BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
NGUYỄN THỊ HÀ THU NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH
SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA
ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ HÀ THU
NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ MỘT SỐ ðẶC TÍNH
SINH LÝ, SINH HOÁ CỦA TẬP ðOÀN LÚA
ðỊA PHƯƠNG VIỆT NAM
trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi mong muốn gửi lời cảm ơn tới bạn bè và những người
thân trong gia ñình ñã ñộng viên và khích lệ ñể tôi hoàn thành khoá học này.
Hà Nội, 10 tháng 12 năm 2012
Nguyễn Thị Hà Thu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
iii
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, với sự
hướng dẫn của Thầy hướng dẫn khoa học, sự giúp ñỡ của tập thể cán bộ
nghiên cứu Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt
Nam và các ñồng nghiệp.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược ai
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong bản
Luận văn này.
Hà Nội, ngày 7 tháng 10 năm 2012
Học viên
Mục lục
iv
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình
viii
MỞ ðẦU
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI
5
1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa
1.2. ðặc tính sinh lý ở cây lúa
5
1.2.1. Lúa chịu hạn và cơ chế chống chịu
9
1.2.2. Lúa chịu mặn và cơ chế chống chịu
13
1.1.3. ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ
v
2.2.1. Nội dung nghiên cứu 27
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
27
2.3. Phân tích và xử lý số liệu
31
CHƯƠNG 3. KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả phân loại lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica 32
3.2. Kết quả nghiên cứu ñộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ 35
3.3. Kết quả ñánh giá khả năng chịu hạn trong phòng thí nghiệm 38
3.4. Kết quả ñánh giá khả năng chịu mặn trong phòng thí nghiệm 45
3.5. Kết quả nghiên cứu hàm lượng amylose 58
3.6. Kết quả nghiên cứu ñộ thơm 62
3.7. Giới thiệu mẫu nguồn gen có ñặc tính tốt phục vụ khai thác và sử dụng
65
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 70Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng
Tên bảng Trang
1.1
So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa indica, japonica và javanica
6
2.1 Thang ñiểm chuẩn ñánh giá ñộ phân hủy kiềm (TCVN 5715-1993) 29
2.2 Tiêu chuẩn ñánh giá khả năng chống chịu mặn SES 30
3.1 Số lượng nguồn gen lúa nếp, tẻ, lúa indica và japonica
33
3.2
ðộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ của các mẫu nguồn gen lúa
37
3.3
Tỉ lệ hạt nảy mầm và rễ mầm ñen của một số mẫu nguồn gen lúa
3.10
Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu
62
3.11
Một số mẫu nguồn gen lúa có khả năng chịu mặn và hạn
66
3.12
Một số mẫu nguồn gen có chất lượng khá và khả năng chịu hạn
tương ñối tốt
67
3.13
Một số nguồn gen lúa có khả năng chịu mặn và có chất lượng
tương ñối tốt
68
3.14
Một số nguồn gen có khả năng chịu mặn, hạn và có chất lượng tốt
69
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
viii
3.8 Chiều cao thân của một số mẫu nguồn gen lúa ở nồng ñộ EC
=12ds/m
55
3.9 Mức ñộ chống chịu mặn của các mẫu nguồn gen lúa ở nồng ñộ
EC = 6 ds/m và EC = 12ds/m
57
3.10
Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa 59
3.11
Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa tẻ. 60
3.12
Hàm lượng amylose của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu 61
3.13
ðộ thơm của các mẫu nguồn gen lúa nghiên cứu 63
3.14
ðộ thơm của các mẫu nguồn gen lúa nếp, tẻ, lúa indica và
japonica
64
nguồn gen lúa ñịa phương chứa ñựng rất nhiều ñặc ñiểm quý và ña dạng về
tính trạng hình thái. Trong những năm gần ñây Trung tâm Tài nguyên thực
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
2
vật ñã có nhiều kết quả nghiên cứu về nguồn gen lúa ñịa phương, song tập
trung chủ yếu cho công việc mô tả hình thái, ñánh giá ña dạng di truyền mẫu
nguồn gen. Các số liệu ñánh giá về ñặc tính sinh lý, sinh hoá còn hạn chế.
Xuất phát từ thực tiễn, chúng tôi tiến hành ñề tài “Nghiên cứu một số ñặc
tính sinh lý, sinh hóa của tập ñoàn lúa ñịa phương Việt Nam” làm cơ sở
cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên này.
2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài
* Mục ñích:
ðánh giá ñặc tính sinh lý (khả năng chịu hạn, mặn) và ñặc tính sinh hoá
(chất lượng nguồn gen: ñộ phân huỷ kiềm, hàm lượng amylose, ñộ thơm) của
các mẫu nguồn gen lúa ñịa phương phục vụ cho công tác bảo tồn, chọn tạo và
khai thác sử dụng hiệu quả quỹ gen cây trồng.
* Yêu cầu
- Phân loại lúa nếp, tẻ, loài phụ indica, japonica;
- Xác ñịnh ñược ñộ phân huỷ kiềm và nhiệt ñộ hoá hồ;
- Xác ñịnh ñược khả năng chịu hạn, chịu mặn (bằng phương pháp ñánh giá
trong phòng thí nghiệm);
- Xác ñịnh ñược hàm lượng amylose và ñộ thơm của các mẫu lúa nghiên cứu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
* Ý nghĩa khoa học
- Kết quả ñề tài góp phần phân lập mẫu nguồn gen cây lúa trong ngân hàng
gen cây trồng quốc gia, là cơ sở ñể ñề xuất các biện pháp bảo tồn, khai thác sử
dụng bền vững nguồn gen lúa ñịa phương ở Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ góp phần cung cấp dữ liệu thông tin hoàn
1.1. Nguồn gốc, phân loại và phân bố của cây lúa
Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực lâu ñời và cổ xưa nhất của
loài người. Cây lúa trồng hiện nay ñã trải qua một lịch sử tiến hóa rất lâu dài
và khá phức tạp, với nhiều thay ñổi rất lớn về ñặc ñiểm hình thái, nông học,
sinh lý và sinh thái ñể thích nghi với ñiều kiện khác nhau của môi trường thay
ñổi theo không gian và thời gian.
Về nguồn gốc cây lúa ñã có nhiều tác giả ñề cập tới: Theo Vavilov
(1926) [54] thì lúa ñược hình thành từ Ấn ðộ và ñây cũng là một trung tâm
khởi nguyên cây trồng.
Cùng quan ñiểm với Vavilov là hai nhà khoa học Chowdhury và Ghosh
thì cho rằng những hạt thóc thạch cổ nhất của thế giới ñã tìm thấy ở
Hasthinapur (Bang Uttar Pradesh - Ấn ðộ) vào khoảng năm 1000-750 trước
Công nguyên, tức là cách ngày nay hơn 2500 năm.
Theo Grist D.H cây lúa xuất phát từ ðông Nam Á, từ ñó lan dần lên phía
Bắc. Gutchtchin, Ghose, Erughin và nhiều tác giả khác thì cho rằng ðông
Dương là cái nôi của lúa trồng ngày nay.
ðinh Dĩnh (Trung Quốc) dựa vào lịch sử phát triển lúa hoang ở trong
nước cho rằng lúa trồng có xuất xứ ở Trung Quốc, trong khi ñó Sato (Nhật
Bản) thì lại tin rằng cây lúa có nguồn gốc từ Ấn ðộ, Việt Nam và Mianma
(Miến ðiện).
Theo Bùi Huy ðáp, 1980 [9] những khai quật khảo cổ học ở các di chỉ
thờ ñại ñồ ñá mới ở các tỉnh An Huy và Hồ Bắc cho thấy ở ñó còn lại nhiều
mảnh thóc thuộc loài O.sativa. Năm 1921 có phát hiện thấy vết tích cây lúa
trên những mảnh ñồ gốm ñào thấy ở tỉnh Hà Nam, Trung Quốc.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
5
Nhiều quan ñiểm khác nhau của các nhà khoa học về nguồn gốc phát
sinh cây lúa, song phần lớn các nghiên cứu ñều cho rằng lúa bắt nguồn từ Ấn
tuy nhiên theo Khush, 1997 [42] cho rằng sự tiến hóa của hai loại lúa trồng
phổ biến hiện nay trên thế giới ñược thể hiện trong sơ ñồ dưới ñây:
Theo ñó lúa trồng ngày nay thuộc hai phân loài phụ là O.sativa indica và
O.sativa japonica. Trong ñó O.sativa japonica lại bao gồm lúa japonica ôn
ñới và japonica nhiệt ñới.
Tuy nhiên các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản lại dựa trên cở sở phân bố ñịa
lý, hình thái cây, hạt và ñộ bất dục khi lai tạo ñể phân chia thành 3 nhóm là
japonica, indica và javanica. Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên
nước Nhật Bản, “indica” có nguồn gốc từ từ Indica (Ấn ðộ), còn “Javanica”
có gốc từ chữ Java là tên của một ñảo của Indonesia ñể ñặt tên cho giống lúa
cổ truyền “bulu” và “gundil” của ñất nước này.
Theo Matsuo (1952) [43] và Chandraratna (1964) [31] cho rằng phân
loài phụ của lúa bao gồm 3 nhóm: indica, japonica và javanica. Trong ñó phổ
biến nhất là 2 dạng indica và japonica, còn dạng javanica mang nhiều ñặc
ñiểm trung gian giữa hai loại trên.
Bảng 1.1: So sánh một số ñặc ñiểm của các loài lúa
indica, japonica và javanica.
Tt ðặc tính Japonica Javanica Indica
1 Hình dạng hạt lúa Ngắn Rộng Thon và nhỏ
2 Chiều dài phiến lá Ngắn Dài Dài
3 Góc của lá ñòng và thân Nhỏ Nhỏ Rộng
4 Cấu trúc các thành phần cây lúa Trung bình Rộng Nhỏ
5 Lá ñòng Ngắn, hẹp Dài, rộng Dài, hẹp
6 Số chồi Nhiều Ít Nhiều
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
7
7 Loại chồi Thẳng ñứng Thẳng ñứng Tỏa rộng
8
Nhóm lúa japonica (lúa cánh) thích hợp với nhiệt ñộ thấp hơn và ñược
gieo trồng ở những vùng có khí hậu cận nhiệt ñới và ôn ñới như: miền Bắc và
ðông Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên.
Nhóm lúa javanica (dạng hình trung gian giữa hai loài phụ indica và
japonica): chủ yếu ñược gieo trồng ở Indonesia, nhiều nhất là ở Java và
Sumatra
Hình 1.2. Sự phân bố lúa trồng trên thế giới
1.2. ðặc tính sinh lý ở cây lúa
Những vấn ñề liên quan ñến ñặc tính sinh lý ở cây lúa ñã ñược nhiều
nhà khoa học quan tâm nghiên cứu như: sinh lý ngủ nghỉ của hạt thóc, quang
hợp và hô hấp ở cây lúa, dinh dưỡng khoáng, khả năng chống chịu mặn, chịu
hạn, chịu úng, chịu rét…. Tuy nhiên trong khuôn khổ nghiên cứu của ñề tài
chỉ tập trung nghiên cứu về ñặc tính sinh lý ở cây lúa liên quan ñến khả năng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
9
chống chịu hạn, mặn và ñộ phân huỷ kiềm của các mẫu nguồn gen lúa ñịa
phương.
1.2.1. Lúa chịu hạn và cơ chế chống chịu
Hiện nay có nhiều ñịnh nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa
chịu hạn.
Chang T.T. và Bardenas (1865) [33] cho rằng: “Lúa cạn là loại lúa
ñược gieo hạt trên các loại ñất khô, có thể là ñất dốc hoặc ñất bằng nhưng ñều
không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào ñộ ẩm do nước mưa cung cấp
nhờ nước trời”
Huke. R.E (1982) dùng thuật ngữ “lúa khô” (dryland rice) thay cho “lúa
o
C)
và ñộ ẩm thấp (<65%). ðối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn
không khí thường gây hiện tượng héo tạm thời, vì nhiệt ñộ cao, ẩm ñộ thấp làm
cho tốc ñộ thoát hơi nước nhanh vượt quá mức bình thường, lúc ñó rễ hút nước
không ñủ ñể bù ñắp lại lượng nước mất, cây lâm vào trạng thái mất cân bằng về
nước. Với cây lúa hạn gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñặc biệt vào thời kỳ bắt ñầu
hình thành các cơ quan sinh sản cho ñến lúc kết thúc quá trình thụ phấn. Hạn
không khí gây hại nhất ở giai ñoạn lúa phơi màu và thậm chí gây nên mất mùa
nếu gặp phải ñợt nhiệt ñộ cao và ñộ ẩm không khí thấp (mặc dù nước trong ñất
không thiếu, làm cho hạt phấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh
không xảy ra và hạt bị lép.
- Hạn ñất: Hạn ñất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của ñất tăng cao ñến mức cây
không cạnh tranh ñược nước của ñất làm cho cây không thể lấy nước vào qua
rễ, vì vậy hạn ñất thường gây hiện tượng héo lâu dài. Hạn thường xảy ra nhiều
ở những vùng có ñiều kiện khí hậu, ñịa hình, ñịa chất, thổ nhưỡng ñặc thù như
sa mạc ở Châu Phi, ñất trống ñồi trọc của Châu Á, mùa ít mưa và nhiệt ñộ
thấp ở Châu Âu.
- Hạn kết hợp: Khi có sự kết hợp cả hạn ñất và hạn không khí thường gây nên
hạn trầm trọng, kéo dài dẫn ñến héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục
hồi.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
11
- Hạn sinh lý: xẩy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút
ñược nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước. Rễ cây không lấy
ñược nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng
nước. Trường hợp này thường xẩy ra ở môi trường ñất yếm khí, rễ cây thiếu
oxy ñể hô hấp nên không có năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng ñộ muối
chịu hạn nhân tạo của các cây lúa ở trong phòng ñã khuyến cáo sử dụng dung
dịch KCl0
3
ở nồng ñộ 2-3% hoặc ñường Sacarora 0.8-1% ñể xử lý hạt.
Vũ Văn Liết và cs (2004) [16] ñã sử dụng dung dịch KCl0
3
3% ngâm hạt
thóc trong 48h trước khi cho nảy mầm và dung dịch KCl0
3
1% xử lý rễ mạ ñể
tiến hành thanh lọc các nguồn gen lúa chịu hạn. Hiện nay phương pháp này ñã
và ñang ñược sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm ñể ñánh giá nhanh
khả năng chịu hạn của các nguồn gen lúa.
Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý bằng KClO
3
: ðây là phương
pháp nhân tạo, ñánh giá gián tiếp khả năng chịu hạn của các giống lúa. Khả
năng chịu hạn của cây liên quan ñến khả năng chịu ñộc và giữ nước của keo
nguyên sinh khi dùng một hoá chất ñộc ñể xử lý. Nếu keo nguyên sinh ít bị
ñộc, tế bào và mô ít bị mất nước, ít bị hại, chứng tỏ cây có tính chịu hạn.
Ngược lại, nếu keo nguyên sinh bị nhiễm ñộc, tế bào và mô bị mất nước dẫn
ñến cây bị hại chứng tỏ cây không có tính chịu hạn.
- Tỷ lệ % hạt nảy mầm tính theo công thức:
Số hạt nảy mầm
+ % hạt nảy mầm =
Tổng số hạt xử lý
x 100
- Tỷ lệ % rễ mầm bị ñen (hoặc héo) tính theo công thức:
- Mặn trong ñất, do muối từ trong ñất vào mùa khô theo mao dẫn từ tầng
dưới lên (Inland salinity).
Mặn kìm hãm sinh trưởng và phát triển của cây bằng cách ức chế các
hoạt ñộng sinh lý và trao ñổi chất của cây trồng như: mất cân bằng nước, ngộ
ñộc ion hoặc mất cân bằng trong trao ñổi ion (Greenway và Munns, 1980)
[36]. ðộ mặn cao làm giảm hoạt ñộng quang hợp (Sakamoto và cs, 1998)
[52], kìm hãm sự ra lá (Hu và Schmidhalter, 1998) [40] và làm biến ñổi cấu
trúc tế bào (Pareek và cs, 1997) [50]. Các nghiên cứu về tính chịu mặn của
cây trồng ñã chỉ ra rằng: trong môi trường mặn, Na
+
tích luỹ nhiều trong cây
nhưng phân bố không ñều trên các bộ phận và ñược tích luỹ nhiều hơn ở các
lá già (Yeo và Flower, 1982) [56]. Cây trồng chỉ sinh trưởng ñược khi hàm
lượng Na
+
tích luỹ ñến một giới hạn nhất ñịnh (Munns và Termaat, 1986)
[44], giới hạn này là tính trạng có liên quan ñến khả năng chịu mặn của cây
(Gorham và cs, 1985) [35].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
14
Tính chịu mặn là một ñặc tính di truyền rất phức tạp, ñiều này ñược thực
hiện bởi sự có mặt của các thành phần hữu cơ trong tế bào chất của thực vật
như là glycinebetaine, mannitol và proline (Flower và Flower, 2005) [34].
Tính chịu mặn cũng phụ thuộc vào hình thái học thực vật, việc chia ngăn và
các chất tan tương thích, kiểm soát sự mất nước của thực vật, kiểm soát sự
chuyển dịch của ion, các ñặc tính của màng tế bào thực vật, tỷ lệ Na/K trong
tế bào chất.
Lúa là một trong các loại cây trồng mẫn cảm với ñộ mặn của ñất, ñộ mặn
- Trong cây lúa, lượng Na
+
dư thừa sẽ ñược mô libe tái hấp thu và ñịnh vị
ở ñó.
- Khả năng chống chịu mặn của lúa, còn thể hiện khả năng phối hợp ở mức
ñộ cao về ñiện phân ở rễ lúa và mức ñộ thấp ở phần trên mặt ñất, do vậy Na
+
không thể chuyển lên phần trên ñược.
- Hiện tượng ngăn cách từ lá ñến lá: lượng muối dư thừa ñược chuyển từ lá
non ñến lá già, muối ñược ñịnh vị tại lá già không có chức năng, không
chuyển ngược lại.
- Hiện tượng lượng muối Na
+
dư thừa ñược chuyển vào trong các không
bào, làm giảm sự gây ñộc của ñộ mặn.
- Cây hấp thụ muối nhưng sẽ làm loãng nồng ñộ muối nhờ tăng cường chế
ñộ phát triển nhanh và tăng lượng nước trong các bộ phận.
Công trình của Mishra và cs, (1990) về di truyền số lượng liên quan ñến
tính trạng chống chịu mặn cho thấy hoạt ñộng của cả 2 nhóm gen cộng tính và
không cộng tính ñều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn.
Tác hại của mặn phụ thuộc vào nồng ñộ muối, loại muối, ñất, giống và giai
ñoạn sinh trưởng phát triển của cây. Mặn ảnh hưởng xấu ñến sinh trưởng phát
triển của cây và cuối cùng ảnh hưởng ñến năng suất cây trồng. Mass và Hoffman
(1997) ñã mô tả tác hại của mặn ñối với lúa thể hiện qua phương trình:
Y = 100 - B (Ece - A)
Trong ñó: Y: Năng suất tương ñối
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
16
bình là ñiều kiện tối hảo cho chất lượng gạo tốt
Copyright: Tài liệu đại học ©