Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU………………………………………………………………. 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.
Giới thiệu về cây lúa………………………………………………… 3
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa……………………………………… 3
1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa……………………………………………… 4
1.1.3. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và ở Việt Nam……………………. 5
1.1.4. Thành phần hoá sinh của hạt lúa 10
1.1.5. Đặc điểm sinh học của cây lúa cạn………………………… 11
1.2.
Hạn và cơ chế chịu hạn của thực vật………………………………… 13
1.2.1. Khái niệ m về hạ n………………………………………………………. 13
1.2.2. Tính chịu hạn và tác động của hạn đến thực vật…………… 14
1.2.3. Cơ sở sinh lý , sinh hoá và di truyề n củ a tí nh chị u hạ n ở cây lú a………. 16
1.2.4. Nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây lúa………………… 21
1.3. Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thức vật vào việc đánh
giá khả năng chống chịu ở cây lúa…………………… 22
1.3.1. Hệ thố ng nuôi cấ y……………………………………………………… 22
1.3.2. Mộ t số thành tựu về đá nh giá khả năng chố ng chị u và chọn dòng tế
bào soma bằ ng kỹ thuậ t nuôi cấ y in vitro……………………………… 23
Chƣơng 2. VẬ T LIỆ U VÀ PHƢƠNG PHÁ P NGHIÊN CƢ́ U
2.1.
Vậ t liệ u và đị a điể m nghiên cƣ́ u…………………………… 25
2.1.1. Vật liệu thực vật………………………………………………………
25
2.1.2. Ha chất và thiết bị 25
2.1.3.
Địa điểm nghiên cứu
26
2.2.
Phƣơng phá p nghiên cƣ́ u 27
2.2.1.
Phƣơng pháp phân loại các giống lúa cạn …………………………… 26
2.2.2. Phƣơng phá p hó a sinh 26
2.2.3.
Đá nh giá khả năng chị u hạ n ở giai đoạ n mạ bằ ng phƣơng phá p gây hạ n 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhân tạ o…………………………………………………………………
2.2.4. Phƣơng phá p nuôi cấ y in vitro………………………………………………. 31
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu và tính toán kết quả……………………… 33
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.
Phân loạ i, đặ c điể m hì nh thá i củ a cá c giố ng lú a ………… 34
3.1.1. Phân loạ i cá c giố ng lú a………………………………………………… 34
3.1.2. Đặc điểm hình thái các giống lúa……………………………………… 35
3.2.
Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t……………………….…………………… 37
3.2.1. Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t trên phƣơng diệ n cả m quan…………………. 37
3.2.2. Đá nh giá chấ t lƣợ ng hạ t trên phƣơng diệ n hó a sinh 38
3.3.
Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa …………………… 42
3.3.1. Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn nảy mầm… 42
3.3.2. Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn mạ……………………… 51
3.4.
Khả năng chịu han của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mô sẹo 59
3.4.1. Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh
của các giống lúa nghiên cứu………………………………………… 59
3.4.2. Độ mất nƣớc của mô sẹo………………………………… 60
3.4.3. Khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo………………………………… 61
3.4.4. Tốc độ sinh trƣởng của mô sẹo sau khi sử lý thổi khô………………… 62
3.4.5. Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô……………… 63
3.4.6. Xác định nhanh sức sống của tế bào mô sẹo bằng phƣơng pháp nhuộm TTC 64
KẾ T LUẬ N VÀ ĐỀ NGHỊ ……………………………………………. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… 69
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Diện tích, năng xuất và sản lƣợng lúa của toàn Thế giới giai đoạn từ
1970 đến 2007 6
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng lúa của 10 nƣớc c sản lƣợng lúa hàng
đầu thế giới năm 2007 7
Bảng 1.3. Tình hình sản xuất và xuất khẩu lúa gạo của Việt Nam giai đoạn 1990 –
2007 9
Bảng 2.1. Các giống lúa cạn sử dụng làm vật liệu nghiên cứu…………………… 25
Bảng 3.1. Phân loại các giống lúa nghiên cƣ́ u……………………………………… 34
Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái và khối lƣợng 1000 hạt của các giống lúa 35
Bảng 3.3. Mộ t số chỉ tiêu chấ t lƣợ ng hạ t củ a các giống lúa……………………… 37
Bảng 3.4.
Hàm lƣợng protein, đƣờ ng tan củ a cá c giố ng lú a (% khố i lƣợ ng khô)
39
Bảng 3.5. Hàm lƣợng axit amin dƣ̣ trƣ̃ trong hạt của các giống lúa (g axit amin
/100g mẫ u) 40
Bảng 3.6. Thành phần và lƣợng axit amin trong protein hạt của các giống lúa (g
axit amin/ 100g protein) 41
Bảng 3.7. Thành phần và hàm lƣợng các axit amin không thay thế trong hạ t củ a
các giống lúa (g axit amin/ 100g protein)
41
Bảng 3.8.
Hoạt độ của -amylase trong giai đoạ n hạ t nả y mầ m khi xƣ̉ lý sorbitol
5% ( ĐVHĐ/mg hạ t nả y mầ m)………………………………………… 43
Bảng 3.9. Hàm lƣợng đƣờng tan của các giố ng lú a khi xƣ̉ lý sorbitol 5% ở giai
đoạ n nả y mầ m(%)………………………………………………………. 45
Bảng 3.10. Tƣơng quan giƣ̃ a hoạ t đô enzyme α-amylase vớ i hà m lƣợ ng đƣờ ng tan
của các giống lúa………………………………………………………… 46
Bảng 3.11. Hoạt độ protease củ a cá c giố ng lú a khi xƣ̉ lý sorbitol 5% ở giai đoạ n
nảy mầm (ĐVHĐ/mg)…………………………………………… 47
Bảng 3.12. Hàm lƣợng protein của cá c giố ng lú a giai đoạ n nả y mầ m khi xƣ̉ lý 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
sorbitol 5 % (%)…………………………………………………………
Bảng 3.13. Tƣơng quan giƣ̃ a hoạ t độ protease vớ i hà m lƣợ ng protein tan ở giai đoạ n
nảy mầm của các giống lúa………………………………………………. 50
Bảng 3.14. T lệ thiệt hại do hạn của các giống lúa ở giai đoạn mạ (%)……………. 52
Bảng 3.15. Khả năng gi nƣớc của các giống lúa (%)………………………………. 53
Bảng 3.16. Chiề u dà i rễ tạ i cá c thờ i điể m gây hạ n củ a cá c giố ng lú a ở giai đoạn mạ
(cm)……………………………………………………………………… 54
Bảng 3.17. Chỉ số chịu hạn tƣơng đối của các giống lúa ở giai đoạn mạ…………… 56
Bảng 3.18. Hàm lƣợng proline của các giống lúa ở giai đoạn mạ (mM/g khố i lƣợ ng
tƣơi)………………………………………………………………………. 58
Bảng 3.19.
Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh
của 5 giống lúa……………………………………………………………
60
Bảng 3.20. Kiểm tra sức sống của các giống lúa cạn bằng phƣơng pháp nhuộm TTC 64
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 3.1. Hình thái hạt của các giống lúa nghiên cứu…………………………. 36
Hình 3.2. Hàm lƣợng axit amin không thay thế của các giống lúa nghiên cứu
vớ i tiêu chuẩ n củ a FAO……………………………….……………. 42
Hình 3.3. Sự biến động hoạt độ enzyme α-amylase củ a cá c giố ng lú a ………. 44
Hình 3.4. Đị nh tí nh hoạ t độ enzyme α-amylase củ a cá c giố ng lú a…………… 44
Hình 3.5. Sự biến động hàm lƣợng đƣờng tan các giống lúa ở giai đoạn nảy
mầ m…………………………………………… …………………
45
Hình 3.6. Sự biế n độ ng hoạ t độ củ a enzyme protease củ a cá c giố ng
lúa……….
47
Hình 3.7.
Ảnh định tính hoạt độ enzyme protease của các giống lúa…………
48
Hình 3.8.
Hàm lƣợng protein các giống lúa ở giai đoạn nảy mầm……………
49
Hình 3.9. T lệ thiệ t hạ i do hạ n củ a cá c giố ng lú a ở giai đoạn mạ…………… 52
Hình 3.10. Chiề u dà i rễ củ a cá c giố ng lú a ở giai 7 ngày hạn……………………. 54
Hình 3.11. Đồ thị hình rada biểu thị khả năng chịu hạn của các giống lúa ở giai
đoạn mạ…………………………………………………………… 55
Hình 3.12. Ảnh các giống lúa trƣớc và sau 5 ngày gây hạn ở giai đoạn mạ…… 57
Hình 3.13.
Sự biến động hàm lƣợng proline ở giai đoạn mạ của các giống lúa…
58
Hình 3.14. Tốc độ mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa sau khi xử lý thổi khô…. 60
Hình 3.15. Khả năng sống st của mô sẹo sau khi xử lý thổi khô (%)…………. 62
Hình 3.16. Tốc độ sinh trƣởng tƣơng đối của mô sẹo sau 4 tuần nuôi cấy……… 62
Hình 3.17. Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô…………… 63
Hình 3.18.
Đánh giá khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa cạn……
64
Hình 3.19. Khả năng phục hồi và tái sinh sau thổi khô của các giống lúa cạn ở
mức độ mô sẹo………………………………………………………. 65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
CHỮ VIẾT TẮT
ABA Abscisic Acid
ATPaza Adenosin triphosphatase (Enzym phân giải ATP giải phng năng lƣợng)
ADN Deoxyribose Nucleic Acid
AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều dài
các phân đoạn đƣợc nhân bản)
ASTT Áp suất thẩm thấu
2,4D Axit 2,4 – Dichlorphenoxyacetic
cADN Complementary ADN (ADN bổ sung đƣợc tổng hợp nhờ enzym
phiên mã ngƣợc từ ARN thông tin)
CS Cộng sự
CSCHTĐ Chỉ số chịu hạn tƣơng đối
ĐVHĐ Đơn vị hoạt độ
ĐVMS Đơn vị mô sẹo
EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid
HSP Heat shock protein (Protein sốc nhiệt)
IRRI International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu lúa quốc tế)
Kb Kilobase
MS Murashige Skoog (Môi trƣờng theo Murashige và Skoog)
LEA Late Embryogenesis Abundant protein (Protein tổng hợp với số
lƣợng lớn ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển phôi)
PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)
RAPD Random Amplified Polymorphism ADN (Phân tích ADN đa hình
đƣợc nhân bản ngẫu nhiên)
RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài các
phân đoạn ADN cắt hạn chế)
sHSP Small heat shock protein (Protein sốc nhiệt nhỏ từ 10 - 30 kDa)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lúa ( oryza Sativa L.) là nguồn lƣơng thực chủ yếu của hơn một nửa dân số
trên thế giới. Ở Việt Nam, lúa là cây nông nghiệp c vị trí quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân. Nghề trồng lúa ở Việt Nam c từ cổ xƣa và là trung tâm đa dạng
về cây lúa trồng hiện nay [52]. Hiện hay hơn 60% dân số nƣớc ta sống bằng nghề
trồng lúa , nên lúa không chỉ c ý nghĩa vế mặt an ninh lƣơng thực mà còn c giá trị
về mặt kinh tế cho nông dân trồng lúa và đặc biệt quan trọng đối với nhng bà con
dân tộc miền núi. Nƣớc ta c địa hình phức tạp 3/4 lãnh thổ là đồi núi, địa hình chia
cắt và diễn biến khí hậu phức tạp, lƣợng mƣa phân bố không đều gia các vùng và
các miền trong năm [8], nên hạn c thể xảy ra bất cứ mùa nào, vùng nào trong năm.
Lúa là loài cây trồng rất mẫn cảm với các điều kiện ngoại cảnh và là cây chịu
hạn kém [40]. Nhng yếu tố sinh thái bất lợi tác động lên quá trình sinh trƣởng và
phát triển của cây lúa nhƣ lƣợng mƣa nhiệt độ, ánh sáng không thuận lợi. Trên thế
giới, hàng năm hạn c thể làm giảm tới 70% năng suất cây trồng ni chung [68]. Ở
Việt Nam, hàng năm trung bình mất khoảng 30 vạn tấn lƣơng thực do thiên tai,
trong đ hạn đƣợc xem là nhân tố chình làm giảm năng xuất lúa [1]. Bên cạnh lúa
nƣớc, lúa cạn cũng chiếm một vị trí quan trọng đối với nông dân, đặc biệt là dân
miền núi. Lúa cạn phân bố ở vùng núi, địa hình đồi dốc. Việt Nam lúa cạn phân bố
chủ yếu ở vùng Tây Bắc, Đông Bắc Bộ và Tây Nguyên, nơi c địa hình đồi núi,
mƣa nhiều nhƣng lƣợng mƣa phân bố không đều dẫn đến hạn cục bộ xảy ra thƣờng
xuyên. Do đ việc nghiên cứu tính chịu hạn và nâng cao khả năng chịu hạn cho cây
lúa cạn là một thực tiễn quan trọng đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu [1],
[40].
Cây lúa cạn năng xuất thấp nhƣng lại thể hiện tính ƣu việt về khả năng chống
chịu hạn tốt, thích nghi cao với điều kiện sinh thái kh khăn, c chất lƣợng gạo tốt,
thơm, dẻo, phù hợp với thị hiếu ngƣời tiêu dùng và c tiềm năng phát triển để phục
vụ cho xuất khẩu. Hiện nay các giống lúa đƣợc canh tác phân tán, tự phát, chƣa c
khoanh vùng và định hƣớng phát triển làm cho nhiều giống lúa cạn c chất lƣợng bị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2
mất dần, diện tích trồng lúa bị thu hẹp. Vì vậy sƣu tập và tuyển chọn các giống lúa
cạn c chất lƣợng tốt, khả năng chống chịu cao làm cơ sở cho chọn tạo giống trở
thành một vấn đề cấp thiết.
Xuất phát từ nhng lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Đánh giá chất
lƣợng và khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn Hà Giang”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá chất lƣợng và khả năng chịu hạn của 5 giống lúa cạn trồng ở tỉnh Hà Giang.
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân loại các giống lúa nghiên cứu.
- Đánh giá chất lƣợng hạt các giống lúa nghiên cứu.
- Đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn hạt nảy mầm.
- Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mạ ba lá
- Đánh giá khả năng chịu hạn ở mức độ mô sẹo bằng kỹ thuật thổi khô.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu về cây lúa
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa
Cây lúa (Oryza sativa L) còn đƣợc gọi là lúa châu Á vì n đƣợc thuần hoá từ
lúa dại ở ba trung tâm đầu tiên vùng Đông Nam Á: Assam (Ấn Độ), biên giới Thái
Lan – Myanmarr, Trung du Tây Bắc Việt Nam [30]. Theo tài liệu của Trung Quốc
thì khoảng năm 2800 – 2700 TCN, ở Trung Quốc đã c nghề trồng lúa [6]. Markey
và De Candolle, Roievich cho rằng nguồn gốc cây lúa trồng là ở Miền Nam Việt
Nam và Campuchia [30]. C tài liệu lại cho rằng nguồn gốc cây lúa là ở Miền Nam
Việt Nam và Campuchia [22], [30]. C giả thuyết lại cho rằng tổ tiên của lúa Oryza
là một cây hoang dại trên siêu lục địa Gondwana cách đây ít nhất 130 triệu năm và
phát tán khắp các châu lục trong quá trình trôi dạt lục địa [60]. Gutschin cho rằng
cái nôi của nghề trồng lúa là ở chân dãy Himalaya đổ xuống các vùng đồng bằng
Bengale, Assam, Thái Lan vì ở vùng này c nhiều loại lúa hoang dại và các giống
lúa trồng phong phú [6].
Tuy c nhiều các tài liệu khác nhau, các khảo cổ đã chứng minh nguồn gốc
khác nhau của cây lúa nhƣng đa số các tài liệu đều cho rằng nguồn gốc cây lúa là ở
vùng đầm lầy Đông Nam Á, c thể thuộc nhiều quốc gia khác nhau, sau đ do khí
hậu nhiệt đới nng ẩm cây lúa đã lan rộng ra các vùng khác nhau [22], [30].
Lúa thuộc ngành thực vật c hoa (Angios Permes), lớp một lá mầm (Mono
Cotyledones), bộ hòa thảo c hoa (Graminales), họ hòa thảo (Graminae), lúa trồng
thuộc chi Oryza (c 24 hoặc 48 nhiễm sắc thể), c 23 loài phân bố khắp thế giới
trong đ c hai loài lúa trồng. Loài Oryza sativa L. trồng phổ biến trên thế giới và
phần lớn tập trung ở Châu Á bao gồm ba loài phụ: Japonica phân bố ở nhng nơi
c vĩ độ cao (Bắc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên), chịu rét cao, ít chịu sâu bệnh.
Indica ( đƣợc trồng ở các nƣớc nhiệt đới và cận nhiệt đới nhƣ Việt Nam, Thái Lan,
Ấn Độ, Mianma), c đặc điểm hạt dài, thân cao, mềm dễ đổ, chịu sâu bệnh, năng
xuất thấp, mẫn cảm với ánh sáng. Javanica c đặc điểm trung gian, hạt dài, dày và
rộng hơn hạt của Indica, chỉ đƣợc trồng ở vài nơi thuộc Indonesia [22] . Loài Oryza
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4
gluberrima S. đƣợc trồng với một diện tích nhỏ thuộc Tây Phi. Sự tiến ha của cây
lúa gắn liền với sự tiến ha của loài ngƣời đặc biệt ở châu Á [61].
Theo điều kiện sinh thái, cây lúa chia làm hai loại, lúa cạn và lúa nƣớc. Lúa
cạn, đƣợc trồng vào mùa mƣa trên đất cao, đất thoát nƣớc tự nhiên, trên nhng chân
ruộng không đắp bờ hoặc không c bờ và không c nƣớc dự tr trên bề mặt.
Theo nghiên cứu của nhiều tác giả thì lúa cạn do lúa nƣớc biến đổi thành và
nhng giống lúa này c khả năng trồng đƣợc ở nhng vùng khô hạn, vẫn c khả
năng sinh trƣởng phát triển bình thƣờng trên ruộng c nƣớc. Đây là một đặc tính
nông học của lúa cạn, khác với cây trồng khác.
Hiện nay c thể chia lúa cạn thành hai nhm:
Nhóm lúa cạn cổ truyền, bao gồm nhng giống lúa cạn địa phƣơng, thích nghi
cao và tồn tại lâu đời, tính chống chịu cao, tuy nhiên giống lúa này c hạn chế là
năng xuất thấp.
Nhm lúa không chủ động nƣớc hoặc sống nhờ nƣớc trời. Loại này đƣợc phân
bố trên nhng nƣơng bằng, chân đồi thấp cố độ dốc dƣới 5
o
. Đây là nhng giống lúa
cạn mới lai tạo, c khả năng chịu hạn trong nhng giai đoạn sinh trƣởng nhất định,
hiệu xuất sử dụng nƣớc và tiềm năng năng xuất cao [16].
Năng xuất của các giống lúa cạn thƣờng thấp do hai nguyên nhân chủ yếu:
Giống xấu và đất nghèo dinh dƣỡng, phát triển trên nhng vùng dân trí thấp và điều
kiện canh tác kém [16]. Tuy năng xuất lúa cạn không cao, trung bình đạt 15 tạ/ha,
nhƣng cây lúa cạn đã gp phần vào tổng sản lƣợng lúa một cách đáng kể (từ 20% -
40% ở nhng vùng sản xuất lƣơng thực kh khăn), gp phần giải quyết lƣơng thực
tại chỗ cho nhân dân, giảm đƣợc công vận chuyển và chủ động lƣơng thực trong
một khoảng thời gian nhất định, phù hợp với điều kiện của nhiều địa phƣơng.
1.1.2. Giá trị kinh tế của cây lúa
Trên thế giới cơ cấu sản xuất lƣơng thực, lúa gạo chiếm 26,5%. Sản lƣợng lúa
đã vƣợt lên đứng thứ nhất trong các cây lƣơng thực với tổng sản lƣợng là 650 triệu
tấn/năm. Mặc dù diện tích trồng lúa gạo đứng sau lúa mì nhƣng sản lƣợng lúa năm
1993 đã đứng vị trí thứ nhất với tổng sản lƣợng là 573 triệu tấn/năm. Đặc biệt trong
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét