Báo cáo kết quả đề tài nghiên cứu nghiên cứu chọn giống và phát triển mạng lưới nhân giống lúa tỉnh hậu giang 2004 2006

Tác giả đã dòng hóa phân tử mRNA và thiết lập bộ sưu tập EST cho hạt lúa lai và thực hiện “profiling” biểu thị sự thể hiện của 44 gen điều khiển tính trạng tinh bột, protein, tổng hợp và

BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chọn giống và phát triển mạng lưới nhân

giống lúa tỉnh Hậu Giang 2004-2006

Mục Lục

I MỞ ĐẦU 1

II TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 3

1 Cây lúa trong chiến lược an toàn lương thực của thế giới và Việt Nam 3

2 Lúa Lai 3

3 Phẩm chất dinh dưỡng 4

4 Cải tiến phẩm chất hạt 5

4.1 Phẩm chất xay chà 6

4.2 Phẩm chất cơm 8

5 Hương vị của gạo 15

5.1 Nghiên cứu gen mùi thơm (fragrance gene) 15

5.2 Các phương pháp đánh giá mùi thơm 16

6 Cải tiến giống kháng bệnh 16

7 Cây lúa chuyển gen và vấn đề an toàn sinh học: 18

8 Chỉ thị phân tử 20

III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

1 Vật Liệu: 23

2 Địa điểm 24

3 Phương pháp 25

IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

1 Công nghệ hạt giống 31

1.1 Chọn dòng mới với tên gọi giống Hậu Giang (HG) 31

1.2 Phân tích sức khỏe hạt giống 33

2.2 Sự ổn định năng suất 37

2.2.1 Khảo nghiệm diện rộng các giống có triển vọng vụ Hè Thu 2004 37

2.2.2 Khảo nghiệm năng suất trên vụ Đông Xuân 2005 40

2.2.3 Khảo nghiệm năng suất các giống vụ Hè Thu 2005 44

2.2.4 Khảo nghiệm năng suất vụ Đông Xuân 2006 46

3 Phẩm chất của các giống lúa 50

3.1 Phẩm chất Vụ Hè Thu 2004 50

3.2 Phân tích phẩm chất vụ Đông Xuân 2004-2005 52

3.3 Đánh giá phẩm chất cơm 55

4 Trình diễn mô hình năng suất 58

5 Tình hình sâu bệnh trên các giống khảo nghiệm 60

5.1 Đánh giá kiểu hình 60

5.2 Đánh gía bệnh bạc lá bằng phân tử 63

6 Đánh giá mức độ phân bón trên các giống 65

6.1 Phân bón trong vụ Hè Thu 65

6.2 Đánh giá phân bón trong vụ Đông Xuân 66

7 So sánh kết quả khảo nghiệm các tỉnh so với Hậu Giang 66

8 Cung cấp các dòng trong những năm vừa qua và những năm tới 2006 67

9 Diện tích các giống lúa được áp dụng rộng 69

10 Xây dựng mạng lưới nông dân 70

11 Đánh giá hiệu quả của đề tài 82

V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC pl-1

BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chọn giống và phát triển mạng lưới nhân

giống lúa tỉnh Hậu Giang 2004-2006

Nguyễn Thị Lang (1), Bùi Thị Dương Khuyều (1), Phạm Hoài An (2), Lê Hoàng

Ấu (3), Huỳnh Thành Hữu (4), Trần Văn Tuấn (5), Bùi Chí Bửu (1)

1 Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long

2 Trung Tâm Khuyến Nông Tỉnh

3 Trạm Khuyến Nông Huyện Phụng Hiệp

4 Trạm khuyến nông huyện Long Mỹ

5 Trạm khuyến nông huyện Châu Thành A

I MỞ ĐẦU

Tỉnh Hậu Giang có diện tích tự nhiên 160.720ha, đất nông nghiệp chiếm 92% diện tích tự nhiên (Nguyễn Văn Đồng, 2004) Giá trị sản xuất toàn ngành tăng bình quân 9,42% năm Trong đó giá trị nông nghiệp tăng 8,55% Tỉnh Hậu Giang đã hình thành được vùng lúa chất lượng cao, đặc sản 70.000 ha, với lợi thế tự nhiên của vùng phù sa sông Hậu đã góp phần bồi tụ cho tỉnh Hậu Giang có chất lượng gạo ngon, đậm

đà của vùng phù sa sông Hậu Việc lai tạo ra giống lúa mới trên cơ sở kết hợp phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học, kháng sâu bệnh hại chính, chống chịu khô hạn, mặn, phèn, phẩm chất gạo tốt, hoặc có hương vị đặc sản (thơm ngon), là mục tiêu chính của đề tài Bên cạnh mục tiêu chính, còn mục tiêu phụ là xây dựng nguồn lực để tạo ra hạt giống tốt đó là việc làm cần thiết và nhiều hiệu quả Chúng tôi mong muốn đây là một trong các biện pháp tổng hợp để sản xuất nông nghiệp của Hậu Giang đạt mục tiêu chung trong quá trình tiến đến phát triển nông nghiệp bền vững, lợi tức của nông dân không ngừng gia tăng Do đó, đề tài đã được sự quan tâm hợp tác của nhiều đơn vị từ tỉnh đến huyện, nông dân trong mạng lưới khảo nghiệm đánh giá giống lúa của tỉnh Bên cạnh đó, sự phát triển của cơ sở vật chất khá tốt của hệ thống sản xuất giống của Tỉnh Hậu Giang còn không ít khó khăn đã tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho đề tài trong quá trình triển khai

Chúng tôi hi vọng rằng, kết quả của đề tài này sẽ góp phần cải tiến hiện trạng sản xuất lúa gạo của Tỉnh trong công cuộc xây dựng của tỉnh nhà

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Xây dựng vùng sản xuất hạt giống lúa cấp xác nhận với những nông dân được

lựa chọn

Cung cấp hạt giống tác giả, giống lúa nguyên chủng cho 5 điểm khảo nghiệm

(một điểm 1000m2) và 3 điểm trình diễn bao gồm 20 ha

Tập huấn nông dân và cán bộ khuyến nông trong mạng lưới sản xuất giống đưa

năng suất tăng 5% trong vùng mục tiêu (trung bình 5 tấn/ha)

NỘI DUNG Nội dung 1: Công nghệ hạt giống: cung cấp đủ cho 20 ha giống gốc và giống

nguyên chủng Jasmine 85 và OM4495

Nội dung 2: Khảo nghiệm và chọn lọc các giống có phẩm chất tốt, năng suất cao

phù hợp cho từng vùng sinh thái

Nội dung 4: Xây dựng trình diễn 20ha

Nội dung 5: Tập huấn nâng cao kiến thức cán bộ giới thiệu các phương pháp

mới trong công nghệ

Nội dung 6: Cung cấp giống lúa tác giả (100 kg) cho tỉnh

II TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1 Cây lúa trong chiến lược an toàn lương thực của thế giới và Việt Nam

Lúa là cây lương thực rất quan trọng nuôi sống khoảng 40 % dân số thế giới,

có khoảng 3 tỷ trên tổng số 5,5 tỷ người sống nhờ vào lúa gạo Sản lượng lúa tăng gấp đôi từ năm 1966-1990 nhờ các giống tạo được bằng phương pháp lai truyền thống Cần tăng ít nhất gấp đôi sản lượng lương thực, đặc biệt là lúa gạo để đáp ứng nhu cầu dân số đến năm 2050 Các điều kiện bất lợi của môi trường như hạn, mặn, ngập, độc

tố, thiếu dinh dưỡng, khoáng…và cỏ dại, dịch sâu bệnh đã gây thiệt hại chiếm tỷ lệ lớn đối với khoảng 5 tỷ tấn lương thực sản xuất hàng năm, thí dụ dịch sâu bệnh gây giảm sản lượng ít nhất 1/3 trong tổng sản lượng, chưa kể 32 tỷ đô-la hàng năm chi phí cho việc sử dụng thuốc hoá học phòng trừ sâu bệnh (James, 1997) Hiện nay, người ta thấy rằng chỉ bản thân công nghệ truyền thống sẽ không thể bảo đảm sản lượng lương thực gấp đôi trong tương lai và công nghệ sinh học sẽ là một thành phần quan trọng trong chiến lược an toàn lương thực toàn cầu Bên cạnh việc giáo dục đề ra các chính sách nhằm làm giảm tỷ lệ tăng dân số, việc ứng dụng công nghệ sinh học hiện đại nhằm tăng sản lượng lúa là điều rất cần thiết Dự báo công nghệ sinh học hiện đại ứng dụng

ở cây lúa sẽ làm tăng sản lượng lúa ở châu Á từ 10-25 % trong vòng 10 năm tới (Kendall, 1997)

Ở Việt Nam, cây lúa cũng là lương thực chủ yếu đóng góp một phần đáng kể nền kinh tế quốc dân Sản lượng lúa là điều rất cần thiết Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất lúa có lúc có nơi sự thiệt hại năng suất là khá lớn do dịch sâu bệnh, rầy Sâu thường phát sinh mạnh vào đầu tháng 9 và tháng 11, gây thiệt hại nặng vào cuối tháng

12 Sâu đã gây hại nặng các trà lúa mùa địa phương với tỷ lệ chết đọt có khi lên đến 40%, có năm đã làm mất trắng khoảng 3.000-5.000 ha, năng suất thất thu gần 30% tại các vùng bị nhiễm sâu nặng Sâu đục thân và sâu cuốn lá cũng gây hại nặng trên một

số giống lúa ngắn ngày như OM2301, ĐS20, VNĐ95-20 (Lương Minh Châu, 2002) Viện Nghiên Cứu Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long đã thực hiện một số nghiên cứu về

sự phát sinh và phát triển của sâu, sự thiệt hại năng suất do sâu trên các vùng lúa mùa

và biện pháp phòng trừ Vì vậy, để duy trì và tăng sản lượng lúa hơn nữa, công tác giống kháng sâu là một trong những yêu cầu cần được quan tâm

2 Lúa Lai

Ngoại trừ Trung Quốc, diện tích lúa lai hiện phát triển 1,5 triệu ha Người ta

dự kiến nó sẽ tăng lên 4 triệu ha vào năm 2010 Năng suất lúa lai hiện vượt cao hơn năng suất lúa thuần 15-20% Năng suất hạt lai đạt trung bình 1 tấn/ha, biến động 0,5-4,0 tấn/ha Cho đến nay, nguồn bất dục đực tế bào chất chủ yếu là WA và các nguồn

cung cấp TGMS Hạn chế chính của lúa lai là phẩm chất gạo kém, năng suất hạt lai thấp, giá thành hạt giống còn cao Các báo cáo khoa học tập trung cải tiến phẩm chất hạt, kháng sâu bệnh và chống chịu stress phi sinh học Nhiều báo cáo đề cập đến ứng dụng công nghệ sinh học như nuôi cấy túi phấn, sử dụng marker phân tử, phân tích QTL kiểm soát hiện tượng “gene blocks” (gen bị khóa, không thể hiện) đối với ưu thế lai, tỉ lệ thụ phấn chéo Bên cạnh đó, còn có những nghiên cứu về định tính các DNA trong ty thể bộ có liên quan đến đa dạng di truyền tế bào chất Một số báo cáo về

chuyển gen Xa-21, có phổ kháng rộng đối với bệnh bạc lá, gen BT kiểm soát sâu đục

thân, gen chitinase kiểm soát bệnh đốm vằn Công nghệ di truyền: tổng hợp

“apomictic behavior” trong con lai dị hợp tử cũng được đề cập, mặc dù việc tìm kiếm hiện tượng “apomixis” không thành công trên cây lúa Họ tập trung dòng hóa các gen điều khiển tính trạng này trên các loài khác, sử dụng biện pháp chuyển nạp gen để đưa

nó vào lúa lai

Ở Ấn Độ, hiện có 23 giống lúa lai chủ lực được thương mại hóa (Viraktamath, DRR, Hyderabad) Diện tích lúa lai phát triển 750.000 ha Nguyên nhân thành công của lúa lai Ấn Độ phải kể đến sự đóng góp của 20 công ty tư nhân, với 6.000 ha nhân giống, cung cấp 12.100 tấn hạt F1, lợi nhuận mang lại đạt 600-1000 USD/ha Họ thông báo hiện nay, 95% hạt giống do công ty tư nhân sản xuất, với hơn 8.000 ruộng trình diễn

Ở Philippines, diện tích lúa lai phát triển được 200.000 ha Họ tổ chức 20 hợp tác xã sản xuất hạt giống đáp ứng 60% nhu cầu của cả nước Bên cạnh đó, có những công ty rất lớn như Monsanto, HyRice cũng vào cuộc Nhóm khoa học gia thảo luận trong tiểu ban này đồng thống nhất quan điểm: nếu không sản xuất thành công hạt giống lai (tư nhân hóa, xã hội hóa) thì việc phát triển lúa lai sẽ bị trở ngại rất lớn

Melissa Fitzgerald, IRRI, đề xuất nhiều phương án để tối đa hóa mức độ an toàn về dinh dưỡng cho người ăn cơm là nguồn lương thực chính Tinh bột có 3 tiêu chuẩn: tiêu hóa nhanh, hoặc tiêu hóa chậm, hoặc không tiêu hóa Di truyền của những tính trạng như vậy phải được nghiên cứu nhiều hơn

“Lúa vàng - Một thế hệ mới” là tựa đề do Rhian Howells và ctv thuộc tổ chức Syngenta trình bày Chiến lược “biofortification” phải được xem xét một cách đầy đủ

về trách nhiệm của chính phủ ở các nước đang phát triển Có 100-200 triệu trẻ em hiện đang bị thiếu vitamin A Giống lúa giàu beta-caroten đã được tạo ra thành công ở Việt Nam, Thái Lan, Philippines, Ấn Độ, Trung Quốc, thông qua phương pháp chuyển nạp gen mục tiêu của một loài vi sinh vật Đó là một tiềm năng rất lớn vẫn còn đang chờ các quyết định của chính phủ Hội nghị dự kiến đến cuối 2006 sẽ phát triển ở Trung Quốc và các nước còn lại trong dự án Cùng thời gian tổ chức hội nghị di truyền, tiểu bang “HarvesPlus Rice Crop” và “Humanitarian Board” đã họp mặt tại IRRI, nhằm kiểm điểm công việc đang triển khai và hoạch định chương trình cho năm sau, tập trung nội dung lúa vàng và lúa giàu sắt, giàu dinh dưỡng vi lượng Viện Lúa ĐBSCL là một thành viên

Jianmin Wan và ctv., CAAS, Trung Quốc, công bố kết quả nghiên cứu phẩm chất hạt thông qua việc thiết lập bản đồ QTL Có tất cả 143 QTL ảnh hưởng đến 19 tính trạng phẩm chất hạt Trong đó có những tính trạng quan trọng như amylose, độ bạc bụng, hàm lượng protein, độ mềm cơm khi nấu chín

Lúa lai cũng được nghiên cứu rất chi tiết về cải tiến phẩm chất hạt Sam Sun, đại học Hồng Kông, nghiên cứu LRP, protein giàu leucine của đậu rồng, dòng hóa gen này và chuyển vào lúa lai, bên cạnh việc cải tiến hàm lượng amylose Tác giả đã dòng hóa phân tử mRNA và thiết lập bộ sưu tập EST cho hạt lúa lai và thực hiện “profiling” biểu thị sự thể hiện của 44 gen điều khiển tính trạng tinh bột, protein, tổng hợp và biến dưỡng lysine trong qúa trình hình thành hạt thóc của cây lúa

KK Rasmussen và ctv., đại học Nông Nghiệp Hoàng Gia, Đan Mạch, đã nghiên cứu ở mức độ “proteomic” về tính trạng phytic acid của hạt thóc Tính trạng này đã làm cho 34% phụ nữ ở Việt Nam ở tuổi sinh sản mắc hội chứng anemia do thiếu sắt Một đột biến gen LPA của Trung Quốc trên giống lúa trồng, điều khiển hàm lượng phytic acid thấp là sự kiện khoa học rất quan trọng trong vài năm gần đây Tổng

số 86 protein của hạt lúa được phân lập có kích thước đại phân tử: 6 kD–103 kD 80% trong số đó được xác định bởi ít nhất 2 “tryptic peptide hits” 56% protein có 4 hoặc lớn hơn 4 “hits” Protein OsTIP3 và LEA3 và nhiều enzyme có tính chất “proteolytic” + thể ức chế đều có mặt trong giai đoạn PSV, nhưng không có enzyme phân hủy phytate hiện diện trong tinh thể globoid của tinh bột

Viện Lúa ĐBSCL tham gia hội nghị với công trình phát triển giống lúa giàu dinh dưỡng các nguyên tố vi lượng cần thiết thông qua chuyển gen và thông qua phương pháp truyền thống

4 Cải tiến phẩm chất hạt

Chất lượng hạt gạo bao gồm: chất lượng xay chà, chất lượng cơm và chất lượng dinh dưỡng Thị hiếu của người tiêu dùng thường chú ý đến chất lượng cơm sau khi nấu Chất lượng cơm bao gồm hàm lượng amylose, độ trở hồ, độ bền thể gel; hàm

lượng dinh dưỡng bao gồm lượng protein, vitamin, khoáng vi lượng Các đặc tính phẩm chất hạt do yếu tố di truyền và môi trường quyết định, tuỳ theo tính trạng, sự thể hiện có thể do yếu tố di truyền, yếu tố kỹ thuật trước và sau thu hoạch hay do tương tác kiểu gen x môi trường quyết định, điều khó khăn cho phân tích là phần lớn những tính trạng phẩm chất hạt có tương tác kiểu gen x môi trường không tuyến tính, khó giải thích trong những phân tích đơn giản (Bửu và ctv, 1996) Chiều dài hạt gạo là tính trạng ổn định nhất, ít bị ảnh hưởng bởi môi trường, được điều khiển bởi đa gen (Somrith, 1974) Thứ tự mức độ tính trội được ghi nhận như sau: hạt dài > hạt trung bình > hạt ngắn > hạt rất ngắn Thị hiếu người tiêu dùng về dạng hạt rất thay đổi, có nơi thích dạng hạt tròn, có nơi thích dạng hạt gạo dài trung bình, nhưng dạng hạt gạo thon dài là đựơc tiêu thụ nhiều nhất trên thị trường quốc tế (Khush và ctv, 1979)

4.1 Phẩm chất xay chà

Tỉ lệ vỏ trấu trung bình từ 20-22%, có thể thay đổi từ 18-26% Cám và phôi hạt chiếm 8-10%, do đó tỉ lệ gạo trắng thường ở vào khoảng 70% (Khush và ctv, 1979)

Tỉ lệ gạo trắng và tỉ lệ gạo lức ít biến động và nó cũng phụ thuộc vào môi trường (Bùi Chí Bửu và ctv, 1997) Tỉ lệ gạo nguyên biến động rất lớn và chịu ảnh hưởng rất mạnh mẽ của môi trường, 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 hạt thường do nắng, sự thay đổi nhanh của ẩm độ không khí, những điều kiện không thuận lợi của môi trường trong suốt quá trình chín của hạt, thu hoạch chậm trong mùa khô cũng làm hạt có độ ẩm thấp những nghiên cứu của (Bùi Chí Bửu và ctv

1996, 1999) cho thấy tỉ lệ gạo nguyên cao nhất khi thu hoạch vào lúc lúa chín 28-30 ngày và thu sớm sau khi lúa trổ 20 ngày, còn thu muộn sau 35 ngày thì tỉ lệ gạo nguyên thấp Ngoài ra, khi gặt xong không tuốt hạt ngay hoặc để hạt ở nhiệt độ cao, do

hô hấp của vi sinh vật sẽ làm tăng tỉ lệ hạt ẩm vàng, giảm tỉ lệ gạo nguyên tỉ lệ gạo nguyên được ghi nhận thường rất thấp trong vụ động xuân so với vụ hè thu, có lẽ do tập quán phơi mớ của nông dân (Bùi Chí Bửu và ctv,1996, Juliano, 1990) Dạng hạt ảnh hường rất lớn đến chất lượng xay chà, hạt mảnh, dài và độ bạc bụng càng cao thì tỉ

lệ gạo nguyên càng thấp Những hạt đã khô nếu bị hút ẩm đột ngột cũng có thể tạo ra các vết rạn trong hạt và gây ra các mảnh vỡ nhỏ khi xay

Kích thước hạt do gen đa gen tương tác cộng tính điều khiển (Takeda và ctv, 1980) Chiều dài và hình dạng hạt di truyền theo số lượng Hạt F1 thường có kích thước trung gian giữa bố và mẹ F2 cũng thường có sự phân ly vượt trội cho cả hạt dài

và hạt tròn, dù di truyền độ dài hạt khá phức tạp nhưng thường ổn định rất sớm trong các thế hệ phân ly Nếu kiểu hạt mong muốn không xuất hiện ở F2 thì khó có thể tìm thấy dạng hạt tốt hơn ở F3, nhưng nếu nó đã có ở F2 rồi thì thường ít khi phân ly ở thế

hệ kế tiếp Chiều dài và hình tính hạt di truyền độc lập nhau và có thể kết hợp được với các tính trạng phẩm chất như hàm lượng amylose, hay với kiểu cây, thời gian sinh trưởng… (Jenning và ctv, 1979)

Độ trong suốt của hạt gạo phụ thuộc vào tính chất của phôi nhũ, vết đục xuất hiện ở lưng, bụng hoặc trung tâm hạt gạo Hạt tinh bột ở vùng bạc bụng sắp xếp rời rạc, có cấu trúc kém chặt chẽ hơn vùng trong suốt, tạo khe hở chứa không khí giữa các hạt tinh bột hình thành vết đục (Del Rosario và ctv, 1968) Chính vì cấu trúc như thế nên hạt gạo dễ bị gãy tại điểm có vết đục khi xay chà làm giảm giá trị thương phẩm của hạt gạo, mặt khác người tiêu dùng cũng thích hạt gạo có nội nhũ trong hơn Những nghiên cứu về di truyền độ bạc bụng của gạo tại Ấn Độ và Hoa Kỳ cho thấy độ bạc

trắng ở trung tâm hạt do gen wc điều khiển, còn độ bạc trắng ở bụng hạt do gen wb

Đây là tính trạng bị ảnh hưởng bởi tương tác đa gen và môi trường (Nakata và Jackson, 1973) Mức độ bạc bụng có tần suất liên kết với tính trạng hạt tròn hơn là hạt dài (Somrith, 1974) và chịu tác động của môi trường nhiệt độ thấp sau khi trổ làm giảm hoặc mất độ bạc bụng (Bùi Chí Bửu và ctv, 1996) Độ bạc bụng ảnh hưởng rất sớm lên các thế hệ phân ly nên cũng cần phải đánh giá và chọn lọc sớm (F2,F3) trong chọn giống Tính trạng này di truyền độc lập với các đặc tính nông học khác (Somrith, 1974) Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tích luỹ chất khô của hạt trong giai đoạn vào chắc, mẩy hạt thì cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của hạt tinh bột và gây ra bạc bụng Nghiên cứu của Bùi Chí Bửu và ctv (1996) cho thấy, khi phơi lúa làm giảm độ ẩm từ

từ, hạt gạo sẽ trong hơn là giảm ẩm độ đột ngột

Phẩm chất xay chà bao gồm tỉ lệ gạo nguyên, gạo lứt và gạo trắng Mùa vụ có ảnh hưởng rất lớn đến tỉ lệ xay chà Thí dụ vụ Đông Xuân, tỉ lệ xay chà tốt và cao hơn

vụ Hè Thu, ngoài ra tỉ lệ nầy liên quan đến công nghệ sau thu hoạch

IR64 biến động từ 7-15% Tuy nhiên đối với IR50404 tỉ lệ bạc bụng cấp 9 biến động

từ 20-50%

4.2 Phẩm chất cơm

Trong các tính trạng về phẩm chất cơm, amylose được xem là tính trạng có ý nghĩa quyết định đến sự mềm cơm hoặc ngược lại Hàm lượng amylose cao có tính trội không hoàn toàn so với hàm lượng amylose thấp, nó do một gen điều khiển kèm theo một số modifiers (gen phụ có tính chất cải tiến) (Seetharaman 1959, Kahlon 1965, Ghost và Govindaswamy 1972, Heu và Park 1976) Các thể đột biến về amylose cũng được nghiên cứu trên giống lúa japonica với hai dạng hình 2064 và EM16 tương tác

theo kiểu “allelic” Các mutants nầy có thể được chuyển sang giống lúa indica nhờ lai

lui với IR36 hai lần Do đó gen điều khiển sự co dãn hàm lượng amylose (amylose extender) được xác định trên nhiễm thể số 2 (Kaushik và Khush 1991) Sử dụng marker vi vệ tinh (microsatellite), người ta đã phân loại các nhóm amylose (gen Wx) trong qũy gen cây lúa (Ayres và ctv 1997) Thành tựu có ý nghĩa trong nghiên cứu di truyền phân tử về phẩm chất cơm có thể được ghi nhận qua công trình: bản đồ liên kết gen hệ enzyme III của tinh bột trong hạt gạo của Harrington và ctv (1997) trên nhiễm

thể số 2, với hai marker kế cận CDO 718 và RG157

4.2.1 Hàm lượng amylose

Amylose là một trong hai thành phần cấu thành tinh bột, có dạng chuỗi không phân nhánh, dài khoảng 300-1000 gốc glucose nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glucosit Chuỗi này xoắn theo kiểu lò xo, mỗi xoắn có 6 gốc glucose Amylose thường được phân bố bên trong hạt tinh bột Dung dịch amylose có độ nhớt thấp hơn amylopectin

Amylopectin là một trong hai thành phần cấu thành tinh bột có dạng chuỗi phân nhánh Điểm phân nhánh là liên kết α-1,6 glucosit Cấu trúc phân tử gồm một nhánh trung tâm (chứa α-1,4 glucosit), từ đó phát ra các nhánh phụ có chiều dài khoảng vài chục gốc glucose Khối lượng phân tử khoảng vài nghìn đến một triệu Amylopectin phân bố ở mặt ngoài hạt tinh bột Dung dịch amylopectin có độ nhớt cao

Ở cây lúa, tinh bột chiếm tỷ lệ 90% trong hạt gạo, và được hình thành do hai đại phân tử: amylose (mạch thẳng 20-30%) và amylopectin (chuỗi phân nhánh 70-80%)

Amylose là thành phần phân tử quan trọng bao gồm α-1,4 liên kết α-1,4 D glucopyranosyl (α-D Glcp) Amylopectin là sợi nhánh thành phần phân tử của chuỗi amylose và nhánh liên kết với α-1,6 glucosidic

C ấu trúc phân tử amylose và amylopectin

Đặc tính di truyền:

Gen “Waxy” còn gọi là gen điều khiển hàm lượng amylose Hàm lượng

amylose có trong phôi nhũ của hạt Hàm lượng amylose là yếu tố rất quan trọng trong đánh giá chất lượng giống lúa Dựa vào hàm lượng amylose trong hạt gạo, các giống lúa được phân ra thành 2 nhóm waxy (1-2%) và nowaxy >2% Đối với nowaxy chia ra thành 3 nhóm: hàm lượng amylose thấp (AC = 10-20%), hàm lượng amylose trung bình (AC = 20-25%), hàm lượng amylose cao (AC > 25%) Hàm lượng amylose chịu ảnh hưởng trong thời kỳ chín hạt Từ 2-10% là rất thấp, cơm dẻo và hơi ướt Từ 11-20% là thấp, cơm dẻo Từ 21-25% là trung bình: cơm mềm, trên 25% là cao, cơm cứng Hàm lượng amylose cũng bị ảnh hưởng rất nhiều của thời kỳ chín hạt

Tinh bột được dự trữ trong các tổ chức “amyloplats”, được chia ra thành nhiều proplast định vị ở chung quanh hạt tinh bột Số hạt tinh bột trong các giống cây khác nhau, riêng lúa thì các hạt này nhiều hơn

Tinh bột không những dự trữ carbohydrat mà còn có đường polymer Hàm lượng amylose có trong phôi nhũ của hạt, phôi nhũ chứa hai kiểu tinh bột là: GBSS

(granule-bound starch synthase) và SSS (soluble starch synthase) Hai hợp chất này được tác động chặt chẽ bởi enzyme quan trọng trong tổng hợp amylose và Wx loci

Cơ chế tổng hợp hàm lượng amylose là quá trình xúc tác của các hạt tinh bột bao chung quanh GBSS protein (granule- bound starch synthase) GBSS được biết thông qua locus waxy (Wx) Một báo cáo khoa học đã ghi nhận sự tích lũy tinh bột amylose tự do trong waxy đột biến tạo một gen đặc biệt trong cây bắp, lúa mì, và lúa Nghiên cứu di truyền phân tử, gen điều khiển hàm lượng amylose của lúa mạch nằm

trên đoạn ngắn của NST số 1 Trên cây lúa Oryza sativa, vị trí gen amylopectin nằm

trên NST số 6

Chiến lược nghiên cứu antisense RNA có kết quả trên lúa indica sự điều hòa của gen trong quá trình điều hòa tổng hợp tinh bột chứa và dự trữ trong các tổ chức của cây Waxy protein, một waxy gen sản xuất bao chung quanh tinh bột gọi là GBSS (granule- bound starch synthase I) giúp cho tổng hợp amylose trong các mô dự trữ

trong thực vật Trong lúa mì lục bội thể có ba gen wx, Wx A1, B1và D Enzyme tổng

hợp tinh bột là SS (starch synthase) và BE (branch enzyme) được tìm thấy trong mô

dự trữ

Nhiều enzyme được tìm thấy trong các hạt tinh bột Trong thời gian tổng hợp tinh bột, những enzyme này xuất hiện trong các lớp dung dịch gọi là stroma và crystalline granule, phần lớn các enzyme tác động ảnh hưởng trong stroma Enzyme GBSSI (granule-bound starch synthase I) tìm thấy trong quá trình kết gắn các hạt tinh bột Sự hiện diện GBSSI quyết định sự tổng hợp amylose

Những thí dụ khác cho thấy quan hệ của hạt tinh bột bao gồm sự tổng hợp của tinh bột khác hơn là GBSSI (Cao và ctv, 1999)

Cải tiến nhanh hàm lượng amylose với promoter CaMV35S được đưa vào cây chuyển gen (Shimada và ctv, 1993) Tuy nhiên, cải tiến giống lúa với sự giảm hàm

lượng amylose xảy ra rất chậm Yao và ctv báo cáo rằng promoter Wx từ lúa indica

cho kết quả thể hiện gen rất mạnh, đặc biệt là trong phôi Tereda và ctv (2000) cũng

chứng minh hàm lượng amylose trên giống thuộc loại hình japonica giảm hàm lượng

amylose nhờ antisen của gen Wx (được thiết kế) rồi chuyển nó vào cả hai loại hình

japonica và indica giảm hàm lượng amylose trên phôi lúa bằng antisen RNA Cấu trúc

này chứa 756bp gen Waxy và gusA được đưa vào cây lúa thông qua chuyển gen nhờ

vi khuẩn Agrobacterium Hơn 200 cây chuyển gen được kiểm chứng bằng Southern

blot và Northern blot với mẫu trích từ phôi mRNA lúc chín Người ta ghi nhận mRNA

ở giai đoạn chín làm giảm tổng hợp amylose Liu và ctv (2003) ghi nhận hàm lượng amylose ổn định 9 thế hệ liên tục trong cây chuyển gen

Sử dụng microsatellite marker, người ta đã phân loại các nhóm amylose (gen Wx) trong quỹ gen cây lúa Áp dụng microsatellite đã xác định 3 gen “wx gene

granule”, “bound starch synthase I”, và “SSE”- gen mã hóa men tổng hợp tinh bột I có trong 56 giống lúa

Các thể đột biến về amylose cũng được nghiên cứu trên giống lúa japonica với

hai dạng hình 2064 và EM16 tương tác theo kiểu “alleic” Các đột biến này có thể được chuyển sang giống lúa indica nhờ lai trở lại với IR36 hai lần Do đó gen điều

khiển sự co giãn hàm lượng amylose ae (amylose extender) được xác định trên nhiễm

sắc thể số 2 (Kaushik và Khush, 1991) Xu và ctv (1995) cho rằng hàm lượng amylose

có thể liên quan ảnh hưởng chính bởi tam bội thể của phôi nhũ Người ta tạo ra quần thể F2 và thiết lập bản đồ QTL kiểm soát chất lượng gạo (He và ctv, 1997) Năm 1999

He và ctv đã tìm thấy AC được kiểm soát bởi gen chính định vị trên nhiễm sắc thể số 5

và số 6 với gen wx và các alen chính giải thích biến thiên di truyền 91,1% Đó là 2 marker RG573-C624 định vị trên nhiễm sắc thể số 5 và wx trên nhiễm sắc thể số 6

Yanagisawa và ctv (2003) đã dùng kỹ thuật SNP (single nucleotide polymorphism) và dCAPS (derived cleaved amplified polymorphic sequence marker) đối với gen Wx – D1 Đây là tính trạng waxy trong lúa mì Nó thể hiện wx – D1 protein theo kết quả phân tích “immunoblot” Điều này có thể giúp chúng ta chọn lựa marker để tìm thấy các alen đột biến trong dòng phân ly Hơn nữa điểm đột biến trong gen có thể làm cho thay đổi dạng hình Phương pháp SNP mở ra triển vọng mới, giúp cho nhà chọn giống nghiên cứu nhanh các alen

Hàm lượng amylose trong lúa được kiểm soát trực tiếp bởi ảnh hưởng cộng (A) và ảnh hưởng tương tác không alen tính cộng x tính cộng (AE) Ảnh hưởng tương tác AmE cũng rất quan trọng đến hàm lượng amylose Do đó, người ta khuyến cáo có thể cải tiến hàm lượng amylose trong thế hệ những thế hệ phân ly đầu tiên trong chọn giống

Tế bào chất có ảnh hưởng một ít đến hàm lượng amylose Tính chất trội (D) và

Dm ảnh hưởng do tương tác với môi trường rất có ý nghĩa Vai trò quan trọng của tính cộng và trội quyết định biến động di truyền trên hàm lượng amylose và ảnh hưởng epistassis đều cần được xem xét trong từng trường hợp cụ thể

Di truyền tính trạng hàm lượng amylose rất phức tạp vì mô hình 3 alen (3n trong nội nhũ) của nó Hàm lượng amylose cao được kiểm soát bởi hai cặp gen bổ sung Một vài nghiên cứu cho rằng hàm lượng amylose là đa gen Trong phân tích hệ

di truyền, hàm lượng amylose do ảnh hưởng của cả 2 nhóm alen cộng tính và alen không cộng tính Somint và ctv kết luận rằng hàm lượng amylose chịu ảnh hưởng của tương tác tính cộng x tính cộng, tương tác epistatic và tương tác trội x trội

Sử dụng marker vi vệ tinh (microsatellite), người ta đã phân loại các nhóm

amylose (gen Wx) trong quỹ gen cây lúa Thành tựu có ý nghĩa trong nghiên cứu di

truyền phân tử về phẩm chất cơm có thể được ghi nhận qua công trình bản đồ liên kết

gen hệ enzym III của tinh bột trong hạt gạo của Harrington và ctv (1997) trên NST số

2, với 2 marker kế cận CDO 718 và RG 157

Trong các tính trạng về phẩm chất cơm, amylose được xem là tính trạng có ý nghĩa quyết định đến sự mềm cơm và ngược lại Hàm lượng amylose trong phôi nhũ của gạo là chìa khóa quyết định chất lượng gạo Khi phân tích hàm lượng amylose trong hạt gạo giữa hai vụ Hè Thu và Đông Xuân, chỉ số được ghi nhận và sự biến động rất thấp (Lang và ctv, 2005)

Nghiên cứu chất lượng của lúa gạo là tính trạng rất phức tạp với nhiều thành phần khác nhau như chất lượng dinh dưỡng, chất lượng cơm, chất lượng mùi vị khi ăn cơm Mỗi thành phần có giá trị quyết định bởi tính trạng về vật lý và tính chất hoá học thông qua lịch sử điều kiện canh tác cũng như thị hiếu tiêu thụ của mỗi người Chất lượng cơm của các giống lúa liên quan với ba tính trạng trên và ba tính trạng này có tính chất hoá lý của giống lúa liên quan với tinh bột trong phôi nhũ Một số nghiên cứu

di truyền trên hàm lượng amylose trên phôi nhũ, nếu hàm lượng amylose cao sẽ cứng cơm và ngược lại hàm lượng thấp thì sẽ mềm cơm

4.2.2 Độ bền gel (Gel consistency)

Phương pháp đo GC dựa trên cơ sở 4,5% bột gạo được đun sôi trong alkali và

để lạnh trong phòng Độ bền gel được thử nghiệm nhằm cung cấp thông tin tốt nhất trong chỉ số nấu nướng Xay chà bột gạo và đun xôi bột gạo với dung dịch alkali, người ta giữ mẫu nguội trong điều khiện nhiệt độ trong phòng Một phương pháp khác, người ta dùng 100mg bột trong 2ml của 0.2N KOH Hàm lượng được đo bằng chiều dài 13x100mm trên ống nghiệm để nhiệt độ lạnh trong 30-60 phút Độ bền thể gel có thể được chia ra các nhóm: cứng 36-40 mm, trung bình 41-60mm, thấp 60-100 mm Mặc dầu hàm lượng amylose là yếu tố quyết định đến chất lượng nấu nướng, nhưng sự khác nhau của độ bền thể gel cũng góp phần tham gia đến phẩm chất cơm

Phân tích di truyền

Qua kết quả nghiên cứu, người ta kết luận rằng F2 góp phần đến sự khác nhau trên vài tổ hợp với ảnh hưởng gen chính Phân tích từng hạt đơn cho thấy GC được kiểm soát bởi nhiều gen Ảnh hưởng tính cộng có ý nghĩa rất lớn Bên cạnh đó, ảnh hưởng tính trội cũng có ý nghĩa Tang và cộng tác viên (1991) ghi nhận GC được kiểm soát bởi đơn gen với nhiều allel như geca điều khiển GC trung bình, gecb điều khiển

GC mềm Chang và Li (1981) nghiên cứu quần thể F1, F2, F3, BC1 và BC2, cho thấy độ bền gel được kiểm soát bởi đơn gen trội Có sự liên hệ trực tiếp giữa độ bền thể gel, hàm lượng amylose và một số tính trạng khác

4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị GC

GC mềm hay tinh bột gạo kéo dài ra nếu nhiệt độ cao trong thời gian gạo tích luỹ và chín hạt Nhiệt độ cũng có ý nghĩa với hàm lượng waxy, hàm lượng amylose

trung bình hay cao cũng ghi nhận do ảnh hưởng nhiệt độ (Cruz, 1977) Một yếu tố chính quyết định ảnh hưởng giá trị chất béo chứa trong mẫu gạo được xay chà, bởi vì chất cám bám dính vào hạt gạo cũng làm GC mềm hơn

4.2.4 Kéo dài của hạt gạo

Hạt gạo kéo dài cũng là tính chất quan trọng cho giống lúa có chất lượng cao Giống lúa Basmati của Pakistan và Ấn Độ, Bahra của Afghanistan, Domsia của Iran và D25-4 của Burma thể hiện cơm nhoè sau khi ngâm Một số nghiên cứu về vị trí các locus theo phân tích QTL liên hệ đến hiện tượng kéo dài của cơm trong quần thể F3

thông qua trắc nghiệm 170 clones và phân tích biến đổi chiều dài của hạt cơm với hai markers RZ323 và RZ562 trên nhiễm sắc thế số 8

4.2.5 Độ trở hồ (GT)

GT là một tính chất vật lý thể hiện sự biến đổi của tinh bột từ trạng thái này sang trạng thái khác, và không hoàn nguyên khi nhiệt độ gia tăng ở ngưỡng xác định Mức độ của độ trỡ hồ từ 550C tới 790C, lúc ấy gạo biến thành cơm và không hoàn nguyên, GT thường liên quan với tỉ lệ hạt gạo lứt nhiều hơn GT được kiểm soát bởi đơn gen, nhưng một vài tác giả đã công bố nó được kiểm soát bởi đa gen

Cấu trúc hạt tinh bột do sự sắp xếp không gian của các sợi amylose và amylopectin hình thành Khi có tác động của nhiệt độ hoặc hoá chất thì cấu trúc này bị phá vỡ và làm biến dạng hạt tinh bột, quá trình này được gọi là sự hoá hồ- gelatinization, nhiệt cần thiết cho quá trình này diễn ra gọi là nhiệt độ trở hồ (Gelatinization temperature–GT) Theo Jennings và ctv (1979) thì: nhiệt độ trở hồ là nhiệt độ nấu mà khi lên đến đó nước được hấp thụ và hạt tinh bột phồng lên không hoàn nguyên, đồng thời dạng tinh thể biến mất Nhiệt trở hồ thường 55-790C được chia thành 3 nhóm chính:

độ cứng của hạt tinh bột và phôi nhũ cho nên có thể ít bị thiệt hại do côn trùng và khuẩn tấn công

Nhiệt độ trở hồ liên hệ một phần với lượng amylose của tinh bột, là yếu tố chính quyết định phẩm chất gạo khi nấu Trong một số trường hợp, các nhà chọn tạo giống có thể dựa vào cách thử nhiệt độ trở hồ đơn giản để ước lượng hàm lượng amylose Việc chọn giống căn cứ trên tiêu chuẩn hàm lượng amylose là chính, thị hiếu của người tiêu

dùng có thể quyết định tiêu chuẩn chọn tạo giống có hàm lượng amylose cao hay thấp Hàm lượng amylose ảnh hưởng đến độ mềm, màu sắc và độ bóng của cơm Hàm lượng amylose trong gạo xếp thành 4 nhóm (tiêu chuẩn IRRI, 1996):

0% - 2%: Nếp 2% - 20%: Thấp (Gạo dẻo) 20% -25%: Trung bình (mềm cơm)

> 25%: Cao (cứng cơm) Gạo có hàm lượng amylose thấp thường ít hút nước, ít nở trong lúc nấu và cơm có độ bóng cao Sau đây là một số kiểu tổ hợp giữa nhiệt độ đông hồ và hàm lượng amylose đã quan sát được

Việc xác định hàm lượng amylose đòi hỏi thiết bị phức tạp và khó thực hiện, trong khi xác định nhiệt độ đông hồ thì đơn giản và nhanh chóng nên ta có thể áp dụng tiêu chuẩn này để ước lượng nhanh về hàm lượng amylose của giống lúa Tuy nhiên sự ước lượng này chỉ có thể sử dụng cho giống lúa có hàm lượng amylose thấp vì nó liên

hệ với rõ rệt với nhiệt độ trở hồ cao, còn việc chọn giống có hàm lượng amylose trung bình và cao thì đòi hỏi nhà chọn giống phải phân tích đặc tính hàm lượng amylose

Nhiệt độ trở hồ được đánh giá qua mức độ lan rộng và trong suốt của hạt gạo khi xử lý với dung dịch KOH 1,7% ở 300C sau 24 giờ, gạo có nhiệt độ trở hồ thấp sẽ hoà tan hoàn toàn và trong suốt; loại có nhiệt độ trở hồ trung bình sẽ rã một phần còn loại có nhiệt độ trở hồ cao hầu như không phản ứng với kiềm Độ trở hồ của gạo biến thiên từ cấp 1 đến cấp 7 (tiêu chuẩn hệ thống đánh giá của IRRI, 1996) Theo Lang và ctv (2004) tiêu chuẩn đánh giá của Viện lúa ĐBSCL, độ trở hồ từ cấp 1 đến cấp 9 như sau:

Cấp 1: hạt gạo còn nguyên

Cấp 2: hạt gạo phồng lên

Cấp 3: hạt gạo phồng lên, viền còn nguyên, nở ít

Cấp 4: hạt phồng lên, viền còn nguyên, nở rộng

Cấp 5: hạt nứt hoặc rã, viền hoàn toàn nở rộng

Cấp 6: hạt tan ra hoà với viền, tâm đục

Cấp 7: hạt tan hoàn toàn và hoà lẫn với viền trong suốt, tâm đục mờ

Cấp 8: hạt tan hoàn toàn, tâm mờ, viền trong suốt nở rộng

Cấp 9: hạt tan hoàn toàn, trong suốt, không phân biệt được viền

Hệ di truyền của độ trở hồ được kiểm soát bởi 2 gen qASS-6 và gen akl, cả hai

đều nằm trên nhiễm sắc thể số 6 (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang 2000) độ trở hồ bị ảnh hưởng rất lớn của tương tác kiểu gen-môi trường, Pooni và ctv (1992) đã đề nghị một mô hình phân tích trực tiếp hạt và tính chất của phôi nhũ Mo (1995) thiết kế phân tích thống kê nghiên cứu ảnh hưởng của kiểu gen đối với phôi nhũ và độ trở hồ

Hệ số di truyền thấp trên tính trạng độ bền gel, độ trở hồ, tỉ lệ xay chà biểu hiện sự đóng góp quan trọng của tương tác kiểu gen x mùa vụ và kiểu gen x môi trường Điều này cho thấy môi trường rất quan trọng khi chọn giống (Lang và ctv, 2003) He và ctv (1999) thiết lập quần thể tế bào double haploid để nghiên cứu hệ di truyền của độ trở hồ và tìm thấy ở độ trở hồ cả gen chính và gen phụ đều nằm trên

nhiễm sắc thể số 6, marker CT201-RZ450 trên gen qASS-6 và gen alk marker

CT506-C235

5 Hương vị của gạo

5.1 Nghiên cứu gen mùi thơm (fragrance gene)

Mùi thơm được tách từ resine, dầu và baldams xem như thành phần của mùi thơm được đánh dấu bằng một chỉ thị là mùi Mùi thơm hay còn gọi là bột thơm khi nấu cơm mùi vị bốc hơi cho thấy một hợp chất chính của formaldehydes, ammonia và hydrogen sulfide Một số nhà nghiên cứu cho rằng có sự gia tăng chất propanol, pentanal, và hexanal trong thời gian dự trữ Hơn 100 thành phần chất bột như carbohydrate, alcohols, aldehydes, ketones, acids, esters, phenols, pyridines, pyrazines,

và thành phân khác khi nấu cơm

Người ta đã chứng minh chất 2-acetyl-1-pyrroline có trong giống Basmati 370

và Jamine quyết định sự thể hiện mùi thơm Emmanual (1993) đã báo cáo thông qua đánh HPLC thông qua cách đánh giá của gạo IR64, Azucena, và Basmati, chứng minh pentanol, hexanol, benzaldehyde, and 2-acetyl-1 pyrroline, trong đó 2-acetyl-1 pyrroline là thành phần chính trong mùi thơm của gạo

Nghiên cứu di truyền của mùi thơm trên lúa cho thấy rằng gen mùi thơm được kiểm chứng bởi một gen lặn (Berner and Hoff 1986, Ali et lat 1993) Ahn và ctv 1992 báo cáo rằng DNA marker liên kết với gen mùi thơm fgr nằm trên đoạn nhiễm sắc thể của giống lúa Della (donor) thông qua kỹ thuật RFLP, được nghiên cứu trên quần thể dòng gần như đẳng gen (NILs) Phân tích bản đồ RFLP cho thấy sự liên kết đơn gen lặn fgr với RG 28 trên nhiễm sắc thể số 8, có khoảng cách di truyền 4,5cM Marker phân tử liên kết rất chặt với gen điều khiển mùi thơm fgr và từ đó người ta có thể phát hiện đồng hợp tử và dị hợp tử trong thế hệ phân ly ban đầu, rút ngắn thời gian cải tiến trong chọn giống Nghiên cứu ứng dụng microsatellite (Lang và ctv 2002) đã thiết kế bản đồ mùi thơm trên nhiễm sắc thể và kết luận RM223 liên kết với fgr khá chặt, giá trị khoảng cách di truyền 1,6 cM

5.2 Các phương pháp đánh giá mùi thơm

Di truyền về mùi thơm được phân tích thông qua đánh giá về kiểu hình rất khó Tuy nhiên, người ta đã cố gắng bổ sung nhiều phương pháp để tạo sự hoàn hảo trong phương pháp xét nghiệm

- Nhai: nhai hạt gạo thông qua đánh giá cảm quan (Chewing a half single seed)

theo Berner và Haff (1986), nhai một vài hạt theo Dhulappanavar (1976)

- Đun nóng cây lúa trong nước: lấy một phân cây bao gồm hạt, lá và thân ở giai

đoạn để chồi và đun vào nước nóng và đánh giá khi mùi thơm bốc ra (Nagaraj

và ctv 1975) Phương pháp nầy cũng không thật sự ổn định vì chất chlorophyll

có mùi thơm rất mạnh sẽ ảnh hưởng khi kết luận giống thơm hoặc không thơm

- Xét nghiệm alkali: dùng 2 gram bột lá xanh đặt trong dĩa petri nhỏ có nấp đậy,

sau đó đỗ 10 ml của dung dịch 1.7%KOH Sau 10 phút sẽ đánh giá mùi thơm thông qua các chuyên gia ngửi Tất cả các thành phần của cây: lá thân, bông, hạt đều áp dụng phương pháp nầy Đây cũng là phương pháp cảm quan

- Phương pháp xét nghiệm alkali cải tiến: phương pháp Berner và Hoff (1986),

phương pháp này được cải biên bởi Sood và Siddque (1978) Lấy hai lá từ một cây (2.5cm chiều dài cho tương đương 1 gram), để trong ống nghiệm 20 ml, giữ chúng trong nhiệt độ lạnh Sau đó lấy ra đánh giá bởi 10 người cho điểm từ 1 tới 10 Điểm 1-9 xem như không mùi và cấp 10 xem như có mùi thơm

- Phân tích số lượng: Số lượng được bao gồm chọn lọc và phát triển, đánh giá

các tính trạng mùi thơm Một vài lá có mùi gọi là pandan (Buttery 1985) Vai trò chính của thành phần lá cây pandan do sự tổng hợp của 2-acetyl-1- pyrroline được phân tích số lượng theo phương pháp Buttery

- Phân tích thông qua hóa học: phương pháp Linkers và Nikerson (1964) với

thuật ngữ “steam distillation process” Thành phần được tách thông qua sắc ký khí Chất mùi của mỗi thành phần được đánh giá bởi ảnh hưởng phá vỡ cân bằng của hạt.

6 Cải tiến giống kháng bệnh

Tính kháng bền vững, phổ kháng rộng đối với bệnh hại là nội dung quan trọng được thảo luận trong hội nghị Công trình của Jan E Leach và ctv thuộc đại học Colorado, Mỹ, đề cập đến tính kháng số lượng có tiềm năng và đóng góp của tính kháng này vào nội dung kháng bền vững, phổ rộng Tuy nhiên, cho đến nay cơ chế tính kháng và lộ trình hoạt động của gen số lượng vẫn chưa được biết rõ Thông thường, đó là những gen đáp ứng lại cơ chế tự bảo vệ của cây, thí dụ như oxalate oxidase, chitinase, PR1 Còn lại những gen khác vẫn chưa được biết rõ chức năng của chúng

Đối với bệnh đạo ôn, Ralph A Dean, đại học North Carolina State, nghiên cứu

toàn bộ genome của vi nấm Magnaporthe grisea, gen và bệnh lý học, hiện tượng

synteny (gen tương đồng với gen của genome khác) Độ lớn của genome vi nấm này là 40Mb, có 7 nhiễm sắc thể Năm 1998, người ta thành lập một consortium quốc tế với tên gọi là “International Rice Blast Genome” (IRBGC) để hợp tác nghiên cứu bệnh đạo ôn trên các vùng trồng lúa toàn thế giới Số lượng gen có trong genome của vi nấm

là 11.109 gen, phân bố theo tỉ lệ 1/3,5 kb, bao gồm 45% số gen có mã di truyền được

xác định Phân tích Signalp-2.0 (PSORT) cho thấy, số protein chưa được biết gắn với

khu vực chitin là 1.258 Các DNA có tính chất lập lại không phân bố ngẫu nhiên trong genome mà phân bố theo nhóm, không có hiện tượng synteny Theo kết qủa hợp tác quốc tế của consortium, người ta đã thiết lập được microarray chất lượng cao, có tính khả thi về mặt thương mại Những phân tích “knockout” và thể hiện gen đối với gen mục tiêu đã cung cấp cho chúng ta nhiểu kiến thức về biến dưỡng protein, sự điều chỉnh nitrogen của vi nấm trong quá trình phát sinh bệnh trên lúa

Đối với côn trùng hại lúa, rầy nâu là đối tượng được nghiên cứu nhiều nhất, kế đến là sâu năn (muỗi gây lá hành), rầy xanh đuôi đen Viện lúa ĐBSCL sử dụng STS

và SSR marker đánh dấu gen Bph-10 định vị trên nhiễm sắc thể 12, điều khiển tính

kháng rầy nâu (BPH 2+3) và dòng hóa gen này trong hai vectơ BAC, trên vùng có độ dài mục tiêu là 105 kb, theo phương pháp “chromosome walking” Đây là gen quan trọng được nhiều nhà khoa học của các nước ở Châu Á tập trung nghiên cứu Nó có

nguồn gốc từ quần thể lúa hoang Oryza australiensis

Li-Rong Zeng và ctv.2005 đã công bố chức năng của protein SPL11 ngăn cản

sự chết của tế bào và kích hoạt phản ứng tự bản vệ của cây lúa khi bị tấn công bởi sâu bệnh hại

Zhongchao Yin và ctv 2005 công bố gen Xa-27 và lộ trình tương tác gen đối

gen của cây lúa và vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa, theo cơ chế NLS (nuclear localization signal motif)

Shiping Wang, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, Wuhan, Trung Quốc,

nghiên cứu gen lặn xa-13 theo phương pháp dòng hóa gen trên bản đồ (map-based cloning) Alen trội Xa-13 cho thể hiện thông qua chiến lược nghiên cứu RNAi Tiến

hành chuyển nạp gen được dòng hóa vào cây lúa bình thường Tất cả cây lúa biến đổi

gen đều có hiện tượng ức chế thể hiện alen trội Xa-13 và nó thể hiện tính kháng bệnh bạc lá Các tác giả cũng ức chế gen lặn xa-13 bằng RNAi, cây chuyển gen kháng bệnh

hơn cây bình thường Phân tích so sánh chuỗi trình tự gen cho thấy có sự khác biệt rất

lớn giữa xa-13 và Xa-13 tại vùng “promoter” Kết quả khẳng định rằng Xa-13 là một

regulator âm tính của tính kháng bệnh bạc lá

Junhong Ma và ctv., đại học Nông nghiệp miền Nam Trung Quốc, công bố

bản đồ di truyền gen Pi-15, Pi-36, và Pi-37 định vị trên nhiễm sắc thể số 9, 8 và 1,

theo thứ tự, điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn

Laurence Albar và ctv., INRA, Pháp, lập bản đồ QTL gen kháng bệnh siêu vi RYMV và dòng hóa các gen kháng Dòng “elF4G” được thiết kế ở trên vùng 1,7Mb, chứa đựng QTL điều khiển tính kháng bệnh, định vị trên nhiễm sắc thể 12

7 Cây lúa chuyển gen và vấn đề an toàn sinh học:

Thuốc trừ sâu sinh học Bt (bào tử + tinh thể độc tố) được xem là loại thuốc trừ

sâu rất an toàn Sự hiệu quả và an toàn của loại thuốc này khiến các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng gen tạo protein độc tố (δ-endotoxin) trong nghiên cứu tạo cây lúa chuyển gen kháng sâu Có hai điểm khác nhau giữa dang độc tố ở cây chuyển gen và

dạng độc tố ở chế phẩm Bt Thứ nhất, độc tố ở chế phẩm Bt ở dạng tinh thể và cần

được phân giải ở bộ máy tiêu hoá (sâu) để trở nên độc, còn độc tố ở cây chuyển gen đã

sẵn sàng ở trạng thái hoà tan Thứ hai, trước khi được chuyển vào cây, các gen Bt được

cải tiến để tăng sự biểu hiện ở tế bào cây Do sự khác nhau này, một số nước như Mỹ

đã tiến hành một số thử nghiệm nghiên cứu bổ sung về tính an toàn Kết quả cho thấy cây chuyển gen không gây độc hại hoặc dị ứng đối với một số động vật như: chuột, chim và một số côn trùng có ích như ong mật và côn trùng bọ cánh cứng (IRRI, 1997)

Nhóm sâu hại lúa mẫn cảm đối với độc tố của Bt

Việc sản xuất cây chuyển nạp gen biểu hiện những độc tố trừ sâu được tạo ra

những chủng khác nhau của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (BT) trong đất đã được

đánh giá và xem xét (Koziel và ctv., Peferoen, 1997)

Những bào tử của B.thuringiensis có chứa một loại protein tiền độc dạng tinh thể mã hóa bởi gen (cry) được mang trong một plasmid trong vi khuẩn Khi côn trùng

nuốt vi khuẩn những bào tử này, thì những hạt tinh thể được hòa tan và chất tiền độc

sẽ được tách ra bởi các enzym tiêu hóa proteinase trong ruột của côn trùng để sinh ra những phân tử độc tố BT đã hoạt hóa (Choma và ctv., 1990) Phân tử đã hoạt hóa sẽ dính vào một thụ quan glycoprotein đặc thù nằm ở màng tế bào của thành ruột giữa của côn trùng, và sau đó nó tự xen vào màng tế bào của thành ruột (Liang và ctv., 1995) Độc tố đã dính rồi thì tương tác với màng tế bào, phần đã xen vào màng tế bào của phân tử sẽ hình thành một dòng chảy ở trong màng tế bào và cho phép sự chuyển động tự do của các ion (Knowles và Dow, 1993) Những dòng chảy do độc tố tạo nên phá hủy sự mất cân bằng về nồng độ ion và xảy ra ở vùng liên màng tế bào này (điều

đó có thể được xem là rất quan trọng, vì nhiều sâu non thuộc bộ cánh vảy có pH trong ruột khoảng 10,5-11), dẫn tới sự chết và sự tiêu tan những tế bào ở thành ruột (Manthavan và ctv., 1989) Sự chết của côn trùng diễn ra nhanh chóng và xác chết đã

tạo thành nền móng cho sự sinh trưởng của B thuringiensis từ những bào tử Vi khuẩn

tiếp tục sinh bào tử và phóng những bào tử mới vào trong đất để lập lại chu trình mới

Những độc tố BT hình thành một phổ khá rộng đối với sâu hại Những chủng

BT khác nhau có chứa những plasmid mã hóa những độc tố với những chuỗi mã protein khác nhau, và có những hoạt tính khác nhau đối với côn trùng Nói chung, một độc tố đặc thù sẽ biểu hiện mức chuyên hoá cao và chỉ hữu hiệu đối với một phạm vi giới hạn của những loài có quan hệ khác nhau Những độc tố BT trong tự nhiên đã được phân loại thành những nhóm gọi là: Cry1, Cry2…, dựa trên cơ sở phổ tác dụng rộng và tính tương đồng của các chuỗi protein, và từng nhóm này lại được tiếp tục phân loại tiếp thành những nhóm độc tố được gọi là Cry1A, Cry1B,… và những chuỗi độc tố riêng biệt được gọi là Cry1Ab, CryAb1,…Những nghiên cứu vẫn đang tiếp tục

để phân lập các loại độc tố BT thêm nữa để làm tăng tác dụng của các độc tố này đối với côn trùng Đại thể, những độc tố: Cry1, Cry2 và Cry9 rất hữu hiệu đối với côn trùng bộ cánh vảy (Lepidoptera), Cry3, Cry7, Cry8 thì lại rất hữu hiệu đối với côn trùng bộ cánh cứng (Coleoptera), và Cry 4, Cry10, Cry11 thì rất hữu hiệu đối với côn trùng bộ hai cánh (Diptera) Những độc tố Cry1 là loại phổ biến nhất Cho tới nay thì chưa xác định được loai độc tố BT nào có độ độc cao đối với côn trùng thuộc bộ cánh đều (Homoptera)

BT đã được sử dụng trong nhiều năm như là thuốc trừ sâu hữu cơ để phun vào các tế bào cây (Peferoen, 1997) Tuy nhiên, sử dụng thuốc trừ sâu BT theo tập quán cũ

là rất hạn chế bởi tính không ổn định của protein khi tiếp xúc với ánh sáng của mặt trời

và đặc biệt là trong mùa mưa, sự duy trì của nó trên bề mặt cây trồng lại rất kém Mức

độ độc cao của protein mang độc tố BT và sự dễ dàng phân lập gen mã hoá của nó từ các plasmid vi khuẩn, đã làm cho nó trở thành một sự lựa chọn hiển nhiên cho những thí nghiệm sơ khởi để tạo ra những cây trông chuyển nạp gen kháng sâu hại

Qua nhiều nghiên cứu thử tính chống chịu tự nhiên của sâu lúa đối với protein

Bt dùng môi trường nhân tạo, nhận thấy sâu hại lúa chủ yếu là sâu Cánh phấn rất mẫn

cảm đối với độc tố Bt Do vậy, các nghiên cứu tập trung sử dụng một số gen như cryIA

(b) , cryIA (c), cryIIA để chuyển vào cây lúa Thực tế nghiên cứu chuyển gen cho thấy, cây mang gen Bt đã tỏ ra kháng cao đối với sâu hại cánh phấn Một số nhóm sâu hại

lúa mẫn cảm với protein như:

- Loài sâu thuộc Pyralidae: Chilo suppressalis (sâu đục thân sọc), Chilo

polychrysus, Scirpophaga incertulas (sâu đục thân vàng), Scirpophaga

innotata (sâu đục thân trắng), Cnaphalocrocis medinalis (sâu cuốn lá), Herpitogramma licarisalis

- Loài sâu thuộc Notuidae: Sesamia inferens (sâu đục thân hồng), Naranga

anescens

- Loài sâu thuộc Stayridae: Mycalesis gotama

- Loài sâu thuộc Hesperiidae: Parnara guttata

8 Chỉ thị phân tử

DNA marker là những marker phân tử được tạo ra nhờ kỹ thuật phân cắt DNA bằng những “restriction endonuclease” (enzyme nội sinh, phân cắt hạn chế) Khi sáng tạo ra những đoạn DNA mới, người ta đã cố gắng tìm kiếm một sự liên kết giữa marker và gen định vị trên nhiễm sắc thể nào đó Điều này hoàn toàn có thể thực hiện được nhờ công trình có tính lịch sử của Morgan về liên kết gen và khoảng cách di truyền (tính bằng centi Morgan, viết tắt là cM) Bản đồ di truyền đơn giản của ruồi giấm đã được phát hiện rất sớm vào năm 1925 Những tính trạng có biểu hiện giống nhau về di truyền được xếp vào cùng một nhóm liên kết gen, trên cùng một nhiễm sắc thể Những tính trạng này được xác định trên nhiễm sắc thể tùy thuộc mức độ liên kết của nó Sự sắp xếp một cách độc lập các nhiễm sắc thể giúp cho việc định vị của loci trong các nhóm liên kết gen Sự xuất hiện của hiện tượng quấn chéo (crossing over) trong gián phân giãm nhiễm giúp cho việc xác định thứ tự của các loci trong nhiễm sắc thể Khoảng cách di truyền trên bản đồ được đo bằng tần suất tái tổ hợp gen (recombination) Gen thể hiện bản chất di truyền sẽ được liên kết với một tính trạng hình thái nào đó mà người ta có thể đo đếm được - gen đó có thể xem như là marker gen Thí dụ liên kết gen giữa lá mầm có màu tím và tính kháng rầy nâu của một vài giống lúa ở Đông Bắc Ấn Độ Khi giống kháng có lá mầm màu tím được lai với giống nhiễm có lá mầm màu xanh, sẽ có 90% cơ hội để con lai F2 có màu tím, thể hiện tính kháng rầy nâu Như vậy lá mầm màu tím được xem như marker đối với tính kháng rầy nâu

Việc lập bản đồ gen và chọn lọc nhờ marker hình thái như vậy sẽ rất chậm Số marker quá ít và chỉ có ở qui mô hình thái (cơ quan)

Việc áp dụng isozyme marker đã làm thay đổi theo chiều hướng tốt hơn, nhưng số marker cũng qúa ít, không thoả mãn cho nhu cầu nghiên cứu

DNA marker đã được chứng minh có tầm quan trọng hơn về lâu dài, do số lượng của nó lớn hơn rất nhiều lần “isozyme marker” (Tanksley và ctv., 1980) Việc

áp dụng DNA marker dễ dàng hơn và tương lai sẽ rẻ tiền hơn nhờ sự cải tiến không ngừng của các nhà khoa học

Microsatellite marker

Những marker vi vệ tinh (microsatellite) đã được ứng dụng khá thành công từ

1995 đến nay Nó được dùng để phát hiện các bệnh ung thư thường gặp trên người Nó cũng được dùng để phát hiện các gen có ích trong thực vật, sự liên hệ về huyết thống Microsatellite là một PCR-based marker khám phá sự khác biệt các “vệ tinh” (microsatellite) bằng cách nhân bản các chuỗi mã đơn giản lặp lại phân tán trong

genome sinh vật nhờ phản ứng PCR Các đoạn ADN này sau đó được tách ra trên gel polyacryramide hoặc agarose và hiển thị nhờ phản ứng nhuộm Bạc (Ag) hoặc Ethydium Bromide rồi chụp hình bằng tia UV Chiều dài các đoạn ADN trên điện di thường khoảng 100-200 bp Các đoạn mồi (primer) được thiết kế cho phản ứng PCR dựa trên chuỗi mã ở hai đầu của các “vệ tinh” Thể đa hình chiều dài các chuỗi mã đơn giản lặp lại (SSLPs) được xác định dựa trên sự khác biệt về số lượng các đơn vị lặp lại tại locus mà marker đó định vị (Jacob và ctv, 1991; Litt và Luty, 1989; Weber và May, 1989; Zheng K và ctv, 1995) và nó cung cấp một nguồn đánh dấu sự khác biệt ngay trên vật chất di truyền

SSR rất phong phú và phân bố rộng trong genome cây lúa vì thế chúng được

sử dụng để phân tích đa dạng di truyền giữa các giống lúa (McCouch và ctv, 1997) Bản đồ di truyền SSR trên genome cây lúa được thiết kế với các SSR markers được viết tắt là RM (Rice Microsatellite) ở Mỹ và OSR ở Nhật Sự phong phú về số lượng các marker SSR với các motif lặp lại phát triển trên những phần mã hóa và không mã hóa của genome cây lúa (Wu và Tanksley, 1993; Panaud và ctv, 1995,1996; Akagi và ctv, 1996; Chen và ctv, 1997; Temnykh và ctv, 2000) giúp cho việc khảo sát sự hiện diện và khác biệt các chuỗi mã đơn giản lặp lại trên toàn bộ genome ngày càng hoàn hảo So sánh 323 SSR markers (194 markers từ kho lưu trữ genomic của cây lúa và

129 markers từ kho lưu trữ thiết lập từ protein (isozyme marker) thể hiện các tính trạng rice-expressed sequence tags - ESTs), Cho và ctv (2000) xác định tỷ lệ đa hình tìm thấy nhờ các marker từ genome cao hơn rất nhiều các marker từ ESTs (83,8% so với 54,0%) Về các motif lặp lại, mức độ đa dạng di truyền cao nhất tìm thấy ở marker khuếch đại chuỗi mã GA trong khi hầu hết các marker khuếch đại chuỗi mã CCG hoặc CAG không tìm thấy sự khác biệt Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cần phải cải tiến

để có những marker cung cấp ở mức độ cao hơn tính đa dạng allel, dùng trong thẩm định quỹ gen

SSR là marker có giá trị cao bởi vì chúng thường là dạng di truyền codominant

và dễ dàng phân tích bằng PCR Trên lúa có khoảng 5700–10.000 SSR có trình tự khác nhau 2, 3, hoặc 4 đơn vị lập lại Với số lượng lớn SSR sẽ rất thuận lợi cho việc ứng dụng lập bản đồ gen Một bản đồ gen của cây lúa được Chen và ctv (1997) thiết lập trên 121 SSR marker Một bản đồ có mật độ phân tử cao cũng đã được công bố năm 1998 Bản đồ này được thiết lập với 2275 marker bao phủ 1521,6 cM dựa trên quần thể gồm 186 cá thể con lai F2 từ tổ hợp lai giữa Nipponbare (Japonica) và Kasalath (Indica) (Harushima và ctv, 1998) Một bản đồ khác đã được thực hiện bằng

312 SSR marker phủ đầy genome với mức độ bao phủ trung bình của một marker là 6

cM (Temnykh và ctv, 2000) Ngoài ra McCouch và cộng tác viên (2002) cũng đã phát triển và thiết lập bản đồ trên cây lúa với 2240 SSR marker mới

Nguyễn Thị Lang (2001) đã thiết lập bản đồ di truyền cho gen kháng mặn trên cây lúa bằng SSR marker trên các quần thể con lai BC2F2 của nhiều tổ hợp lai khác nhau Đối với quần thể con lai giữa IR64/Chenghui bản đồ được thiết lập với 34 SSR marker có tổng chiều dài là 148,6 cM phủ trên 3 nhiễm sắc thể số 1, 8, 9 Quần thể con lai giữa IR64/OM1706 có 35 SSR marker được sử dụng để xây dựng bản đồ, có tổng chiều dài 50,5 cM phủ trên nhiễm sắc thể số 1 với 8 marker Có 47 marker được sử dụng trong phân tích quần thể con lai của tổ hợp IR64/FR13A, các marker này có tổng chiều dài 191,6 cM phủ trên nhiễm sắc thể số 1 và 109,3 cM phủ trên nhiễm sắc thể số

11 Quần thể con lai của tổ hợp Tequing/OM1706 sử dụng 28 SSR marker với tổng chiều dài 95,4 cM phủ trên nhiễm sắc thể số 6 Tác giả cũng đã sử dụng 40 SSR marker để thiết lập bản đồ di truyền trên quần thể con lai giữa IR68552-55-3-2/Chenghui448 với tổng chiểu dài 253,1cM được phủ trên nhiễm sắc thể số 1 và số 9 Bản đồ di truyền cho gen kháng mặn được nghiên cứu trên quần thể IR28 lai với Đốc phụng (Lang và ctv., 2001)

Các tổ hợp lai giữa lúa trồng và lúa hoang đã được phân nhóm di truyền thông

qua STS marker trên gen kháng rầy nâu Bph-10 và SSR marker để phát hiện gen mục

tiêu du nhập từ lúa hoang vào lúa thường các tính trạng chống chịu độ độc nhôm, chống chịu sâu bệnh chính, năng suất cao… (Lang và Bửu, 2002) Marker STS và SSR khẳng định gene kháng bạc lá xa-13 cũng được thiết lập trên quần thể BC2F2 giữa lúa mùa và lúa cải tiến (Nguyễn Thị Pha, 2003), đặc tính di truyền kháng bệnh bạc lá cũng được phân tích và thiết kế các cặp mồi tương ứng trên cơ sở chuỗi ký tự của primer

RG140 để phát hiện các gen kháng Xa-21, xa-13, xa-5 (Lang và Bửu, 2002)

Cũng với kỹ thuật microsatellite marker, bản đồ gen mùi thơm được xây dựng nhờ marker RG28F-R liên kết trên nhiễm sắc thể số 8 thông qua phân tích BC1F1, F1,

F2, BC1F2 các tổ hợp lai IR64/Jasmine, IR64/DS20 (Lang và ctv 2002, 2004)

III VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Vật Liệu:

Nhóm lúa thực hiện qua hai vụ: Hè Thu và Đông Xuân, như sau:

B ảng 1: Các giống thí nghiệm khảo nghiệm cho tỉnh Hậu Giang

Giống Nguồn gốc Tính trạng

OM2717 OM1738/TN128 Năng suất cao, chống chịu mặn

OM2492 OM1706/OM1723 Chồi cao, bong dài, năng suất cao, thời gian ngắn OM3235 CK96/IR64 Năng suất cao, chống chịu mặn

OM5239 IR64/OM2395 marker

phân tử

Năng suất cao, chất lượng ngon cơm

OM5930 Nuôi cấy mô Dạng gọn, đứng cây, năng suất cao, chất lượng

ngon cơm OM3536 TD8/OM1738 Năng suất cao, ngon cơm

OM3242 IR64/Khao26 Năngsuất cao

OM2718 OM1738/MRC-B Năng suất cao, hạt sáng

OM4495 Tequing/OM1706

Marker

Năng suất cao, Kháng phèn, chịu khô hạn

OM4498 IR64/CS2000marker Năng suất cao, phẩm chất tốt, kháng phèn

OM5929 Nuôi cấy mô (tế bào

soma)

Năng suất cao, phẩm chất tốt

OM2008 Nếp Hoa Vàng/NN6A Nếp, năng suất cao

OM2395 Viện lúa Năng suất cao, cứng cây

B ảng 2: Các dòng có triển vọng dùng để đánh giá chuẩn bị đưa ra sản xuất

Stt Tên giống Nguồn gốc Tgst

(ngày)

Cao cây (cm)

Năng suất (tấn/ha)

Rầy nâu (cấp)

Tập trung ba vùng sinh thái của tỉnh Tình hình sinh thái của ba vùng triển

khai giống lúa của tỉnh cho thấy các huyện bị chia cắt bởi sông ngòi, phương tiện đi lại

rất khó khăn, đời sống người dân rất cơ cực đặc biệt là huyện Phụng Hiệp và Long

Mỹ Riêng Châu Thành cũng không kém phần khó khăn Nhiều ấp không có điện Đối

với Phụng Hiệp: đất phèn, giống lúa vùng nầy phải chống chịu phèn Đối với vùng

Long Mỹ: những vùng khô lại bị lúa cỏ tấn công

Danh sách nông dân thực hiện khảo nghiệm so sánh năng suất giống lúa có

triển vọng tại các điểm tỉnh Hậu Giang (vụ Hè Thu 2004)

STT Tên nông dân Địa điểm

1 Phan Quang Vinh ấp Điền Thành, Thị trấn Phụng Hiệp

2 Dương Văn Út ấp Xẽo Vông A1, xã Phụng Hiệp, Huyện Phụng Hiệp

3 Lê Văn Quân ấp Thạnh Thắng, xã Hoả Tiến, Vị Thanh

4 Hà Minh Quang ấp Phước Trung,Trường Long Tây, Châu Thành A

5 Trần Văn Mịnh ấp 2 Thuận Hưng, thị trấn Long Mỹ

Danh sách nông dân thực hiện khảo nghiệm so sánh năng suất giống lúa có triển vọng tại các điểm tỉnh Hậu Giang (vụ Đông Xuân 2005)

STT Tên nông dân Địa điểm

1 Trịnh Hoài Phong ấp Phú Khởi, xã Thạnh Hoà, Phụng Hiệp

2 Trịnh Văn Song ấp Phú Khởi, xã Thạnh Hoà, Phụng Hiệp

3 Đoàn Thị Cẩm Thuý ấp 4, xã Vị Tân, Vị Thanh

4 Đặng Văn Năm ấp Long An, Tân Phú Thạnh, Châu Thành A

5 Lê Văn Phong ấp 7, Long Trị, Long Mỹ

Danh sách nông dân thực hiện khảo nghiệm so sánh năng suất giống lúa có triển vọng tại các điểm tỉnh Hậu Giang (vụ Hè Thu 2005)

STT Tên nông dân Địa điểm

1 Trịnh Văn Tư ấp Phú Khởi, xã Thạnh Hoà, Phụng Hiệp

2 Ngô Xuân Hiền ấp Mỹ Thành, xã Hòa Mỹ, Huyện Phụng Hiệp

3 Lâm Văn Việt ấp 4, Thị trấn Long Mỹ

4 Lâm Thái Hà xã Tân Hòa, Châu Thành A

5 Nguyễn Văn Sang Vị Tân, Thị xã Vị Thanh

Danh sách nông dân thực hiện khảo nghiệm so sánh năng suất giống lúa có triển vọng tại các điểm tỉnh Hậu Giang (vụ Đông Xuân 2006)

STT Tên nông dân Địa điểm

1 Phạm Văn Bé Bảy ấp Tân Long, xã Tân Bình, huyện

2 Bùi Thiện Nghệ ấp 4, xã Vị Tân, thị xã Vị Thanh

3 Võ Văn Chính ấp Phương Hòa, xã Phương Bình, Phụng Hiệp

4 Nguyễn Văn Hai ấp Tân Long, xã Đông Phước A, Châu Thành

5 Nguyễn Văn Được ấp 2, Long Trị, Long Mỹ

Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lần lập lại

Bộ giống khảo nghiệm được thực hiện bằng phương pháp cấy (15 x 20cm, 1 tép/bụi), phân bón 80-40-30 kg NPK/ha vụ hè thu, và 100-30-30 kg NPK/ha vụ đông xuân Bộ giống so sánh năng suất trên diện rộng theo kỹ thuật canh tác của nông dân, được áp dụng kỹ thuật sạ, mật độ 150 kg/ha, mỗi lô 20m2 Mẫu năng suất được gặt là 10m2

Các thí nghiệm khảo nghiệm với diện tích rộng bố trí ở 1 điểm trong cả 2 vụ Đông Xuân và Hè Thu như trên phần địa điểm trên tập trung 3 huyện Châu Thành,

Phụng Hiệp và Long Mỹ Bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 3 lần lập lại, mật độ sạ 150 kg/ha Ghi nhận các chỉ tiêu nông học, sâu bệnh và năng suất

- Các chỉ tiêu nông học:

Ngày trỗ được ghi nhận khi quần thể lúa trỗ 50%

Chiều cao đo từ mặt đất đến đỉnh bông cái Năng suất và thành phần năng suất:

Số bông / bụi: P / số bụi thu thập

Số hạt chắc / bông: (f/v) x (W+w) / P Trọng lượng 1000 hạt: (W/f) x 1000 Năng suất được qui về 14% ẩm độ (P: tổng số bông đếm được trên các bụi lúa đã chọn làm mẫu, f: tổng số hạt chắc / bông cái, W: trọng lượng hạt chắc trên tất cả bông lúa)

- Chất lượng xay chà: 200 g mẫu lúa được sấy khô ở ẩm độ hạt 14%, được đem xay trên máy McGill Polisher No.3 của Nhật Các thông số về tỉ lệ gạo lứt, tỉ

tệ gạo trắng, tỉ lệ gạo nguyên được thực hiện theo phương pháp của Govindewami và Ghose (1969)

- Hình dạng và kích thước hạt được đo bằng máy Baker E-02 của Nhật và phân loại theo thang điểm IRRI (1996)

- Độ bạc bụng được cho điểm theo SES (IRRI 1996)

- Hàm lượng amylose được phân tích trên máy so màu, theo phương pháp của Sadavisam và Manikam (1992)

Tiêu chuẩn hệ thống đánh giá mẫu (nguồn Lang và ctv, 2004)

1 Hạt gạo còn nguyên

2 Hạt gạo phồng lên

3 Hạt gạo phồng lên, viền còn nguyên hay rõ nét

4 Hạt phồng lên, viền còn nguyên, nở rộng

5 Hạt nứt hoặc rã, viền hoàn toàn nở rộng

6 Hạt tan ra hoà với viền, tâm đục

7 Hạt tan hoàn toàn và hoà lẫn với viền trong suốt, tâm đục mờ

8 Hạt tan hoàn toàn, tâm mờ, viền trong suốt nở rộng

9 Hạt tan hoàn toàn, trong suốt, không phân biệt được viền

Đánh giá hàm lượng protein:

• Đánh giá hàm lượng protein theo phương pháp Yoshida 1976

• Đo lượng đạm tổng số theo phương pháp Kjeldahl

Tiến hành:

Chất hữu cơ được vô cơ hoá bằng H2SO4 đậm đặc ở nhiệt độ cao Các phân tử hữu cơ sẽ bị phân huỷ thành CO2, H2O và NH3 NH3 tác dụng với H2SO4 tạo muối (NH4)2SO4 Muối (NH4)2SO4 được phân giải bằng dung dịch NaOH để giải phóng trở lại khí NH3, NH3 bay ra được cho tác dụng trở lại với H3BO3 tạo muối (NH4)2B4O7, chuẩn độ muối này bằng H2SO4 hoặc HCl 0,05N Xác định lượng đạm tổng số dự trên lượng acid dùng chuẩn độ

Các ph ản ứng diễn ra theo sơ đồ sau:

Mẫu phân tích (C,H,O,N) + H2SO4 - (NH4)2SO4 + CO2 + H2O

N ( 1 − 0) * 0 7

= N: lượng nitrogene tổng số V: thể tích H2SO4 sử dụng chuẩn độ cho mẫu thử (ml)

V0: thể tích mẫu thử gốc (mẫu thử không)

a: khối lượng mẫu phân tích (g)

0.7: hệ số chỉ lượng H2SO4 cần thiết cho 1 mol mẫu thử

• Đo hàm lượng đạm mỗi mẫu theo công thức sau:

Hàm lượng protein (%)= hàm lượng nitrogen (%) x 5.7

Độ trở hồ được đo bằng phương pháp lan rộng và độ trong suốt của hạt gạo với dung dịch KOH 1,7% trong 23 giờ ở 30oC

- Độ bền thể gel được phân tích theo phương pháp của Tang và ctv (1991) và phân loại theo tiêu chuẩn SES (IRRI 1996)

- Vật liệu thực hiện trên bộ lúa cao sản 8-9 giống, bộ lúa mùa 15 giống, quần thể F2 và BC2F2 của tổ hợp IR64/Jasmine 85

Phân tích các chỉ tiêu:

AC: 40gram hạt được bốc võ và xay chà Hạt nghiên qua qua 100 mesh sieve

Cân 25mg bột gạo và 2ml của 1,0 N NaOH trong bình tam giác, để qua đêm hoặc đặt trong nồi nước cấch thuỷ ở nhiệt độ 50oC Nếu trong dung dịch nước cách thủy để 10 phút và làm lạnh Dung dịch mát thêm với 5ml butanl: pertroleum (1:3) để loại bỏ lipid Sau đó thêm 1.5ml của 0,4N KI và trộn đều Dung dịch AC được theo tiêu chuẩn sau (5%,10%, 15%, 20%, 25% và 30%) được kiểm tra với amylose chuẩn

GC: Cân 100mg bột gạo đặt trong ống nghiệm có kích thước 10mm x 110mm

và để vào 0,2ml của 95% cồn và chứa 0,025% thyml blue Thêm vào 0,2N KOH vào ống nghiệm Ống nghiệm được đậy lại và đun sôi trong nồi cách thủy 8 phút Lấy ra khỏi phòng và đặt 5 phút, đưa các ống nghiệm vào đá 20 phút và cho nằm theo bề mặt của gel Chiều dài của gel được đo bằng thước đo Đánh giá độ dài của gel

Tiêu chuẩn đánh giá phẩm chất hạt (IRRI 1996):

3 dài (6,6 đến 7,5 mm)

5 trung bình (5,51 đến 6,6 mm)

7 ngắn (5,5mm hoặc ngắn hơn) Dạng hạt (D/R) 1 thon dài (D/R lớn hơn 3)

3 trung bình (D/R=2,1 - 3,0)

Màu vỏ lụa của hạt 1 trắng

Độ trở hồ 1 cao (hạt gạo còn nguyên)

2 cao (hạt gạo phồng lên)

3 cao (phồng lên, viền còn nguyên, nở ít)

4 trung bình (phồng lên, viền còn nguyên, nở rộng)

5 trung bình (hạt rã ra, viền hoàn toàn nở rộng)

6 thấp (hạt tan ra hoà chung với viền)

7 thấp (hạt tan ra hoàn toàn và trong)

Ly trích DNA (qui trình Nguyễn Thị Lang, 2002)

• Chọn và thu mẫu lá non, khoẻ (khoảng 2cm) đặt vào tube và ghi nhãn cẩn thận, đậy tube đặt vào thùng đá giữ lạnh

• Trong phòng thí nghiệm cắt nhỏ lá và đặt vào đĩa nghiền (spot test) hoặc cối

sứ

• Cho vào đĩa 400µl dung dịch trích DNA (extracion buffer), nghiền mô lá bằng đũa thuỷ tinh hoặc chày nghiền bằng sứ (dụng cụ phải dược rửa sạch và hấp tiệt trùng trước khi sử dụng)

• Nghiền đến khi dịch chiết có màu xanh (dấu hiệu tế bào bị phá vỡ và phóng thích diệp lục)

• Cho thêm 400µl dung dịch trích DNA, trộn đều và chuyển sang tube mới (thể tích 1,5 ml) đã ghi nhãn với số cây mẫu

• Cộng thêm 400µl chloroform, trộn cẩn thận và đặt vào máy ly tâm (microcentrifuge) khoảng 30 giây Chuyển cẩn thận dung dịch bên trên sang tube khác đã ghi nhãn với số cây mẫu tránh trộn lẫn với dung dịch bên dưới đáy tube

• Thêm vào 800µl cồn 100%, trộn đều nhẹ nhàng, ly tâm trong 3-5 phút Bỏ phần dung dịch bên trên (supertanant)

• Rửa viên tủa (pellet) với cồn và phơi khô DNA

• Hoà DNA với 50µl TE, giữ ở nhiệt độ -200C

Phân tích thống kê dự vào phần mềm IRISTAST kết hợp với SAS

Sơ đồ bố trí ruộng thí nghiệm

Rep I

IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hậu giang 1

1. Công nghệ hạt giống

Các giống được đánh gía về độ thuần di truyền bao gồm độ thuần về mặc hình thái,độ thuần về phẩm chất và độ thuần về mặc di truyền

1.1. Chọn dòng mới với tên gọi giống Hậu Giang (HG)

Giống nầy được phân tích với nhiều dạng khác nhau Nhận thấy nồng độ của giống Jasmine, hạt to, thơm nhẹ Giống nầy có tên là IR 841 do Viện lúa Quốc tế phóng thích vào năm 1985 Có mùi thơm nên được Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ chọn giống mùi thơm đặt tên là Jasmine 85

Qua phân tích giống Jamine 85 ghi nhận các tính trạng trên 4 dòng của Jasmine 85 khác nhau (Lang và ctv 2006) cho thấy % bạc bụng của các giống có khác nhau, kể cả cấp mùi thơm, hàm lượng amylose và độ trở hồ của các dòng

B ảng 3: Chất lượng của giống Jasmine 85

% bạc bụng

TT Tên dòng

1 5 9

Mùi thơm (cấp)

Độ trở

hồ

Amylose (%)

Dạng cơm của 4 dòng Jasmine 85 được ghi nhận như hình

Dòng 1875 : Dẽo, nhưng không thơm

Dòng 1876: Dẽo, thơm, ngon cơm

Dòng 1877: Cứng cơm, hạt rời

Dòng 1878 : Dẽo thơm nhẹ

Hình 1: Đánh giá chất lượng cơm của Jasmine 85

Phân tích đặc tính hóa lý mùi thơm trên gạo Jasmine 85

Ghi nhận nồng độ 2-acetyl-1-pyrroline đo được trên thân lá rễ của Jasmine 85 mẫu 1876 đều thấp hơn so với giống KhaoDawMali 105 Rễ không ghi nhận mùi thơm trên lá ghi nhận mùi thơm cao nhất, kế đến là cám của hạt Hạt gạo trắng hàm lượng 2-acetyl-1-pyrroline thấp nhất Điều nầy cho thấy càng sát trắng thì gạo mất mùi thơm

B ảng 4: nồng độ 2-acetyl-1-pyrroline đo được ở những phần khác nhau của Jasmine 85

Phân tích hàm lượng amylose, protein, độ trỡ hồ và hàm lượng

Cùng với các mẫu thu thập thì giống Jasmine 85 ghi nhận cho thấy hàm lượng amylose biến đổi của các dòng khác nhau, mùi thơm cũng khác nhau

Qua chọn và đánh gía chúng tôi đã chọn lại một dòng Jasmine thuần để cung cấp

Hình 2: trình di ễn Jasmine 85 tại Châu Thành

1.2. Phân tích sức khỏe hạt giống

Trên cơ sở phân tích hạt giống, chúng tôi tập trung các chỉ tiêu liên quan đến hạt giống sau khi thu về, lấy thí nghiệm là giống OMCS2000, OM2718 và OM2717, giống nầy được trồng nhiều trên diện tích của tỉnh Hậu Giang và dùng để kiểm tra sức khoẻ của ba giống trên sau 3 ngày phơi mẫu Kết quả cho thấy độ sạch của giống là 96.4%, tỉ lệ hạt non chiếm từ 12%, tỉ lệ hư và đen trên hạt chiếm 10% Tỉ lệ gẫy hạt cũng chiếm tương đối cao của ba giống trên trong vụ Hè Thu 2004 (bảng 3)

B ảng 5 : Các chỉ tiêu liên quan với sức khoẻ hạt giống trong vụ Hè Thu 2004

Thông số OM2717 OMCS2000 OM2718

Hình 3 : T ỉ lệ hạt non, độ sạch và tỉ lệ hạt đen trên giống OMCS2000

Qua phân tích các chỉ tiêu liên quan với sức khoẻ hạt giống của ba giống OMCS2000, OM3536 và OM2517 cho thấy trong vụ Đông Xuân tỉ lệ hạt non và tỉ lệ hạt hư cũng giảm đáng kể Điều nầy chứng tỏ vụ Đông Xuân thời tiết thuận lợi cho việc sản xuất hạt giống tốt và sức khoẻ của hạt giống

B ảng 6 : các chỉ tiêu liên quan với sức khoẻ hạt giống trong vụ Đông Xuân 2005

Thông số OM2717 OMCS2000 OM2718

Hình 4 : Lúa n ẩy mầm sau khi tồn trữ 3 tháng

Các dạng hạt gạo được kiểm tra với kích thước và xem xét với độ thuần của hạt gạo cũng được đánh giá và ghi nhận Kết quả cho thấy rằng cùng giống gốc đưa ra giống ban đầu giống giống nhau và thuần kể cả kích thước hạt gạo (hình 5)

Hình 5: Đánh giá độ thuần của hạt gạo

Hình 6: đánh giá độ thuần của hạt gạo

Đánh giá các giống sau thu hoạch tại địa điểm của các nơi về phân tích Kết quả các giống biến động khác nhau

Đối với tỉ lệ gãy hạt giống thấp nhất là giống OM2492, OM3536, OM2718 Tỉ

lệ nẩy mầm của các giống cũng tương đối khác nhau sau khi thu mẫu 2 tháng (bảng 7) Giống OM2514 cho tỉ lệ nẩy mầm cao nhất 99% Nếu xét về cường lực nẩy mầm thì giống OM4498 có cường lực mạ cao nhất Do đó đối với giống nầy rất tốt khi gieo mạ

và sử dụng lượng giống tiết kiệm cho sản xuất

B ảng 7 : Phân tích các chỉ tiêu sau thu hoạch của một số giống lúa trong vụ Hè Thu 2005

Giống lúa STT Chỉ tiêu OM

Số 4 xay 2 lần

Số 4 xay 2 lần

Số 4 xay 2 lần

Số 4 xay 2 lần

Số 4 xay 2 lần

Số 4 xay 2 lần

2. Khảo nghiệm và đánh giá độ ổn định

2.1. Phân tích đất của Hậu Giang

Đánh giá về tiềm năng đất

Mục đích của việc phân tích đất tuy không có trong đề cương nhưng đề tài cũng tiến hành kiểm tra vùng đất trước khi thí nghiệm để có chế độ bón phân tích hợp cho vùng bố trí thí nghiệm

Khảo sát vùng đất thí nghiệm trước khi thí nghiệm Đất được phân tích với hai lớp: một lớp từ 0-15cm, lớp hai từ 15-30cm cho thấy hầu hết các vùng đất có đạm và lân tương đối (bảng 8)

Trong năm 2005, mẫu đất được thu từ 6 điểm khác nhau trên bảng 8 Nhóm đất này phát triển ở mức dộ trung bình, thành phần cơ giới nhẹ, chủ yếu là thịt hoặc thịt pha cát Đất có các phản ứng trung tính hoặc hơi chua, trị số pH có khuynh hướng giảm Độ phì tự nhiên của đất khá, tuy nhiên, hàm lượng hữu cơ trên tầng đất mặt không cao do nhóm đất được bồi đắp từ phù sa của hệ thống sông hàng năm

B ảng 8 : Thành phần lý hóa của nhóm đất thí nghiệm 5 huyện (thu mẫu 2005)

Địa điểm Fe

(%) PH EC

Total

N (%)

Avai N (ppm)

Total P (%)

Avai

P (ppm)

Total

K (%)

Qua phân tích nhận thấy chỉ tiêu đạm (tổng số) của các điểm tại Vị Thanh thấp hơn so với điểm tại Phụng Hiệp Ngược lại lân tổng số và lân dễ tiêu tại Long Mỹ và Châu Thành lại cao hơn cả 3 điểm tại Viện lúa, Xẻo Vong Điều nầy chứng tỏ rằng trong quá trình canh tác các giống lúa trong từng vùng phải bón cho cân đối để phù hợp hơn trong việc giảm mức độ phân bón

Đất có các phản ứng trung tính hoặc hơi chua, trị số pH acid vùng đất nầy phù hợp cho các giống ngắn ngày như OM3536, AS996, OM4498 và OM4495 Đặc biệt giống OM2492 rất phù hợp cho vùng đất Phụng Hiệp

2.2. Sự ổn định năng suất

Để nghiên cứu các dòng lúa có nguồn gốc khác nhau và có sự so sánh với các giống trong 2 năm qua các giống lúa được thử nghiệm và nâng cao năng suất cũng như phẩm chất giống lúa cho tỉnh Hậu Giang

2.2.1 Khảo nghiệm diện rộng các giống có triển vọng vụ Hè Thu 2004

Trong vụ Hè Thu 2004 thử nghiệm trên điểm và 8 giống lúa có năng suất cao, ngắn ngày trên 5 điểm trên các Điền Thành, Xẻo Vong, Thạnh Thắng, Phước Trung và Thuận Hưng Năng suất cao nhất là giống OM2492 và OM3242 đạt 6,09 tấn/ha-6,03 tấn/ha theo thứ tự, kế đó là giống OM2008 đạt 5,96 tấn/ha trung bình qua 5 điểm, các giống nầy hiện đang trồng tiếp tục trong sản xuất Riêng giống OMCS2000 đạt năng suất cao trong vụ Hè Thu 2004 mặc dù so với các tỉnh thì giống OMCS2000 năng suất giảm trong vụ Hè Thu Nhìn chung năng suất của các giống đạt trung bình là 5,42 tấn/ha Xét năng suất của các

điểm đều cho năng suất gần bằng nhau là trên 5 tấn/ha Ngoại trừ vùng đất Thuận Hưng năng suất thấp so với các điểm Điểm Xẻo Vong có năng suất cao nhất 5,59 tấn/ha

B ảng 9: Năng suất bộ giống khảo nghiệm tại 5 điểm (tấn/ha) vụ Hè Thu 2004

Năng suất tại các điểm khảo nghiệm (t/ha) STT Tên giống Điền

Thành

Xẻo Vong

Thạnh Thắng

Phước Trung

Thuận Hưng

Trung bình