Nhận diện tính chịu hạn của lúa bằng dấu phân tử SSR

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNGBỘ MÔN DI TRUYỀN GIỐNG NÔNG NGHIỆP Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Khoa Học Cây Trồng – Chuyên ngành Công Nghệ Giống Cây Trồng

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:

NHẬN DIỆN TÍNH CHỊU HẠN Ở LÚA

BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR

Cán bộ hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

MSSV: 3103431

Lớp: TT10Z1A1

Cần Thơ,

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:

NHẬN DIỆN TÍNH CHỊU HẠN Ở LÚA

BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR

Do sinh viên Nguyễn Thanh Thảo thực hiện.

Kính trình lên Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày… tháng … năm 20… Cán bộ hướng dẫn

Ts Nguyễn Lộc Hiền

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:

NHẬN DIỆN TÍNH CHỊU HẠN Ở LÚA

BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR

Do sinh viên Nguyễn Thanh Thảo 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 20… 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 quảtrình bày trong luận văn tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trongbất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Thảo

QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

 LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Họ và tên: Nguyễn Thanh Thảo Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 23/10/1992 Dân tộc: Kinh

Nơi sinh: Mỹ Luông – Chợ Mới – An Giang

Địa chỉ: SN 432, Tổ 23, Ấp thị I, Thị trấn Mỹ Luông, Huyện Chợ Mới, Tỉnh An Giang

Điện thoại: 0937 132 152 Email: thao103431@student.ctu.edu.vn

 QUÁ TRÌNH HỌC TẬP

- Tiểu học:

Thời gian đào tạo: từ năm 1998 đến năm 2003

Trường: Tiểu học A Mỹ Luông

Địa chỉ: Thị trấn Mỹ Luông, Huyện Chợ Mới, Tỉnh An Giang

- Trung học:

Thời gian đào tạo: từ năm 2003 đến năm 2007

Trường: Trung học cơ sở Thị Trấn Mỹ Luông

Địa chỉ: Thị trấn Mỹ Luông, Huyện Chợ Mới, Tỉnh An Giang

- Trung học phổ thông:

Thời gian đào tạo: từ năm 2007 đến năm 2010

Trường: Trung học phổ thông Châu Văn Liêm

Địa chỉ: Thị trấn Mỹ Luông, Huyện Chợ Mới, Tỉnh An Giang

- Đại học

Thời gian đào tạo: từ năm 2010 đến năm 2014

Trường: Đại Học Cần Thơ

Địa chỉ: Đường 3/2, Phường Xuân Khánh, Quận Ninh Kiều, Thành Phố CầnThơ

Cần Thơ, ngày… tháng … năm 20…

Người khai ký tên

Nguyễn Thanh Thảo

LỜI CẢM ƠN

Kính dâng

Ba, mẹ đã có công sinh thành chăm sóc và dạy dỗ con khôn lớn thành người.Đặc biệt là mẹ, cả cuộc đời cơ cực vì con Con luôn ghi nhớ công ơn này

Hai anh và chị đã hết lòng yêu thương, ủng hộ và giúp đỡ tôi về mọi mặt

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến

Ts Nguyễn Lộc Hiền và Ts Huỳnh Kỳ đã tận tình hướng dẫn, định hướng vàtạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành đề tài luận văn này

Xin chân thành cảm ơn

Quý Thầy Cô trường Đại học Cần Thơ nói chung và Thầy Cô thuộc KhoaNông Nghiệp & SHƯD nói riêng đã dạy dỗ tôi, truyền đạt những kiến thức quý báotrong suốt thời gian tôi được đào tạo tại trường

Anh Nguyễn Quốc Chí và chị Huỳnh Ngọc Châu đã tận tình hướng dẫn tôithực hiện thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Di truyền – Bộ môn Di truyền – GiốngNông Nghiệp, các bạn cùng nhóm luận văn cũng như các bạn thân thiết đã giúp đỡcho tôi hoàn thành tốt luận văn

Các anh chị, các bạn học, các em và đặc biệt là tập thể lớp Công Nghệ GiốngCây Trồng Khóa 36 đã luôn bên cạnh chia sẽ và gắn bó với tôi trong suốt thời gianqua

Xin gởi lời chúc sức khỏe và thành công đến quý Thầy Cô, anh chị và cácbạn

Nguyễn Thanh Thảo

NGUYỄN THANH THẢO, 2013 “Nhận diện tính chịu hạn ở lúa bằng dấu phân

tử SSR” Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư Khoa Học Cây Trồng – Chuyên ngành Công

Nghệ Giống Cây Trồng, khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, trường Đạihọc Cần Thơ Cán bộ hướng dẫn: Ts Nguyễn Lộc Hiền

TÓM LƯỢC

Biến đổi khí hậu trên toàn cầu đang diễn ra ngày càng phức tạp và tác động mạnhđến đất nước ta Khô hạn là một trong những tác động tiêu cực đến sản xuất nôngnghiệp nói chung và sản xuất lúa nói riêng Việc thiếu nước trong canh tác lúa đãlàm giảm năng suất trầm trọng đe dọa đến an ninh lương thực thế giới Trước tình

hình đó, đề tài “Nhận diện tính chịu hạn ở lúa bằng dấu phân tử SSR” được thực

hiện với mục tiêu nhận diện các giống lúa mang gen chịu hạn và có khả năng chốngchịu hạn tốt phù hợp với điều kiện canh tác những vùng bị hạn hoặc thiếu nướctưới Kết quả nhận diện gen chịu hạn bằng 2 dấu phân tử SSR RM212, RM302 kếthợp với việc thử hạn nhân tạo ở giai đoạn nảy mầm và giai đoạn mạ bằng dung dịchkaliclorate (KClO3) trên 12 giống lúa, ta thấy được 5 giống lúa Halos 7-2, Halos 7-

4, Halos 7-5, Radư và Cudơ có khả năng chịu hạn tốt như sau: được nhận diện cómang gen chịu hạn, tỷ lệ nảy mầm trong dung dịch KClO3 3% lớn hơn 85% và tỷ lệ

rễ mầm đen nhỏ hơn 15% và tỷ lệ rễ mạ đen trong dung dịch KClO3 1% ở giai đoạn

mạ nhỏ hơn 15% Hai giống lúa OM2514 và VND9520 tuy biểu hiện tính chịu hạnkém ở các bước thử hạn nhưng được nhận diện có mang gen chống chịu hạn liên kếtvới cả 2 dấu phân tử sử dụng Các giống lúa này sẽ là nguồn gen vô cùng quý giáphục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn trong tương lai

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

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA LÚA GẠO ĐỐI VỚI CON NGƯỜI VIỆT NAM 2

1.2.1 Giá trị sử dụng 3

1.2.2 Giá trị dinh dưỡng 3

1.2.3 Giá trị thương mại 5

1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 5

1.3.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới 5

1.3.2 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam 6

1.4 HẠN VÀ CÂY TRỒNG 7

1.4.1 Khái niệm về hạn và phân loại hạn 7

1.4.2 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sự sinh trưởng của lúa 8

1.4.3 Cơ chế chịu hạn của thực vật 9

1.4.4 Cơ chế chịu hạn của lúa 10

1.5 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN GIỐNG LÚA HẠN 11

1.5.1 Nhận diện được gen điều khiển tính chống chịu stress ở cây lúa 11

1.5.2 Ứng dụng dấu phân tử SSR trong chọn giống lúa hạn 12

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 14

2.2 NHẬN DIỆN CÁC GIỐNG LÚA CHỊU HẠN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PCR 14

2.2.1 Thiết bị dụng cụ 14

2.2.1 Hóa chất 15

2.2.3 Phương pháp nghiên cứu 15

2.2.3.1 Tách chiết DNA 15

2.2.3.2 Kiểm tra DNA bằng phương pháp điện di agarose 15

2.2.3.3 Phản ứng PCR 16

2.2.3.4 Điện di sản phẩm PCR 16

2.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM 17

2.3.1 Vật liệu 17

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 17

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ & THẢO LUẬN 20

3.1 KẾT QUẢ LY TRÍCH DNA 20

3.2 NHẬN DIỆN GIỐNG LÚA CHỊU HẠN BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR 20

3.3 ĐÁNH GIÁ KHĂ NĂNG CHỊU HẠN TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO 23

3.3.1 Kết quả thử hạn bằng dung dịch kaliclorate ở giai đoạn nảy mầm 23

3.3.2 Kết quả thử hạn bằng dung dịch kaliclorate ở giai đoạn mạ 26

3.4 Mối tương quan giữa dấu phân tử RM 212 và RM 302 với kết quả thử hạn trong phòng thí nghiệm 29

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN & ĐỀ NGHỊ 31

4.1 KẾT LUẬN 31

4.2 ĐỀ NGHỊ 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

DANH SÁCH BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

1.1 Các quốc gia sản xuất lúa gạo quan trọng trên thế giới (triệu tấn) 31.2 Thành phần dinh dưỡng của 100 g gạo trắng, gạo lứt và nếp 41.3 Vitamin, chất vi lượng của lúa, gạo lứt, gạo trắng và phó sản phẩm

ở 14% ẩm độ

5

1.4 Diện tích, năng suất, và sản lượng lúa trên thế giới qua các năm 61.5 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa Việt Nam qua các năm 72.1 Danh sách 12 giống được chọn làm thí nghiệm 142.2 Trình tự các con mồi dùng trong thí nghiệm 162.3 Chuẩn bị dung dịch mẹ của môi trường Yosida 172.4 Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng cho thanh lọc hạn 183.1 Bảng phân nhóm các giống lúa liên kết với dấu phân tử SSR

RM212 và RM302

22

3.2 Tỷ lệ nảy mầm và rễ mầm đen của các giống lúa được xử lý bằng

dung dịch kaliclorate ở giai đoạn nảy mầm (%)

24

3.3 Tỷ lệ rễ mạ đen của các giống lúa được xử lý bằng dung dịch

kaliclorate ở giai đoạn mạ (%)

26

3.4 Chiều dài rễ trước khi xử lý bằng dung dịch kaliclorate (cm) 27

3.5 Chiều dài rễ sau 8 giờ xử lý bằng dung dịch kaliclorate (cm) 273.6 Sự gia tăng chiều dài rễ sau giai đoạn trước và sau giờ xử lý bằng

dung dịch kaliclorate (cm)

28

3.7 Tổng hợp các chỉ số chọn lọc của 12 giống lúa 30

DANH SÁCH HÌNH

Hình Tên hình Trang

3.1 Phổ điện di kiểm tra DNA ở 12 giống lúa 203.2 Phổ điện di sản phẩm PCR của 12 giống lúa với primer RM212 213.3 Phổ điện di sản phẩm PCR của 12 giống lúa với primer RM302 223.4 Các giống lúa được xử lý bằng dung dịch kaliclorate ở nồng độ

0%, 1%, 2% và 3% giai đoạn nảy mầm sau 3 ngày

25

3.5 Các giống lúa được xử lý bằng dung dịch kaliclorate ở nồng độ

0%, 1%, 2% và 3% giai đoạn mạ sau 8 giờ 29

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations

MAPK5 Mitogen Activated Protein Kinase 5

NIAS National Institute of Agrobiological Sciences

DNA Deoxyribo nucleic Acid

RNA Ribonucleic Acid

MỞ ĐẦU

Trên thế giới, cây lúa đứng ở vị trí thứ 2 chỉ sau cây lúa mì về diện tích và năng suất

và nhu cầu về lúa gạo ngày càng tăng Theo Tổ chức lương thực Thế Giới (FAO)trong những năm 1990-2025 lúa gạo sản xuất phải tăng mỗi năm 21% là cần thiết

để đảm bảo cho sự tăng dân số 1,7% mỗi năm Nhưng trong 130 triệu hecta đấttrồng lúa hiện nay có khoảng 20% diện tích đang canh tác trong điều kiện khô hạnhoặc phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên

Ở Việt Nam, trong 4,36 triệu ha đất canh tác lúa thì có khoảng 2,2 triệu ha là đấtthâm canh có thể chủ động được nước tưới tiêu, còn lại 2,1 triệu ha là đất canh táctrong điều kiện khó khăn Trong 2,1 triệu ha đó có 0,5 triệu ha lúa trồng trong điềukiện hạn (Vũ Hoàng Tuyên và ctv, 1995) Trong khi đó, tình hình biến đổi khí hậungày càng diễn ra phức tạp, thời tiết thất thường, hiện tượng nóng dần lên của tráiđất gây hạn hán kéo dài đã ảnh hưởng đến năng suất lúa trong suốt thời gian qua.Theo tài liệu của Đoàn Văn Điếm (1997) hạn là một hiện tượng tự nhiên được xem

là một thiên tai bởi nó gây ra sự thoát hơi nước mặt lá và bốc hơi mặt đất mạnh gâyphá vỡ cân bằng nước trong cây, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sinh trưởng phát triểncủa cây trồng, hạn vào thời kỳ lúa làm đòng năng suất có thể giảm 30% , hạn vàolúc lúa trổ bông phơi màu năng suất giảm 40-50% và hạn vào lúc lúa đang ngậmsữa năng suất giảm 10-15%

Chính vì vậy, thiếu nước trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong canh tác lúađang được cấp báo trên qui mô toàn cầu Việc nghiên cứu và phát triển các giốnglúa chịu khô hạn là vô cùng quan trọng và cấp thiết, góp phần đảm bảo an ninh

lương thực cho tất cả các quốc gia trên thế giới Đáp ứng nhu cầu đó, đề tài “Nhận diện tính chịu hạn ở lúa bằng dấu phân tử SSR” đã được thực hiện nhằm nhận

diện các giống lúa mang gen chịu hạn phục vụ công tác chọn giống lúa có khả năngchịu hạn phù hợp với điều kiện canh tác những vùng bị hạn hoặc thiếu nước tưới

CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU1.1 NGUỒN GỐC VÀ PHÂN LOẠI CÂY LÚA

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

có những dữ liệu chắc chắn và thống nhất Theo tài liệu của Nguyễn Ngọc Đệ(2008) có đề cập: Makkey cho rằng vết tích cây lúa cổ xưa nhất được tìm thấy ởvùng Penjab Ấn Độ cách đây khoảng 2000 năm, nhưng theo Chowdhury và Ghoshhạt thóc hóa thạch cổ nhất của thế giới được tìm thấy ở Hasthinapur (Bang UttarPradest, Ấn Độ) cách đây khoảng 2500 năm

Tuy nhiên, dựa vào thực tế thì cây lúa và nghề trồng lúa đã gắn bó lâu đời với lịch

sử và đời sống của người dân Đông Nam Á nên cũng chứng minh phần nào về

nguồn gốc cây lúa Hai loài lúa trồng hiện nay đó là Oryza sativa L ở châu Á và

Oryza glaberrima Steud ở châu Phi.

Theo Watt (1982) được trích bởi Nguyễn Ngọc Đệ (2008) cho rằng tổ tiên của

Oryza sativa là loài lúa hoang phổ biến Oryza sativa f spontanea Thuộc cây hằng

niên có bộ nhiễm sắc thể 2n = 24 Về mặt phân loại thực vật thì cây lúa thuộc họ

Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza Oryza có khoảng 20 loài nhưng chỉ

có 2 loài là lúa trồng còn lại là lúa hoang hằng niên và đa niên Loài lúa trồng quan

trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm diện tích lớn trên thế giới đó là Oryza

Ở Việt Nam, dân số trên 80 triệu và 100% người Việt Nam sử dụng lúa gạo làmlương thực chính Hiện nay, nước ta có gần 33 triệu ha đất đai, trong đó có 9,6 triệuđất nông nghiệp mà cây lúa chiếm đến 4 triệu ha (FAO, 2007 và Tổng Cục Thống

Kê, 2008)

Từ một nước thiếu lương thực trầm trọng trong những cuộc chiến tranh dẫn đến nạnđói thì cho đến nay Việt Nam đã vương lên mạnh trở thành nước xuất khẩu lúa gạođứng thứ 2 trên thế giới (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Các quốc gia sản xuất lúa gạo quan trọng trên thế giới (triệu tấn)

Sản phẩm chính của lúa là gạo Gạo với chức năng chính là dùng để nấu cơm phục

vụ cho bữa ăn hàng ngày của con người, nó còn được chế biến thành các loại món

ăn như phở, bún, bánh chưng, rượu, và hàng chục loại thực phẩm khác từ gạo.Tấm là sản phẩm phụ của lúa gạo dùng để sản xuất tinh bột, rượu cồn, phấn mịn,thuốc chữa bệnh

Cám dùng để sản xuất thức ăn tổng hợp, sản xuất vitamin B, chế tạo sơn cao cấphoặc làm nguyên liệu xà phòng

Trấu dùng để sản xuất nấm men làm thức ăn gia súc, vật liệu độn cho phân chuồnghoặc làm chất đốt

Rơm rạ được sử dụng cho công nghệ sản xuất giầy, đồ gia dụng, làm thức ăn chogia súc, sản xuất nấm

Ngoài hạt lúa là bộ phận chính là lương thực thì tất cả các bộ phận khác đều đượccon người sử dụng phục vụ cho nhu cầu cần thiết

1.2.2 Giá trị dinh dưỡng

Gạo là loại thực phẩm carbohydrate hỗn tạp, chứa tinh bột (80%), một thành phầnchủ lực cung cấp nhiều năng lượng, protein (7,5%), nước (12%), vitamin và cácchất khoáng (0,5%) cần thiết cho cơ thể (Bảng 2.1)

Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng của 100 g gạo trắng, gạo lứt và nếp

Thành phần dinh dưỡng

Nguồn: Juliano and Villareal, 1993

Tinh bột chứa trong hạt gạo dưới hình thức carbohydrate và trong con người dướidạng glucogen, gồm có loại carbohydrate đơn giản như chất đường glucose,fructose, lactose và sucrose; và loại carbohydrate hỗn tạp là một chuỗi phân tửglucose nối kết nhau chứa nhiều chất sợi Tinh bột cung cấp phần lớn năng lượngcho con người Gạo trắng chứa carbohydrate rất cao, độ 82 gram trong mỗi 100gram Do đó, 90% năng lượng gạo do carbohydrate cung cấp (Juliano, 2003)

Protein: Gạo là loại thức ăn dễ tiêu hóa và cung cấp loại protein tốt cho con người.Chất protein cung cấp các phân tử amino acid để thành lập mô bì, tạo ra enzym,kích thích tố và chất kháng sinh Chỉ số giá trị sử dụng protein thật sự của gạo là 63,

so với 49 của lúa mì và 36 của bắp (căn cứ trên protein của trứng là 100) (Chandler,1979)

Vitamin: Cũng giống như các loại ngũ cốc khác, lúa gạo không chứa các loạivitamin A, C hay D, nhưng có vitamin B-1, vitamin B-2, niacin, vitamin E, ít chấtsắt và kẽm và nhiều chất khoáng Mg, P, K, Ca

Ngoài ra, gạo còn cung cấp những chất khoáng cần thiết cho cơ thể với ít chất sắt(thành phần của hồng huyết cầu và enzym) và kẽm (giúp chống oxy hóa trong máu,thành phần của enzym trong tăng trưởng, phân chia tế bào), nhưng nhiều chất P(giúp xương, răng, biến hóa trong cơ thể), K (cho tổng hợp protein, hoạt động

enzym), Ca (giúp xương, răng và điều hòa cơ thể), muối (giữ cân bằng chất lỏngtrong cơ thể, hoạt động bình thường của hệ thần kinh và bắp thịt)…(Bảng 2.2).

Bảng 1.3 Vitamin, chất vi lượng của lúa, gạo lứt, gạo trắng và phó sản phẩm ở 14% ẩm độ.

Riboflavin (mg)

Niacin (mg)

Ca (mg)

P (g)

Phy tin P (g)

Sắt (mg)

Kẽm (mg)

Nguồn: Juliano and Villareal, 1993

1.2.3 Giá trị thương mại

Kể từ năm 1989, sau hơn 20 năm xuất khẩu gạo, thị trường xuất khẩu gạo của ViệtNam ngày càng rộng lớn Năm 1989, chúng ta mới chỉ xuất khẩu sang một số ítnước nhập khẩu chính thì đến năm 2007, Việt Nam đã mở rộng thị trường ra trên 80quốc gia và vùng lãnh thổ

Trong những năm qua, chất lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam tuy đã được cảithiện, song vẫn thấp hơn so với các nước xuất khẩu gạo chính trên thế giới Hiệncác loại gạo xuất khẩu có phẩm cấp cao của Việt Nam không nhiều và chủ yếu vẫn

là loại gạo có phẩm cấp trung bình Trong tỷ trọng xuất khẩu gạo năm 2001 thì gạochất lượng cao (5% tấm) chiếm 25%, gạo tấm 25% chiếm 32%, gạo 100% tấmchiếm 5% Đến năm 2010, tỷ trọng gạo 5% tấm cũng chỉ tăng lên khoảng 30%, gạo7%-10% tấm chiếm khoảng 8%, các loại gạo 15% tấm và 25% tấm chiếm tỷ trọnglớn nhất tới trên 55% kim ngạch xuất khẩu Tính tới thời điểm tháng 4/2013 thì giágạo trắng, hạt dài, chất lượng cao (5% tấm) trên thị trường là 380-390 USD/tấn

1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT LÚA GẠO TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.3.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới

Sau cuộc cách mạng xanh của thế giới trong những năm 1965-1970 thì năng suấtlúa gạo tính cho đến nay đã không ngừng tăng lên qua các năm, diện tích tăngnhanh dẫn đến sản lượng lúa không ngừng tăng vọt (Bảng 2.3)

Năm 2011, tình trạng sản xuất lương thực thế giới, chủ yếu là ngũ cốc như lúa mì,lúa gạo và bắp được củng cố, đạt đến 2.325 triệu tấn hay tăng 3,7% so với 2010 dùkhí hậu bất thường xảy ra tại một số nước.

Riêng lúa gạo là loại thực phẩm quan trọng cho hơn 3,5 tỉ người hay trên 50% dân

số thế giới Năm qua, ngành lúa gạo có hai chuyển biến lớn: Chính phủ Thái Lantăng giá gạo nội địa để giúp nông dân có đời sống tốt hơn và Ấn Độ bãi bỏ lệnhcấm xuất khẩu loại gạo thường dùng (không thơm Basmati) gây ảnh hưởng lớn đếnthị trường gạo thế giới Hàng năm tình trạng sản xuất và thương mại lúa gạo thếgiới bị chi phối bởi các yếu tố chính sau đây: vấn đề an ninh lương thực, khí hậu bấtthường, các cuộc khủng hoảng về tài chính, chính tri, năng lượng…

Mặc dù bị ảnh hưởng hiện tượng La Niña ở nhiều nơi châu Á như Campuchia, Lào,Myanmar, Thái Lan và bão ở Philippines từ tháng 8/2009 nhưng sản lượng lúa toàncầu đã vượt lên mức kỷ lục nhờ vụ mùa phát triển trong điều kiện khí hậu thuận hòasau đó Cơ quan FAO ở Rome đã đánh giá năm 2011, sản lượng lúa đạt đến 721triệu tấn hay 481 triệu tấn gạo, tăng 3% hay 24 triệu tấn so với 2010

Bảng 1.4 Diện tích, năng suất, và sản lượng lúa trên thế giới qua các năm

Năm Diện tích(triệu ha) Năng suất(tấn/ha) Sảng lượng(triệu tấn)

1.3.2 Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam

Từ những năm 1980 cho đến nay thì diện tích, sản lượng cũng như năng suất đềutăng do áp dụng được khoa học kỹ thuật mới, thay đổi cơ chế quản lý nôngnghiệp…(Bảng 2.3).Theo số liệu của Tổng cục thống kê, tính đến 22/10/2010 cảnước xuất 5,56 triệu tấn gạo, đạt giá trị 2,35 tỉ USD Theo kế hoạch cả năm 2010

xuất 6,5 triệu tấn, kim ngạch đạt 2,6 tỷ USD Năm 2013, ước tính sản lượng lúatăng so với năm 2012 và sản lượng gạo hàng hóa đạt khoảng 8,3 triệu tấn; xuất khẩugạo từ đầu năm đến ngày 06 tháng 6 năm 2013 tăng 6,8% về lượng và 1,76 % vềgiá trị.

Bảng 1.5 Diện tích, năng suất và sản lượng lúa Việt Nam qua các năm

Năm Diện tích(triệu ha) Năng suất(tấn/ha) Sảng lượng(triệu tấn)

1.4.1 Khái niệm về hạn và phân loại hạn

Theo Hsiao (1980) thì hạn là sự mất cân bằng giữa thực vật thể hiện trong sự liênquan giữa đất - thực vật - khí quyển Nhưng theo Gibbs (1975), hạn là sự thiếu hụtnước ở cây trồng, là sự mất cân bằng giữa nhu cầu nước và cung cấp nước ĐinhThị Phòng (2001) cho rằng hạn đối với thực vật là khái niệm dùng để chỉ sự thiếuhụt nước do môi trường gây nên trong suốt quá trình hoặc từng giai đoạn làm ảnhhưởng đến sinh trưởng và phát triển Mức độ tổn thương của cây trồng do khô hạngây ra ở nhiều mức độ khác nhau như: chết, chậm phát triển, phát triển tương đốibình thường Nhưng cây trồng có khả năng duy trì phát triển và cho năng suất tươngđối ổn định trong điều kiện khô hạn gọi là cây chịu hạn và khả năng giảm thiểu mức

độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn

Theo tài liệu dịch của Vũ Văn Liết (2008) thì những kiểu hạn chính ở đất canh tácnhờ nước trời được chia làm 3 giai đoạn:

(1) Hạn xảy ra thời gian đầu trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng;

(2) Hạn giữa vụ không liên tục xảy ra ở giai đoạn đẻ nhánh đến kết hạt;

Theo Nguyễn Văn Hiền (2000) và một số tác giả khác thì có 3 loại hạn cần quantâm trong sản xuất nông nghiệp:

- Thứ nhất là hạn do không khí: xảy ra một cách đột ngột, ẩm độ tương đốigiảm xuống 10-20% hoặc thấp hơn Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp lêncác bộ phận của cây trên mặt đất như hoa, lá, chồi non,… Đối với thực vậtnói chúng và cây lúa nói riêng thì hạn không khí thường gây ra hiện tượnghéo tạm thời, vì nhiệt độ quá cao, ẩm độ thấp làm cho tốc độ thoát hơi nướcnhanh lúc đó rễ hút nước không kịp để bù đắp lượng nước mất Ở cây lúa,hạn không khí gây hại lớn nhất ở giai đoạn phơi màu và gây năng suất giảmnghiêm trọng nếu gặp nhiệt độ quá cao, ẩm độ không khí thấp sẽ làm cho hạtphấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh không xảy ra làm chohạt bị lép

- Loại hạn thứ hai đến từ đất: xảy ra từ từ khi đó hàm lượng muối trong rễdinh dưỡng bất hoạt, cây không có đủ nước để hút, mô cây bị khô đi, quátrình sinh trưởng xảy ra chậm Hạn đất làm cho áp suất thẩm thấu của đấttăng cao đến mức cây không cạnh tranh được nước của đất làm cho rễ câykhông hút nước được Hạn đất thường xảy ra ở những khu vực có điều kiệnkhí hậu khó khăn như sa mạc ở châu Phi, đất trống, đồi núi ở châu Á hayvùng nhiệt độ thấp ở châu Âu

- Thứ ba là hạn tổng hợp: là khi hạn không khí và hạn đất xảy ra cùng một lúc.Hạn lúc này sẽ gây hậu quả nghiêm trọng do thiếu nước kết hợp không khínóng Không khí nóng làm hàm lượng nước trong lá giảm nhanh dẫn đếnnồng độ của dịch tế bào tăng lên, mặc dù sức hút nước của rễ cũng tăng lênnhưng trong đất không đủ nước để cung cấp gây hiện tượng héo vĩnh viễn,cây không có khả năng phục hồi

Tuy nhiên, theo một số tác giả khác thì hạn được chia làm 4 loại ngoài hạn khôngkhí, hạn đất, hạn tổng hợp thì hạn sinh lý là kiểu hạn mà khi đó có đầy đủ nước mà

rễ cây vẫn không hút được do nhiệt độ quá thấp hay xung quanh rễ có nhiều chấtgây độc hoặc là nồng độ của chất dinh dưỡng quá cao (Trần Nguyên Tháp, 2000)

1.4.2 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sự sinh trưởng của lúa

Hạn được xem là một hiện tượng tự nhiên, một yếu tố quan trọng bậc nhất ảnhhưởng đến an ninh lương thực thế giới Những đợt hạn liên tiếp từ các năm 1980,

1985, 1987 đã gây thiệt hại lớn cho nền nông nghiệp của 21 quốc gia, ảnh hưởngđến đời sống của 150 triệu người Những năm 80 của thế kỷ 20, hạn hán làm cho 10triệu người dân châu Phi phải rời bỏ ruộng đất, sơ tán đi nơi khác và có hơn 1 triệungười thiệt mạng (Đào Xuân Học, 2002) Theo Trung tâm dự báo khí tượng thủyvăn Quốc Gia thì những năm 1986, 1989, 1998, Việt Nam bị hạn nặng trong sản

xuất vụ Đông Xuân, năm được đánh giá là hạn hán nặng nhất là năm 1998 làm thiệthại 5000 tỷ đồng, nguyên nhân là do mùa mưa kết thúc sớm hơn 1 tháng so với mọinăm nên lượng nước chỉ đạt 50-70% và nhiệt độ tăng lên ở những tháng đầu năm sovới những năm trước từ 1-30C gây thiệt hại nghiêm trọng đến lúa đông xuân, hè thu,lúa mùa bị hạn trên 750.000 ha (mất trắng trên 120.000 ha), cây công nghiệp và cây

ăn quả bị hạn trên 236.000 ha (bị chết gần 51.000 ha), 3,1 triệu người thiếu nướcsinh hoạt

Đối với cây lúa, hạn ở giai đoạn đẻ nhánh thì ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, ở giaiđoạn làm đòng đến trỗ làm ngăn cản sự phát triển của các bộ phận của hoa, gây ảnhhưởng nghiêm trọng đến năng suất và phẩm chất lúa Cây lúa chịu hạn tốt ở giaiđoạn đẻ nhánh nhưng cũng bị giảm khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây và diện tích

lá Thời kỳ ngậm đòng mà gặp hạn nhất là giai đoạn phân bào giảm nhiễm sẽ làmthoái hóa hoa, cản trở hình thành gié và hạt Hạn trước ngày lúa trổ khoảng 10 ngày

sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng, gây nghẹt đòng, thụ tinh khó khăn, nhiều hạtlép Hạn vào thời kỳ chín sữa sẽ làm giảm trọng lượng hạt, tỷ lệ bạc bụng cao vàgiảm sự tích lũy protein vào nội nhũ (Sasato, 1968)

1.4.3 Cơ chế chịu hạn của thực vật

Thực vật chống lại sự mất nước là dựa trên khả năng làm tăng áp lực nội tại, tăngtính đàn hồi của màng tế bào, giảm kích thước tế bào… những khả năng này cầnthiết cho việc duy trì sức trương của tế bào là yếu tố cơ bản để quá trình trao đổichất, quá trình sinh trưởng và phát triển diễn ra bình thường khi cân bằng nước ởthực vật bị thay đổi

Có 2 cơ chế chính liên quan đến khả năng chịu hạn của thực vật

Vai trò của bộ rễ

Bộ rễ có hình thái khỏe mạnh, dài, mập, có sức xuyên thấu sâu giúp cho cây hútđược nước ở những chỗ sâu và xa Hình thái và chức năng của bộ rễ liên quan nhiềuđến khả năng chịu hạn của cây trồng Khi gặp điều kiện hạn, axit abcisic (ABA)được tổng hợp mạnh ở rễ sau đó sẽ được vận chuyển lên lá, đẩy mạnh tốc độ giàhóa của lá, đóng khí khổng làm giảm sự thoát hơi nước ABA tăng cường trên lálàm mức độ héo tăng lên giúp cây tránh bớt bức xạ mặt trời, giảm sử dụng nước vàgiảm hiện tượng tăng nhiệt độ bề mặt lá

Trong điều kiện hạn thì rễ sẽ mọc dài hơn, phân bố rộng và sâu hơn trong đất để câyhấp thụ được nước Ở giai đoạn cây con, khi gặp hạn thì khối lượng và tỷ lệ rễ sẽtăng lên, sinh nhiều rễ đốt để có thể đâm xuyên vào các lớp đất tăng cường khảnăng hút nước (Nguyễn Đình Giao và ctv, 1997)

Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu

Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào rễ cómối liên quan trực tiếp đến khả năng cạnh tranh nước của tế bào rễ cây đối với đất.Trong điều kiện hạn, áp suất thẩm thấu sẽ được tăng lên giúp cho tế bào rễ thu nhậnđược những phân tử nước có rất ít trong nước Bằng cơ chế như vậy thực vật có thểhạn chế được hạn cục bộ Đối với các giống lúa thì tính chịu hạn cục bộ có một ýnghĩa quan trọng đối với các vùng chưa chủ động được nước tưới

Khi tế bào bị mất nước, dần dần các chất hòa tan sẽ được tích lũy trong các tế bàochất nhằm chống lại việc giảm tiềm năng nước và tăng khả năng giữ nước củanguyên sinh chất Các chất hòa tan liên quan gồm: các loại đường, axit hữu cơ, cácloại axit amin, các ion (chủ yếu là ion K+) Hầu hết các chất hữu cơ đều có tác dụngđiều chỉnh áp suất thẩm thấu được sinh ra ngay trong quá trình đồng hóa và trao đổichất (Bùi Chí Bửu và ctv, 2003)

1.4.4 Cơ chế chịu hạn của lúa

Trong điều kiện hạn, thiếu nước sẽ làm mất cân bằng về thẩm thấu, để chống lạinhững điền kiện đó thì thực vật phải có những cơ chế đặc biệt Tránh mất nước vàchịu mất nước là hai cơ chế tồn tại ở những cây chịu hạn Cơ chế tránh mất nướcphụ thuộc vào khả năng thích nghi của cấu trúc và hình thái bộ rễ Cơ chế chịu mấtnước liên quan đến những thay đổi trong sinh hóa tế bào tạo các chất hòa tan, cácprotein, các amino acid Nhiều các chất mới được tổng hợp để tạo sức kháng chocây trồng

Khi cây lúa gặp hạn thì khí khổng đóng lại, ngăn chặn sự thoát nước ra bên ngoài.Quá trình đóng mở của khí khổng rất phức tạp liên quan đến hàng loạt các quá trìnhnhư quang hợp, hô hấp, trao đổi ion,… Khi mất nhiều nước khí khổng không cònkhả năng đóng, nước sẽ thoát nhanh ra ngoài sẽ gây chết và héo cây lúa Khi khôhạn xảy ra thì kiểu gen chịu hạn liên quan đến tính chịu hạn sẽ biểu hiện Ở nhữnggiống có khả năng chụi hạn sẽ duy trì sức trương của tế bào và vượt qua thời kỳ khôhạn, giống không có khả năng chịu hạn sẽ héo ngay (Bohnert và cs, 1996)

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển thì cây lúa sử dụng một lượng nước rất lớn

và trong các loại cây trồng thì cây lúa chịu hạn rất kém Giai đoạn phân hóa đòng,trổ, phơi màu là giai đoạn mẫn cảm nhất của lúa với nước Tính chịu hạn của lúaphụ thuộc vào những cơ chế sau (Baker, 1989):

- Kiểm soát mức độ thoát nước trên bề mặt lá

- Khả năng đâm sâu của rễ để sử dụng nước ở vùng nước sâu

- Cây sử dụng nước một cách hợp lý trong điều kiện thiếu nước thông qua việclàm giảm diện tích lá và rút ngắn thời gian sinh trưởng