ĐẶT VẤN ĐỀ Lúa gạo (Ozyza sativa L.) là cây lƣơng thực chiếm 10% diện tích trồng trọt và là cây lƣơng thực chính nuôi sống hơn nửa dân số thế giới. Hiện nay, lúa đƣợc xếp vào vị trí thứ hai sau lúa mì về diện tích và sản lƣợng. Lúa gạo là nguồn cung cấp năng lƣợng lớn nhất cho con ngƣời. Trên thế giới, cây lúa đƣợc khoảng 250 triệu nông dân trồng ở hơn 100 nƣớc trên thế giới.
Ở Việt Nam, lúa là cây lƣơng thực quan trọng đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác Trong những thập kỉ qua, loài ngƣời đang đứng trƣớc nguy cơ bùng nổ về dân số và theo FAO để đảm bảo mức tiêu dùng ổn định, mức tăng sản lƣợng hàng năm cần gấp 2 lần so với mức tăng dân số. Trƣớc tình hình đó cây lúa đã và đang là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học. Trong những năm gần đây, quá trình biến đổi khí hậu trên trái đất diễn ra khá phức tạp, khó lƣờng theo chiều hƣớng xấu của môi trƣờng nhƣ: Hạn hán, lũ lụt, xói mòn, thoái hoá đất,…Ở Việt Nam, trong những năm qua, do còn có hạn chế về điều kiện tƣới tiêu, tập quán canh tác và đặc biệt là việc chọn giống chịu hạn đƣa vào sản xuất chƣa đƣợc chú trọng, thêm vào đó là diễn biến thời tiết phức tạp, hạn hán thƣờng xuyên xảy ra đã gây ảnh hƣởng không nhỏ đến năng suất và chất lƣợng của nhiều loại cây trồng trong đó có cây lúa. Cây lúa là loài cây tƣơng đối mẫn cảm với những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh và thuộc nhóm cây chịu hạn kém.
Vì vậy, việc tạo ra các giống lúa có năng suất cao, khả năng chống chịu tốt là yêu cầu thực tiễn đề ra cho các nhà khoa học. Trên thế giới hiện nay, chọn tạo cây trồng theo hƣớng chống chịu đang là vấn đề đƣợc đặt trọng tâm nghiên cứu, trong đó chọn tạo giống lúa theo hƣớng chống khô hạn nhận đƣợc sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 2 Nghiên cứu về gen liên quan đến tính chịu hạn cho thấy tính chống chịu khô hạn là tính trạng đa gen. Các trình tự gen liên quan đến tính chịu hạn ở cây lúa đã đƣợc công bố trên ngân hàng gen Quốc tế, trong đó có gen cystatin.
Cystatin là chất ức chế có bản chất protein, gen này thƣờng đƣợc biểu hiện trong các điều kiện hạn, lạnh, mặn và ở các pha riêng rẽ của quá trình sinh trƣởng, phát triển của thực vật. Mặc dù các nghiên cứu về gen liên quan đến tính chịu hạn ngày càng đƣợc quan tâm nhƣng thông tin về các gen này chƣa nhiều. Vấn đề đặt ra là cần tìm hiểu đặc điểm sinh lý, hoá sinh và sinh học phân tử liên quan đến tính chịu hạn của cây lúa. Trên cơ sở đó định hƣớng cho công tác chọn giống và cải tạo giống phù hợp có khả năng chịu hạn tốt.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống lúa theo hƣớng nâng cao khả năng chịu hạn, chúng tôi đã tiến hành đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu phân lập gen cystatin ở một số giống lúa có khả năng chịu hạn khác nhau” 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Xác định đƣợc mức độ chịu hạn của một số giống lúa ở giai đoạn cây non. - Xác định đƣợc mối liên quan giữa hoạt tính của α – amylase, protease, chiều dài rễ với khả năng chịu hạn của một số giống lúa. - Phân lập và xác định đƣợc trình tự gen cystatin ở một số giống lúa có khả năng chịu hạn khác nhau.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Đánh giá khả năng chịu hạn bằng phƣơng pháp gây hạn nhân tạo ở giai đoạn 3, 5, 7, 9 ngày gây hạn. - Xác định hoạt tính của α – amylase, protease trong hạt của 09 giống lúa nghiên cứu. - Xác định chiều dài rễ 5 ngày tuổi ở giai đoạn cây non. - Khuyếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen cystatin ở 1 giống lúa có khả năng chịu hạn tốt và 1 giống lúa chịu hạn kém.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nguồn gốc và phân loại Lúa có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới khu vực Đông Nam châu Á và châu Phi. Lúa là loài thực vật sống một năm, lá mỏng, bản hẹp, hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống.
Cây lúa có tên khoa học là Ozyza sativa L., có bộ nhiễm sắc thể 2n = 24, là cây thân thảo sinh sống hàng năm. Thời gian sinh trƣởng của các giống dài ngắn khác nhau khoảng 60 – 250 ngày. Lúa trồng hiện nay do giống lúa dại Oryza fatua hình thành thông qua quá trình chọn lọc nhân tạo lâu dài. Sự tiến hoá của cây lúa gắn liền với sự phát triển của loài ngƣời, đặc biệt là ở châu Á.
Theo các tài liệu ghi chép, cây lúa đƣợc trồng ở Trung Quốc khoảng 2800 – 2700 năm TCN. Ở Việt Nam, theo các tài liệu đã đƣợc công bố thì cây lúa đƣợc trồng phổ biến và nghề trồng lúa đã khá phồn thịnh ở thời kì đồ Đồng (4000 - 3000 năm TCN) [8]. Trên thế giới, cây lúa phân bố khá rộng, từ vĩ tuyến 530B (sông Amua biên giới Trung Quốc – Nga) đến vùng xích đạo và vĩ tuyến 400 N (Achentila), từ vùng thấp 3m dƣới mặt nƣớc biển độ cao 2700m [12]. Hiện nay có hai loài lúa đã đƣợc thuần hoá là lúa châu Á (Oryza sativa) và lúa châu Phi (Oryza glaberrima).
Lúa châu Phi đã đƣợc gieo trồng trong khoảng 3.500 năm, tuy nhiên nó không phát triển xa khỏi khu vực nguồn gốc của nó. Việc gieo trồng loài lúa này thậm chí còn suy giảm do các giống châu Á. Hiện nay, lúa châu Á là giống lúa chính đƣợc gieo trồng làm cây lƣơng thực trên khắp thế giới. Châu Á đƣợc xem là quê hƣơng của cây lúa nƣớc vì nơi đây có đủ điều kiện để phát triển giống lúa này, cũng là nơi xuất hiện nền văn minh lúa nƣớc, có thể xem đây là một trong những trung tâm nông nghiệp đầu tiên trên thế giới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Đặc điểm sinh học của cây lúa Lúa bao gồm các bộ phận: rễ, thân, lá, hoa và hạt. Rễ lúa thuộc loại rễ chùm. Rễ còn non có màu trắng sữa, rễ trƣởng thành có màu vàng nâu và nâu đậm, rễ đã già có màu đen.
Khi hạt lúa nảy mầm thì mới chỉ có một rễ là rễ phôi. Sau đó, các rễ khác mọc ra từ các đốt thân và khi có một lá thật thì cây lúa đã có thể có 4 – 6 rễ mới, càng về sau số lƣợng rễ càng nhiều lên. Thân lúa gồm thân giả và thân thật. Thân lúa dạng ống tròn, rỗng gồm nhiều đốt.
Cắt ngang một lóng thân, ngoài cùng là biểu bì, tiếp đến là hạ bì. Thân lúa gồm các mô cơ liên kết với nhau tạo lên độ cứng của thân. Các mạch dẫn liên kết với nhau tạo thành bó mạch, phần còn lại của thân lúa là các tế bào màng mỏng. Thân gồm nhiều mắt và lóng.
Trƣớc thời kỳ lúa trỗ, thân lúa đƣợc bao bọc bởi bẹ lá. Số lóng dài từ 3-8 lóng. Lá lúa gồm có phiến lá, cổ lá và bẹ lá. Phiến lá dài trung bình là 30- 40cm, đầu nhọn, hai bên mép lá có gai nhỏ.
Tại cổ lá có hai thìa lá và hai tai lá. Bẹ lá phát triển ôm lấy thân. Bẹ lá: là phần đáy lá kéo dài cuộn thành hình trụ và bao phần non của thân. Phiến lá hẹp, phẳng và dài hơn bẹ lá (trừ lá thứ hai).
Lá thìa là vảy nhỏ và trắng hình tam giác. Tai lá gồm một cặp hình lƣỡi liềm. Lá đƣợc hình thành từ các mầm lá ở mắt thân. Tốc độ ra lá thay đổi theo thời gian sinh trƣởng và điều kiện ngoại cảnh.
Hoa lúa thuộc dạng điển hình của cây hoà thảo gồm vỏ trấu trong, vỏ trấu ngoài, hai mày trấu, nhị đực có 6 bao phấn, nhụy gồm bầu nhụy và 2 vòi nhụy. Khi bông lúa nở hoa, vỏ trấu mở ra, 6 bao phấn vƣơn ra ngoài tung phấn lên vòi nhuỵ. Ở lúa có quá trình thụ tinh kép. Hạt lúa về bản chất là một quả, hạt gạo gồm 2 phần là nội nhũ và phôi.
Nội nhũ là phần dự trữ chất dinh dƣỡng để nuôi phôi. Phôi nằm ở phía cuống của hạt thóc. Khi nảy nầm, phôi sẽ phát triển thành mầm và rễ để bắt đầu một chu trình phát triển mới [8]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 5 Quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây lúa từ khi gieo hạt đến khi thu hoạch trải qua 3 giai đoạn chính là: giai đoạn tăng trƣởng, giai đoạn sinh sản và giai đoạn chín.
Mỗi giai đoạn giữ một vai trò nhất định trong suốt đời sống của cây lúa và yêu cầu những điều kiện ngoại cảnh và dinh dƣỡng khác nhau [8]. * Giai đoạn tăng trưởng Là thời kì từ khi gieo hạt đến khi có đòng. Giai đoạn này chia làm 2 thời kì chính là: thời kì mạ và thời kì đẻ nhánh. Thời kì mạ là thời gian từ khi gieo đến khi đẻ nhánh, với các giống có thời gian sinh trƣởng khoảng 100 ngày thì thời kì mạ khoảng 18 – 22 ngày.
Thời kì đẻ nhánh là thời gian từ khi cây lúa đẻ nhánh đến khi có đòng. Thời kì này kéo dài khoảng 20 – 25 ngày [8]. * Giai đoạn sinh sản Là thời gian từ khi có đòng đến khi lúa trỗ bông, kéo dài khoảng 30 – 35 ngày tùy thuộc vào giống lúa. * Giai đoạn chín Là thời gian từ khi lúa trỗ bông cho đến khi thu hoạch.
Thời gian này kéo dài khoảng 30 ngày ở tất cả các giống lúa. Ở giai đoạn này, lúa thụ phấn, hình thành hạt và lớn lên. Giá trị kinh tế của cây lúa Lúa là một trong những cây lƣơng thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Bên cạnh vai trò cung cấp lƣơng thực cho con ngƣời, lúa còn là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp chế biến thức ăn gia súc, nông nghiệp, y học,.
Vitamin trong cám gạo có tác dụng chữa phù nề, tiêu hoá kém. Vỏ trấu dùng trong công nghiệp sản xuất vật liệu, phân bón. Rơm, rạ làm thức ăn cho gia súc, trồng nấm,… Ngoài ra lúa còn là nguồn hàng hóa xuất khẩu có giá trị cao. Trên thế giới hàng năm lƣợng lúa xuất nhập khẩu đem lại nguồn lợi nhuận kinh tế lớn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.
