Đặt vấn đề Cây Lúa có tên khoa học là Oryza sativa, thuộc họ Hòa thảo (Poaceae). Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính phục vụ nhu cầu thiết yếu hằng ngày của hơn một nửa dân số trên thế giới. Đặc biệt, đối với người dân Châu Á và Châu Phi, lúa gạo là nguồn lương thực chính, cung cấp dinh dưỡng có giá trị trong khẩu phần ăn do trong lúa gạo có hàm lượng tinh bột cao, giàu protein và các acid amin thiết yếu như Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan. Vì vậy lúa gạo đóng vai trò to lớn trong đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu.
Bên cạnh đó, lúa còn là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới, trong đó bao gồm cả Việt Nam và có tiềm năng rất lớn trong các ngành công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi, sản xuất rượu cồn và ngành thương mại [11]. Với những giá trị đó, lúa được trồng ở nhiều quốc gia trên trế giới như Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ,…Năm 2011, FAO thống kê sản lượng lúa trên thế giới đạt đến 721 triệu tấn (tương đương 481 triện tấn gạo), tăng lên 3% hay 24 triệu tấn so với 2010 [1]. Ở Việt Nam, sản lượng lúa cả năm 2012 đạt 43,7 triệu tấn, tăng 1,3 triệu tấn so với năm trước do diện tích và năng suất đều tăng, trong đó diện tích gieo trồng đạt 7753,2 nghìn ha, tăng 97,8 nghìn ha; năng suất đạt 56,3 tạ/ha, tăng 0,9 tạ/ha [15]. Tuy nhiên, năng suất và chất lượng lúa gạo phụ thuộc rất nhiều yếu tố như khí hậu, thời tiết, đặc điểm thổ nhưỡng, giống và đặc biệt là yếu tố sâu bệnh hại đã gây thiệt hại nghiêm trọng.
Để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng và hạn chế các tác nhân làm giảm năng suất và chất lượng lúa gạo, hiện nay xu hướng sử dụng các giống lúa biến đổi gen đang được các nhà nghiên cứu khoa học đặc biệt quan tâm. Một số các nhà nghiên cứu cũng đã thành công trong tạo giống lúa biến đổi gen như: - Daisuke Tokuhara và cs đã tạo ra giống lúa chuyển gen MucoRice-ARP1có khả năng cung cấp kháng thể chống Rotavirus [29]. - Nhóm nghiên cứu tại Viện Di truyền Nông nghiệp đã chuyển gen thành công vào giống lúa IR64 [13]. - Phan Tố Phượng và cộng sự đã thành công trong việc chuyển gen Xa21 kháng bệnh bạc lá vào cây lúa thông qua A.
n 2 Trên thực tế hiệu quả chuyển gen ở lúa còn gặp nhiều hạn chế: tỷ lệ tạo mô sẹo, tỷ lệ nhân nhanh và hiệu quả tái sinh còn thấp, còn phụ thuộc khả năng xâm nhiễm của A.tumerfaciens dẫn tới hiệu quả biến nạp gen còn thấp (chỉ khoảng 11%) [13]. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng tạo mô sẹo và tiếp nhận gen gus của một số giống lúa thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumerfaciens” đề đánh giá hiệu quả biến nạp gen ở lúa và phục vụ cho công tác nghiên cứu chuyển gen ở nhiều giống lúa khác nhau. Mục đích nghiên cứu - Xác định ảnh hưởng của môi trường đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa. - Xác định ảnh hưởng của nồng độ 2,4D và kinetin đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng tiếp nhận gen gus thông qua A.tumerfaciens vào một số giống lúa ở Việt Nam. Yêu cầu - Xác định được ảnh hưởng của môi trường đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ 2,4D đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa. - Xác định được ảnh hưởng của nồng độ 2,4D kết hợp với kinetin đến khả năng tạo mô sẹo của một số giống lúa.
- Xác định được ảnh hưởng của một số yếu tố đến khả năng tiếp nhận gen gus của một số giống lúa, bao gồm các yếu tố sau: + Độ tuổi của mô sẹo + Nồng độ của AS 1. Ý nghĩa của đề tài - Giúp sinh viên củng cố, hệ thống lại các kiến thức đã học và nghiên cứu. - Biết được phương pháp nghiên cứu vấn đề khoa học, xử lý, phân tích số liệu, biết cách trình bày một bài báo khoa học. - Dựa trên kết quả đó tiến hành các nghiên cứu tiếp theo và là cơ sở để áp dụng công nghệ chuyển gen cho các giống lúa và các loài cây trồng khác.
n 3 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về cây lúa 2. Nguồn gốc cây lúa Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khảo cổ học, lúa có nguồn gốc từ vùng Đông Nam Á và Đông Dương, những nơi có nhiều di tích phổ biến của cây lúa phát triển khoảng 10.000 năm trước Công Nguyên. Các giống lúa Indica được trồng ở vùng nhiệt đới Đông Nam Á, các giống Japonica được trồng phổ biến ở vùng Trung và Nam Trung Quốc, Triều Tiên, Nhật Bản, Đài Loan có điều kiện khí hậu lạnh hơn [11].
Phân loại cây lúa - Về mặt phân loại thực vật, cây lúa thuộc họ Poacae (hòa thảo), chi Oryza. Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc [12]. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Loài lúa này có mặt ở khắp nơi như vùng đầm lầy, sườn núi, vùng nước ngọt, nước mặn, vùng xích đạo,và cả vùng nhiệt và ôn đới.
Loài Oryza glaberrima Steud., chỉ được trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Phi Châu và hiện đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L. Chi Oryza có 23 loài, có 3 loài phụ là Indica, Japonica và Javanica [11]. Lúa Indica thường trồng ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới có thân cao, dễ đổ ngã, nhiều nhánh, lá xanh nhạt, cong và kháng được nhiều sâu bệnh. Hạt gạo dài và trung bình, chứa nhiều tinh bột nhưng năng suất kém hơn Japinica.
Lúa Japonica thường được trồng ở những vùng ôn đới hoặc nơi có độ cao trên 100m (so với mực nước biển), có thân ngắn, chống đổ, lá xanh đậm, thẳng đứng, ít nhánh hơn, hạt gạo thường ngắn và tròn hơn, có năng suất cao hơn Indica. Lúa Javanica (Japonica nhiệt đới): Có tính chất trung gian giữa lúa Japonica và lúa Indica. Loại lúa này có hạt to rộng, chất amylose cao, thường có đuôi, trấu có lông dài, ít chồi, gié dài, thân cây dày thẳng đứng, cây rất cao giàn, không chịu lạnh, chịu hạn hán. Một số loài lúa Oryza, nhiễm sắc thể, và sự phân bố Loài lúa Oryza Số NST Phân bố n=12 O.
alta Swallen 48 Trung và Nam Mỹ O. australiensis Domin 24 Châu Úc O. breviligulata) 24 Tây và Đông châu Phi O. 24, 48 Tây, Đông và Trung châu Phi O.
Peter 24 Đông và Tây châu Phi O. 48 Tây châu Phi O. granulata Ness & Arn. Ex Hook 24 Trung và Nam Mỹ f.
perennis 48 Châu Phi subsp. cubensis) 24 Trung và Nam Mỹ O. 24 Châu Úc, Trung và Nam Mỹ Đông Nam Á, Nam Trung O. longiglumis Jansen 48 Quốc, New Guinea Nguồn: Nguyễn Ngọc Đệ,2008[11].
Sinh thái học của cây lúa Các giống lúa có những đặc điểm như chiều cao, thời gian sinh trưởng (dài hay ngắn), chịu thâm canh, chịu chua mặn, chống chịu sâu bệnh. Song cây lúa đều có những đặc tính chung về hình thái, giải phẫu và đều có chung các bộ phận rễ, thân, lá bông và hạt. Mỗi bộ phận đều có đặc điểm sinh thái phù hợp với các chức năng nhất định [15]. Đặc điểm sinh thái của một số bộ phận cấu tạo cây lúa Bộ phận Đặc điểm sinh thái Lúa thuộc loại thân thảo.
Ở thời kì mạ và giai đoạn lúa non thân Thân lúa do các bẹ lá tạo thành. Sau khi làm đốt, thân lúa do các lóng và đốt tạo thành. Chỉ vài lóng ở ngọn dài ra, số còn lại ngắn và dày đặc. Lá lúa điển hình gồm: bẹ lá, phiến lá, lá thìa và tai lá.
Lá được hình thành từ các mầm lá ở mắt thân. Tốc độ ra lá thay đổi theo thời Lá gian sinh trưởng và điều kiện ngoại cảnh. Lá mầm mọc ra trong quá trình ngâm ngủ và thời kì đầu khi gieo mạ. Lá thật mọc trong quá trình sinh trưởng và tồn tại trong suốt quá trình sinh trưởng của lúa.
Bộ rễ lúa thuộc loại rễ chùm. Những rễ non có màu trắng sữa, rễ trưởng thành có màu vàng nâu và nâu đậm, rễ đã già có màu đen. Gồm rễ mầm và rễ phụ: Rễ mầm là rễ mọc ra đầu tiên khi hạt lúa nẩy Rễ mầm, thường mỗi hạt lúa chỉ có một rễ mầm. Rễ phụ mọc ra từ các mắt (đốt) trên thân lúa.
Rễ có nhiệm vụ hút nước và chất dinh dưỡng nuôi cây, giúp cây bám chặt vào đất. Hạt lúa khi chưa thụ phấn, thụ tinh thì gọi là hoa lúa. Trên một bông lúa thường có nhiều hoa và quá trình trổ bông không đồng thời, Hoa do đó hoa lúa nở theo quy luật từ trên xuống dưới, từ ngoài vào trong. Gồm hạt gạo và vỏ trấu.
Hạt gạo gồm : phôi và phôi nhũ. Vỏ trấu gồm: trấu trên và trấu dưới. Trấu dưới lớn hơn trấu trên và bao Hạt lúa khoảng hai phần ba bề mặt hạt gạo trưởng thành. Chiều dài, rông, độ dày của hạt thay đổi nhiều giữa các giống.
các hạt lúa xếp xít lên nhau tạo thành bông lúa. Nguồn: Nguyễn Đăng Nghĩa, 2008[15]. Giá trị cây lúa Lúa gạo là lương thực chính của người dân Châu Á và khoảng 40% dân số thế giới, cũng như ngô của người dân Nam Mỹ và lúa mì ở Bắc Mỹ. Lúa gạo có giá trị rất lớn không chỉ về mặt dinh dưỡng mà còn về mặt sử dụng và thương mại [11].
- Về mặt dinh dưỡng: Gạo là thức ăn giàu dinh dưỡng. So với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột và protein thấp hơn, nhưng năng lượng tạo ra nhiều hơn và trong gạo chứa hàm lượng acid amin, thiết yếu như: Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan… có cao hơn lúa mì [11]. - Về giá trị sử dụng: Ngoài làm nguồn lương thực chính, gạo còn dùng để chế biến nhiều loại bánh, sản xuất rượu, cồn, thức ăn chăn nuôi… Cám là các lớp vỏ ngoài của hạt gạo do chứa nhiều protein, chất béo, chất khoáng, vitamin, nhất là vitamin nhóm B, nên được dùng làm bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bị bệnh phù thũng và là thành phần cơ bản trong thức ăn gia súc, gia cầm,…Trấu ngoài công dụng làm chất đốt, chất độn chuồng còn dùng làm ván ép, vật liệu cách nhiệt, cách âm, chế tạo carbon và silic….