Nghiên cứu khả năng tái sinh in vitro của một số giống lúa việt nam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------o0o------

NÔNG THỊ MINH

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SINH IN VITRO CỦA MỘT SỐ
GIỐNG LÚA VIỆT NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH – CNTP

Khóa học

: 2015 – 2019

Thái Nguyên, 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------o0o------

NÔNG THỊ MINH
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SINH IN VITRO CỦA MỘT SỐ
GIỐNG LÚA VIỆT NAM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành

: Công nghệ sinh học

Lớp

: 47 - CNSH

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2015 - 2019

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Tiến Dũng

Thái Nguyên, 2019


i

LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý của Ban Giám hiệu nhà trường, Ban Chủ nhiệm khoa
Công nghệ Sinh học và công nghệ thực phẩm, trong thời gian thực tập em
đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng tái sinh in vitro của
một số giống lúa Việt Nam”.
Trong quá trình thực tập để hoàn thành khóa luận ngoài sự nỗ lực của
bản thân em còn nhận được nhiều sự giúp đỡ của nhà trường cùng với sự chỉ
dạy tận tình của các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Sinh học và Công
nghệ Thực phẩm.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình
chỉ bảo, giúp đỡ và hướng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện vật chất tốt nhất có
thể và luôn là chỗ dựa tinh thần cho em trong quá trình học tập; cảm ơn bạn
bè đã giúp đỡ em trong thời gian vừa qua.
Mặc dù bản thân đã cố gắng hết sức nhưng do thời gian thực hiện đề tài
có hạn nên bản khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu xót, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp chân thành từ các thầy cô và các bạn để đề tài
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2019

Sinh viên

Nông Thị Minh


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1. Ảnh hưởng của NaOCl 3% tới hiệu quả khử trùng mẫu ................ 23
Bảng 4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của 2,4D đến khả năng tạo mô sẹo ở
một số giống lúa (sau 28 ngày) ....................................................................... 24
Bảng 4.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi
ở một số giống lúa (sau 28 ngày) .................................................................... 27
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của Kinetin đến sự tái sinh chồi một số giống lúa Việt
Nam (sau 28 ngày) .......................................................................................... 30


iii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Quá trình phân hóa tế bào ................................................................. 8
Hình 2.1. Tình hình sản xuất và diện tích lúa toàn cầu năm 2017 (Nguồn:
FAO, 2017)...................................................................................................... 10
Hình 3.1. Tình hình sản xuất và năng xuất lúa ở Việt Nam từ 1993 đến 2017
(Nguồn: GAIN, FAS Hoa Kỳ 2017) ............................................................... 13

Hình 4.1. Ảnh hưởng của 2,4D đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa
(sau 28 ngày) ................................................................................................... 26
Hình 4.2. Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi của một số giống
lúa (sau 28 ngày). ............................................................................................ 29
Hình 4.3. Ảnh hưởng của kinetin đến sự tái sinh chồi của một số giống lúa
(sau 28 ngày) ................................................................................................... 31


iv

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

BAP: 6-Benzylaminopurine
CS: Cộng sự
CT: Công thức
CV : Coeficient of Variation
Đ/c : Đối chứng
Kinetin :Furfurylaminopurine
LSD : Least Singnificant Difference Test
MS: Murashige&Skoog
MT: Môi trường


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................ i
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT ....................................... iv

PHẦN 1 ..................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1
1.2. Mục đích nghiên cứu............................................................................... 2
1.3. Yêu cầu của đề tài ................................................................................... 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................ 2
1.4.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................. 2
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn............................................................................... 3
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ................................................................. 4
2.1. Giới thiệu về cây lúa ............................................................................... 4
2.1.1. Vị trí phân loại ..................................................................................... 4
2.1.2. Nguồn gốc và phân bố ......................................................................... 5
2.2. Đặc điểm sinh thái học của một số giống lúa nghiên cứu ...................... 6
2.3. Cơ sở khoa học của nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô tế bào ..... 7
2.3.1. Tính toàn năng của tế bào thực vật ................................................... 7
2.3.2. Sự phân hóa và phản phân hóa ......................................................... 7
2.4. Một số chất điều hòa sinh trưởng nuôi cấy mô tế bào thực vật .............. 9
2.4.1. Auxin................................................................................................. 9
2.4.2. Cytokinin........................................................................................... 9
2.5. Tình hình nghiên cứu thuộc lính vực của đề tài trên thế giới và
trong nước. .................................................................................................. 10


vi

2.5.1. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới: ............................................... 10
2.5.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa trên thế giới................... 12
2.5.3. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam. ................................................ 13
2.5.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa ở Việt Nam ................................... 14
2.5.4.1. Chọn tạo giống bằng lai hữu tính ................................................ 14

2.5.4.2. Chọn tạo giống bằng công nghệ tế bào........................................ 14
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 17
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 17
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................... 17
3.1.2. Hóa chất sử dụng và phạm vi nghiên cứu....................................... 17
3.1.3. Thiết bị sử dụng .............................................................................. 17
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ............................................................ 17
3.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .................................................. 18
3.3.1. Nội dung 1 : Nghiên cứu ảnh hưởng của NaOCl đến hiệu quả vô
trùng mẫu nuôi cấy.................................................................................... 18
3.3.3. Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái
sinh chồi ................................................................................................... 19
3.3.4. Nội dung 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của Kinetin đến khả năng
tái sinh chồi. ............................................................................................. 20
3.4. Điều kiện bố trí thí nghiệm ................................................................... 20
3.5. Phương pháp theo dõi, đánh giá............................................................ 21
3.5.2. Các chỉ tiêu đánh giá ....................................................................... 21
PHẦN 4 ................................................................................................... 23
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 23
4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của NaOCl đến hiệu quả vô trùng mẫu
nuôi cấy ........................................................................................................ 23
4.2. Ảnh hưởng của 2,4D đến khả năng tạo mô sẹo ở một số giống lúa ..... 24
4.3. Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi ở một số giống lúa ... 27


vii

4.4. Ảnh hưởng của Kinetin đến khả năng tái sinh chồi ở một số giống
lúa Việt Nam. .............................................................................................. 30
PHẦN 5 ................................................................................................... 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 32
5.1. Kết luận ................................................................................................. 32
5.2. Kiến nghị ............................................................................................... 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 34
I. Tài liệu tiếng việt ...................................................................................... 34
II. Tài liệu Tiếng Anh .................................................................................. 35

PHỤ LỤC


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Lúa là một trong những cây lương thực phổ biến trên thế giới nói chung
và ở Việt Nam nói riêng, có lịch sử phát triển lâu đời và được trồng trên khắp
các vùng sinh thái của thế giới. Ở nước ta lúa được trồng chủ yếu ở đồng
bằng, nhất là hai đồng bằng châu thổ sông Hồng và sông Cửu Long. Ngoài ra,
lúa được trồng thêm ở một số đồng bằng ven biển… việc trồng lúa đã mang
lại thu nhập cao cho nông dân đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát
triển kinh tế chung của cả nước, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người
dân. Lúa là loại lương thực có giá trị dinh dưỡng cao như: tinh bột, protein,
lipit, vitamin,… Chính vì vậy, là cây lương thực có vai trò quan trọng cho con
người và gia súc. Do đó, nghiên cứu về cây lúa đã và đang được quan tâm sâu
sắc của nhiều nhà nghiên cứu.
Để đảm bảo an ninh lương thực trong điều kiện dân số thế giới tăng
nhanh, diện tích đất trồng bị thu hẹp, hiện tượng hạn hán, lũ lụt ngày càng
tăng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu toàn cầu, đòi hỏi phải chọn tạo
các giống lúa có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng kháng với sâu,

bệnh, và các điều kiện ngoại cảnh.
Phương pháp chọn tạo giống truyền thống đã thu được nhiều giống có
năng suất cao, sử dụng trong cuộc cách mạng xanh. Tuy nhiên, để tạo ra các
giống mới bằng các phương pháp truyền thống thường mất 3-4 năm. Do đó,
để tạo ra các giống lúa mới mang tính trạng mong muốn trong thời gian ngắn
hơn, các phương pháp truyền thống cần kết hợp với những kết quả thu được
do phương pháp Công nghệ sinh học tạo ra.
Việc tạo ra các giống biến đổi di truyền có khả năng kháng sâu, bệnh và
côn trùng nhờ kỹ thuật chuyển gen thực vật đang được quan tâm nghiên cứu


2

và ứng dụng vào thực tiễn nhằm nâng cao năng suất và tính chống chịu của
cây trồng để đem lại lợi ích tối đa cho nền nông nghiệp.
Hiệu quả biến nạp gen lúa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phương pháp biến
nạp, giống, mô sử dụng để biến nạp, thành phần môi trường nuôi cấy, chất
điều hòa sinh trưởng, và điều kiện tái sinh cây [15]. Nhiều nghiên cứu đã chỉ
ra ở các giống lúa indica hiệu quả tạo mô sẹo và tái sinh cây in vitro thấp hơn
ở các giống japonica [13]. Do đó, để tăng hiệu quả tạo mô sẹo và tái sinh cây
cần thiết tối ưu hóa môi trường nuôi cấy cho các giống.
Trên cơ sở ý nghĩa lý luận và thực tiễn của hướng nghiên cứu này,
chúng tôi tiến hành đề tài “ Nghiên cứu khả năng tái sinh in vitro của một
số giống lúa Việt Nam”
1.2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu được các chất kích thích sinh trưởng để xác định thành phần
phù hợp để tái sinh in vitro một số giống lúa Việt Nam.
1.3. Yêu cầu của đề tài
- Xác định phương pháp khử trùng cho hiệu quả vô trùng cao nhất.
- Xác định ảnh hưởng của một số chất điều hòa sinh trưởng đến khả năng

tái sinh, tạo đa chồi.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định được phương pháp khử trùng cho hiệu quả khử trùng của một
số giống lúa Việt Nam.
- Đánh giá được ảnh hưởng của các chất điều hòa sinh trưởng đối với
một số giống lúa nghiên cứu.


3

- Góp phần xây dựng quy trình nuôi cấy in vitro phù hợp với một số
giống lúa Việt Nam.
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu là những đánh giá về khả năng tái sinh in vitro
của các giống lúa có giá trị của Việt Nam. Qua đó chọn ra được những
giống có khả năng tái sinh cao, phục vụ công tác chọn tạo giống, đặc biệt là
chuyển gen.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu về cây lúa
Lúa là cây lương thực chính cho nhiều người và đồng thời lúa gạo cũng
tham gia vào các hoạt động kinh tế quan trọng nhất thế giới. Châu Á là nơi
sản xuất 90% tổng sản lượng và cũng là nơi tiêu thụ lúa gạo nhiều nhất.
Khoảng 85% sản lượng gạo, 72% lúa mì và 19% ngô được con người tiêu thụ
trực tiếp [20]. Lúa gạo cung cấp 21% năng lượng và 15% protein cho loài

người [14].
Từ 1989 trở lại đây, Việt Nam trở thành một trong những nước xuất
khẩu gạo hàng đầu trên thế giới. Năm 2001 các nước xuất khẩu gạo chính
(tính theo triệu tấn), bao gồm: Thái Lan (6,4), Việt Nam (4,0), Trung Quốc
(3,0), Mỹ (2,8) (USDA, 2001). 18 năm qua, cây lúa đặc biệt là ở ĐBSCL đã
đóng góp cho đất nước gần 8 tỷ USD trị giá xuất khẩu và góp phần to lớn cho
công cuộc đổi mới ở Việt Nam có kết quả. Tuy sản xuất với số lượng nhiều,
nhưng chất lượng và giá gạo xuất khẩu của Việt Nam thường thấp hơn so với
một số nước như Thái Lan, Mỹ, Úc, đặc biệt có sự chệnh lệch lớn ở loại gạo
đặc sản và gạo cao cấp [3].
2.1.1. Vị trí phân loại
Lớp: Monocotyledonae
Họ: Poaceae
Giống: Oryza
Loài: Oryza sativa L.
Lúa O. sativa có 2n =24 nhiễm sắc thể, thường được phân biệt làm 3
nhóm:


5

- Lúa Indica: thường trồng ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thân
cao, dễ đổ ngã, nhiều chồi, lá ít xanh và cong, 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 1000m (trên mặt biển), có thân ngắn, chống đổ ngã, lá xanh
đậm, thẳng đứng, ít chồi, hạt gạo thường trồn, 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 [2].
2.1.2. Nguồn gốc và phân bố
Cây lúa được canh tác từ vĩ tuyến 40° phía nam bán cầu đến vĩ tuyến 53°
của bắc bán cầu, và được trồng từ mặt đất thấp hơn mặt nước biển cho đến độ
cao 2000m trên mặt biển. Trên thế giới có 20 loài lúa hoang và 2 loài canh
tác. Cây lúa hiện được canh tác đại trà để cung cấp lương thực cho con người
trên thế giới là Oryza sativa L. ở châu Á, có năng suất cao và được ưa
chuộng. Loài lúa Oryza glaberrima Steud được canh tác ít hơn ở Tây châu
Phi, có năng suất và chỉ số thu hoạch thấp hơn O.sativa .
Các cuộc nghiên cứu trên đất gạch bằng trấu trong các thành phố danh
tiếng đổ nát ở Ấn Độ và trong vùng sông Cửu Long như Myanma, Thái lan,
Lào, Campuchia và Việt Nam phát hiện rằng cây lúa trồng ở Đông Dương do
phát triển theo 2 ngả: từ Lào theo sông Cửu Long đi xuống phương nam có
đặc tính cây lúa Japonica nhiệt đới, một ngả khác ở Ấn Độ qua vịnh Bengal
đến bờ biển Đông Dương, với đặc tính của cây lúa Indica. Vì vậy, Việt Nam


6

với khí hậu nhiệt đới nằm trong vùng đa dạng sinh thái của thảo mộc gồm cả
cây lúa Indica và Japonica nhiệt đới [2].
2.2. Đặc điểm sinh thái học của một số giống lúa nghiên cứu
 Giống lúa Bao thai:
Nguồn gốc: Vào những năm 70, giống lúa Bao thai chính thức nhập nội
vào Việt Nam, đây là giống lúa thuần có nguồn gốc từ Trung Quốc.
Đặc điểm: Đặc tính là giống có tính cảm quang, chỉ gieo cấy vụ mùa,
thời gian sinh trưởng từ 160 ngày đến 170 ngày. Cây cứng đẻ khỏe, cao từ 90
đến 100 cm, bông dài 19 đến 20 cm, khối lượng 1000 hạt 23 đến 25 gram, vỏ

trấu màu sẫm. Phẩm chất gạo ngon, đậm cơm nhưng hơi khô, cứng. Khả năng
chịu lạnh khá nên thích hợp cấy ở các tỉnh miền núi Trung du phía Bắc.
 Giống lúa Đoàn kết:
Nguồn giống: Do nông dân tự trữ giống.
Đặc điểm: Thời gian sinh trưởng 150 đến 160 ngày, năng suất 37 đến 40
tạ/ha, chiều cao cây 120 đến 130 cm, bông dài 25 đến 30 cm. Chất lượng gạo
ngon và được trồng chủ yếu ở các tỉnh miền núi phía bắc.
 Giống lúa Khang dân:
Nguồn gốc: Là giống lúa thuần Trung Quốc.
Đặc điểm: Ngắn ngày, vụ Đông Xuân từ 105 đến 110 ngày, vụ Hè Thu
khoảng 85 đến 90 ngày. Dạng cây gọn, cứng cây, dạng hạt thon có màu vàng,
năng suất bình quân đạt 60 tạ/ha. Khả năng chống chịu các điều kiện ngoại
cảnh tương đối tốt, chịu rét tốt, thích ứng rộng.
 Giống lúa Nếp 87:
Nguồn gốc: Do Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam chọn
tạo.


7

Đặc điểm: Gieo trồng được cả hai vụ, vụ mùa và vụ xuân. Thời gian sinh
trưởng vụ xuân từ 135 đến 140 ngày, vụ mùa từ 110 đến 115 ngày. Chiều cao
cây từ 100 đến 110 cm, cứng cây, chống đổ, kháng bệnh đạo ôn, khô vằn, bạc
lá, đẻ nhánh khỏe, bông dài. Năng suất trung bình đạt 55 đến 60 tạ/ha.

2.3. Cơ sở khoa học của nhân giống cây trồng bằng nuôi cấy mô tế bào
2.3.1. Tính toàn năng của tế bào thực vật
Nguyên lí cơ bản của nhân giống nuôi cấy mô tế bào là tính toàn năng
của tế bào thực vật. Mỗi tế bào bất kì của cơ thể thực vật đều mang toàn bộ
lượng thông tin di truyền của toàn bộ cơ thể. Trong điều kiện thích hợp mỗi tế

bào đều có thể phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh. Tính toàn năng của tế
bào là cơ sở khoa học của phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật. Hiện
nay, người ta đã thực hiện được khả năng tạo ra một cơ thể hoàn chỉnh từ một
tế bào riêng rẽ [11].
2.3.2. Sự phân hóa và phản phân hóa
Cơ thể thực vật hình thành là một chỉnh thể thống nhất bao gồm nhiều cơ
quan chức năng khác nhau, được hình thành từ nhiều loại tế bào khác nhau.
Tuy nhiên tất cả các loại tế bào đó đều bắt nguồn từ một tế bào đầu tiên (tế
bào hợp tử). Ở giai đoạn đầu, tế bào hợp tử tiếp tục phân chia hình thành
nhiều tế bào phôi sinh chưa mang chức năng riêng biệt (chuyên hóa). Sau đó,
từ các tế bào phôi sinh này chúng tiếp tục được biến đổi thành các tế bào
chuyên hóa đặc hiệu cho các mô, cơ quan có chức năng khác nhau [11].
Sự phân hóa tế bào là sự chuyển các tế bào phôi sinh thành các tế bào
mô chuyên hóa, đảm bảo các chức năng khác nhau. Quá trình phân hóa tế bào
có thể biểu thị:


8

Tế bào phôi sinh → Tế bào dãn → Tế bào phân hóa có chức năng
riêng biệt
Tuy nhiên, khi tế bào đã phân hóa thành các tế bào có chức năng chuyên,
chúng không hoàn toàn mất khả năng biến đổi của mình. Trong trường hợp
cần thiết, ở điều kiện thích hợp, chúng có thể trở về dạng tế bào phôi sinh
và phân chia mạnh mẽ, quá trình đó gọi là phản phân hóa tế bào, ngược lại
với sự phân hóa tế bào.

Hình 1.1. Quá trình phân hóa tế bào
Về bản chất thì sự phân hóa và phản phân hóa là một quá trình hoạt hóa,
ức chế các gen. Tại một thời điểm nào đó trong quá trình phát triển cá thể, có

một số gen được hoạt hóa (mà vốn trước nay bị ức chế) để cho ta tính trạng
mới, còn một số gen khác lại bị đình chỉ hoạt động. Điều này xảy ra theo một
chương trình đã được mã hóa trong cấu trúc của phân tử DNA của mỗi tế bào
khiến cho quá trình sinh trưởng phát triển của một cơ thể thực vật luôn được
hài hòa. Mặt khác, khi tế bào nằm trong một khối mô của cơ thể thường bị ức
chế bởi các tế bào xung quanh. Khi tách riêng từng tế bào hoặc giảm kích
thước của khối mô sẽ tạo điều kiện cho sự hoạt hóa các gen của tế bào [11].


9

2.4. Một số chất điều hòa sinh trưởng nuôi cấy mô tế bào thực vật
2.4.1. Auxin
Chất auxin tự nhiên được tìm thấy nhiều ở thực vật là indol axetic acid
(IAA). IAA có tác dụng kích thích sinh trưởng kéo dài tế bào và điều khiển sự
hình thành rễ. Ngoài IAA, còn có các dẫn xuất của nó là naphthalene axetic
acid (NAA) và 2,4 – Diclophenoxy acid (2,4D). Các dẫn xuất này cũng đóng
vai trò quan trọng trong sự phân chia của mô và trong quá trình hình thành rễ.
NAA có tác dụng hô hấp của tế bào và mô nuôi cấy, tăng khả năng tiếp nhận
và sử dụng đường trong môi trường. NAA là auxin nhân tạo, có hoạt tính
mạnh hơn auxin tự nhiên IAA, NAA có vai trò quan trọng đối với phân chia
tế bào và tạo rễ [12].
2.4.2. Cytokinin
Cytokinin là chất điều hòa sinh trưởng có tác dụng làm tăng sự phân chia
tế bào. Các cytokinin thường gặp là kinetin, 6 – Benzyl aminopurin (BA).
Kinetin thực chất là một dẫn xuất của bazơ nitơ adenine. BA là cytokinin tổng
hợp nhân tạo nhưng có hạt tính mạnh hơn nhiều kinetin. Kinetin và BA cùng
có tác dụng kích thích phân chia tế bào kéo dài thời gian hoạt động của tế bào
phân sinh và làm hạn chế sự già hóa của tế bào. Ngoài ra các chất này có tác
dụng lên quá trình trao đổi chất, quá trình tổng hợp ADN, tổng hợp protein và

làm tăng cường hoạt tính của một số enzyme. Cơ chế tác dụng của auxin ở
mức độ phân tử trong tê bào thể hiện bằng tác dụng tương hỗ của cytokinin
với các nucleoprotein làm yếu mối liên kết của histone với AND, tạo điều
kiện cho sự tổng hợp AND [12].


10

2.5. Tình hình nghiên cứu thuộc lính vực của đề tài trên thế giới và
trong nước.
2.5.1. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới:
Theo cơ quan FAO tại Rome, sản xuất lúa thế giới trong 2017 tương đối
thuận lợi đạt đến 756,7 triệu tấn, 0,2 % hơn vụ 2016, mặc dù điều kiện khí
hậu bất thường xảy ra tại nhiều nơi, với diện tích trồng toàn cầu khoảng 163
triệu ha.

Hình 2.1. Tình hình sản xuất và diện tích lúa toàn cầu năm 2017 (Nguồn:
FAO, 2017)
Tại Châu Á, sản xuất lúa chiếm gần 75% tổng sản ngạch thế giới hay đạt
đến 684,2 triệu tấn trong 2017, tăng 1,4 triệu tấn so với mùa kỷ lục 2016.
Ở Châu Phi, sản xuất 31,1 triệu tấn, hay 1% hơn 2016 dù gặp hạn hán và
ngập lụt tại vài nơi ở Burkina Faso, Gambia, Niger, Tanzania và Madagascar.
Ở Nam Mỹ và Caribbean, sản xuất lúa đạt đến 28,4 triệu tấn, Brazil là
nước sản xuất lúa lơn nhất của vùng, năm 2017 trúng mùa với sản lượng 12,3
triệu tấn, tăng 16% so với 2016.


11

Ở Châu Âu, sản xuất trong 2017 khoảng 3 triệu tấn lúa. Hai nước trồng

lúa lớn của Châu Âu là Ý và Tây Ban Nha.
Châu Úc, năm 2017 sản xuất lúa tại châu lục này tăng 195% so với 2016,
Sản ngạch lúa thu hoạch đạt đến 809.000 tấn và xuất khẩu 0,3 triệu tấn gạo.


12

2.5.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa trên thế giới
* Nghiên cứu tái sinh invitro và chuyển gen
Tái sinh cây từ mô sẹo được thông báo lần đầu tiên ở loài cây ngũ cốc
bởi Tamaoki và Ullstrup năm 1958. Cho đến nay mô sẹo đã được tạo ra từ các
mô lúa khác nhau như lát cắt thân, hoa non, bao phấn, tiểu bào tử, đỉnh rễ, bao
lá mầm, trụ dưới lá mầm, hạt trưởng thành [6], [2]. Hiện nay, hạt trưởng thành
và hạt non (phôi non) được sử dụng làm vật liệu nghiên cứu nhiều nhất vì các
vật liệu này cho mô sẹo có tỷ lệ tái sinh cây cao hơn.
Năm 1985, tái sinh cây từ phôi trưởng thành ở các giống lúa Japonica
được thông báo bởi Fujimura và cộng sự. Tạo mô sẹo và tái sinh cây ở các
giống lúa indica từ phôi non được thông báo bởi Koetije và cộng sự năm
1989 nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các giống lúa Indica có sự khác
nhau đáng kể về phản ứng tạo mô sẹo và tái sinh cây [17]. Do đó, để cải
thiện hiệu quả tạo mô sẹo và tái sinh cây, cần thiết tối ưu hóa môi trường
cho các giống lúa indica.
Lin và Zhang (2005), Ge và Cộng sự (2006) đã tối ưu hóa môi trường
và các điều kiện nuôi cấy phục vụ biến nạp gen cho hiệu quả cao ở các
giống lúa indica [18].
Rachmawati và Anzai (2016) đã nghiên cứu tối ưu hóa môi trường tạo
mô sẹo và tái sinh cây lúa và sử dụng hệ thống tái sinh đã được tối ưu hóa này
để biến nạp gen vào các giống lúa javanica. Họ cũng nhận thấy hiệu quả biến
nạp phụ thuộc vào nhiều giống [19].
Lin và Zhang đã chỉ ra rằng nguyên nhân chính thu được tỷ lệ biến nạp

thành công thấp ở các giống lúa indica (so với các giống lúa japonica) có thể
do hiệu quả tái sinh của các giống lúa indica thấp hơn. Họ đã tìm ra được hai


13

môi trường mới để cấy chuyển, phân hóa mô sẹo và sử dụng quy trình tái sinh
cây để biến nạp cho các giống lúa indica [18].
Hiei và cộng sự (2006) đã tối ưu hóa quy trình biến nạp cho các giống
lúa indica bằng Agrobacterium tumerfaciens sử dụng phôi non của hạt non
sau thu phấn 8-12 ngày. Quy trình đã được áp dụng để biến nạp thành công
với hiệu quả cao (trên 7 dòng/phôi) cho các giống lúa indica IR8, IR24, IR26,
IR36, IR54, IR64, IR72, Xin Qing Ai 1, Nan Jin 11 và Suewon 258 [16].
2.5.3. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam.
Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT sản lượng gạo của Việt Nam niên vụ
2017/18 được dự báo sẽ đạt 44,96 triệu tấn với năng suất các vụ lúa tăng cao,
dao động từ 5,78 tấn/ha trong niên vụ 2016/17 đến 5,83 tấn/ha. Diện tích
gieo trồng/thu hoạch gạo dự đoán chỉ tăng nhẹ, khoảng 10 nghìn ha. Sản
lượng gạo của Việt nam niên vụ 2015/16 cũng được điều chỉnh lên mức
44,13 triệu tấn lúa.

Hình 3.1. Tình hình sản xuất và năng xuất lúa ở Việt Nam từ 1993 đến
2017 (Nguồn: GAIN, FAS Hoa Kỳ 2017)


14

2.5.4. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa ở Việt Nam.
2.5.4.1. Chọn tạo giống bằng lai hữu tính
Lâm Quang Dụ (2000) đã nghiên cứu lai hữu tính giữa dòng VN-01 với

các dòng bố khác nhau để phục vụ phát triển lúa lai hai dòng ở miền Bắc Việt
Nam [5].
Nguyễn Xuân Dũng và Cộng sự (2015) nghiên cứu giống lúa nếp N31
có năng suất, chất lượng tốt và thời gian sinh trưởng ngắn ngày được chọn
tạo bằng phương pháp lai hữu tính giữa tổ hợp lai hai giống nếp DT22 và
giống nếp N87-2 (N98) [10].
2.5.4.2. Chọn tạo giống bằng công nghệ tế bào
* Tình hình nghiên cứu tái sinh in vitro
Nghiêm Thị Như Vân đã nghiên cứu sự hình thành mô sẹo từ hạt phấn
lúa trong điều kiện in vitro. Trên môi trường dinh dưỡng có bổ sung 2mg/l
2,4D, nuôi cấy trong tối, các kết quả tác giả cho thấy quá trình hình thành mô
sẹo, hình thái mô sẹo và mức độ đa bội xảy ra trong quá trình nuôi cấy [5].
Hồ Hữu Nghị, Hoàng Thị Yên (1996) nghiên cứu khả năng tái sinh in
vitro của các dòng lúa bất dục phục vụ cho công nghệ sản xuất lúa lai. Tác giả
sử dụng môi trường nền Murashige-Skoog (MS, 1962) có bổ sung acid amin
(arginine, casein hydrolysate) và các phytohocmon (BAP, NAA) cho nuôi cấy
tái sinh mô phân sinh và hoa non. Kết quả nghiên cứu này khẳng định vai
trò cụ thể của từng yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tái sinh in vitro của
mô phân sinh và hoa non lúa. [4]
Bùi Bá Bổng đã sử dụng môi trường có bổ sung thêm kinetine (1mg/l)
trong nuôi cấy túi phấn lúa lai thuộc tổ hợp Japonica  indica. Tác giả đã
cho thấy môi trường nền N6 có hiệu quả trong tạo mô sẹo, tái sinh trên


15

môi trường nền MS. Tác giả đồng thời khẳng định: “callus không thành
lập nếu chỉ bổ sung 2,4D (2mg/l)”. [1]
Nguyễn Mạnh Đôn nuôi cấy bao phấn lúa indica trên môi trường tạo mô
sẹo (G1, Fj và L8) trong tối nhiệt độ 25 ± 10°C. Tái sinh cây trên môi trường

MS trong điều kiện chiếu sang có bổ sung chất điều hòa sinh trưởng. Tác giả
bố trí thí thí nghiệm theo phương pháp hoàn toàn ngẫu nhiên, số liệu được thu
thập và xử lý thống kê theo chương trình SAS. Tỷ lệ tạo mô sẹo dao động từ
1,2% (giống VN23) đến 28,4% (giống VN15) [7].
* Nghiên cứu chuyển gen
Nguyễn Thị Hồng Châu và Cộng sự (2003) đã thực hiện chuyển gen vào
giống lúa C71 thông qua A.tumerfaciens. Nhóm tác giả đã sử dụng môi
trường MS làm nền, cho tất cả các giai đoạn nuôi cấy, chuyển gen và tái sinh.
Gen được chuyển gồm 3 gen là CryIA(b), CryIA(c) (gen mã hóa cho protein
độc tố trừ sâu của vi khuẩn Bt và gen Xa21 – gen kháng bệnh bạc lá). Vật liệu
là giống lúa C71. Kết quả cho thấy tỷ lệ tạo callus của giống lúa C71 khoảng
92%. Tỷ lệ biến nạp gen CryIA(c) đạt 6,6%. Tác giả cũng cho rằng khả năng
tái sinh của lúa indica là thấp hơn so với japonica. Thời gian cho cây chuyển
gen mất từ 4,5 đến 5 tháng [8].
Nguyễn Thị Thanh Huyền và Cộng sự (2003) đã nghiên cứu và đánh giá
ảnh hưởng của mối tương tác giữa nguồn gen lúa và môi trường nuôi cấy. Tác
giả sử dụng giống lúa C70 làm đối chứng để đánh giá cho tập đoàn các giống
lúa địa phương, nghiên cứu này cho rằng đối với các nguồn gen trong thí
nghiệm, môi trường N6 tỏ ra thích hợp cho tạo mô sẹo hơn so với L8 và MS
[9]. Nhóm tác giả đã sử dụng vật liệu là bao phấn lúa, thí nghiệm bố trí theo
phương pháp split-plot với giống là yếu tố chính, môi trường nuôi cấy là yếu
tố phụ, số liệu được thu nhập và xử lý theo chương trình IRRISTAT 3.1 [9]


16

Ngoài kết quả tổng hợp ở trên, còn nhiều công trình khác nghiên cứu về
công nghệ nuôi cấy mô tế bào lúa và chuyển gen vào lúa thông qua vi khuẩn.