KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ TÍNH TRẠNG PHẨM CHẤT NGUỒN GEN LÚA ĐANG LƯU GIỮ TẠI NGÂN HÀNG GEN CÂY TRỒNG QUỐC GIA Nguyễn Song Hà cộng I ĐẶT VẤN ĐỀ Tài nguyên trồng tài sản quý giá nhân loại Công việc bảo tồn sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên tiền đề để nâng cao sản lượng chất lượng trồng góp phần vào việc xố đói giảm nghèo, bảo đảm an ninh lương thực ứng phó với biến đổi khí hậu Hiện Ngân hàng gen trồng Quốc gia lưu giữ 18.000 nguồn gen gần 140 lồi nơng nghiệp với nhiều hình thức khác Tại Ngân hàng gen hạt giống lưu giữ khoảng 15.000 nguồn gen 100 lồi trồng có hạt, 7.000 nguồn gen nguồn gen lúa Song song với việc lưu giữ nhằm đảm bảo khơng bị xói mịn mát nguồn gen việc phân tích, đánh giá ban đầu đánh giá chi tiết nguồn gen trồng nơng nghiệp nói chung nguồn gen lúa nói riêng nhiệm vụ đặt cách cấp thiết nhằm góp phần thúc đẩy việc khai thác, sử dụng có hiệu nguồn gen quý mà có Các giống lúa bên cạnh tiêu suất, tính kháng sâu bệnh, kháng điều kiện sinh thái khơng thuận lợi cịn có tiêu chất lượng quan trọng khác hàm lượng Protein, Amylose, nhiệt độ hóa hồ, hình dạng, kích thước, độ trắng trong, tỷ lệ gạo nguyên sau xay xát Chỉ có sâu vào nghiên cứu chất lượng chất di truyền chất lượng hiểu hết khai thác có hiệu nguồn gen quý mà có Nhân dân ta thường chia gạo thành lúa chiêm lúa mùa, lúa Nếp lúa Tẻ Nói chung gạo mùa thường ngon gạo chiêm giống lúa đặc sản lại toàn giống vụ mùa Qua việc nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện trồng trọt chất lượng thóc gạo dần sáng tỏ vấn đề Trên thực tế chất lượng tốt hình thành số địa phương định Ví dụ lúa Nàng thơm chợ Đào Nam Bộ ngon trồng khu vực đó, cịn mang trồng vùng sinh thái khác chất lượng bị giảm sút Để góp phần vào cơng việc này, chúng tơi xin xem xét bước đầu đánh giá số tính trạng chất lượng nguồn gen lúa lưu giữ Ngân hàng gen trồng Quốc gia II NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu - Các tính trạng phân tích: + Phân loại loài phụ Indica, Japonica phân biệt Nếp, Tẻ + Nhiệt độ hóa hồ; Độ bạc bụng; Khối lượng 100 hạt; Độ thơm hàm lượng amylose - Đánh giá mức độ biến động tính trạng nghiên cứu - Xác định mối quan hệ tính trạng nghiên cứu Vật liệu nghiên cứu Các mẫu giống lúa cung cấp từ Ngân hàng gen hạt giống Đây giống lúa thuộc tập đoàn quỹ gen Lúa bảo tồn bước vào khai thác sử dụng Ngân hàng gen trồng Quốc gia Phương pháp nghiên cứu 3.1 Chuẩn bị mẫu phân tích: Sơ đồ chuẩn bị mẫu phân tích Thãc Bãc vá trÊu - Phân loại loài phụ - Xác định khối lượng 100 hạt (g) - Xác định độ bạc bụng - Phân biệt lúa nếp, lúa tẻ - Xác định độ phân hủy kiềm - Xác định độ thơm Bóc vỏ cám Gạo xát Nghiền (lọt lỗ sàng 0,20 mm) - Xác định hàm lượng amylose 3.2 Phng phỏp xỏc nh số - Phân loại loài phụ Indica Japonica theo phương pháp phân loại nhanh Oka (1958); - Xác định khối lượng 100 hạt, nhiệt độ hóa hồ, độ bạc bụng hạt, dạng tinh bột nội nhũ, độ thơm theo phương pháp Quốc tế IRRI; - Xác định hàm lượng amylose theo phương pháp IRRI (Perez Juliano, 1981) - Số liệu xử lý phương pháp thống kê theo chương trình mẫu thống kê excel III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Đánh giá tính trạng 1.1 Phân biệt lúa Nếp - Tẻ phân loại loài phụ Indica - Japonica Chúng tiến hành phân loại 6.184 mẫu giống lúa lưu giữ Ngân hàng gen hạt giống để xác định dạng nội nhũ theo thể loại giống Nếp Tẻ, phân loại lồi phụ Japonica Indica Kết trình bày Bảng Dựa kết cho thấy, tổng số 6.184 mẫu giống có 3.774 giống lúa Tẻ chiếm tỷ lệ 61% 2.410 giống lúa Nếp chiếm tỷ lệ 39% Trong nhóm lúa Tẻ có 1.500 giống thuộc nhóm lúa Japonica 2.274 giống thuộc nhóm lúa Indica Đối với nhóm lúa Nếp có 1.716 giống thuộc nhóm lúa Japonica 694 giống thuộc nhóm lúa Indica Điều cho thấy nhóm lúa Tẻ tỷ lệ lúa Indica cao so với lúa Japonica (60,2%/39,8%) nhóm lúa Nếp tỷ lệ lại trái ngược, tỷ lệ lúa Indica thấp nhiều so với lúa Japonica (28,8%/71,2) Tỷ lệ lúa Nếp, Tẻ, Indica Japonica thể Đồ thị Bảng1: Kết phân loại lồi phụ phân biệt nhóm lúa Nếp/Tẻ Thể loại giống TT Loài phụ Tổng số giống Số lượng Theo tổng thể mẫu Theo loài phụ 6.184 - Japonica 3.216 - Indica 2.968 Tỷ lệ (%) Tẻ Số lượng Nếp Tỷ lệ (%) Số lượng Tỷ lệ (%) 3.774 61,0 2.410 39,0 52,0 1.500 38,8 1.716 71,2 48,0 2.274 60,2 694 28,8 Qua kết phân loại loài, đối chiếu với nguồn gốc thu thập giống lúa chúng tơi nhận thấy tồn lúa Japonica phân bố rộng khắp chủ yếu miền Bắc, miền Trung giảm dần vào miền Nam Riêng khu vực đồng sơng Cửu Long chủ yếu lúa Indica (Nguyễn Hữu Nghĩa, Lưu Ngọc Trình, 2000) Indica nếp 11% Japonica tẻ 24% Japonica nếp 28% Indica tẻ 37% Đồ thị Tỷ lệ lúa Nếp – Tẻ; Indica Japonica 1.2 Nhiệt độ hóa hồ Nhiệt độ hóa hồ tinh bột gạo nhiệt độ mà lên đến nước hấp thụ hạt tinh bột phồng lên đồng thời dạng tinh thể biến Nhiệt độ hóa hồ tinh bột gạo thường từ 55OC – 79OC chia thành bốn nhóm chính: Thấp (55 – 65OC), trung bình (65 - 70OC), trung bình (70 – 74OC) cao (>74OC) Nhiệt độ hóa hồ mẫu giống xác định thông qua mức độ phân hủy dung dịch Potassium hydroxide Mức độ phân hủy dung dịch Potassium hydroxide tỷ lệ nghịch với nhiệt độ hóa hồ tinh bột, điều có nghĩa giống có độ phân hủy kiềm cao nhiệt độ hóa hồ thấp ngược lại Kết đánh giá mức độ phân hủy dung dịch kiềm trình bày Bảng 2, tỷ lệ mức độ phân hủy kiềm thể Đồ thị Dựa kết cho thấy xét mức độ tổng thể mẫu nghiên cứu nhóm có độ phân hủy kiềm trung bình nhiều chiếm 60%, nhóm có độ phân hủy kiềm thấp chiếm 4%, trung bình 14% nhóm có độ phân hủy kiềm cao 22% Nếu đánh giá mức độ nhóm nhóm lúa Tẻ tỷ lệ khơng có khác biệt lớn Tỷ lệ mẫu lúa có độ phân hủy kiềm trung bình chiếm 60% Tuy nhiên mức độ phân hủy kiềm cao nhóm lúa chiếm có 13% tổng số mẫu lúa Tẻ nhóm lúa Nếp tỷ lệ mẫu giống có mức độ phân hủy kiềm cao chiếm tới 36%, mức độ phân hủy thấp trung bình chiếm tương ứng 1% 3% Mức độ phân hủy trung bình nhóm lúa Nếp chiếm 60% tương tự tổng thể mẫu nhóm lúa Tẻ Bảng Kết đánh giá mức độ phân hủy dung dịch kiềm Tổng thể mẫu Nhóm lúa Tẻ Nhóm lúa Nếp phân hủy Số Số Số kiềm lượng Mức độ TT Tỷ lệ % lượng Tỷ lệ % lượng Tỷ lệ % Thấp 256 234 21 Dưới TB 870 14 787 21 76 3 Trung bình 3.739 60 2.254 60 1.451 60 Cao 1.366 22 504 13 860 36 Thấp 4% Dưới TB 14% Cao 22% TB 60% Đồ thị Tỷ lệ mức độ phân hủy kiềm tổng thể mẫu Qua kết cho thấy đa số mẫu giống lúa có mức độ phân hủy dung dịch kiềm mức trung bình tương đương với nhiệt độ hóa hồ mức độ trung bình Nhiệt độ hóa hồ cao chiếm tỷ lệ nhỏ 4% Nhiệt độ hóa hồ liên hệ phần với hàm lượng amylose tinh bột Nhiệt độ hóa hồ phản ánh độ cứng hạt tinh bột phơi nhũ ảnh hưởng đến công côn trùng, nấm vi khuẩn trình bảo quản (Mai Văn Lề, Bùi Đức Hợi, 1986) Có thể giống có nhiệt độ hóa hồ cao bị thiệt hại so với giống có nhiệt độ hóa hồ thấp 1.3 Độ bạc bụng Hiện tượng đục hạt gạo Nếp thân cấu trúc hạt tinh bột Sự vắng mặt phân tử amylose lúa Nếp làm hạt tinh bột cịn khe hở rộng, tính chất đồng cấu trúc hạt tinh bột Vì người ta xét độ bạc bụng nhóm lúa Tẻ Hiện tượng bạc bụng định giống ngoại cảnh Nói chung bạc bụng chín chưa hồn tồn nội nhũ Độ bạc bụng hạt gạo quan trọng với người tiêu dùng nên quan trọng người sản xuất Người tiêu dùng thích loại gạo có độ bạc bụng thấp trắng trong, mục tiêu quan trọng để chọn giống Độ bạc bụng nội nhũ phần yếu tố di truyền điều kiện môi trường mà chủ yếu nhiệt độ sau lúa trỗ ảnh hưởng đến đặc tính (Nguyễn Văn Hiển đồng tác giả, 1976) Nhiệt độ cao làm tăng độ đục nhiệt độ thấp làm giảm độ đục Lúc lúa làm hạt độ nhiệt chênh lệch ngày đêm cao thường tăng tỷ lệ bạc bụng Gạo mùa ta thường ngon bạc bụng gạo chiêm Kết đánh giá 3.774 nguồn gen lúa Tẻ thể Đồ thị Qua kết phân tích chúng tơi thấy tổng số 3.774 giống lúa Tẻ đánh giá số lượng giống không bạc bụng bạc bụng chiếm tỷ lệ cao (66%) số lượng giống có độ bạc bụng nhiều chiếm có 13% số lượng giống có độ bạc bụng trung bình chiếm 21% Điều cho thấy xét riêng tiêu nguồn gen lúa Tẻ bảo quản có đặc tính tốt độ bạc bụng thấp chí khơng bạc bụng (21%) phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng Ngoài phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng đặc tính ảnh hưởng lớn đến kỹ nghệ xay xát Sự phân bố vết đục hạt gạo ảnh hưởng lớn đến kỹ nghệ Có lợi vết đục nằm bên, giống có vết đục nằm tâm nội nhũ hay bị vỡ xay xát Bạc bụng nhiều 13% Không bạc bụng 21% Bạc bụng TB 21% Bạc bụng 45% Đồ thị Tỷ lệ độ bạc bụng giống lúa 1.4 Khối lượng 100 hạt Do tính chất khối lượng lưu giữ mẫu giống không nhiều nên việc đánh giá trọng lượng tuyệt đối của mẫu giống (trọng lượng 1.000 hạt) đánh giá thông qua trọng lượng 100 hạt Kết đánh giá cho thấy, nhóm lúa Tẻ giống có trọng lượng 100 hạt thấp 1,38g giống có trọng lượng 100 hạt cao 4,59g trọng lượng 100 hạt trung bình 2,58g Đối với nhóm lúa Nếp, giống có trọng lượng 100 hạt thấp 1,62g, cao 5,38g trung bình 3,10g 1.5 Độ thơm Do điều kiện để đánh giá độ thơm phụ thuộc vào việc nhân giống hàng năm Phần lớn mẫu giống thu thập bảo quản với thời gian lâu đánh giá độ thơm Việc đánh giá độ thơm tiến hành sau lúa thu hoạch khoảng tháng Vì tiêu đánh giá 893 giống (375 giống lúa Tẻ 518 giống lúa Nếp) tổng số 6.184 mẫu giống đánh giá tiêu khác nêu Mùi thơm lúa gạo tạo hợp chất dễ bay 2-acetyl-1pyrroline Tất giống lúa có hợp chất giống có hàm lượng vượt 0,1ppm tạo nên mùi thơm Kết đánh giá độ thơm trình bày Đồ thị Thơm nhiều 10% Khơng thơm 50% Thơm 40% Đồ thị Tỷ lệ mức độ thơm giống lúa Qua kết đánh cho thấy 50% mẫu giống đánh giá có độ thơm đặc biệt có đến 10% giống lúa thơm Trong tổng số 893 giống lúa đánh giá độ thơm có 375 giống lúa Tẻ 518 giống lúa Nếp Tỷ lệ giống có độ thơm nhóm lúa Tẻ 48% nhóm lúa Nếp 50% Điều cho thấy tỷ lệ giống có hương thơm nhóm lúa tương tự tỷ lệ giống có hương thơm tổng thể mẫu 1.6 Hàm lượng amylose Amylose tiêu nhạy để đánh giá chất lượng nấu nướng giống lúa Do tượng tự kết amylose nên cơm nấu từ gạo giàu amylose thường cứng Hàm lượng amylose tỷ lệ thuận với độ nở, độ khô độ rời cơm; tỷ lệ nghịch với độ dính, độ bóng độ dẻo cơm Chúng tơi tiến hành phân tích hàm lượng amylose 262 giống lúa có 212 giống lúa Tẻ 50 giống lúa Nếp Kết cho thấy nhóm lúa Tẻ hàm lượng amylose trung bình tương đối cao (25,3%) nhiên có số giống có hàm lượng amylose thấp 17% giống có Số đăng ký 6403 (14%); 5061 (14,2%); 4023 (14,4%) 9985 (15,5%) Đối với nhóm lúa Nếp hàm lượng amylose trung bình 3,4%, hàm lượng thể đặc trưng giống lúa Nếp, nhiên có số giống lúa Nếp có hàm lượng amylose cao giống có Số đăng ký 1286 (7,3%), 7029 (5,9%) 1282 (5,8%) Đánh giá độ biến động số tính trạng nghiên cứu Xét kết phân tích thống kê tính trạng khối lượng 100 hạt, mức độ phân huỷ kiềm, mức độ bạc bụng, mức độ thơm hàm lượng amylose Bảng cho thấy mức độ biến động tính trạng lớn thông qua giá trị cực đại, cực tiểu hệ số biến động Độ biến động hai nhóm lúa lớn gần tưong đương Bảng 3: Các tham số thống kê số tính trạng nghiên cứu Tham số thống kê thể loại giống Tính trạng Cực tiểu Cực đại Trung bình Hệ số biến động CV% Tẻ Tẻ Nếp Tẻ Nếp Tẻ Nếp Khối lượng 100 hạt (g) 1,38 1,62 4,59 5,38 2,58 3,10 26,18 23,43 Độ phân huỷ kiềm 1,00 1,00 4,00 4,00 3,00 3,04 28,37 27,52 Độ bạc bụng 1,00 - 4,00 - 2,27 - Độ thơm 1,00 1,00 3,00 3,00 1,59 1,63 51,16 49,85 Hàm lượng amylose 14,00 1,50 31,6 7,30 25,3 3,4 6,94 42,66 Nếp - 35,94 Số liệu bảng cho thấy, giống lúa thuộc nhóm lúa Tẻ có khối lượng 100 hạt trung bình 2,58 g, giống có khối lượng 100 hạt nhỏ 1,38 g lớn 4,59g Mức độ biến động tính trạng lớn (26,18%) Các giống lúa thuộc nhóm lúa Nếp có khối lượng 100 hạt trung bình 3,10g, giống có khối lượng 100 hạt nhỏ 1,62g giống có khối lượng 100 hạt lớn 5,38g Mức độ biến động lớn (23,43%) tương đương với nhóm lúa Tẻ Đối với hàm lượng amylose, nhóm lúa Tẻ hàm lượng amylose trung bình 25,3%, giống có hàm lượng amylose thấp 14% giống có hàm lượng amylose cao 31,6% Mức độ biến động thấp với hệ số biến động 6,94% Hàm lượng amylose nhóm lúa Nếp trung bình 3,4%, giống có hàm lượng amylose thấp 1,5% giống có hàm lượng amylose cao 7,3% Hệ số biến động 35,94% Tuy nhiên kết đánh giá hàm lượng amylose 262 giống lúa, số tổng số 6.000 nguồn gen lúa bảo tồn nên chưa thể thể cách rõ ràng Do cần phải tiến hành phân tích nhiều để đánh giá cách xác tính trạng nguồn gen lúa bảo tồn Xác định mối quan hệ tính trạng nghiên cứu 3.1 Xác định mối quan hệ tính trạng nghiên cứu nhóm lúa Tẻ Mối quan hệ tính trạng nghiên cứu với độ thơm, hàm lượng amylose nhóm lúa Tẻ trình bày Bảng Bảng Ma trận tương quan tính trạng nghiên cứu nhóm lúa Tẻ T T Tính trạng P 100 Phân hủy kiềm Độ bạc bụng Hàm lượng amylose Độ thơm P 100 Phân hủy kiềm Độ bạc bụng Hàm lượng amylose 0.34* 0.45* 0.01 -0.26 -0.07 -0.18 -0.76* -0.10 -0.57* -0.30* Độ thơm Ghi chú: (*) P = 95% Xét mối tương quan tính trạng nhóm lúa Tẻ Bảng cho thấy mối tương quan tính trạng phân hủy kiềm, độ bạc bụng với trọng lượng 100 hạt mối tương quan thuận với r = 0,34 r = 0,45 Mức tin cậy 95% Như có nghĩa giống có trọng lượng 100 hạt lớn độ phân hủy kiềm độ bạc bụng cao Tuy nhiên mối tương quan tính trạng độ thơm với trọng lượng 100 hạt lại mối tương quan nghịch tương đối chặt với r = -0,76 Mức tin cậy 95% Khi xem xét mối tương quan tính trạng hàm lượng amylose với độ thơm ta thấy có mối tương quan nghịch với r = -0,30 Mức tin cậy 95% Cũng tương tự, hai tính trạng độ thơm độ bạc bụng có mối tương quan nghịch tương đối chặt với r = -0,57 3.1 Xác định mối quan hệ tính trạng nghiên cứu nhóm lúa Nếp Mối quan hệ tính trạng nghiên cứu với độ thơm, hàm lượng amylose nhóm lúa Nếp trình bày Bảng 10 Bảng Ma trận tương quan tính trạng nghiên cứu nhóm lúa Nếp P 100 Phân hủy kiềm Hàm lượng amylose Độ thơm 1 P 100 0.10 Phân hủy kiềm -0.22 Hàm lượng amylose -0.20 0.66* 0.17 -0.31* Độ thơm Ghi chú: (*) P = 95% TT Tính trạng Cũng tương tự nhóm lúa Tẻ, mối quan hệ tính trạng độ thơm với hàm lượng amylose mối tương quan nghịch với r = -0,31 Mức tin cậy 95% Tuy nhiên ngược lại với nhóm lúa Tẻ mối tương quan hai tính trạng độ thơm trọng lượng 100 hạt nhóm lúa Nếp lại mối tương quan thuận tương đối chặt với r = 0,66 Mức tin cậy 95% IV Kết luận kiến nghị Kết luận - Cả hai nhóm lúa Tẻ Nếp có biến động lớn tính trạng nghiên cứu Điều chứng tỏ nguồn gen lúa bảo tồn phong phú - Tỷ lệ lúa Tẻ có nguồn gen lúa chiếm 61% cao so với lúa Nếp (39%) Tỷ lệ lúa Indica chiếm 48% lúa Japonica 52% - Một số giống lúa Tẻ có hàm lượng amylose tương đối thấp 17% giống có Số đăng ký 6403 (14%); 5061 (14,2%); 4023 (14,4%) 9985 (15,5%) sử dụng cơng tác khai thác làm giàu nguồn gen - Có tương quan thuận tính trạng độ thơm với tính trạng trọng lượng 100 hạt nhóm lúa Nếp Tuy nhiên mối quan hệ nhóm lúa Tẻ lại mối tương quan nghịch - Ở hai nhóm lúa Nếp Tẻ có mối quan hệ độ thơm hàm lượng amylose mối tương quan nghịch Kiến nghị: - Xúc tiến phân tích mở rộng nguồn gen lúa bảo tồn Ngân hàng gen trồng Quốc gia tính trạng chất lượng để đánh giá có thơng tin đầy đủ xác góp phần thúc đẩy việc khai thác sử dụng 11 có hiệu nguồn gen Lúa, nguồn gen coi có khả giới thiệu sản xuất; - Tiến hành phân tích xác định mối quan hệ tính trạng chất lượng với tiêu đánh giá khác để tìm mối quan hệ tính trạng này; - Tiến hành phân tích biến động tính trạng chất lượng q trình bảo quản nhằm góp phần nâng cao hiệu công tác bảo tồn nguồn gen 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Doãn Diên cộng (1990), “Nghiên cứu chất lượng lúa gạo tập đồn lúa Việt Nam”, Tạp chí KHKTNN & CNTP Bùi Huy Đáp (1980), Cây lúa Việt Nam, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Hiển, Nguyễn Xuân Quý, Phạm Văn Nam (1976), “Sơ khảo sát phẩm chất số giống lúa Sự liên quan đặc trưng đặc tính giống với phẩm chất hạt ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến phẩm chất hạt”, Báo cáo KHKTNN – ĐHNN1 Mai Văn Lề, Bùi Đức Hợi (1988), Bảo quản lương thực, NXB Khoa học Kỹ thuật Mai Văn Lề, Bùi Đức Hợi, Lê Thị Cúc, Lê Hồng Khanh (1986), Giáo trình bảo quản lương thực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nguyễn Hữu Nghĩa, Lưu Ngọc Trình (2000), “Sử dụng bền vững tài nguyên di truyền lúa chọn tạo giống sản xuất”, Báo cáo Hội nghị bảo tồn in-situ TNDTTV phục vụ cho mục tiêu lương thực nông nghiệp, Hà Nội 21 – 23/3/2000 Little, R.R., et al (1958), “Differential effect of dilute alkali on 25 varieties of milled rice”, Cereal Chem 35:111-126 Oka, H.I (1958), “Intervarietal variation and classification of cultivated rice”, Ind J Genet, and Pit Breed, 18, 70-89 13