Nghiên cứu di truyền hàm lượng Protein cao ở lúa : Luận văn ThS. Sinh học: 60 42 70

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN
HÀM LƯỢNG PROTEIN CAO Ở LÚA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2011


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN
HÀM LƯỢNG PROTEIN CAO Ở LÚA

Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số:

60 42 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÃ TUẤN NGHĨA

Hà Nội - 2011


Luận văn thạc sĩ khoa học
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN

1

Danh mục hình ảnh , bảng biểu

4

Danh mục từ viết tắt

6

ĐẶT VẤN ĐỀ

7

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LỆU

9

1.1. Chất lƣợng lúa gạo và thị trƣờng lúa gạo

9

1.1.1. Phẩm chất xay chà

11

1.1.2. Phẩm chất cơm

11

1.1.3. Lúa gạo là thực phẩm của toàn cầu

12

1.1.4. Các loại lúa gạo trên thị trƣờng

12

1.2. Chất lƣợng dinh dƣỡng của lúa gạo

13

1.2.1. Hàm lƣợng Protein trong lúa gạo

13

1.2.2. Ảnh hƣởng của yếu tố giống đến hàm lƣợng Protein

14

1.2.3. Ảnh hƣởng của phân bón đến hàm lƣợng Protein

15

1.2.4. Ảnh hƣởng của các điều kiện ngoại cảnh đến đời sống cây lúa

16

1.3. Nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng Protein trong hạt lúa

17

1.3.1. Gen qui định hàm lƣợng Protein ở lúa

17

1.3.2. Hiệu quả gen qui định tính trạng hàm lƣợng Protein ở lúa

18

1.3.3. Tính trạng GPC ( Grain Protein Conten) ở lúa

21

1.4. Chỉ thị phân tử và ứng dụng trong nghiên cứu về di truyền hàm lƣợng
Protein ở lúa

23

1.4.1. Chỉ thị phân tử

23

1.4.1.1. Chỉ thị RAPD

24

1.4.1.2. Chỉ thị AFLP

24

1.4.1.3. Chỉ thị SSR

25

1.4.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu về chất lƣợng

25

1.4.2.1. Bản đồ di truyền tính trở hồ

26

1.4.2.2. Bản đồ di truyền hàm lƣợng Amylose

27

Nguyễn Thị Thu Hương

-2-

Luận văn thạc sĩ khoa học
1.4.2.3. Bản đồ di truyền hàm lƣợng protein

27

1.4.2.4. Bản đồ di truyền tính trạng mùi thơm

28

1.5.Một số kết quả nghiên cứu về di truyền hàm lƣợng protein

30

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

35

2.1. Vật liệu nghiên cứu

35

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

40

2.2.1. Xác định hàm lƣợng Protein và thành phần các acid amine trong hạt gạo

40

2.2.2. Đánh giá sự liện quan ở mức độ phân tử giữa bố, mẹ và con lai

42

2.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng
Protein ở lúa.

45

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

50

3.1. Acid amine trong Protein của bố mẹ và con lai

50

3.2. Sự liên quan di truyền ở mức độ phân tử giữa bố, mẹ và con lai

52

3.3. Nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng Protein cao ở lúa

55

3.3.1. Phân tích hiệu quả gen tham gia qui định hàm lƣợng Protein ở lúa

55

3.3.2. Phân tích các tham số di truyền tính trạng GPC

59

3.3.3. Các kiểu tác động của gen lên hàm lƣợng Protein trong hạt lúa

65

3..4. Tƣơng quan giữa một số biểu hiện hình thái với hàm lƣợng Protein ở hạt lúa

67

3.5. Tƣơng quan giữa một số tính trạng chất lƣợng khác với hàm lƣợng Protein ở

72

hạt lúa
3.6. Xác định chỉ số chọn lọc trong chọn tạo giống lúa có hàm lƣơng Protein cao

76

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

80

1.

Kết luận

79

2.

Đề nghị

80

TÀI LIỆU THAM KHẢO

82

A. Tài liệu Tiếng Việt

81

B. Tài liệu Tiếng Anh

83

Nguyễn Thị Thu Hương

-3-


Luận văn thạc sĩ khoa học
DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU
Hình

Trang

2. 1. Hình ảnh nhận dạng ADN bằng mồi SSR.

38

2.2. Cấu trúc hình cây thể hiện tƣơng đồng di truyền giữa các giống lúa

39

3.1. Hình ảnh ADN của bố mẹ và các con lai sử dụng chỉ thị SSR(locus RM 5625)

52

3.2. Hình ảnh ADN của cây bố mẹ và các con lai sử dụng chỉ thị SSR (locus

53

RM 4499)
3.3. Hình ảnh ADN của cây bố mẹ và các con lai sử dụng chỉ thị SSR (locus

53

RM 6836)
Bảng
2.1. Danh sách mồi SSR

35

2.2. Mô ̣t số đă ̣c tin
́ h nông ho ̣c của các giố ng lúa sƣ̉ du ̣ng trong nghiên cƣ́u

37

2. 3. Hệ số tƣơng đồng di truyền giữa các giống lúa bố mẹ

39

2. 4. Các tổ hợp lai giữa các giống lúa sử dụng trong nghiên cứu

40

3.1. Thành phần và hàm lƣợng acid amine trong protein của giống bố, mẹ và

51

hạt F2 (% so với protein)
3.2. Ma trận tƣơng đồng của các giống lúa đem phân tích khi sử dụng SSR

52

3.3. Hàm lƣợng protein và sự biến động qua các thế hệ của các tố hợp lai

56

3.4. Mức độ trội của gen qui định hàm lƣợng Protein cao ở các giống lúa

58

3.5. Phƣơng sai thành phần của quần thể bố, mẹ và F2

59

3.6. Phƣơng sai chung của quần thể bố, mẹ và F2

60

3.7. Phân tích phƣơng sai một nhân tố

62

3.8. Phƣơng sai hai nhân tố ( chiều cao cây, thời gian sinh trƣởng) ảnh

63

hƣởng tới hàm lƣợng Protein
3.9. Bảng phân tích phƣơng sai ba nhân tố (chiều cao, thời gian sinh

64

trƣởng, trọng lƣơng 1000 hạt) ảnh hƣởng tới hàm lƣợng Protein
3.10. Hàm lƣợng Protein và sự biến động di truyền trên các thế hệ

66

3.11. Thiết lập hệ số di truyền trên các tổ hợp lai

67

3.12. Một vài tính trạng nông học của các cây lúa F2 và bố, mẹ

70

Nguyễn Thị Thu Hương

-4-


Luận văn thạc sĩ khoa học
3.13. Hệ số tƣơng quan giữa Protein và một vài đặc điểm hình thái

71

3.14. Hàm lƣợng Protein tổng số của một vài dòng/giống lúa đang nghiên cứu

73

3.15. Hệ số tƣơng quan giữa hàm lƣợng Protein và Amylose tổng số của bố, mẹ

74

3.16. Hệ số tƣơng quan giữa hàm lƣợng Protein và Amylose tổng số của con lai F1

75

3.17. Hệ số tƣơng quan giữa hàm lƣợng Protein và Amylose tổng số của

75

con lai F2.
3.18. Hệ số tƣơng quan giữa hàm lƣợng Protein và Amylose tổng số của

75

con lai BC1 F1.
3.19. Tiêu chuẩn chọn lọc, tính trạng của các giống tham gia thí nghiệm

76

3.20. Tiêu chuẩn chọn lọc, tính trạng của các giống tham gia thí nghiệm

77

3.21.Chỉ số chọn lọc các giống phù hợp với mục tiêu chọn lọc

78

3.22. Chỉ số chọn lọc các giống phù hợp với mục tiêu chọn lọc

78

Nguyễn Thị Thu Hương

-5-


Luận văn thạc sĩ khoa học
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AE

:

(Additive interaction effect): Ảnh hƣởng tƣơng tác cộng tính

AFLP

:

(Amplified Frament length polymorphism): Đa hình chiều dài các
đoạn ADN đƣợc nhân bản chọn lọc

BC

:

(Backcross): Lai ngƣợc

Bp

:

Base pair

Cs.,

:

Cộng sự

CTAB

:

Cetytrimethyl Amonium Bromide

dNTP

:

Deoxyribonucleotide

EDTA

:

Ethylenediaminetetraacetic acid

GPC

:

Grain Protein Content

Kb

:

Kilo base

MAS

:

(Marker Assitsed Selection): Chọn lọc có sự trợ giúp của chỉ thị
phân tử

QTLs

:

(Quantitative Trait Loci) : Locut kiểm soát tính trạng số lƣợng

RAPD

:

(Random Amplyfied polymorphic DNA): Đa hình chiều dài các
đoạn ADN đƣợc nhân bản ngẫu nhiên

RFLP

:

(Restriction Fragment Length Polymorphism): đa hình chiều dài
các đoạn phân cắt

TBE

:

Tris-Boric Acid and EDTA

TE

:

Tris-EDTA

Nguyễn Thị Thu Hương

-6-


Luận văn thạc sĩ khoa học
ĐẶT VẤN ĐỀ
Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài:
Lúa gạo là loại cây lƣơng thực quan trọng trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng. Lúa gạo đƣợc trồng rộng khắp ở 112 nƣớc trên thế giới; là nguồn cung cấp
lƣơng thực chủ yếu của hơn 54% dân số thế giới (Nguyễn Minh Công và cs., 2004). Ở
một số nƣớc nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Nhật Bản, Việt Nam,....lúa gạo là
cây lƣơng thực chính.
Về mặt diện tích gieo trồng, lúa gạo là cây lƣơng thực có diện tích lớn thứ hai đứng
sau lúa mì; Về sản lƣợng hàng năm, lúa gạo đứng thứ ba sau lúa mì và ngô (Nguyễn
Minh Công và cs., 2004). Về giá trị kinh tế, lúa gạo là nguồn thu nhập chính của nông
dân nhiều nơi trên thế giới và là một trong những mặt hàng xuất khẩu quan trọng của
một số quốc gia trong đó có Việt Nam (hàng năm Việt Nam xuất khẩu khoảng 4,5
triệu tấn gạo sang các thị trƣờng khác nhau trên thế giới). Vì vậy việc đầu tƣ nghiên
cứu nhằm nâng cao năng suất,chất lƣợng lúa gạo tại Việt Nam luôn đƣợc Chính phủ
quan tâm,đặc biệt là chất lƣợng gạo xuất khẩu luôn là vấn đề thách thức đối với các
nhà chọn giống trong nhiều năm qua.
Ở Việt Nam trong những năm gần đây,việc chọn tạo giống lúa đã đƣợc đẩy mạnh,
nhiều giống lúa mới năng suất, chất lƣợng đã đƣợc tạo ra và chuyển giao vào sản xuất.
Tuy nhiên ,về chất lƣợng gạo nói chung vẫn chƣa đƣợc cải thiện rõ rệt .Để đánh giá về

chất lƣợng dinh dƣỡng của lúa gạo có rất nhiều chỉ tiêu khác nhau, một trong những
chỉ tiêu quan trọng là hàm lƣợng Protein trong hạt gạo. Protein là nguồ n cung cấp dinh
dƣỡng và năng lƣơ ̣ng chủ yếu hàng ngày ; Là một trong những loại hợp chất hữu cơ rấ t
quan trọng và không thể thiếu đố i với mỗi cơ thể sống

; nó cung cấp từ 10 đến 15%

năng lƣợng sống giúp cơ thể sinh trƣởng và phát triển tốt . Theo tính toán, đối với một
cơ thể trƣởng thành là nam giới lƣợng protein thiết yếu mỗi ngày cần khoảng 55,5g và
phụ nữ là 45g. So với những loại cây trồng khác nuôi sống con ngƣời, cây lúa là một
trong những loại cây trồng có hàm lƣợng protein thấp hơn cả

(6-12%). Ở Việt Nam ,

hiện nay các giố ng lúa đang đƣơ ̣c trồ ng và sƣ̉ du ̣ng phổ biế n là Khang dân

18, Q5,

CR203.v.v. lại đều là các giống lúa có hàm lƣơ ̣ng protein ở mức khá thấp , trung bin
̀ h
chỉ đạt khoảng 7% (các giống đƣợc cho là có hàm lƣợng protein cao có hàm lƣợng

Nguyễn Thị Thu Hương

-7-


Luận văn thạc sĩ khoa học
trung bình đạt từ 9 đến 10%) (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 2005).Vì vậy việc “Nghiên
cứu di truyền hàm lƣợng protein cao ở lúa” là việc làm cần thiết góp phần cung cấp

thông tin,cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc tuyển chọn vật liệu lai tạo nhằm chọn giống
lúa chất lƣợng cao phục vụ sản xuất.
Mục tiêu nghiên cứu:
-Phân tích và xác định đƣợc sự di truyền hàm lƣợng protein trong hạt lúa

- Phân tích hiệu quả gen tham gia qui định hàm lƣợng protein ở lúa.
-Phân tích các tham số di truyền tính trạng GPC ở một số giống lúa đang trồng
tại Việt Nam
-Xác định chỉ số chọn lọc trong chọn giống lúa có hàm lƣợng protein caonhằm
định hƣớng chọn giống lúa chất lƣợng gạo tốt phục vụ sản xuất.
Nội dung nghiên cứu của đề tài:
Nội dung 1: Phân tích thành phần và hàm lƣợng acid amin trong protein ở bố mẹ và con lai
Nội dung 2 : Đánh giá sƣ̣ liên quan di truyề n ở mƣ́c đô ̣ phân tƣ̉ giƣ̃a bố me ̣ và con lai
Nội dung 3 : Nghiên cƣ́u di truyề n số lƣơ
ng̣ liên quan đế n hàm lƣơ ̣ng protein cao ở lúa
Nội dung 4 : Nghiên cứu tƣơng quan giữa một số biểu hiện hinh thái với hàm lƣợng
protein ở hạt lúa
Nội dung 5 : Nghiên cứu tƣơng quan giƣ̃a mô ̣t số tính tra ̣ng chấ t lƣơ ̣ng khác với hàm
lƣơ ̣ng protein ở hạt lúa
Nội dung 6 : Xác định chỉ số chọn lọc trong chọn giống lúa có hàm lƣợng protein cao
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu 7 giống lúa:Khang dân 18, Q5, P1, P4, P6, P290, AC5 và các quần thể con
lai F1, F2, BC
Thời gian nghiên cứu: 1 năm

Nguyễn Thị Thu Hương

-8-

Luận văn thạc sĩ khoa học
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CHẤT LƢỢNG LÚA GẠO VÀ THỊ TRƢỜNG LÚA GẠO
Lúa gạo (Oryza sativa L.) là lƣơng thực quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của
nhiều dân tộc trên thế giới. Ở Châu Á, lúa gạo là nguồn cung cấp calor chủ yếu, đóng
góp 56,2% năng lƣợng và 42,9% lƣợng protein hàng ngày của cơ thể sống. Đối với
ngƣời nghèo, lúa gạo còn đặc biệt quan trọng khi 70% năng lƣợng và lƣợng protein
của cơ thể hàng ngày lấy từ những bữa ăn (Flinn và cs., 1985).
Chất lƣợng lúa gạo là một khái niệm quan trọng và còn gây nhiều tranh cãi
về nội dung và các tiêu chuẩn đánh giá cụ thể. Do khái niệm về chất lƣợng liên
quan đến rất nhiều yếu tố: độ ẩm, độ trong của hạt, tỷ lệ gạo gẫy, hình dạng hạt,
chiều dài hạt, chiều rộng hạt,... Mỗi quốc gia khác nhau lại có những tiêu chuẩn
đánh giá và hệ thống kiểm tra chất lƣợng riêng biệt và hệ thống đánh giá. Các tiêu
chuẩn đánh giá này thƣờng không thống nhất giữa các quốc gia (Vũ Tuyên Hoàng
và cs., 2005).
Tuy nhiên, tùy theo truyền thống ẩm thực và thu nhập của các quốc gia, bộ
phận dân cƣ khác nhau mà yêu cầu về chất lƣợng lúa gạo cũng rất khác nhau (Vũ
Tuyên Hoàng và cs., 2005).
Theo các nghiên cứu của Kaosa và Juliano (1990) cho thấy: tại thị trƣờng Hồng
Kông các loại gạo hạt dài, tỉ lệ gạo nguyên cao, cơm mềm luôn đƣợc bán với giá cao.
Tại Rome (Italia) các loại gạo Japonica lại đƣợc ƣa chuộng. Trái lại các khách hàng ở
khu vực Tây Á lại ƣa chuộng gạo đục và cứng cơm. Ngƣời Nhật Bản lại ƣa chuộng hạt
gạo tròn, mềm ƣớt, thật trắng và không có mùi thơm; ngƣời Thái Lan lại thích hạt gạo
dài và cơm khô.
Những nơi mà gạo đóng vai trò là nguồn lƣơng thực thứ yếu nhƣ Châu Âu, thì
nhu cầu lại chủ yếu là những loại gạo có chất lƣợng cao: gạo 5-10% tấm đƣợc tiêu thụ
ở Tây Âu, gạo 10-13% tấm đƣợc tiêu thụ nhiều ở các nƣớc Đông Âu.
Các loại gạo hạt dài, chất lƣợng trung bình chủ yếu đƣợc xuất khẩu từ các nƣớc
Thái Lan, Miến Điện, Trung Quốc và Việt Nam; loại gạo này thƣờng có tỷ lệ tấm từ

Nguyễn Thị Thu Hương

-9-


Luận văn thạc sĩ khoa học
20-25%. Các và thị trƣờng chủ yếu loại gạo này thƣờng là Indonesia, Malaysia, Đông
Âu, Trung Đông và Tây Phi,...
Các loại gạo thơm, do có hƣơng vị đặc biệt nên thƣờng có giá trị rất cao. Đây là
loại gạo rất đƣợc ƣa chuộng trên các thị trƣờng nhƣ: Nam Á, Trung Đông và Thái Lan.
Một số loại gạo thơm nổi tiếng trên thị trƣờng thế giới nhƣ Basmati (Ấn Độ);
KhaoDawh Mali, Jasmine 85 (của Thái Lan) luôn có giá trị cao gấp hai lần so với các
loại gạo khác.
Hàng năm, thị trƣờng gạo toàn cầu tiêu thụ khoảng 23 triệu tấn gạo, trong đó
các quốc gia Châu Á nhập khẩu nhiều nhất (chiếm 49% tổng nhập khẩu của toàn thế
giới) đặc biệt là Philipines và Indonesia (FAO, 2005).
Hiện nay, nƣớc ta đã và đang xuất khẩu gạo sang trên 85 quốc gia khác nhau
trên thế giới, trong đó khu vực Châu Á và Châu Mỹ là hai thị trƣờng chủ yếu. Là một
“cƣờng quốc” về xuất khẩu gạo. Tuy nhiên, chất lƣợng gạo của Việt Nam lại rất kém
về: độ bạc bụng, dài trung bình, hƣơng vị kém,... Nguyên nhân chính của tình trạng
này là do Việt Nam chƣa tìm và đƣa vào sản xuất đƣợc những giống lúa có chất lƣợng
cao đáp ứng đƣợc các tiêu chuẩn khắt khe của thị trƣờng. Trong khi đó, xu hƣớng về
yêu cầu gạo phẩm chất cao trên thị trƣờng Châu Á và Châu Mỹ ngày càng tăng lên.
Hiện nay, ở nƣớc ta cùng với nhiều giống lúa đặc sản truyền thống các giống có
phẩm chất cao cũng đã và đang đƣợc nhập nội và lai tạo mới đang dần đáp ứng đƣợc
nhu cầu thị trƣờng xuất khẩu và nâng cao giá trị hàng hóa của cây lúa, tăng thu nhập
cho nông dân trồng lúa nhƣ P6, P4, P209,... (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 199; 2000; Lã
Tuấn Nghĩa và cs., 2010;...).
Chất lƣợng gạo là một trong bốn mục tiêu mà công tác cải tạo giống đặt ra
(Năng suất, chất lƣợng, chống chịu và thích ứng với điều kiện bất thuận). Chất lƣợng

của lúa gạo đƣợc đánh giá thông qua các chỉ tiêu: màu sắc vỏ hạt, kích thƣớc hạt, hình
dạng hạt, tỷ lệ gạo xát, tỷ lệ gạo nguyên hạt, độ đồng đều của hạt, tỷ lệ hạt bạc bụng,
chất thử nếm và đặc điểm trong quá trình chế biến (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 2005).

Nguyễn Thị Thu Hương

- 10 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
1.1.1. Phẩm chất xay chà
Phẩm chất xay chà bao gồm tỉ lệ gạo nguyên, gạo lứt và gạo trắng. Theo một số
nghiên cứu, mùa vụ có ảnh hƣởng rất lớn đến tỉ lệ xay chà (vụ Đông Xuân tỉ lệ xay chà
tốt và cao hơn vụ Hè Thu), ngoài ra tỉ lệ xay chà còn chịu sự tác động rất lớn từ công
nghệ sau thu hoạch.
Tỉ lệ vỏ trấu có thể thay đổi từ 18-26% và trung bình từ đạt từ 20-22%; cám và phôi
hạt chiếm 8-10%, do đó tỉ lệ gạo trắng thƣờng vào khoảng 70% (Khush và cs., 1979)
Tỉ lệ gạo trắng và gạo lứt ít biến động và nó cũng phụ thuộc vào môi trƣờng
(Bùi chí Bửu và cs., 1997). Tỉ lệ gạo nguyên biến động rất lớn và chịu ảnh hƣởng rất
mạnh mẽ của môi trƣờng, đặc biệt là nhiệt độ và ẩm độ trong suốt thời gian chín, kéo
dài đến lúc sau thu hoạch, đặc biệt là điều kiện phơi sấy, bảo quản. Sự rạn nứt thƣờng
do nắng, sự thay đổi nhanh của độ ẩm không khí, những điều kiện không thuận lợi của
môi trƣờng trong suốt quá trình chín của hạt, thu hoạch chậm trong mùa khô cũng làm
hạt có độ ẩm thấp. Theo Bùi Chí Bửu (Bùi Chí Bửu và cs., 1996; 1997) tỉ lệ hạt
nguyên đạt cao nhất khi lúa đƣợc thu hoạch vào lúc chín 28 đến 30 ngày và thu sớm
sau khi lúa trổ 20 ngày; còn thu muộn sau 35 ngày thì tỉ lệ gạo nguyên thấp. Sau khi
thu hoạch xong mà không tuốt ngay, để đống cũng là một trong những nguyên nhân
dẫn tới làm giảm tỉ lệ hạt gạo nguyên (tỉ lệ hạt ẩm vàng sẽ tăng lên do hô hấp của các
vi sinh vật). Dạng hình hạt gạo cũng là một trong những nguyên nhân ảnh hƣởng rất
lớn đến chất lƣợng xay chà. Với những hạt có dạng hình mảnh, dài và độ bạc bụng

càng cao thì tỉ lệ hạt nguyên càng thấp; những hạt đã khô nếu bị hút ẩm đột ngột cũng
có thể tạo ra những vết rạn trong hạt và gây ra các mảnh vỡ nhỏ khi xay.
1.1.2. Phẩm chất cơm
Trong các tính trạng về phẩm chất cơm, amylose đƣợc xem là tính trạng có ý
nghĩa quyết định đến sự mềm cơm và ngƣợc lại. Hàm lƣợng amylose cao có tính trội
không hoàn toàn so với hàm lƣợng amylose thấp, nó do một gen điều khiển kèm theo một số
gen phụ có tính chất cải tiến (Seetharaman, 1959; Kahlon, 1965; Kumar và cs., 1986;...).
Các yếu tố về hàm lƣợng amylose cao, độ bền gel cứng và độ trở hồ cao là các yếu tố
chính ảnh hƣởng đến chất lƣợng lúa gạo. Trong đó hàm lƣợng amylose là một trong những
yếu tố quan trọng nhất .

Nguyễn Thị Thu Hương

- 11 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
Môi trƣờng gây ra sự biến động rất lớn đến hàm lƣợng amylose trong hạt gạo của
cùng một giống lúa, đặc biệt là nhiệt độ trong giai đoạn vào chắc của hạt (Juliano, 1990).
Hàm lƣợng amylose trong lúa đƣợc kiểm soát trực tiếp bởi hoạt động gen cộng (additive
effect: A) và ảnh hƣởng tƣơng tác cộng tính (additive interaction effect: AE) . Ảnh hƣởng của
AE có tính chất rất quan trọng đến hàm lƣợng amylose của giống lúa.
Các thể đột biến về amylose cũng đã đƣợc nghiên cứu trên các giống lúa thuộc
loài phụ Japonica với hai dạng hình 2064 và EM16 tƣơng tác theo kiểu “allelic”. Các
thể đột biến này có thể chuyển sang giống lúa Indica nhờ lai với IR36 hai lần. Do đó
gen điều khiển sự co giãn hàm lƣợng amylose (Amylose extender) đƣợc xác định trên
nhiễm sắc thể số 2 (Chr. 2) (Kaushik and Khush., 1991).
1.1.3. Lúa gạo là thực phẩm của toàn cầu
Theo thống kê của Cơ quan Thực phẩm Liên Hiệp Quốc, trên thế giới có khoảng
147.5 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, và 90% diện tích này là thuộc các nƣớc Á Châu

. Các nƣớc Á Châu cũng sản xuất khoảng 92% tổng sản lƣợng lúa gạo trên thế giới. Sản
xuất gạo toàn cầu đã tăng lên từ khoảng 200 triệu tấn vào năm 1960 tới hơn 600 triệu tấn
vào năm 2007. Ba quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu là Trung Quốc (31% sản lƣợng thế
giới), Ấn Ðộ (20%) và Indonesia (9%). Ba nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới là Thái
Lan (26% sản lƣợng gạo xuất khẩu), Việt Nam (15%) và Hoa Kỳ (11%), trong khi ba nhà
nhập khẩu gạo lớn nhất là Indonesia (14%), Bangladesh (4%) và Brasil (3%). Theo FAO
(Food and Agriculture Organisation), hàng năm có khoảng trên 20 triệu tấn gạo đƣợc
dùng làm hàng hóa trao đổi trên toàn thế giới.
1.1.4. Các loại lúa gạo trên thị trƣờng
Các giống lúa thông thƣờng cũng đƣợc phân loại theo cấu trúc, màu sắc và hình
dạng hạt gạo của chúng. Ví dụ theo kích thƣớc hạt lúa: Loại hạt lúa dài (có chiều dài
gấp 3 lần chiều rộng, chiều dài hạt hơn 6 mm) khi nấu hạt cơm không dính, cũng có
gạo dài mà dính ở Lào, Thái. Loại hạt lúa có kích thƣớc trung bình khoảng 5-6mm và
loại gạo ngắn có 4-5mm chiều dài va 2.5mm chiều rộng.

Nguyễn Thị Thu Hương

- 12 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
Về màu sắc có những loại khác nhau nhƣ hạt gạo màu nâu, hạt gạo màu trắng,
hạt gạo màu đỏ và hạt gạo màu đen.
Một giống lúa thơm của Thái Lan cho loại gạo hạt dài và tƣơng đối ít dính, do
gạo hạt dài chứa ít amylopectin hơn so với các giống hạt ngắn. Các loại gạo nếp là gạo
hạt ngắn. Gạo Nhật Bản là loại gạo hạt ngắn và dính.
Các giống lúa Ấn Ðộ bao gồm gạo hạt dài và gạo thơm Basmati, gạo hạt dài và
trung bình là gạo Patna và loại gạo hạt ngắn Masoori.
Các giống gạo thơm có hƣơng vị thơm đặc biệt; các giống đáng chú ý nhất bao
gồm các loại Basmati, gạo Patna kể trên cũng nhƣ các giống lai từ Mỹ đƣợc bán dƣới

tên gọi thƣơng phẩm Texmati. Nó là giống lai giữa Basmati và giống gạo hạt dài Hoa
Kỳ. Cả Basmati và Texmati có hƣơng vị tƣơng tự nhƣ bỏng ngô. Tại Indonesia có
nhiều các giống gạo đỏ và đen.
Hai nƣớc xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới là Thái và Việt Nam có các sản phẩm
gạo nhƣ: Gạo xuất khẩu ở Thái gồm: các loại gạo thơm và gạo trắng hạt dài. Việt Nam
xuất khẩu các loại gạo: gạo 5% tấm đánh bóng 1 lần, gạo 5% tấm đánh bóng 2 lần, gạo
10%, 15%, 25% và 100% tấm. Ngoài ra có gạo nếp (dẻo, dính) và gạo tẻ, gạo sắt, gạo
đồ, gạo thơm.
Ðặc tính mùi thơm ở các loại gạo đƣợc tạo thành bởi hàng trăm loại chất thơm
dễ bay hơi nhƣ hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, acides, phenols, pyridine,
2-acetyl-1-prroline...
1.2. CHẤT LƢỢNG DINH DƢỠNG CỦA LÚA GẠO
1.2.1. Hàm lƣợng protein trong lúa gạo
Lúa gạo là một trong những loại ngũ cốc quan trọng nhất thế giới và là nguồn
thực phẩm quan trọng trong bữa ăn hàng ngày của nhiều dân tộc trên thế giới, nó cung
cấp tới 70% năng lƣợng (đối với cƣ dân nghèo của một số nƣớc châu Á) cho sự vận
động của con ngƣời thông quan bữa ăn hàng ngày (Filn & Unnevehr, 1985).
Hàm lƣợng protein trong lúa gạo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng dinh
dƣỡng của lúa gạo. So với những cây trồng đƣợc coi là cây lƣơng thực nuôi sống con ngƣời,

Nguyễn Thị Thu Hương

- 13 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
cây lúa có hàm lƣợng protein chứa trong hạt ít hơn cả biến động từ 6-12% (Vũ Tuyên
Hoàng và cs., 2005; Nguyễn Thị Lang và cs., 2005; Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2010;...).
Protein trong gạo gồm các tiểu phần chính nhƣ: albumine, glubuline, probaline
và gluteline,... trong đó gluteline chiếm tới 93,7%. Các acid amine tự do trong protein

đƣợc phân phối nhƣ sau: trong cám và bột 30%, trong phôi 53%, trong gạo xát 17%
(Moryzzi và cs, 1964);...
Trong thời gian qua, các nhà chọn tạo giống đã và đang tập trung vào việc duy
trì chất lƣợng đạm, việc cải tiến về chất lƣợng đạm vẫn chƣa đƣợc quan tâm đúng mức
(Vũ Tuyên Hoàng và cs., 2005). Chất lƣợng ding dƣỡng của các giống lúa có hàm
lƣợng đạm cao sẽ cao hơn so với các giống lúa có hàm lƣợng đạm thấp vì nó chứa một
lƣợng acid amine thay thế lớn hơn tất cả (Blaekwell và cs., 1966).
Hàm lƣợng protein không chỉ ảnh hƣởng đến giá trị dinh dƣỡng của lúa mà còn
liên quan đến khả năng tiêu thụ protein và sức khỏe của con ngƣời. Theo thống kê đầy
đủ thì bữa ăn hàng ngày của ngƣời dân Trung Quốc lƣợng protein tiêu thụ là 67gram,
thấp hơn nhiều so với mức trung bình 100 gram ở các nƣớc đang phát triển
( luong.httm).
Vì thế, lai tạo ra các giống lúa có hàm lƣợng protein cao là rất quan trọng cho
việc cải thiện sức khỏe ngƣời dân. Sự việc này luôn đƣợc quan tâm theo sau khoa học
và kỹ thuật ở trong nƣớc cũng nhƣ quốc tế.
1.2.2. Ảnh hƣởng của yếu tố giống đến hàm lƣợng protein
Giống là một trong những yếu tố quyết định đến phẩm chất hạt gạo. Nhiều kết
quả nghiên cứu (từ IRRI) đã cho thấy, khoảng 25% những thay đổi hàm lƣợng protein
là do yếu tố di truyền qui định. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu còn cho biết: loài phụ
indica có hàm lƣợng protein cao hơn loài phụ japonica (IRRI, 1970); lúa nếp có hàm
lƣợng protein cao hơn lúa tẻ (Taira, 1971); Những giống lúa ngắn ngày có hàm lƣợng
cao hơn giống dài ngày, những gống lúa trồng ở vùng đồng bằng có hàm lƣợng
protein cao hơn trồng ở vùng đồi núi (Swaminathan, 1971); trong cùng một giống lúa,
những hạt nhỏ có hàm lƣợng protein cao hơn những hạt to hơn (Nagato, 1972).

Nguyễn Thị Thu Hương

- 14 -

Luận văn thạc sĩ khoa học
Hàm lƣợng protein bị ảnh hƣởng khá nhiều của giống và môi trƣờng nhƣng
thành phần axit amin của lúa rất cân đối, ví dụ lysin luôn chiếm trung bình 3,5-4,0 %.
Di truyền tính trạng hàm lƣợng protein trong hạt rất phức tạp và bị ảnh hƣởng mạnh
mẽ của môi trƣờng, giống có hàm lƣợng protein cao thƣờng liên kết với đặc tính thời
gian sinh trƣởng ngắn và khối lƣợng hạt nhẹ (Lamber và cs., 1973). Có một sự khác
biệt rất cơ bản giữa giống lúa có hàm lƣợng protein tổng số cao và trung bình là khả
năng chuyển vị đạm từ lá vào hạt nhiều hơn, đồng thời theo ghi nhận cuả IRRI thì lúa
thu hoạch từ các lô ruộng thí nghiệm thƣờng có hàm lƣợng protein cao hơn lúa thu từ
các ruộng của nông dân (Jennings và cs.,1979).
1.2.3. Ảnh hƣởng của phân bón đến hàm lƣợng protein
Nhu cầu dinh dƣỡng của cây lúa hay nói cách khác là các chất dinh dƣỡng cần
thiết, không thể thiếu đƣợc đối với sự sinh trƣởng và phát triển của cây lúa bao gồm:
đạm (N), lân (P), kali (K), vôi, sắt, kẽm, đồng, magiê, mangan, mô-líp-đen, bo, silic,
lƣu huỳnh và các-bon, ô-xy, hyđrô. Tất cả các chất trên đây (trừ các-bon, ô-xy, hyđrô)
phân bón đều có thể cung cấp đƣợc. Có nhiều chất dinh dƣỡng khoáng mà cây lúa cần,
nhƣng 3 yếu tố dinh dƣỡng mà cây lúa cần với lƣợng lớn là: đạm, lân và kali là những
chất cần thiết cho những quá trình sống diễn ra trong cây lúa. Các nguyên tố khoáng
còn lại, cây lúa cần với lƣợng rất ít và hầu nhƣ đã có sẵn ở trong đất, nếu thiếu thì tuỳ
theo điều kiện cụ thể mà bón bổ sung.
Phân bón có vai trò tối quan trọng trong quá trình sinh trƣởng, phát triển của
cây lúa, nó cần thiết cho suốt quá trình phát triển, từ giai đoạn mạ cho đến lúc thu
hoạch. Cùng với các yếu tố năng lƣợng khác, phân bón cung cấp cho cây là nguồn
nguyên liệu để tái tạo ra các chất dinh dƣỡng nhƣ: tinh bột, chất đƣờng, chất béo,
prôtêin… Ngoài ra chúng còn giữ vai trò duy trì sự sống của toàn bộ cây lúa, không có
nguồn dinh dƣỡng thì cây lúa sẽ chết, không thể tồn tại.
Đạm là một trong những cơ sở cấu tạo nên protein, thúc đẩy quá trình quang
hợp tích lũy các chất hữu cơ. Nhiều thí nghiệm tại các vùng trồng lúa ở Liên Xô cũ với
các liều lƣợng phân bón khác nhau đặc biệt là đạm cho thấy: đạm có thể làm tăng hàm
lƣợng đạm (protein) trong hạt thêm 2-3%; các trị số này thay đổi tùy thuộc điều kiện

gieo trồng cụ thể. Liều lƣợng và thời gian bón đạm giữ vai trò quan trọng trong việc

Nguyễn Thị Thu Hương

- 15 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
nâng cao hàm lƣợng protein trong hạt. Tuy nhiên, nếu bón tăng đạm quá nhiều sẽ làm
mức độ tăng hàm lƣợng giảm đi (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 2005).
Các nhà nghiên cứu khoa học tại IRRI thống nhất: hàm lƣợng tinh bột có mối
tƣơng quan nghịch biến với hàm lƣợng đạm. Nếu hàm lƣợng đạm trong hạt tăng lên thì
hàm lƣợng tinh bột sẽ có sự thay đổi. Trong điều kiện thuận lợi của sự trao đổi gluxit,
liều lƣợng phân bón thích hợp có thể làm tăng hàm lƣợng đạm và tinh bột.
Theo kết quả nghiên cứu của Eruwghin và Suranova ở 70 giống lúa loài phụ
Sino-Japonica có hàm lƣợng đạm dao động từ 7,6% đến 12,6%. Dƣới ảnh hƣởng của
liều lƣợng phân bón cao: 180N – 120P2O5 – 90K2O (kg) thì hàm lƣợng đạm trong hạt
tăng lên trung bình từ 10 đến 11,3% ở 15 giống lúa (Eruwghin và cs., 1968).
Theo Ahmod khi nghiên cứu về ảnh hƣởng của chế độ tƣới và bón phân lên
hàm lƣợng đạm (protein) ở Bangladesh cho kết quả: hàm lƣợng protein trong hạt và
rơm rạ tăng lên khi bón tăng đạm vào trong đất hoặc tăng độ sâu của lớp nƣớc tƣới
(Ahmod, 1969).
Trong nghiên cứu của Chanvan khi nghiên cứu về hai giống lúa Jaza và Padma
lại cho kết quả: hàm lƣợng protein trong hạt đều tăng khi tăng lƣợng phân bón dù
trồng trong điều kiện có nƣớc hay cạn (Chanvan và cs., 1971).
1.2.4. Ảnh hƣởng của các điều kiện ngoại cảnh khác đến đời sống cây lúa
Ảnh hƣởng của chế độ nƣớc: Theo các kết quả nghiên cứu ở trong và ngoài
nƣớc đều thống nhất rằng: lúa đƣợc trồng trong điều kiện không có nƣớc (lúa cạn) có
hàm lƣợng protein cao hơn lúa đƣợc gieo trồng trong điều kiện có nƣớc. Các giống lúa
gieo trên cạn có hàm lƣợng protein trong hạt gạo lật chênh lệch tới 39% so với lúa

trồng trong điều kiện có nƣớc tƣới (Yoshida, 1981; Taira, 1970; Juliano, 1966;...).
Kido, lại kết luận những giống lúa chín sớm có hàm lƣợng protein cao hơn
những giống lúa chín muộn khi trồng ở ruộng nƣớc.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ, ánh sáng: khi nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ
không khí và nhiệt độ nƣớc trong ruộng đến hàm lƣợng protein trong hạt, Honjyo nhận
thấy khi nhiệt độ không khí hoặc nhiệt độ nƣớc trong ruộng cao sau khi lúa trỗ sẽ làm
tăng hàm lƣợng protein trong gạo. Các chế độ nhiệt độ và ánh sánh còn ảnh hƣởng

Nguyễn Thị Thu Hương

- 16 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
nhiều đến tỷ lệ hạt chắc, do ảnh hƣởng đến năng suất hạt và năng suất protein trên
cùng một đơn vị diện tích (Honjyo, 1971).
Khi nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của nhiệt độ cao và ánh sáng đến hàm lƣợng
protein, Sato đã nhận thấy: nhiệt độ cao, cƣờng độ ánh sáng yếu và ẩm độ không khí
cao vào thời gian hạt chín có tác dụng thúc đẩy sự tích lũy nhiều protein vào hạt của
hai giống lúa IR8 và Norin 17 (Sato, 1974).
Trong tất cả các trƣờng hợp đều cho thấy, tƣơng quan nghịch chặt chẽ giữa hàm
lƣợng protein và khối lƣợng nghìn hạt (P1000). Ngoài ra, hàm lƣợng protein trong hạt
còn thay đổi dần qua các năm và mức độ thay đổi này của từng giống là khác nhau.
Điều này chứng tỏ, thời tiết có ảnh hƣởng lớn tới sự tích lũy hàm lƣợng protein trong
hạt (Honjyo, 1971).
1.3. NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN SỐ LƢỢNG LIÊN QUAN ĐẾN HÀM LƢỢNG
PROTEIN TRONG HẠT LÚA
Phân tích di truyền số lƣợng là nhằm xác định những locus trong genom chứa
gen tham gia qui định đặc tính và hiệu quả đóng góp của mỗi locus đó lên đặc tính là
bao nhiêu. Những phân tích nhƣ vậy gọi là phân tích di truyền số lƣợng. Mỗi locus có

thể chứa một hoặc nhiều gen khác nhau. Trong hầu hết các trƣờng hợp, phân tích di
truyền đều cho thấy đặc tính số lƣợng đƣợc qui định bởi nhiều gen khác nhau. Tuy
nhiên, trong một số trƣờng hợp đã cho thấy di truyền đặc tính số lƣợng chỉ do một gen
qui định.
1.3.1. Gen qui định hàm lƣợng protein ở lúa
Trong thực tế, các tính trạng qui định hàm lƣợng protein ở lúa phụ thuộc
rất nhiều vào sự tác động của các nhân tố bên ngoài và sự tƣơng tác của các gen
bên trong.
Sự biến dị liên tục có đƣợc là do những yếu tố có tính chất di truyền cũng nhƣ
yếu tố có tính không di truyền.Sự biến dị có tính di truyền phần lớn do tính chất của
gen trong nhân.Sự tƣơng tác không alen trong biến dị liên tục thƣờng có quan hệ đến
một nhóm, theo mô tả tổng quát đó là hiện tƣợng epistasis.

Nguyễn Thị Thu Hương

- 17 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
Sự tham gia của bào chất đối với di truyền một tính trạng đã đƣợc ghi nhận. Áp
dụng phƣơng pháp lai đảo (reciprocal) để phân tích ảnh hƣởng của dòng mẹ nói đúng
hơn là ảnh hƣởng của tế bào chất - ảnh hƣởng của môi trƣờng đối với nhân.
Giả sử các tính trạng đƣợc điều khiển bởi đa gen- tính trạng có tính biến
thiên liên tục (continuously variable), nó không thƣờng xuyên nhƣ trong trƣờng
hợp tính trạng có tính biến thiên không liên tục (discontinuously variable). Do
đó cả hai bố mẹ cùng tham gia một cách cân đối vào kiểu gen của con lai về
phƣơng diện di truyền do nhân (nuclear heredity), và một cách không cân đối về
phƣơng diện di truyền do tế bào chất.
Các đặc tính phẩm chất hạt do yếu tố di truyền và môi trƣờng quyết định,
tuỳ theo tính trạng sự thể hiện có thể do yếu tố di truyền, yếu tố kỹ thuật trƣớc

và sau thu hoạch, hay do tƣơng tác kiểu gen x môi trƣờng (Genotypes x
Environment interaction) quyết định. Điều khó khăn cho phân tích là phần lớn
những tính trạng phẩm chất hạt có tƣơng tác kiểu gen x môi trƣờng không tuyến
tính ,khó giải thích trong những phân tích đơn giản (Bùi Chí Bửu và cs., 1996).
Đặc điểm di truyền về hàm lƣợng protein do đa gen kiểm soát và chịu sự
tác động của môi trƣờng. Giống có hàm lƣợng protein cao thƣờng liên kết với
đặc tính thời gian sinh trƣởng ngắn và khối lƣợng hạt nhẹ. Hàm lƣợng protein
tổng số bị ảnh hƣởng của sự tăng giảm protein thành phần. Tính trạng hàm
lƣợng protein có hệ số di truyền khá thấp,bị ảnh hƣởng mạnh mẽ tƣơng tác giữa
kiểu gen và môi trƣờng (Chang và cs., 1979)
1.3.2. Hiệu quả gen tham gia qui định hàm lƣợng protein
Hiệu quả của gen: đƣợc xác định hiệu quả giữa giá trị kiểu gen đó và trung bình
quần thể, gồm có:
- Hiệu quả cộng tính: là kết quả tác động đồng thời (một cách độc lập) của các
alen trong cùng một locus (ký hiệu là d hay D). Với mô hình cộng tính thì phƣơng sai
kiểu gen chỉ có cộng tính tức là không có tƣơng tác và các biểu thức kiểu hình của giá
trị kiểu hình phản ánh sát nhất (xấp xỉ) các biểu thức của gen, Nhờ hiệu quả cộng tính

Nguyễn Thị Thu Hương

- 18 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
việc chọn giống theo kiểu hình cho phép chọn những kiểu gen tƣơng ứng mà độ chính
xác chỉ còn phụ thuộc vào độ đồng đều (thuần nhất) của môi trƣờng;
- Hiệu quả trội: là kết quả của tƣơng tác giữa các alen trong cùng một locus
(đƣợc ký hiệu là h hay H). Trong đó có các kiểu trội: trội hoàn toàn (các alen trong các
locus không có cùng hiệu quả nhƣ nhau; nếu kết hợp kiểu gen AABB với aabb thì F2
có tỷ lệ phân ly 9:3:3:1 trong đó có 9 kiểu gen có cùng giá trị với AABB, 3 kiểu gen

cùng giá trị và thiên về AABB, 3 kiểu gen cùng giá trị và ít thiên về AABB, 1 kiểu gen
có cùng giá trị với aabb);
- Hiệu quả siêu trội: trong trƣờng hợp này giá trị của Aa lớn hơn AA;
- Hiệu quả trội chệch: hiệu quả này đƣợc sinh ra do bởi tƣơng tác không alen của
các gen phân bố ở những locus khác nhau. Tƣơng tác này có thể xuất hiện ở giữa các
locus mà tại đó:
+ Chỉ có hiệu quả cộng tính (cộng tính x cộng tính), ký hiệu i;
+ Tại locus này có hiệu quả trội, locus kia có hiệu quả cộng (cộng x trội), ký
hiệu là j;
+ Cả 2 locus đề xuất hiện hiệu quả trội (trôi x trội), ký hiệu là l;
Tƣơng tác giữa các locus có 5 kiểu trội chệch là: trội chệch bù, trội chệch bội,
trội chệch lặn, trội chệch trội, trội chệch lặn áp đảo,
- Hiệu quả tác động đồng thời: là tác động của nhiều kiểu hiệu quả gen,
Để xem xét giá trị kiểu gen, ta xét một locus với 2 allen Pr1 (qui định hàm
lƣợng protein thấp) và Pr2 (qui đinh hàm lƣợng protein cao) và các giá trị +a, -a và d
theo sơ đồ:
Pr1Pr1

Pr1Pr2

Kiểu gen
Giá trị kiểu gen -a

0

d

Pr2Pr2
+a

Trong đó: - Pr2 làm tăng hàm lƣợng Pr2Pr2 có giá trị là +a (tăng hàm lƣợng Protein
trong hạt), giá trị của d tùy thuộc vào mức độ trội của Pr1 và Pr2;

Nguyễn Thị Thu Hương

- 19 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
- d là tính trội (dominance) - Biểu hiện tính trội, lặn giữa hàm lƣợng
protein cao và hàm lƣợng protein thấp;
- a là tính cộng (additive) biểu hiện % hàm lƣợng protein trong hạt;
+) d+) d = a: Trội hoàn toàn (complete dominance);
+) d>a: Siêu trội (over dominance);
+) d = 0: Không có tính trội (no dominance).
Mức độ trội có thể đƣợc biểu thị bằng tỷ số d/a.
Protein là hợp chất hữu cơ rấ t quan trọng, không thể thiếu đố i với mỗi cơ thể sống;
nó cung cấp từ10 đến 15% năng lƣợng sống giúp cơ thể sinh trƣởng và phát triển
.
Theo Osborne, 1924 thì protein dự trữ trong nội nhũ hạt lúa bao gồm 4 loại:
Albumin, Globulin, Glutelin, và Prolamin, Protein đƣợc dự trữ trong hạt ở hai dạng
(protein body – PB) PBI - gọi là prolamin và PBII - gọi là glutelin. Về mặt dinh
dƣỡng, prolamin đƣợc xem là loại protein khó tiêu hóa cho con ngƣời và động vật;
trong khi đó glutelin là thành phần dự trữ quan trọng nhất trong nội nhũ hạt lúa lên tới
75% lƣợng protein tổng số (Hoai T. T., Kumamaru T., 2008). Do prolamin và glutelin
có mối tƣơng quan nghịch nên các nhà chọn giống lúa muốn tăng hàm lƣợng glutelin
bằng cách giảm hàm lƣợng prolamin trong hạt gạo (Ogawa và cs, 1987).
Vì vậy, nghiên cứu quy luật di truyền hay gen tham gia qui định hiệu quả của
các tiểu đơn vị glutelin và prolamin là vấn đề cần thiết trong công tác chọn giống lúa

có hàm lƣợng protein cao.
Hàm lƣợng protein cao trong gạo là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng
dinh dƣỡng của lúa gạo. So với những cây trồng đƣợc coi là cây lƣợng thực nuôi sống
con ngƣời thì cây lúa có hàm lƣợng protein chứa trong hạt ít hơn cả, vào khoảng 6-8%.
Protein trong hạt gồm các tiểu phần chính nhƣ: albumine, globuline, probaline và
gluteline. Trong đó glutelin đóng vai trò chính trong sự tạo thành và dự trữ protein
trong hạt gạo, nó chiếm tới 80% lƣợng protein tổng số. Chúng đƣợc tạo thành từ cùng

Nguyễn Thị Thu Hương

- 20 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
số amino acid và bao hàm cả 24 loại amino acid chứa liên kết peptide, 282 loại amino
acid có tính chất axit và 193 loại amino acid có tính chất bazơ (Takaiwa vá cs., 1987) .
Sự di truyền tính trạng hàm lƣợng protein khá phức tạp, do đa gen điều khiển,
có hệ số di truyền khá thấp,bị ảnh hƣởng mạnh mẽ tƣơng tác giữa kiểu gen và môi
trƣờng (Chang và cs., 1979). Hàm lƣợng protein tổng số bị ảnh hƣởng của sự tăng
giảm lƣợng protein thành phần. Có nhiều gen qui định hàm lƣợng acid amine thành
phần, di truyền của từng acid amine đó lại chịu ảnh hƣởng của cả hai nhóm cộng tính
(additive) và tính trội (dominance).
1.3.3. Tính trạng GPC (Grain Protein Content) ở lúa
Tính trạng GPC (Grain Protein Content): là tính trạng qui định sức chứa, thành
phần các chất hình thành lên protein trong hạt. GPC là một trong những tính trạng chất
lƣợng quan trọng nhất để đánh giá phẩm chất ngũ cốc (Blanco, A.,và cs., 2002).
Hàm lƣợng protein (protein content) có mối quan hệ rất lớn đến chất lƣợng nấu
nƣớng (cooking quality), với tý lệ phức hợp với các yếu tố khác trong nội nhũ của hạt, với
hệ thống di truyền (genetic system), tƣơng tác với môi trƣờng cũng nhƣ các yếu tố canh
tác khác (Blanco và cs., 2002).

Protein trong lúa gạo gồm các tiều phần chính nhƣ: albumine, globulin, probalin và
glutelin, trong đó glutelin chiếm tới trên 80% lƣợng protein trong hạt, protein đƣợc hình
thành từ các α-aminoacid (Aspartic, Glutamic acid, Serine, Histidine, Glycine,
Thereonine, Alanine,...).
Hiện nay, hầu hết các gen qui định hàm lƣợng các acid amine trong hạt lúa đã
đƣợc làm rõ:
- Gcw 1 (Chr, No 3) và Gcw2, Gcwa (Chr, No10): các gen qui định hàm lƣợng
(tổng hợp) glycine;
- Glu1, Glu2 (Chr, No1), Glu3, Glu4, Glu5 (Chr, No2): Các gen qui định hàm
lƣợng (tổng hợp glutamine;
- Ala1, ala2 (Chr, No6): Các gen qui định hàm lƣợng (tổng hợp) alamine;

Nguyễn Thị Thu Hương

- 21 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
- Met1, (Chr, No3), met6 (Chr No10): Các gen qui định hàm lƣợng (tổng hợp)
methionine;
- Glup1, Glup2 (Chr, No9), Glup3 (Chr, No4) và Glup4 (Chr, No12): Các gen qui
định hàm lƣợng (tổng hợp) glutelin (www,shigen,nig,ac,jp/rice/rgn/vol20/b17,html)
Trong cơ thể của tế bào sinh vật, protein chiếm tỉ lệ nhỏ so với các hợp chất
hữu cơ khác nhƣ: glucid, lipid,.... nhƣng cùng với nucleic acid, protein đã giữ vai trò
quyết định trong tất cả các quá trình sinh trƣởng và phát triển . Protein là hợp chất hữu
cơ rấ t quan trọng và không thể thiếu đố i với mỗi cơ thể sống ; nó cung cấp (từ 10 đến
15%) năng lƣợng sống và giúp cơ thể sinh trƣởng và

phát triển, có thể nói rằng nếu

không có protein sự sống không thể diễn ra đƣợc (Ngô Xuân Mạnh, Vũ Kim Bảng,
Nguyễn Đặng Hùng, Vũ Thy Thu, 2005).
Protein có những đặc tính mà không thể có đƣợc ở bất kỳ một hợp chất
hữu cơ nào khác, nhờ vậy mà đảm bảo đƣợc chức năng mạng sự sống và mang
thông tin di truyền. Đó là đa dạng trong cấu trúc, tính đặc hiệu cao về loài, có
nhiêu biến đổi lí hóa khác nhau, có khả năng tƣơng tác nội phân tử, có khả năng
thích ứng với những thay đổi có quy luật của cấu hình phân tử khi có những tác
động từ bên ngoài,...
Protein có khối lƣợng phân tử lớn, từ hàng nghì đến hàng trăm triệu. Tùy
theo các loài khác nhau (động, thực vật khác nhau) tùy theo điều kiện môi
trƣờng khác nhau mà thành phần và hàm lƣợng protein có trong cơ thể sẽ rất
khác nhau, protein đƣợc hình thành từ các α-aminoacid.
Hàm lƣợng protein là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng dinh
dƣỡng của lúa gạo. So với những cây trồng khác đƣợc coi là cây lƣơng thực nuôi
sống con ngƣời, cây lúa là cây có hàm lƣợng protein thấp hơn cả (từ 6-12%).
Protein trong lúa gạo gồm các tiều phần chính nhƣ: albumine, globulin, probalin
và glutelin, trong đó glutelin chiếm tới trên 80% lƣợng protein trong hạt
(Hyroyuki Kagawa, và cs.. 1988).
Thành phần các loại acid amine trong protein của hạt có vai trò quan trọng,
quyết định hàm lƣợng protein tổng số và chất lƣợng của các loại protein. Theo Vũ

Nguyễn Thị Thu Hương

- 22 -


Luận văn thạc sĩ khoa học
Tuyên Hoàng, 2005, thành phần acid amine trong bố mẹ và con cái là tƣơng tự nhau,
nhƣng có sự khác nhau về số lƣợng (%) của chúng chiếm trong chất khô và trong
protein. Điều này dẫn tới hàm lƣợng protein của chúng là khác nhau.

1.4. CHỈ THỊ PHÂN TỬ VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU VỀ DI
TRUYỀN HÀM LƢỢNG PROTEIN Ở LÚA
1.4.1. Chỉ thị phân tử
Phản ứng chuỗi polymerase đƣợc viết tắt là PCR (Polymerase Chain
Reaction) là tiến bộ kỹ thuật đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong những năm đầu của
thập niên 1990. Đây là phƣơng pháp nhân nhanh một đoạn ADN mới với sự tham
gia của các thành phần chính gồm: ADN khuôn, dNTP, mồi, enzyme polymerase
tổng hợp ADN (Taq), MgCl2 và đệm PCR (PCR buffer). Kỹ thuật PCR hiện đã
đƣợc hoàn thiện tới mức tự động hóa trên cơ sở tìm ra enzyme tổng hợp ADN có
khả năng chịu nhiệt cao từ vi khuẩn Thermus aquaticus (Enzyme taq) và việc chế
tạo thành công máy chu kỳ nhiệt.
Kỹ thuật PCR đóng vai trò quan trọng trong việc nhân bản các đoạn ADN đích.
Do vậy, nó trở thành một khâu quan trọng nhiều kỹ thuật nghiên cứu phân tử mà đặc
biệt là trong kỹ thuật về chỉ thị phân tử. Số lƣợng chỉ thị phân tử phụ thuộc vào phản
ứng PCR ngày càng nhiều.
1.4.1.1 Chỉ thị RAPD
RAPD (Radom Amplified Polymorphic DNA) nghĩa là đa hình các đoạn ADN đƣợc
nhân bản ngẫu nhiên. RAPD là một kỹ thuật đƣợc xây dựng dựa trên kỹ thuật PCR,
với những mồi đƣợc thiết kế ngẫu nhiên có chiều dài khoảng 10 nucleotide (Williams
et al., 1990). Khi phản ứng diễn ra, các mồi RAPD gắn ngẫu nhiên vào khuôn ADN ở
bất kỳ vị trí nào mà có trình tự bổ sung với nó. Phản ứng sau đó xảy ra với sự tham gia
của enzim Taq, dNTP và các thành phần khác.
Về cơ bản chỉ thị RAPD là một chỉ thị trội nên không phân biệt đƣợc giữa
những cá thể đồng hợp tử và dị hợp tử trong quần thể F2. Tuy nhiên đây lại là một kỹ
thuật đơn giản, dễ thực hiện, không mất nhiều thời gian, ít tốn kém. Do vậy, kỹ thuật

Nguyễn Thị Thu Hương

- 23 -

Luận văn thạc sĩ khoa học
này đƣợc ứng dụng trong việc lập bản đồ di truyền, phân tích và xác định mối quan hệ
thân thuộc giữa các thứ cây trồng hay giữa các cá thể, nhằm phục vụ công tác lai tạo
hoặc phân loại. Chúng cũng đƣợc sử dụng nhƣ những chỉ thị phân tử để xác định những
gen kiểm soát hoặc có liên quan đến một tính trạng nào đó ở cây trồng. Ví dụ nhƣ tính
trạng chất lƣợng sợi ở cây bông, tính trạng kháng virus ở cà chua.
Hạn chế lớn nhất của kỹ thuật này đó là rất nhạy cảm với các yếu tố tham gia
phản ứng, đặc biệt là nhiệt độ gắn mồi. Để hạn chế nhƣợc điểm này cần phải tuân thủ
nghiêm ngặt các điều kiện thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm một cách đồng bộ
(Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2004, )
1.4.1.2. Chỉ thị AFLP
AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) nghĩa là đa hình chiều dài
các đoạn ADN đƣợc nhân bản chọn lọc. Kỹ thuật AFLP là sự kết hợp giữa sử dụng
enzym giới hạn với khuếch đại PCR và phát hiện đa hình. AFLP đƣợc phát minh bởi
Zabeau và Vos (1993)
Về nguyên tắc của kỹ thuật: đầu tiên ADN tổng số đƣợc cắt đồng thời bởi hai loại
enzym giới hạn thƣờng là MseI (enzym nhận biết 6 nucleotit) và EcoRI (enzym nhận biết 4
nucleotit). Khi xử lý với enzim giới hạn, ADN bị cắt thành vô số mảnh có kích thƣớc khác
nhau, mỗi mảnh đều biết trƣớc trình tự nucleotit ở hai đầu cắt. Tiếp đó dựa vào trình tự ở đầu
cắt, thiết kế các đoạn gắn (adapter) và gắn chúng vào mỗi đầu. Cuối cùng dựa vào trình tự
adapter để thiết kế mồi PCR. Mồi đƣợc thiết kế gồm hai phần: một phần có trình tự bổ sung
với adapter và phần kia là những nucleotit đƣợc gắn thêm vào tuỳ ý (thông thƣờng từ 1 đến 3
nucleotit). Với mồi thiết kế nhƣ vậy thì chỉ có những đoạn ADN có trình tự ở hai đầu bổ sung
với trình tự mồi mới đƣợc nhân lên.
Kỹ thuật AFLP đã kết hợp đƣợc đặc điểm của RFLP và RAPD nên có nhiều ƣu điểm
nhƣ: đơn giản, ổn định, khả năng ứng dụng rộng do có thể chủ động trong việc thiết kế mồi.
AFLP cũng đƣợc đánh giá là nhanh và hiệu quả trong việc xác định tính đa dạng ở cây trồng,
tách dòng và lập bản đồ phân tử. Tuy nhiên, AFLP là chỉ thị trội và vị trí nhiễm sắc thể của
chúng chƣa xác định, do đó không nên dùng để lập bản đồ gen các quần thể F2. Trong

Nguyễn Thị Thu Hương

- 24 -