Luận án tiến sĩ: Cải tiến giống lúa nếp thông qua chiếu xạ tia gamma Co60 trên hạt nảy mầm

Luận án tiến sĩ nghiên cứu cải tiến giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma Co60 vào hạt nảy mầm, nâng cao chất lượng và năng suất cây trồng.

• Tác giả: Nguyễn Văn Tiếp
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Công
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp
• 1.2. Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp
• 1.3. Phân loại lúa, lúa nếp
• 1.4. Nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất lúa, lúa nếp ở Việt Nam
• 1.5. Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến và nghiên cứu đa dạng di truyền ở lúa
• 1.5.1. Cơ sở khoa học của sự phát sinh đột biến
• 1.5.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền phục vụ công tác tạo chọn giống lúa mới
• 1.6. Nghiên cứu hiệu quả gây đột biến khi xử lý tia gamma lên hạt lúa khô, Ướt và hạt nảy mầm
• 1.7. Cơ sở khoa học lựa chọn mùa vụ gieo trồng hạt lúa bị chiếu xạ bằng tia gamma – thế hệ thứ nhất (M1) ở miền Bắc nhằm nâng cao hiệu biểu hiện của biến dị biểu hiện ở M2
• 1.8. Một số thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến
• 1.8.1. Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến trên thế giới
• 1.8.2. Thành tựu chọn tạo giống lúa đột biến ở Việt Nam
• 1.9. Cơ sở sinh lý, di truyền của mùi thơm và một số đột biến ở lúa
• 1.9.1. Cơ sở sinh lý, di truyền của tính trạng mùi thơm
• 1.9.2. Sự di truyền một số đột biến trên lúa nếp
• 1.10. Nghiên cứu về tương tác kiểu gen và môi trường
• 1.10.1. Trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp chiếu xạ và chọn lọc sau đột biến
• 2.3.2. Phương pháp triển khai thí nghiệm đồng ruộng
• 2.3.3. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh các biến dị ở thế hệ thứ 2
• 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu xác định hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến
• 2.3.5. Phương pháp nghiên cứu mối tương quan giữa sự phát sinh biến dị diệp lục ở giai đoạn mạ với biến dị có ý nghĩa chọn giống
• 2.3.6. Phương pháp nghiên cứu cải tiến giống nếp Đuôi Trâu và nếp Cái Hoa Vàng
• 2.3.7. Phương pháp đánh giá các đặc điểm hình thái, nông học và chất lượng lúa gạo của một số dòng đột biến phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng, nếp Đuôi Trâu và dòng đột biến tự nhiên HV-H
• 2.3.8. Phương pháp đánh giá tính ổn định về năng suất của các dòng đột biến có triển vọng
• 2.3.9. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu
• 2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 2.4.1. Thời gian nghiên cứu
• 2.4.2. Địa điểm nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng liều xạ và vật liệu xử lý đến tỷ lệ sống sót ở hệ thứ nhất
• 3.1.1. Tỷ lệ sống sót giai đoạn mạ
• 3.1.2. Tỷ lệ sống sót giai đoạn đẻ nhánh
• 3.1.3. Tỷ lệ sống sót giai đoạn trỗ-chín
• 3.2. Ảnh hưởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh biến dị ở thế hệ thứ hai
• 3.2.1. Ảnh hưởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến biến dị diệp lục
• 3.2.2. Ảnh hưởng của liều xạ, vật liệu xử lý đến sự phát sinh một số biến dị có ý nghĩa chọn giống ở thế hệ thứ hai
• 3.3. Mối tương quan giữa sự phát sinh biến dị diệp lục ở giai đoạn mạ với các biến dị có ý nghĩa chọn giống
• 3.4. Sự phát sinh một số biến dị ở M2 khi chiếu xạ bằng tia gamma (Co60) vào hạt nảy mầm của giống gốc và dòng đột biến
• 3.4.1. Sự phát sinh một số biến dị diệp lục
• 3.4.2. Sự phát sinh một số biến dị có ý nghĩa chọn giống
• 3.5. Tổng tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2 phát sinh từ giống gốc và dòng đột biến
• 3.5.1. Mối tương quan giữa BDDL và các biến dị có ý nghĩa chọn giống ở M2
• 3.6. Đánh giá đa dạng tập đoàn dòng đột biến phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu
• 3.6.1. Đánh giá đa dạng tập đoàn dòng đột biến phát sinh từ nếp Đuôi Trâu
• 3.6.2. Đa dạng kiểu hình các dòng đột biến phát sinh từ nếp cái Hoa Vàng
• 3.7. Kết quả giải phẫu thân của các dòng đột biến và giống gốc
• 3.8. Mức độ biểu hiện mùi thơm của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ giống lúa nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu
• 3.9. Đánh giá tính ổn định và thích nghi của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu
• 3.9.1. Tính ổn định và thích nghi về năng suất ở vụ Mùa 2016
• 3.9.2. Tính ổn định và thích nghi của năng suất ở vụ Xuân 2017
• 3.10. Một số kết quả nghiên cứu chọn tạo các dòng đột biến phát sinh từ dòng đột biến HV-H
• 3.10.1. Một số đặc điểm hình thái, nông học của các dòng đột biến
• 3.10.2. Tính ổn định và thích nghi của các dòng đột biến có triển vọng phát sinh từ dòng đột biến HV-H
• 3.11. Một số kết quả khảo nghiệm cơ bản giống nếp cái Hoa Vàng đột biến
• 3.12. Kết quả sản suất thử giống lúa nếp Cái Hoa Vàng đột biến
• 3.13. Một số đặc điểm hình thái, nông học chính của các dòng đột biến Ưu tú được tuyển chọn
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu cải tiến giống lúa nếp

Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tiến giống lúa nếp thông qua chiếu xạ tia gamma Co60 trên hạt nảy mầm. Mục tiêu chính là tạo ra các giống lúa nếp có chất lượng cao, năng suất tốt và khả năng thích nghi với điều kiện môi trường. Chiếu xạ tia gamma là một phương pháp hiệu quả để tạo đột biến, giúp tăng cường đa dạng di truyền và cải thiện các đặc tính nông học của cây trồng. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao, góp phần nâng cao sản lượng và chất lượng lúa nếp tại Việt Nam.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và vật liệu xử lý đến hiệu quả gây biến dị ở lúa nếp. Cụ thể, nghiên cứu nhằm xác định tần suất xuất hiện các biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở thế hệ M2, tương quan giữa biến dị diệp lục và các biến dị có ý nghĩa chọn giống, cũng như so sánh hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ vào hạt của dòng đột biến và giống gốc.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của chiếu xạ tia gamma Co60 trên hạt nảy mầm của các giống lúa nếp như Phú Quý, Lang Liêu và N98. Các thí nghiệm được thực hiện trong các vụ Xuân và Mùa từ năm 2013 đến 2016, nhằm đánh giá hiệu quả gây biến dị và tuyển chọn các dòng đột biến ưu tú.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật chiếu xạ với tia gamma Co60 để tạo đột biến trên hạt nảy mầm của các giống lúa nếp. Các phương pháp bao gồm chiếu xạ hạt ở các liều lượng khác nhau, theo dõi tỷ lệ sống sót và sự phát sinh biến dị ở các thế hệ tiếp theo. Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng các phương pháp đánh giá đa dạng di truyền, phân tích hình thái và nông học để tuyển chọn các dòng đột biến có triển vọng.

2.1. Chiếu xạ tia gamma Co60

Phương pháp chiếu xạ tia gamma Co60 được thực hiện trên hạt nảy mầm của các giống lúa nếp. Các liều lượng chiếu xạ được điều chỉnh từ 100Gy đến 150Gy để đánh giá hiệu quả gây biến dị. Kết quả cho thấy liều lượng 150Gy mang lại hiệu quả cao nhất trong việc tạo ra các biến dị có ý nghĩa chọn giống.

2.2. Đánh giá biến dị

Các biến dị được đánh giá thông qua tỷ lệ sống sót, sự phát sinh biến dị diệp lục và các đặc điểm nông học như chiều cao cây, số hạt trên bông, và thời gian sinh trưởng. Nghiên cứu cũng xác định mối tương quan giữa biến dị diệp lục và các biến dị có ý nghĩa chọn giống, giúp dự báo hiệu quả của phương pháp chiếu xạ.

III. Kết quả và thảo luận

Nghiên cứu đã tạo ra nhiều dòng đột biến từ các giống lúa nếp như Cái Hoa Vàng và Đuôi Trâu. Các dòng đột biến này có các đặc điểm cải tiến như phá vỡ cảm ứng quang chu kỳ, tăng khả năng chống đổ và năng suất cao. Ngoài ra, nghiên cứu cũng phát hiện mối tương quan chặt chẽ giữa biến dị diệp lục và các biến dị có ý nghĩa chọn giống, mở ra khả năng dự báo hiệu quả của phương pháp chiếu xạ.

3.1. Đa dạng di truyền

Các dòng đột biến được tạo ra từ chiếu xạ tia gamma Co60 cho thấy sự đa dạng di truyền cao, với nhiều biến dị có ý nghĩa chọn giống như thấp cây, lá đòng dài và tăng số hạt trên bông. Điều này khẳng định hiệu quả của phương pháp chiếu xạ trong việc tạo ra nguồn vật liệu mới cho công tác chọn giống.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Các dòng đột biến ưu tú được tuyển chọn từ nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng cao trong sản xuất nông nghiệp. Chúng không chỉ cải thiện năng suất mà còn nâng cao chất lượng gạo nếp, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường.

IV. Kết luận và đề xuất

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của chiếu xạ tia gamma Co60 trong việc cải tiến giống lúa nếp. Các kết quả thu được không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao, góp phần nâng cao sản lượng và chất lượng lúa nếp tại Việt Nam. Đề xuất tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các biến dị mới và ứng dụng rộng rãi các dòng đột biến ưu tú vào sản xuất nông nghiệp.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đã đóng góp vào lý luận về phương pháp chiếu xạ hạt giống, đặc biệt là việc xác định hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ vào hạt của dòng đột biến. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc lựa chọn vật liệu xử lý đột biến.

4.2. Hướng phát triển

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa liều lượng chiếu xạ và mở rộng ứng dụng các dòng đột biến ưu tú vào sản xuất. Đồng thời, cần đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường của các giống lúa nếp cải tiến để đảm bảo tính bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Đề tài luận án tiến sĩ nông nghiệp "Nghiên cứu cải tiến một số giống lúa nếp bằng chiếu xạ tia gamma ($Co^{60}$) vào hạt nảy mầm" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Tiếp dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Minh Công tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, mã số 9.11, năm 2018).

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Lúa gạo là cây lương thực chủ lực, nuôi sống hơn một nửa dân số thế giới (Li G. và cộng sự, 2017). Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ gạo dẻo, gạo thơm và lúa nếp phục vụ đời sống thường nhật cũng như chế biến truyền thống không ngừng gia tăng. Tuy nhiên, các giống lúa nếp đặc sản cổ truyền (như nếp Cái Hoa Vàng, nếp Đuôi Trâu) dù có chất lượng gạo cao và mùi thơm đặc trưng nhưng lại mang nhiều nhược điểm nông học lớn: cảm ứng chặt với quang chu kỳ (chỉ cấy được vụ Mùa), thân cây cao, yếu ớt, dễ bị đổ ngã, khả năng đồng hóa đạm thấp dẫn đến năng suất thấp, khiến diện tích canh tác ngày càng bị thu hẹp. Ngược lại, các giống lúa nếp cải tiến có năng suất cao thì phẩm chất xôi lại kém thơm hoặc không có mùi thơm.

Nguồn vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống lúa nếp thơm còn nghèo nàn và kém đa dạng. Phương pháp chọn tạo giống bằng đột biến thực nghiệm bằng tác nhân vật lý đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam nhưng phần lớn tập trung trên các giống lúa tẻ thâm canh, lúa thuần và lúa chịu bất thuận; các công trình nghiên cứu đột biến bài bản trên đối tượng lúa nếp, đặc biệt là xử lý chiếu xạ trên hạt nảy mầm và so sánh giữa giống gốc với dòng đột biến, còn rất hạn chế.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định rõ hệ thống mục tiêu chung và các mục tiêu cụ thể:

• Mục tiêu chung: Xác định ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ và vật liệu xử lý đến hiệu quả gây biến dị ở lúa nếp, phục vụ cho công tác cải tạo giống lúa nếp tại Việt Nam.
• Mục tiêu cụ thể:
  1. Xác định được ảnh hưởng của liều xạ và vật liệu xử lý đến tần xuất xuất hiện của một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở thế hệ thứ hai ($M_2$).
  2. Xác định được mối tương quan giữa tần xuất xuất hiện biến dị diệp lục (BDDL) ở giai đoạn mạ với tần xuất xuất hiện một số biến dị có ý nghĩa cải tiến giống ở thế hệ $M_2$.
  3. Xác định được sự khác biệt về hiệu quả gây biến dị khi chiếu xạ bằng tia gamma ($Co^{60}$) vào hạt nảy mầm của giống gốc so với dòng đột biến.
  4. Đánh giá và tuyển chọn được từ 1 đến 2 dòng đột biến ưu tú có khả năng cải tiến giống, phục vụ sản xuất nông nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:
  • Các giống lúa nếp nguyên chủng/địa phương: Cái Hoa Vàng, Đuôi Trâu, Phú Quý, Lang Liêu, N98, nếp 415, TK90.
  • Các dòng đột biến có sẵn hoặc mới phát sinh: HV-H, M50, TK97, các dòng đột biến ký hiệu ĐT1–ĐT12 (từ nếp Đuôi Trâu), HV1–HV15 (từ nếp Cái Hoa Vàng), và H1–H17 (từ dòng đột biến HV-H).
  • Tác nhân gây đột biến: Tia phóng xạ gamma phát ra từ nguồn Coban 60 ($Co^{60}$).
• Phạm vi không gian: Các thí nghiệm chiếu xạ, gieo cấy phân lập thế hệ đột biến và đánh giá nông sinh học được tiến hành tại Trung tâm Chuyển giao Công nghệ và Khuyến nông (Thanh Trì, Hà Nội), huyện Văn Lâm (Hưng Yên) và 5 điểm sinh thái phục vụ khảo nghiệm tính ổn định, thích nghi năng suất.
• Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu thực nghiệm diễn ra liên tục từ năm 2013 đến năm 2017 qua các thế hệ từ $M_1$ đến $M_9$ ở cả vụ Xuân và vụ Mùa.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

1. Về nguồn gốc và phân loại lúa nếp: Các nghiên cứu kinh điển và hiện đại của Sampth và Rao (1951), Ting (1993), Chang T. (1976), Takane Matsuo (1997), Watabe (1976), Civsavn P. và cộng sự (2015), Huang X. và Han B. (2015) đã xác định sự tiến hóa của chi Oryza thành 3 nhóm hình thái chính: Indica, Japonica, Javanica. Phân loại lúa nếp và lúa tẻ dựa vào cấu trúc tinh bột nội nhũ: lúa tẻ chứa amylose mạch xoắn liên kết $\alpha$-1,4 glycosid bắt màu xanh với dung dịch iod, trong khi lúa nếp tích lũy tinh bột dạng amylopectin phân nhánh liên kết $\alpha$-1,4 và $\alpha$-1,6 glycosid bắt màu đỏ tía khi nhuộm iod/KI (IRRI, 2013; Nguyễn Văn Vương, 2013).
2. Về tình hình sản xuất và chọn giống lúa nếp: Theo FAO, châu Á chiếm 90% sản lượng lúa toàn cầu. Tại Việt Nam, Trần Xuân Định và cộng sự (2016) thống kê có 18 giống lúa nếp chủ lực được canh tác trên khoảng 176 ngàn ha, tập trung chủ yếu ở Đồng bằng sông Hồng (78,6 ngàn ha) và Trung du miền núi phía Bắc (35,5 ngàn ha). Các công trình của Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm đã tạo ra các giống nếp ngắn ngày như N87, N97, N98, N100 (Nguyễn Văn Tuất và cộng sự, 2013; Lê Quốc Thanh, 2016). Các tác giả Trần Văn Minh và Đỗ Thị Diệu Hạnh (2015), Trần Thị Lợi và cộng sự (2013), Ngô Thị Hồng Tươi và cộng sự (2014), Phan Hữu Tôn (2016), Nguyễn Xuân Dũng và cộng sự (2016) đã tiến hành phục tráng, khảo sát gen kháng hoặc tuyển chọn nhiều giống nếp đặc sản (nếp Cẩm, nếp Ba Tháng, nếp Đèo Đàng, N31).
3. Về cơ sở di truyền đột biến phóng xạ: Lịch sử chọn giống đột biến gắn liền với Muller (1927), Stadler (1928), Dubinin (1970), Lagoda P.L. (2012), Trần Duy Quý và cộng sự (2009), Shua Q. (2012), Rajarajan D. và cộng sự (2014). Tác động của tia gamma ion hóa gây đứt gãy đơn/kép sợi ADN, sai hình cấu trúc nhiễm sắc thể (NST) ở các pha nguyên phân/giảm phân. Các nghiên cứu của Đào Xuân Tân (1995), Đỗ Hữu Ất (1996, 1997), Nguyễn Minh Công (2000, 2016) chỉ ra rằng xử lý tia gamma vào hạt lúa nảy mầm (giai đoạn 69–72 giờ) đạt hiệu quả tạo biến dị cao hơn xử lý trên hạt khô hoặc hạt ngâm nước bão hòa. Prina A. (2012) phân tích cơ chế cạnh tranh dòng tế bào soma (sàng lọc lưỡng bội) và sàng lọc đơn bội trong cơ quan sinh sản ở thế hệ $M_1$.

Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù phương pháp đột biến bằng tia gamma đã được nghiên cứu nhiều, việc xác định mùa vụ gieo cấy tối ưu cho thế hệ $M_1$ nhằm giảm thiểu tác động gây chết kéo dài do thời tiết bất thuận vẫn chưa được làm sáng tỏ. Đồng thời, luận án tập trung giải quyết khoảng trống về mối tương quan định lượng giữa biến dị diệp lục ở mạ với các biến dị nông học hữu ích ở $M_2$, đánh giá sự khác biệt về hiệu quả gây biến dị giữa nguồn vật liệu là dòng đột biến so với giống gốc ban đầu, từ đó trực tiếp khắc phục nhược điểm cảm quang, cây cao, dễ đổ của hai giống lúa nếp đặc sản nếp Cái Hoa Vàng và nếp Đuôi Trâu.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Lý thuyết đột biến thực nghiệm phóng xạ: Sử dụng năng lượng lượng tử của tia bức xạ điện từ gamma ($Co^{60}$) để tạo ra các gốc tự do hóa sinh, gây tổn thương trực tiếp và gián tiếp lên chuỗi xoắn kép ADN và cấu trúc NST, tạo ra các biến dị di truyền nhân tạo với tần suất vượt trội so với đột biến tự nhiên.
• Lý thuyết chọn lọc soma và cạnh tranh tế bào $M_1$: Alen đột biến phát sinh ở phôi mầm cần vượt qua quá trình phân bào nguyên nhiễm (sàng lọc lưỡng bội) ở thân chính để vươn tới mô sinh sản, hình thành hạt phấn và noãn có sức sống (sàng lọc đơn bội) để truyền sang thế hệ $M_2$ (theo mô hình Gustafsson & Gold, 1966; Prina A., 2012).
• Cơ sở sinh hóa và di truyền tính trạng mùi thơm: Sự tổng hợp hợp chất dễ bay hơi 2-acetyl-1-pyrroline (2AP) được điều khiển bởi trạng thái lặn của gen badh2 (Betaine Aldehyde Dehydrogenase 2).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp chiếu xạ: Sử dụng nguồn $Co^{60}$ tại Viện Di truyền Nông nghiệp; xử lý hạt lúa ở giai đoạn nảy mầm 71 giờ 30 phút với các dải liều 50Gy, 100Gy, 150Gy, 200Gy.
• Phương pháp triển khai đồng ruộng và chọn lọc:
  • Thế hệ $M_1$: Gieo cấy trong vụ Xuân và vụ Mùa để so sánh tỷ lệ sống sót; thu hoạch riêng hạt của bông chính (nhánh cấp 1) để gieo thế hệ $M_2$.
  • Thế hệ $M_2$: Gieo theo từng dòng bông chính để điều tra biến dị diệp lục (BDDL) ở giai đoạn mạ theo thang phân loại Gustafsson (albina, xantha, chlorina, striata, viridis) và các biến dị hình thái nông học (chiều cao cây, dạng lá đòng, độ dài bông, kích thước hạt, độ xếp xít của hạt, thời gian sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh).
  • Thế hệ $M_3$ đến $M_9$: Gieo cấy dòng - cây, thanh lọc, đánh giá độ thuần, kiểm tra kiểu hình và giải phẫu thân rạ.
• Phương pháp giải phẫu thực vật: Cắt lát ngang thân rạ ở lóng sát gốc, nhuộm kép vi phẫu để đo độ dày thành lóng, số lượng bó mạch lớn/nhỏ và cấu trúc vòng mô cơ giới dưới kính hiển vi quang học.
• Phương pháp đánh giá chất lượng và mùi thơm: Nhuộm tinh bột nội nhũ bằng dung dịch KI 1% để kiểm tra độ thuần nếp; đánh giá độ thơm của hạt và cơm/xôi theo tiêu chuẩn SES của IRRI kết hợp phân tích cảm quan.
• Phương pháp đánh giá tính ổn định và thích nghi năng suất: Sử dụng mô hình hồi quy phi tuyến tính của Eberhart và Russell (1966) nhằm xác định hệ số thích nghi ($b_i$) và phương sai sai lệch ổn định ($S^2_{di}$) qua 5 điểm sinh thái.
• Phương pháp xử lý thống kê: Phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ($LSD_{0,05}$), hệ số biến động ($CV%$), hệ số tương quan tuyến tính ($r$) bằng các phần mềm chuyên dụng trong nông học (IRRISTAT, SAS, Excel).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn gốc, phân loại thực vật học của chi Oryza, sự phân bố địa lý của các vùng trồng lúa nếp tại Đông Nam Á (Lào, Thái Lan, Campuchia, Việt Nam). Tác giả tổng kết bức tranh sản xuất lúa gạo giai đoạn 2010–2016, phân tích năng suất lúa Việt Nam qua 35 năm (1980–2015 tăng từ 2,17 tấn/ha lên 5,85 tấn/ha, tăng 169,6%). Chương này làm rõ cơ chế tác động của tia bức xạ ion hóa gamma ở cấp độ phân tử (biến tính protein, đứt gãy liên kết hydro, tạo dạng hỗ biến lactin/imin) và cấp độ tế bào (sai hình cầu cromatit, đứt đoạn NST, rối loạn phân bào nguyên phân/giảm phân). Tác giả tổng thuật các thành tựu chọn giống đột biến trên thế giới (với 815 giống lúa đột biến được FAO ghi nhận tính đến năm 2015, điển hình là RD6, RD15 của Thái Lan; Shua-92 của Pakistan; SCS118 của Brazil) và 55 giống lúa đột biến tại Việt Nam.

Chỉ tiêu thống kê lúa nếp tại Việt Nam (2015 - 2016)	Số liệu trong văn bản
Tổng diện tích gieo cấy lúa nếp cả nước	~176 ngàn ha
Tỷ lệ diện tích lúa nếp tại Đồng bằng sông Hồng	7,0% (78,6 ngàn ha; 17 giống)
Tỷ lệ diện tích lúa nếp tại Trung du miền núi phía Bắc	5,6% (35,5 ngàn ha; 14 giống)
Tỷ lệ diện tích lúa nếp tại Bắc Trung Bộ	5,6% (38,8 ngàn ha; 10 giống)
Tăng trưởng năng suất lúa VN (1980 - 2015)	Tăng 3,68 tấn/ha (bằng 3 lần trung bình thế giới)

Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc 7 giống lúa nếp đối chứng/gốc và các dòng đột biến dẫn xuất. Quy trình chiếu xạ được chuẩn hóa tại liều 50Gy, 100Gy, 150Gy, 200Gy trên hạt nảy mầm 71h30 phút.

Quy trình bố trí thí nghiệm thế hệ $M_1$ chỉ rõ: xử lý hạt nảy mầm ở cả vụ Xuân và vụ Mùa nhằm đo lường tỷ lệ sống sót ở 3 giai đoạn sinh trưởng (mạ, đẻ nhánh, trỗ–chín). Chương 2 thiết lập phương pháp thu hoạch hạt từ các bông chính trên cây $M_1$ để gieo thành từng dòng $M_2$, xây dựng các công thức tính tần xuất BDDL, tần xuất biến dị nông học, đồng thời chuẩn hóa quy trình phân tích hồi quy thích nghi sinh thái ($b_i$, $S^2_{di}$) và phân tích giải phẫu học thân rạ.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 chiếm dung lượng lớn nhất (90 trang), phản ánh toàn diện các kết quả thực nghiệm đạt được qua 8 tiểu mục chính:

1. Ảnh hưởng của liều xạ, vật liệu và mùa vụ đến tỷ lệ sống sót thế hệ $M_1$: Tỷ lệ sống sót của cây $M_1$ giảm dần theo sự gia tăng của liều lượng chiếu xạ và giảm dần qua các giai đoạn sinh trưởng: Giai đoạn mạ > Giai đoạn đẻ nhánh > Giai đoạn trỗ–chín. Điều kiện khí hậu rét buốt của vụ Xuân làm giảm tỷ lệ sống sót nghiêm trọng hơn so với điều kiện nóng ẩm đầu vụ Mùa do tác động bất thuận của nhiệt độ thấp làm gia tăng tỷ lệ "chết kéo dài" ở các tế bào mang tổn thương phóng xạ.

2. Quy luật phát sinh biến dị diệp lục và biến dị nông học ở thế hệ $M_2$: Tần xuất và phổ BDDL tăng dần theo liều lượng chiếu xạ từ 50Gy đến 150Gy, trong đó liều 150Gy cho tần xuất BDDL và phổ biến dị cao nhất, sau đó suy giảm ở liều 200Gy do tỷ lệ chết cao. Kiểu biến dị diệp lục dạng albina (bạch tạng) chiếm tỷ trọng ưu thế.

Liều chiếu xạ tia gamma ($Co^{60}$)	Tác động sinh học ở $M_1$	Hiệu quả phát sinh biến dị ở $M_2$
50 Gy	Tỷ lệ sống sót cao, ức chế sinh trưởng nhẹ	Tần xuất BDDL và biến dị chọn giống thấp
100 Gy	Tỷ lệ sống sót trung bình, cây phân hóa rõ	Tần xuất biến dị chọn giống khá cao, phổ biến dị rộng
150 Gy	Tỷ lệ chết rõ rệt ở mạ, chọn lọc soma mạnh	Tần xuất BDDL cao nhất, xuất hiện nhiều đột biến lùn, chín sớm, hạt to
200 Gy	Tỷ lệ chết cao ở các giai đoạn, bất thụ tăng	Tần xuất biến dị giảm, sức sống dòng đột biến suy giảm

3. Mối tương quan giữa biến dị diệp lục và biến dị có ý nghĩa chọn giống: Luận án chứng minh tồn tại mối tương quan thuận, chặt chẽ giữa tổng tần xuất BDDL ở giai đoạn mạ (đặc biệt là dạng albina) với tổng tần xuất và phổ biến dị có ý nghĩa chọn giống ở thế hệ $M_2$ (các hệ số tương quan $r$ đều đạt mức cao, có ý nghĩa thống kê ở độ tin cậy $P < 0,01$).

4. Hiệu quả phát sinh biến dị giữa dòng đột biến và giống gốc: Chiếu xạ vào hạt nảy mầm của các dòng đột biến (HV-H, M50, TK97) cho tổng tần xuất và số loại biến dị ở $M_2$ cao hơn rõ rệt so với khi chiếu xạ vào hạt nảy mầm của giống gốc (nếp Cái Hoa Vàng, nếp 415, TK90). Khi chiếu xạ trên dòng đột biến, ngoài việc tái xuất hiện các dạng biến dị cũ còn phát hiện thêm nhiều kiểu biến dị mới có lợi cho chọn giống.

5. Kết quả cải tiến giống lúa nếp Đuôi Trâu: Từ tập đoàn 12 dòng đột biến (ĐT1–ĐT12), tác giả đã chọn lọc thành công dòng ĐT4 ở thế hệ $M_6$–$M_7$. Dòng ĐT4 khắc phục hoàn toàn nhược điểm của giống gốc: cây thấp hơn (giảm 25–30 cm), thân cứng cáp, góc lá đòng đứng và xanh đậm, tăng khả năng chống đổ ngã, năng suất tăng vượt trội nhưng vẫn giữ nguyên phẩm chất hạt gạo bóng dẻo và mùi thơm đặc trưng của nếp Đuôi Trâu.

6. Kết quả cải tiến giống lúa nếp Cái Hoa Vàng: Từ nguồn vật liệu nếp Cái Hoa Vàng và dòng đột biến tự nhiên HV-H, tác giả đã phân lập và tuyển chọn các dòng đột biến ưu tú như HV1, HV3 và đặc biệt là dòng H6 (thế hệ $M_6$–$M_7$). Kết quả phân tích giải phẫu thân cho thấy dòng đột biến có thành lóng dày hơn, số lượng bó mạch tăng lên giúp thân cây cứng vững. Quan trọng nhất, dòng H6 đã phá vỡ hoàn toàn tính cảm quang, chuyển thành dòng cảm ôn gieo cấy được cả 2 vụ/năm (vụ Xuân và vụ Mùa), thời gian sinh trưởng rút ngắn tương đương các giống nếp ngắn ngày (110–135 ngày).

7. Đánh giá tính ổn định và thích nghi năng suất: Phân tích theo mô hình Eberhart – Russell tại 5 điểm sinh thái ở vụ Mùa 2016 ($M_8$) và vụ Xuân 2017 ($M_9$) khẳng định các dòng đột biến triển vọng (ĐT4, H6) có hệ số thích nghi $b_i \approx 1$ và phương sai $S^2_{di}$ nhỏ, thể hiện năng suất cao và độ ổn định sinh thái tốt qua các môi trường gieo cấy khác nhau.

8. Khảo nghiệm cơ bản và sản xuất thử giống nếp Cái Hoa Vàng đột biến (dòng H6): Khảo nghiệm tại Văn Lâm (Hưng Yên) và sản xuất thử diện hẹp trong năm 2017 chứng minh dòng H6 đạt năng suất tương đương giống nếp cao sản không thơm N97 (đạt từ 50–65 tạ/ha/vụ), mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính (đạo ôn, bạc lá, khô vằn) ở mức nhẹ đến trung bình, xôi dẻo và giữ được mùi thơm đặc trưng của nếp Cái Hoa Vàng.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

1. Quy luật tương quan chỉ thị mạ: Phát hiện và xác lập mối tương quan thuận chặt chẽ giữa tổng tần xuất biến dị diệp lục và tần xuất kiểu hình albina ở giai đoạn mạ với tổng tần xuất cũng như phổ biến dị nông học hữu ích ở thế hệ $M_2$. Đây là cơ sở khoa học để dự báo sớm hiệu quả gây đột biến ngay từ giai đoạn vườn ươm mạ.
2. Hiệu ứng chiếu xạ trên dòng đột biến: Chứng minh việc chiếu xạ tia gamma vào hạt nảy mầm của các dòng đột biến mang lại hiệu quả phát sinh biến dị cao hơn, phổ biến dị phong phú hơn so với chiếu xạ trên giống gốc ban đầu, mở ra hướng tích lũy các đột biến có lợi qua các chu kỳ xử lý phóng xạ liên tiếp.
3. Chuẩn hóa kỹ thuật xử lý và mùa vụ: Xác định thời điểm chiếu xạ tối ưu là giai đoạn hạt nảy mầm 71 giờ 30 phút ở liều xạ 150Gy; xác lập quy trình thu hạt từ bông chính thế hệ $M_1$ và khẳng định gieo trồng thế hệ $M_1$ trong vụ Mùa giúp hạn chế tối đa tác động gây chết kéo dài do nhiệt độ thấp, tối ưu hóa tỷ lệ biểu hiện biến dị ở $M_2$.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

1. Cải tiến giống nếp Đuôi Trâu (dòng ĐT4): Tạo ra dòng đột biến ĐT4 có thân cây thấp, cứng rạ, chống đổ tốt, lá đòng đứng, năng suất tăng cao hơn giống gốc nhưng vẫn duy trì độ dẻo thơm của nguồn gen quý.
2. Chọn tạo giống nếp Cái Hoa Vàng đột biến (dòng H6): Phá vỡ đặc tính cảm ứng quang chu kỳ khắt khe của nếp Cái Hoa Vàng truyền thống, biến đổi thành giống lúa cảm ôn gieo cấy được 2 vụ/năm (vụ Xuân và vụ Mùa), năng suất đạt 5,0–6,5 tấn/ha (ngang bằng giống nếp cao sản N97), chất lượng gạo và mùi thơm không đổi.

Kiến nghị và đề xuất

• Đề nghị tiếp tục mở rộng diện tích khảo nghiệm sản xuất thử giống nếp Cái Hoa Vàng đột biến (dòng H6) và dòng nếp Đuôi Trâu đột biến (ĐT4) tại các vùng sinh thái chuyên canh lúa nếp ở miền Bắc và Bắc Trung Bộ.
• Hoàn thiện gói kỹ thuật canh tác (thời vụ, mật độ gieo cấy, phân bón) phù hợp với cơ cấu 2 vụ lúa – 1 vụ màu nhằm phát huy tối đa tiềm năng năng suất và chất lượng của các dòng đột biến mới.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Luận án tập trung khảo sát trên tập đoàn các giống lúa nếp miền Bắc (Cái Hoa Vàng, Đuôi Trâu, Phú Quý, Lang Liêu, N98, 415, TK90); các phân tích kiểu gen chủ yếu dựa trên chỉ thị hình thái nông sinh học, kiểm tra giải phẫu mô học thân và đánh giá cảm quan chất lượng, chưa thực hiện giải trình tự toàn bộ hệ gen (Whole Genome Sequencing) để xác định chính xác các điểm đột biến nucleotide đơn (SNPs) hoặc đột biến mất đoạn (Indels) trên từng locus gen cụ thể.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Ứng dụng công nghệ sinh học phân tử hiện đại (chỉ thị SSR, SNP, giải trình tự gen) để định vị và lập bản đồ gen quy định tính trạng mất cảm quang, gen quy định độ cứng cây và gen quy định hàm lượng 2AP trên các dòng đột biến H6, ĐT4.
  • Hoàn thiện hồ sơ khảo nghiệm DUS (tính khác biệt, tính đồng nhất, tính ổn định) và VCU (giá trị canh tác và sử dụng) để đề nghị công nhận giống cây trồng nông nghiệp mới cấp quốc gia.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị cao đối với:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, Nông học, Công nghệ sinh học nông nghiệp: Cung cấp phương pháp luận chuẩn xác về kỹ thuật xử lý phóng xạ tia gamma trên hạt nảy mầm, quy trình phân lập thế hệ đột biến $M_1$–$M_9$, phương pháp giải phẫu thân và mô hình đánh giá thích nghi Eberhart – Russell.
• Các nhà chọn giống cây trồng tại các viện, trung tâm nghiên cứu: Cung cấp nguồn vật liệu di truyền khởi đầu quý báu (các dòng ĐT4, HV1, HV3, H6) mang đặc tính cảm ôn, năng suất cao, thơm dẻo để phục vụ các chương trình lai tạo giống lúa nếp mới.
• Cán bộ khuyến nông và các nhà hoạch định chính sách nông nghiệp: Tham khảo các dẫn liệu thực tiễn để xây dựng quy hoạch chuyển đổi mùa vụ, mở rộng diện tích gieo cấy lúa nếp đặc sản chất lượng cao trong cả vụ Xuân và vụ Mùa tại các địa phương.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Chiếu xạ tia gamma ($Co^{60}$) vào hạt lúa nảy mầm ở thời điểm nào và liều lượng bao nhiêu cho hiệu quả phát sinh đột biến tối ưu?

Theo kết quả thực nghiệm của luận án, chiếu xạ tia gamma ($Co^{60}$) vào hạt lúa ở thời điểm nảy mầm 71 giờ 30 phút với liều lượng 150Gy cho hiệu quả phát sinh biến dị cao nhất về cả tổng tần xuất BDDL ở mạ và phổ biến dị nông học hữu ích ở thế hệ $M_2$.

2. Chiếu xạ vào hạt của dòng đột biến có điểm gì khác biệt so với chiếu xạ trên giống gốc?

Chiếu xạ vào hạt nảy mầm của dòng đột biến đem lại tổng tần xuất và phổ biến dị ở thế hệ $M_2$ cao hơn rõ rệt so với giống gốc; đồng thời ngoài việc tái xuất hiện các dạng biến dị ban đầu, phương pháp này còn làm xuất hiện thêm các kiểu biến dị hình thái nông học hoàn toàn mới, giúp mở rộng quỹ gen chọn giống.

3. Mùa vụ gieo trồng thế hệ $M_1$ ở miền Bắc ảnh hưởng như thế nào đến tỷ lệ sống sót của cây lúa?

Điều kiện giá rét bất thuận ở đầu vụ Xuân miền Bắc làm gia tăng hiện tượng "chết kéo dài" ở các tế bào mang tổn thương phóng xạ, khiến tỷ lệ sống sót ở các giai đoạn mạ, đẻ nhánh và trỗ–chín giảm mạnh. Gieo trồng thế hệ $M_1$ ở vụ Mùa (thời tiết ấm áp đầu vụ) giúp nâng cao tỷ lệ sống sót, tạo điều kiện cho các tế bào mang đột biến tham gia hình thành cơ quan sinh sản và truyền sang thế hệ $M_2$.

4. Dòng đột biến ĐT4 và dòng H6 đã được cải tiến những đặc tính cụ thể nào so với giống gốc?

• Dòng ĐT4 (từ nếp Đuôi Trâu): Cây thấp hơn 25–30 cm, thân cứng, chống đổ tốt, lá đòng đứng, năng suất tăng cao nhưng giữ nguyên độ thơm dẻo đặc sản.
• Dòng H6 (từ nếp Cái Hoa Vàng): Mất hoàn toàn tính cảm ứng quang chu kỳ, trở thành dạng cảm ôn gieo cấy được cả 2 vụ/năm (vụ Xuân và vụ Mùa), thời gian sinh trưởng ngắn (110–135 ngày), năng suất đạt 5,0–6,5 tấn/ha tương đương giống cao sản N97, giữ trọn vẹn chất lượng cơm xôi và hương thơm của nếp Cái Hoa Vàng.

---

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Văn Tiếp đã giải quyết thành công bài toán cải tiến di truyền trên hai giống lúa nếp đặc sản cổ truyền thông qua phương pháp chiếu xạ tia gamma ($Co^{60}$) vào hạt nảy mầm. Công trình đóng góp những luận điểm khoa học quan trọng về mối tương quan dự báo giữa biến dị diệp lục ở giai đoạn mạ với biến dị chọn giống ở $M_2$, khẳng định ưu thế tái xử lý phóng xạ trên dòng đột biến và tối ưu hóa mùa vụ gieo cấy thế hệ $M_1$. Hai dòng đột biến ưu tú được tuyển chọn (ĐT4 và H6) đã khắc phục triệt để nhược điểm cây cao, dễ đổ và tính cảm quang khắt khe, mang lại nguồn giống nếp thơm cảm ôn năng suất cao, ổn định, có giá trị ứng dụng thực tiễn lớn cho sản xuất nông nghiệp Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu (4 trang); chƣơng 1: tổng quan tài liệu (40 trang); chƣơng 2: vật liệu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu (20 trang); chƣơng 3: kết quả nghiên cứu và thảo luận (90 trang); kết luận và kiến nghị (2 trang). Luận án gồm 36 bảng , 21 hình, 152 tài liệu tham khảo. Trong đó: 56 tài liệu tiếng việt và 96 tài liệu tiếng anh, 110 tài liệu mới trong 5 năm trở lại đây (từ 2013- 2018) chiếm 72,36 %; phần phụ lục gồm 92 trang với 35 hình ảnh thí nghiệm, 33 bảng và các kết quả phân tích thống kê và xử lý số liệu thí nghiệm. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.

Nguồn gốc và phân loại cây lúa, lúa nếp. Nguồn gốc cây lúa, lúa nếp.sativa L) thuộc họ hoà thảo (Poaceae), chi Oryza. Ngoài loài lúa trồng O.glaberrima còn 21 loài lúa dại phân bố khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới. Hầu hết các giống lúa trồng hiện nay thuộc loài O.sativa L phân hoá thành 3 kiểu hình là: Indica (trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới), Japonica (trồng ở Nhật Bản, Hàn Quốc và Bắc Trung Quốc) và Javanica (Sharma A và Singh S.

Có nhiều quan điểm khác nhau về nguồn gốc cây lúa. Theo Sampth và Rao (1951), Ting (1993) thì lúa trồng châu Á (O.sativa L) có nguồn gốc từ Trung Quốc và Ấn Độ; Chang T. Lúa trồng châu Á xuất hiện khoảng 8000 năm trƣớc nhƣng chƣa có kết luận chắc chắn về tổ tiên trực tiếp của nó. Theo Civsavn P et al., (2015)[67], Huang X và Han B (2015)[88], lúa trồng châu Á đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài để thích ứng với các môi trƣờng khác nhau từ đó hình thành 3 nhóm chính: Indica, Japonoca và Javanica, có thể dùng một số đặc điểm về hình thái: thân, lá, hạt hoặc hàm lƣợng amyloza, amylopectin, khả năng chịu hạn, lạnh để nhận biết.

Các giống lúa thuộc nhóm Japonica thƣờng có năng suất cao hơn Indica khoảng 0,5- 1tấn/ha (Hoàng Tuyết Minh và cs 2016)[27]. Theo Takane Matsuo (1997), lúa nếp nƣơng là dạng khởi nguồn của lúa trồng, đƣợc tìm thấy đầu tiên ở Assam-Yunnan, nơi lúa nếp chiếm ƣu thế. Watabe (1976) cho rằng: lúa nếp có nguồn gốc từ Lào và vùng Bắc, đông Bắc Thái Lan. Ngoài ra, vùng Shan và Kachin của Myanmar; Kwangsichuang và Yunnan của Trung Quốc; khu vực biên giới Campuchia, Thái Lan và Lào; vùng núi khu vực biên giới giữa Việt Nam và Lào là những vùng trồng nhiều lúa nếp.

6 Cùng quan điểm đó, Chaudhary R. Tuy nhiên, quan điểm của Khush (1997), về sự tiến hóa của 2 loại lúa trồng phổ biến hiện nay đƣợc nhiều nhà khoa học thừa nhận (dẫn theo Nguyễn Văn Vƣơng 2013)[53]. Phân loại lúa, lúa nếp. Từ lâu các nhà khoa học đã dựa vào dạng nội nhũ để phân biệt lúa nếp với lúa tẻ, dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý để nhận biết các dạng lúa.

Theo IRRI (2013)[91], gạo nếp có hàm lƣợng amyloza thấp (< 5%), việc phân biệt dạng nội nhũ của các giống lúa địa phƣơng giúp cho các nhà quản lý nguồn gen xác định kỹ thuật bảo quản phù hợp. Theo Nguyễn Văn Vƣơng (2013)[53], cấu tạo tinh bột của nội nhũ là căn cứ chủ yếu để phân chia thành lúa nếp và lúa tẻ. Nội nhũ lúa tẻ tích luỹ tinh bột dạng amyloza đƣợc tạo thành bởi các đơn vị glucose nối với nhau bởi các liên kết -1,4 glycozid. Amyloza có cấu trúc xoắn, cứ 6 phân tử glucose nối thành vòng, chuyển thành màu xanh khi nhuộm với Iốt.

Nội nhũ của lúa nếp tích luỹ tinh bột dạng amylopectin với cấu trúc phân nhánh do các đơn vị glucose liên kết với nhau bởi liên kết - 1,4 và 1,6- glycozid, phản ứng với Iốt chuyển màu đỏ tía. Vì vậy, để phân biệt lúa nếp và lúa tẻ ngƣời ta nhuộm tinh bột bằng dung dịch KaliIotđua (KI) 1%. Amyloza Amylopectin Nguồn: Nguyễn Văn Vƣơng, 2013 [53] Hình 1. Cấu trúc hoá học của amyloza và Amylopectin 7 Nguồn: Nguyễn Văn Vƣơng, 2013 [53] Hình 1.

Nội nhũ của lúa nếp và lúa tẻ khi nhuộm KI 1. Nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp 1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ lúa và lúa nếp trên thế giới. Trong những năm qua, sản suất lúa trên thế giới không ngừng tăng về diện tích, sản lƣợng và năng suất (hình 1.

Theo thống kê của tổ chức lƣơng thực thế giới (FAO), tổng sản lƣợng lúa thế giới năm 2015 khoảng 749,1 triệu tấn, tăng 1% so với năm 2014 (741,8 triệu tấn). Trong đó, chủ yếu ở khu vực châu Á với 677,7 triệu tấn, chiếm khoảng 90% tổng sản lƣợng. Nguồn: http://thantrau.vn/tinh-hinh-san-xuat-lua-gao-cua-viet-nam/ Hình 1. Diện tích và sản lượng lúa toàn cầu giai đoạn 2006 - 2015 8 Hiện nay, có khoảng 114 nƣớc trồng lúa, tập trung chủ yếu ở châu Á với hơn 90% về diện tích cũng nhƣ sản lƣợng lúa hàng năm.

Do đó, châu Á đƣợc xem nhƣ vựa lúa của thế giới, sản suất lúa tại châu Á tập trung nhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Việt Nam (Amita Sharma, 2014)[56]. Hiện nay, cứ sau 14 năm dân số thế giới tăng 1 tỷ ngƣời (Nguyễn Thị Sinh 2016)[33], dự kiến đến năm 2050 tăng gần 3 tỷ ngƣời (Joshua C Stein et al. Để đảm bảo an ninh lƣơng thực toàn cầu thì đến năm 2035, tổng sản lƣợng thóc phải tăng thêm 114 triệu tấn/năm. Tuy nhiên, do ảnh hƣởng của biến đổi khí hậu nên trong những năm tới diện tích trồng lúa sẽ giảm, năng suất trung bình tăng chậm, vấn đề đặt ra với ngành sản xuất lúa nói chung và các nhà nghiên cứu chọn tạo giống lúa nói riêng là phải tiếp tục duy trì năng suất, lấy chất lƣợng bù số lƣợng.

Đặc biệt là cải tiến các giống lúa có sẵn, thêm tính trạng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất thuận, rút ngắn thời gian sinh trƣởng,… Trong những năm qua, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) đã tạo ra hàng ngàn giống lúa mới. Trong đó, giống nếp IRi352 đang đƣợc trồng khá phổ biến ở Việt Nam. Ở Thái Lan, gieo trồng nhiều giống lúa cổ truyền có chất lƣợng cao, các giống lúa cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao chiếm tỷ lệ thấp. Thái Lan đứng đầu thế giới về xuất khẩu gạo với các loại gạo hạt thon dài, trắng trong, cơm thơm, ngon và gạo nếp với 4/6 loại gạo chất lƣợng chính trên thị trƣờng thế giới là: Indica hạt dài, Indica hạt dài trung bình, gạo thơm và gạo nếp (dẫn theo Nguyễn Văn Vƣơng 2013)[53].

Ở Lào chủ yếu gieo trồng các giống lúa nếp cải tiến, ngắn ngày, năng suất cao tại các vùng đất thấp, chủ động nƣớc tƣới, các giống cổ truyền đƣợc 9 trồng với diện tích nhỏ ở những vùng đất cao, không chủ động đƣợc nƣớc tƣới. Đây là nguyên nhân chính gây ra hiện tƣợng xói mòn nguồn gen lúa nếp ở Lào. Lúa nếp ở Lào chiếm khoảng 85% tổng sản lƣợng lúa cả nƣớc, Với sản lƣợng này, Lào là nƣớc có sản lƣợng lúa nếp lớn nhất khu vực Đông Nam Á. Ở Campuchia gieo trồng rất nhiều giống lúa nếp với khoảng 8% tổng số các giống lúa gieo cấy, các giống lúa nếp đều cảm quang, trỗ bông vào đầu tháng 10 với chất lƣợng gạo cao (dẫn theo Nguyễn Văn Vƣơng 2013)[53] 1.

Tình hình nghiên cứu, sản xuất lúa, lúa nếp ở Việt Nam. Tình hình sản xuất lúa, lúa nếp. Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài, địa hình phức tạp nên hình thành nhiều vùng canh tác lúa khác nhau. Tùy theo mùa vụ, điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác và phƣơng pháp gieo trồng mà nghề trồng lúa nƣớc ta hình thành và phát triển với 3 vùng chính: đồng bằng sông Hồng, đồng bằng ven biển miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long.

Diện tích và sản lƣợng lúa của Việt Nam giai đoạn 2010- 2016 Diện tích (triệu ha) Sản lƣợng (triệu tấn) Năm Tổng Đông Xuân Hè thu Mùa Tổng Đông Xuân Hè Thu Mùa 2010 7,489 3,085 2,436 1,967 40,005 19,216 11,686 9,102 2011 7,655 3,096 2,589 1,969 42,398 19,778 13,402 9,217 2012 7,761 3,124 2,659 1,977 43,737 20,291 13,958 9,487 2013 7,902 3,105 2,810 1,986 44,039 20,069 14,623 9,346 2014 7,816 3,116 2,734 1,965 44,974 20,850 14,479 9,644 2015 7,830 3,112 2,783 1,934 45,105 20,696 14,971 9,438 2016 7,790 3,082 2,806 1,901 43,609 19,404 15,010 9,195 (nguồn: Niên giám thống kê 2016)[30] Trong những năm qua, diện tích trồng lúa của nƣớc ta hàng năm đạt hơn 7 triệu ha với năng suất trung bình đạt hơn 40 triệu tấn/năm. Do ảnh 10 hƣởng của biến đổi khí nên diện tích trồng lúa năm 2014 và 2015 có phần giảm so với 2013. Tuy nhiên, do sử dụng các giống lúa cải tiến, năng suất cao với kỹ thuật thâm canh phù hợp nên sản lƣợng lúa vẫn tăng. Lúa đƣợc sản suất chủ yếu ở vụ đông xuân (chiếm khoảng 45%), ngoài ra còn có vụ hè thu và vụ Mùa (bảng 1.

Ở nƣớc ta, sản xuất lúa không chỉ tạo ra giá trị kinh tế mà còn là một phần không thể thiếu trong đời sống tinh thần của ngƣời dân. Theo Nguyễn Văn Bộ (2016)[5], trong nhiều năm nay, Việt Nam luôn đứng trong tốp 2-3 nƣớc xuất khẩu gạo hàng đầu trên thế giới với thị phần toàn cầu gần 20%. Trong 35 năm qua, năng suất lúa trung bình của Việt Nam tăng 3,68 tấn/ha, tƣơng đƣơng 169,6% gấp 5,75 lần Thái Lan, 46 lần Ấn Độ và bằng 3 lần trung bình của thế giới (bảng 1. Năng suất lúa của Việt Nam và Thế giới Năng suất (tấn/ha) Năm 2015 so với năm1980 Quốc gia/vùng Năng suất tăng Tăng trung 1980 2015 Tấn/ha % bình năm (%) Thế giới 2,75 4,43 1,68 61,1 1,75 Châu Á 2,79 4,57 1,78 63,8 1,82 Mỹ 4,95 8,37 3,42 69,1 1,97 Trung Quốc 4,13 6,89 2,76 66,8 1,91 Ấn Độ 3,49 3,57 0,08 2,29 0,07 Pakistan 2,43 3,33 0,90 37,0 1,06 Nhật Bản 5,13 6,63 1,50 29,2 0,83 Hàn Quốc 4,85 7,22 2,37 48,9 1,40 Thái Lan 1,89 2,53 0,64 33,9 0,97 Việt Nam 2,17 5,85 3,68 169,6 4,85 Nguồn: Nguyễn Văn Bộ (2016)[5] 11 Theo Trần Xuân Định và cs (2016)[15], tính đến tháng 5 năm 2015, cả nƣớc có 379 giống lúa đƣợc phép sản xuất kinh doanh, với 21 giống lúa nếp.

Trong đó, 122 giống không còn trong sản suất. Trong thực tế, một số giống lúa mới đã đƣợc công nhận chính thức nhƣng do thoái hóa nên ít đƣợc gieo trồng, thậm chí không còn trong sản xuất. Ngƣợc lại, nhiều giống lúa địa phƣơng có chất lƣợng cao, đƣợc gieo cấy nhiều năm nhƣng không có hồ sơ nên không đƣợc thống kê (chủ yếu là các giống lúa nếp). Theo thống kê, cả nƣớc đang gieo cấy 18 giống lúa nếp với diện tích khoảng 176 ngàn ha.

Lúa nếp đƣợc trồng chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc và Bắc Trung Bộ.