chọn tạo giống lúa hạt tròn theo hướng chất lượng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: Công Nghệ Giống Cây Trồng Tên đề tài: CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HẠT TRÒN THEO HƯỚNG CHẤT LƯỢNG CAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp Ngành: Công Nghệ Giống Cây Trồng

Tên đề tài:

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HẠT TRÒN THEO HƯỚNG CHẤT LƯỢNG CAO

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

PGs Ts VÕ CÔNG THÀNH NGUYỄN THỊ BÍCH VÂN

LỚP: TT11Z1A1

Cần Thơ, 10/2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN DI TRUYỀN GIỐNG NÔNG NGHIỆP

Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Khoa Học Cây Trồng – Chuyên ngành Công Nghệ Giống Cây Trồng với đề tài:

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HẠT TRÒN THEO HƯỚNG CHẤT LƯỢNG CAO

Do sinh viên Nguyễn Thị Bích Vân thực hiện và đề nạp

Kính trình lên Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Cán bộ hướng dẫn

PGs Ts Võ Công Thành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN DI TRUYỀN GIỐNG NÔNG NGHIỆP

Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp đã chấp nhận luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Khoa Học Cây Trồng – Chuyên ngành Công Nghệ Giống Cây Trồng với đề tài:

CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HẠT TRÒN THEO HƯỚNG CHẤT LƯỢNG CAO

Do sinh viên Nguyễn Thị Bích Vân thực hiện và báo cáo trước Hội đồng

Ý kiến của Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp:

Luận văn tốt nghiệp được đánh giá ở mức:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2014 Hội đồng

DUYỆT KHOA Trưởng Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Bích Vân

TIỂU SỬ BẢN THÂN

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ và tên: Nguyễn Thị Bích Vân Giới tính: Nữ

Nơi sinh: Ấp 3, xã Lương Tâm, huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

Họ tên Cha: Nguyễn Văn Còn

Họ tên Mẹ: Nguyễn Thị Hiệp

Địa chỉ thường trú: Ấp 3, xã Lương Tâm, huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

Điện thoại: 0973017652

E-mail: van113220@student.ctu.edu.vn

II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

1 Tiểu học

Thời gian đào tạo: từ năm 1999 đến năm 2004

Trường: Tiểu học Lương Tâm 1

Địa chỉ: Ấp 3, xã Lương Tâm, huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

2 Trung học cơ sở

Thời gian đào tạo: từ năm 2004 đến năm 2008

Trường: Trung học cơ sở Lương Tâm

Địa chỉ: Ấp 3, xã Lương Tâm, huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

3 Trung học phổ thông

Thời gian đào tạo: từ năm 2008 đến năm 2011

Trường: Trung học phổ thông Lương Tâm

Địa chỉ: Ấp 3, xã Lương Tâm, huyện Long Mỹ, tỉnh Hậu Giang

4 Đại học

Thời gian đào tạo: từ năm 2011 đến năm 2015

Trường: Đại học Cần Thơ

Địa chỉ: Đường 3/2, Phường Xuân Khánh, Quận Ninh Kiều, TP.Cần Thơ

Cần Thơ, ngày……tháng……năm 2014

Người khai ký tên

Nguyễn Thị Bích Vân

CÁM ƠN Kính dâng:

Cha, mẹ hai đấng sinh thành đã hết lòng yêu thương, dạy dỗ, nuôi con khôn lớn nên người

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

PGs.Ts Võ Công Thành, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và tạo điều kiện cho tôi trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Cố vấn học tập Ts Nguyễn Lộc Hiền cùng quý thầy cô trường Đại học Cần

Thơ, đặc biệt là các thầy cô thuộc Bộ môn Di Truyền Giống Nông Nghiệp, khoa Nông Nghiêp & SHƯD đã truyền đạt cho tôi những kiến thức đáng quý trong thời gian học tại trường

Xin chân thành cảm ơn:

Ths Quan Thị Ái Liên, Ths Nguyễn Thị Ngọc Hân, Ths Trần Thị Phương Thảo, Ks Nguyễn Ngọc Cẩm, Ks Nguyễn Tuấn Vũ, Ktv Đái Phương Mai, Ktv Đặng Thị Ngọc Nhiên, Ktv Võ Quang Trung, Ktv Nguyễn Thành Tâm đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm cũng như việc thực hiện các thí nghiệm trong nhà lưới

Gia đình tôi những người luôn quan tâm, giúp đỡ và ủng hộ tôi Các bạn sinh viên: Phan Tài Linh, Nguyễn Văn Thắng, Đoàn Hoàng Dương, Từ Thị Thanh Tâm, Trần Thị Nhã, Nguyễn Hải Dương, Nguyễn Thị Hoàng Anh cùng tập thể lớp Công nghệ giống cây trồng khóa 37, các anh chị khóa 36 đang thực hiện đề tài tại phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học, Trường Đại học Cần Thơ

đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

NGUYỄN THỊ BÍCH VÂN, 2014 “Chọn tạo giống lúa hạt tròn theo hướng chất

lượng cao” Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư khoa học cây trồng –Chuyên ngành Công

nghệ giống cây trồng, trường Đại học Cần Thơ

Cán bộ hướng dẫn: PGs.Ts Võ Công Thành

TÓM LƯỢC

Xuất phát từ nhu cầu cần có những giống lúa hạt tròn, ngắn ngày, năng suất cao, phẩm chất tốt nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và làm đa dạng thêm nguồn giống chất lượng cao cho các vùng thuộc khu vực phía Bắc nước ta Tổ hợp lai (THL34) đã được lai tạo giữa dòng THL29 [Amaroo x F3(NK2 x Nhật)] với dòng THL01 (Sỏi x Nhật), thời gian thực hiện từ tháng 3/2013 đến tháng 8/2014 tại phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng Dụng Công Nghệ Sinh học, Bộ môn Di Truyền Giống Nông Nghiệp, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ Đề tài đã ứng dụng kỹ thuật điện di Protein SDS-PAGE để chọn các dòng lúa có phẩm chất tốt Kết quả đạt được đến thế hệ F2 đã chọn được hai dòng lai là dòng THL34-2 và dòng THL34-3 có tiềm năng cho năng suất cao, phẩm chất tốt Cả hai dòng đều có dạng hạt hơi tròn, hàm lượng amylose thấp (<20%), hàm lượng protein cao (>7%), độ bền thể gel trung bình, độ cứng lóng thứ tư biến thiên từ 11,68-17,18 N/cm 2

MỤC LỤC

TÓM LƯỢC vi

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH BẢNG ix

DANH SÁCH HÌNH x

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

1.1 NGUỒN GỐC VÀ PHÂN LOẠI CÂY LÚA 2

1.1.1 Nguồn gốc 2

1.1.2 Phân loại 2

1.2 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH NÔNG HỌC CỦA CÂY LÚA 4

1.2.1 Thời gian sinh trưởng 4

1.2.2 Chiều cao cây 4

1.2.3 Chiều dài bông 5

1.2.4 Số bông trên bụi 5

1.2.5 Số hạt chắc/bông 5

1.2.6 Trọng lượng 1000 hạt 6

1.3 MỘT SỐ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ PHẨM CHẤT HẠT GẠO 6

1.3.1 Hàm lượng protein 6

1.3.2 Hàm lượng amylose 7

1.3.3 Nhiệt trở hồ 7

1.3.4 Độ bền thể gel 8

1.3.5 Chiều dài và hình dạng hạt gạo 8

1.4 SỰ ĐỔ NGÃ TRÊN LÚA 9

1.4.1 Các dạng đổ ngã trên lúa và vị trí lóng bị đổ ngã 9

1.4.2 Các nguyên nhân gây đổ ngã trên lúa 9

1.4.3 Ảnh hưởng của đổ ngã đến năng suất và chất lượng lúa 10

1.5 PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG LÚA 11

1.5.1 Lai tạo 11

1.5.2 Lai xa và hiện tượng con lai bất dục 11

1.5.3 Phương pháp gia phả (phả hệ) 12

1.6 KỸ THUẬT ĐIỆN DI VÀ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIỆN DI PROTEIN SDS-PAGE TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA 13

1.6.1 Kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE 13

1.6.2 Một số nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE trong chọn tạo giống lúa 13

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 15

2.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM 15

2.1.1 Thời gian 15

2.1.2 Địa điểm 15

2.2 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 15

2.2.1 Vật liệu nghiên cứu 15

2.2.2 Thiết bị, hóa chất 16

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

2.3.1 Nội dung nghiên cứu 16

2.3.2 Phương pháp lấy chỉ tiêu nông học, thành phần năng suất 16

2.3.3 Phương pháp lai tạo và chọn lọc 17

2.3.4 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo 18

2.3.5 Phương pháp điện di protein tổng số SDS-PAGE 22

2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu 23

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 24

3.1 THẾ HỆ F1 CỦA THL34 24

3.1.1 Một số chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất của thế hệ F1 25

3.1.2 Chiều dài lóng của thế hệ F1 27

3.2 THẾ HỆ F2 CỦA THL34 27

3.2.1 Một số chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất của thế hệ F2 28

3.2.2 Độ cứng cây của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 31

3.2.3 Chiều dài lóng của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 33

3.2.4 Đường kính lóng của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 34

3.2.5 Một số chỉ tiêu về phẩm chất 35

3.3 KẾT QUẢ ĐIỆN DI PROTEIN TỔNG SỐ SDS-PAGE 40

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42

4.1 KẾT LUẬN 42

4.2 ĐỀ NGHỊ 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ CHƯƠNG 47

DANH SÁCH BẢNG

1.1 Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa 3 1.2 Đánh giá cấp đổ ngã trên lúa (IRRI, 1988) 9 2.1 Một số chỉ tiêu nông học và phẩm chất của cây cha, mẹ ban đầu 15 2.2 Thang đánh giá hàm lượng amylose (IRRI, 1988) 19

2.4 Phân cấp độ độ trở hồ (Jennings et al., 1979) 21 2.5 Phân loại hạt gạo theo chiều dài và tỉ lệ dài/rộng (IRRI, 1988) 22

3.7 Chiều dài bông, số hạt chắc/bông, tỉ lệ hạt chắc/bông, trọng lượng

1000 hạt của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ

31

3.8 Độ cứng cây của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 32 3.9 Chiều dài lóng của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 34 3.10 Đường kính lóng của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 35 3.11 Hàm lượng amylose và protein của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và

cây cha, mẹ

36

3.12 Độ bền thể gel của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 37 3.13 Độ trở hồ của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 38 3.14 Chiều dài và rộng hạt của 6 dòng THL34 ở thế hệ F2 và cây cha, mẹ 39

DANH SÁCH HÌNH

3.4 Độ bền thể gel của THL34-2, THL34-3 so với cây cha, mẹ 37 3.5 Độ trở hồ của THL34-2, THL34-3 so với cây cha, mẹ 38 3.6 Chiều dài và chiều rộng của THL34-2, THL34-3 so với cây cha, mẹ 39 3.7 Phổ điện di protein tổng số của dòng THL34-2 41 3.8 Phổ điện di protein tổng số của dòng THL34-3 41

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

dl : Dương lịch

ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long

SDS-PAGE: Sodium Doecyl Sulfate-PolyAcrylamide gel Eclectrophoresis TGST: Thời gian sinh trưởng

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp rất phát triển Trong đó, cây lúa là cây trồng rất lâu đời, là cây lương thực chủ yếu và là nguồn thu nhập chính của người dân Hiện nay nhu cầu về các sản phẩm lúa gạo có chất lượng cao ngày càng tăng, các giống lúa hạt tròn, chất lượng cao đang rất được người tiêu dùng ưa thích đặc biệt là các vùng thuộc khu vực phía Bắc nước ta Mấy năm gần đây trên thị trường lúa gạo trong nước thường gặp các giống lúa hạt tròn có giá bán cao gấp 2-3 lần so với giá gạo hạt dài, sự gia tăng nhu cầu đối với lúa gạo chất lượng cao

trong nước, đã thúc đẩy mở rộng sản xuất và thương mại loại gạo chất lượng cao

mới - gạo hạt tròn (http://tuvannongnghiep.com/view-product.aspx?pid=32) Tuy nhiên, tình hình nghiên cứu và sản xuất các giống lúa hạt tròn vẫn còn ít, nguồn giống có chất lượng cao vẫn chưa nhiều, chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Xuất phát từ thực tế đó đòi hỏi cần phải chọn tạo ra giống lúa mới có năng

suất cao, phẩm chất tốt Chính vì vậy mà đề tài “Chọn tạo giống lúa hạt tròn theo

hướng chất lượng cao” được thực hiện

Mục tiêu của đề tài nhằm tạo ra giống lúa mới cứng cây, năng suất cao, phẩm chất tốt, hàm lượng amylose thấp (10-19%), hàm lượng protein cao (>7%), có dạng hạt tròn (tỷ lệ dài/rộng hạt <1 mm) để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và góp phần phát triển tiềm năng diện tích trồng lúa có chất lượng cao ở các vùng thuộc khu vực phía Bắc nước ta

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 1.1 NGUỒN GỐC VÀ PHÂN LOẠI CÂY LÚA

1.1.1 Nguồn gốc

Về nguồn gốc cây lúa, đã có nhiều tác giả đề cập tới nhưng đến nay vẫn chưa

có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất Nhưng căn cứ vào các tài liệu lịch sử, di tích khảo cổ, đặc điểm sinh thái học của cây lúa trồng và sự hiện diện rộng rãi của các loài lúa hoang dại trong khu vực, nhiều người đồng ý rằng nguồn gốc cây lúa là

ở vùng đầm lầy Đông Nam Á, rồi từ đó lan dần đi các nơi (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Tuy nhiên, việc thuần hóa lúa trồng có thể đã được tiến hành một cách độc lập cùng một lúc ở nhiều nơi, dọc theo vành đai trải dài từ đồng bằng sông Ganges dưới chân phía đông của dãy núi Hy-Mã-Lạp-Sơn (Himalayas - Ấn Độ), ngang qua Bắc Miến Điện, Bắc Thái Lan, Lào và Việt Nam, đến Tây Nam và Nam Trung Quốc (Chang, 1965)

1.1.2 Phân loại

1.1.2.1 Theo đặc tính thực vật

Lúa là cây hằng niên có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24, lúa thuộc họ

Graminae (Hòa thảo), tộc Oryzae, chi Oryza Chi Oryza có khoảng 20 loài phân bố

chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung

Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần của Châu Úc Có 2 loại lúa trồng là Oryza sativa L và Oryza glaberrima Steud., trong đó, Oryza sativa L là tên của lúa trồng

phổ biến nhất hiện nay (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.1.2.2 Theo sinh thái địa lý

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã chia lúa trồng thành 2 loại phụ Indica và Japonica trên cơ sở phân bố địa lý, hình thái cây và hạt, độ bất dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh (Serological reaction) Các nhà nghiên cứu Nhật Bản sau đó

đã thêm một nhóm thứ 3 là Javanica để đặt tên cho giống lúa cổ truyền của Indonesia (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008) Bảng 1.1 đã thể hiện đặc tính của cả 3 nhóm lúa này

Bảng 1.1 Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa

Thân - Thân cao - Thân cao trung bình - Thân thấp

Chồi - Nở bụi mạnh - Nở bụi thấp - Nở bụi trung bình

Lá - Lá rộng, xanh nhạt - Lá rộng, xanh nhạt,

cứng

- Lá hẹp, xanh đậm

Hạt - Hạt thon dài, dẹp - Hạt to, dầy - Hạt tròn, ngắn

- Hạt hầu như không có

đuôi

- Hạt không có đuôi hoặc có đuôi dài

- Hạt không có đuôi tới có đuôi dài

- Trấu ít lông và lông

- Tính quang cảm rất thay đổi

Nguồn Chang, 1965 được trích bởi Nguyễn Ngọc Đệ, 2008

1.1.2.3 Theo đặc tính sinh lý hay tính quang cảm

Dựa vào đặc tính sinh lý (tính quang cảm) cây lúa được chia thành hai nhóm là nhóm lúa quang cảm và nhóm lúa không quang cảm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Nhóm lúa quang cảm hay còn gọi là lúa mùa (chỉ ra hoa trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn, tức chỉ trổ và chín theo mùa) Tùy vào mức độ mẫn cảm với quang

kỳ người ta lại phân biệt thành lúa mùa sớm, lúa mùa lỡ hoặc lúa mùa muộn Lúa mùa sớm là nhóm giống lúa có quang cảm yếu, trồng trái vụ vẫn trổ được nhưng thời gian sinh trưởng thay đổi không nhiều, các giống lúa này sẽ bắt đầu trổ hoa từ tháng 9-10 dl và thu hoạch tháng 10-11 dl Nhóm giống lúa mùa lỡ là những giống lúa có phản ứng trung bình với quang kỳ, trổ vào tháng 11 dl và chín vào tháng

12 dl Nhóm lúa mùa muộn là những giống lúa có phản ứng rất mạnh đối với quang

kỳ Các giống này chỉ trổ vào khoảng thời gian nhất định trong năm, khi quang kỳ ngắn nhất vào tháng 12 hoặc có khi đến đầu tháng 1 dl

Nhóm lúa không quang cảm chủ yếu là những giống lúa lai phục vụ cho việc thâm canh tăng vụ và đều không mẫn cảm với quang kỳ Các giống này ngắn ngày (90-120 ngày) hoặc trung bình (120-150 ngày) có thời gian sinh trưởng hầu như không đổi khi trồng trong các vụ khác nhau trong năm

Ngoài ra, tùy vào từng đặc điểm mà ta có thể phân loại cây lúa ra thành nhiều loại như:

Dựa theo điều kiện môi trường canh tác, đặc biệt là nước có thường xuyên ngập ruộng hay không, người ta phân biệt thành nhóm lúa rẫy (upland rice) hoặc lúa nước (lowland rice) Trong lúa nước người ta còn phân biệt lúa có tưới (irrigated lowland rice), lúa nước trời (rainfed lowland rice), lúa nước sâu (deepwater rice), hoặc lúa nổi (floating rice)

Tùy theo đặc tính thích nghi với môi trường, ta có lúa chịu phèn, lúa chịu úng, lúa chịu hạn, lúa chịu mặn…

Tuỳ theo chế độ nhiệt khác nhau, người ta cũng phân biệt lúa chịu lạnh (các giống japonica), lúa chịu nhiệt (các giống indica)

Dựa vào phẩm chất của hạt gạo ta có thể chia thành các nhóm lúa mềm cơm hay cứng cơm, thơm hay không thơm,…

1.2 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH NÔNG HỌC CỦA CÂY LÚA

1.2.1 Thời gian sinh trưởng

Thời gian sinh trưởng của cây lúa thay đổi tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh Thời gian sinh trưởng của cây lúa được chia thành ba giai đoạn chính: giai đoạn tăng trưởng (sinh trưởng sinh dưỡng), giai đoạn sinh sản (sinh dục) và giai đoạn chín (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Thời gian sinh trưởng của một giống lúa cũng thay đổi tùy thuộc vào vùng và mùa vụ vì có phản ứng giữa quang chu kỳ, nhiệt độ và các điều kiện nhiệt độ khác (Yoshida, 1985)

Các giống lúa có thời gian sinh trưởng khác nhau, chủ yếu do sự dài ngắn khác nhau ở thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng Hai giai đoạn sau nhìn chung ổn định không phụ thuộc vào thời gian sinh trưởng của giống dài hay ngắn (Nguyễn Văn Hoan, 1999)

Các giống có thời gian sinh trưởng quá ngắn có thể cho năng suất không cao

vì sự sinh trưởng dinh dưỡng bị hạn chế, còn những giống có thời gian sinh trưởng quá dài cũng không cho năng suất cao vì sự dinh dưỡng dư có thể gây đổ ngã (Nguyễn Đình Giao và ctv., 1997)

Thời gian sinh trưởng của cây lúa được chia thành 4 nhóm (Nguyễn Thành Hối, 2008) là:

 Nhóm A0, cực ngắn ngày có thời gian sinh trưởng < 90 ngày

 Nhóm A1, ngắn ngày có thời gian sinh trưởng từ 90-105 ngày

 Nhóm A2, trung bình có thời gian sinh trưởng từ 106-120 ngày

 Nhóm B, dài ngày có thời gian sinh trưởng > 120 ngày

1.2.2 Chiều cao cây

Chiều cao cây được kiểm soát bởi đa gen và chịu ảnh hưởng của hoạt động cộng tính (Kailaimani và ctv., 1987) Có ít nhất năm nhóm gen điều kiển tính trạng chiều cao của cây lúa (Bùi Chí Bửu và ctv., 1992)

Yêu cầu tốt nhất cho giống lúa năng suất cao ở đồng ruộng Việt Nam là thân lúa phải có chiều cao trung bình từ 80-110 cm Cây lúa càng cao càng dễ đổ ngã, do

đó cần tránh trồng những giống cao cây vào mùa mưa (Võ Tòng Xuân, 1979) Tuy nhiên, giống thấp cây không phải luôn luôn kháng đổ ngã và những đặc tính khác như độ dài thân, độ cứng mô và vận tốc hóa già của lá dưới thay đổi sự cứng của thân (Yoshida, 1981)

Cây cao từ 90-100 cm được coi là cây lúa lý tưởng về năng suất Nếu thân lá không khỏe, thân không dày, mặc dù tổng hợp chất xanh tăng cũng sẽ dẫn đến đổ ngã, tán che khuất vào nhau dẫn đến giảm năng suất (Akita, 1986)

1.2.3 Chiều dài bông

Bông lúa là cả một phát hoa bao gồm nhiều nhánh gié có mang hoa Bông lúa

có nhiều dạng như dạng bông túm hoặc bông xòe (do các nhánh gié bậc nhất tạo với trục bông một góc nhỏ hay lớn), đóng hạt thưa hay dày (thưa nách hay dày nách), cổ

hở hay cổ kín (cổ bông thoát ra khỏi bẹ lá cờ hay không) tùy đặc tính giống và điều kiện môi trường (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Chiều dài bông được tính từ cổ bông đến đầu mút bông Chiều dài bông thay đổi tùy theo giống và góp phần tăng năng suất Giống có chiều dài bông dài, hạt xếp khít nhau, tỉ lệ hạt lép thấp, trọng lượng 1000 hạt cao sẽ cho năng suất cao (Vũ Văn Liết và ctv., 2004)

Chiều dài bông là một đặc điểm di truyền của giống nhưng chịu ảnh hưởng của môi trường nhất là điều kiện dinh dưỡng trong giai đoạn hình thành bông (Trương Ngọc Sương, 1991)

1.2.4 Số bông trên bụi

Trong bốn yếu tố tạo thành năng suất thì số bông trên bụi là yếu tố quyết định nhất và sớm nhất Nó có thể góp phần vào 74% năng suất, trong khi đó thì số hạt và trọng lượng hạt chỉ góp 26% năng suất còn lại Số bông trên bụi tỉ lệ nghịch với số hạt trên bông và trọng lượng hạt Nghĩa là khi tăng mật độ trồng thì số bông trên một đơn vị diện tích sẽ tăng nhưng số hạt trên bông và trọng lượng hạt sẽ giảm (Nguyễn Đình Giao và ctv., 1997)

Số bông chịu ảnh hưởng bởi kỹ thuật canh tác và điều kiện ngoại cảnh (chế độ phân bón, nước tưới, mật độ sạ hoặc cấy, nhiệt độ, ánh sáng,…) Ở các giống lúa cải thiện thấp cây có số bông/m2 trung bình phải đạt từ 500-600 bông/m2 đối với lúa sạ hoặc từ 350-450 bông/m2 đối với lúa cấy mới có thể cho năng suất cao (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Số hạt trên bông được xác định trước, trong và sau khi trổ, điều kiện thời tiết không thuận lợi ảnh hưởng đến việc trổ bông và có thể gây ra bất thụ cho ra những hạt lép (Yoshida, 1981)

Đối với lúa người ta biểu thị trọng lượng bằng trọng lượng của 1000 hạt với đơn vị là gram Khối lượng hạt do hai yếu tố cấu thành là khối lượng vỏ trấu (20%)

và khối lượng hạt (80%) So với các yếu tố khác thì trọng lượng 1000 hạt tương đối

ít biến động, nó phụ thuộc chủ yếu vào giống (Nguyễn Đình Giao và ctv., 1997)

Trọng lượng 1000 hạt không đổi của một giống không có nghĩa là từng hạt giống có cùng trọng lượng Trọng lượng từng hạt thay đổi ở vài trường hợp nhưng giá trị trung bình không đổi (Yoshida, 1981)

Ở phần lớn các giống lúa trọng lượng 1000 hạt thường dao động từ 20-30 g (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008) Các giống lúa mùa có trọng lượng 1000 hạt biến thiên từ dưới 23 g đến trên 29 g, tập trung nhiều nhất ở cỡ hạt 25-27 g (Nguyễn Văn Sánh, 1981)

Tuy nhiên, vẫn có các giống có trọng lượng 1000 hạt khá cao Dòng lúa VH1 được chọn tạo bằng phương pháp chọn giống đơn bội - nuôi cấy bao phấn có những đặc tính tốt về năng suất và chất lượng, đặc biệt có trọng lượng 1000 hạt khá cao từ 30-31 g (Lê Trần Bình, 2004) Qua kết quả tuyển chọn các giống nếp mới có năng suất, chất lượng tốt cho huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh trọng lượng 1000 hạt của các giống/dòng biến thiên từ 25,1-33,4 g Trong đó giống có khối lượng 1000 hạt lớn nhất là VN1 với 33,4 g (Vũ Đức Thọ, 2008) Các giống nếp được nhập từ Lào đã được trồng và chọn lọc từ năm 2002-2005 tại trung tâm nghiên cứu và sản xuất hạt giống Bình Đức, tỉnh An Giang, trọng lượng 1000 hạt biến thiên từ 22,5-35,6 g Trong đó Khaolo trắng sớm, N6 và Khaolo có trọng lượng 1000 hạt khá cao (35,6 g; 35,3 g; 34,0 g) (Trương Bá Thảo, 2008)

1.3 MỘT SỐ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ PHẨM CHẤT HẠT GẠO

1.3.1 Hàm lượng Protein

Hàm lượng protein trung bình của gạo là khoảng 7%, ở ẩm độ 14% (hoặc 8% khi khô), cộng với khoảng 0,5% chất béo thô, tro và sợi thô Protein hiện diện trong gạo ở dạng có màng đơn (single-membraned particle) kích thước 0,5-4  m trong phôi nhũ (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Protein trong gạo có giá trị dinh dưỡng cao hơn các loại ngũ cốc khác vì hàm lượng lysine khá cao 3,5-4% (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2000)

Các thành phần protein trong hạt được phân ra làm bốn loại: albumin, globulin, prolamin, glutelin (Jennings và ctv., 1979)

Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng độ muối (NH4)2SO4 khá cao (70-80%) Trong lúa thành phần albumin có hàm lượng lysine cao nhất, kế đến là glutelin và prolamin (Yamagata và ctv., 1982)

Globulin: không tan hoặc tan rất ít trong nước, trong dung dịch muối trung hòa (NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4) Thành phần globulin tập trung ở lớp aleuron của hạt (Juliano, 1972)

Prolamin: tan trong cồn 70-80% Nó chiếm khoảng 18-20% protein tổng trong nội nhũ của hạt lúa và được tổng hợp ở mạng lưới nội chất (Juliano, 1972)

Glutelin: tan trong dung dịch kiềm và acid loãng Đây là thành phần protein chiếm tỷ lệ cao nhất trong tổng số protein trong nội nhũ (Juliano, 1972)

Hàm lượng protein trong hạt tùy thuộc vào sự chuyển vị đạm trong hạt đang phát triển Chúng chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường, mức độ phân bón và thời gian sinh trưởng (Jennings và ctv., 1979) Hàm lượng protein ở nhóm Japonica

và Indica cũng có sự khác biệt Ở nhóm Indica, hàm lượng protein biến thiên từ 4,9-19,3% Ở nhóm Japonica, hàm lượng protein biến động từ 5,9-16,5% (Traore, 2005)

Tính trạng protein do đa gen điều khiển và có hệ số di truyền khá thấp (Chang and Somrith, 1979)

1.3.2 Hàm lượng Amylose

Amylose là chuỗi polysaccharide có cấu tạo mạch thẳng không phân nhánh gồm các gốc α-D glucose kết hợp lại với nhau bằng liên kết α (1,4) O-glycoside (Phan Thị Bích Trâm, 2007)

Cơ chế di truyền về hàm lượng amylose do gen qui định Gen trội A quy định hàm lượng amylose cao và gen lặn a quy định hàm lượng amylose thấp Hạt dị hợp

tử có hàm lượng amylose trung bình nhưng không ổn định Nếu cần hạt có hàm lượng amylose trung bình thì cha mẹ hoặc mẹ phải có hàm lượng amylose trung bình (Jenning và ctv., 1979)

Hàm lượng amylose quyết định giá trị cảm quang của cơm Trong gạo hàm lượng amylose phổ biến từ 15-35% Gạo có hàm lượng amylose cao cơm nở nhiều

và dễ tróc, nhưng khô cơm và cứng khi nguội Ngược lại, gạo có hàm lượng amylose thấp khi nấu cơm sẽ ít nở, nhưng mềm và dẻo (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.3.3 Nhiệt trở hồ

Nhiệt độ hóa hồ hay độ trở hồ là nhiệt độ mà ở đó 90% hạt tinh bột bị hóa hồ hoặc phồng lên trong nước nóng không thể trở lại dạng cũ được; nó được xếp loại thấp (55-69,50C), trung bình (70-740C) và cao (74,5-790C) (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

Gạo có độ trở hồ cao cần nhiều nước và thời gian để nấu nhiều hơn là gạo có

độ trở hồ thấp và trung bình Độ trở hồ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí cao sau khi trổ làm tăng độ trở hồ (phẩm chất hạt giảm) và nhiệt độ không khí thấp làm giảm độ trở hồ Tính di truyền của độ trở hồ chưa được phân tích rõ, độ trở hồ được điều khiển bởi một hoặc hai gen (Jennings và ctv., 1979) Nhiệt độ cao ở giai đoạn trổ và chín làm tăng nhiệt trở hồ Mùa vụ không ảnh hưởng lên độ trở hồ của các giống lúa thí nghiệm (Phạm Văn Chương, 2003)

Nhiệt trở hồ được đo bằng phản ứng kiềm hóa hạt gạo, ngâm hạt gạo đã cạo

sạch vỏ cám và bỏ phôi trong dung dịch KOH (1,7%) trong 23 giờ ở nhiệt độ phòng

(Little và ctv., 1958)

Độ trở hồ trung bình là tiêu chuẩn cần thiết trong chương trình lai tạo các

giống lúa cải tiến, hầu hết các giống lúa mềm cơm đáp ứng được nhu cầu xuất khẩu

1.3.4 Độ bền thể gel

Độ bền thể gel do gen đơn điều khiển và có nhiều gen phụ bổ sung (Tang và

ctv., 1991)

Lúa có hàm lượng amylose thấp dưới 24% thường có thể gel mềm Các giống

có hàm lượng amylose cao như nhau có thể khác nhau về độ bền thể gel (Jennings

và ctv., 1979)

Độ bền thể gel được xác định bằng cách đun một lượng gạo trong alkali hòa

tan rồi để nguội trong 1 giờ đồng hồ trong ống nghiệm đặt nằm ngang Độ bền thể

gel đo lường xu hướng cứng cơm khi để nguội Trong nhóm gạo có cùng hàm lượng

amylose, các giống có độ bền thể gel thấp thì được ưa thích hơn vì mềm cơm Độ

bền thể gel cứng liên hệ chặt với tính cứng cơm và thường thấy rõ ở những giống có

hàm lượng amylose cao (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.3.5 Chiều dài và hình dạng hạt gạo

Chiều dài hạt gạo là tính trạng ổn định nhất, ít bị ảnh hưởng bởi môi trường,

và được điều khiển bởi đa gen (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2011)

Chiều dài hạt gạo do đa gen điều khiển Thứ tự tính trội được ghi nhận như

sau: hạt dài > hạt trung bình > hạt ngắn > hạt rất ngắn (Sormith, 1979)

Chiều dài, chiều rộng hạt, và tỉ lệ chiều dài/chiều rộng hạt di truyền trung gian

giữa hai cha mẹ (Nguyễn Văn Hiển, 2000)

Cùng với chiều dài hạt gạo, đặc tính hình dáng và kích thước của hạt (tỷ lệ dài/rộng) là một thuộc tính khá ổn định của từng giống lúa Những hạt dài và

mảnh thường dễ bị gãy vỡ hơn trong quá trình xay xát so với những hạt ngắn và

rộng Do vậy, độ thu hồi gạo trắng sau xay xát cũng thấp hơn (Nguyễn Văn Xuân và

ctv., 2010)

Kích thước hạt có liên quan chặt chẽ đến năng suất Ở giống lúa thông thường

kích thước hạt được điều khiển bởi đa gen, ở những giống lúa có hạt rất to, rất nhỏ

hoặc có sự đột biến về dạng hạt nó được điều khiển bởi một hoặc một vài gen chủ

lực (Takeda và ctv., 1978)

Tùy theo từng nhóm giống mà có các dạng hạt khác nhau, nhóm Indica có

dạng hạt thon dài, hạt dài; nhóm Japonica có dạng hạt bầu tròn Nhu cầu về chất

lượng gạo trên thị trường thế giới là rất khác nhau Chiều dài hạt gạo là một thông

số quan trọng để phân loại gạo xuất khẩu và phụ thuộc rất lớn vào thị hiếu tiêu dùng

của từng quốc gia Ví dụ, thị trường Nhật yêu cầu gạo hạt tròn, hàm lượng amylose

thấp, cơm dẻo, nhưng thị trường Thái Lan thì thích gạo hạt dài, hàm lượng amylose

trung bình, cơm mềm nhưng không dính (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2000)

1.4 SỰ ĐỔ NGÃ TRÊN LÚA

1.4.1 Các dạng đổ ngã trên lúa và vị trí lóng bị đổ ngã

Đổ ngã trên lúa được phân thành hai nhóm: đổ ngã ở rễ hoặc đổ ngã trên bề mặt đất và đổ ngã do nứt gãy rạ (Nguyễn Minh Chơn, 2003) Đối với đổ ngã do nứt gãy rạ có 3 dạng:

 Dạng thân gãy gấp khúc là ngay vị trí ngã của cây lúa, thân bị gập

 Dạng gãy tét thân là cây lúa bị gãy và tét theo chiều dọc lóng thân

 Dạng gãy tách rời là nơi lóng thân bị gãy có một bên bị đứt rời ra

Sự nứt gãy lóng thân thường xảy ra chủ yếu ở lóng thứ 4 và lóng thứ 5

Chiều cao cây là đặc điểm thực vật quan trọng nhất gắn liền với sự đổ ngã, những giống lúa hiện nay có dạng thân thấp kháng đổ ngã và cho năng suất cao (Chandler, 1969) Giống kháng đổ ngã tốt thường có kiểu hình: thân rạ ngắn, dạng thân gọn mọc hơi thẳng đứng (Jennings và ctv., (1979)

Bảng 1.2 Đánh giá cấp đổ ngã trên lúa (IRRI, 1988)

1 Cây đứng thẳng

3 50% các cây lúa hơi xiên

5 75% các cây lúa hơi xiên

7 75% các cây lúa ngã

9 Tất cả các cây lúa ngã rạp

1.4.2 Các nguyên nhân gây đổ ngã trên lúa

14.2.1 Đặc tính di truyền của giống lúa

Thân lúa gồm những lóng và mắt nối tiếp nhau Lóng là phần thân rỗng ở giữa hai mắt và thường được các bẹ lá ôm chặt Thông thường các lóng bên dưới ngắn và các mắt rất khít nhau, lóng dài nhất được lá đòng ôm chặt Lóng dài hay lóng ngắn tùy thuộc vào đặc tính của từng loại giống và điều kiện môi trường của giống lúa đang sinh trưởng, cây lúa nào có lóng ngắn, thành lóng dày, bẹ lá ôm sát thân thì cây sẽ cứng chắc, khó đổ ngã và ngược lại (Nguyễn Ngọc Đệ, 1993)

Chiều dài của lóng bên dưới và chiều dài cả thân lúa là những đặc tính quan trọng liên quan tới tính đổ ngã (Nguyễn Minh Chơn, 2003) Lúa dễ đổ ngã thường

có chiều dài lóng bên dưới và chiều dài cả thân dài hơn so với những cây không đổ ngã, lóng phía dưới càng dài có thể là nguyên nhân quan trọng dẫn tới đổ ngã (Hoshikawa, 1990)

Sự đổ ngã được khảo sát theo momen cong, độ cứng của thân và bẹ lá Momen cong là kết quả của trọng lượng thân và chiều cao cây của trục chính (chiều cao thân) Sau khi trổ gié, trọng lượng bông tăng do hạt sinh trưởng vì thế momen cong tăng Nếu những điều kiện khác tương tự, giống cao cây có momen cong lớn hơn giống thấp cây vì nó có chiều cao thân cao hơn (Yoshida, 1981)

Khi nghiên cứu về tổ hợp lai giữa lúa Sỏi với lúa Nhật (THL01) nhằm mục tiêu tạo ra từ 1-2 dòng lúa mới cứng cây, kháng đổ ngã, đến thế hệ F3 kết quả đã chọn được các dòng lai có độ cứng lóng thứ tư cao, biến thiên từ 12,30-15,61 N/cm2 (Nguyễn Văn Thiện, 2012) Phan Thị Hồng Trang (2012), nghiên cứu tổ hợp lai giữa lúa NK2 với lúa Nhật, đến thế hệ F4 các dòng được chọn đều có độ cứng lóng thứ tư rất cao (độ cứng lóng biến thiên từ 10,11-14,76 N/cm2) có thể cải thiện được đặc tính yếu rạ, tạo ra các dòng cứng cây

1.4.2.2 Kỹ thuật canh tác ảnh hưởng đến đổ ngã

Trong canh tác lúa dễ ngã hay không còn phụ thuộc rất nhiều vào mật độ sạ Nếu sạ quá thưa, cây lúa nở bụi không giáp tán nổi Nếu sạ quá dày làm cho cây lúa vươn lóng cao để cạnh tranh ánh sáng vì thế rất dễ bị đổ ngã (Yoshinaga, 2005)

Xu hướng bón đạm tăng, cần cho năng suất cao, gây ra sự vươn dài các lóng

dưới, làm ruộng trồng dễ đổ ngã hơn (Yoshida, 1981)

Lượng nước trong đất cũng có ảnh hưởng ít hay nhiều tới sinh trưởng của bộ

rễ vì sự phân hóa chất khô trong đất thay đổi theo tỷ lệ nước trong đất Trong thời

kỳ đầu, rễ lúa thường phân bố ở tầng trên vì trên tầng đất mặt nhiều nước, nhiều chất dinh dưỡng và oxy Sau đó cùng với quá trình sinh trưởng, rễ ăn sâu hơn vì nước tưới đưa chất dinh dưỡng và khí oxy xuống sâu hơn giúp bộ rễ phát triển và ăn sâu xuống tầng đất dưới, giúp cây đứng vững trong đất, giảm đổ ngã (Võ Tòng Xuân, 1998)

1.4.2.3 Các yếu tố môi trường liên quan tới sự đổ ngã

Sự đổ ngã trên lúa còn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết như mưa bão kéo dài, cây lúa thiếu ánh sáng làm cây phát triển kém, vươn lóng cao và yếu Khi mưa bão thường xuyên làm cho cây lúa vốn đã yếu, nay còn yếu hơn và dễ dàng dẫn đến đổ ngã (Nguyễn Ngọc Đệ, 1993)

1.4.3 Ảnh hưởng của đổ ngã đến năng suất và chất lượng lúa

Thân rạ cao ốm yếu dẫn đến đổ ngã Đổ ngã sớm gây hiện tượng bộ lá nằm chồng chéo lên nhau, làm tăng hiện tượng bong rợp và cản trở sự di chuyển của chất dinh dưỡng và chất quang hợp làm hạt lép và giảm năng suất Ngoài ra, thiệt hại do

đổ ngã còn phụ thuộc vào mức độ đổ ngã và thời điểm đổ ngã (Jennings và ctv., 1979)

Sự đổ ngã làm giảm mạnh năng suất, đặc biệt là sau khi trổ gié và bông chạm mặt nước, trong và sau khi trổ gié sự đổ ngã càng sớm, năng suất càng giảm nhiều Nếu quá trình phân hóa đòng trở ngại thì bông sẽ ít hạt, hạt nhỏ nhiều hoa bị thoái hóa (Yoshida, 1981)

Lúa bị đổ ngã thì sự hút dinh dưỡng và quang hợp bị trở ngại, sự vận chuyển các chất bị cản trở, hô hấp mạnh làm tiêu hao chất dự trữ đưa đến hạt lép nhiều, năng suất giảm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008)

1.5 PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN GIỐNG LÚA

1.5.1 Lai tạo

Lúa là cây tự thụ phấn vì vậy việc chọn tạo giống lúa phải dựa trên nguyên lý

cơ bản của chọn tạo giống cây tự thụ phấn Bản chất di truyền của cây tự thụ phấn

là đồng hợp thể về kiểu gen, đồng nhất về kiểu hình nên trong quần thể tự nhiên nếu xuất hiện biến dị thì chọn lọc một lần có thể đã cạn kiệt hoặc loại thải nghiêm khắc một vài lần đã tạo được quần thể đồng nhất (Nguyễn Văn Hiển, 2000)

Lai hữu tính là một phương pháp kinh điển nhất để chọn tạo giống lúa Có thể nói ở hầu hết các Viện nghiên cứu lúa của cả nước và trên thế giới đều sử dụng phương pháp này Phương pháp này nhằm tạo ra những biến dị di truyền mới và tái

tổ hợp những kiểu gen mong muốn Các dòng lai sau đó được cho tự thụ và chọn

lọc theo nhiều kiểu khác nhau (Trần Thượng Tuấn, 1992)

Lai phức tạp: là phương pháp kết hợp vào con lai từ 3 thành phần cha mẹ

khác nhau trở lên Lai phức tạp gồm phương thức lai nhiều bậc và hồi giao Phương thức lai nhiều bậc được ứng dụng khi cần kết hợp vào con lai đặc tính di truyền của nhiều dạng cha mẹ khác nhau Phương thức lai nhiều bậc có thể được thực hiện một cách linh hoạt tùy theo yêu cầu của quá trình chọn giống (Trần Thượng Tuấn, 1992)

1.5.2 Lai xa và hiện tượng con lai bất dục

Lai xa là lai khác loài (Species) khác chi (Genus) hoặc xa họ hàng hơn nữa

Do cha mẹ rất khác nhau về bản chất di truyền cho nên có sự tái tổ hợp rất mới, đời sau phân li mạnh, có những biến dị đặc biệt, từ các biến dị này có thể chọn lọc để tạo thành giống mới với các tính trạng đặc biệt quý giá (Nguyễn Văn Hiển, 2000) Ngoài trường hợp cây lai F1 có sức sống rất yếu thì trở ngại lớn khác thường gặp là hiện tượng bất dục ở cây F1 Theo G.L Stebbins (1958) thì những trở ngại ngăn cản sự thụ tinh giữa các loài khác nhau tuy lớn nhưng không phải là chủ yếu Khó khăn chủ yếu trong việc lai khác loài nằm ở giai đoạn hình thành hợp tử, F1 và thế hệ phân li sau đó

Trong nhiều trường hợp cây F1 có khả năng sinh sản thấp hoặc bất thụ hoàn toàn, mặc dù các cơ quan sinh dưỡng của các cây này phát triển bình thường, sinh trưởng tốt Về tính bất dục của con lai khi lai khác loài cha, mẹ càng xa nhau về di truyền thì tính bất dục của cây lai càng cao (Trần Thượng Tuấn, 1992)

Các nguyên nhân chính dẫn đến sự bất dục của cây lai là: không hòa hợp giữa nhân của các loài này và tế bào chất của loài kia; không hòa hợp giữa bộ nhiễm sắc thể của cha và mẹ; khác nhau về cấu trúc của các nhiễm sắc thể; sự biểu hiện của gen lặn bất dục Các nguyên nhân này làm cho quá trình phân chia tế bào bị rối loạn, các nhiễm sắc thể không cặp đôi được và sinh ra các giao tử kém sức sống trong quá trình phân chia giảm nhiễm Tùy thuộc vào mức độ rối loạn khi phân chia giảm nhiễm mà mức độ bất dục biểu hiện khác nhau từ bất dục hoàn toàn đến hữu dục bình thường (Nguyễn Văn Hiển, 2000)

Yang và ctv., (2012) đã khảo sát sự vô sinh của con lai dựa trên kết quả của sự

nhân giống 2 loài lúa là Indica và Japonica, tạo ra giống Oryza sativa Các nhà

nghiên cứu đã phát hiện ra đoạn nhiễm sắc thể đặc trưng trên cây lúa lai, S5, và đoạn nhiễm sắc thể này có liên quan đến sự bất dục của con lai Họ cũng tìm ra 3 loại gen liên kết chặt chẽ là ORF3, ORF4 và ORF5, chính sự liên kết này điều khiển khả năng sinh sản của con lai giữa Indica và Japonica Theo các nhà nghiên cứu, gen ORF5 cùng với gen đồng hành với nó là ORF4 có chức năng như gen triệt tiêu trong khi đó gen ORF3 đóng vai trò của gen bảo vệ chống lại 2 loại gen trên (được trích bởi Nguyễn Văn Thiện, 2012)

1.5.3 Phương pháp gia phả (phả hệ)

Phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi và thành công trong việc cải tiến giống lúa Trong phương pháp này, mỗi dòng được trồng thành những hàng riêng biệt với các dòng khác Các cá thể được chọn từ mỗi dòng lai được trồng thành những hàng riêng biệt trong vụ kế tiếp Công việc này được tiếp tục khi không còn

sự phân ly trong quần thể nữa Cách ghi chép lai lịch từ những thế hệ đầu tiên cho phép nhà chọn giống có thể theo dõi đến từng hàng những cá thể đã chọn về khả năng di truyền một tính trạng nào đó Tuy nhiên, phương pháp chọn lọc này không

có hiệu quả cao đối với các tính trạng được kiểm soát bởi nhiều gen (Nguyễn Ngọc

1.6 KỸ THUẬT ĐIỆN DI VÀ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ

THUẬT ĐIỆN DI PROTEIN SDS-PAGE TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA

1.6.1 Kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE

Phương pháp điện di là phương pháp sử dụng một thể đông (gel) bằng tinh bột

hoặc Polyacrylamide, trong đó mẫu vật được đặt dọc theo một hàng và điều khiển

dòng điện tải qua một dung dịch đệm lỏng Tùy theo kích thước của vật và điện tích

mà các phần tử trong mẫu sẽ phân ly theo hướng cực âm hay cực dương

Vị trí mà nó thể hiện trên thể gel qua điện di, được phân loại thành nhiều band

(vạch) Và sau khi dùng phương pháp nhuộm màu thể gel ta có thể thấy được các

band một cách rõ ràng Dựa vào đó ta có thể so sánh giữa những mẫu vật với nhau

để tìm ra những mẫu vật giống và khác nhau, ta có thể gọi giai đoạn này là giai

đoạn “đọc gel”

Kỹ thuật điện di SDS-PAGE protein (Sodium Doecyl Sulfate PolyAcrylamide

gel Eclectrophoresis) được Laemmli (1970) phát hiện từ sự hiệu chỉnh bằng cách

thêm 0,1% SDS (chất tẩy mang điện tích âm) vào hệ PAGE của Ornstein Davis

(1964) nhằm xác định trọng lượng phân tử các loại protein trong phổ điện di (Davis

E Garfin, 1985) bao gồm các bước: ly trích protein, tinh sạch protein, và điện di

Trong dịch ly trích protein thường người ta dùng chất đệm Tris-base (pH >10), chất

tẩy SDS, 2-Mercaptoethanol Khi đun nóng hỗn hợp protein trong dung dịch có

dung dịch đệm SDS (2%) và nhờ vào chất hóa học có gốc thiol (2-Mercapthoethanol) với nồng độ thường là 5%, protein sẽ bị phân cắt các cầu nối

lưu huỳnh và biến tính thành các polypeptide mà vẫn giữ cấu trúc của nó nhờ sự áo

của 1,4 g SDS và 1 g polypeptide Ornstein Davis (1964)

Protein dự trữ được sử dụng như các dấu di truyền để tìm hiểu về những

protein dự trữ bên trong loài, ảnh hưởng của môi trường, kiểm soát di truyền, tính

phức tạp của phân tử và mối quan hệ protein dự trữ giữa các loài khác nhau Dựa

trên phân tích trọng lượng phân tử khác nhau của protein dự trữ mà người ta đánh

giá tính đa hình và phổ biến (Phạm Văn Phượng, 2001)

1.6.2 Một số nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE

trong chọn tạo giống lúa

Ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE để phân tích các giống lúa có

nguồn gốc từ địa phương và các dòng lai Sau đó tiến hành bố trí thí nghiệm theo

thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên với 11 giống/dòng lúa và giống Jasmine 85 làm

giống đối chứng (thực hiện tại vụ hè năm 2008 tại Nông trại thực nghiệm trường

Đại học Cần Thơ) Kết quả là tất cả các dòng đều có mùi thơm, thời gian sinh

trưởng ngắn (<100 ngày), ít bị sâu bệnh có năng suất cao hơn giống đối chứng, có

hạt gạo dạng thon dài và chất lượng hạt gạo tốt, đạt được mục tiêu đề ra, đáp ứng

được tiêu chuẩn gạo xuất khẩu (Hứa Minh Sang và ctv., 2011)

Giống lúa nhập nội từ Úc châu Amaroo có thời gian sinh trưởng ngắn (70-75 ngày) và thấp cây (70-80 cm) được chọn để lai với giống lúa thơm đang trồng phổ biến là Jasmine85-B3 Qua quá trình lai tạo và tuyển chọn kết hợp với kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE kết quả đã chọn ra được 4 dòng lúa thơm và thuần Trong đó, dòng thuần JasmineTP5-1 có năng suất cao nhất (7,44 tấn/ha), ngắn ngày, kháng bệnh đạo ôn tốt, hàm lượng protein cao (13,3%), hàm lượng amylose thấp (13,5%), và có mùi thơm ổn định (Phạm Văn Phượng và ctv., 2009)

Từ giống nếp NK2 ban đầu thu thập tại địa phương, sau khi được thanh lọc và tuyển chọn bằng phương pháp điện di protein SDS-PAGE theo hướng năng suất cao, chất lượng tốt đã chọn được 5 dòng ưu tú Đem khảo nghiệm cơ bản 5 dòng ưu

tú này với 1 giống đối chứng (nếp NK2 địa phương) tại huyện Phú Tân vào 2 vụ Đông Xuân năm 2008 - 2009, Hè Thu năm 2009 Kết quả đã chọn được dòng đạt mục tiêu đề ra, năng suất cao (6,5-7,5 tấn/ha), có hàm lượng amylose thấp (< 3%), hàm lượng protein cao (> 10%), độ bền thể gel cấp 1 (Võ Công Thành, 2011)

Giống lúa TP9 đã được chọn tạo từ tổ hợp lai KhaoDawkmali x Amaroo có thời gian sinh trưởng ngắn (80-82 ngày) và phẩm chất tốt (hàm lượng protein là 7,2%; hàm lượng amylose là 17,3%) được lai tạo với giống lúa thơm, năng suất cao

là TP5 (Jasmine-85 x Amaroo) Kết quả đạt được đến thế hệ F5 đã chọn lọc được 2 dòng lúa thơm, có tiềm năng cho năng suất cao, phẩm chất tốt và thuần bằng phương pháp điện di protein SDS-PAGE Trong đó dòng thuần THL-13-02-09 có tiềm năng cho năng suất cao nhất (6,7 tấn/ha, vụ Đông Xuân), đồng thời cũng có hàm lượng protein cao (12,8%), hàm lượng amylose thấp (17,5%), hạt gạo rất dài (8,3 mm), có biểu hiện chống chịu sâu bệnh khá và có mùi thơm ổn định (Lê Văn Hòa và ctv., 2011)

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM

2.2 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

2.2.1 Vật liệu nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu do phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ sinh học, Bộ môn Di truyền giống nông nghiệp, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ cung cấp gồm:

 Cây làm mẹ: THL29 [Amaroo x F3(NK2 x Nhật)] – cây F4

Cây mẹ có dạng hạt hơi tròn, thời gian sinh trưởng thuộc nhóm cực ngắn ngày (<90 ngày), hàm lượng amylose thuộc phân nhóm rất thấp (3-9%) và hàm lượng protein thuộc phân nhóm cao (>7%) (Bảng 2.1)

 Cây làm cha: THL01 (Sỏi x Nhật) – cây F4

Cây cha có dạng hạt hơi tròn, có thời gian sinh trưởng thuộc nhóm trung bình (106-120 ngày), hàm lượng amylose thuộc phân nhóm trung bình (20-25%), hàm lượng protein thấp (5,7%) (Bảng 2.1)

Phép lai giữa cây mẹ (THL29) với cây cha (THL01) nhằm rút ngắn thời gian trong công tác chọn giống cũng như tìm ra được tổ hợp lai phù hợp với mục tiêu đề tài đặt ra, bên cạnh đó thì khi lai hai dòng lúa và tổ hợp lai còn có sự phân li về mặt

di truyền sẽ tạo cơ hội cho nhà công tác giống có thể tìm ra các tổ hợp lai mới có ý nghĩa

Bảng 2.1 Một số chỉ tiêu nông học và phẩm chất của cây cha, mẹ ban đầu

Tên giống/dòng TGST (ngày) Amylose (%) Protein (%) Dạng hạt

TGST: Thời gian sinh trưởng

2.2.2 Thiết bị, hóa chất

Hóa chất thí nghiệm: Tris, Acrylamine, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS),

TEMED, Coomassie Brilliant Blue R250, 2 -Mercapto ethanol (2-ME), KOH, HCl,

Iot,…

Dụng cụ thí nghiệm: Bộ nguồn chạy điện di, khung chạy điện di, kính chạy

điện di dạng mini, máy li tâm, cân điện tử, cân phân tích, máy scan…

Dụng cụ lai tạo: kéo, giấy bóng mờ, kẹp,…

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Nội dung nghiên cứu

Bước 1: Nhận giống và trồng cây cha mẹ

Bước 2: Thực hiện tổ hợp lai và thu hạt lai F1

Bước 3: Trồng cây F1 (trong nhà lưới), thu cá thể

Bước 4: Trồng cây F2 (trong nhà lưới), theo dõi sự phân ly, đánh giá các chỉ

tiêu nông học và thu chọn các cá thể ưu tú

Bước 5: Phân tích các chỉ tiêu nông học và phẩm chất hạt (amylose, protein,

độ bền thể gel, nhiệt trở hồ,…) chọn dòng theo hướng phẩm chất tốt

Bước 6: Điện di protein tổng số các dòng chọn được để kiểm tra độ thuần và

chọn ra cá thể không có hay có băng waxy rất nhạt để tiếp tục trồng và theo dõi ở

các vụ sau

2.3.2 Phương pháp lấy chỉ tiêu nông học, thành phần năng suất

2.3.2.1 Chỉ tiêu nông học

Thời gian sinh trưởng (ngày): Là thời gian được tính từ lúc hạt nảy mầm cho

đến khi thu hoạch (khi bông lúa chín từ 85% bông trở lên trên toàn lô) Đối với lúa

cấy thì thời gian sinh trưởng được trừ đi 5 ngày (thời gian để cây lúa phục hồi sau

khi cấy)

Chiều cao cây (cm): Tiến hành đo chiều cao cây vào lúc chuẩn bị thu hoạch

Đo từ mặt đất đến chóp bông cao nhất của bụi

Chiều dài bông (cm): Khi thu hoạch, tiến hành đo chiều dài bông Đo từ cổ

bông đến chóp bông, đo ngẫu nhiên 3 bông/bụi và tính trung bình

Chiều dài từng lóng (cm): Đo khoảng cách giữa 2 đốt lóng liên tiếp nhau và

chỉ đo các lóng trên mặt đất Thứ tự lóng tính từ cổ bông dần xuống gốc, lóng đầu

tiên dưới cổ bông là lóng thứ nhất, kế tiếp là lóng thứ hai và cuối cùng là lóng thứ

tư hoặc thứ năm, đo 3 chồi/bụi và tính trung bình

Đường kính lóng (mm): Dùng thước kẹp đo đường kính từng lóng, đo

3 chồi/bụi và tính trung bình

Độ cứng lóng thân (N/cm 2 ): Được tiến hành đo bằng máy đo độ cứng IMADA

ZP –50N (Torque gauges IMADA) với độ chính xác ± 0,5% FS Các cây tiến hành

đo phải lột hết bẹ Đo khoảng giữa từng lóng Mỗi bụi lấy 3 chồi để đo và tính trung

2.3.2.2 Các chỉ tiêu về thành phần năng suất

Tổng số chồi: Đếm tổng số chồi lúc thu hoạch

Số hạt chắc/bông (hạt): Đếm tổng số hạt chắc/bông của 3 bông ngẫu nhiên và

tính trung bình

Phần trăm hạt chắc (%): Là tỉ lệ giữa số hạt chắc trên bông với tổng số hạt

trên bông Lấy ngẫu nhiên 3 bông/bụi để tính và tính trung bình

Trọng lượng 1000 hạt (g): Cân trọng lượng 1000 hạt và quy trọng lượng về độ

ẩm chuẩn (14%)

W14%=

86

)100

2.3.3 Phương pháp lai tạo và chọn lọc

Trồng cây cha mẹ: Tiến hành trồng cây cha, mẹ ở trong chậu riêng, chăm sóc

chu đáo để chúng sinh trưởng phát triển tốt, và cũng để tiện cho việc khử đực sau này Vì có thời gian sinh trưởng dài hơn nên cây cha (THL01) được trồng trước cây

mẹ (THL29) khoảng 20 ngày, cây mẹ ta tiến hành trồng 3 lần, mỗi lần cách nhau 10-14 ngày để đảm bảo trổ hoa cùng lúc với cây cha

Phương pháp khử đực: Chọn bông phải trổ khỏi bẹ khoảng 50-60%, cẩn thận

tách bông được chọn ra khỏi những bông xung quanh để dễ làm, tách bông được chọn ra khỏi bẹ lá

Chọn các bông phát triển tốt, dùng kéo cắt bỏ tất cả hoa đã nở từ chóp bông (nhị đực đã phơi ra) và hoa còn non ở cuối bông Mỗi khóm chỉ giữ lại từ 3-4 nhánh, ở mỗi bông chỉ giữ lại từ 15-20 hoa thành thục

Sau đó, dùng kéo cắt xiên vỏ trấu, bỏ đi từ 1/3 vỏ trấu để lộ ra những túi phấn Không nên cắt quá thấp dể làm tổn thương nướm nhụy cái, nếu cắt quá cao sẽ khó khử nhị đực và hạt phấn khó rơi xuống nướm nhụy cái

Loại bỏ nhị đực: Dùng kẹp gấp lần lượt từng bao phấn ra ngoài (6 bao phấn)

phải thật cẩn thận để không làm tổn thương nướm nhụy

Ghi ký hiệu trên bao: Dùng bao bằng giấy bóng mờ, chi tiết cần ghi: ngày khử

đực, tên người lai, tên tổ hợp lai

Bao cách ly: Khi cả bông lúa đã được khử, bao cả bông lúa bằng giấy bóng

mờ Xếp túm phần miệng bao lại và kẹp vào gần cổ bông để giữ bông cho chặt

Hình 2.1 Khử đực cây mẹ vào buổi chiều mát

Phương pháp thụ phấn: Thu thập phấn của cây cha và thụ phấn cho hoa của

cây mẹ đã được khử đực và bao cách li Thụ phấn vào buổi sáng khoảng 8-10 giờ khi hoa sắp nở hoặc vừa nở dùng kẹp gấp bao phấn, đưa cả bao phấn vào đầu nhụy cái của các hoa đã được khử đực và ấn nhẹ cho bao phấn nứt ra Sau đó bao cách li lại ghi rõ tổ hợp lai, ngày lai Chỉ bỏ bao cách li khi hạt đã được hình thành hoàn

chỉnh

Sau khi lai, cây lai cần được theo dõi thường xuyên để ngăn chặn kịp thời côn trùng và động vật phá hại cây lai và hạt lai Khi hạt lai đã chín cần thu hoạch kịp thời

2.3.4 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu phẩm chất hạt gạo

2.3.4.1 Phương pháp xác định hàm lượng Amylose

Xác định hàm lượng Amylose theo phương pháp Cagampang and Rodriguez (1980)

* Bước 1: Chuẩn bị các dung dịch

- Ethanol 95%

- HCl 30%

- NaOH 1N

- Dung dịch Iod (0,2% I2 và 2% KI)

* Bước 2: Chuẩn bị mẫu

- Cân 50 mg bột nhũ đã nghiền mịn cho vào ống 50 ml

- Thêm 0,5 ml ethanol 95% lắc nhẹ cho tan đều

- Thêm 9,5 ml NaOH 1N Để qua đêm ở nhiệt độ phòng

* Bước 3: Pha loãng mẫu và đo mẫu

- Rút 100 µl dung dịch mẫu cho vào bình định mức 25 ml (đối với mẫu thử

thay dung dịch mẫu bằng 100 l NaOH 1N)

- Thêm nước cất khoảng 1/2 bình, lắc đều

- Thêm 250 µl HCl 30% lắc đều

- Thêm 250 µl dung dịch Iod, lắc đều