Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh của 2 giống lúa nếp n97 và BN4 khi nảy mầm ở nhiệt độ khác nhau

Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây lúa kể từ khi hạt nảy mầm tới khi hạt chín hoàn toàn kéo dài từ 60 đến 250 ngày phụ thuộc vào rất nhiều điều kiện. Trong thời gian đó, cây lúa trải qua các thời kì sinh trưởng và các giai đoạn phát triển khác nhau. Tùy từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây lúa mà nhiệt độ giới hạn thấp biến động từ 10 - 200C; nhiệt độ giới hạn cao biến động từ 30 - 450C và nhiệt độ tối thích biến động từ 20 - 300C [37]. Trong mỗi thời kỳ, giai đoạn không chỉ có những biến đổi về lượng mà còn có cả biến đổi về chất để hoàn thành chu kỳ sinh trưởng, phát triển của nó. Trước đây, có một số cách phân chia thời kỳ sinh trưởng của cây lúa khác nhau nhưng đến nay các nhà khoa học thống nhất chia thời kì sinh trưởng của cây lúa làm 3 thời kỳ: - Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng (nảy mầm, mạ, bén rễ hồi xanh, đẻ nhánh, làm đốt). - Thời kỳ sinh trưởng sinh thực (làm đòng, trổ bông, nở hoa, thụ phấn, thụ tinh). - Thời kỳ hình thành hạt và chín (hạt chín hoàn toàn) [37], [39]. 1.3. Vai trò của cây lúa và tình hình sản xuất lúa gạo 1.3.1. Vai trò của cây lúa Cây lúa là cây lương thực lâu đời nhất, phổ biến nhất. Trên thế giới, về mặt diện tích gieo trồng, lúa đứng thứ 2 sau lúa mì; về tổng sản lượng, lúa đứng thứ ba sau lúa mì và ngô [5]. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Gạo là nguồn lương thực chủ yếu của hơn một nửa dân số thế giới (chủ yếu ở châu Á và châu Mỹ La Tinh). Ở một số nước châu Á như Băng-la-det, Sri-lan-ca, Việt Nam, Cam-pu-chia… lúa là lương thực chính hàng ngày của 90% dân số cả nước, con số này ở In-dô-nê-si-a, Thái Lan là 80%; Phi-lip-pin, Hàn Quốc là 6 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh 75%, Ấn Độ là 65% và Trung Quốc là 63%. Điều này làm cho nó trở thành loại lương thực được con người tiêu thụ nhiều nhất [36], [40]. Tinh bột gạo là nguồn cung cấp calo chủ yếu để duy trì sự sống cho con người. Nguồn cung cấp calo từ gạo đã duy trì sự sống cho khoảng 40% dân số thế giới. Tổng lượng calo trung bình trên thế giới cần khoảng 3119 calo/người/ngày, trong đó lúa gạo cung cấp 552 calo/người/ngày chiếm 18% tổng lượng calo cung cấp cho con người [36]. So với loại ngũ cốc khác, hạt gạo có ưu thế về lượng chất dinh dưỡng trong việc cung cấp năng lượng cho con người và các động vật khác. Gạo chứa khoảng 90% gluxit, đây là chất cung cấp năng lượng chủ yếu cho các hoạt động của con người. Trong hạt gạo protein đứng ở vị trí thứ 2 trong số những chất dự trữ của hạt (chiếm 7 – 10%). Đó là những hợp chất đơn giản gồm các axit amin, glutation… hoặc những hợp chất phức tạp như albumin, globulin, glutelin, promalin [1]. Hàm lượng xenlulozơ trong gạo cao làm cho gạo là loại thức ăn dễ tiêu hóa, hệ số tiêu hóa cao. Hạt lúa có hàm lượng lipit thấp (chiếm 1 – 3%). Ngoài ra nội nhũ của hạt lúa còn chứa các vitamin như: các vitamin nhóm B, vitamin PP và các loại khoáng chất cần thiết cho cơ thể như Ca, P, Fe... [15]. Ngoài ra, các bộ phận khác của cây lúa cũng có rất nhiều lợi ích: rơm, rạ làm chất đốt hoặc thức ăn dự trữ cho chăn nuôi trâu bò; thân cây sau khi thu hoạch được cày vùi làm phân bón; trấu dùng để độn chuồng và là nguyên liệu giá thể để giâm cành các loại hoa; rơm rạ dùng để làm giá thể nuôi nấm (nấm rơm, nấm sò), vật liệu xây dựng, sản xuất giấy… Gạo còn dùng để sản xuất bia, rượu, cồn, làm bánh kẹo, axeton, thuốc chữa bệnh; cám được sử dụng nhiều trong chăn nuôi gia súc, nuôi trồng thủy sản, dùng trong dược phẩm (sản xuất thuốc B1), mĩ phẩm, sơn… Vì vậy lúa gạo đã trở thành mặt hàng có giá trị xuất khẩu. 7 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh Ở Việt Nam, lúa là cây lương thực hàng đầu cung cấp năng lượng duy trì sự sống cho người dân. Nó giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn lương thực. Ngoài ra, còn là cây trồng đóng góp giá trị lớn nhất trong ngành nông nghiệp. Theo số liệu của FAO (1999) cho thấy trong 7,3 triệu ha được sử dụng cho nông nghiệp thì có 3,4 triệu ha dành cho trồng lúa. Lúa vẫn là cây trồng chủ lực chiếm tới 82% diện tích đất canh tác và cung cấp 93% tổng cộng hạt lương thực và lúa gạo được sản xuất chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long và đồng bằng sông Hồng. Chỉ riêng đồng bằng sông Cửu Long đã cung cấp hơn 50% sản lượng gạo cả nước và 90% sản lượng gạo xuất khẩu (FAO, 1999) [38]. 1.3.2. Tình hình sản xuất lúa gạo Cây lúa có khả năng thích ứng rộng với những điều kiện sinh thái khác nhau nên phạm vi trồng lúa trên thế giới phân bố rất rộng, từ 530 vĩ Bắc đến 530 vĩ Nam, từ vùng thấp đến vùng cao, từ những vùng nóng ẩm của Ấn Độ đến các vùng sa mạc có tưới ở Pakistan và ở độ cao 2500m so với mặt nước biển. Lúa có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau và độ pH từ 3 – 10 [6]. Hiện nay, trên thế giới có 114 nước trồng lúa, phân bố trên tất cả các châu lục nhưng tập trung nhiều nhất vẫn là châu Phi với 41 nước và châu Á với 30 nước, tiếp đến là Bắc Trung Mỹ có 14 nước, Nam Phi có 13 nước, châu Âu có 11 nước và châu Đại Dương có 5 nước (FAO, 2006) [38]. Về sản lượng, theo nguồn số liệu của FAO năm 2006, sản lượng lúa toàn thế giới đạt trên 600 triệu tấn (2005) trong đó nhiều nhất là châu Á (xấp xỉ 560 triệu tấn) và ít nhất là châu Đại Dương (1,344 triệu tấn) [38]. Ở Việt Nam lúa là cây trồng chủ lực chiếm vị hàng đầu trong các cây lương thực nói riêng và cây trồng nông nghiệp nói chung, là nguồn lương thực chủ yếu nuôi sống người Việt Nam. Mặc dầu trong 34 năm qua (1975 2009) dân số nước ta từ 48 triệu người (1975) tăng lên 86 triệu người (giữa 8 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh năm 2009), nhưng sản lượng thóc đã tăng từ 10,3 triệu tấn (1975) tăng lên 38,729 triệu tấn (2008) nên nguồn lương thực của xã hội rất dồi dào, đảm bảo an toàn lương thực cho xã hội, còn làm thức ăn cho chăn nuôi và dư thừa để xuất khẩu [19]. Bảng 1.1 Diện tích năng suất và sản lượng lúa qua các năm Năm Diện tích Năng suất Sản lượng (nghìn ha) (tạ/ha) (nghìn tấn) 2000 7666,3 - 32529,5 2001 7492,7 - 32108,4 2002 7505,3 - 34447,2 2003 7452,2 - 34568,8 2004 7445,3 - 36148,9 2005 7329,2 48,90 35832,9 2006 7324,8 48,90 35849,5 2007 7207,4 49,90 35942,7 2008 7400,2 52,30 38729,8 Nguồn: niên giám thống kê 2009 [19] Như vậy, từ năm 2000 đến năm 2008 năng suất và sản lượng lúa ở nước ta có chiều hướng gia tăng, năm sau cao hơn năm trước. Tuy nhiên, tỉ lệ tăng và sự phân bố ở các vùng kinh tế khác nhau là khác nhau. Vùng có diện tích lớn nhất là Đồng bằng Sông Cửu Long, chiếm tới 52,15% tổng diện tích trồng lúa cả nước và do đó cũng chiếm tới 53,37% sản lượng cả nước. Vùng có diện tích thấp nhất là các vùng Tây Nguyên và Đông Nam Bộ có diện tích 211300 – 307700 ha và sản lượng chỉ đạt 935200 – 1313100 tấn. Về năng suất, trung bình cả nước đạt 52,3 tạ/ha trong đó vùng có năng suất bình quân cao nhất là Đồng Bằng Sông Hồng (58,9 tạ/ha). Tiếp đó là vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (53,6 tạ/ha), rồi lần lượt đến Bắc 9 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh Trung Bộ và duyên hải miền Trung (50,5 tạ/ha), Tây Nguyên (44,3 tạ/ha), trung du miền núi phía Bắc (44,1 tạ/ha). Và vùng có năng suất thấp nhất là Đông Nam Bộ (42,8 tạ/ha) [19]. Theo số liệu thống kê của tổng cục thống kê, tính đến năm 2008 nước ta xuất khẩu khoảng 4,5 triệu tấn gạo [19]. Tuy nhiên nông nghiệp Việt Nam cũng đang đứng trước những thách thức lớn. Sản lượng lương thực bình quân năm 2008 là 508,7 kg/người nhưng ở những vùng sâu, vùng xa, vùng đồng bào dân tộc ít người có nhiều khó khăn bình quân lương thực vẫn còn thấp dưới 100 kg/người [19]. Bởi vậy, trong tương lai gần sản xuất lương thực nhất là lúa ở nước ta cũng đang là một yêu cầu cần được quan tâm đúng mức để lúa gạo trở thành sản phẩm hàng hóa có chất lượng cao. 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cây lúa 2.1. Tác hại của nhiệt độ đến sự nảy mầm của hạt lúa và quá trình phát triển của cây lúa Trong điều kiện bảo quản, độ ẩm trong hạt khoảng 13 – 13,5% hạt lúa ở trong trạng thái ngủ nghỉ. Khi ngâm hạt giống vào nước, hạt hút nước, độ ẩm trong hạt tăng lên. Hạt hút no nước thì mới có thể nảy mầm (hạt no nước là hạt hút lượng nước khoảng 25 – 30% khối lượng khô của hạt) [7]. Ngay sau đó một loạt các quá trình trao đổi chất xảy ra, các enzyme bắt đầu hoạt động phân hủy các chất dự trữ trong hạt như hydratcacbon, lipid, protein tạo ra năng lượng cung cấp cho quá trình nảy mầm. Khi hạt nảy mầm, đầu tiên là một khối trắng (tiền thân của mầm và rễ phôi) xuất hiện phá vỏ trấu ra ngoài (gọi là hạt nứt nanh) tiếp đến là mầm xuất hiện và cuối cùng là rễ phôi (còn gọi là rễ mầm, rễ mộng). Mầm xuất hiện trước hết là lá bao hình vảy (mũi chông) thứ đến là lá không hoàn toàn (chỉ có bẹ lá không có phiến lá) không có diệp lục, cuối cùng mới xuất hiện lá thật có đầy đủ bẹ lá, phiến lá và có khả năng hình thành diệp lục. Trong quá trình nảy 10 Khóa luận tốt nghiệp Vũ Thị Vân K33C - Sinh mầm, từ khi hạt nứt nanh cho đến khi hạt có 3 lá thật là thời kỳ cây lúa non sử dụng chất dự trữ trong hạt; chỉ từ khi cây có 4 lá thật trở lên, có 4 – 5 rễ phụ thì mới có thể sống hoàn toàn tự lập [37]. Quá trình nảy mầm của hạt lúa có liên quan mật thiết tới các yếu tố khí hậu như: nước, oxy… đặc biệt là nhiệt độ. Hạt lúa muốn nảy mầm cần có nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ thấp nhất để hạt lúa có thể nảy mầm được là 120C; nhiệt độ tối thích là 30 – 350C hạt lúa nảy mầm tốt nhất, nảy mầm nhanh và tập trung; tối cao là 400C. Tuy nhiên nhiệt độ 12 – 200C hạt lúa nảy mầm rất chậm và không đều [5] do nhiệt độ hạ thấp mầm không lấy được nước, bị mất cân bằng nước và bị héo sinh lý, các phản ứng hóa sinh khác nhau trong mỗi tế bào của cơ thể cũng bị thay đổi gây rối loạn trao đổi chất, cây có thể tích lũy các chất độc hại đối với tế bào. Hơn nữa nhiệt độ thấp cũng làm hủy hoại một số chất trong tế bào, từ đó cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của cây. Còn nếu nhiệt độ cao, trong phạm vi từ 28 – 350C thì lúa sinh trưởng nhanh, nảy mầm nhanh nhưng chất lượng kém [5]. Tùy từng giai đoạn phát triển của cây và tùy từng giống lúa mà ảnh hưởng của nhiệt độ có khác nhau. Phạm vi thích ứng của cây lúa đối với nhiệt độ tối thấp (nhiệt độ giới hạn thấp: từ 10 – 200C) và tối cao (nhiệt độ giới hạn cao: 30 – 450C) cũng như nhiệt độ tối thích (20 – 300C) qua từng giai đoạn phát triển của cây lúa cũng khác nhau. Nhiệt độ giới hạn thấp và nhiệt độ giới hạn cao là ngưỡng nhiệt độ mà nếu vượt khỏi ngưỡng đó thì quá trình sinh trưởng của cây lúa bị dừng lại, cây có thể bị chết. Nhiệt độ tối thích là ngưỡng nhiệt độ mà ở khoảng nhiệt độ đó cây lúa sinh trưởng phát triển tốt nhất. 11