ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
**********************

NGUYỄN THỊ HOÀNG DIỆP

XÁC ĐỊNH CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR LIÊN KẾT VỚI
GEN CHỊU NÓNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHỌN TẠO
GIỐNG LÚA CHỊU NĨNG

Chun ngành: CƠNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số:

60.42.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG–HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng
ThS. Trương Quốc Ánh
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Lê Thị Thủy Tiên

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Võ Đình Lệ Tâm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM,
ngày 29/04/2014.

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch:

TS. Nguyễn Hữu Phúc

2. Thư ký:

PGS.TS. Nguyễn Thúy Hương

3. Phản biện 1: PGS.TS. Lê Thị Thủy Tiên
4. Phản biện 2: TS. Võ Đình Lệ Tâm
5. Ủy viên:

PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và của Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Thị Hoàng Diệp

Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1988
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
I.

MSHV: 11316117
Nơi sinh: Lâm Đồng
Mã số: 60.42.80

TÊN ĐỀ TÀI
Xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen chịu nóng và ứng dụng
trong chọn tạo giống lúa chịu nóng.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nội dung 1: Xây dựng quần thể lai tạo giữa dòng cho gen và dòng tái tục.
Nội dung 2: Lựa chọn phương pháp đánh giá kiểu hình chịu nóng.
Nội dung 3: Lựa chọn và ứng dụng marker cho PCR để xác định con lai chứa gen
của quần thể lai tạo.
Nội dung 4: Ứng dụng chọn dòng bằng marker liên kết trên quần thể con lai.
III.
IV.
V.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/08/2013
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2014
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng
ThS. Trương Quốc Ánh
Tp. HCM, ngày 22 tháng 04 năm 2014
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành luận văn này, tơi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cơ,
đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
-

PGS.TS. Nguyễn Đức Lượng, ThS. Trương Quốc Ánh đã tận tình hướng dẫn
tơi thực hiện luận văn.

-

Các anh chị phịng Cơng nghệ Sinh học, Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông
Nghiệp Miền Nam đã hỗ trợ tôi trong q trình thực hiện các thí nghiệm.

-

Các anh chị, các bạn lớp Cao Học 2011- ngành Công nghệ sinh học-ĐH
Bách Khoa TP. HCM đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
cao học.

-

Ban giám hiệu trường ĐH Bách Khoa, các thầy cô bộ môn Công Nghệ Sinh
học đã tận tình chỉ dạy tơi, truyền đạt cho tơi những kiến thức hết sức q

báu.

Cảm ơn gia đình đã luôn ở bên động viên, hỗ trợ cho con vượt qua nhiều khó khăn
trong q trình học tập.


i

TÓM TẮT
Tại Việt Nam, lúa (Oryza sativa) được xem là cây trồng quan trọng nhất.
Tuy nhiên, biến đổi khí hậu mà biểu hiện rõ nhất là sự gia tăng nhiệt độ tác động
đến sự sinh trưởng, phát triển và làm giảm năng suất lúa trồng đã và đang ảnh
hưởng lớn đến tình hình an ninh lương thực ở nước ta. Do đó, nghiên cứu và phát
triển những giống lúa cho năng suất cao và chống, chịu được nhiệt độ cao trở nên
cần thiết. Mục tiêu của đề tài là xác định chỉ thị phân tử liên kết với gen chịu nóng ở
cây lúa để ứng dụng các chỉ thị phân tử này vào chọn, tạo giống lúa chịu nóng.
Sử dụng kết hợp phương pháp đánh giá chất lượng hạt phấn thông qua tỉ lệ
hạt phấn bất dục và xác định tỉ lệ hạt hữu thụ dưới hai điều kiện tự nhiên ở nhà lưới
và điều kiện nóng nhân tạo trong tủ sinh trưởng, đề tài đã xác định được 4 dịng lúa
lai là 3, 4, 6, 12 có triển vọng chịu nóng trong số 11 dịng lúa lai thí nghiệm và hai
giống bố mẹ là giống chịu nóng N22 và giống tái tục AS996 nhạy nhiệt. Khảo sát 6
chỉ thị phân tử SSR tập trung ở các vùng giả định thuộc nhiễm sắc thể số 3 và số 4,
xác định được 2 chỉ thị phân tử là RM3586 trên nhiễm sắc thể số 3 và RM6089 trên
nhiễm sắc thể số 4 liên kết với gen chịu nóng, thể hiện ở đa hình giữa giống chịu
nhiệt và giống nhạy nhiệt. Ứng dụng các chỉ thị phân tử này trong chọn các dòng
lúa lai chịu nhiệt cho thấy sự phù hợp với kết quả đánh giá kiểu hình.
Kết quả của đề tài góp phần vào cơng tác chọn và tạo các giống lúa mới với
sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử nhằm tạo được giống lúa cho năng suất cao và chống
chịu tốt với điều kiện nhiệt độ cao của môi trường trong tương lai.



ii

ABSTRACT
Rice (Oryza sativa) is Vietnam's most important crop. However, climate
change causing the air temperature to rise, has had a negative impact on the
productivity of rice and is now affecting the food security in our country. Therefore,
research and development of new rice breeds which have a higher productivity and
heat tolerance is becoming essential. The goal of this project is to identify molecular
markers that link heat tolerant genes in rice and to then use these markers to try to
develop a heat-tolerant rice plant.
Combining the pollen quality assessment method using the pollen sterility
ratio and spikelet fertility (seed set rate) under normal temperature in natural
conditions and high temperature in a growth chamber, we identified 4 rice breeding
lines that have heat tolerance in total 13 rice varieties/lines. Surveying the 6 SSR
marker on chromosome 3 and 4, we identified the RM3586 and RM6089 marker
which has links to the heat tolerance genes. These markers showed polymorphism
between heat-tolerant and heat-sensitive lines. The result of selecting heat-tolerant
rice lines using RM3586 and RM6089 markers was accordant with that of
phenotyping.
These results will contribute to developing new rice breeds with the
assistance of molecular markers to create varieties having high productivity and
good tolerance to high temperature conditions of the environment in the future.


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng

trình nào khác.
Ký tên

Nguyễn Thị Hoàng Diệp


iv

MỤC LỤC
TÓM TẮT ................................................................................................................ i
ABSTRACT ............................................................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... viii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. ix
CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU .........................................................................................1
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................3
2.1 Tổng quan về cây lúa...................................................................................... 3
2.1.1 Phân loại thực vật cây lúa......................................................................... 3
2.1.2 Tìm hiểu về genome cây lúa ..................................................................... 3
2.2 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam ..................................... 4
2.3 Tình hình diễn biến khí hậu thế giới và Việt Nam .......................................... 6
2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của cây lúa .................................... 7
2.5 Tính chịu nóng ở cây lúa ................................................................................ 9
2.5.1 Đặc điểm thích nghi chịu nóng ở cây lúa .................................................. 9
2.5.2 Cơ chế của tính chịu nóng ...................................................................... 12
2.6 Phương pháp PCR ........................................................................................ 14
2.6.1 Giới thiệu ............................................................................................... 14
2.6.2 Nguyên tắc chung................................................................................... 15

2.7 Chỉ thị di truyền ........................................................................................... 16
2.7.1 Khái niệm .............................................................................................. 16


v

2.7.2 Phân loại ................................................................................................ 17
2.7.3 Chỉ thị phân tử ....................................................................................... 17
2.8 Ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn giống cây trồng............................. 20
2.9 Giới thiệu về microsatellite........................................................................... 21
2.9.1 Khái niệm ............................................................................................... 21
2.9.2 Các loại microsatellite ............................................................................ 21
2.9.3 Vai trò của microsatellite ....................................................................... 22
2.9.4 Ưu khuyết điểm của phương pháp SSR .................................................. 24
2.9.5 Ứng dụng của microsatellite ................................................................... 25
2.10 Tình hình nghiên cứu tính chịu nóng ở cây lúa ........................................... 25
CHƢƠNG 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................31
3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện .................................................................... 31
3.2 Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 31
3.3 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 32
3.3.1 Lai tạo các dòng lúa từ giống chịu nhiệt và giống tái tục ........................ 32
3.3.2 Chuẩn bị quần thể thí nghiệm ................................................................. 34
3.3.3 Đánh giá kiểu gen quần thể thí nghiệm................................................... 36
3.3.4 Đánh giá kiểu hình giống lúa chịu nóng ................................................. 40
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ-BIỆN LUẬN ...............................................................42
4.1 Đánh giá kiểu gen ......................................................................................... 43
4.1.1 Kết quả tách chiết DNA tổng số ............................................................. 43
4.1.2 Tuyển chọn các SSR primer cho phản ứng PCR ..................................... 47
4.1.3 Kết quả kiểm tra đa hình các chỉ thị phân tử trên vật liệu bố mẹ ............. 50
4.1.4 Sản phẩm PCR của quần thể các dòng lúa lai với các chỉ thị phân tử...... 50



vi

4.2 Kết quả đánh giá kiểu hình tính chịu nóng của các giống/dòng lúa nghiên cứu
........................................................................................................................... 55
4.2.1 Kết quả đánh giá độ hữu thụ hạt phấn..................................................... 56
4.2.2 Đánh giá tỉ lệ hạt hữu thụ (tỉ lệ hạt chắc) ................................................ 58
4.3 So sánh kiểu gen và kiểu hình quần thể thí nghiệm ....................................... 62
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................65
5.1 Kết luận........................................................................................................ 65
5.2 Kiến nghị...................................................................................................... 65


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các loại chỉ thị DNA ............................................................................. 18
Bảng 3.1: Thiết lập nhiệt độ cho tủ sinh trưởng ..................................................... 35
Bảng 3.2: Thành phần hóa chất cho phản ứng PCR ............................................... 40
Bảng 4.1: Kết quả định lượng DNA bằng máy quang phổ kế................................. 45
Bảng 4.2: Trình tự các mồi SSR sử dụng trong thí nghiệm .................................... 49
Bảng 4.3: Kết quả đánh giá hạt phấn của các giống/dòng lúa thí nghiệm ............... 56
Bảng 4.4: Kết quả đánh giá tỉ lệ hạt chắc lép của 2 giống lúa bố mẹ và 11 dịng lai
trồng ngồi nhà lưới và trong tủ sinh trưởng .......................................................... 59
Bảng 4.5: Kết quả phân loại 11 dòng lai dựa vào tỉ lệ hạt hữu thụ ......................... 62
Bảng 4.6: So sánh kiểu gen và kiểu hình quần thể thí nghiệm. ............................... 62



viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cây lúa..................................................................................................... 3
Hình 2.2. Chỉ thị đồng hợp trội (a) và chỉ thị trội hoàn tồn (b) ............................. 19
Hình 3.1. Gieo hạt trong các đĩa petri. ................................................................... 34
Hình 3.2. Lúa 30 ngày tuổi trồng tại nhà lưới. ....................................................... 35
Hình 3.3. Lúa được chuyển vào trồng trong tủ sinh trưởng. ................................... 36
Hình 3.4. Chương trình nhiệt cho phản ứng PCR. .................................................. 39
Hình 3.5. Đánh giá chất lượng hạt phấn................................................................. 41
Hình 4.1. Kết quả điện di sản phẩm DNA tổng số ................................................. 46
Hình 4.3. Kết quả kiểm tra đa hình các chỉ thị phân tử trên vật liệu bố mẹ. ............ 50
Hình 4.4. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM3586 ............................... 51
Hình 4.5. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM1278 ............................... 52
Hình 4.6. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM5320 ............................... 53
Hình 4.7. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM6089 ............................... 53
Hình 4.8. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM6148 ............................... 54
Hình 4.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR với chỉ thị RM6507 ............................... 55


ix

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

AFLP: Amplified fragment length polymorphism
AFP: Amplicon length polymorphism
ALP: Amplicon length polymorphism
CTAB: Cetyl trimethylammonium bromide
DAF: DNA amplification fingerprinting
ĐBSCL: Đồng bằng Sông Cửu Long

DH: Double Haploid
EB: Ethidium bromide
EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid
HSP: Heat shock protein
ISA: Inter – simple sequence repeat amplication
MAS: Marker – assisted selection
MeJA: Methyl jasmonate
NIL: Near isogenic lines
PCR: Polymerase chain reaction
QTL: Quantitive trait loci
RAPD: Random amplified polymorphic DNA
RFLP: Restriction fragment length polymorphism
RIL: Recombinant inbred line


x

SSCP: Single strand conformation polymorphism
STS: Sequence – tagged sites


1

CHƢƠNG 1. MỞ ĐẦU
Sự biến đổi khí hậu tồn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện
rõ nhất là sự nóng lên của trái đất. Đến cuối thế kỷ 21, khí hậu trái đất được dự đốn
sẽ trở nên nóng hơn từ 1,8-4oC (IPCC, 2007), do cả những yếu tố từ con người và tự
nhiên (Eitzinger và ctv, 2010). Sự phát thải khí nhà kính như carbon dioxide,
methane và N2O từ các hệ thống nông nghiệp là một trong những nguồn góp phần
vào sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Kết quả nghiên cứu của Viện Lúa quốc tế về sự

biến thiên của nhiệt độ ghi nhận từ 1979 đến năm 2003 nhiệt độ cao nhất đã tăng
thêm 0,35oC và nhiệt độ thấp nhất tăng thêm 1,13oC.
Cây lúa (Oryza Sativa) là một trong những cây lương thực quan trọng cho
khoảng 1/2 dân số thế giới. Theo thống kê của bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ, năm 2011
trên thế giới có khoảng 158,5 triệu ha đất dùng cho việc trồng lúa, sản lượng là
697,8 triệu tấn thóc, khoảng 90% diện tích này thuộc các nước châu Á (145,3 triệu
ha) với 653,2 triệu tấn thóc chiếm 92% tổng sản lượng lúa gạo thế giới. Hiện nay,
sự thay đổi khí hậu đang diễn biến vô cùng phức tạp làm ảnh hưởng đến sản xuất
lúa gạo trong tương lai gần. Khô hạn, xâm nhập mặn, ngập úng và nhiệt độ cao hơn,
đặc biệt trong giai đoạn lúa làm địng và trổ bơng là những hiện tượng ngày càng rõ
nét, có ảnh hưởng nhất định với cây lúa. Sự gia tăng nền nhiệt độ trong tương lai
hay nhiệt độ tăng cao ở vài giai đoạn quan trọng trong chu trình phát triển sẽ làm
giảm sản lượng hạt. Với tình hình diễn biến xấu của khí hậu, sản lượng lúa ước tính
sẽ giảm bớt đến 41% cho đến cuối thế kỷ 21 (Ceccarelli và ctv, 2010).
Ở Việt Nam, lúa gạo được xem là loại cây trồng quan trọng nhất, và Việt
Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 2 thế giới sau Thái Lan. Tuy nhiên,
ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ tăng đã và đang có ảnh hưởng
lớn đến tình hình an ninh lương thực ở nước ta. Theo ghi nhận của Trung tâm dự
báo khí tượng Thủy văn, nhiệt độ tại miền Nam Việt Nam có ngày đã lên đến 3740oC trong mùa hè, đây là ngưỡng gây hại cho cây lúa ở giai đoạn sinh sản. Do đó,
nhằm đảm bảo sản lượng lúa sản xuất ra trong tương lai, việc nghiên cứu và phát


2

triển những giống lúa cho năng suất cao và có khả năng chống, chịu stress do nhiệt
độ cao trở nên rất cần thiết.
Đề tài “Xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen chịu nóng và ứng dụng
trong chọn tạo giống lúa chịu nóng” được thực hiện làm cơ sở cho việc chọn tạo,
phát triển giống lúa chịu nóng đáp ứng với sự thay đổi của khí hậu, phục vụ cho nhu
cầu sản xuất hiện nay.

Mục tiêu của đề tài:
- Đánh giá kiểu hình chống, chịu nóng của các cá thể trong quần thể lúa lai
tạo.
- Xác định chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen chịu nóng ở cây lúa.
- Ứng dụng chọn giống lúa chịu nóng.
Trong giới hạn về thời gian và các điều kiện khác cho phép, đề tài được giới hạn
trong các nội dung nghiên cứu như sau:
- Xây dựng quần thể lai tạo giữa dòng cho gen và dòng tái tục.
- Lựa chọn phương pháp đánh giá kiểu hình chịu nóng.
- Lựa chọn và ứng dụng marker cho PCR để xác định con lai chứa gen của
quần thể lai tạo.
- Ứng dụng chọn dòng bằng marker liên kết trên quần thể con lai. So sánh kết
quả chọn lọc bằng chỉ thị phân tử với kết quả đánh giá chọn lọc dựa trên
kiểu hình để khẳng định tính chính xác của chọn giống bằng chỉ thị phân tử.


3

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về cây lúa
2.1.1 Phân loại thực vật cây lúa
Theo phân loại thực vật, cây lúa thuộc
Giới: Plantea
Giới phụ: Tracheobionta
Ngành: Magnoliophyta
Lớp: Liliopsida
Hình 2.1. Cây lúa
Lớp phụ: Commelinidae
Bộ: Cyperales
Họ: Poaceae

Chi: Oryza
Loài: Oryza sativa L.(phân bố ở Châu Á) và loài Oryza glaberrima (phân bố
ở Châu Phi)
Trong đó, Oryza sativa L. là tên của lúa trồng phổ biến nhất hiện nay (Nguyễn
Ngọc Đệ, 2008).
2.1.2 Tìm hiểu về genome cây lúa
Lúa là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới, có một
mối quan hệ liên kết gen quan trọng với các loài ngũ cốc khác và là cây điển hình
cho các cây thân cỏ. Như là bước đầu tiên trong mô tả đặc điểm chức năng của bộ
gen lúa, dự án giải trình tự bộ gen lúa (International Rice Genome Sequencing
Project - IRGSP) đã hồn thành việc phân tích các trình tự của bộ gen cây lúa với


4

độ chính xác cao trên bản đồ di truyền. Các phân tích đã cho thấy một vài đặc trưng
nổi bật của bộ gen lúa:
- Kích thước bộ gen là 389 Mb, lớn hơn khoảng 260 Mb so với trình tự đầy đủ của
cây mơ hình Arabidopsis thaliana. Các tác giả thu thập 370 Mb được giải trình tự
hồn chỉnh, đại diện cho 95% bao phủ toàn bộ gen và gần như tất cả các vùng điển
hình.
- Tổng số 37.544 trình tự mã hóa protein liên quan đến yếu tố khơng chuyển vị
được phát hiện, so sánh với khoảng 28.000-29.000 ở Arabidopsis, với một mật độ
gen thấp hơn khoảng 1 gen trên 9,9 kb ở lúa. Tổng số 2.859 gen có lẽ chỉ có ở lúa
và một vài lồi ngũ cốc khác, một vài gen trong số đó có thể phân biệt được cây một
lá mầm và hai lá mầm.
- Gene knockout là những cơng cụ hữu ích để xác định chức năng gen và các gen
liên quan đến kiểu hình. Các tác giả nhận diện được 11.487 vị trí chèn
retrotransposon Tos17, 3.243 trong số đó ở trong các gen.
- Khoảng từ 0,38 đến 0,43% của bộ gen nhân chứa các đoạn DNA cơ quan, đại diện

sự chuyển đổi lặp lại và tiếp diễn của DNA cơ quan đến bộ gen nhân.
- Phần chuyển vị của lúa chiếm ít nhất 35% và được phổ biến bởi các đại diện từ
các liên họ chuyển vị đã biết.
- 80.127 điểm đa hình phân biệt giữa 2 phân loài lúa được trồng là japonica và
indica, tạo nên một bản đồ di truyền độ phân giải cao cho lúa. Tần số đa hình
nucleotide đơn (SNP) biến động từ 0,53 đến 0,78% (International Rice Genome
Sequencing Project, 2005).
2.2 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới và Việt Nam
Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA), sản lượng lúa gạo toàn cầu niên vụ
2011/12 đạt 465,4 triệu tấn gạo, tăng 2,65 triệu tấn so với dự báo đưa ra trước đó và
tăng 3% so với sản lượng niên vụ 2010/11 do diện tích thu hoạch tồn cầu tăng. Sản


5

lượng tăng tại các nước như: Myanmar, Ấn Độ, Malaysia, Ai Cập, Trung Quốc,
Pakistan, EU, Colombia, Nigeria, Australia, Indonesia và Sri Lanka.
Trong khi đó, một số nước của khu vực Nam Mỹ sản lượng lúa gạo lại giảm.
Sản lượng lúa gạo niên vụ 2011/12 của Brazil giảm 136 nghìn tấn, đạt 7,7 triệu tấn
gạo do diện tích và năng suất giảm. Tại Ecuador giảm 82 nghìn tấn, đạt 624 nghìn
tấn gạo do thời tiết mưa quá nhiều vào giai đoạn gieo trồng. Sản xuất lúa gạo niên
vụ 2011/12 của Philippines cũng giảm 84 nghìn tấn, đạt 10,6 triệu tấn gạo.
Sự hình thành và phát triển sản xuất lúa gạo ở nước ta có lịch sử truyền
thống lâu đời và có ảnh hưởng lớn đến đời sống của người dân. Việt Nam có
khoảng 9,3 triệu ha đất nơng nghiệp, phần lớn diện tích đất dành cho trồng lúa là
chính khoảng 4,3 triệu ha (chiếm khoảng 46% diện tích đất nơng nghiệp).
Năm 2009 diện tích canh tác lúa có khoảng 7,44 triệu ha, năm 2011 tăng
thêm 0,21 triệu ha lên 7,65 triệu ha. Theo số liệu tạm tính đến tháng 11/2012 cả
nước đã gieo trồng được 7 triệu ha lúa. Năng suất lúa bình quân 4,2 tấn/ha vào năm
2000 đã tăng lên 5,3 tấn/ha vào năm 2010. Năm 2012 theo số liệu ước tính năng

suất có thể đạt mức cao nhất từ trước đến năm 2012 là 5,6 tấn/ha.
Từ năm 1990 đến nay, sản lượng lúa gạo Việt Nam liên tục tăng trưởng nhờ
biện pháp kỹ thuật canh tác tốt, tăng năng suất và một phần nhờ mở rộng diện tích
canh tác hàng năm. Sản lượng lúa ở nước ta năm 1990 chỉ dừng lại ở 19,23 triệu tấn
nhưng đến năm 2000 đã đạt được 32,51 triệu tấn. Năng suất và diện tích canh tác
tăng khơng ngừng đã giúp Việt Nam lần đầu tiên đạt sản lượng ở mức cao nhất từ
trước tới nay là 42,31 triệu tấn vào năm 2011. Theo tính tốn tạm thời đến tháng 11
năm 2012 nước ta đã thu hoạch được 39,2 triệu tấn.
Từ năm 1989, Việt Nam đã trở thành nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ hai
trên thế giới. Sản lượng lúa gạo Việt Nam đã đạt tới 32,9 triệu tấn suốt từ năm 2000
đến 2002 và lượng gạo xuất khẩu hàng năm khoảng 3,5 triệu tấn. Năm 2009 lần đầu
tiên Việt Nam đạt 6,05 triệu tấn gạo xuất khẩu. Sản lượng xuất khẩu đó khơng
những được duy trì mà cịn tăng liên tiếp trong năm 2010 (6,75 triệu tấn) và năm


6

2011 (7,1 triệu tấn). Tính đến thời điểm tháng 11/2012 nước ta đã xuất được 7,26
triệu tấn. Sản lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam đã cung cấp lương thực cho 120
nước trên toàn thế giới (Đoàn Mạnh Tường, 2012).
Khác với các nước khác trong khu vực, sản xuất nông nghiệp nói chung và
sản xuất lúa gạo của Việt Nam nói riêng đã phát triển một cách vượt bậc, ổn định và
nhanh chóng. Sản xuất và xuất khẩu lúa gạo đã giúp cải thiện thu nhập và nâng cao
đời sống của nơng dân, bên cạnh đó đã nâng cao giá trị hạt gạo của Việt Nam và
thúc đẩy ngành nông nghiệp của nước nhà ngày càng phát triển. Với kết quả trên,
Việt Nam đã nhận được sự đánh giá rất cao của các tổ chức quốc tế và khách hàng
nhập khẩu gạo của chúng ta (Bộ NN và PTNT, 2012).
2.3 Tình hình diễn biến khí hậu thế giới và Việt Nam
Trong thế kỷ XX, trên khắp các châu lục và đại dương, nhiệt độ có xu thế
tăng rõ rệt. Độ lệch tiêu chuẩn của nhiệt độ trung bình tồn cầu là 0,24oC, sai khác

lớn nhất giữa hai năm liên tiếp là 0,29oC (giữa năm 1976 và 1977), tốc độ của xu
thế biến đổi nhiệt độ cả thế kỷ là 0,75oC, nhanh hơn bất kỳ thế kỷ nào trong lịch sử,
kể từ thế kỷ XI đến nay.
Vào 5 thập kỷ gần đây 1956 - 2005, nhiệt độ tăng 0,64 ± 0,13 oC, gấp đôi
mức tăng của cả thế kỷ XX. Rõ ràng xu thế biến đổi nhiệt độ ngày càng nhanh hơn.
Giai đoạn 1995-2006 có 11 năm (trừ 1996) được xếp vào danh sách 12 năm
nhiệt độ cao nhất trong lịch sử quan trắc nhiệt độ kể từ năm 1850. Riêng 5 năm
2001-2005 có nhiệt độ trung bình cao hơn 0,44 oC so với chuẩn trung bình của thời
kỳ 1961-1990.
Nhiệt độ cực trị cũng có xu thế phù hợp với nhiệt độ trung bình, kết quả là
giảm số đêm lạnh và tăng số ngày nóng và biên độ nhiệt giảm đi chừng 0,07oC mỗi
thập kỷ (Nguyễn Văn Thắng và ctv, 2010).
Trong 50 năm (1958 - 2007), nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam đã tăng
khoảng 0,1oC qua mỗi thập kỷ. Nhiệt độ trung bình một số tháng mùa hè tăng


7

khoảng 0,1 - 0,3oC/thập kỷ. Về mùa đông, nhiệt độ giảm đi trong các tháng đầu mùa
và tăng lên trong các tháng cuối mùa.
Có thể nhận thấy nhiệt độ tháng 1 (tháng đặc trưng cho mùa đông), nhiệt độ
tháng 7 (tháng đặc trưng cho mùa hè) và nhiệt độ trung bình năm tăng trên phạm vi
cả nước trong 50 năm qua. Nhiệt độ vào mùa đông tăng nhanh hơn so với mùa hè
và các vùng có nhiệt độ tăng nhanh hơn là Tây Bắc, Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc
Bộ, Bắc Trung Bộ (khoảng 1,3-1,5oC/50 năm). Tính trung bình cho cả nước, nhiệt
độ mùa đông ở nước ta tăng thêm 1,2 oC trong 50 năm qua. Nhiệt độ tháng 7 tăng
khoảng 0,3-0,5oC/50 năm trên tất cả các vùng khí hậu của nước ta. Tính trung bình
cho cả nước, nhiệt độ trung bình năm đã tăng lên khoảng 0,56oC trong 50 năm qua
(Trần Thục và ctv, 2009).
2.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sự phát triển của cây lúa

Nhiệt độ có tác dụng quyết định đến tốc độ sinh trưởng của cây lúa nhanh
hay chậm, tốt hay xấu. Trong phạm vi giới hạn (20-30oC), nhiệt độ càng tăng cây
lúa phát triển càng mạnh. Nhiệt độ trên 40oC hoặc dưới 17oC, cây lúa tăng trưởng
chậm lại. Dưới 13oC cây lúa ngừng sinh trưởng, nếu kéo dài 1 tuần cây lúa sẽ chết.
Phạm vi nhiệt độ mà cây lúa có thể chịu đựng được và nhiệt độ tối hảo thay đổi tùy
theo giống lúa, giai đoạn sinh trưởng, thời gian bị ảnh hưởng và tình trạng sinh lý
của cây lúa. Nói chung, các giống lúa ôn đới chịu đựng nhiệt độ thấp tốt hơn các
giống lúa nhiệt đới và ngược lại. Cây lúa già chịu đựng tốt hơn cây lúa non; thời
gian bị ảnh hưởng càng dài, cây lúa càng suy yếu thì khả năng chịu đựng càng kém.
Đối với lúa nước, cả nhiệt độ khơng khí lẫn nhiệt độ nước đều có ảnh hưởng
trên sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Suốt từ đầu đến khi tượng khối sơ khởi,
đỉnh sinh trưởng của lá, chồi và bông nằm trong nước nên ảnh hưởng của nhiệt độ
nước rất quan trọng. Tuy nhiên, sự vươn dài của lá và sự phát triển chiều cao chịu
ảnh hưởng cả nhiệt độ nước và khơng khí. Đến khi đòng lúa vươn ra khỏi nước, vào
khoảng giai đoạn phân bào giảm nhiễm, thì ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí trở
nên quan trọng hơn. Do đó, có thể nói rằng, nhiệt độ nước và khơng khí ảnh hưởng
trên năng suất và các thành phần năng suất lúa thay đổi tùy giai đoạn sinh trưởng


8

của cây. Trong giai đoạn sinh trưởng ban đầu, nhiệt độ nước ảnh hưởng đến năng
suất thông qua việc ảnh hưởng lên số bông trên bụi. Giai đoạn giữa nhiệt độ nước
ảnh hưởng lên số hạt trên bông và phần trăm hạt chắc. Đến giai đoạn sau, nhiệt độ
khơng khí sẽ ảnh hưởng lên năng suất thông qua ảnh hưởng trên phần trăm hạt chắc
và trọng lượng hạt. Trong phạm vi nhiệt độ từ 22-31oC tốc độ tăng trưởng của cây
lúa hầu như gia tăng theo đường thẳng cùng với sự gia tăng nhiệt độ. Hệ số nhiệt
Q10 được định nghĩa là mức gia tăng sinh khối của cây lúa khi nhiệt độ tăng lên
10oC. Đối với sinh trưởng của cây lúa sau khi nảy mầm Q10 thường bằng 2 và giảm
dần khi nhiệt độ tăng lên quá 32 oC (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

Ảnh hƣởng của nhiệt độ cao
Thiệt hại do nhiệt độ cao thường xảy ra ở vùng nhiệt đới trong mùa nắng vào
giữa trưa khi nhiệt độ vượt quá 35oC và kéo dài hơn 1 giờ đồng hồ. Ở nhiệt độ cao,
chót lá bị khơ trắng, trên lá có những dãy và đốm bị mất màu, nở bụi kém, chiều cao
giảm, số hạt trên bông giảm, bông lúa bị trắng, hạt thối hóa nhiều, hạt bất thụ cao,
hạt chắc giảm. Nói chung, nhiệt độ thích hợp nhất cho cây lúa là 26-28oC, nhiệt độ
thay đổi tùy theo cao độ, vĩ độ và mùa trong năm. Càng lên phía Bắc nhiệt độ càng
trở nên khắt khe, yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng rất quan trọng đến việc trồng lúa. Riêng
ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nhiệt độ trung bình trong năm thay đổi rất
ít, trung bình từ 26-27oC. Ở hầu khắp các nơi trong vùng, tổng nhiệt độ năm lên tới
9500-1000oC, trong khi tổng tích ơn cần thiết của cây lúa trung bình là 35004500oC đối với các giống lúa trung mùa và khoảng 2500-3000oC đối với các giống
lúa ngắn ngày. Do đó, ở ĐBSCL, người ta có thể trồng lúa quanh năm và trồng
được nhiều vụ 1 năm vẫn có khả năng cho năng suất cao miễn bảo đảm có đủ nước
tưới. Yếu tố quyết định mùa vụ ở đây là đất đai và chế độ nước. Tuy nhiên, ở
ĐBSCL, biến động nhiệt độ giữa ngày và đêm (biên độ nhiệt) khá mạnh, nhất là vào
những tháng mùa khơ, biên độ nhiệt ngày và đêm có thể đạt tới 8-10oC tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình tích lũy chất khơ trong cây, giúp cây lúa phát triển tốt và cho
năng suất cao. Năng suất lúa vụ Đơng Xn thường cao hơn các vụ khác trong năm,
ngồi các yếu tố độ phì của đất cao hơn (do được bổ sung trong mùa lũ), bức xạ mặt


9

trời dồi dào hơn, thì biên độ nhiệt ngày và đêm cao cũng là yếu tố quan trọng lý giải
cho hiện tượng này (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).
2.5 Tính chịu nóng ở cây lúa
Tính chịu nóng được xác định là khả năng của thực vật có thể sống và tạo ra
sản phẩm có giá trị kinh tế dưới điều kiện nhiệt độ cao (Wahid và ctv, 2007).
Thực vật không di chuyển được, do đó chúng chỉ có thể chống lại các điều
kiện bất lợi bằng cách biến dưỡng và thay đổi cấu trúc. Khả năng làm giảm nhiệt độ

của bông lúa (spikelet temperature) cùng với giảm độ ẩm tương đối (RH-relative
humidity) được coi là một cơ chế phịng tránh.
Tính chịu nóng thật sự ở những giai đoạn nhạy cảm có thể được thực hiện
bởi việc bảo vệ các protein, enzyme và màng tế bào tránh khỏi tác hại của nhiệt độ
cao. Vai trò của các protein sốc nhiệt (heat shock proteins- HSPs) rất quan trọng
trong các q trình này.
Tính chịu nhiệt vốn có là thước đo khả năng sẵn có của thực vật chịu được
nhiệt độ cao. Nghiên cứu QTL (quantitive trait loci) cho thấy tính chịu nóng ở lúa
trong thời kỳ trổ bông được điều khiển bởi nhiều gen (Shah và ctv, 2011).
2.5.1 Đặc điểm thích nghi chịu nóng ở cây lúa
Cấu trúc thực vật
Cấu trúc thực vật đóng vai trị quan trọng trong chống stress nhiệt độ cao, do
đó cần phát triển các giống có cấu trúc thích hợp giúp đối phó được sự gia tăng của
nhiệt độ. Ví dụ, nếu kiểu hình cây giống như một chùm hoa hình chùy được bao bởi
nhiều lá, cây sẽ chịu nóng tốt hơn nhờ tăng khả năng truyền nhiệt và ngăn bay phấn
hoa nhờ chúng được che bởi lá. Sự giảm thoát hơi nước của hạt phấn hoa sẽ giúp
đảm bảo sự trương lên của hạt phấn, một đặc tính quan trọng cho sự mở ra của bao
phấn.
Thời gian ra hoa và nở hoa


10

Nở hoa xảy ra vào sáng sớm được thảo luận từ lâu như một hiện tượng có ích
để chịu nhiệt độ cao cho kiểu gen cây lúa (IRRI, 1997).
Ra hoa và nở hoa ở hầu hết kiểu gen O.sativa của lúa xảy ra trong thời gian 5
ngày, với hầu hết hoa lúa nở vào thời điểm 10 giờ-12 giờ. Hoa lúa nhô ra từ lớp phủ
của lá lúa ngay trước lúc nở hoa và nở hoa trong khoảng 1 giờ trong buổi sáng.
Cơ chế phòng tránh nhiệt độ cao bao gồm:
- Làm mát hoa lúa ở thời kỳ nở hoa.

- Không đồng bộ sự phát triển chồi và chùm hoa.
- Không đồng bộ thời gian ra hoa của các hoa lúa trong bông.
- Nở hoa và thụ phấn xảy ra trong cùng một hoa lúa (tự thụ phấn).
Đặc điểm thứ hai được xem là một trong những điểm khác nhau chính của
giống chịu nhiệt (N22) và giống nhạy nhiệt độ cao khác (Yoshida, 1981).
Phát triển những kỹ thuật để chắc chắn q trình nở hoa xảy ra hồn tồn
trong cùng một bông lúa (spikelet) sẽ giúp cây tránh stress nhiệt một cách thành
công. Ứng dụng của methyl jasmonate (MeJA) đã được chứng minh là cảm ứng
đáng kể sự nở hoa trong khoảng 30 phút, với cảm ứng nhanh nhất xảy ra chỉ 6 phút
sau khi xử lý (Zeng và ctv, 1999). Kết quả cho thấy MeJA cảm ứng sự mở của hoa
lúa một cách đáng kể. Thêm vào đó, ứng dụng MeJA ngoại sinh ở A.thaliana được
báo cáo liên quan đến khả năng chịu nóng và bảo vệ chống lại sốc nhiệt (Clarke và
ctv, 2009).
Chiều dài của bao phấn
Nghiên cứu cho kết quả là các giống với bao phấn lớn thì chịu được nhiệt độ
cao ở giai đoạn ra hoa (Matsui và Omasa, 2002). Nguyên nhân trực tiếp của stress
nhiệt là sự giảm bớt số lượng hạt phấn sinh ra từ đầu nhụy (stigma) nên có thể cho
rằng những giống có bao phấn to hơn chịu được stress nhiệt vì chúng có một số


11

lượng lớn hạt phấn trên mỗi bao phấn, bù lại cho sự giảm số lượng hạt phấn sinh ra
do tác động của nhiệt độ cao.
Chiều dài chỗ mở ra của vỏ bao phấn
Sự mở ra của bao phấn là bước cuối cùng của sự phát triển bao phấn và kết
quả là phóng thích các hạt phấn để có thể thụ phấn, thụ tinh và tạo hạt. Ở O.sativa,
chỉ nhị bắt đầu kéo dài ra ở đầu sự nở hoa và hạt phấn trương phồng lên nhanh
chóng. Áp lực tăng lên do hạt phấn ở chỗ phồng, gây nứt vách ngăn, đã được làm
yếu đi do tác động của enzyme thủy phân. Bao phấn mở ra thành công và thụ phấn,

chuỗi sự kiện tiếp theo dẫn tới vỡ tại vùng bao phấn mở (stomium) và phóng thích
hạt phấn được đồng bộ hóa với những q trình tiếp theo xảy ra trong bao phấn và
hoa đơn (Zhu và ctv, 2004).
Matsui và Omasa (2002) chỉ ra rằng vài cây trồng chịu nhiệt với độ hữu thụ
bông con lớn hơn 80% dưới nhiệt độ 37,5oC thì có lỗ khuyết phát triển tốt cho sự
mở ra của bao phấn giữa phần vách ngăn và vùng bao phấn mở của vỏ bao phấn.
Lỗ khuyết phát triển tốt lại khơng phải một dấu hiệu thích hợp để khám phá
nguồn di truyền và gây giống của các giống cây trồng chịu nhiệt bởi vì lỗ khuyết
khơng nhìn thấy được từ bên ngoài của bao phấn và tốn thời gian để khảo sát chúng.
Để chọn giống có hiệu quả, xác định được các marker hình thái của tính chịu được
nhiệt độ cao là điều cần thiết. Matsui và Kagata (2003) sử dụng lúa japonica ở Nhật,
báo cáo rằng vỏ bao phấn có chỗ mở ra dài (long basal dehiscence of theca) sẽ giúp
cho sự phân tán hạt phấn tăng đều đặn và hạt phấn được đưa đến núm nhụy trong
điều kiện bình thường. Sự cải thiện di truyền để tạo ra chỗ mở ra của vỏ bao phấn
dài sẽ làm tăng khả năng hạt phấn được tung ra bằng cách bù trừ cho sự giảm của sự
mở ra của vỏ bao phấn và sự trì trệ của sự phóng thích hạt phấn, vì thế tăng sức
chống, chịu với nhiệt độ cao. Người ta có thể dễ dàng để đo kích thước lỗ nứt ra.
Dưới nhiệt độ cao, sự trồi lên của hạt phấn bị ức chế, dẫn đến vỏ bao phấn khơng
mở ra được. Trong khi đó nhiệt độ cao làm cho q trình phóng thích hạt phấn bị
thất bại. Trong thí nghiệm khác, Matsui (2005) tìm ra rằng vỏ bao phấn có chỗ mở
ra dài sẽ giúp hạt phấn rơi từ vỏ bao phấn xuống núm nhụy và tăng tính bền của sự