Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu đa dạng di truyền và sử dụng một số giống lúa màu triển vọng ở Việt Nam

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:190

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là đánh giá được đa dạng di truyền của tập đoàn 90 mẫu giống lúa màu ở mức hình thái (dựa vào một số chỉ tiêu chất lượng và khả năng chịu hạn) và ở mức phân tử (dựa vào chỉ thị SSR), chọn lọc được các nguồn vật liệu ưu tú; Đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học chính, tính chống chịu bệnh đạo ôn và bạc lá của các nguồn vật liệu ưu tú, xác định và giới thiệu một số giống lúa màu chất lượng, giàu dinh dưỡng, có khả năng chịu hạn, kháng sâu bệnh phục vụ cho sản xuất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu đa dạng di truyền và sử dụng một số giống lúa màu triển vọng ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------- HOÀNG THỊ HUỆ NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ GIỐNG LÚA MÀU TRIỂN VỌNG Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------- HOÀNG THỊ HUỆ NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ GIỐNG LÚA MÀU TRIỂN VỌNG Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. LÃ TUẤN NGHĨA 2. GS.TS. HOÀNG TUYẾT MINH Hà Nội - 2017
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ, hợp tác cho việc thực hiện luận án này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ dẫn rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Hoàng Thị Huệ i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới hai Thầy hướng dẫn PGS.TS. Lã Tuấn Nghĩa - Giám đốc Trung tâm Tài nguyên thực vật và GS.TS. Hoàng Tuyết Minh – Hội Giống cây trồng Việt Nam, và những Thầy Cô đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm Tài nguyên thực vật, Bộ môn Đa dạng sinh học nông nghiệp, bạn bè đồng nghiệp trong Trung tâm Tài nguyên thực vật đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các tập thể, cá nhân thuộc Viện Bảo vệ thực vật, Đại học Hiroshima, cán bộ và nông dân huyện Lộc Hà – Hà Tĩnh, huyện Con Cuông – Nghệ An đã hợp tác, giúp đỡ và phối hợp trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo, các anh, chị, em trong Ban Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi vô cùng biết ơn các thành viên trong gia đình đã luôn bên cạnh, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh và nghị lực để tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả Hoàng Thị Huệ ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC VIẾT TẮT .............................................................................................. vi DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. viii DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................... x MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................ 1 2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 2 4. Những đóng góp mới của đề tài ............................................................................... 2 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .......................................................... 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ............................................ 4 2.1 Giới thiệu chung về cây lúa màu ............................................................................ 4 2.1.1. Nguồn gốc và phân bố ........................................................................................... 4 2.1.2. Giá trị sử dụng của cây lúa màu ............................................................................ 5 2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa màu trên thế giới và Việt Nam ................... 7 2.2.1. Trên thế giới .......................................................................................................... 7 2.2.2. Ở Việt Nam ........................................................................................................... 8 2.3. Tình hình nghiên cứu về cây lúa màu .................................................................. 9 2.3.1. Nghiên cứu bảo tồn và chọn tạo giống lúa màu .................................................... 9 2.3.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa màu ......................................................... 13 2.3.3 Nghiên cứu khả năng kháng bệnh của cây lúa màu ............................................. 20 2.3.4 Nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây lúa màu .................................................. 23 2.3.5 Nghiên cứu chất lượng cây lúa màu ..................................................................... 27 2.3.6. Nghiên cứu kỹ thuật gieo trồng cây lúa màu ...................................................... 33 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…37 2.1. Vật liệu nghiên cứu............................................................................................... 37 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 42 2.2.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen lúa màu ở Việt Nam ........................... 42 iii
2.2.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh của nguồn gen lúa màu đại diện ............................................................................................................ 42 2.2.3 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa và vi chất của giống lúa màu triển vọng ....... 42 2.2.4 Nghiên cứu biện pháp kỹ thuật gieo trồng cho 2 giống lúa màu triển vọng ........ 42 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ....................................................................... 43 2.4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 43 2.4.1 Phương pháp nghiên cứu về chất lượng ............................................................... 43 2.4.2. Phương pháp nghiên cứu khả năng chịu hạn....................................................... 49 2.4.3. Phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị phân tử SSR .......... 51 2.4.4. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học của nguồn gen lúa màu ............ 53 2.4.5. Phương pháp nghiên cứu khả năng kháng bệnh .................................................. 54 2.4.6. Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật gieo trồng giống lúa màu triển vọng ............ 56 2.4.7. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu .............................................................. 58 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 59 3.1 Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa màu ở Việt Nam ............................ 59 3.1.1 Đánh giá đa dạng dựa trên chỉ tiêu chất lượng ..................................................... 59 3.1.2 Đánh giá đa dạng dựa trên khả năng chịu hạn ..................................................... 69 3.1.3 Đánh giá đa dạng di truyền sử dụng chỉ thị phân tử SSR .................................... 79 3.2 Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh của nguồn gen lúa màu đại diện ........................................................................................ 97 3.2.1. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống lúa màu đại diện ................................................................................................................................ 97 3.2.2 Đánh giá khả năng kháng bệnh đạo ôn của các mẫu giống lúa màu đại diện .... 101 3.2.3. Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các mẫu giống lúa màu đại diện .... 103 3.3 Đánh giá hoạt tính chống oxi hóa và hàm lượng vi chất của giống lúa màu triển vọng .................................................................................................................... 104 3.3.1 Đánh giá hoạt tính chống oxi hóa của 2 giống lúa màu triển vọng .................... 104 3.3.2 Đánh giá hàm lượng vi chất của 2 giống lúa màu triển vọng ............................ 106 3.4. Nghiên cứu xây dựng biện pháp kỹ thuật gieo trồng đối với giống lúa màu triển vọng ............................................................................................................................. 107 3.4.1 Nghiên cứu về thời vụ ........................................................................................ 107 3.4.2 Nghiên cứu về mật độ ........................................................................................ 109 iv
3.4.3 Nghiên cứu về phân bón ..................................................................................... 112 A. KẾT LUẬN ........................................................................................................... 114 B. ĐỀ NGHỊ ............................................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 117 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 130 v
DANH MỤC VIẾT TẮT ADN : Deoxyribonucleic acid AFLP : Amplified Fragment Length Polymorphism bp : Base pair BVTV : Bảo vệ thực vật CASE : Center analysis services experimental CĐQH : Cường độ quang hợp CĐTN : Cường độ thoát nước Cs : Cộng sự CT : Công thức CTAB : Cetyl trimethylammonium bromide ĐBSCL : Đồng bằng sông Cửu Long DHA : Docosa hexaenoic acid dNTP : Deoxynucleotide triphosphates DPPH : 1,1 – diphenyl – 2 – picrylhydrazyl INDEL : Insertion Deletion INRC : Indian Rice Collection IPGRI : International plant genetic resources institute IRRI : International Rice Research Institute ISSR : Inter- Simple Sequence Repeat KH&CN : Khoa học và công nghệ KL : Khối lượng NHG : Ngân hàng gen NN : Nông nghiệp NSTT : Năng suất thực thu PAL : Phenylalaninamonia lyaza PCR : Polymerase Chain Reaction PIC : Polymorphism Information Content ppm : Parts per million PTNT : Phát triển nông thôn QTL : Quantitative trait locus vi
RAPD : Random Amplified Polymorphic RCD : Randomized complete design SNP : Single Nucleotide Polymorphism SPAD : Chỉ số tương quan với hàm lượng diệp lục SSR : Simple Sequence Repeats TGST : Thời gian sinh trưởng TH : Tổng hợp TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TNTV : Tài nguyên thực vật TV : Thời vụ WHO World Health Organization vii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Phân bố của nguồn gen lúa màu (black rice) trên thế giới ............................ 5 Bảng 1. 2. Nhu cầu tiêu thụ gạo chất lượng (1.000 tấn) ................................................. 8 Bảng 1. 3. Tính trạng đặc biệt của các giống lúa màu (red varieties) điển hình tại Ấn Độ .................................................................................................................................. 11 Bảng 1. 4. Một số giống lúa và gen kháng đạo ôn ........................................................ 21 Bảng 1. 5. Một số giống lúa và gen kháng bạc lá ......................................................... 22 Bảng 2. 1. Danh sách 90 mẫu giống lúa màu nghiên cứu ............................................. 37 Bảng 2. 2.Danh sách 40 chỉ thị phân tử SSR sử dụng trong nghiên cứu ...................... 40 Bảng 2. 3.Thành phần cho một phản ứng PCR ............................................................. 51 Bảng 2. 4. Các chỉ tiêu theo dõi đặc điểm nông sinh học ............................................. 53 Bảng 3. 1. Phân loài phụ Indica/Japonica và Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa màu ...... 59 Bảng 3. 2.Đánh giá các chỉ tiêu xay xát của các mẫu giống lúa màu ........................... 60 Bảng 3. 3. Mối quan hệ giữa độ thơm với phân loài phụ Indica/Japonica và Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa màu ........................................................................... 62 Bảng 3. 4.Mối quan hệ giữa hàm lượng amylose với loài phụ Indica/Japonica và Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa màu .............................................................. 63 Bảng 3. 5. Mối quan hệ giữa độ phân hủy kiềm, nhiệt độ hóa hồ với loài phụ Indica/Japonica và Nếp/Tẻ của các mẫu giống lúa màu .............................. 64 Bảng 3. 6. Mối quan hệ giữa hàm lượng anthocyanin và màu sắc gạo lật của các mẫu giống lúa màu ................................................................................................. 66 Bảng 3. 7. Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa nghiên cứu sau khi xử lý KClO3 3% ................................................................................................. 69 Bảng 3. 8. Kết quả chiều dài thân và chiều dài rễ của một số mẫu giống có khả năng sinh trưởng ................................................................................................... 72 Bảng 3. 9. Thông tin đa hình tại các locut SSR nghiên cứu của các mẫu giống lúa màu ..................................................................................................................... 84 Bảng 3. 10. Tỷ lệ khuyết số liệu (M%) và dị hợp tử (H%) của các mẫu giống lúa màu nghiên cứu ................................................................................................... 88 Bảng 3. 11. Danh sách các mẫu giống lúa màu được chọn sử dụng phần mềm hệ số chọn lọc ......................................................................................................................... 95 Bảng 3. 12. Thông tin về 16 mẫu giống lúa màu đã chọn ............................................. 96 viii
Bảng 3. 13. Kết quả về chiều cao cây và số nhánh ....................................................... 98 Bảng 3. 14. Một số đặc điểm đặc trưng của các mẫu giống lúa màu đại diện ............. 99 Bảng 3. 15. Đánh giá tính kháng bệnh đạo ôn của các mẫu giống lúa màu đại diện .. 102 Bảng 3. 16. Đánh giá tính kháng bệnh bạc lá của các mẫu giống lúa màu đại diện ... 103 Bảng 3. 17. Hoạt tính chống oxi hoá của 2 giống lúa màu triển vọng……………....104 Bảng 3. 18. Hàm lượng Phenolic tổng số của 2 giống lúa màu triển vọng………….105 Bảng 3. 19. Hàm lượng Flavonoid tổng số của 2 giống lúa màu triển vọng………...106 Bảng 3. 20. Hàm lượng sắt và kẽm của 2 giống lúa màu triển vọng………………..107 Bảng 3. 21. Ảnh hưởng của thời vụ đến một số đặc điểm chính của giống lúa Bát vụ mùa 2015 và 2016 tại Hà Tĩnh ................................................................. 108 Bảng 3. 22. Ảnh hưởng của thời vụ đến một số đặc điểm chính của giống lúa Khẩu cẩm xẳng vụ Mùa 2015 và 2016 tại Nghệ An ........................................ 109 Bảng 3. 23. Ảnh hưởng của mật độ cấy đến một số tính trạng chính của giống lúa Bát vụ Mùa 2015 và 2016 tại Hà Tĩnh .......................................................... 110 Bảng 3. 24. Ảnh hưởng của mật độ cấy đến một số tính trạng chính của giống lúa Khẩu cẩm xẳng vụ Mùa 2015 và 2016 tại Nghệ An ............................... 111 Bảng 3. 25. Ảnh hưởng của phân bón phức hỗn hợp NPK đến một số tính trạng chính của giống lúa Bát vụ Mùa 2015 và 2016 tại Hà Tĩnh............................. 112 Bảng 3. 26. Ảnh hưởng của phân bón phức hỗn hợp NPK đến một số tính trạng chính của giống lúa Khẩu cẩm xẳng vụ Mùa 2015 và 2016 tại Nghệ An ......... 113 ix
DANH MỤC HÌNH Hình 2. 1. Sơ đồ cách tiếp cận nghiên cứu của luận án ................................................. 44 Hình 2. 2. Hình ảnh đặc trưng các điểm phân hủy kiềm và nhiệt độ hóa hồ ................ 47 Hình 3. 1. Đánh giá độ thơm của các mẫu giống lúa màu…………………… 63 Hình 3. 2. Đánh giá hàm lượng amylose của các mẫu giống lúa màu .......................... 64 Hình 3. 3. Đánh giá nhiệt độ hóa hồ của các mẫu giống lúa màu ................................. 65 Hình 3. 4. Cây phả hệ biểu hiện mối quan hệ đa dạng của các mẫu giống lúa màu dựa trên chỉ tiêu chất lượng .......................................................................................... 68 Hình 3. 5. Tỉ lệ nảy mầm của các mẫu giống lúa màu ở các mức chịu hạn sau khi xử lý KClO3 3% ....................................................................................................... 70 Hình 3. 6. Hình ảnh nảy mầm đại diện của một số mẫu giống lúa màu ..................... 71 Hình 3. 7. Khả năng sinh trưởng của giống lúa Khẩu cẩm xẳng trong dung dịch KClO3 1% ........................................................................................................... 73 Hình 3. 8. Khả năng chịu hạn và phục hồi của các mẫu giống lúa màu sau 15 – 21 ngày gây hạn ......................................................................................................... 75 Hình 3. 9. Khả năng chịu hạn ở giai đoạn đẻ nhánh của một số giống điển hình trong nghiên cứu sau khi gây hạn nhân tạo ...................................................................... 75 Hình 3. 10. Cây phả hệ biểu hiện mối quan hệ đa dạng giữa các mẫu giống màu dựa trên khả năng chịu hạn ........................................................................................... 78 Hình 3. 11. Ảnh điện di ADN tổng số của các mẫu giống lúa màu ........................... 79 Hình 3. 12. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM228.................................................................................................................. 80 Hình 3. 13. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM1376 ......................................................................................................................... 80 Hình 3. 14. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM339 ........................................................................................................................... 81 Hình 3. 15. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM5647 ..................................................................................................... 81 Hình 3. 16. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM144 ....................................................................................................... 82 x
Hình 3. 17. Ảnh điện di sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa màu bằng chỉ thị RM208 ....................................................................................................... 82 Hình 3. 18. Biến động kích thước alen tại các locut khảo sát nghiên cứu .................... 83 Hình 3. 19. Cây phả hệ biểu hiện mối quan hệ di truyền của 90 mẫu giống lúa màu sử dụng 40 chỉ thị SSR ....................................................................................................... 94 Hình 3. 20. Phân nhóm các mẫu giống lúa nghiên cứu theo TGST .............................. 97 Hình 3. 21. Đường chuẩn cho đánh giá hàm lượng Phenolic tổng số sử dụng Gallic Acid (GA). ............................................................................................... 105 Hình 3. 22. Đường chuẩn cho đánh giá hàm lượng Flavonoid tổng số sử dụng Rutin (R) ............................................................................................................ 106 xi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lúa (Oryza sativa L.) là loại cây trồng quan trọng bậc nhất, vừa cung cấp nguồn lương thực chính, vừa là nông sản xuất khẩu có kim ngạch lớn hiện nay ở nước ta. Cây lúa và hạt gạo gắn liền với đời sống và văn hoá của dân tộc ta từ hàng ngàn năm. Mặc dù sản lượng lúa gạo của nước ta lớn nhưng giá thành gạo xuất khẩu còn thấp do chất lượng gạo chưa cao. Theo xu hướng của toàn thế giới hiện nay tập trung tăng sản lượng tiêu thụ gạo chất lượng và tăng giá trị xuất khẩu, gạo màu được xem là một trong những mặt hàng được quan tâm trong những năm gần đây vì lúa màu thuộc nhóm gạo chất lượng, có lợi cho sức khỏe con người. Giống lúa màu thường có màu sắc khác ở vỏ trấu, vỏ cám màu đen, tím, đỏ hay vàng; có giá trị dinh dưỡng cao, chứa hàm lượng các chất hữu cơ đặc thù như chất chống oxy hóa, anthoxyanin, vitamin, chất khoáng, vi lượng… có lợi cho sức khỏe (Chaudhary, 2003). Sắc tố anthocyanin trong gạo màu là hợp chất có hoạt tính sinh học quí là khả năng chống oxy hóa cao nên có tác dụng chống lão hóa, hạn chế sự suy giảm sức đề kháng; có tác dụng làm bền thành mạch, chống viêm, hạn chế sự phát triển của các tế bào ung thư; tác dụng chống các tia phóng xạ (Huỳnh Thị Kim Cúc và cs, 2013). Nghiên cứu về lúa màu trên thế giới đã được tiến hành từ nhiều năm, chủ yếu về đánh giá đặc điểm hình thái, phân tử và thành phần các hoạt chất có lợi trong gạo, chọn tạo giống có chất lượng, có khả năng chống chịu (Ahuja et al.,, 2007; Chaudhary, 2003; Sutharut và Sudarat, 2012; Gowda et al, 2012; Somsana et al.,, 2013; Siddhi et al., 2014; Keshavulu et al., 2015; Brara et al 2015). Tại Việt Nam, mặc dù lúa màu đã được trồng trọt, bảo tồn và sử dụng từ lâu đời nhưng các nghiên cứu về chúng còn hạn chế, phần lớn tập trung vào việc tuyển chọn, phục tráng, phát triển vật liệu theo phương pháp truyền thống (Lê Vĩnh Thảo, 2009; Ngô Thị Hồng Tươi, 2015; Lâm Xuân Thái, 2015; Trần Hữu Phúc và cs, 2016). Ở Việt Nam, nhiều giống lúa địa phương hạt có màu sắc như lúa cẩm, huyết rồng, lúa đỏ, nếp than... có giá trị cao nhưng chưa được nghiên cứu một cách có hệ thống như đánh giá đa dạng di truyền, chất lượng, ảnh hưởng của điều kiện bất thuận (hạn hán), khả năng chống chịu sâu bệnh, kỹ thuật canh tác v.v. ;chưa được quan tâm đúng mức; chưa có nhiều công trình nghiên cứu liên quan được công bố, có ít giống lúa màu triển vọng được giới thiệu ra sản xuất. 1
Xuất phát từ những phân tích ở trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài luận án: ”Nghiên cứu đa dạng di truyền và sử dụng một số giống lúa màu triển vọng ở Việt Nam”. 2. Mục tiêu của đề tài Đánh giá được đa dạng di truyền của tập đoàn 90 mẫu giống lúa màu ở mức hình thái (dựa vào một số chỉ tiêu chất lượng và khả năng chịu hạn) và ở mức phân tử (dựa vào chỉ thị SSR), chọn lọc được các nguồn vật liệu ưu tú; Đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học chính, tính chống chịu bênh đạo ôn và bạc lá của các nguồn vật liệu ưu tú, xác định và giới thiệu một số giống lúa màu chất lượng, giàu dinh dưỡng, có khả năng chịu hạn, kháng sâu bệnh phục vụ cho sản xuất. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần quan trọng vào việc tạo dựng cơ sở dữ liệu, vật liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu, giảng dạy và bảo tồn, khai thác và sử dụng một cách chủ động và hiệu quả nguồn tài nguyên lúa màu của Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn Các giống lúa màu được đánh giá về sinh trưởng, phát triển; năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu với sâu bệnh sẽ là nguồn vật liệu quý cho sử dụng khai thác trong chọn tạo giống phục vụ sản xuất. Hai giống lúa màu triển vọng được chọn lọc có chất lượng tốt, có khả năng chịu hạn, năng suất khá và được xây dựng biện pháp kỹ thuật gieo trồng sẽ góp phần làm tăng khả năng khai thác phát triển hai giống lúa màu và tạo ra sản phẩm lúa chất lượng, giàu dinh dưỡng, qua đó giúp người trồng lúa đa dạng hoá sản phẩm và nâng cao thu nhập. 4. Những đóng góp mới của đề tài Đề tài đã sử dụng một số kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại kết hợp với các phương pháp truyền thống, phân tích các chỉ tiêu chất lượng, một số hoạt chất hóa sinh để nghiên cứu về di truyền và chọn giống lúa màu. Đã đánh giá được đa dạng di truyền nguồn gen 90 mẫu giống lúa màu về các chỉ tiêu chất lượng, chịu hạn và sử dụng chỉ thị SSR. Kết quả cho thấy các mẫu giống lúa màu khá đa dạng dựa theo phân loại loài phụ Indica/Japonica, hàm lượng amylose, độ 2
thơm, nhiệt độ hóa hồ, khả năng chịu hạn và chỉ thị SSR. Đặc biệt, đánh giá đa dạng hàm lượng anthocyanin cho thấy hàm lượng này tăng dần theo màu sắc gạo lật từ nâu đến tím, hàm lượng anthocyanin cao nhất ở các mẫu giống gạo lật màu tím (401–685 mg/100g), gạo lật màu tím từng phần (200–347 mg/100g), gạo lật màu đỏ (19 – 46 mg/100g) và gạo lật màu nâu (5 – 18 mg/100g). Đã tuyển chọn được hai giống lúa màu triển vọng và phân tích các hoạt chất kháng oxy hóa (hàm lượng phenolic, flavonoid) và vi chất (sắt, kẽm) của hai giống này để giới thiệu cho sản xuất. Giống lúa Bát: TGST 165–168 ngày, là giống lúa cảm quang, trồng vụ Mùa, kháng bạc lá (điểm 2), có khả năng chịu hạn, năng suất 3,4–3,8 tấn/ha. Giống Khẩu cẩm xẳng: TGST 112–115 ngày, là giống lúa cảm ôn, kháng đạo ôn (điểm 2-3), có khả năng chịu hạn, hàm lượng anthocyanin cao (685mg/100g), năng suất đạt 3,9 - 4,1 tấn/ha. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Tập đoàn gồm 90 mẫu giống lúa màu đang được lưu giữ tại Trung tâm Tài nguyên thực vật (Bảng 2.1). Phạm vi nghiên cứu - Về chuyên môn: Đề tài tiến hành theo các hướng nghiên cứu: đa dạng di truyền, đánh giá đặc điểm nông sinh học, khai thác và phát triển nguồn gen. - Về địa điểm: Đề tài được tiến hành tại phòng thí nghiệm, nhà lưới, ruộng thí nghiệm tại Trung tâm tài nguyên thực vật, Viện Bảo vệ thực vật, Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP. HCM (CASE), Đại học Hiroshima Nhật Bản và tại hai địa phương Nghệ An và Hà Tĩnh. - Về thời gian: Đề tài được thực hiện từ năm 2012 đến năm 2017. 3
CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 Giới thiệu chung về cây lúa màu 2.1.1. Nguồn gốc và phân bố Theo Chaudhary (2003), khái niệm lúa màu hay lúa có màu (colored rice) (Oryza sativa L.) đề cập đến loại gạo có màu đỏ, tím hoặc màu đen; màu sắc của gạo được tạo nên do màu của anthocyanin phân bố ở các lớp của vỏ trấu, vỏ hạt gạo và nội nhũ. Các giống lúa gạo màu đỏ, tím hay đen được trồng trọt từ rất lâu đời ở Châu Á. (Ahuja et al., 2007). Lúa đỏ phân bố ở rất nhiều quốc gia châu Á, tuy nhiên, phổ biến nhất là ở phía Tây Nam và phía Đông của Trung Quốc, lúa đỏ đa số thuộc nhóm Indica. Lúa đen được phát hiện ở cả hai dạng Indica và Japonica (Chaudhary, 2003). Từ thời xa xưa, lúa màu (red rice) chiếm một vị trí quan trọng ở Ấn Độ, trong lịch sử ghi chép từ thời các ông tổ sáng lập Ayurveda – Susruta (400 năm trước công nguyên - BC), Charaka (700 năm trước công nguyên - BC) và Vagbhata (700 năm sau công nguyên - AD) đã đề cập đến giá trị y học của lúa đỏ (Ahuja et al., 2007). Tại Hàn Quốc, lúa màu được trồng trọt từ lâu đời, ghi nhận về lúa đỏ dại và lúa trồng trọt được tìm thấy trong tượng phật của một ngôi đền 1.300 tuổi (Suh et al., 1994). Lúa đỏ Japonica được trồng trọt ở Nhật Bản từ thời kỳ tiền Nara (710 năm sau công nguyên). Loại lúa đỏ hạt dài Indica được nhập nội từ Trung Quốc vào Nhật Bản trong những năm từ thế kỷ 11 - 14 (Itani và Ogawa, 2004). Theo thống kê của Tang (1995), phân bố của nguồn gen lúa màu trên thế giới chủ yếu tập trung ở các nước thuộc khu vực châu Á, tập trung nhiều ở nhất ở Trung Quốc và rải rác ở các nước khác như Indonesia, Nepal, Ấn Độ .v.v. (bảng 1.1). Theo số liệu thống kê của Trung tâm Tài nguyên thực vật, ở Việt Nam lúa màu được trồng chủ yếu bởi các dân tộc ít người thuộc các tỉnh miền núi phía Bắc, Trung Bộ và Tây Nguyên. Trong số khoảng 3.000 mẫu nguồn gen lúa cạn mà Trung tâm Tài nguyên thực vật đang lưu giữ có khoảng 800 mẫu nguồn gen có đặc điểm gạo màu (dựa theo tiêu chí mô tả của IRRI, 1996). 4
Bảng 1. 1 Phân bố của nguồn gen lúa màu (black rice) trên thế giới Quốc gia Tỷ lệ % Quốc gia Tỷ lệ % Trung Quốc 61,6 Sri Lanka 0,3 Nhật Bản 0,9 Nepal 8,6 Philippines 4,3 Ấn Độ 5,1 Thailand 1,7 Bangladesh 4,1 Việt Nam 0,7 Pakistan 0,2 Lào 0,3 Libya 0,3 Indonesia 7,2 Nigeria 0,3 Malaysia 2,2 Khác 0,7 Myanmar 1,4 2.1.2. Giá trị sử dụng của cây lúa màu Gạo màu được ghi nhận và khuyến khích sử dụng như thực phẩm chức năng có chứa chất chống oxy hóa (antioxidant) (Yawadio et al., 2007). Trong số các giống lúa màu, gạo đỏ phổ biến ở Nhật Bản như thực phẩm chức năng do có chứa hàm lượng cao của các hoạt chất polyphenol và anthocyanin (Itani và Ogawa, 2004). Lúa đỏ thường thích nghi tốt hơn với các điều kiện môi trường bất thuận đồng thời chứa hàm lượng dinh dưỡng cao của Fe và Zn (Chaudhary, 2003). Hàm lượng vi chất sắt và kẽm cao trong gạo đỏ cao gấp 2 - 3 lần so với gạo trắng (Ramaiah và Rao., 1953). Theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học đã công bố, gạo màu (nguyên cám) có chứa nhiều dinh dưỡng có giá trị cho sức khỏe con người hơn gạo trắng. Dinh dưỡng trong hạt lúa màu như protein, các nguyên tố vi lượng (Ca, P, Fe, Zn) và hàm lượng chất xơ cao hơn lúa màu trắng (không màu). Đặc biệt gạo màu đỏ và màu tím chứa chất anthocyanin; đây là hợp chất màu hữu cơ tự nhiên tan trong nước, thuộc nhóm flavonoid, có màu đỏ, đỏ tía, tím hoặc xanh đậm. Các nhà khoa học khẳng định, anthocyanin tốt cho tim mạch và giúp cơ thể con người phòng chống các gốc tự do, một trong những thành phần quan trọng gây ra ung thư và một số bệnh nguy hiểm khác cho con người. Tại Trung Quốc, gạo màu được sử dụng như thực phẩm chức năng (functional food) và thường được sử dụng dưới dạng chất tạo màu thực phẩm trong sản phẩm bánh mỳ, kem, rượu, dấm, mỹ phẩm (Yoshinaga, 1986). 5
Gạo màu đen là món ăn ưa thích của hoàng gia Trung Quốc, trong khi đó các loại gạo đỏ được người dân ở nhiều nơi như Ấn Độ, Sri Lanka và Bhutan ưa chuộng hơn (Ahuja et al., 2007). Tại nhiều vùng ở Ấn Độ, gạo đỏ được coi là sản phẩm dinh dưỡng cao và là thuốc chữa bệnh. Người dân sử dụng ăn nguyên cả hạt lúa đỏ; riêng giống lúa đỏ Gunja thường được chế biến thành bánh mỳ và chapati (Rani và Krishnaiah, 2001). Giống lúa đỏ Matali và Lal dhan của vùng Himachal Pradesh, Ấn Độ được sử dụng để chữa huyết áp và sốt. Giống Kafalya, nguồn gốc vùng đồi của Himachal Pradesh và Uttar Pradesh, Ấn Độ được sử dụng để điều trị các biến chứng về nạo phá thai và điều trị bệnh huyết trắng leucorrhea (Arumugasamy et al., 2001). Người Nhật Bản sử dụng gạo đỏ để nấu rượi sake, mỳ tôm màu hay làm bánh trong dịp lễ hội đặc biệt hay làm thuốc (Ahuja et al., 2007 ). Đối với nước Sri Lanka, gạo màu được sử dụng ưa thích tạo màu thực phẩm và đôi khi được dùng làm thuốc (Ahuja et al., 2007). Ở nước ta, gạo màu được người dân sử dụng từ rất lâu đời, ví dụ gạo cẩm (gạo có màu tím) chủ yếu sử dụng để nấu xôi, nấu rượu, làm bánh chưng nhân dịp tết cổ truyền của người dân tộc hay làm thuốc chữa bệnh... Đối với người dân sống ở khu vực miền núi, gạo cẩm được sử dụng làm lương thực hàng ngày. Hiện nay, sản phẩm sữa chua nếp cẩm được sản xuất và bán phổ biến tại các thành phố lớn và được người tiêu dùng ưa chuộng như thực phẩm dinh dưỡng tốt cho hệ tiêu hóa cũng như sức khỏe. Gạo lứt là một trong những sản phẩm phổ biến của gạo màu hiện nay. Gạo lứt đen có lượng đường thấp nhưng lại có rất nhiều chất xơ và hợp chất thực vật tốt cho sức khoẻ, giúp chống bệnh tim và ung thư. Gạo lứt đỏ tốt cho người ăn chay, ăn kiêng hỗ trợ nhu cầu giảm cân, làm đẹp mà vẫn đủ dinh dưỡng, lành cả với người già yếu, trẻ em, bệnh tiểu đường, tim mạch, huyết áp. Hiện nay trên thị trường đang phổ biến sản phẩm gạo lứt nẩy mầm, món ăn này không chỉ đem lại nhiều chất dinh dưỡng mà còn nấu rất dễ dàng và cung ứng cho chúng ta một khẩu vị hơi ngọt vì các enzymes đã tác động vào các chất đường và chất đạm trong hạt gạo. Ngoài ra món trà gạo lứt cũng được đông đảo người dân đón nhận và tin dùng. Trà gạo lứt có hương vị thơm ngon đặc trưng, lại có công dụng tốt cho sức khỏe giúp chống béo phì, giảm đông máu, hạ cholesterol, thanh lọc gan, bảo vệ thận.v.v. 6
Ngoài ra, các sản phẩm khác từ gạo màu như cốm dinh dưỡng, bột dinh dưỡng, bột cám gạo hay gạo rang .v.v. được một số doanh nghiệp chế biến và thương mại trong những năm gần đây. Ngoài các giá trị của gạo màu tốt đối với sức khỏe con người, gạo màu còn có giá trị phi vật thể trong tôn giáo và văn hóa. Người Nhật quan niệm màu đỏ và màu trắng là màu may mắn, vào ngày sinh nhật đầu tiên trong đời, em bé được ăn bánh làm từ gạo đỏ và gạo trắng (Ahuja et al., 2007 ). Ở Việt Nam, cụ thể là người dân tộc Thái, gạo cẩm và các sản phẩm kèm theo như rượu cẩm, bánh chưng nếp cẩm là những món ăn không thể thiếu nhân dịp tết cổ truyền hay ngày lễ hội của dân tộc. Chính vì những lợi ích quý giá đó của gạo màu đã hấp dẫn người tiêu dùng sử dụng gạo màu trên thế giới và ở Việt Nam ngày một tăng lên, đặc biệt ở bộ phận người tiêu dùng khá giả. 2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ lúa màu trên thế giới và Việt Nam 2.2.1. Trên thế giới Lúa là cây ngũ cốc chính ở các nước đang phát triển, là nguồn lương thực nuôi sống trên hơn ½ dân số thế giới. Mặc dù lúa gạo được tiêu thụ chính là gạo trắng nhưng vẫn có rất nhiều giống lúa gạo màu như màu đen, đỏ, màu nâu được tiêu thụ trên thị trường (Chaudhary, 2003). Theo tác giả Chaudhary (2003) diện tích trồng lúa màu ở Trung Quốc vào khoảng 0,4 triệu ha, chiếm 1,26% tổng diện tích trồng lúa của nước này. Gạo màu thường được sử dụng trong những dịp lễ quan trọng và trong công nghiệp chế biến; các sản phẩm phổ biến từ gạo màu là bánh, cháo, bánh bao, bánh qui, mỳ tôm, rượu.v.v. Hàn Quốc là một trong những quốc gia quan tâm nhiều đến gạo màu. Người Hàn Quốc có sở thích trộn gạo đen với gạo trắng trong khi nấu cơm, do đó trong những năm gần đây sản lượng gạo màu và các công bố liên quan đến gạo màu đã và đang tăng dần lên. Trong nghiên cứu của mình nhóm tác giả Jin - Cheol và đồng nghiệp năm 2007 cũng chỉ ra một sản phẩm bánh gạo nổi tiếng của Hàn Quốc mà nguyên liệu chính của bánh này làm từ gạo màu nâu.Nhu cầu về gạo chất lượng, trong đó có màu theo dự đoán sẽ ngày một tăng lên (bảng 1.2), cụ thể gạo màu sẽ có nhu cầu tăng lên do quốc gia phát triển như Mỹ và EU quan tâm đến giá trị của chúng đối với sức khỏe và thực phẩm hữu cơ. 7