Tài liệu So sánh trình tự gen lipid transfer protein (ltp) của giống lúa cạn thuộc nhóm chịu hạn tốt với giống lúa cạn thuộc nhóm chịu hạn kém

  • Số trang: 78 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 64 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

`` ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN TRÀ MY SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN LIPID TRANSFER PROTEIN (LTP) CỦA GIỐNG LÚA CẠN THUỘC NHÓM CHỊU HẠN TỐT VỚI GIỐNG LÚA CẠN THUỘC NHÓM CHỊU HẠN KÉM LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên - 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM NGUYỄN TRÀ MY SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN LIPID TRANSFER PROTEIN (LTP) CỦA GIỐNG LÚA CẠN THUỘC NHÓM CHỊU HẠN TỐT VỚI GIỐNG LÚA CẠN THUỘC NHÓM CHỊU HẠN KÉM Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60.42.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Chu Hoàng Mậu Thái Nguyên - 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố. Tác giả Nguyễn Trà My Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜ I CẢ M Ơ N Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin cảm ơn ThS Nguyễn Thị Ngọc Lan và các thầy cô giáo, cán bộ Bộ môn Di truyền & Sinh học hiện đại, khoa Sinh – KTNN, Trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn TS Nguyễn Vũ Thanh Thanh và các cán bộ Bộ môn Sinh học phân tử & Công nghệ gen, Viện khoa học sự sống - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi thực hiện các thí nghiệm của đề tài luận văn. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trƣờng THPT ATK Tân Trào - Tỉnh Tuyên Quang đã tạo điều kiện cho tôi để hoàn thành khoá học cao học này. Tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn. Công trình đƣợc thực hiện với sự tài trợ kinh phí của dự án TRIG. Tác giả luận văn Nguyễn Trà My Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lờ cam đoan Lời cảm ơn Mục lục ............................................................................................................... i Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................ iii Danh mục các bảng .......................................................................................... iv Danh mục các hình ............................................................................................ v MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4 1.1. CÂY LÚA CẠN................................................................................. 4 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại .................................................................. 4 1.1.2. Đặc điểm sinh học ........................................................................... 6 1.1.3. Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới và ở Việt Nam ................. 8 1.2. ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY LÚA CẠN ............................ 12 1.2.1. Hạn và tác động của hạn đối với cây lúa ...................................... 12 1.2.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và phân tử của tính chịu hạn ở cây lúa .... 15 1.2.3. Một số nghiên cứu về đặc tính chịu hạn của cây lúa cạn ............. 20 1.3. PROTEIN VẬN CHUYỂN LIPID (LTP) VÀ GEN LTP (LIPID TRANSFER PROTEIN) .................................................................... 21 Chƣơng 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP .................................... 25 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................................. 25 2.1.1. Vật liệu .......................................................................................... 25 2.1.2. Hóa chất và thiết bị ....................................................................... 26 2.2. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ............................................................. 26 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................... 27 2.3.1. Phƣơng pháp sinh lí, hóa sinh ....................................................... 27 2.3.2. Phƣơng pháp sinh học phân tử ...................................................... 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 39 3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÁC GIỐNG LÚA CẠN NGHIÊN CỨU ............................................................... 39 3.1.1. Tác động của hạn đến cây lúa cạn ở giai đoạn mạ ....................... 39 3.1.2. Hàm lƣợng prolin của các giống lúa cạn ở giai đoạn mạ ............. 48 3.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN LTP PHÂN LẬP TỪ HỆ GEN CỦA CÂY LÚA CẠN .............................................................................................. 50 3.2.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số ................................................... 50 3.2.2. Đặc điểm của trình tự gen LTP của hai giống lúa NA3 và NA6 ....... 51 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 61 NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1. ABA Axit abscisic 2. AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism 3. ASTT Áp suất thẩm thấu 4. ATPase Adenosin triphosphatase (Enzym phân giải ATP giải phóng năng lƣợng) 5. bp base pair = cặp bazơ nitơ 6. cs Cộng sự 7. DNA Deoxyribose Nucleic Axit 8. EDTA Axit Ethylene Diamin Tetraaxetic 9. FAO Food Agriculture Orgnization (Tổ chức nông lƣơng thế giới) 10. HSP Heat shock protein (Protein sốc nhiệt) 11. IPTG Isopropyl- -D-thiogalactopyranoside 12. IRRI International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu lúa quốc tế) 13. kb Kilobase 14. LEA Late Embryogenesis Abundant protein 15. LTP Lipid transfer protein 16. MGPT Môi giới phân tử 17. PCR Polymerase Chain polymerase) 18. RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài các phân đoạn DNA cắt hạn chế) 19. RNase Ribonuclease 20. Sn Chỉ số chịu hạn tƣơng đối 21. SSR Simple Sequence Repeats (trình tự lặp lại đơn giản) 22. TAE Tris - Acetate – EDTA 23. Tris Trioxymetylaminometan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Reaction (Phản ứng chuỗi http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tình hình sản xuất và xuất khẩu lúa gạo của Việt Nam Giai đoạn 1990 - 2009 ............................................................................. 9 Bả ng 2.1. Các giống lúa cạn sử dụng làm vật liệu nghiên cứu ................... 25 Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sƣ̉ dụng ....................................................... 26 Bảng 2.3. Mồi nhân gen LTP ở lúa ................................................................. 32 Bảng 2.4. Thành phần phản ứng nhân gen LTP.............................................. 33 Bảng 3.1. Tỷ lệ thiệt hại ở giai đoạn cây mạ trong điều kiện gây hạn nhân tạo ......................................................................................... 40 Bảng 3.2. Khả năng giữ nƣớc của các giống lúa trong điều kiện gây hạn nhân tạo ......................................................................................... 43 Bảng 3.3. Chiều dài rễ tại các thời điểm gây hạn của các giống lúa ở giai đoạn mạ .......................................................................................... 44 Bảng 3.4. Chỉ số chịu hạn tƣơng đối của các giống lúa ở giai đoạn mạ ......... 46 Bảng 3.5. Hàm lƣợng prolin của các giống lúa ở giai đoạn mạ ..................... 49 Bảng 3.6. Thống kê các nucleootit sai khác giữa giống NA3 với NA6 và Yukihikari-Nhật Bản ..................................................................... 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Sơ đồ mô tả quá trình hình thành cây lúa ......................................... 6 Hình 2.1. Hạt của 9 giống lúa cạn nghiên cứu ................................................ 25 Hình 2.2. Mô hình khái quát quá trình nghiên cứu đề tài ............................... 27 Hình 2.3. Cấu trúc của vector pTZ57R/T ....................................................... 34 Hình 3.1. Ảnh các giống lúa ở giai đoạn mạ ở thời điểm trƣớc và sau khi xử lý bởi hạn ................................................................................. 40 Hình 3.2. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ thiệt hại do hạn gây ra sau 3, 5, 7 ngày hạn ....... 41 Hình 3.3. Chiều dài rễ của các giống lúa cạn nghiên cứu ở thời điểm sau 7 ngày hạn ...................................................................................... 45 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn khả năng chịu hạn của các giống lúa cạn ở giai đoạn mạ ................................................................................... 47 Hình 3.5. Sự biến động hàm lƣợng prolin của các giống lúa ở giai đoạn mạ....... 49 Hình 3.6. Kết quả điện di DNA tổng số của giống lúa cạn NA3 và NA6 ..... 50 Hình 3.7. Kết quả điện di đoạn gen LTP đƣợc nhân lên bằng kỹ thuật PCR ...... 51 Hình 3.8: Kết quả điện di DNA thu đƣợc từ kỹ thuật thôi gel ....................... 52 Hình 3.9. Kết quả điện di sản phẩm colony-PCR .......................................... 53 Hình 3.10. Kết quả điện di plasmid tinh sạch chứa đoạn gen LTP ............... 54 Hình 3.11. Kết quả điện di sản phẩm cắt plasmid tái tổ hợp bằng enzym EcoRI .... 55 Hình 3.12. Trình tự gen LTP của giống NA3, NA6 và giống Yukihikari - Nhật Bản ...................................................................................... 58 Hình 3.13. So sánh trình tự amino acid trong protein của gen LTP ở giống lúa cạn NA3, NA6 và Yukihikari - Nhật Bản ..................... 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lƣơng thực quan trọng nhất của con ngƣời. Năm 2004 đã đƣợc tổ chức Nông Lƣơng Liên Hợp Quốc (FAO) chọn là năm quốc tế về lúa gạo, với khẩu hiệu “Lúa là cuộc sống” đã thêm khẳng định về vai trò của lúa gạo trong cuộc sống của con ngƣời. Ở Việt Nam, lúa là cây nông nghiệp có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nghề trồng lúa ở Việt Nam có từ cổ xƣa, hiện nay hơn 60% dân số nƣớc ta sống bằng nghề trồng lúa, nên lúa không chỉ có ý nghĩa về mặt an ninh lƣơng thực và còn có giá trị kinh tế. Lúa là loài cây trồng rất mẫn cảm với các điều kiện ngoại cảnh và là cây chịu hạn kém [15]. Những 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…, trong đó khô hạn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hƣởng đến năng suất và nó có thể làm giảm tới 70% năng suất của lúa. Trong những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu ứng dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao năng suất, chất lƣợng và khả năng chống chịu của cây trồng, trong đó các nghiên cứu về tính chịu mất nƣớc ở mức độ phân tử đã đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Nghiên cứu tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn dòng chịu hạn bằng công nghệ tế bào thực vật của Nguyễn Thị Tâm (2006) [16]; đánh giá khả năng chịu hạn thông qua hàm lƣợng đƣờng, protein, enzyme trong hạt của của các giống lúa chịu hạn khác nhau của Chu Hoàng Mậu (2005) [10]. Nhiều nhóm gen liên quan đến khả năng chịu mất nƣớc của tế bào đã đƣợc xác định trình tự và công bố bởi một số tác giả [6], [14], [8]. Gen mã hóa lipid transfer proteins (LTP) thuộc họ gene pathogenesis – relate, có khả năng tổng hợp protein thúc đẩy quá trình vận chuyển phospho Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 lilid tới màng. LTP còn hỗ trợ việc tạo ra lớp sáp hoặc lớp biểu bì giúp thực vật bảo vệ, phản ứng và đáp ứng lại những thay đổi của môi trƣờng (Kader, 1996) [29]. Ở thực vật chúng không chỉ tham gia vào việc hình thành cutin – có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mô thực vật tránh khỏi sự mất nƣớc và quá trình phát sinh phôi, chúng còn tham gia các phản ứng chống lại các tác nhân gây bệnh ở thực vật và quá trình thích nghi của cây đối với các điều kiện khác nhau của môi trƣờng sống [29], [44]. Khi gặp các điều kiện bất lợi của môi trƣờng các nhân tố nhƣ hormone, các quá trình trao đổi ion, các con đƣờng truyền tín hiệu ... sẽ điều khiển gen LTP hoạt động tổng hợp protein và tăng cƣờng vận chuyển phospholipid tới màng, tăng tính bền vững của thành tế bào và khả năng giữ nƣớc của màng nhằm giúp cho cây chống lại điều kiện khô hạn của môi trƣờng. Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã lựa chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ là: "So sánh trình tự gen lipid transfer protein (LTP) của giống lúa cạn thuộc nhóm chịu hạn tốt với giống lúa cạn thuộc nhóm chịu hạn kém" 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định đƣợc sự sai khác về trình tự gen LTP và trình tự amino acid của LTP của giống lúa thuộc nhóm chịu hạn tốt và giống lúa thuộc nhóm chịu hạn kém. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của những giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mạ trong điều kiện hạn nhân tạo. 3.2. So sánh hàm lƣợng prolin ở giai đoạn mạ giữa thời điểm trƣớc và sau khi xử lí bởi hạn. Thiết lập mối tƣơng quan giữa khả năng chịu hạn và hàm lƣợng prolin. 3.3. Phân lập, tách dòng và xác định trình tự gen LTP liên quan đến khả năng chịu hạn của cây lúa cạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 3.4. So sánh trình tự gen LTP và trình tự amino acid của LTP của giống lúa chịu hạn tốt với giống lúa chịu hạn kém. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY LÚA CẠN Theo Garirity D.P (1984) lúa cạn đƣợc coi là lúa trồng trên đất cao, đất thoát nƣớc tự nhiên, trên những chân ruộng đƣợc đắp bờ hoặc không bờ, không có lƣợng nƣớc dự trữ thƣờng xuyên trên bề mặt. Huke R.E (1982) dùng thuật ngữ “Lúa khô” (Dryland rice) thay cho lúa cạn (Uplan rice) và cho rằng : “Lúa cạn đƣợc trồng trong những thửa ruộng đƣợc chuẩn bị đất và gieo dƣới điều kiện khô, cây lúa sống phụ thuộc hoàn toàn bằng nƣớc trời”. Lúa cạn đƣợc chia làm hai dạng: Lúa nƣơng (rẫy) là loại trồng trên các triền dốc của đồi núi không có bờ ngăn nƣớc, sống nhờ nƣớc trời; Lúa cạn không hoàn toàn hay lúa nƣớc trời là loại đƣợc trồng ở triền thấp không có hệ thống tƣới tiêu tự động. Ở Việt Nam từ “Upland rice” có nghĩa là lúa rẫy ở Miền Nam, lúa cạn ở Trung Bộ và lúa nƣơng ở Miền Bắc. 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại 1.1.1.1. Nguồn gốc Cây lúa (Oryza sativa L) còn đƣợc gọi là lúa châu Á vì nó 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 . Theo tài liệu của Trung Quốc thì khoảng năm 2800 – 2700 TCN, ở Trung Quốc đã có nghề trồng lúa. Markey và De Candolle, Roievich cho rằng nguồn gốc cây lúa trồng là ở Miền Nam Việt Nam và Campuchia . Có 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 [34]. 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 có nhiều loại lúa hoang dại và các giống lúa trồng phong phú. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Tuy có nhiều các tài liệu khác nhau nhƣng đa số tài liệu cho rằng n guồn gốc của cây lúa ở Đông Nam Á. Tổ tiên các loài lúa trồng hiện nay là các dạng lúa dại (Oryza fatura, Oryza off Cinalis, Oryza minuta) do quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo lâu dài tạo nên. 1.1.1.2. Phân loại Lúa thuộc ngành thực vật có hoa (Angios permes), lớp một lá mầm (Mono Cotyledones), bộ hòa thảo có hoa (Poales), họ hòa thảo (Proaceae, trƣớc đây gọi là họ Graminae). Lúa trồng thuộc chi Oryza, chi Oryza có 28 loài phân bố rộng khắp thế giới, trong đó có 2 loài lúa trồng là Oryza – sativa và Oryza – glaberrima. Loài O. Sativa đƣợc trồng phổ biến ở khắp các nƣớc trồng lúa trên thế giới và phần lớn tập trung ở châu Á. Loài O. Glaberrima đƣợc trồng chủ yếu ở một số nƣớc miền tây châu Phi. Hầu hết các giống lúa trồng hiện nay đều xuất phát Oryza – sativa. Quá trình hình thành lúa trồng có thể đƣợc biểu diễn theo sơ đồ hình 1.1. Loài Oryza sativa L. đƣợc chia làm 3 loài phụ : - Loài phụ Japonica phân bố ở những nơi có vĩ độ cao (Bắc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên), có những đặc điểm nhƣ chịu rét cao, nhƣng ít chịu sâu bệnh. - Loài phụ Indica đƣợc trồng ở các nƣớc nhiệt đới và cận nhiệt đới (Ấn Độ, Miến Điện, Philippin, Việt Nam). Loài phụ Indica có đặc điểm: hạt dài, thân cao, mềm, dễ đổ, chịu sâu bệnh khá, năng suất thấp, mẫn cảm với chu kì ánh sáng. - Loài phụ Javanica có hình thái trung gian: hạt dài nhƣng dày và rộng hơn hạt của Indica. Loài phụ Javanica chỉ đƣợc trồng ở một vài nơi thuộc Indonesia [25]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Theo nghiên cứu của nhiều tác giả [14], [4], [18] thì lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nƣớc, giữa lúa cạn và lúa nƣớc vẫn mang những vết tích giống nhau, giải phẫu thân, bẹ lá của cây lúa cạn thấy có nhiều tổ chức thông khí (giống lúa nƣớc) nhƣng không phát triển. Những giống lúa cạn (trồng ở đất cạn) vẫn sinh trƣởng bình thƣờng trên ruộng có nƣớc, đây là đặc tính nông học đặc biệt của cây lúa cạn, khác với các cây trồng khác giúp lúa cạn đƣợc phân bố rộng hơn. Qua nhiều nghiên cứu về lúa cạn cho thấy lúa cạn đƣợc hình thành từ lúa Indica, phát triển theo hƣớng chín sớm, có khả năng chống chịu tốt với hạn nhất là hạn cuối mùa vụ, chống chịu sâu bệnh và chịu đất nghèo dinh dƣỡng, thích nghi cao với điều kiện sinh thái khó khăn. Đây là nguồn gen quý trong lai tạo và chọn giống lúa. Indica (lúa tiên) Asian Perennis Sativa Spontanea Japonica (lúa cánh) Japonica (trung gian) African perennis Tổ tiên chung (Oryza) Amincan perennis Breviteguiata Glaberrima Hình 1.1. Sơ đồ mô tả quá trình hình thành cây lúa 1.1.2. Đặc điểm sinh học 1.1.2.1. Đặc điểm sinh học Chi Oryza có bộ nhiễm sắc thể là 12. Trong số 23 loài lúa dại có 8 loài mang bộ nhiễm sắc thể tứ bội, còn lại đa số các loài lúa dại và lúa trồng hiện nay có bộ nhiễm sắc thể lƣỡng bội (2n = 24). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Thời gian sinh trƣởng và phát triển của cây lúa từ khi tra hạt đến khi thu hoạch gồm 3 thời kỳ : (1) thời kì sinh trƣởng sinh dƣỡng: (2) thời kỳ sinh trƣởng sinh thực; (3) thời kỳ hình thành hạt và chín. Cây lúa gồm các bộ phận chính: rễ, thân lá, bông, hạt. Hệ rễ lúa thuộc loại rễ chùm, gồm 3 loại chính (rễ mầm, rễ phụ, rễ bất định). Rễ mầm hình thành từ rễ phôi, tồn tại từ 5 đến 7 ngày sau đó rụng đi. Rễ phụ hình thành từ các đốt trên thân lúa, có sau rễ mầm phát triển nhanh thành bộ rễ chùm, làm nhiệm vụ chính trong việc hút dinh dƣỡng phục vụ cho đời sống của cây lúa. Rễ bất định và loại rễ phụ hình thành từ các đốt phía trên cao của thân (trong trƣờng hợp ngập nƣớc sâu hoặc bị đổ), có vai trò không lớn lắm. Số lƣợng rễ, số lông rễ, độ lớn của rễ phụ thuộc vào từng giống. Những giống lúa cạn có số lƣợng rễ, độ lớn, độ dài và đặc biệt có độ dày của vỏ rễ lớn hơn nhiều so với rễ lúa nƣớc. Điều đó giúp cho lúa cạn ăn sâu và phát triển tốt trong điều kiện khô hạn. Khả năng thu nhận nƣớc và cung cấp đủ nƣớc thông qua rễ tới các bộ phận của cây trong điều kiện khó khăn về nƣớc đƣợc coi là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chịu hạn. Thân lúa phát triển từ thân mầm, có hình ống tròn, đƣợc cấu tạo bởi nhiều gióng rỗng và đốt đặc, đƣợc bẹ lá bao bọc cho đến lúa trổ bông. Lá lúa hoàn chỉnh bao gồm các phần: bẹ, bản lá, tai lá và thìa lìa lá. Cây lúa có hai loại lá, đó là lá không hoàn toàn (lá bao) và lá hoàn toàn (lá thật). Lá lúa có màu sắc khác nhau tùy giống. Đa số lá có màu xanh và ở các mức độ khác nhau. Trên thân lúa, lá ra kế tục nhau và xếp so le. Giống có thời gian sinh trƣởng càng dài thì số lá càng nhiều. Chỉ có diện tích lá của lúa cạn thƣờng cao nhƣng tổng số lá trên cây lại ít hơn so với lúa nƣớc. Lúa cạn có bộ lá dày hơn, tuy hô hấp nhiều nhƣng giữ nƣớc tốt. Đặc biệt các giống lúa cạn khi độ ẩm đất giảm thì lá cuộn lại khí khổng đóng lại để giảm sự mất nƣớc [4], [8]. Hoa lúa là hoa lƣỡng tính có khả năng tự thụ phấn tƣơng đối nghiêm ngặt, ít có khả năng thụ phấn chéo. Trong đời sống cây luá, mỗi yếu tố cấu thành năng suất đƣợc xác định ở mỗi gian đoạn sinh trƣởng nhất định. Các điều kiện thời tiết, chăm sóc, phân bón có ảnh hƣởng đến từng yếu tố năng suất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 1.1.2.2. Đặc tính sinh thái Các nhân tố sinh thái (nhiệt độ, ánh sáng, nƣớc, đất…) thƣờng xuyên ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của cây lúa. Nhiệt độ là một trong những nhân tố ảnh hƣởng lên hầu hết các giai đoạn sinh trƣởng và phát triển của cây lúa . Ở mỗi giai đoạn sinh trƣởng, cây lúa yêu cầu nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ thích hợp nhất là 280C - 320C, ngừng sinh trƣởng khi nhiệt độ dƣới 130C. Nhiệt độ tối thích cho nảy mầm là 200C - 250C, ra rễ 250C - 280C, vƣơn lá là 310C. Ánh sáng tác động tới cây lúa ở hai mặt: cƣờng độ chiếu sáng và thời gian chiếu sáng. Quang hợp của lúa nƣớc tiến hành thuận lợi ở 250- 400 cal/cm2/ngày. Cƣờng độ ánh sáng trong ngày ảnh hƣởng đến quá trình ra hoa, kết hạt ở lúa. Lúa yêu cầu nhiều nƣớc hơn các cây trồng khác, để tạo ra 1g chất khô cây lúa cần 628g nƣớc. Lƣợng nƣớc cần thiết cho cây lúa trung bình 6 - 7 mm3/ngày trong mùa mƣa, 8 - 9 mm3/ngày trong mùa khô. Đất trồng lúa tốt nhất là đất thịt, trung tính đến sét, có hàm lƣợng N, P, K tổng số cao, pH = 4,5 - 7, độ mặn nhỏ hơn 0,5% tổng số muối tan. 1.1.3. Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.3.1. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới Tổng diện tích lúa cạn trên thế giới chiếm tỷ lệ không lớn so với diện tích lúa trồng. Năm 1974 là 22,7 triệu ha, hiện nay là 25 triệu ha, chiếm 1/6 diện tích trồng lúa. Lúa cạn đƣợc trồng chủ yếu ở châu Á, châu Phi, châu Mĩ La Tinh. Ở châu Á cũng nhƣ vùng Nam Á và Đông Nam Á, lúa cạn chiếm 10% diện tích lúa. Tuy nhiên ở một số quốc gia trồng lúa, diện tích lúa cạn chiếm tỉ lệ khá cao nhƣ Togo (96%), Parama (95%), Bangladet 23%, Indonesia 21%, Ấn Độ 15%, Philippin 11%. Cây lúa là cây lƣơng thực đƣợc trồng phổ biến trên thế giới đặc biệt là ở các nƣớc Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Indonesia, Nhật Bản, Việt Nam… Theo thống kê của Faostat: Năm 2004, ba quốc gia sản xuất lúa gạo hàng đầu là Trung Quốc (31% sản lƣợng thế giới), Ấn Độ (20%) và Indonesia (9%). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Năm 2006 có 114 nƣớc trồng lúa. Diện tích trồng lúa biến động và đạt khoảng 152.000 triệu ha, năng suất bình quân đạt xấp xỉ 4,0 tấn/ha. Châu Á có diện tích trồng lúa lớn nhất thế giới (chiếm 90%), Châu Phi 3,6%, Nam Mỹ 3,1%, Trung Mỹ và Bắc Mỹ 1,3%... Năm 2009, sản lƣợng lúa gạo của Trung Quốc đạt 196,68 triệu tấn, Ấn Độ 133,7 triệu tấn, Indonesia 64,39 triệu tấn, Bangladet 47,72 triệu tấn, Việt Nam 38,89 triệu tấn, Myanma đạt 32,68 triệu tấn và Thái Lan 31,46 triệu tấn. 1.1.3.2. Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam Việt Nam là nƣớc có lịch sử trồng lúa lâu đời, là một trong 10 nƣớc sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới. Năm 1980 diện tích trồng lúa chỉ có 5,6 triệu ha, sản lƣợng đạt 23,5 triệu tấn, đến năm 2009 diện tích trồng lúa là 7,44 triệu ha, năng suất đạt 38,896 triệu tấn. Ở giai đoạn những năm 1990 – 2009 diện tích trồng lúa hầu nhƣ không tăng nhƣng sản lƣợng gạo và lƣợng gạo xuất khẩu vẫn tăng (bảng 1.1). Bảng 1.1. Tình hình sản xuất và xuất khẩu lúa gạo của Việt Nam Giai đoạn 1990 - 2009 1990 Diện tích (triệu ha) 6,042 Năng suất (tấn/ha) 3,18 Sản lƣợng (triệu tấn) 19,225 Xuất khẩu (triệu tấn) 1,62 1995 6,765 3,68 24,964 2,05 2000 7,666 4,24 32,530 3,39 2001 7,493 4,29 32,108 3,53 2002 7,504 4,59 34,447 3,25 2003 7,452 4,64 34,569 3,92 2004 7,445 4,86 36,149 4,06 2005 7,329 4,89 35,833 5,16 2006 7,325 4,89 35,850 5,18 2007 7,207 4,99 35,943 5,23 2008 7,400 5,22 38,730 4,74 2009 7,440 5,23 38,896 6,05 Năm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Ở Việt Nam diện tích trồng luá cạn chiếm 7,5% diện tích lúa trồng cả nƣớc, đƣợc phân bố chủ yếu ở các tỉnh miền núi phía Bắc (210.000ha), vùng duyên hải Trung Bộ (77.000ha), vùng Cao Nguyên (128.000ha), vùng Đông Nam Bộ (233.000ha), và một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (2.000ha). Với cây lúa cạn địa phƣơng, ngoài khả năng chịu hạn tốt còn có một số ƣu điểm khác rất đáng quan tâm đó là: chất lƣợng gạo dẻo, cơm ngon đặc biệt khả năng kháng sâu bệnh tốt, cứng cây không lốp đổ. Lúa cạn có thể gieo trồng trên nhiều chân đất khác nhau, không đòi hỏi khắt khe về đất. Tuy vậy, việc sản xuất lúa cạn hiện nay ở nƣớc ta còn một số tồn tại cần giải quyết, đó là: các giống lúa cạn có thời gian sinh trƣởng dài, lẫn tạp nhiều và thoái hoá. Lúa cạn đƣợc trồng ở những nơi khó khăn, không có nƣớc tƣới, hoàn toàn dựa vào nƣớc trời, nếu gặp hạn vào giai đoạn nảy mầm hoặc giai đoạn cây mạ sẽ ảnh hƣởng đến sinh trƣởng của cây. Gặp hạn vào giai đoạn làm đòng, trổ bông sẽ làm giảm năng suất và chất lƣợng. Do trình độ dân trí thấp nên ở một số địa phƣơng miền núi sự phát triển của cây lúa cạn thƣờng gắn liền với việc đốt phá rừng làm nƣơng rẫy, dẫn đến nhiều giống lúa cạn có chất lƣợng cao đang bị mất dần. 1.1.4. Thành phần hóa sinh của hạt lúa Trung bình hạt gạo có 11% - 13% nƣớc; 1,55% - 2,85% chất béo ; 5,12% - 9,89% đạm; 6,55% - 11,2% xelluloz; 60,92% - 66,99% tinh bột và 3,58% 6,99% tro, vitamin. Các chất khoáng nhiều nhất là Si, P, K, Na, Mg… Tinh bột Tinh bột trong gạo nếp và gạo tẻ có sự khác nhau. Tinh bột gạo tẻ chủ yếu có cấu tạo mạch thẳng (amyloz), còn ở gạo nếp có trên 80% tinh bột là mạch nhánh (amylopeptin), do vậy gạo lúa nếp dẻo hơn và còn có mùi thơm nhờ vào các aldehyde dễ bay hơi. Sự khác biệt về cấu tạo mạch tinh bột dẫn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 tới quá trình sinh tổng hợp tích lũy protein khác nhau trong hai loại gạo. Tinh bột gạo nếp có cấu tạo thuận lợi cho quá trình tổng hợp và tích lũy protein, do đó hàm lƣợng protein trong gạo nếp thƣờng cao hơn gạo tẻ. Trong chƣơng trình chọn giống lúa có hàm lƣợng protein cao, ngƣời ta đã tiến hành lai tạo giữa lúa tẻ và lúa nếp. Protein Protein gạo đƣợc chia thành 3 loại chính (protein hoạt tính chủ yếu là các loại enzyme, protein cấu tạo, protein dự trữ). Trong đó protein dự trữ có tỷ lệ cao nhất. Protein dự trữ trong gạo bao gồm : glutelin 80%, albumin và globulin: 15%; prolamin: 5%. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, glutelin là một loại protein quan trọng, có trọng lƣợng phân tử cao. Glutelin gạo có thành phần amino acid cân đối với gần 3% lizin. Glutelin chỉ tan trong dung dịch axit hoặc bazơ loãng. Prolamin gạo là một trong những protein dễ tan, nó tan trong dung môi là ethanol 70%. Globulin là thành phần chính của protein trong phôi hạt thóc, mỗi thành phần của globulin đều có thể có chức năng sinh lý riêng. Albumin trong gạo là loại protein không đồng nhất, gồm nhiều thành phần điện di và phân li mạnh [7]. Về mặt dinh dƣỡng, protein gạo có phần lớn các amino acid chính và tất cả các loại amino acid không thay thế. Chất lƣợng protein gạo thay đổi theo thành phần amino acid, đặc biệt là amino acid giới hạn nhƣ lizin, treonin và điều này hoàn toàn phụ thuộc vào giống. Những nghiên cứu về thành phần amino acid trong gạo đều cho thấy, ở lúa gạo có đủ các amino acid không thay thế, tuy tỷ lệ có khác nhau [7]. Lipid So với các loại hoa màu khác (đỗ tƣơng, đỗ xanh, lạc…) thì lúa có hàm lƣợng lipit rất thấp chỉ khoảng 1 – 3% khối lƣợng khô, tập trung chủ yếu ở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Xem thêm -