Thạc Sĩ Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày và biện pháp canh tác cho một số tỉnh phía Nam

Luận án tiến sĩ năm 2013
Đề tài: Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày và biện pháp canh tác cho một số tỉnh phía Nam


MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, ngô (Zea mays L.) là cây lương thực quan trọng đứng thứ hai
sau cây lúa và là nguyên liệu chính để chế biến thức ăn cho chăn nuôi. Theo số liệu
của Trung tâm Tin học và Thống kê – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
[17], diện tích trồng ngô của cả nước năm 2011 là 1.082.700 ha, năng suất đạt 43
tạ/ha, sản lượng trung bình đạt 4,7 triệu tấn. Với sản lượng này, trong năm 2011
chúng ta vẫn phải nhập khẩu 0,972 triệu tấn để phục vụ cho chế biến thức ăn gia
súc. Trong tiến trình hiện đại hóa ngành nông nghiệp, tỉ trọng của ngành chăn nuôi
trong nông nghiệp sẽ được nâng cao, vì vậy nhu cầu về ngô thương phẩm cho việc
chế biến thức ăn gia súc chắc chắn sẽ tăng theo.
Một trong những nguyên nhân làm năng suất ngô ở nước ta thấp là do tình
trạng khô hạn. Ở những vùng trồng ngô trọng điểm của nước ta như các tỉnh vùng
cao nguyên Lâm Đồng, Đông Nam bộ, đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh
miền núi phía Bắc, việc canh tác ngô phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước mưa hàng
năm, do vậy, năng suất thường bấp bênh và thấp nếu tình trạng khô hạn xảy ra trong
những năm mùa mưa kết thúc sớm. Ước tính sản lượng ngô bị thiệt hại do hạn ở
Việt Nam lên đến 30%, một số vùng trong những năm gần đây diện tích bị hạn lên
đến 70-80% và nhiều vùng trong năm 2004 không cho thu hoạch. Nguyên nhân chủ
yếu do hiện nay chúng ta có khoảng 0,6-0,7 triệu ha ngô được canh tác nhờ nước
trời. Ở những vùng này, cây ngô thường bị hạn đầu vụ trong vụ Hè Thu và thường
bị hạn trong giai đoạn trỗ cờ phun râu của vụ Thu Đông ( Phan Xuan Hao, 2005)
[139]. Ở các tỉnh phía Nam, có hai thời điểm cây ngô dễ bị hạn nhất, đó là: i) vào
khoảng thời gian cuối tháng 7 đầu tháng 8 hàng năm, lúc cây ngô vụ Hè Thu ở giai
đọan trỗ cờ, gọi là hạn “bà chằng” ii) cuối vụ Thu Đông, khi cây ngô đang giai đoạn
chín sữa làm giảm năng suất nghiêm trọng. Ngoài ra, hạn có thể xảy ra bất cứ lúc
nào trong chu kỳ sinh trưởng và phát triển của cây ngô với tần suất và mức độ ngày
càng gia tăng.
2
Hạn hán là một trong ba tác nhân phi sinh học trở ngại chính cho việc sản
xuất ngô trên toàn cầu. Hạn hán làm giảm năng suất ngô là một thực tế đã và đang
xảy ra với tần suất phạm vi, cường độ ngày càng nghiêm trọng và rất khó dự đoán
để có thể điều chỉnh mùa vụ né tránh. Do vậy, một trong những giải pháp đầu tiên
được quan tâm là lai tạo các giống ngô chịu hạn nhằm giảm bớt thiệt hại (Ludlow
and Muchow 1990; Ribaut và cộng sự, 1996) [118], [145]. Trong nghiên cứu chọn
tạo giống ngô chịu hạn, ngoài việc trực tiếp chọn năng suất người ta còn dùng các
tính trạng thứ cấp liên quan làm chỉ tiêu gián tiếp như khoảng c ách giữa trỗ cờ -phun râu, số hạt/bắp, khối lượng hạt, số cây không bắp, chỉ số lá còn xanh, k hối
lượng rễ ở các tầng đất sâu và một số tính trạng khác làm tiêu chí chọn lọc (Bolanos
và Edmeades 1993, 1996)[40], [41], trong đó, khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu
(Anthersis Silking Interval-ASI), việc hình thành bắp là những tính trạng thứ cấp
được xem xét kỹ lưỡng (Edmeades và cộng sự, 1999; Li và cộng sự, 2002)
[77],[111]. Trong điều kiện khô hạn, sự không đồng bộ giữa trỗ cờ và phun râu sẽ
xảy ra làm gia tăng khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu nên năng suất giảm
(Westgate và Boyer, 1986; Bolanos và Edmeades, 1993; Edmeades và cộng sự,
1999) [181],[40],[77]. Việc chọn giống có khoảng cách trỗ cờ và phun râu ngắn sẽ
góp phần vào việc tăng tỷ lệ sự hình thành bắp dẫn đến tăng năng suất (Bolanos và
cộng sự,1993; Ribaut và cộng sự, 1997; Edmeades và cộng sự, 1999)
[40],[144],[77].
Đa dạng di truyền đóng một vai trò quan trọng trong việc chọn tạo giống ngô
(William và Michael, 2002; Duan và cộng sự, 2006)[186], [70]. Việc xác định
những dòng bố mẹ để tạo ra những tổ hợp lai ưu tú tốn nhiều chi phí và thời gian
trong việc phát triển các dòng thuần. Xác định mức độ đa dạng cho phép chọn lựa
sơ đồ lai tạo hợp lý nhất, khả năng thành công nhanh với chi phí giảm bớt đáng kể.
Đánh giá đa dạng di truyền nhờ chỉ thị phân tử giúp giảm bớt khối lượng công việc
rất lớn so với phương pháp truyền thống vì ít phụ thuộc thời tiết môi trường và
nhanh chóng hơn (Chapman và Edmaedes, 1999; Betran và cộng sự, 2003; Bùi Chí
Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007) [55], [38],[3].
3
Giống mới cần phải có tính ổn định, tính thích nghi cao với các điều kiện môi
trường khác nhau để gia tăng độ tin cậy về giống. Khi được trồng tại n hiều địa điểm
để đánh giá tính ổn định, thích nghi, một số đặc điểm nông học và năng suất của
giống có thể sẽ thay đổi. Nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt về tính thích nghi,
ổn định giữa các giống là do sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường . Điều này
gây ra khó khăn trong việc chứng minh tính ưu thế của một giống bất kỳ (Basford
và Cooper, 1998; Dabholkar, 1999; Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007) [34],
[65], [3].
Ngô là loại cây trồng nhạy cảm nhất với sự thay đổi mật độ cây trồng và gần
như là loài cho tiềm năng năng suất hạt cao nhất. Vì vậy, việc thiết lập mật độ trồng
tối ưu là cần thiết để đạt được năng suất tối đa. Đã có nhiều nghiên cứu để xác định
mật độ trồng tốt nhất cho cây ngô, tuy nhiên, không có một khuyến cáo đơn lẻ nào
cho tất cả các yếu tố môi trường không thể kiểm soát cũng như những yếu tố có thể
kiểm soát như độ phì của đất, lựa chọn giống ngô lai, ngày gieo trồng, cách bố trí
trồng (Olson and Sander, 1988)[135]. Các giống ngô lai hiện nay có khả năng chống
chịu với điều kiện bất lợi tốt hơn so với các giống ngô lai cũ, vì vậy có thể trồng với
mật độ cao hơn. Hơn nữa, các giống lai hiện nay chống chịu tốt với những bất lợi do
mật độ trồng cao là do giảm sự đổ ngã và hiện tượng bất dục (William, 2002)[187].
Cùng với mật độ trồng, phân bón là yếu tố có ảnh hưởng đến năng suất hạt
ngô nhiều nhất. Trong nhiều năm qua, việc sử dụng phân khoáng NPK được xem
như một phương tiện hữu hiệu để gia tăng năng suất. Tuy nhiên, sự suy giảm các
yếu tố dinh dưỡng trong đất như P, K và các nguyên tố vi lượng có liên quan đến
việc chú trọng sử dụng nhiều phân đạm trong canh tác. Mặt khác, hiệu lực của phân
bón vô cơ thường khá thấp nên chi phí cho sản xuất ngày một gia tăng khi người
dân tăng mức phân bón hóa học để duy trì năng suất. Tình trạng sử dụng đơn độc
phân vô cơ trong sản xuất ngô không có lợi cho thâm canh tăng năng suất bởi vì
thường gắn liền với các vấn đề như năng suất giảm, mất cân bằng dinh dưỡng, đặc
biệt là giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất (Sridhar và Adeoye, 2003)[167].
Những cải thiện về năng suất ngô trong thời gian qua là do những thành tựu
về di truyền chọn giống và do các kỹ thuật quản lý nông học tiên tiến của những
4
người trồng ngô. Tuy nhiên, chọn tạo giống chỉ có thể thu hẹp khoảng cách 15-25%
giữa năng suất thực tế và năng suất tiềm năng, việc áp dụng đồng bộ các kỹ thuật
tiên tiến trong điều kiện thâm canh trên những giống cải tiến có thể thu hẹp thêm
15-25% khoảng cách nữa (Zaidi, 2000; Duvick, 2001)[193],[72].
Diện tích ngô trên toàn thế giới năm 2010 là 161,7 triệu ha với năng suất đạt
5,19 tấn/ha. Ở châu Á, năm 2010 diện tích trồng ngô chiếm 33,2% diện tích ngô của
thế giới và tăng 26 triệu ha so với năm 1961. Năm 2010, năng suất ngô trung bình
của châu Á đạt 4,57 tấn/ha, bằng 88,1% năng suất ngô trung bình của thế giới
(FAOSTAT, 2012)[82].
Ngô thương mại trên thị trường thế giới dự kiến sẽ tăng 13% trong khoảng từ
năm 2010 đến năm 2020, trong khi sản lượng xuất khẩu của Mỹ dự kiến không tăng
do nhu cầu thức ăn trong chăn nuôi và sản xuất ethanol từ ngô trong nước tăng. Dự
kiến đến năm 2020, Trung Quốc sẽ trở thành nước nhập khẩu ngô để đáp ứng cho
các nhu cầu về thức ăn chăn nuôi và sản xuất ethanol (Taylor and Koo, 2011) [169].
USDA, 2012 [176] dự báo niên vụ 2012-2013, sản lượng ngô trên thế giới ước đạt
834,09 triệu tấn, sản lượng ngô của Mỹ sẽ là 272,43 triệu tấn, giảm 43,74 triệu tấn
so với niên vụ 2010-2011do ảnh hưởng của hạn hán. Ở Trung Quốc, sản lượng dự
kiến 208 triệu tấn và khu vực Đông Nam Á khoảng 26,15 triệu tấn. Nhu cầu về ngô
trong năm 2012-2013 toàn thế giới là 862,52 triệu tấn (59,68% nhu cầu cho thức ăn
chăn nuôi), trong đó của Mỹ là 254,44 triệu tấn; Brazil là 55 triệu tấn; Trung Quốc
là 209 triệu tấn và của Đông Nam Á là 32,6 triệu tấn. Nhu cầu ngô của hầu hết các
nước trên thế giới đều có xu hướng tăng cao, Trung Quốc có nhu cầu tăng cao nhất
(tăng 29 triệu tấn). Nhật Bản và Hàn Quốc là hai nước nhập khẩu ngô hoàn toàn,
ước tính mức nhập khẩu ngô của hai nước Nhật và Hàn Quốc năm 2012-2013 lần
lượt là 15 và 8 triệu tấn để đáp ứng nhu cầu trong nước (USDA, 2012)[176].
Vì vậy, hiện tại và trong tương lai 10 năm tới, nhu cầu về ngô ở châu Á và
thế giới vẫn tăng ở mức cao.
Năng suất ngô ở nước ta không ngừng tăng lên, tuy nhiên, vẫn còn khá thấp
so với tiềm năng của giống và so với các nước trên thế giới. Cũng như các nước sản
xuất ngô trên thế giới, hạn hán và một số hạn chế trong kỹ thuật canh tác là những
5
trở ngại chính ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng ngô ở nước ta. Nghiên cứu về
ngô chịu hạn ở nước ta mới chỉ tập trung ở phía Bắc, trong khi ở phía Nam hiện nay
chưa có một công trình nghiên cứu về ngô chịu hạn nào. Trong điều kiện biến đổi
của khí hậu toàn cầu gây nên những thay đổi thất thường của thời tiết, việc nghiên
cứu giống ngô chịu hạn, ngắn ngày và những biện pháp kỹ thuật canh tác như mật
độ trồng, liều lượng phân bón hợp lý là cần thiết để góp phần nâng cao năng suất và
sản lượng ngô.
2 Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu (các dòng ngô thuần)
phục vụ công tác tạo giống chịu hạn
- Xác định được 1-2 tổ hợp lai có khả năng sinh trưởng tốt, ngắn ngày và có
năng suất cao. Trong điều kiện hạn, năng suất tăng hơn giống đối chứng từ 5 đến
10%.
- Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật canh tác ngô lai theo hướng thâm canh
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1 Ý nghĩa khoa học
- Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống về đánh giá mức độ đa đạng di
truyền nguồn vật liệu khởi đầu có liên quan đến tính chịu hạn. Kết quả về phân
nhóm các dòng dựa vào tính đa dạng sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu về chọn tạo
giống ngô lai chịu hạn sau này.
- Đề tài đã khẳng định có tính chất bổ sung rằng, tính trạng thứ cấp như
khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu liên quan chặt chẽ đến năng suất trong điều
kiện khô hạn.
- Đề tài đóng góp vào cơ sở lý luận về việc nâng cao năng suất ngô bằng việc
gia tăng mật độ trồng với khoảng cách hàng hợp lý và liều lượng phân bón thích
hợp
3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Trên cở sở phân tích tính đa dạng của nguồn vật liệu khởi đầu, kết quả
nghiên cứu đã đánh giá, phân loại các dòng thuần làm cơ sở cho công tác lai tạo
6
giống ngô ưu thế lai trước mắt cũng như trong tương lai.
- Ứng dụng sơ đồ phân nhóm UPGMA dựa vào chỉ thị phân tử SSR, công
trình này đã tạo ra được 80 tổ hợp lai đã thể hiện được tính trạng nông học và năng
suất vượt giống đối chứng đang sản xuất đại trà ở miền Nam là C919.
- Tạo được một số tổ hợp ngô lai F
1
có thời gian sinh trưởng ngắn, khoảng 92-93 ngày, năng suất cao, thích hợp cho việc canh tác trong cả 3 vụ ở một số tỉnh phía
Nam.
- Xác định được hai tổ hợp ngô lai F
1
VK1 x NK67-2 và VE8 x BC3F3-26 có
khả năng sinh trưởng tốt, năng suất cao. Trong điều kiện hạn của thời tiết, năng suất
cao hơn giống đối chứng trung bình trên 14%.
- Xác định được khoảng cách giữa các hàng 50-60 cm, giữa các cây 25-30 cm
và liều lượng phân bón 150-180 kg N- 90-100 kg P
2O5
- 60-70 kg K
2
0/ha trong thâm
canh tăng năng suất ngô ở một số tỉnh phía Nam.
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Các tổ hợp ngô lai được tạo ra từ kết quả đánh giá các dòng có đặc điểm
nông học tốt, năng suất cao và có khả năng chịu hạn.
- Một số kỹ thuật canh tác ngô: mật độ trồng, phân bón
4.2 Phạm vi nghiên cứu
- Việc xác định giống ngô lai ngắn ngày, chịu hạn được thực hiện trên cơ sở
các dòng thuần được chọn tạo, thu thập và bảo tồn nguồn gen từ những năm 1990
của Phòng nghiên cứu cây thức ăn gia súc (Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp
miền Nam) và CIMMYT và trên cơ sở đánh giá các tổ hợp lai được chọn tạo dựa
vào kết quả đánh giá đa dạng di truyền và trong phép lai hồi giao.
- Địa điểm nghiên cứu: Tất cả các thí nghiệm được thực hiện tại tỉnh Đắc Lắc,
Đắc Nông, Đồng Nai và Bà Rịa Vũng Tàu là những tỉnh thuộc khu vực Tây Nguyên
và miền Đông Nam bộ, những nơi có diện tích sản xuất ngô chủ lực ở phía Nam.
- Trong các biện pháp canh tác ngô, đề tài tập trung nghiên cứu về mật độ gieo
trồng và công thức phân khoáng NPK vì đây là những yếu tố ảnh hưởng đến năng
suất ngô nhiều nhất.
7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Hạn hán và sự phân loại hạn hán
1.1.1 Khái niệm về hạn hán
Hạn hán là một giai đoạn không có mưa hoặc mưa không đủ nhu cầu diễn ra
trong thời gian dài gây ra sự thâm hụt độ ẩm của đất và sự mất cân bằng thủy văn.
Hiện tượng hạn hán có thể xảy ra ở hầu hết tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính
của hạn biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Vì vậy, hạn hán thường được
gắn liền với các khoảng thời điểm (mùa hạn chính, sự khởi đầu muộn của mùa mưa,
sự xuất hiện mưa trong mối liên hệ với các giai đoạn sinh trưởng chính của cây
trồng) và đặc tính của mưa (cường độ mưa, các đợt mưa).Các thời điểm hạn xuất
hiện khác nhau sẽ dẫn đến các tác động khác nhau về phạm vi ảnh hưởng cũng như
các đặc tính khí hậu (Wilhite, 2000)[185].
Ba khái niệm cụ thể về hạn dựa trên lượng mưa đối với cây ngô được nhiều
nhà khoa học CIMMYT nêu như sau:
- Thiếu nước nếu lượng mưa cả vụ ở vùng nhiệt đới thấp < 500 mm và ở
vùng cao (highland) là từ 300 - 350 mm (Heisey và Edmeades, 1999)[95].
- Theo quan điểm cây ngô mẫn cảm với hạn: khoảng 4 tuần trong thời gian
ngô trỗ cờ kết hạt, nếu vùng nào có lượng mưa <100 mm được coi là vùng không
phù hợp, nếu lượng mưa > 200 mm được coi là phù hợp và lượng mưa trong
khoảng 100 - 200 mm được coi là vùng thiếu nước đối với sản xuất ngô (Chapman
và Barreto, 1996)[54].
- Khái niệm khác: Dựa trên tỷ lệ giữa lượng mưa (P) và khả năng thoát hơi
nước của đất (PE). Ví dụ một vùng ngô nếu tất cả các tháng (n) trong suốt vụ có
P/PE>0,5 được coi là thuận lợi, nếu n - 1 tháng có P/PE>0,5 được coi là vùng thiếu
mưa đối với sản xuất ngô (Khái niệm này không đề cập đến việc gieo trồng sớm để
tránh hạn) (Heisey và Edmeades, 1999)[95].