Luận văn: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG

Chia sẻ: Carol123 Carol123 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

244
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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 có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nghề trồng lúa ở Việt Nam có 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 có ý nghĩa vế mặt an ninh lƣơng thực mà còn có giá trị về mặt kinh tế cho nông dân trồng lúa và đặc...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------------------------------- NGÔ VĂN DƢƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên - 2009 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 ------------------------------------- NGÔ VĂN DƢƠNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA CẠN HÀ GIANG Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số: 60.42.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN LAM ĐIỀN Thái Nguyên - 2009 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 Ngô Văn Dƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Lam Điền 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 KTV Cao Phƣơng Thảo (phòng Thực vật học), KTV Đào Thu Thủy (phòng thí nghiệm Công nghệ tế bào), CN Nguyễn Ích Chiến (phòng thí nghiệm Di truyền học và Công nghệ gen), Khoa Sinh- KTNN, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Thái Nguyên) đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại học Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm và các thầy cô giáo, cán bộ khoa sinh - KTNN, Ban giám hiệu Trƣờng THPT Bắc Sơn, Sở GD&ĐT Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn. Tác giả luận văn Ngô Văn Dƣơng 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 Giới thiệu về cây lúa………………………………………………….. 3 1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa………………………………………... 1.1.1. 3 Giá trị kinh tế của cây lúa……………………………………………… 1.1.2. 4 Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và ở Việt Nam……………………. 1.1.3. 5 Thành phần hoá sinh của hạt lúa............................................... .............. 1.1.4. 10 Đặc điểm sinh học của cây lúa cạn…………………………... ............... 1.1.5. 11 Hạn và cơ chế chịu hạn của thực vật………………………………… 13 1.2. Khái niêm vê han…………………………………………… …………. ̣ ̣̀ 1.2.1. 13 Tính chịu hạn và tác động của hạn đến thực vật……………... ............... 1.2.2. 14 Cơ sơ sinh ly, sinh hoa va di truyên cua tí nh chị u han ơ cây lua………. ̉ ́ ́̀ ̀ ̉ ̣̉ ́ 1.2.3. 16 Nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây lúa………………….................. 1.2.4. 21 Ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thức vật vào việc đánh 1.3. giá khả năng chống chịu ở cây lúa……………………........................ 22 Hê thông nuôi cây…………………………………………… ………… ̣́ ́ 1.3.1. 22 Môt sô thành tựu về đanh gia kha năng chông chị u và chọn dòng tế ̣́ ́ ́ ̉ ́ 1.3.2. bào soma băng ky thuât nuôi cây in vitro……………………………… ̀ ̃ ̣ ́ 23 Chƣơng 2. VÂT LIÊU VA PHƢƠNG PHAP NGHIÊN CƢU ̣ ̣ ̀ ́ ́ Vât liêu va đị a điêm nghiên cƣu ……………………………............... ̣ ̣ ̀ ̉ ́ 25 2.1. Vật liệu thực vật………………………………………………………... 2.1.1. 25 Hóa chất và thiết bị.................................................................. ............... 2.1.2. 25 2.1.3. Địa điểm nghiên cứu................................................................. ............... 26 Phƣơng phap nghiên cƣu ...................................................................... ́ ́ 27 2.2. 2.2.1. Phƣơng pháp phân loại các giống lúa cạn …………………………….. 26 Phƣơng phap hoa sinh................................................. ............................. ́ ́ 2.2.2. 26 2.2.3. Đanh gia kha năng chị u han ơ giai đoan ma băng phƣơng phap gây han ́ ́ ̉ ̣̉ ̣ ̣̀ ́ ̣ 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhân tao……………………………………… ………………………… ̣ Phƣơng phap nuôi cây in vitro………………………………………………. ́ ́ 2.2.4. 31 Phƣơng pháp xử lý số liệu và tính toán kết quả………………………... 2.2.5. 33 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân loai , đăc điêm hì nh thai cua cac giông lua …………................. ̣ ̣ ̉ ́̉ ́ ́ ́ 34 3.1. Phân loai cac giông lua…………………………………… …………… ̣́ ́ ́ 3.1.1. 34 Đặc điểm hình thái các giống lúa………… …………………………… 3.1.2. 35 Đanh gia chât lƣơng hat ……………………….…………………….. ́ ́ ́ ̣ ̣ 37 3.2. Đanh gia chât lƣơng hat trên phƣơng diên cam quan……… …………. ́ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ 3.2.1. 37 Đanh gia chât lƣơng hat trên phƣơng diên hoa sinh ................................ ́ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ́ 3.2.2. 38 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống lúa …………………….. 42 3.3. Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn nảy mầm… ...................... 3.3.1. 42 Khả năng chịu hạn của các giống ở giai đoạn mạ………… …………… 3.3.2. 51 Khả năng chịu han của các giống lúa nghiên cứu ở giai đoạn mô sẹo.. 59 3.4. Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh 3.4.1. của các giống lúa nghiên cứu………………………………………….. 59 Độ mất nƣớc của mô sẹo…………………………………... ................... 3.4.2. 60 Khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo………………………………….. 3.4.3. 61 Tốc độ sinh trƣởng của mô sẹo sau khi sử lý thổi khô………………… 3.4.4. 62 Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô……………….. 3.4.5. 63 Xác định nhanh sức sống của tế bào mô sẹo bằng phƣơng pháp nhuộm TTC 3.4.6. 64 KÊT LUÂN VA ĐÊ 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 có 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 cƣu ……………………………………… ́ 34 Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái và khối lƣợng 1000 hạt của các giống lúa .................. 35 Bảng 3.3. Môt sô chỉ tiêu chât lƣơng hat cua các giống lúa ………………………... ̣́ ́ ̣ ̣̉ 37 Bảng 3.4. Hàm lƣợng protein, đƣơng tan cua cac giông lua (% khôi lƣơng khô )..... ̀ ̉ ́ ́ ́ ́ ̣ 39 Bảng 3.5. Hàm lƣợng axit amin dƣ trƣ trong hạt của các giống lúa (g axit amin ̣̃ /100g mâu)................................................................................................. ̃ 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 hat cua ̣̉ các giống lúa (g axit amin/ 100g protein)............................................. 41 Hoạt độ của -amylase trong giai đoan hat nay mâm khi xƣ ly sorbitol Bảng 3.8. ̣ ̣̉ ̀ ̉́ 5% ( ĐVHĐ/mg hat nay mâm )………………………………………….. ̣̉ ̀ 43 Bảng 3.9. Hàm lƣợng đƣờng tan của các giố ng lua khi xƣ ly sorbitol ́ ̉́ 5% ở giai đoan nay mâm (%)………………………………………………………. ̣ ̉ ̀ 45 Bảng 3.10. Tƣơng quan giƣa hoat đô enzyme α-amylase vơi ham lƣơng đƣơng tan ̃ ̣ ́ ̀ ̣ ̀ của các giống lúa ………………………………………………………… 46 Bảng 3.11. Hoạt độ protease cua cac giô ng lua khi xƣ ly sorbitol 5% ở giai đoan ̉ ́ ́ ́ ̉́ ̣ nảy mầm (ĐVHĐ/mg)……………………………………………... 47 Bảng 3.12. Hàm lƣợng protein của cac giông lua giai đoan nay mâm khi xƣ ly ́ ́ ́ ̣ ̉ ̀ ̉́ 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 giƣa hoat đô protease vơi ham lƣơng protein tan ơ giai đoan ̃ ̣̣ ́ ̀ ̣ ̉ ̣ nảy mầm của các giống lúa ………………………………………………. 50 Bảng 3.14. Tỷ lệ thiệt hại do hạn của các giống lúa ở giai đoạn mạ (%)……………. 52 Bảng 3.15. Khả năng giữ nƣớc của các giống lúa (%)………………………………. 53 Bảng 3.16. Chiêu dai rê tai cac thơi điêm gây han cua cac giông lua 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 khôi lƣơng ́ ̣ tƣơi)………………………………………………………………………. 58 Thăm dò khả năng tạo mô sẹo, tốc độ sinh trƣởng và khả năng tái sinh Bảng 3.19. 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 vơi tiêu chuân cua FAO ……………………………….……………. ́ ̉ ̉ 42 Hình 3.3. Sự biến động hoạt độ enzyme α-amylase cua cac giông lua ………. ̉ ́ ́ ́ 44 Hình 3.4. Đị nh tí nh hoat đô enzyme α-amylase cua cac giông lua …………….. ̣ ̣ ̉ ́ ́ ́ 44 Hình 3.5. Sự biến động hàm lƣợng đƣờng tan các giống lúa ở giai đoạn nảy 45 mâm……………………………………………..………………….. ̀ Hình 3.6. Sự biên đông hoat đô cua enzyme protease cua cac giông ́ ̣ ̣̣̉ ̉ ́ ́ 47 lúa………. Hình 3.7. 48 Ảnh định tính hoạt độ enzyme protease của các giống lúa ………….. Hình 3.8. Hàm lƣợng protein các giống lúa ở giai đoạn nảy mầm …………….. 49 Hình 3.9. Tỷ lê thiêt hai do han cua cac giông lua ở giai đoạn mạ…………….. ̣ ̣̣ ̣ ̉ ́ ́ ́ 52 Hình 3.10. Chiêu dai rê cua cac giông lua ơ 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 Tốc độ mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa sau khi xử lý thổi khô…. Hình 3.14. 60 Khả năng sống sót của mô sẹo sau khi xử lý thổi khô (%)…………. Hình 3.15. 62 Tốc độ sinh trƣởng tƣơng đối của mô sẹo sau 4 tuần nuôi cấy……… Hình 3.16. 62 Khả năng tái sinh cây từ mô sẹo sau khi xử lý thổi khô…………….. Hình 3.17. 63 Hình 3.18. 64 Đánh giá khả năng chịu mất nƣớc của mô sẹo các giống lúa cạn …… Khả năng phục hồi và tái sinh sau thổi khô của các giống lúa cạn ở Hình 3.19. 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 Adenosin triphosphatase (Enzym phân giải ATP giải phóng năng lƣợng) ATPaza ADN Deoxyribose Nucleic Acid Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều dài AFLP các phân đoạn đƣợc nhân bản) Áp suất thẩm thấu ASTT Axit 2,4 – Dichlorphenoxyacetic 2,4D Complementary ADN (ADN bổ sung đƣợc tổng hợp nhờ enzym cADN phiên mã ngƣợc từ ARN thông tin) Cộng sự CS CSCHTĐ Chỉ số chịu hạn tƣơng đối ĐVHĐ Đơn vị hoạt độ ĐVMS Đơn vị mô sẹo EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid Heat shock protein (Protein sốc nhiệt) HSP International Rice Research Institute (Viện nghiên cứu lúa quốc tế) IRRI Kb Kilobase Murashige Skoog (Môi trƣờng theo Murashige và Skoog) MS Late Embryogenesis Abundant protein (Protein tổng hợp với số LEA lƣợng lớn ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển phôi) Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) PCR Random Amplified Polymorphism ADN (Phân tích ADN đa hình RAPD đƣợc nhân bản ngẫu nhiên) Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài các RFLP phân đoạn ADN cắt hạn chế) Small heat shock protein (Protein sốc nhiệt nhỏ từ 10 - 30 kDa) sHSP 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 có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nghề trồng lúa ở Việt Nam có 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 có ý nghĩa vế mặt an ninh lƣơng thực mà còn có giá trị về mặt kinh tế cho nông dân trồng lúa và đặc biệt quan trọng đối với những bà con dân tộc miền núi. Nƣớc ta có 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 giữa các vùng và các miền trong năm [8], nên hạn có 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]. 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... không thuận lợi. Trên thế giới, hàng năm hạn có thể làm giảm tới 70% năng suất cây trồng nói chung [68]. Ở Việt Nam, hàng năm trung bình mất khoảng 30 vạn tấn lƣơng thực do thiên tai, trong đó 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 có địa hình đồi núi, mƣa nhiều nhƣng lƣợng mƣa phân bố không đều dẫn đến hạn cục bộ xảy ra thƣờng xuyên. Do đó 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 khó khăn, có chất lƣợng gạo tốt, thơm, dẻo, phù hợp với thị hiếu ngƣời tiêu dùng và có tiềm năng phát triển để phục vụ cho xuất khẩu. Hiện nay các giống lúa đƣợc canh tác phân tán, tự phát, chƣa có khoanh vùng và định hƣớng phát triển làm cho nhiều giống lúa cạn có 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 có 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 những 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 n ghiên 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 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 [30]. Theo tài liệu của Trung Quốc thì khoảng năm 2800 – 2700 TCN, ở Trung Quốc đã có 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]. Có tài liệu lại cho rằng nguồn gốc cây lúa là ở Miền Nam Việt Nam và Campuchia [22], [30]. 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 [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 có nhiều loại lúa hoang dại và các giống lúa trồng phong phú [6]. Tuy có 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, có thể thuộc nhiều quốc gia khác nhau , sau đó do khí hậu nhiệt đới nóng ẩm cây lúa đã lan rộng ra các vùng khác nhau [22], [30]. Lúa thuộc ngành thực vật có hoa (Angios Permes), lớp một lá mầm (Mono Cotyledones), bộ hòa thảo có hoa (Graminales), họ hòa thảo (Graminae), lúa trồng thuộc chi Oryza (có 24 hoặc 48 nhiễm sắc thể), có 23 loài phân bố khắp thế giới trong đó có 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 những nơi có 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), có đặc điểm hạt dài, thân cao, mềm dễ đổ, chịu sâu bệnh, năng xuất thấp, mẫn cảm với ánh sáng. Javanica có 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 hóa c ủa cây lúa gắn liền với sự tiến hóa 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 những chân ruộng không đắp bờ hoặc không có bờ và không có nƣớc dự trữ trên bề mặt. Theo nghiên cứu của nhiều tác giả thì lúa cạn do lúa nƣớc biến đổi thành và những giống lúa này có khả năng trồng đƣợc ở những vùng khô hạn, vẫn có khả năng sinh trƣởng phát triển bình thƣờng trên ruộng có nƣớc. Đây là một đặc tính nông học của lúa cạn, khác với cây trồng khác. Hiện nay có thể chia lúa cạn thành hai nhóm: Nhóm lúa cạn cổ truyền, bao gồm những giống lúa cạn địa phƣơng, thích nghi cao và tồn tại lâu đời, tính chống chịu cao, tuy nhiên giống lúa này có hạn chế là năng xuất thấp. Nhóm lúa không chủ động nƣớc hoặc sống nhờ nƣớc trời. Loại này đƣợc phân bố trên những nƣơng bằng, chân đồi thấp cố độ dốc dƣới 5o. Đây là những giống lúa cạn mới lai tạo, có khả năng chịu hạn trong những 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 những 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 góp phần vào tổng sản lƣợng lúa một cách đáng kể ( từ 20% - 40% ở những vùng sản xuất lƣơng thực khó khăn), góp 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 những năm gần đây với sụ phát triển của khoa học kỹ thuật trong công tác chọn tạo giống và canh tác, phân bón thì năng xuất và chất lƣợng lúa gạo không ngừng tăng lên [6]. Trên thế giới khoảng 40% dân số coi lúa gạo là cây lƣơng thực chính, tới 25% dân số sử dụng lúa gạo trên 1/3 khẩu phần ăn hàng ngày. Ở Việt Nam 100% dân số sử dụng gạo làm lƣơng thực chính. Trong lúa gạo chứa đầy đủ các thành phần dinh dƣỡng nhƣ tinh bột (62,5%), protein (7-10%), lipit (1-3%), xenlulo (10,9%), nƣớc 11%...[22]. Ngoài ra gạo còn chứa một số chất khoáng và vitamin nhóm B, các axit amin thiết yếu nhƣ lizin, triptophan, threonin… chất lƣợng gạo thay đổi theo thành phần axit amin, điều này phụ thuộc vào từng giống [58]. Do thành phần các chất dinh dƣỡng tƣơng đối ổn định và cân đối nên lúa gạo đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ: - Lúa gạo đƣợc chế biến thành trên 200 món ăn khác nhau [16], [61]. - Lúa gạo đƣợc dùng làm thức ăn cho gia súc với một lƣợng khá lớn. Ở các nƣớc phát triển lƣợng lúa gạo dành cho chăn nuôi chiếm một tỷ lệ cao. - Lúa gạo là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp nhƣ: công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, sản xuất bánh kẹo, sản xuất rƣợu bia… Sản phẩm phụ của cây lúa đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tấm đƣợc dùng để sản xuất rƣợu, cồn axeton, phấn viết mịn… Cám đƣợc dùng để sản xuất thức ăn tổng hợp, sản xuất các vitamin nhóm B, chế tạo sơn cao cấp, làm nguyên liệu chế tạo xà phòng… Vỏ trấu để sản xuất nấm men làm thức ăn gia súc, vật liệu đóng lót hàng, vật liệu độn phân hữu cơ, làm chất đốt… Rơm rạ dùng cho công nhiệp sản xuất giấy, catông xây dựng, đồ gỗ gia dụng. Gạo là mặt hàng xuất khẩu làm tăng thu nhập quốc dân, góp phần ổn định an ninh lƣơng thực nhân loại [21], [61]. 1.1.3. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.3.1. Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới Theo thống kê của FAO năm 2006 có 114 nƣớc trồng lúa và phân bố ở tất cả các Châu lục trên Thế giới. Trong đó Châu Phi có 41 nƣớc, Châu Á có 30 nƣớc, Bắc Trung Mỹ có 14 nƣớc, Nam Mỹ 13 nƣớc, Châu Âu 11 nƣớc, Châu Đại Dƣơng có 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 nƣớc. Diện tích trồng lúa biến động và đạt khoảng 152.000 triệu ha, năng suất bình quân xấp xỉ 4,0 tấn/ha [61]. Châu Á là khu vực có diện tích trồng lúa lớn nhất Thế giới chiếm 90%, Châu Phi 3,6%, Nam Mỹ 3,1%, Bắc Mỹ và Trung Mỹ 1,3%... [ 59]. Bảng 1.1. Diện tích, năng xuất và sản lƣợng lúa của toàn Thế giới giai đoạn từ 1970 đến 2007 Diện tích Năng suất Sản lƣợng Năm (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 1970 133,10 23,8 316,38 1980 144,76 27,4 396,87 1990 146,98 35,3 518,23 2000 154,11 38,9 598,97 2001 151,97 39,4 598,03 2002 147,96 39,1 577,99 2003 149,20 39,1 583,00 2004 151,02 40,3 608,37 2005 153,78 40.2 618,53 2006 156,30 41,21 644,10 2007 156,59 41,50 651,70 (Nguồn: Số liệu thống kê của FAO STAT, 2008 [64]) Bảng 1.1 thể hiện, diện tích canh tác lúa có xu hƣớng tăng. Song tăng mạnh nhất vào thập kỷ 60, 70 của thế kỷ XX sau đó tăng chậm dần và có xu hƣớng ổn định vào những năm đầu của thế kỷ XXI. Về năng suất lúa trên đơn vị diện tích cũng có chiều hƣớng tƣơng tự. Trong 4 thập kỷ cuối của thế kỷ XX năng suất lúa tăng gấp 2 lần từ: 23,8 tạ/ha năm 1970 đến 38,9 tạ/ha năm 2000, sau đó năng suất lúa vẫn tăng nhƣng chậm dần. Đến năm 2007 sản lƣợng lúa trên toàn thế giới là 651,70 triệu tấn. Sang những năm đầu của thế kỷ XXI, việc áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật vào trong thâm canh lúa, chú trọng chỉ tiêu chất lƣợng hơn số lƣợng làm cho năng suất lúa có xu hƣớng chững lại hoặc tăng không đáng kể. Tuy nhiên ở những nƣớc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 có nền khoa học kỹ thuật phát triển, năng suất vẫn cao hơn hẳn. Điều này đƣợc chứng minh qua số liệu thống kê của 10 nƣớc có sản lƣợng lúa đứng đầu thế giới (FAOSTAT, 2008) [64]. Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lƣợng lúa của 10 nƣớc có sản lƣợng lúa hàng đầu thế giới năm 2007 Diện tích Năng suất Sản lƣợng Tên nƣớc (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) Trung Quốc 29,49 63,41 187,04 Ấn Độ 44,00 32,07 141,13 Inđônêxia 12,16 46,89 57,04 Băngladesh 11,20 38,84 43,50 Việt Nam 7,30 48,68 35,56 Thái Lan 10,36 26,94 27,87 Myanma 0,82 39,76 32,61 Philippin 4,25 37,64 16,00 Brazin 2,90 38,20 11,09 Nhật Bản 1,67 65,37 10,97 (Nguồn: Số liệu thống kê của FAO STAT, 2008) Theo số liệu của bảng 1.2, trong 10 nƣớc trồng lúa có sản lƣợng trên 10 triệu tấn/năm có 9 nƣớc nằm ở Châu Á, chỉ có một đại diện Brazin là ở Nam Mỹ. Trung Quốc và Nhật Bản là hai nƣớc có năng suất cao hơn hẳn đạt 63,41 tạ/ha (Trung Quốc) và 65,37 tạ/ha (Nhật Bản). Điều đó có thể lý giải vì Trung Quốc là nƣớc đi tiên phong trong lĩnh vực phát triển lúa lai và ngƣời dân có tính cần cù, trình độ thâm canh cao. Còn Nhật Bản là nƣớc có trình độ khoa học kỹ thuật cao, đầu tƣ lớn [19]. Việt Nam là nƣớc có năng suất lúa cao đứng hàng thứ 3 trong 10 nƣớc trồng lúa, đạt 48,68 tạ/ha. Thái Lan tuy là nƣớc xuất khẩu gạo đứng hàng đầu thế giới trong nhiều năm liên tục, song năng suất chỉ đạt 26,91 tạ/ha, Thái Lan chú trọng nhiều hơn đến canh tác các giống lúa dài ngày, chất lƣợng cao [ 6]. Xét về diện tích trồng lúa thì Ấn Độ là nƣớc có diện tích lớn nhất (44,00 triệu ha) còn nƣớc đứng thứ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 10 là Myanma (0,82 triệu ha). Về sản lƣợng Trung Quốc đứng đầu 187,04 triệu tấn và đứng thứ 10 là Nhật Bản 10,97 triệu tấn. Bên cạnh cây lúa nƣớc, cây lúa cạn chiếm tỉ lệ đáng kể chiếm 15% sản l ƣợng gạo trên Thế giới. Lúa cạn đƣợc trồng ở khắp Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ La Tinh. Diện tích trồng lúa trên Thế giới khoảng 148 triệu ha (năm 1991), trong đó 19 triệu ha là lúa cạn: Châu Á có 12 triệu ha, Châu Mỹ La Tinh 3,3 triệu ha, Châu Phi 2,5 triệu ha, năng suất bình quân đạt 1 tấn/ha [76]. 1.1.3.2. Tình hình sản xuất lúa gạo ở Việt Nam. Việt Nam là một trong 10 nƣớc sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới. Năm 1980 diện tích trồng lúa là 5,6 triệu ha, sản lƣợng là 23,5 triệu tấn. Đến năm 2007 diện tích trồng lúa là 7,30 triệu ha, năng suất đạt 36,56 triệu tấn. Việt Nam là nƣớc nông nghiệp , trong đó nghề trồng lúa đóng vai trò chủ đạo trong cơ cấu cây trồng, nên lúa có ý nghĩa quan trong trong nền kinh tế , xã hội nƣớc ̣ ta. Nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm , lƣợng bức xạ mặt trời cao và đất đai phù hợp cho trồng lúa nên Việt Nam có thể trồng nhiều vụ lúa trong năm và với nhiều giống khác nhau . Cùng với việc áp dụng các biện pháp chọn , tạo giống mới có năng suất, chất lƣợng cao va khả năng chống chị u ̀ tôt nên sản lƣợng lúa gạo nƣớc ta ́ không ngừng tăng lên, đã góp phần quan trọng đƣa bình quân lƣơng thực đầu ngƣời tăng lên. Năm 1994 bình quân lƣơng thực đầu ngƣời nƣớc ta đạt 359 kg/ngƣời/năm nhƣng đến năm 2005 đã tăng lên 476 kg. Mặc dù diện tích trồng lúa ở nƣớc ta giai đoạn1990 -2007 không tăng nhƣng sản lƣợng va lƣợng gạo xuất khẩu không ngừng tăng đƣợc thể hiện ở bảng.3 [39], [62]. ̀ 1 Năm 1990 Việt Nam xuất khẩu gạo đƣợc 1,62 triệu tấn, đến năm 2000 chúng ta đã đạt 3,50 triệu tấn. Năm 2007 Việt Nam có sản lƣợng gạo xuất khẩu lớn nhất đạt 5,23 triệu tấn và giữ vững là nƣớc xuất khẩu gạo lớn thứ hai trên Thế giới. Năm 2008 tuy diện tích trồng lúa giảm xong năng xuất và sản lƣợng đều tăng điều đó đã khẳng định vị thế cây lúa của Việt Nam. Đặc biệt sản lƣợng xuất khẩu gạo vẫn đƣợc duy trì ổn định ở mức trên 5 triệu tấn. Theo dự đoán của các chuyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 gia thì năm 2009 năng xuất, sản lƣợng và giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam sẽ giữ ở mức ổn định và có thể đạt 5,3 triệu tấn (theo dự báo của FAO). Bảng 1.3. Tình hình sản xuất và xuất khẩu lúa gạo của Việt Nam giai đoạn 1990 - 2007 Diện tích Năng suất Sản lƣợng Xuất khẩu Năm (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) (triệu tấn) 1990 6,042 3,18 19,225 1,62 1995 6,765 3,68 24,964 2,04 2000 7,666 4,24 32,530 3,50 2003 7,452 4,63 34,568 3,92 2004 7,444 4,86 36,158 4,00 2005 7,430 4,82 35,800 5,16 2006 7,3248 4,89 36,200 5,18 2007 7,1838 4,95 36,890 5,23 (Nguồn: Niên giám thống kê Việt Nam, 2008 [39],[62]) 1.1.3.3. Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới va ơ Viêt Nam ̀̉ ̣ Tông diên tí ch lua can ơ trên thê giơi khoang ̉ ̣ ́ ̣̉ ́́ ̉ 18,960 triêu ha , chiêm 13% ̣ ́ diên tí ch trông lua thê giơi , năng suât b ình quân chỉ đạt 1tân/ha [74]. Tuy diên tí ch ̣ ̀ ́ ́ ́ ́ ́ ̣ không lơn , song no đong vai tro rât quan trong và không thể thiếu đƣợc đối với nhân ́ ́́ ̀́ ̣ dân vung nui cao , vùng sâu, vùng xa . ̀ ́ Diên tí ch trông lua can phân bô không đêu , chủ yếu tập trung ở châu Á , châu ̣ ̀ ́ ̣ ́ ̀ Mỹ La Tinh , châu Phi. Trong tƣng khu vƣc diên tí ch gieo trông lua can cun g khac ̀ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ ̃ ́ nhau. Nhƣng nƣơc trông nhiêu la Ân Đô , Bzazil, Indonesia, Banglades…Vê ty lê ̃ ́ ̀ ̀ ̀́ ̣ ̣̀̉ diên tí ch lua can so vơi lua nƣơc ơ tƣng vung cung rât khac nhau ̣ ́ ̣ ́́ ́̉̀ ̀ ̃ ́ ́ , có những nƣớc trông 94% diên tí ch lua can nhƣ Liberia , Bzazil (76%)….Ở ch âu A ty lê nay thâp ̀ ̣ ́ ̣ ̣́̉̀ ́ hơn: Philippin (11,3%), Indonesia (21%), Malaixia (5%)…[74] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10 Ở Việt Nam diện tích lúa cạn chiếm 7,5% diên tí ch trông lua , đƣơc phân bô ơ ̣ ̀ ́ ̣ ́̉ các tỉnh miền núi phía Bắc (210.000 ha), vùng duyên hải Trung Bộ (77.000 ha), vùng Cao Nguyên (128.000 ha), vùng Đông Nam Bộ (233.000 ha) và một số tỉnh đông băng Sông Cƣu Long (2.000 ha) [21]. ̀ ̀ ̉ 1.1.4. Thành phần hoá sinh của hạt lúa Trong hạt lúa khô co 1,79 – 3,07 % lipit, 5,5 – 13% protein, 62,40 – 82,51%, ́ tinh bô t, 5,7% tro va 0,48 – 1,19% đƣờng. Ngoài ra còn chứa một số chất khoáng ̣ ̀ và vitamin, nhất là vitamin nhóm B nhƣ: B1, B2, B6, PP... lƣợng vitamin B1 là 0,45mg/100g hạt, trong đó ở phôi chiếm 47%, vỏ cám 34,5%, ở hạt gạo chỉ có 3,8% nên nếu khi xát kĩ hàm lƣợng B1 trong hạt gạo còn rất thấp [20], [21], [22], [43]. Lipit chủ yếu tập trung ở vỏ gạo. Nếu ở gạo xay có hàm lƣợng lipit là 2,02% khối lƣợng khô thì gạo xát lƣợng lipit chỉ còn 0,52%. Hàm lƣợng lipit liên quan đến chất lƣợng trên hai phƣơng diện là giá trị dinh dƣỡng và giá trị bảo quản. Hàm lƣợng lipit càng cao thì bảo quản càng phức tạp [13], [63]. Tinh bột chiếm tỷ lệ cao nhất trong thành phần vật chất khô trong hạt lúa, chiếm 62,4 – 82,51%, nó là nguồn chủ yếu cung cấp calo [20]. Tinh bột đƣợc cấu tạo bởi amylose và amylopectin. Amylose có cấu tạo mạch thẳng có nhiều ở gạo tẻ, độ dẻo thấp. Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh có nhiều ở gạo nếp tạo nên độ dẻo đặc trƣng ở cơm [11], [15]. Protein trong hạt lúa chiếm từ 5,5 - 13,0% khối lƣợng khô của hạt. Khoảng 80% protein là glutelin, 18 – 20% là prolalin, 2 – 8% là globulin, abumin chiếm 5%. Glutelin là một loại protein quan trọng, có thành phần axit amin cân đối với gần 3% lizin, khôi lƣợng phân tử lớn (20 - 22KDa và 35 - 37KDa). Prolamin gạo là một ́ trong những protein dễ tan, dạng chính là 13 KDa còn lại là những thành phần phụ, thành phần axit amin rất giàu glutamin, prolin, lơxin nhƣng thấp về metionin, cystein, threonin và tyrozin. Globulin là thành phần chính của protein trong phôi hạt thóc, kh ối lƣợng phân tử 26 KDa [73]. Albumin trong gạo là loại protein không đồng nhất, gồm nhiều thành p hần điện di và phân li mạnh [ 58]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn