Tải bản đầy đủ (.docx) (97 trang)

(Luận văn thạc sĩ) đánh giá đặc điểm sinh trưởng, năng suất và hàm lượng anthocyanin của một số dòng lúa đen mới chọn tạo

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.2 MB, 97 trang )

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ĐÀO THỊ NHƯ QUỲNH

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG, NĂNG
SUẤT VÀ HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN CỦA
MỘT SỐ DỊNG LÚA ĐEN MỚI CHỌN TẠO

Ngành:

Cơng nghệ sinh học

Mã số:

60 42 02 01

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phan Hữu Tơn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NƠNG NGHIỆP - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, các số liệu và kết quả nghiên cứu trình bày trong khóa luận
tốt nghiệp là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ bất kỳ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận tốt nghiệp này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, Ngày 31 tháng 10 năm 2017

Tác giả luận văn


Đào Thị Như Quỳnh

i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành báo cáo tốt nghiệp này, ngồi sự nỗ lực phấn
đấu của bản thân, tơi cịn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, hướng dẫn
tận tình của các cá nhân, tập thể và đơn vị khác.
Nhân dịp hồn thành luận văn cho phép tơi được bày tỏ lịng kính
trọng và biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Phan Hữu Tôn (người hướng dẫn khoa
học) và thầy giáo ThS. Nguyễn Quốc Trung đã dành nhiều thời gian, tâm
huyết chỉ bảo, giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện đề tài.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban quản lý đào tạo,
thầy giáo, cô giáo và các cán bộ Bộ môn Sinh học phân tửvà CNSH ứng dụng-Khoa
Công nghệ sinh học-Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trung tâm nghiên cứu cây trồng
Việt Nam-Nhật Bản đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.

Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong trường Học
viện Nơng nghiệp Việt Nam đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt 2 năm học qua.

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên (Tống Thị Khánh
Dương-K58CHSNB; Phan Thị Kiều Anh-K58CNSHE) nhóm nghiên cứu
khoa học bộ môn sinh phân tửvà CNSH ứng dụngđã tham gia giúp đỡ tơi
rất nhiều trong q trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới những người thân trong
gia đình và tồn thể bạn bè đã ln ở bên, chăm sóc, động viên, giúp đỡ
tơi trong suốt thời gian thực hiện luận văn Thạc sĩ này.
Hà Nội, Ngày 31 tháng 10 năm 2017


Tác giả luận văn

Đào Thị Như Quỳnh

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan................................................................................................................................... i
Lời cảm ơn....................................................................................................................................... ii
Mục lục.............................................................................................................................................. iii
Danh mục chữ viết tắt................................................................................................................ v
Danh mục bảng............................................................................................................................. vi
Danh mục đồ thị, hình, sơ đồ, ảnh................................................................................... vii
Trích yếu luận văn....................................................................................................................... ix
Thesis abstract............................................................................................................................... x
Phần 1. Mở đầu.............................................................................................................................. 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................ 1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................... 2

1.3.

Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................... 2

1.4.


Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn............2

Phần 2. Tổng quan tài liệu....................................................................................................... 3
2.1.

Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cây lúa......................................... 3

2.1.1.

Giới thiệu cây lúa.......................................................................................................... 3

2.1.2.

Cây lúa đen....................................................................................................................... 7

2.1.3.

Các giai đoạn phát triển............................................................................................ 8

2.1.4.

Năng suất và các yếu tố ảnh hưởng tới năng suất.................................... 9

2.2.

Anthocyanin.................................................................................................................. 11

2.2.1.


Cấu tạo hạt lúa............................................................................................................. 11

2.2.2.

Giới thiệu chung về anthocyanin...................................................................... 12

2.2.3.

Cấu trúc hóa học của anthocyanin................................................................... 13

2.2.4.

Tính chất của anthocyanin.................................................................................... 14

2.2.5.

Sự tổng hợp anthocyain ở gạo........................................................................... 16

2.2.6.

Vai trò của anthocyanin.......................................................................................... 19

2.2.7.

Sự phân bố của anthocyanin............................................................................... 22

2.3.

Cơ sở di truyền của q trình tổng hợp anthocyanin........................... 24


2.4.

Cơng tác chọn tạo giống lúa đen....................................................................... 27

2.4.1.

Tình hình chọn tạo giống lúa đen ở thế giới và Việt Nam....................27

iii


Phấn 3. Vật liệu và phương pháp...................................................................................... 31
3.1.

Vật liệu, hóa chất, và trang thiết bị nghiên cứu......................................... 31

3.1.1.

Vật liệu nghiên cứu................................................................................................... 31

3.2.

Thời gian và địa điểm nghiên cứu.................................................................... 32

3.2.1.

Thời gian......................................................................................................................... 32

3.2.2.


Địa điểm........................................................................................................................... 32

3.3.

Nội dung nghiên cứu............................................................................................... 32

3.4.

Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 32

3.4.1.

Thí nghiệm ngồi đồng ruộng............................................................................. 32

3.4.2.

Đánh giá các đặc điểm nông sinh học và đo năng suất....................... 33

3.4.3.

Phương pháp đo anthocyanin............................................................................ 35

3.4.4.

Phương pháp xác định gen Rc và Rd............................................................. 35

3.4.5.

Phương pháp đo mức độ chống oxy hóa.................................................... 37


Phần 4. Kết quả và thảo luận................................................................................................ 40
4.1.

Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học................................................... 40

4.2.

Kết quả đánh giá năng suất.................................................................................. 43

4.3.

Kết quả xác định hàm lượng anthocyanin................................................... 48

4.3.1.

Màu sắc thân, lá, vỏ, hạt lúa................................................................................. 48

4.3.2.

Kết quả đánh giá hàm lượng anthocyanin................................................... 51

4.4.

Kết quả xác định gen Rc và gen Rd................................................................. 58

4.4.1.

Kết quả xác định gen Rc......................................................................................... 58

4.4.2.


Kết quả xác định gen Rd........................................................................................ 59

4.5.

Kết quả xác định khả năng chống oxi hóa................................................... 64

4.6.

Thảo luận........................................................................................................................ 68

Phần 5. Kết luận và kiến nghị.............................................................................................. 69
5.1.

Kết luận............................................................................................................................ 70

5.2.

Kiến nghị......................................................................................................................... 70

Tài liệu tham khảo...................................................................................................................... 71
Phụ lục.............................................................................................................................................. 75

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt


AC

Anthocyanin

bHLH

Basic helix-loop-helix

CT

Công thức

DFR

Dihydroflavonol-4-reductase

DNA

Deoxyribonucleic acid

DPPH

2,2 -diphenyl -1-picrylhydrazyl

MAS

Marker Assisted-Selection

PCR


Polymerase Chain Reaction

QTL

Quantitative trait loci

RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphism

SD

Standard Deviation- Độ lệch chuẩn

SSR

Simple Sequence Repeat

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Màu sắc anthocyanin trong các môi trường pH khác nhau.......15
Bảng 2.2. Các anthocyanin trong một số nguồn thực vật................................ 23
Bảng 2.3. Các gen lúa tham gia vào tổng hợp flavonoid................................... 24
Bảng 3.1. Danh sách 36 dòng/giống lúa nghiên cứu........................................... 31
Bảng 3.2. Trình tự primer PCR......................................................................................... 37
Bảng 3.3. Điều kiện nhiệt độ trong các chu kỳ PCR............................................. 37
Bảng 4.1. Các đặc điểm nông sinh học của các dòng........................................ 40

Bảng 4.2. Các yếu tố cấu thành nên năng suất...................................................... 43
Bảng 4.3. Năng suất của các dòng................................................................................ 47
Bảng 4.4. Các nhóm dịng phân theo màu sắc vỏ lụa......................................... 51
Bảng 4.5. Kết quả xác định hàm lượng anthocyanin trong 36 dịng lúa đen
52

Bảng 4.6. Nhóm mẫu giống phân theo hàm lượng anthocyanin (%)..........54
Bảng 4.7. Hàm lượng anthocyanin và màu sắc vỏ lụa của 36 dòng lúa đen
56

Bảng 4.8.

Bảng so sánh tương quan giữa sự có mặt của gen Rc với hàm lượng

anthocyanin.......................................................................................................... 60
Bảng 4.9. Phần trăm loại bỏ DPPH 10 dòng lúa đen............................................ 65
Bảng 4.10. Giá trị IC50 ở 10 mẫu AC lúa đen............................................................... 66

vi


DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH, SƠ ĐỒ, ẢNH
Hình 2.1.

Mơ hình cây lúa..................................................................................................... 3

Hình 2.2.

Hình dạng của các hạt thóc............................................................................ 5


Hình 2.3.

Cánh đồng lúa nếp than Yên Bái - Hà Giang......................................... 8

Hình 2.4.

Sơ đồ phát triển cây lúa................................................................................... 8

Hình 2.5.

Cấu tạo hạt lúa.................................................................................................... 11

Hình 2.6.

Hình Cấu tạo vỏ trấu........................................................................................ 12

Hình 2.7.

Cấu trúc cơ bản của anthocyanidin của anthocyanin ..................13

Hình 2.8.

Thay đổi về cấu trúc, màu sắc anthocyanin

trong mơi trường

pH

khác nhau.............................................................................................................. 15
Hình 2.9.


Con đường sinh tổng hợp anthocyanin............................................... 17

Hình 2.10. Sự tạo phức giữa cyanidin và DNA......................................................... 20
Hình 2.11. Kiểu hình và bản đồ chi tiết của Rc......................................................... 25
Hình 2.12. Sơ đồ mơ tả vị trí tương đối và các marker DNA trên locus Rc trên
nhiễm sắc thể số 7............................................................................................ 26
Hình 2.13. Gạo đen Trung Quốc........................................................................................ 27
Hình 2.14. Kết quả của phép lai giữa giống Koshihikari với giống Hong Xie
Nuo............................................................................................................................ 28
Hình 2.15. Giống Nếp cẩm mới ĐH6............................................................................... 30
Hình 3.1.

Phản ứng trung hịa DPHH........................................................................... 38

Hình 4.1.

Biểu đồ thể hiện ngày trỗ của các dịng............................................... 41

Hình 4.2.

Biểu đồ thể hiện chiều cao cây cuối cùng các dịng..................... 41

Hình 4.3.

Biểu đồ thể hiện chiều dài lá địng của các dịng............................ 42

Hình 4.4.

Biểu đồ thể hiện chiều rộng lá địng của các dịng........................ 42


Hình 4.5.

Biểu đồ thể hiện tổng số hạt/bơng của các dịng............................ 44

Hình 4.6.

Biểu đồ thể hiện chiều dài bơng lúa của các dịng.........................45

Hình 4.7.

Biểu đồ thể hiện tỉ lệ hạt chắc/bông (%) của các dịng................45

Hình 4.8.

Biều đồ thể hiện khối lượng 1000 hạt (g) của các dịng..............45

Hình 4.9.

Biểu đồ thể hiện năng suất của các dịng............................................ 48

Hình 4.10. Cây lúa đen có gốc tím đen, thân và lá màu xanh........................... 49

vii


Hình 4.11. Sự khác biệt về màu sắc hạt lúa của các dịng khác nhau........49
Hình 4.12. Màu sắc vỏ trấu của 36 dịng lúa đen..................................................... 49
Hình 4.13. Màu sắc vỏ lụa của 36 dịng lúa đen....................................................... 50
Hình 4.14. Hàm lượng anthocyanin 36 dịng lúa đen.......................................... 53

Hình 4.15. Hình ảnh 2 dịng có hàm lượng athocyanin cao nhất...................54
Hình 4.16. Hình ảnh 2 dịng có hàm lượng anthocyanin thấp nhất..............54
Hình 4.17. Hình ảnh 5 dịng khơng đo được hàm lượng anthocyanin........55
Hình 4.18. Mẫu phân tích BR14, BR17, BR11, BR15, BR26, BR29, BR27,
BR3 và BR4 để đo quang phổ.................................................................... 55
Hình 4.19. Kết quả điện di sản phẩm PCR của 36 mẫu dòng với mồi qPC7
58

Hình 4.20. Sơ đồ biểu diễn của các locus trong

tổng hợp pro-

anthocyanidin

trong hạt gạo....................................................................................................... 59
Hình 4.21. Kết quả điện di sản phẩm PCR của 36 mẫu dòng với mồi RM11292.60
Hình 4.22. Hình ảnh dịch chiết AC thu được từ 10 dịng.................................... 65
Hình 4.23. DPPH sau khi ủ 30 phút trong bóng tối................................................. 65
Hình 4.24. Biểu đồ thể hiện khả năng loại bỏ gốc tự do của 10 mẫu AC...66

viii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Đào Thị Như Quỳnh
Tên Luận văn: Đánh giá đặc điểm sinh trưởng, năng suất và hàm lượng
anthocyanin của một số dòng lúa đen mới chọn tạo.
Ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 60 42 02 01


Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Đề tài nhằm chọn lọc được những dịng lúa đen mới có năng suất và hàm lượng
anthocyanin cao từ 36 dòng lúa đen mới chọn tạo tại Trung tâm nghiên cứu cây trồng
Việt Nam và Nhật Bản (CIPR); nhằm phát triển ra sản xuất các giống lúa có giá trị dược
liệu. Gạo đen là loại gạo có hàm lượng dinh dưỡng cao: protein, chất béo, caroten, axit
amin, anthocyanin và các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể. Anthocyanin là chất
có khả năng kháng oxy hóa cao và có hàm lượng cao trong lúa đen, ngồi ra có lợi cho
sức khỏe của con người và ngăn ngừa một số bệnh nguy hiểm.

Phương pháp nghiên cứu
Để tiến hành đề tài ta thực hiện các thí nghiệm sử dụng phương pháp
bố trí thí nghiệm để đánh giá năng suất và các chỉ tiêu nông sinh học thu
được. Tiếp tục xác định hàm lượng anthocyanin của 36 mẫu gạo đen dựa
theo Yang et al. (2009). Đồng thời thực hiện các nghiên cứu di truyền phân tử
để phân tích di truyền các gen tham gia quá trình tổng hợp anthocyanin.

Kết quả chính và kết luận
Kết quả thu được các dịng lúa đen có hàm lượng anthocyanin cao nhất: BR14,
BR17, BR30, BR6, BR35, BR8, BR1, BR5, trong đó năng suất thực thu của 4 dòng khá
cao: BR6 (6,05 tấn/ha), BR8 (8,67 tấn/ha), BR1 (4,43 tấn/ha), BR17 (4,51 tấn/ha). Kết
quả xác định gen bằng chỉ thị phân tử đã xác định được 14 dòng mang gen Rc, 14
dòng mang gen Rd và 17 dịng khơng mang gen Rc và Rd. Kết hợp việc thực hiện
đánh giá khả năng chống oxi hóa bằng DPPH của 10 dịng điển hình kết quả cuối
cùng thu được dịng BR6 và BR8 có năng suất, hàm lượng anthocyanin và hoạt tính
chống oxi hóa cao có thể ứng dụng vào trong sản xuất. Các số liệu thu được trong
nghiên cứu này cung cấp những thông tin quan trọng cho việc chọn lọc giống lúa
dược liệu đặc sản và chất lượng áp dụng vào sản xuất.


Từ khóa: lúa đen, hàm lượng anthocyanin, chống oxi hóa, năng suất,
nơng sinh học.

ix


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Dao Thi Nhu Quynh
Thesis title:Characterization of growth, productivity and anthocyanin
content of some new selected black rice lines.
Major: Biotechnology

Code:60 42 02 01

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture
(VNUA) Research Objectives
The goal of our research is to select the new black rice lines with high
productivity and anthocyanin content from 36 new black rice lines at Center
of International Plant Research Vietnam and Japan; to develop new lines with
medical value. Black rice is rich in nutritions such as protein, lipid, caroten,
amino acid, anthocyanin and essential micro-elements which are good for
health. Anthocyanin is highly antioxidant and high content in black rice,
which is beneficial to human health and prevent some serious diseases.

Materials and Methods
In our reserch, we have performed experiments to evaluate productivity and
agro-biological traits. Then, total anthocyanin extraction of 36 samples of black rice
lines was estimated according to Yang et al., 2009. We also conducted experiments
using molecular tools to screen genes involving in anthocyanin biosynthesis.


Main findings and conclusions
As the results, we have obtained some lines with highest anthocyanin
content such as BR14, BR17, BR30, BR6, BR35, BR8, BR1 and BR5. Some of
them have relatively high harvesting productivity such as BR6 (6.05 tons/ha),
BR8 (8.67 tons/ha), BR1 (4.43 tons/ha) and BR17 (4.51 tons/ha). Using molecular
markers we have identified 14 lines containing Rc gen, 14 lines containing Rd
gene and 17 lines not containing Rc and Rd gene. To evaluating antioxidant
ability of 10 typical obtained lines using DPPH as oxidant chemical, we have
selected 2 lines with high productivity, anthocyanin content and antioxidant are
BR6 and BR8 that are potential for commercial production.

Key words: black rice,
productivity, agro-biological traits.

anthocyanin

x

content,

antioxidant,


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Lúa gạo không những được sử dụng như một loại lương thực chính trong
bữa ăn hằng ngày mà cịn được coi như một loại dược liệu quý. Nó được sử dụng
dụng như một loại thực phẩm chức năng do trong gạo có nhiều chất dinh dưỡng
cao: chất khống đa lượng, vi lượng, chất xơ cao và một số loại vitamin, axit amin
cần thiết cho sức khỏe con người, đặc biệt là anthocyanin – chất chống oxy hóa, có

tiềm năng chống lại bệnh ung thư, tim mạch và nhiều bệnh khác.

Anthocyanin là chất có khả năng kháng oxy hóa cao và có hàm lượng cao
trong lúa đen, hiện nayđang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm
nghiên cứu và khai thác những đặc tính q. Anthocyanin thuộc nhóm hợp chất
flavonoid tan tốt trong dung mơi phân cực; anthocyanin cịn tham gia vào việc
tạo nên đa sắc màu cho hoa quả. Một số loại rau, quả, hạt có màu từ đỏ đến tím:
quả nho, quả dâu, bắp cải tím, lá tía tơ, đậu đen, quả cà tím, gạo nếp than, gạo
đỏ… đều thuộc họ màu phổ biến anthocyanin.Quá trình sinh tổng hợp
anthocyanin đòi hỏi vật liệu khởi đầu đi từ quá trình quang hợp, pH tối thích của
enzyme tham gia vào con đường tổng hợp flavonoid là pH trung tính. Hai nhóm
nghiên cứu Furukawa et al., (2007); Sweeney et al. (2006) đồng thời xác định
được gen Rc nằm trên NST số 7 mã hóa cho protein bHLH tham gia tổng hợp
anthocyanin. Với khả năng chống oxi hóa cao, anthocyanin được dùng để chống
lão hóa, chống viêm, chống tia phóng xạ, hạn chế sự phát triển của các tế bào
ung thư; điều này mở ra triển vọng về sản xuất các thực phẩm chức năng.

Việt Nam là nước có nguồn gen đa dạng, nhiều giống lúa đen
hay lúa cẩm đã được sử dụng từ lâu đời từ các địa phương khác
nhau. Các sản phẩm từ lúa đen có thể được sử dụng tùy từng mục
đích khác nhau trong đời sống như : nấu chè, nấu xôi, nấu rượu.
Việc khai thác nguồn gen lúa đen ở Việt Nam mới chỉ được
quan tâm ở các sản phẩm chế biến. Trong khi các nghiên cứu chọn
tạo giống thì ít được đề cập tới.Nghiên cứu của Nguyễn Quốc Trung
và cs. (2016): “Nghiên cứu ứng dụng của DNA Marker phát hiện gen
Rc tổng hợp Anthocyanin ở lúa cẩm”. Kết quả của đề tài nhằm phục
vụ công tác bảo tồn và chọn tạo giống lúa cẩm bằng DNA marker.
Các nghiên cứu trước đây không đề cập đến công tác chọn tạo giống dựa

1



trên hàm lượng anthocyanin của các dịng, chính vì vậy việc thực hiện đề
tài “Đánh giá đặc điểm sinh trưởng, năng suất và hàm lượng anthocyanin
của một số dòng lúa đen mới chọn tạo” sẽ tuyển chọn được các dòng lúa
đen mới dựa trên năng suất, hàm lượng anthocyanin và khả năng chống
oxi hóa cao để đưa vào sản xuất các giống lúa thảo dược.

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Chọn lọc được dịng lúa đen mới có năng suất và hàm lượng anthocyanin cao.

1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đánh giá đặc điểm nơng sinh học, năng suất của 36 dịng lúa đen
được tiến hành tại khu ruộng thử nghiệm – Trung tâm nghiên cứu giống
cây trồng Việt Nam và Nhật Bản (CIPR), Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

Xác định hàm lượng anthocyanin của 36 dịng lúa đen, khả
năng chống oxi hóa của một số dịng điển hình, được tiến hành tại
phịng thí nghiệm chọn giống- Trung tâm nghiên cứu giống cây
trồng Việt Nam và Nhật Bản (CIPR), Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Thời gian nghiên cứu từ tháng 01 đến tháng 10 năm 2017.
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA
THỰC TIỄN
Đóng góp mới: đánh giá đặc điểm nông sinh học, hàm lượng
anthocyanin để xác định tiềm năng ứng dụng trong sản xuất.
Ý

nghĩa khoa học: xác định được đặc điểm nông sinh học, hàm

lượng anthocyanin, kiểu gen Rc, Rd và khả năng chống oxi hóa của

nguồn vật liệu nghiên cứu là 36 dịng lúa đen mới chính là cơ sở khoa
học để chọn lọc được giống lúa đen mới có giá trị dược liệu.

Ý
nghĩa thực tiễn: chọn lọc được một số dịng lúa đen có
năng suất, hàm lượng anthocyanin và khả năng chống oxi hóa cao,
góp phần vào công tác chọn tạo giống lúa đen ở Việt Nam.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.ĐẶC ĐIỂM SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÂY LÚA
2.1.1. Giới thiệu cây lúa
2.1.1.1. Giới thiệu chung
Họ (Family) : Poaceae/Gramieae (Hòa thảo)
Phân họ (Subfamily) : Oryzoideae
Tộc (Tribe) : Oryzeae
Chi (Genus)

: Oryza

Loài (Species) : Oryza sativar L.

Hình 2.1. Mơ hình cây lúa
Cây lúa thích hợp sinh trưởng ở nơi đầmlầy, khí hậu nhiệt đới chị
ảnh hưởng của gió mùa. 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 2000mét trên mặt nước biển.
Trên thế giới có 20 lồi lúa hoang sống rải rác trên thế giới và 2 loại lúa canh

tác. Các nhà khoa học công nhận rằng cây lúa được thuần hóa từ cây lúa hoang dại.
Cây lúa trồng ngày nay do sự tiến hóa liên tục của cây lúa dại dưới sự tác động của
con người và thiên nhiên qua nhiều thiên nhiên kỷ. Dưới tác động

3


của môi trường khắc nghiệt như khô hạn hoặc nhiệt độ thay đổi quá lớn
hàng năm, một số giống lúa dại cổ đã tiến hóa dần để thích nghi với điều
kiện phong thổ địa phương. Hiện nay có hai loại lúa đã được thuần hóa là
lúa Châu Á(Oryza sativa L.) và lúa Châu Phi(Oryza glaberrima Steud). Cây
lúa hiện tại 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. Giống 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.

2.1.1.2. Phân loại
* Theo điều kiện sinh thái
Kato (1930) chia lúa trồng thành 2 nhóm lớn là Japonica (lúa
cánh) và Idica (lúa tiên).
Lúa tiên: cây cao, lá nhỏ màu xanh nhạt, bơng xịe, hạt dài, vỏ trấu mỏng.

Gạo cho cơm khô và nở nhiều. Cây phân bố các vùng vĩ độ thấp như Ấn Độ,

Nam Trung Quốc, Việt Nam, Indonexia. Cây có năng suất khơng cao.
Lúa cánh: cây thấp, lá to màu xanh đậm, bông chụm, hạt ngắn,
vỏ trấu dày. Gạo cho cơm dẻo và ít nở. Cây phân bố ở các vùng vĩ độ
cao như Nhật Bản, Triều Tiên, Bắc Trung Quốc và một số nước Châu
Âu. Lúa cánh thích nghi với điều kiện thâm canh và cho năng suất cao.


* Theo thời gian sinh trưởng
Ở Việt Nam thì chia thành lúa chim và lúa mùa.
Các giống lúa lai ngắn ngày được lai tạo hay nhập khẩu để trồng tăng
vụ, trái vụ, và tăng năng suất lúa. Các giống này phản ứng trung tính với ánh
sáng nên trồng rộng rãi vào các vụ xuân, hè thu, đông xuân ở Nam Bộ.

* Theo điều kiện tưới và gieo cấy
Quá trình thuần hóa cây lúa diễn ra trong thời gian dài, cây lúa thích
nghi dần từ mơi trường nước lên môi trường cạn. Lúa cạn là lúa trồng tại
các vùng đồi nương, khơng cần nước trên mặt đất. Lúa có thể chịu nước
sâu với mức ngập nước là 1m và cả giống lúa nổi chịu ngập đến 3-4m.

*Theo cấu tạo hạt
- Theo thành phần hóa học

4


Lúa nếp có thành phần tinh bột chủ yếu là amylopectine (98%).

Lúa tẻ có tỷ lệ amylose từ 13 – 35%.
- Theo hình dạng hạt thóc
Hạt rất dài : Chiều dài hạt trên 7,5 mm.
Hạt dài : Chiều dài hạt từ 6,6 mm – 7,5 mm.
Hạt trung bình : Chiều dài hạt từ 5,5 mm – 6,5 mm.
Hạt ngắn : Chiều dài hạt ngắn hơn 5,5 mm.

Hình 2.2. Hình dạng của các hạt thóc
Nguồn: Nguyễn Bảo Hiệp và cs. (2013)


2.1.1.3. Vai trò
Lúa gạo trong nền kinh tế thế giới
Theo đà phát triển của sức sản xuất và phân công lao động quốc tế, nhu cầu
của con người ngày càng phong phú, đa dạng. Tuy nhiên, nhu cầu về ăn và mặc vẫn
là nhu cầu cần thiết hơn cả, trong đó nhu cầu về ăn uống lại đóng vai trị số một
trong đời sống hàng ngày. Bởi vậy, lương thực trở thành yếu tố được chú trọng
hàng đầu. Thực tế trong nhiều thập kỷ qua, thế giới luôn quan tâm, lo lắng đến vấn
đề lương thực như một đề tài thời sự cấp bách. Nhiều sách báo, nhiều tổ

5


chức và cá nhân, nhiều cuộc hội thảo quốc gia và quốc tế thường xuyên đề cập
đến chương trình an ninh lương thực quốc gia và toàn cầu. Lương thực luôn là
mối quan tâm lớn của cả nhân loại, do nguy cơ nạn đói nghiêm trọng đang đe
dọa nhiều dân tộc. Do đó, Hội nghị Dinh dưỡng Quốc tế đã đi đến kết luận rằng:
giải quyết kịp thời vấn đề lương thực là trung tâm của mọi cố gắng hiện nay để
phát triển kinh tế xã hội. Theo thống kê nông nghiệp của FAO, các loại cây lương
thực được sản xuất và tiêu thụ trên thế giới bao gồm trước hết là 5 loại cụ thể:
lúa gạo, lúa mì, ngơ, lúa mạch và kê… Trong đó lúa gạo và lúa mì là 2 loại được
sản xuất và tiêu dùng nhiều nhất. Tuy sản lượng lúa gạo thấp hơn lúa mì một
chút, nhưng căn cứ vào tỷ lệ hư hao trong khâu thu hoạch, lưu thông và chế
biến, căn cứ vào giá trị dinh dưỡng của mỗi loại, riêng lúa gạo đang nuôi sống
hơn một nửa dân số trên thế giới. Gần nửa dân số còn lại được đảm bảo bằng
lúa mì và các loại lương thực khác.

Điều này chỉ rõ vị trí của lúa gạo trong cơ cấu lương thực thế
giới và trong đời sống kinh tế quốc tế.
Vị trí của lúa gạo trong nền kinh tế nước Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước có nghề truyền thống trồng

lúa nước cổ xưa nhất thế giới. Nông nghiệp trồng lúa vừa đảm bảo an
ninh lương thực quốc gia, vừa là cơ sở kinh tế sống còn của đất nước.
Lĩnh vực nông nghiệp trồng lúa thu hút đại bộ phận lực lượng lao
động cả nước, đóng vai trị rất lớn trong nền kinh tế quốc dân.
Bên cạnh đó, ưu thế lớn của nghề trồng lúa còn thể hiện rõ ở diện
tích canh tác trong tổng diện tích đất nơng nghiệp cũng như tổng diện
tích trồng cây lương thực. Ngành trồng trọt chiếm 4/5 diện tích đất canh
tác trong khi đó lúa giữ vị trí độc tơn, gần 85% diện tích lương thực.
Xuất phát từ thực tiễn đó, Đảng và Nhà nước ta ln nhấn mạnh vị trí của
lúa gạo Việt Nam: lúa gạo đóng vai trị quyết định vấn đề cung cấp lương thực
cho cả nước và chi phối sâu sắc sự phát triển kinh tế quốc dân. Từ đó, Chính
phủ đã đề ra các chính sách phát triển nơng nghiệp nói chung và lúa gạo nói
riêng, như: chính sách đầu tư vật chất kỹ thuật thích đáng về thuỷ lợi, giống lúa,
thâm canh, quảng canh lúa qua từng thời kỳ. Lúa gạo đã được đưa vào 2 trong 3
chương trình kinh tế lớn của quốc gia (như văn kiện Đại hội Đảng tồn quốc
tháng 12/1986 đã nêu). Nhờ đó, từ năm 1989 đến nay kim ngạch xuất khẩu gạo

6


đã không ngừng tăng, mang lại nguồn thu ngoại tệ lớn góp phần khơng nhỏ
cho cơng cuộc đổi mới và xây dựng đất nước. Cũng do thực hiện thực hiện
chương trình lương thực, Việt Nam đã biến từ nước nhập lương thực hàng
năm khoảng 1 triệu tấn thành nước xuất khẩu hơn 5 triệu tấn gạo hàng năm.

2.1.2. Cây lúa đen
Phần lớn các loại lúa đều có đặc điểm hình thái lá xanh, hạt trắng. Tuy
nhiên có một số giống có thân tím, lá tím, hạt tím, hạt đỏ hoặc hạt đen như ở
lúa nếp đen và tẻ đen.Gạo nếp đen và tẻ đen còn gọi là bổ huyết mễ vì gạo
nếp đen có giá trị dinh dưỡng cao. So với các loại gạo khác thì hàm lượng

protein trong gạo nếp đen cao hơn 6,8%, chất béo cao 20%, ngoài ra trong
gạo nếp đen còn carotin, 8 loại acid amin và các nguyên tố vi lượng cần thiết
cho cơ thể. Lượng chất sắt trong gạo nếp đen rất cao. Ăn gạo nếp đen
thường xun có thể phịng trị bệnh thiếu máu do thiếu chất sắt. Phụ nữ có
thai hoặc đang trong thời gian cho con bú nếu ăn nhiều gạo nếp đen sẽ rất
bổ máu, lợi sữa...Ngoài ra ăn gạo nếp đen kết hợp với một số thức ăn như
rau xanh, hoa quả, thịt nạc sẽ có thể tăng sự hấp thu sắt cho cơ thể.

Gạo nếp đen có thể nấu thành cơm xôi hoặc dùng nấu rượu, ủ
rượu nếp cũng là một bài thuốc quý bổ máu huyết, trừ giun sán,
kích thích tiêu hóa...Ngồi những món ăn truyền thống, thì hiện nay
các loại thực phẩm được chế biến từ gạo nếp đen cũng khá đa dạng
như: sữa chua nếp cẩm, bánh chưng nếp đen, bánh ít nếp đen…


Việt Nam, lúa nếp chiếm khoảng 10,9% sản lượng lúa (Báo cáo tình

hình hoạt động tháng 12 năm 2013). Lúa đen (hay lúa cẩm) là giống lúa cổ
truyền của Việt Nam, là giống lúa phản ứng với ánh sáng ngày ngắn nên chỉ
trồng được một vụ trong năm và được trồng chủ yếu ở vùng núi Tây bắc
như: Hồ Bình, Sơn La, rải rác ở các vùng khác như: Phú Thọ, Ninh Bình và
vùng Đồng bằng sơng Cửu Long với 2 tính Long An và Cần Thơ. Nếp than là
giống lúa quang cảm được trồng nhiều ở miền Tây Nam Bộ vùng Đồng Bằng
Sơng Cửu Long. Nếp than có tên khoa học là Oryza sativa L. Glutinosa
Tanaka. Về mặt phân loại thực vật, cây lúa thc họ Gramineae (hịa thảo),
tộc Oryzeae, chi Oryza. (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Tuy nhiên, giống lúa này có
năng suất thấp và chỉ trồng duy nhất một mùa trong năm nên chưa đáp ứng
được nhu cầu xã hội ngày càng cao hiện nay.

7



Hình 2.3. Cánh đồng lúa nếp than Yên Bái- Hà
Giang 2.1.3. Các giai đoạn phát triển

Hình 2.4. Sơ đồ phát triển cây lúa
Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng: tính từ lúc hạt thóc nảy mầm
đến khi bắt đầu vào giai đoạn phân hóa hoa lúa (trên thực tế người
ta tính từ gieo mạ, cấy lúa, cây lúa đẻ nhánh đến số nhánh tối đa).
Thời kỳ sinh trưởng sinh thực: tính từ lúc bắt đầu phân hóa hoa lúa
đến lúc lúa trỗ bơng và thụ tinh (bao gồm từ: làm địng – phân hóa địng, đến
trỗ bơng – bơng lúa thốt hết ra khỏi đòng, nở hoa, tung phấn, thụ tinh).
Thời kỳ chín: sau khi thụ tinh bơng lúa bước vào thời kỳ chín, kết thúc
thời kỳ này là bơng lúa chín hồn tồn, sau đó tiến hành thu hoạch hạt thóc.

8


Theo hướng dẫn của IRRI (2013), quá trình sinh trưởng của
cây lúa được chia thành 9 giai đoạn như sau:
Giai đoạn nảy mầm.
Giai đoạn mạ.
Giai đoạn đẻ nhánh.
Giai đoạn vươn lóng.
Giai đoạn làm địng.
Giai đoạn trỗ bơng.
Giai đoạn chín sữa.
Giai đoạn vào chắc.
Giai đoạn chín.
2.1.4. Năng suất và các yếu tố ảnh hưởng tới năng suất

2.1.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới năng suất
Nước
Nước là thành phần chủ yếu của cây lúa.
Cây lúa sống trong ruộng nước, là cây cần và ưa nước điển hình nên từ “lúa
nước” bao giờ cũng gắn liền với cây lúa. Ở nước ta đại bộ phận ruộng lúa đều ngập
nước, tuy nhiên cũng có giống lúa có khả năng chịu hạn, sinh trưởng hồn tồn phụ
thuộc vào lượng nước trời, nhưng năng suất khơng cao bằng lúa nước.

Nước là vật liệu thô tạo và vận chuyển thức ăn. Bên cạnh đó
lượng nước trong cây và nước ruộng lúa có vai trị điều hịa nhiệt
độ cho cây. Nước cũng góp phần làm cứng thân lúa giúp lúa đứng
thẳng, giúp thân không khô, lá không bị cuộn lại và rủ xuống.
Nhu cầu về nước qua các thời kỳ sinh trưởng phát triển của
cây lúa cũng khác nhau.
Nhiệt độ
Cây lúa xuất phát từ vùng nhiệt đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm
là điều kiện thuận lợi cho cây lúa phát triển. Lúa là loại cây ưa nóng, để
hồn thành chu kỳ sống, cây lúa cần một lượng nhiệt độ ổn định.
Trong quá trình sinh trưởng nếu nhiệt độ cao cây lúa nhanh đạt được tổng
nhiệt độ cần thiết thì sẽ ra hoa và chín sớm hơn, tức là rút ngắn thời gian sinh

9


trưởng. Nếu nhiệt độ thấp thì ngược lại.
Cây lúa cũng yêu cầu nhiệt độ khác nhau qua các thời kỳ
sinh trưởng. Ánh sáng
Cũng giống như yếu tố nhiệt độ, cây lúa có nguồn gốc nhiệt đới
nên ưa sáng và mẫn cảm với quang chu kỳ (độ dài ngày). Cường độ ánh
sáng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động quang hợp và năng suất lúa.


2.1.4.2. Năng suất
Mỗi giai đoạn phát triển của cây lúa đều liên quan mật thiết
đến yếu tố cấu thành năng suất.
Năng suất được quyết định bởi các yếu tố đó là số bơng trên
đơn vị diện tích, số hạt chắc trên bông và trọng lượng 1000 hạt và
được tính bằng cơng thức sau:
2

Năng suất lý thuyết (tấn/ha) = Số bơng/m ×
Tỷ lệ hạt
chắc/bơng × P1000(g) ×

= số khóm/

Số hạt/ bơng ×

× số nhánh hữu hiệu/khóm × Số

hạt/bơng × Tỷ lệ hạt chắc/bơng × P1000(g) ×

.

Trong đó :
1000 : là hệ số chuyển đổi từ P1000 hạt ra trọng lượng 1 hạt

100 : là hệ số chuyển đổi từ gram/

ra tấn/ha


P1000: Trọng lượng 1000 hạt tính bằng gram
Năng suất thực thu (tấn/ha): Gặt từng ơ thí nghiệm của 3 lần nhắc lại, phơi
khô đạt đến độ ẩm 14%, quạt sạch, sau đó tính năng suất (đơn vị tính tạ/ha) ( =

khối lượng của 1

lúa (g) ×

). Thu hoạch khi có khoảng 85 đến

90% số hạt trên bơng chín. Trước khi thu hoạch, mỗi giống lấy mẫu
10 khóm để đánh giá các chỉ tiêu trong phòng.
Hầu như mỗi một yếu tố cấu thành năng suất lúa đều liên quan đến
một giai đoạn phát triển cụ thể của cây lúa, mỗi một yếu tố đóng một vai trị
khác nhau nhưng đều nằm trong một hệ quả liên hoàn tạo nên hiệu suất cao
nhất mà trong đó các yếu tố đều có liên quan mật thiết với nhau. Như vậy
mỗi giai đoạn sinh trưởng, phát triển đều liên quan và tạo nên năng suất hạt
sau này. Vì vậy, chăm sóc, quản lý tốt ở tất cả các giai đoạn phát triển của
cây lúa là điều hết sức cần thiết để nâng cao hiệu suất và năng suất cây lúa.

10


2.2. ANTHOCYANIN
2.2.1. Cấu tạo hạt lúa
Hạt lúa là sản phẩm của cây lúa trong q trình sản xuất nơng
nghiệp, thường bao gồm những khâu chính như: làm đất, gieo hạt
giống, ươm mạ, cấy, chăm bón, gặt, tuốt…
Nhân của hạt lúa sau khi tách bỏ vỏ trấu và cám được gọi là gạo.
Gạo là một sản phẩm lương thực và chứa nhiều chất dinh dưỡng.


Cấu tạo hạt lúa gồm có 3 phần
-

Vỏ (16%-27%)

-

Phôi (2%-2,5%)

-

Nội nhũ (92%)
Tỷ lệ này không cố định mà thay đổi tùy thuộc vào từng giống , phụ thuộc

vào điều kiện canh tác, thời tiết, thời điểm thu hoặch, độ chín của hạt…

Lúa thuộc nhóm hạt có vỏ trấu. Lớp vỏ trấu này giúp tăng
cường chức năng bảo vệ hạt của vỏ.

Hình 2.5. Cấu tạo hạt lúa
Theo Nguyễn Ngọc Đệ (2008) hạt lúa bao gồm các lớp
Vỏ trấu là vỏ ngoài cùng của hạt lúa bao bọc và chiếm 20%
khối lượng. Gốm 2 vỏ trấu ghép lại: trấu trên và trấu dưới. Ở gốc 2
vỏ trấu chỗ gắn vào đế hoa có mang 2 tiểu dĩnh.

11


Hình 2.6. Hình Cấu tạo vỏ trấu

Lớp cám bao phủ phía ngồi cùng hạt gạo là lớp vỏ mỏng có
màu hồng hoặc đỏ, chiếm từ 7-8% khối lượng, bên trong gồm những
tế bào diệp lục. Khi xay xát dù nhẹ, lớp này cũng bong hồn tồn thành
cám. Anthocyanin có trong lớp vỏ lụa(Kato and Ishikawa, 1921).

Lớp chứa đựng nhiều protein và lipid. Tùy theo mức độ xay
xát mà hạt gạo mất hồn tồn hay một phần.
Phơi của hạt: Nằm ở góc dưới hạt gạo, chỗ đính vào đế hoa, ở về
phía trấu lớn. Khi hạt này mầm thì phơi sẽ phát triển thành cây con, vì thế
trong phơi chứa rất nhiều các loại men (enzym), vitamin, chất khoáng,
protein, lipid… và hầu như khơng có tinh bột. Dù xay xát ở mức vừa phải
thì phơi cũng bị bong ra theo cám, làm cho hạt gạo bị khuyết một đầu.

Cuối cùng là hạt gạo bên trong chiếm 70% khối lượng còn lại.
2.2.2. Giới thiệu chung về anthocyanin
Anthocyanin là các sắc tố flavonoid tan được trong nước mà có màu từ
đỏ đến xanh lam, tùy vào độ pH. Chúng xuất hiện trong tất cá các mô của thực
vật bậc cao, tạo ra màu ở lá, thân, rễ, hoa, và quả, dù rằng không phải luôn ở

12


lượng đầy đủ để có thể dễ nhận thấy được. Anthocyanin thường dễ thấy nhất ở
cánh hoa, nơi mà chúng có thể chiếm khoảng 30% trọng lượng khơ của mơ. Chúng
cũng chịu trách nhiệm cho màu tím nhìn thấy được ở mặt dưới của các loài thực vật
nhiệt đới trong bóng mát chẳng hạn như Tradescantia zebrina; ở những thực vật
này, anthocyanin bắt lấy ánh sáng mà đã đi xuyên qua lá và phản xạ ngược lại về
phía vùng có chlorophyll, để tối đa hóa việc sử dụng ánh sáng có sẵn.

Thuật ngữ Anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, được kết hợp từ

anthos= hoa và Kyanos= xanh, về sau dùng để chỉ sắc tố thuộc nhóm
flavonoid có màu xanh, đỏ hoặc tím (Andersen and Øyvind M, 2001).

2.2.3. Cấu trúc hóa học của anthocyanin
Anthocyanin thuộc nhóm các hợp chất flavonoid, là hợp chất gốm có
gốc aglycon có màu (được gọi là anthocyanidin hay anthocyanidol) kết hợp
với các glucoside có gốc đường glucose, galactose… Anthocyanin tham gia
vào việc tạo nên đa sắc màu cho hoa quả. Đồng thời cùng với chất tạo màu
khác như clorophin, carotenoid để tạo cho hoa quả có cường độ màu khác
nhau tùy thuộc vào hàm lượng và số đồng phân của chúng.

Hình 2.7. Cấu trúc cơ bản của anthocyanidin của anthocyanin
Anthocyanin hòa tan trong nước còn anthocyanidin thì khơng tan trong nước.

Các anthocyanidin của anthocyanin khác nhau là do các gốc R khác nhau.

13


Anthocyanidin
Arantinidin
Cyanidin
Delphinidin
Europhinidin
Luteolinidin
Perlagonidin
Mavildin
Peonidin
Petunidin
Rosinidin


2.2.4. Tính chất của anthocyanin
Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hoặc vơ định hình là hợp chất khá
phân cực nên tan tốt trong dung mơi phân cực. Anthocyanin hịa tan tốt trong
nước và dung dịch bão hòa. Khi kết hợp với đường là cho phân tử anthocyanin
hòa tan hơn. Màu sắc anthocyanin thay đổi phụ thuộc nhiệt độ, các chất màu và
nhiều yếu tố khác… Khi tăng nhóm OH trong vịng benzene thì màu càng xanh
đậm. Mức độ methyl hóa các nhóm OH ở vịng benzene càng cao thì màu càng
đỏ. Nếu các nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với các gốc đường thì màu sắc
cũng sẽ thay đổi theo số lượng các gốc đường được đính vào ít hay nhiều
(Huỳnh Thị Thanh Tuyền và cs., 2011). Các anthocyanin cũng có thể tạo phức với
các ion kim loại cho các màu khác nhau như: muối kali cho phức màu đỏ máu,
muối canxi và magie cho phức màu xanh ve (Tăng Việt Trì và cs., 2013).

Màu sắc của anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH
môi trường. Thơng thường khi pH < 7 các anthocyanin có màu đỏ, khi
pH > 7 thì có màu xanh. Ở pH = 1 các anthocyanin thường ở dạng muối
oxonium màu cam đến đỏ, ở pH = 4 5 chúng có thể chuyển về dạng
bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu, ở pH = 7 8 lại về dạng
bazơ quinoidal anhydro màu xanh (Wright et al., 1998).

14


×