Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Vai trò của cây lúa Lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng được trồng chủ yếu ở Châu Á, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á trong đó có Việt Nam. Lúa gạo là nguồn lương thực chủ yếu nuôi sống hàng tỷ người trên thế giới. Sản lượng lúa gia tăng trong thời gian qua đã mang lại sự an sinh cho con người, đặc biệt đối với dân nghèo: gạo là nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu.
Các nước nghèo thường dùng gạo là nguồn lương thực chính, khi thu nhập tăng lên mức tiêu thụ gạo có xu hướng giảm xuống, thay thế bằng các loại thức ăn cung cấp nhiều protein và vitamin hơn. Ở Việt Nam hiện nay mức tiêu thụ gạo bình quân vẫn còn ở mức cao, khoảng 120 kg/người/năm. Tuy nhiên có thể nói, trên khắp thế giới, ở đâu cũng có dùng đến lúa gạo hoặc các sản phẩm từ lúa gạo. Khoảng 40% dân số trên thế giới lấy lúa gạo làm nguồn lương thực chính.
Trên thế giới có hơn 110 quốc gia có sản xuất và tiêu thụ gạo với các mức độ khác nhau. Lượng lúa được sản xuất ra và mức tiêu thụ gạo cao tập trung ở khu vực Châu Á. Năm 1980, chỉ riêng ở Châu Á đã có hơn 1,5 tỷ dân sống nhờ lúa gạo, chiếm trên 2/3 dân số Châu Á. Con số này theo ước đoán đã tăng lên gần gấp đôi.
Lúa là cây trồng thân thiết, lâu đời nhất của nhân dân ta và nhiều dân tộc khác trên thế giới, đặt biệt là các dân tộc ở Châu Á. Mặc dù năng suất lúa ở các nước Châu Á còn thấp nhưng do diện tích sản xuất lớn nên Châu Á vẫn là nguồn đóng góp rất quan trọng cho sản lượng lúa trên thế giới (trên 90%). Các quốc gia dẫn đầu về sản lượng lúa theo thứ tự là Trung Quốc, Ấn Độ, Indoniesia, Bangladesh, Việt Nam, Thái Lan và Myanmar tất cả đều nằm ở Châu Á. Như vậy, có thể nói Châu Á là vựa lúa quan trọng nhất thế giới.
Gạo là thức ăn giàu dinh dưỡng. So với lúa mì, gạo có thành phần tinh bột và protein hơi thấp hơn, nhưng năng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chất béo hơn. Ngoài ra, nếu tính trên đơn vị 1 hecta, gạo cung cấp nhiều calo hơn lúa mì do năng suất lúa cao hơn nhiều so với lúa mì. Giả sử một người trung bình cần 3200 calo mỗi ngày thì một hecta lúa có thể nuôi 2055 người/ngày hoặc 5,63 người/năm, trong khi lúa mì chỉ nuôi được 3,67 người /năm, bắp 5,3 người/năm.
Hơn nữa, trong gạo lại có chứa nhiều acid amin, thiết yếu như: Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan… hơn hẳn lúa mì. Đối với một số quốc gia như Việt Nam, Thái Lan, Miến Điện (Myanmar), Ai Cập lúa gạo chiếm một vị trí quan Luan van 5 trọng trong nền kinh tế quốc dân, không phải chỉ là nguồn lương thực mà còn là nguồn thu ngoại tệ để đổi lấy thiết bị, vật tư cần thiết cho sự phát triển của đất nước. Điều này chỉ rõ vị trí của lúa gạo trong cơ cấu lương thực thế giới và trong đời sống kinh tế quốc tế. Việt Nam là một trong những nước có nghề truyền thống trồng lúa nước cổ xưa nhất thế giới.
Nông nghiệp trồng lúa vừa đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, vừa là cơ sở kinh tế sống còn của đất nước. Dân số nước ta đến nay hơn 90 triệu người, trong đó dân số ở nông thôn chiếm gần 80% và lực lượng lao động trong nghề trồng lúa chiếm khoảng 70% lực lượng lao động cả nước. Điều đó cho thấy lĩnh vực nông nghiệp trồng lúa thu hút đại bộ phận lực lượng lao động cả nước, đóng vai trò rất lớn trong nền kinh tế quốc dân. Bên cạnh đó, ưu thế lớn của nghề trồng lúa còn thể hiện rõ ở diện tích canh tác trong tổng diện tích đất nông nghiệp cũng như tổng diện tích trồng cây lương thực.
Ngành trồng trọt chiếm 4/5 diện tích đất canh tác trong khi đó lúa giữ vị trí độc tôn, gần 85% diện tích lương thực. Theo số liệu sơ bộ của Tổng cục Hải quan, tính chung cả năm 2019 cả nước xuất khẩu 6,37 triệu tấn gạo, tương đương 2,81 tỷ USD, tăng 4,1% về lượng nhưng giảm 8,4% về kim ngạch so với năm 2018. Giá xuất khẩu đạt 440,7 USD/tấn, giảm 12,1%. Kết quả báo cáo tổng kết 7 tháng đầu năm 2020, Việt Nam xuất khẩu khoảng 3,9 triệu tấn gạo, đạt kim ngạch 1,9 tỉ USD, tăng 10,9% về giá trị so với cùng kỳ năm trước.
Đặc biệt là giá gạo xuất khẩu của Việt Nam tăng cao, vượt Thái Lan, Ấn Độ và Pakistan. Đây là lần thứ 2 Việt Nam có thể trở lại vị trí xuất khẩu gạo số 1 thế giới. Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa trên thế giới 1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa trên thế giới * Nghiên cứu tái sinh invitro và chuyển gen Tái sinh cây từ mô sẹo được thông báo lần đầu tiên ở loài cây ngũ cốc bởi Tamaoki và Ullstrup năm 1958.
Cho đến nay mô sẹo đã được tạo ra từ các mô lúa khác nhau như lát cắt thân, hoa non, bao phấn, tiểu bào tử, đỉnh rễ, bao lá mầm, trụ dưới lá mầm, hạt trưởng thành. Hiện nay, hạt trưởng thành và hạt non (phôi non) được sử dụng làm vật liệu nghiên cứu nhiều nhất vì các vật liệu này cho mô sẹo có tỷ lệ tái sinh cây cao hơn. Năm 1985, tái sinh cây từ phôi trưởng thành ở các giống lúa Japonica được thông báo bởi Fujimura và cộng sự [17]. Tạo mô sẹo và tái sinh cây ở các giống lúa Luan van 6 indica từ phôi non được thông báo bởi Koetije và cộng sự năm 1989 nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các giống lúa Indica có sự khác nhau đáng kể về phản ứng tạo mô sẹo và tái sinh cây.
Do đó, để cải thiện hiệu quả tạo mô sẹo và tái sinh cây, cần thiết tối ưu hóa môi trường cho các giống lúa indica. Lin và Zhang (2005) đã tối ưu hóa môi trường và các điều kiện nuôi cấy phục vụ biến nạp gen cho hiệu quả cao ở các giống lúa indica [26]. Lin và Zhang đã chỉ ra rằng nguyên nhân chính thu được tỷ lệ biến nạp thành công thấp ở các giống lúa indica (so với các giống lúa japonica) có thể do hiệu quả tái sinh của các giống lúa indica thấp hơn. Họ đã tìm ra được hai môi trường mới để cấy chuyển, phân hóa mô sẹo và sử dụng quy trình tái sinh cây để biến nạp cho các giống lúa indica.
Hiei và cộng sự (2008) đã tối ưu hóa quy trình biến nạp cho các giống lúa indica bằng Agrobacterium tumerfaciens sử dụng phôi non của hạt non sau thu phấn 8-12 ngày. Quy trình đã được áp dụng để biến nạp thành công với hiệu quả cao (trên 7 dòng/phôi) cho các giống lúa indica IR8, IR24, IR26, IR36, IR54, IR64, IR72, Xin Qing Ai 1, Nan Jin 11 và Suewon 258 [20]. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới Theo cơ quan FAO tại Rome, sản xuất lúa thế giới trong 2018 tương đối thuận lợi đạt đến 782 triệu tấn, tăng 1,6% so với năm 2017, mặc dù điều kiện khí hậu bất thường xảy ra tại nhiều nơi, với diện tích trồng toàn cầu khoảng 168 triệu ha. Tình hình sản xuất và diện tích lúa toàn cầu năm 2018 [16] Luan van 7 Hình 1.
Tỷ trọng sản xuất lúa theo vùng năm 2018 Châu Á, sản xuất lúa đứng đầu châu lục chiếm gần 90,7% tổng sản ngạch thế giới hay đạt đến 594,7 triệu tấn. Ở Châu Phi, sản xuất 22,6 triệu tấn, hay 3,4% mặc dù gặp hạn hán và ngập lụt tại vài nơi ở Burkina Faso, Gambia, Niger, Tanzania và Madagascar. Ở Châu Mỹ, sản xuất lúa đạt đến 33,8 triệu tấn, Brazil là nước sản xuất lúa lơn nhất của vùng, năm 2018 với sản lượng 11,3 triệu tấn. Ở Châu Âu, sản xuất trong 2018 khoảng 3,6 triệu tấn lúa.
Hai nước trồng lúa lớn của Châu Âu là Ý và Tây Ban Nha. Châu Úc, năm 2018 Sản ngạch lúa thu hoạch đạt đến 815. Tình hình nghiên cứu vẩn xuất lúa tại Việt Nam 1. Nghiên cứu chọn tạo giống lúa ở Việt Nam.
Chọn tạo giống bằng lai hữu tính Nguyễn Xuân Dũng và cộng sự (2015) nghiên cứu giống lúa nếp N31 có năng suất, chất lượng tốt và thời gian sinh trưởng ngắn ngày được chọn tạo bằng phương pháp lai hữu tính giữa tổ hợp lai hai giống nếp DT22 và giống nếp N87-2 (N98) [2]. Chọn tạo giống bằng công nghệ tế bào * Tình hình nghiên cứu tái sinh in vitro Phan Thị Hương và cộng sự (2014) đánh giá khả năng tạo mô sẹo và tái sinh của bảy giống lúa bao gồm BM9630, NV1, NV2, NV3, J02 (thuộc nhóm japonica), Hương Cốm và BC15 (thuộc nhóm indica) [4]. Tỷ lệ tạo mô sẹo của các giống lúa nghiên cứu trong khoảng 72-98%; trong đó, giống Hương cốm, NV1 và J02 có tỷ lệ tạo mô sẹo trên 90% (tương ứng 97%, 92% và 98%). Môi trường tạo mô sẹo thích hợp đối với giống Hương cốm và các giống japonica là môi trường muối N6 + vitamin B5 + 3 mg/l 2,4-D + 100 mg/l myo-inositol + 500 mg/l L- proline + 500 mg/l L-glutamin + 300 mg/l casein hydrolysate + 30 g/l sucrose.
Nghiên cứu chuyển gen Nguyễn Thị Hồng Châu và cộng sự (2003) đã thực hiện chuyển gen vào giống lúa C71 thông qua A. Nhóm tác giả đã sử dụng môi trường MS làm nền, cho tất cả các giai đoạn nuôi cấy, chuyển gen và tái sinh. Gen được chuyển gồm 3 gen là CryIA(b), CryIA(c) (gen mã hóa cho protein độc tố trừ sâu của vi khuẩn Bt và gen Xa21 – gen kháng bệnh bạc lá). Vật liệu là giống lúa C71.
Kết quả cho thấy tỷ lệ tạo callus của giống lúa C71 khoảng 92%. Tỷ lệ biến nạp gen CryIA(c) đạt 6,6%. Tác giả cũng cho rằng khả năng tái sinh của lúa indica là thấp hơn so với japonica. Thời gian cho cây chuyển gen mất từ 4,5 đến 5 tháng [1].
Ngoài kết quả tổng hợp ở trên, còn nhiều công trình khác nghiên cứu về công nghệ nuôi cấy mô tế bào lúa và chuyển gen vào lúa thông qua vi khuẩn. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam Việt Nam có truyền thống trồng lúa lâu đời, lúa gạo là một lương thực quan trọng và chủ yếu nhất đối với người dân Việt Nam, lúa gạo ngoài dùng làm lương thực cho người, thức ăn cho vật nuôi còn dùng để chế biến các sản phẩm khác… Đặc biệt với một nước dân số đông tới khoảng trên 90 triệu người, việc tự sản xuất lúa là rất quan trọng.