Luận văn dài 129 trang: Đánh giá khả năng chịu hạn của con lai giữa giống lúa cạn và giống lúa cải tiến

1. MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Việc đối phó với những trận hạn hán thường xuyên, đã trở thành một phần trong cuộc sống của hàng triệu người dân nghèo ở các vùng nông thôn châu Á. Năm 2004, một trận hạn hán khắc nghiệt tại nhiều nơi thuộc châu Á đã không chỉ dẫn đến những thiệt hại về nông nghiệp trị giá đến hàng trăm triệu đôla, mà còn đẩy hàng triệu người lâm vào cảnh đói nghèo. Mặc dù năng suất lúa ở những vùng có tưới đã tăng gấp 2 đến 3 lần so với 30 năm trước đây, nhưng ở vùng canh tác nhờ nước trời năng suất tăng lên ở mức rất nhỏ, bởi vì sử dụng giống lúa cải tiến ở những vùng này rất khó khăn do môi trường không đồng nhất và biến động, hơn nữa tạo giống chịu hạn thích nghi cho điều kiện khó khăn này còn rất hạn chế .

Hiện nay, nhu cầu lúa gạo cho con người ngày một tăng, theo dự báo của tổ chức FAO cho những năm 1990 - 2025 thì lúa gạo sản xuất phải tăng mỗi năm 21% là cần thiết để bảo hộ cho sự tăng dân số 1,7% mỗi năm. Nhưng trong 130 triệu ha đất trồng lúa hiện nay, có khoảng 20% diện tích đang canh tác trong điều kiện khô hạn hoặc phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên. Sự khan hiếm về nước tưới phục vụ cho nông nghiệp đã được báo động trong nhiều hội nghị khoa học của thế giới gần đây. Khô hạn sẽ là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an toàn lương thực của thế giới. Tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp không phải là vô tận, bên cạnh đó là áp lực dân số kèm theo sự phát triển đô thị, sự kiện ấy sẽ làm gia tăng nhu cầu nước phục vụ dân sinh và cho phát triển công nghiệp. Do đó, sự khan hiếm nước phục vụ nông nghiệp là vấn đề đang được dự báo rất cấp thiết trên quy mô toàn cầu. Hạn hán được xem như là một trong những hậu quả nghiêm trọng do sự suy giảm của nguồn nước. Với tầm quan trọng như vậy, người ta đã hoạch định một thứ tự ưu tiên trong đầu tư nghiên cứu tính chống chịu khô hạn trong lĩnh vực cải tiến giống cây trồng trên toàn thế giới.

Việt Nam là một nước đang phát triển, sản xuất nông nghiệp còn chiếm một tỷ trọng lớn trong nền kinh tế quốc dân. Đất đồi núi chiếm 3 phần tư diện tích lãnh thổ, ở những vùng đồi núi đất nông nghiệp chủ yếu là đất dốc, kém màu mỡ và chưa có hệ thống tưới tiêu chủ động, canh tác lúa và cây lương thực khác chủ yếu nhờ nước trời. Do vậy cây trồng ở những vùng này cho năng suất thấp và bấp bênh. Hiện trạng cân đối lương thực trong cả nước và nhất là giữa miền xuôi và miền núi, sự đảm bảo ổn định lương thực cho vùng sâu, vùng xa, vùng trồng cây công nghiệp vẫn là vấn đề lớn giúp cho sự ổn định về kinh tế và canh tác định cư ở các vùng này.

Vấn đề cải tiến giống và kỹ thuật canh tác đã và đang được đặt ra, việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao là một biện pháp tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất. Chính vì vậy, để nâng cao và ổn định sản lượng lúa trong điều kiện khô hạn, nhằm làm giảm thiểu thiệt hại do hạn hán gây ra, việc xác định và chọn tạo ra các giống lúa cải tiến có khả năng chịu hạn đã trở thành một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay. Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa có đủ điều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết các vùng trồng lúa, theo thống kê có tới 90% diện tích trồng lúa trên thế giới chịu ảnh hưởng của khô hạn trong vài giai đoạn sinh trưởng.

Bên cạnh đó, nhằm khắc phục một số hạn chế của các giống lúa cạn địa phương như thời gian sinh trưởng dài chỉ trồng được một vụ (mùa mưa), độ thuần không cao, chịu thâm canh kém và khả năng chịu hạn cũng khác nhau thì việc lai tạo và chọn lọc ra những giống lúa cải tiến mang gen chống chịu hạn, cho năng suất cao ổn định, thời gian sinh trưởng ngắn sẽ mang lại hiệu quả cao cho các vùng thường xuyên bị hạn và những vùng sản xuất lúa nước khác.

Để tạo nguồn vật liệu ban đầu cho chương trình chọn tạo giống lúa chịu hạn chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: "Đánh giá khả năng chịu hạn của con lai giữa giống lúa cạn và giống lúa cải tiến".

1.2 Mục đích và yêu cầu

1.2.1 Mục đích

Lai giữa giống lúa chịu hạn và giống cải tiến nhằm chọn được các dòng vật liệu có khả năng chịu hạn, năng suất cao và đặc điểm nông sinh học phù hợp cung cấp cho chương trình chọn tạo giống lúa cải tiến cho vùng khó khăn về nước tưới

1.2.2 Yêu cầu

- Đánh giá các dòng bố mẹ đưa vào chương trình lai chọn tạo giống lúa chịu hạn

- Đánh giá khả năng chịu hạn của con lai thế hệ F1 và F2

- Đánh giá đặc điểm nông, sinh học và chống chịu sâu bệnh của các dòng chịu hạn để xác định các dòng chịu hạn có đặc điểm tốt cung cấp cho chương trình chọn giống lúa chịu hạn cải tiến.

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài được thực hiện dựa trên cơ chế tái tổ hợp gen và hiện tượng phân ly các tính trạng khi lai hữu tính giữa các giống lúa bố mẹ có sự sai khác về nguồn gốc sinh thái địa lý và các yếu tố cấu thành năng suất cũng như khả năng chống chịu. Trong đó, các giống lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt nhưng khả năng thâm canh và cho năng suất thấp. Các giống này được dùng làm mẹ để lai với giống lúa cải tiến Q5 và Khang dân 18 có khả năng thâm canh và cho năng suất cao nhưng khả năng chịu hạn kém. Việc lai tạo này nhằm tạo ra các biến dị tái tổ hợp mới làm nguồn vật liệu để phục vụ công tác chọn lọc các dòng có khả năng chịu hạn, năng suất cao và đặc điểm nông sinh học phù hợp cung cấp cho chương trình chọn tạo giống lúa cải tiến cho vùng khó khăn về nước tưới.

2. TỔNG QUAN

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Trong công tác chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi nói chung cũng như chọn tạo giống lúa nói riêng, mục tiêu của nhà tạo giống là khai thác tính đa dạng di truyền hay những biến dị có lợi của nguồn gen hiện có (R.W.Allard, 1960) . Tính đa dạng di truyền của sinh vật vốn có trong thiên nhiên hoặc được tạo mới bằng các phương pháp nhân tạo. Ở cây lúa là một tập hợp nguồn gen quý tương ứng với nhiều hệ sinh thái lúa khác nhau và hình thành hệ sinh thái lúa cạn, lúa nước sâu, lúa nổi, lúa mặn, . Dựa vào đặc điểm tính biến dị và di truyền này mà con người không ngừng thành công trong công tác lai tạo và chọn lọc giống cây trồng, nhiều kiểu gen mới cho năng suất cao, chống chịu tốt và phẩm chất tốt được chọn tạo, nổi bật là công tác lai tạo phối kết hợp gen về tính chống chịu hạn đã thành công trong việc tạo ra nhiều giống lúa chống chịu hạn tốt và cho năng suất cao. Để nghiên cứu vấn đề này những khái niệm sau đây cần được quan tâm:

2.1.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn

Hiện nay có nhiều định nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa chịu hạn.

Chang T.T. và Bardenas (1865) hay Surajit K. De Datta (1975) đều cho rằng: "Lúa cạn là loại lúa được gieo hạt trên các loại đất khô, có thể là đất dốc hoặc đất bằng nhưng đều không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào độ ẩm do nước mưa cung cấp (nhờ nước trời)", trích dẫn qua .

Huke. R.E (1982) dùng thuật ngữ "lúa khô" (dryland rice) thay cho "lúa cạn" (upland rice) và định nghĩa lúa cạn được trồng ở những thửa ruộng được chuẩn bị đất và gieo hạt dưới điều kiện khô, cây lúa sống hoàn toàn nhờ nước trời.

Theo Garirity D.P (1984) , lúa cạn được coi là lúa trồng trong mùa mưa trên đất cao, đất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng được đắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa cạn được hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với nhưng vùng trồng lúa thường gặp hạn, mà xuất hiện những biến dị chịu hạn ngày càng cao. Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước.

Theo Micenôrôđô tại Hội thảo "Lúa rẫy ở Cao Bằng, Việt Nam", từ 9 - 11/3/1994 và theo định nghĩa tại Hội thảo Bouake Bờ biển Ngà: "Lúa cạn là lúa được trồng trong điều kiện mưa tự nhiên, đất thoát nước, không có sự tích nước trên bề mặt, không được cung cấp nước và không có bờ", trích dẫn qua .

Theo tác giả Bùi Huy Đáp (1978), "Lúa cạn được hiểu là loại lúa gieo trồng trên đất cao, như là các loại hoa màu trồng cạn khác, không tích nước trong ruộng và hầu như không bao giờ được tưới thêm. Nước cho lúa chủ yếu do nước mưa cung cấp và được giữ lại trong đất", .

Nguyễn Gia Quốc (1994) chia lúa cạn ra làm hai dạng:

- Lúa cạn thực sự (lúa rẫy): là loại lúa thường được trồng trên các triền dốc của đồi núi không có bờ ngăn và luôn luôn không có nước trên bề mặt ruộng. Cây lúa hoàn toàn sử dụng lượng nước mưa ngấm vào đất để sinh trưởng và phát triển.

- Lúa cạn không hoàn toàn (lúa nước trời): là loại lúa trồng trên triền thấp, không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây lúa sống hoàn toàn bằng nước mưa tại chỗ, nước mưa có thể dự trữ trên bề mặt ruộng để cung cấp cho cây lúa.

2.1.2 Khái niệm về hạn và phân loại hạn

2.1.2.1 Khái niệm về hạn

Bất cứ một loại cây trồng nào cũng cần phải có nước để duy trì sự sống, mức độ cần nhiều hay ít nước tuỳ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai đoạn sinh trưởng phát triển của chúng. Hạn đối với thực vật là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nước của thực vật do môi trường gây nên trong suốt cả quá trình hoặc trong từng giai đoạn làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển. Mức độ tổn thương của cây trồng do khô hạn gây ra có nhiều mức khác nhau: chết, chậm phát triển hoặc phát triển tương đối bình thường. Những cây trồng có khả năng duy trì sự phát triển và cho năng suất tương đối ổn định trong điều kiện khô hạn được gọi là cây chịu hạn và khả năng của thực vật có thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn, .

Tuy nhiên khó có thể xác định được thế nào là một trạng thái hạn đặc trưng vì mức độ khô hạn do môi trường gây nên khác nhau theo từng mùa, từng năm, từng vùng địa lý và không thể dự đoán trước được. Theo Dere C.Hsiao (1980) , khi thực vật được nghiên cứu trong mối liên quan hữu cơ với môi trường xung quanh gồm đất và khí quyển và được mô tả dưới dạng một bể nước về sự cân bằng nước: "Hạn là sự mất cân bằng nước của thực vật thể hiện trong sự liên quan hữu cơ giữa đất - thực vật - khí quyển".

Theo Robert và cộng sự (1991), trích dẫn qua , hạn được xem là nhân tố gây thiệt hại lớn nhất đối với năng suất lúa. Nguyễn Đức Ngữ (2002) đã định nghĩa: “Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất, gây ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát dục của cây trồng, làm mùa màng thất bát, môi trường suy thoái, gây ra đói nghèo và dịch bệnh”.

2.1.2.2 Phân loại hạn

Chang và cộng sự, 1979 trích dẫn qua những kiểu hạn chính được nhận thấy ở đất thấp canh tác nhờ nước trời là:

+ Hạn xảy ra thời gian đầu trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng

+ Hạn giữa vụ không liên tục xảy ra ở giai đoạn giữa đẻ nhánh đến kết hạt

+ Hạn muộn xảy ra trong thời kỳ trỗ đến chắc hạt

Theo một nhóm chuyên gia của WMO (Tổ chức Khí tượng thế giới) phân định 4 loại hạn là hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn và hạn kinh tế xã hội .

Theo Nguyễn Văn Hiển (2000) và một số tác giả khác thì có 3 loại hạn cần quan tâm trong sản xuất nông nghiệp:

- Hạn đất: đặc trưng là xảy ra từ từ, khi đó lượng muối trong rễ dinh dưỡng ở mức độ vô hiệu, cây không có đủ nước để hút, mô cây bị khô đi nhiều và sự sinh trưởng trở nên rất khó khăn. Hạn đất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức cây không cạnh tranh được nước của đất làm cho cây không thể lấy nước vào tế bào qua rễ, chính vì vậy, hạn đất thường gây nên hiện tượng cây héo lâu dài. Hạn đất có thể xẩy ra ở bất kỳ vùng đất nào và thường xảy ra nhiều ở những vùng có điều kiện khí hậu, địa hình địa chất thổ nhưỡng đặc thù như sa mạc ở châu Phi; đất trống đồi trọc của châu Á; mùa ít mưa và nhiệt độ thấp ở châu Âu