổi mùi thơm hạt gạo trước và sau khi gây đột biến ở thế hệ
M2 bằng 3 phương pháp: đánh giá cảm quan, phân tích SPME/GC-FID và
SPME/GC-MS, điện di SDS-PAGE.

2


Chương 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Phân loại cây lúa

Ngành Thực vật có hoa:

Angiospermae

Lớp một lá mầm:

Monocotyledones

Bộ Hòa thảo có hoa :

Poales (Graminales)

Họ Hòa thảo:

Poaceae (Gramineae)

Họ phụ Hòa thảo ưa nước: Pryzoideae
Chi Lúa:

Oryza

Loài Lúa trồng:

Oryza sativa

Loài phụ:
Subsp: Japonica:

Loài phụ Nhật Bản

Subsp: Indica:

Loài phụ Ấn Độ

Subsp: javanica:

Loài phụ Java

Hình 2.1 Lúa (Oryza sativa)
( />
Lúa O.sativa có 2n = 24 nhiễm sắc thể, thường được phân biệt làm 3 nhóm:
-

Lúa Indica: thường trồng ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thân cao, dễ

đổ ngã, nhiều chồi, lá ít xanh, cong và kháng được nhiều sâu bệnh nhiệt đới. Hạt gạo
dài hoặc trung bình, có nhiều tinh bột. Năng suất kém hơn lúa Japonica.
-

Lúa Japonica: thường được trồng ở những vùng ôn đới hoặc những nơi có độ

cao trên 1.000 m (trên mặt biển), có thân ngắn, chống đổ ngã, lá xanh đậm, thẳng
đứng, ít chồi, hạt gạo thường tròn, ngắn hoặc trung bình, dẻo khi nấu vì ít chất tinh
bột. Lúa Japonica có năng suất cao.
-

Lúa Javanica (bulu) hay lúa Japonica nhiệt đới được trồng ở Indonexia, có đặc

tính ở giữa hai loại lúa Japonica và Indica. Hình thức gần giống như lúa Japonica, có lá
rộng với nhiều lông và ít chồi. Thân cứng, chắc và ít cảm quang. Hạt lúa thường có

đuôi (Trần Văn Đạt, 2002).
Tuy nhiên, gần đây, với nghiên cứu bằng isozyme loci, người ta có thể phân
biệt O.sativa làm 6 nhóm rõ ràng hơn: Nhóm I (Indica), II, III, IV, V và VI (Japonica).
Nhưng các nhóm II và III gần giống với nhóm I (Indica) và nhóm IV và V gần giống

3


nhóm VI (Japonica) (Glaszmann, 1987). Đa số các giống lúa thơm như Basmati 370,
Khao Dawk Mali 105 và lúa rẫy (hay lúa nương) thiên về nhóm VI.
2.2.

Tình hình sản xuất lúa chất lượng cao ở ĐBSCL
Mục tiêu của Việt Nam trong những năm tới là tiếp tục coi trọng an ninh lương

thực mà chủ yếu là dựa vào sản xuất lúa, trên phạm vi cả nước phải chuyển mạnh sang
sản xuất lúa gạo có chất lượng cao, tạo ra sản phẩm có giá trị cao nhằm nâng cao thu
nhập cho người trồng lúa.
Trong nhiều năm qua, công tác cải tạo giống lúa đã đạt được nhiều thành tựu
đáng kể. Trong năm 2008, có 6 giống lúa chất lượng cao được các doanh nghiệp xuất
khẩu gạo chấp nhận là: OMCS 2000, OM 3536, OM 2527, OM 2717, VNĐ 95-20, IR
64. 3 giống đạt được thành tích cao nhất là OM 4900, OM 6073 và OM 6162. Những
giống có khả năng chống chịu rầy nâu tốt như: OM 5930, OM 5240, OM 5636, OM
5629, OM 6162, HG2, OM 6600, OM 6055, OM 6073, OM 4498, AG1, OM 6072,
OMCS 2009, OM 6840 (Theo PGS. TS Dương Văn Chín, Viện lúa ĐBSCL). Gần đây,
Viện lúa ĐBSCL vừa tuyển chọn được 4 giống lúa mới chất lượng cao gồm: OM
4059, OM 4900, OM 6561-12, OM 5199-1. Ưu điểm của 4 giống là thời gian sinh
trưởng ngắn, năng suất cao, hạt dài, ngon cơm, kháng sâu bệnh mạnh, đạt chuẩn xuất
khẩu.
Bên cạnh đó, nhu cầu thực tế đã tác động đến gia tăng đột biến diện tích sản

xuất các giống lúa thơm, đặc sản như VD 20, Jasmine 85, ST3, các giống lúa nếp và
mùa đặc sản địa phương như Tài nguyên, Nàng thơm, Nàng hương, Tép hành…
Những giống lúa này ngon cơm, có giá trị thương mại cao tuy nhiên chúng nhiễm nặng
nhiều loại sâu bệnh hại chính ở ĐBSCL như rầy nâu, bệnh đạo ôn, khô vằn.
Để tránh sự gây hại của rầy nâu, bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá trên lúa ngoài các
biện pháp canh tác như: áp dụng IPM, 3 giảm 3 tăng, vệ sinh đồng ruộng, chuyển đổi
mùa vụ... thì công tác giống càng phải được chú trọng hơn. Thực tiễn sản xuất luôn đòi
hỏi phải nghiên cứu tìm ra những giống lúa có năng suất cao, chất lượng đảm bảo xuất
khẩu, nhưng đồng thời phải kháng sâu bệnh, có như vậy mới tạo cho sản xuất lúa an
toàn, bền vững, giữ vững an toàn lương thực, đảm bảo xuất khẩu, từng bước nâng cao
đời sống người nông dân Việt Nam nói chung và nông dân vùng ĐBSCL nói riêng
(Theo Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2006).

4


2.3.

Những yêu cầu cơ bản đối với một giống lúa mới
Nền nông nghiệp hiện đại có những yêu cầu ngày càng cao đối với giống cây

trồng nói chung và giống lúa nói riêng. Điều kiện tự nhiên rất đa dạng của các vùng
sinh thái khác nhau lại có những yêu cầu cụ thể khác nhau đối với giống. Tuy nhiên,
theo Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn (2006), nhìn chung giống lúa được trồng
phải đáp ứng những yêu cầu chính sau:
- Giống lúa phải có khả năng cho năng suất cao và ổn định.
- Giống lúa phải có khả năng chống chịu được các điều kiện ngoại cảnh bất lợi.
Tùy theo điều kiện cụ thể của từng vùng sinh thái mà giống phải có các đặc tính như
chịu hạn, chịu ngập, chịu nóng, chịu lạnh, chịu phèn, chịu mặn, không đổ ngã v.v…
- Giống lúa phải có khả năng kháng một số sâu, bệnh chính trong vùng. Việc

đưa vào sản xuất các giống lúa có khả năng kháng sâu bệnh sẽ khắc phục được những
nhược điểm cơ bản của biện pháp phòng trừ sâu bệnh bằng hóa chất và mang lại hiệu
quả kinh tế to lớn trong sản xuất nông nghiệp.
- Giống lúa phải thích hợp với điều kiện canh tác trong vùng.
- Giống lúa phải có phẩm chất tốt, đáp ứng được yêu cầu của thị trường.
2.4.

Kiểu hình của cây lúa năng suất cao
Quan điểm của một số tác giả về kiểu hình cây lúa lý tưởng cho năng suất cao

trong điều kiện nhiệt đới là: (trích dẫn bởi Nguyễn Xuân Lý, 2005)
Theo Matsushima (1976) do Nguyễn Đức Mẫn (1991) trích dẫn mô tả cây lúa
năng suất cao có 6 đặc điểm nổi bật sau:
* Có tổng hạt cần thiết và vừa đủ trên đơn vị diện tích. Muốn có năng suất 9
tấn/ha, cây lúa phải có tổng số hạt chắc cao và ít hạt lép. Với 1 giống có khối lượng
1.000 hạt là 23 g, tổng số hạt cần là 40.000 hạt/m2. Số hạt lép không vượt quá 10 –
20%. Nói cách khác, trong điều kiện lúa cấy, cây lúa phải đẻ nhánh nhiều.
* Thân thấp có nhiều bông nhưng bông ngắn.
Cây lúa lý tưởng phải thấp giàn (tức là 3 lóng dưới ngắn lại) để tránh đổ ngã.
Các kết quả nghiên cứu cho biết: nếu tăng số hạt/m2 bằng nhau, thì những cây có số
hạt trên bông ít hơn thường là có tỉ lệ hạt chắc cao hơn. Do đó, ruộng lúa cao sản cần
có nhiều bông mà yếu tố hạt trên bông càng ít thì tỉ lệ hạt chắc càng cao.
* Hai hoặc 3 lá trên cùng phải ngắn, dày và thẳng đứng.

5


Những cây lúa có cùng diện tích lá nhưng cây nào có nhiều lá ngắn hơn sẽ có
khả năng đồng hóa carbon cao hơn. Lá lúa có thể quang hợp được cả hai mặt và lá
càng dày càng có khả năng đồng hóa carbon cao hơn. Góc lá thẳng, nhất là 3 lá trên

cùng có thể tận dụng được ánh sáng khuyếch tán, sự đồng hoá carbon cao hơn. Mặc
khác, chiều dài của 3 lá trên cùng, nhất là lá cờ có tương quan nghịch với tỉ lệ hạt chắc.
Ruộng lúa xum xuê quá, tổng chiều dài 2 hoặc 3 lá trên cùng lớn thì tỉ lệ hạt chắc giảm.
* Giữ màu xanh sau khi trổ.
Đối với lúa khoảng 2/3 lượng tinh bột tạo thành năng suất sau này là do sự đồng
hóa carbon cao sau khi trổ. Tuy nhiên, đối với các giống lúa cao sản, tác giả nhận thấy
khoảng 90% năng suất là do sự quang hợp của cây lúa sau thời kỳ trổ gié. Như vậy,
chúng ta cần tạo cho cây lúa khỏe, tăng hoạt động của rễ, tăng lượng đạm trong phiến lá
giữ cho lá lúa xanh không bị phai màu sau khi trổ bông đến lúc lúa bắt đầu chín vàng.
* Giữ càng nhiều lá xanh trên bông càng tốt.
Trong giai đoạn từ khi trổ bông đến lúc lúa chín, lá xanh tươi biểu hiện tính
trạng khỏe mạnh của bộ rễ cũng như của toàn cây lúa.
* Trổ vào lúc có thời tiết tốt suốt 40 ngày từ 15 ngày trước khi trổ đến 25 ngày
sau khi trổ gié. Vì 90% năng suất tạo thành do quang hợp sau khi trổ nên lượng bức xạ
mặt trời có ảnh hưởng rất lớn trong giai đoạn này. Nếu lượng ánh sáng không đủ vào
giai đoạn giảm nhiễm thì số lượng hạt cũng như trọng lượng hạt giảm dẫn đến năng
suất thấp. Do đó chúng ta phải xác định thời vụ thích hợp để lúa trổ vào lúc có nắng
tốt, không mưa.
Theo Võ Tòng Xuân (1986), ngoài những đặc tính ngắn ngày, không quang
cảm, có bộ lá thẳng (nhất là lá cờ) để ánh sáng dọi vào 2 mặt lá, lá có màu xanh đậm…
Cây lúa năng suất cao phải:
-

Có ít nhất 3 lá còn xanh khi trổ và giữ màu xanh cho tới khi hạt chín đều.

-

Chiều cao trung bình 80 – 110 cm, lóng ngắn, cứng rạ, bẹ ôm sát thân, chống đổ ngã.

-

Chống sâu bệnh nhất là rầy nâu.

-

Hạt có trọng lượng cao, dạng hạt dài, gạo trắng, phẩm chất ngon.

2.5.

Phẩm chất gạo
6


Theo Juliano (1985), phẩm chất gạo được chia ra các nhóm:
-

Phẩm chất xay chà: tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gao trắng, tỷ lệ gạo nguyên.

-

Đặc tính vật lý: dạng hạt gạo, sự thể hiện màu sắc, độ trong, độ bóng

-

Phẩm chất cơm: hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền thể gel.

-

Phẩm chất dinh dưỡng: hàm lượng protein, vitamin A, hàm lượng sắt.
Việc đánh giá phẩm chất gạo thường thay đổi theo từng nước, gây ra nhiều khó

khăn cho việc xuất khẩu, so sánh phẩm chất các giống lúa gạo. Hiện nay hệ thống tiêu
chuẩn đánh giá lúa gạo của IRRI (Standard Evaluation System for Rice - SES) được áp
dụng rộng rãi trên toàn thế giới, tạo nên một ngôn ngữ chung cho các nhà khoa học
trong việc đánh giá các đặc tính của lúa gạo.
2.5.1. Phẩm chất xay xát
Tỷ lệ vỏ trấu trung bình từ 20 – 22 %, có thể thay đổi từ 18 – 26%. Các phôi hạt
chiếm từ 8 – 10%. Do đó tỷ lệ gạo trắng thường ở khoảng giá trị 70% (Khush và cộng
sự, 1979). Tỷ lệ gạo lứt và gạo trắng ít biến động và nó cũng phụ thuộc vào môi trường
(Bùi Chí Bửu và cộng sự, 1997). Tỷ lệ gạo nguyên biến động rất lớn. Đây là một tính
trạng di truyền và chịu ảnh hưởng rất lớn của môi trường, đặc biệt là nhiệt độ và ẩm độ
trong suốt thời kỳ hạt chín, kéo dài đến sau lúc thu hoạch (Khush và cộng sự, 1979).
Theo kết quả nghiên cứu của Rahim và cộng sự (1995) tại Bangladesh cho biết: thu
hoạch sớm đều làm giảm hàm lượng protein, tỷ lệ xay chà và năng suất.
Lê Doãn Diên (1995) cũng có nhận xét tỷ lệ gạo nguyên thay đổi nhiều tùy theo
giống và phụ thuộc nhiều vào điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ, độ ẩm khi lúa chín và
điều kiện bảo quản, phơi sấy. Sự rạn nứt hạt thường do phơi nắng, sự thay đổi nhanh
của ẩm độ không khí, những điều kiện không thuận lợi của môi trường trong quá trình
chín của hạt và thu hoạch chậm trong vụ Đông Xuân làm hạt có ẩm độ thấp
(Huysmans, 1965). Nhiệt độ trung bình ở giai đoạn lúa vào chắc có ảnh hưởng lên tỷ lệ
gạo nguyên, hàm lượng protein, mức độ trở hồ của gạo. Nhiệt độ trung bình trong
ngày 18oC là tốt nhất cho chất lượng gạo (Meng-Yali và Zhou-ZhiGuo, 1997).
Dạng hạt có ảnh hưởng đến chất lượng xay chà, hạt càng mảnh, dài và độ bạc
bụng càng cao thì tỷ lệ gạo nguyên càng thấp (Bhattachacrya, 1980; Lê Doãn Diên,
1990). Nghiên cứu của Yadav (1989) cho thấy trong các chỉ tiêu về chất lượng xay xát
thì tỷ lệ gạo nguyên tăng so với sự giảm tỷ lệ số chiều dài hạt/chiều rộng của hạt, nghĩa
là hạt càng dài thì tỷ lệ gạo nguyên càng thấp. Nghiên cứu của Malik (1989) cũng có
7

kết luận tương tự: giống có tỷ lệ gạo lứt, tỷ lệ gạo trắng, tỷ lệ gạo nguyên cao thì có tỷ
lệ chiều dài/chiều rộng của hạt thấp và ngược lại giống có tỷ lệ gạo nguyên thấp nhất
thì tỷ lệ chiều dài/chiều rộng hạt cao. Cấu trúc của hạt và hướng sắp xếp các tế bào nội
nhũ đã tạo ra các đường chia cách ngang trong hạt làm hạt dễ gãy (Srinivars và cộng
sự, 1978). Những hạt đã khô nếu đột ngột hút ẩm cũng có thể tạo ra các vết rạn trong
hạt và gây ra những mảnh khô khi xay xát, hại càng khô khi ẩm trở lại càng vỡ nhiều
(Bhattachacrya, 1980; Srinivars và cộng sự, 1985). Tỷ lệ gạo nguyên có quan hệ chặt
chẽ với độ cứng và độ bạc bụng của hạt, đến nay di truyền về độ cứng của hạt vẫn
chưa được biết rõ (Chang và Somrith, 1979) (trích dẫn bởi Nguyễn Bích Hà Vũ,
2006).
2.5.2. Đặc tính vật lý của hạt gạo
2.5.2.1.

Dạng hạt gạo: chiều dài – chiều rộng hạt

Hình thức bên ngoài của hạt gạo là tiêu chuẩn quan trọng đối với người tiêu
dùng. Do đó, kích thước và dạng hạt là tiêu chí đầu tiên về chất lượng hạt gạo mà
người trồng lúa quan tâm để phát triển giống lúa mới (Adair và cộng sự, 1966).
Thị hiếu về dạng hạt rất thay đổi tùy theo người tiêu thụ. Gạo có dạng hạt dài
hầu hết được ưa chuộng ở tiểu lục địa India, nhưng ở vùng Đông Nam Á, người dân lại
thích loại gạo có chiều dài trung bình. Ở vùng ôn đới, những giống gạo hạt ngắn phổ
biến hơn. Nhìn chung dạng hạt gạo thon dài được ưa chuộng nhiều nhất trên thị trường
quốc tế (Khush và cộng sự, 1979).
2.5.2.2.

Độ bạc bụng

Độ trong suốt của hạt gạo tùy thuộc vào tính chất của phôi nhũ, mức độ bạc
bụng, với vết đục xuất hiện ở trên lưng, bụng hoặc ở trung tâm hạt gạo (gạo hạt lựu).
Tinh bột ở vùng bạc bụng sắp xếp rời rạc, có cấu trúc kém chặt chẽ hơn so với vùng

trong suốt, nên nó tạo ra các khe hở chứa không khí giữa các hạt tinh bột (Del Rosario
và cộng sự, 1968; Lê Doãn Diên, 1995). Hạt gạo có xu hướng bị gãy tại điểm có vết
đục, làm giảm tỷ lệ gạo nguyên dẫn đến giảm giá trị thương phẩm.
Độ bạc bụng có tần suất liên kết với tính trạng hạt tròn lớn hơn tính trạng hạt
thon dài (Nakata và Jackson, 1973; Somrich, 1974). Chiều dài hạt, hoặc tỷ lệ dài/rộng
dường như không liên quan đến sự thể hiện của bạc bụng.
Độ bạc trắng của nội nhũ là một yếu tố di truyền, mặt khác các điều kiện môi
trường cũng ảnh hưởng đến tính trạng này. Điều kiện môi trường chủ yếu ảnh hưởng
8


đến độ bạc bụng là nhiệt độ sau khi trổ, nhiệt độ cao làm tăng độ bạc bụng, nhiệt độ
thấp làm giảm hoặc mất độ bạc bụng (Bùi Chí Bửu và cộng sự, 1996), thiếu nước ở
giai đoạn làm đòng đến lúc trổ, bệnh đạo ôn cổ bông, bọ xít hôi giai đoạn lúa ngậm sữa
đều làm tăng tỉ lệ gạo bạc bụng (Del Rosario và cộng sự, 1968). Nhiệt độ cao và biên
độ nhiệt ngày - đêm chênh lệch nhiều (35oC ở ban ngày và 25oC ở ban đêm) trong quá
trình cây lúa sinh trưởng và phát triển cũng làm tăng tỷ lệ bạc bụng ở gạo (Bangwack
và cộng sự, 1994).
Mặc dù độ bạc bụng không có gì ảnh hưởng đến phẩm chất cơm và mất đi trong
quá trình nấu cơm, nhưng ảnh hưởng đến thị hiếu người tiêu dùng. Người tiêu thụ
thích hạt gạo có nội nhũ trong và trả giá cao cho những loại gạo này (Khush và cộng
sự, 1979).
2.5.3. Phẩm chất cơm
Phẩm chất cơm nấu được đánh giá theo các chỉ tiêu là hàm lượng amylose, độ
trở hồ và độ bền thể gel – trong đó hàm lượng amylose là quan trọng nhất.
2.5.3.1.

Hàm lượng amylose

Tinh bột trong hạt gạo chiếm tỷ lệ trên 90%, nó được hình thành do hai đại

phân tử amylose và amylopectin. Hàm lượng amylose có thể được xem là tính trạng
quan trọng nhất trong phẩm chất cơm, vì nó có tính chất quyết định trong việc cơm
mềm, dẻo hay cứng. Hàm lượng amylose nhỏ hơn 2% là nếp ; từ 2 - 10% là rất thấp:
cơm dẻo và hơi ướt; từ 11 - 20% là thấp: cơm dẻo; từ 21 - 25% là trung bình: cơm
mềm; trên 25% là cao, cơm cứng (IRRI, 1996).
Môi trường có ảnh hưởng đến hàm lượng amylose trong hạt gạo của cùng một
giống lúa, đặc biệt là trong thời gian lúa vào chắc (Juliano, 1990). Nhưng sự biến động
này không chênh lệch quá 6%. Những yếu tố có khả năng làm thay đổi hàm lượng
amylose đã được tổng kết như sau (Gomez, 1979):
-

Trong thời gian vào chắc, amylose giảm khi nhiệt độ tăng đối với nhóm
Japonica, trái lại amylose tăng lên khi nhiệt độ thấp hơn 29oC đối với Indica.

-

Hàm lượng amylose hơi giảm nhẹ với việc bón phân đạm nuôi hạt (Paule,
1977).

-

Hàm lượng amylose có thể tăng theo mức độ xay chà.

9


-

Hàm lượng amylose biến thiên giữa các cây lúa trong cùng một giống lúa ít hơn
2%, nhưng giữa các bông trong cùng một cây là 3 - 7%. Vì khi lấy mẫu phân

tích, phải chú ý trộn đều mẫu hạt (Paule, 1977).
Đối với giống lúa Japonica, hàm lượng amylose có xu hướng gia tăng, nếu nhiệt

độ lúc lúa chín giảm từ 25oC xuống 15oC là do hoạt động tổng hợp của men sucrose
synthase, ADP glucose phosphorylase sẽ thấp hơn rất nhiều ở nhiệt độ lạnh 15oC so
với điều kiện bình thường (Unemoto và cộng sự, 1995). Theo Tang và cộng sự (1991)
không tìm thấy sự kết hợp giữa hàm lượng amylose cao với độ trở hồ cao (hoặc trung
bình).
2.5.3.2.

Độ trở hồ

Độ trở hồ là một tính trạng biểu thị nhiệt độ cần thiết để tinh bột hóa hồ và
không hoàn nguyên trở lại. Những giống có độ trở hồ cao cho cơm cứng sau khi nấu.
Đa số người tiêu thụ thích gạo nấu có cơm mềm (độ trở hồ từ thấp đến trung bình).
Nhiệt độ trở hồ biến thiên từ 55 - 79oC. Nhiệt độ trở hồ thấp 55 - 69oC, trung bình từ
70 - 74oC, và cao từ 75 - 79oC (IRRI, 1996).
Độ trở hồ được đo bằng phản ứng kiềm hóa hạt gạo, ngâm hạt gạo 23 giờ trong
dung dịch KOH 1,7%. Giống nào có phản ứng kiềm hóa thấp thì có độ hồ hóa cao,
phản ứng kiềm hóa trung bình là có độ trở hồ trung bình và phản ứng hồ hóa cao thì có
độ trở hồ thấp (Little, 1958; IRRI, 1997). Gạo có nhiệt độ trở hồ cao sau khi đem
ngâm nước đem nấu sẽ ít nở cơm hơn gạo có nhiệt độ trở hồ thấp hoặc trung bình. Gạo
có độ trở hồ cao trở nên mềm và có khuynh hướng nhão sau khi nấu chín.
Nghiên cứu của Heu và cộng sự (1976) cho thấy độ trở hồ còn rất dễ thay đổi
bởi nhiệt độ trong giai đoạn hạt vào chắc. Nhiệt độ không khí cao sau khi trổ làm tăng
độ trở hồ và ngược lại (Jennings và cộng sự, 1979). Nghiên cứu của Lê Doãn Diên
(1975) đã kết luận các giống lúa mùa của nước ta, đặc biệt là các giống lúa Tám đều có
độ trở hồ thấp hoặc trung bình.
2.5.3.3.

Độ bền thể gel

Một kiểm tra nhanh, đơn giản và bổ sung cho đánh giá hàm lượng amylose
được phát triển dựa trên độ bền của 4% hồ gạo trắng lạnh trong 0,2N KOH
(Cagampang và cộng sự, 1973). Độ bền thể gel được đo bằng chiều dài gel lạnh chảy
ra trong ống nghiệm khi được đặt nằm ngang trong 30 phút tới 1 giờ.

10


Trong cùng một nhóm có hàm lượng amylose giống nhau, giống lúa nào có độ
bền thể gel mềm hơn, giống đó sẽ được ưa chuộng hơn (Khush và cộng sự, 1979). Gạo
có độ bền gel cao thì cơm nấu chín để nguội sẽ dẻo hơn so với gạo có cùng hàm lượng
amylose mà có độ bền thể gel thấp hơn (Trần Thị Kim Thúy, 2002).
Kết quả nghiên cứu của Tang và cộng sự (1997) cho thấy rằng:
-

Kết quả chưa tìm thấy:

o Hàm lượng amylose rất thấp (0 - 2%) với độ bền thể gel trung bình (hoặc cứng).
o Hàm lượng amylose thấp với độ bền thể gel cứng.
o Độ trở hồ cao (hoặc trung bình) với độ bền thể gel trung bình (hoặc cứng).
-

Kết hợp rất hiếm xảy ra:

o Hàm lượng amylose thấp với độ bền thể gel cứng.
o Hàm lượng amylose rất thấp với độ trở hồ trung bình.
2.5.4. Phẩm chất dinh dưỡng
*

Hàm lượng protein

Hàm lượng protein là một thông số quan trọng trong giá trị dinh dưỡng hạt gạo.
Protein trong gạo có giá trị cao hơn so với các loại ngũ cốc khác bởi vì hàm lượng
lysine của nó khá cao là 3,5 – 4% (Juliano, 1985). Mặc dù hàm lượng protein của lúa
gạo thấp (khoảng 7%) nhưng nó vẫn được xem là một protein có phẩm chất cao nhất.
Các nhà chọn giống đã cố gắng nâng cao hàm lượng protein trong các giống lúa mới,
nhưng rất ít thành công, bởi vì di truyền tính trạng protein trong hạt rất phức tạp và bị
ảnh hưởng của điều kiện môi trường mạnh mẽ (Juliano, 1993).
Thành phần protein dự trữ trong hạt gạo gồm 4 loại chính: albumin, globulin,
prolamin, glutelin. Hai thành phần albumin và globulin tập trung ở lớp aleuron, không
giữ được ở gạo xay chà trắng, còn hai thành phần glutelin và prolamin phân bố đều
trong nội nhũ (Tecsol, 1971) (trích dẫn bởi Nguyễn Bích Hà Vũ, 2006).
2.6.

Hợp chất thơm của lúa gạo 2 – acetyl – 1 – pyrroline

Hình 2.2 Cấu trúc hóa học của 2 – acetyl – 1 – pyrroline.

11


Có tổng số 114 hợp chất bay hơi khác nhau được ghi nhận trong mùi thơm của
gạo Nhật Bản (Yajima và cộng sự, 1978) (phụ lục 1), trong số các hợp chất đó 2 –
acetyl – 1 – pyrroline, một hợp chất thơm có mùi tương tự như mùi bắp nổ, được đánh
giá là một thành phần chất thơm quan trọng trong các giống gạo thơm do đặc tính giữ
mùi lâu hơn so với các thành phần bay hơi khác trong gạo. Buttery và cộng sự (1983)
đã chiết xuất 2 – acetyl – 1 – pyrroline và những hợp chất bay hơi khác từ gạo bằng
cách sử dụng hệ thống Likens – Nickerson (SDE). Sản phẩm thu được được phân tích

bằng GC-MS. Sau đó, họ đã định lượng 2 – AP bằng máy sắc ký khí với đầu dò FID.

Hình 2.3 Phổ đồ MS hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline.
(A: Tanchotikul and Hsieh, 1991; B: Varaporn và Sarath, 1993)

Năm 1983, Buttery và cộng sự đã nghiên cứu 7 giống lúa thơm. Trong số các
thành phần xác định bằng phương pháp sắc ký khí, hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline
đã tìm thấy và có mùi tương tự như mùi thơm của cơm. Ngưỡng mùi thơm của chất
này trong nước là 0,1 μg/l và mùi thơm tích lũy tương tự như loại bắp nổ. Theo
Buttery và cộng sự (1982, 1983), 2 – acetyl – 1 – pyrroline là thành phần chính trong
hỗn hợp các chất thơm có trong gạo thơm, góp phần cấu thành nên hương thơm của
gạo. Do đó, có thể cho rằng thành phần chính dùng để nhận biết sự khác biệt về mùi
giữa gạo thông thường và gạo thơm là 2 – acetyl – 1 – pyrroline.
Buttery và cộng sự (1983) nhận thấy rằng, các giống gạo thơm chứa 0,04 –
0,09 ppm 2 – acetyl – 1 – pyrroline trong khi các giống gạo thông thường chứa lượng
thấp hơn khoảng 10 lần (< 0,006 đến < 0,008 ppm). Họ đã công bố những chất thơm
này chỉ được tìm thấy trong quá trình nấu nướng mà không được phát hiện trong gạo
thô. Nhưng theo Yoshihashi (2002), hợp chất thơm 2 – AP không phải được hình
thành trong quá trình nấu nướng hay do điều kiện bảo quản sau thu hoạch mà chúng
được hình thành từ phần khí sinh của cây trong suốt thời gian gieo trồng. Năm 2003,
Wornpongchai và cộng sự đã tìm thấy 2 – AP trong gạo thô và các bộ phận khác của

12


cây bằng phương pháp chiết xuất không sử dụng nhiệt. Họ cho rằng, 2 – acetyl – 1 –
pyrroline chính là một hợp chất thứ cấp hiện diện trong cây lúa đặc sản.
Hợp chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline được xác định là thành phần chính trong
tinh dầu lá dứa. Theo Buttery và cộng sự (1983), trong lá dứa chứa khoảng 1 ppm 2 –
acetyl – 1 – pyrroline, hàm lượng này cao gấp 100 lần so với những loại gạo thông

thường. Vì thế, ở một vài nước châu Á, người dân thường cho lá dứa vào trong quá
trình nấu cơm đối với những loại gạo thông thường để có được mùi thơm như gạo
thơm.
Thí nghiệm phân tích của Trung tâm Nghiên cứu Vùng của Bộ Nông nghiệp
Hoa Kỳ và IRRI (1982) (trích dẫn bởi Đỗ Khắc Thịnh, 2003) cũng cho kết quả về hàm
lượng chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline của 8 giống lúa thơm và 2 giống lúa không thơm.
Hàm lượng chất thơm này của Khao Dawk Mali 105 và Basmati 370 là 0,07 và 0,06
ppm theo thứ tự, giống đối chứng Calrose là 0,006 ppm.
Hussain và cộng sự (1987) thực hiện so sánh mùi thơm giữa lúa thơm (Basmati)
và lúa không thơm. Xác định hợp chất thơm dựa trên các peak pentadecan-2-one,
hexanol, 2-pentylfurane với nồng độ cao ở lúa Basmati. Chất 2 – acetyl – 1 – pyrroline
không tìm thấy. Tuy vậy, hầu hết các nghiên cứu thực hiện sau năm 1983 (Buttery và
cộng sự, 1983, 1986, 1988; Paule và Powers, 1989; Lin và cộng sự, 1990; Tanchotikul
và Hsieh, 1991) đã chứng tỏ tầm quan trọng của thành phần 2 – acetyl – 1 – pyrroline.
Hàm lượng của hợp chất này trong gạo dao động từ 6 – 90 µg/kg tùy theo chất lượng
mùi thơm trong gạo thơm (Buttery và cộng sự, 1983).
AcPy không chỉ đóng vai trò quan trọng trong gạo thơm mà còn được xem là
thành phần chính trong vỏ và ruột bánh mì (Schieberle và Grosch, 1991), bắp nổ
(Schieberle, 1991), hạt kê (Seitz và cộng sự, 1993), bánh ngô (Karahadian và Johnson,
1993), lá dứa (Buttery và cộng sự, 1983; Laksanalamai và Ilangantileke, 1993), mật
cây đoan (Blank và cộng sự, 1989) và bia Đức (Schieberle, 1991) (trích dẫn bởi
Petrov, 1996). AcPy còn là thành phần chính được tổng hợp từ một vài dòng Bacillus
cereus phân lập được từ việc lên men quả ca cao (Romanczyk và cộng sự, 1995).
Theo Buttery và cộng sự (1983), 2 – acetyl – 1 – pyrroline có cùng nguồn gốc
với 2 – acetyl – 1,4,5,6 – tetrahydropyridine là 1 thành phần chất thơm đã được Hunter
và cộng sự (1969) tìm thấy trong bánh mì hay bánh nướng.

13

Hợp chất thơm 2 – acetyl – 1 – pyrroline có vòng pyrroline tương tự với
proline. Bằng chứng đầu tiên liên kết amino acid proline như một tiền chất trong tổng
hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline đã được tìm thấy trong các thí nghiệm về nuôi cấy tế bào
và mô (Suprasanna và cộng sự, 1998, 2002).
Còn theo Petrov và cộng sự (1996), 2 – acetyl – 1 – pyrroline có nguồn gốc từ
proline và ornithine. Sản phẩm của quá trình phân hủy Strecker là proline và 1pyrroline (Yoshikawa và cộng sự, 1965) sẽ phản ứng với những sản phẩm của quá
trình phân hủy đường tạo ra AcPy (Schieberle, 1989, 1990; Tressl và cộng sự, 1985).
Con đường chính xác sinh tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline hiện vẫn chưa
được rõ. Giả thuyết đặt ra là proline có thể được biến đổi thành 2 – acetyl – 1 –
pyrroline và glutamic acid, vì thế ức chế con đường tổng hợp glutamic acid sẽ làm
tăng lượng proline (hoặc chất trung gian) cho tổng hợp 2 – acetyl – 1 – pyrroline. Một
gen mã hóa cho protein kiểm soát mùi thơm trên lúa gạo, đặt tên là Os2AP đã được
xác định là một thành viên trong họ aldehyde dehydrogenase có thể đóng vai trò chủ
yếu trong sự biến đổi proline thành glutamic acid. Tất cả các giống lúa thơm kiểm tra
đều bị mất 8 nucleotide trên gen này vì thế làm giảm quá trình hình thành glutamic
acid, tăng hàm lượng 2 – acetyl – 1 – pyrroline.

Hình 2.4 Con đường sinh tổng hợp 2-acetyl-1-pyrroline từ proline và glutamic acid.
(www.freepatentsonline.com/7319181.html)
L-proline có thể được tổng hợp từ glutamic acid nhờ enzyme P5C synthase
(P5CS) và P5C reductase (P5CR), còn glutamic acid có thể được tổng hợp từ proline
nhờ enzyme proline dehydrognase (PropH), và P5C dehydrogenase (P5CDH). Từ đây
các nhà khoa học đề xuất việc gây đột biến không nghĩa (nonsense) của gen Os2AP để
14