Luận án tiến sĩ nông nghiệp tuyển chọn và nghiên cứu kỹ thuật canh tác giống lúa nếp địa phương chất lượng cao phù hợp với điều kiện vùng núi tây bắc việt nam

HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐỒN THANH QUỲNH TUYỂN CHỌN VÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CANH TÁC GIỐNG LÚA NẾP ĐỊA PHƯƠNG CHẤT LƯỢNG CAO PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VÙNG NÚI TÂY BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐỒN THANH QUỲNH TUYỂN CHỌN VÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CANH TÁC GIỐNG LÚA NẾP ĐỊA PHƯƠNG CHẤT LƯỢNG CAO PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VÙNG NÚI TÂY BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành : Khoa học trồng Mã số : 9.62.01.10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Văn Quang PGS.TS Vũ Thị Thu Hiền HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa dùng để bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 Tác giả luận án Đoàn Thanh Quỳnh i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận án, tơi nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận án, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc PGS.TS Trần Văn Quang PGS.TS Vũ Thị Thu Hiền tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền chọn giống trồng, Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, thực đề tài hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán viên chức Viện Nghiên cứu Phát triển trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu, cán bộ, giảng viên sinh viên Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Điện Biên, Trường Cao đẳng Nghề Điện Biên giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận án./ Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Đoàn Thanh Quỳnh ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x Danh mục sơ đồ đồ thị x Trích yếu luận án xi Thesis abstract xiii Phần Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Những đóng góp luận án 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Phần Tổng quan tài liệu 2.1 Vai trò, giá trị lúa nếp 2.1.1 Vai trò, giá trị lúa nếp giới 2.1.2 Vai trò, giá trị lúa nếp Việt Nam 2.2 Nguồn gốc đa dạng di truyền lúa 2.2.1 Nguồn gốc lúa 2.2.2 Đa dạng di truyền nguồn gen lúa lúa nếp 10 2.3 Một số nghiên cứu chọn tạo giống lúa nếp Việt Nam 20 2.4 Những nghiên cứu kỹ thuật canh tác lúa 24 2.4.1 Những nghiên cứu kỹ thuật canh tác lúa giới 24 2.4.2 Những nghiên cứu kỹ thuật canh tác lúa lúa nếp Việt Nam 31 iii 2.5 Điều kiện tự nhiên trạng sản xuất lúa tỉnh Điện Biên 40 2.5.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Điện Biên 40 2.5.2 Hiện trạng sản xuất lúa tỉnh Điện Biên 41 Phần Vật liệu phương pháp nghiên cứu 44 3.1 Vật liệu, thời gian địa điểm nghiên cứu 44 3.1.1 Vật liệu nghiên cứu 44 3.1.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 44 3.2 Nội dung nghiên cứu 44 3.3 Phương pháp nghiên cứu 46 3.3.1 Nội dung 1: Đánh giá thực trạng sản xuất lúa tỉnh Điện Biên 46 3.3.2 Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp thu thập dựa kiểu hình thị phân tử 46 3.3.3 Nội dung 3: Tuyển chọn giống lúa nếp địa phương ngắn ngày, suất cao, chất lượng tốt, nhiễm nhẹ sâu bệnh 49 3.3.4 Nội dung 4: Nghiên cứu ảnh hưởng số kỹ thuật canh tác đến sinh trưởng suất giống lúa nếp địa phương tuyển chọn 50 3.3.5 Nội dung 5: Xây dựng mơ hình trình diễn kỹ thuật cho giống lúa nếp địa phương tuyển chọn tỉnh Điện Biên 55 3.4 Phương pháp phân tích số liệu 55 Phần Kết nghiên cứu thảo luận 57 4.1 Đánh giá trạng sản xuất lúa tỉnh Điện Biên 57 4.1.1 Hiện trạng sử dụng đất 57 4.1.2 Hiện trạng cấu diện tích, suất giống sản xuất lúa 59 4.1.3 Hiện trạng canh tác lúa 62 4.2 Kết đánh giá nguồn gen lúa nếp 64 4.2.1 Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp dựa kiểu hình 64 4.2.2 Ðánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp thị phân tử 75 4.3 tuyển chọn giống lúa nếp địa phương ngắn ngày, suất cao, chất lượng tốt, nhiễm nhẹ sâu bệnh 79 4.3.1 Kết tuyển chọn mẫu giống lúa nếp có triển vọng 79 4.3.2 Kết đánh giá mẫu giống lúa nếp có triển vọng 81 4.4 Nghiên cứu kỹ thuật canh tác cho giống lúa nếp cẩm ĐH6 93 iv 4.4.1 Ảnh hưởng thời vụ mật độ gieo thẳng đến giống lúa nếp cẩm ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 93 4.4.2 Ảnh hưởng mức bón phân Đạm, Lân Kali đến suất giống lúa nếp cẩm ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 97 4.4.3 Ảnh hưởng phân hữu vi sinh đến sinh trưởng, suất chất lượng giống lúa nếp cẩm ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2015 105 4.5 Kết trình diễn giống nếp cẩm ĐH6 111 4.5.1 Kết trình diễn giống nếp cẩm ĐH6 111 4.5.2 Đánh giá hiệu kinh tế giống lúa nếp cẩm ĐH6 114 Phần Kết luận đề nghị 117 5.1 Kết luận 117 5.2 Đề nghị 118 Danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến luận án 119 Tài liệu tham khảo 120 Phụ lục 133 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ADN Axit dezoxyribo nucleic CV% Hệ số biến động (Coefficient of variation) CGR Tốc độ tích luỹ chất khơ (Crop growth rate) D/R Dài/rộng đ/c Đối chứng FAO Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) IRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (International Rice Research Institute) IPGRI Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế (International Plant Genetic Resources Institute) KL Khối lượng LAI Chỉ số diện tích (Leaf area index) LSD0,05 Sai khác nhỏ có ý nghĩa với mức ý nghĩa 0,05 (Least Significant Difference) MĐ Mật độ NST Nhiễm sắc thể NC&PTCT Nghiên cứu Phát triển trồng PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase Chain Reaction) PIC Hàm lượng thông tin đa hình (Polymorphic Information Content) QTL Locus tính trạng số lượng (Quantitative trait loci) RAPD Ða hình đoạn AND khuếch đại ngẫu nhiên (Randomly Amplified Polymorphic DNAs) SSR Những trình tự lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeats) STS Vị trí đánh dấu trình tự (Sequence Tagged Site) SPAD Chỉ số ước tính hàm lượng diệp lục (Soil and Plant Analyzer Development) TB Trung bình TV Thời vụ TGST Thời gian sinh trưởng TTTNTV Trung tâm tài nguyên thực vật vi DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Số NST, genome phân bố địa lý loài chi Oryza 11 3.1 Phân nhóm hàm lượng anthocyanin 55 4.1 Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Điện Biên năm 2015 57 4.2 Diện tích, sản lượng lương thực lấy hạt tỉnh Điện Biên (giai đoạn 2013-2015) 58 4.3 Diện tích lúa địa phương thuộc tỉnh Điện Biên năm 2015 59 4.4 Diện tích, suất lúa năm tỉnh Điện Biên (2013-2015) 60 4.5 Cơ cấu diện tích gieo trồng lúa tỉnh Điện Biên (2013-2015) 61 4.6 Hiện trạng cấu sản xuất giống lúa nếp Điện Biên năm 2015 62 4.7 Cơ cấu mùa vụ tỉnh Điện Biên 63 4.8 Mật độ cấy, gieo thẳng mức phân bón cho lúa tỉnh Điện Biên 64 4.9 Kết phân loại mẫu giống lúa cảm ôn, cảm quang vụ Xuân 2013 Điện Biên 65 4.10 Kết phân loại nhóm lúa nếp/lúa tẻ loài phụ mẫu giống lúa thu thập vụ Xuân 2013 Điện Biên 66 4.11 Phân nhóm mẫu giống lúa nếp theo thời gian sinh trưởng 67 4.12 Một số đặc điểm hình thái nông sinh học mẫu giống lúa nếp vụ Xuân 2013 Điện Biên 68 4.13 Phân nhóm chiều cao số nhánh hữu hiệu mẫu giống lúa nếp vụ Xuân 2013 Điện Biên 71 4.14 Phân nhóm mẫu giống lúa nếp theo khối lượng 1000 hạt vụ Xuân 2013 Điện Biên 71 4.15 Phân nhóm số tính trạng hình dạng hạt mẫu giống lúa nếp vụ Xuân 2013 Điện Biên 72 4.16 Một số đặc điểm hình dạng hạt gạo mẫu giống lúa nếp 73 4.17 Số alen hệ số PIC 38 cặp mồi SSR 75 4.18 Kết chọn mẫu giống lúa nếp số chọn lọc 79 vii 4.19 Một số đặc điểm tính trạng mẫu giống lúa nếp tuyển chọn vụ Xuân 2013 80 4.20 Thời gian qua giai đoạn sinh trưởng mẫu giống lúa nếp tuyển chọn vụ Mùa 2013 vụ Xuân 2014 82 4.21 Một số đặc điểm nông sinh học mẫu giống lúa nếp tuyển chọn vụ Mùa 2013 vụ Xuân 2014 84 4.22 Một số đặc điểm hình thái mẫu giống lúa nếp tuyển chọn 86 4.23 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên mẫu giống lúa nếp triển vọng vụ Mùa 2013 vụ Xuân 2014 88 4.24 Các yếu tố cấu thành suất suất mẫu giống lúa nếp triển vọng vụ Mùa 2013 vụ Xuân 2014 90 4.25 Chỉ tiêu chất lượng gạo mẫu giống lúa nếp triển vọng 92 4.26 Ảnh hưởng thời vụ mật độ đến số đặc điểm nông học giống ĐH6 vụ Xuân vụ Mùa năm 2014 94 4.27 Ảnh hưởng thời vụ mật độ gieo trồng đến mức độ nhiễm sâu bệnh giống ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 95 4.28 Ảnh hưởng thời vụ mật độ đến suất yếu tố cấu thành suất giống ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 96 4.29 Ảnh hưởng mức bón phân Đạm, Lân, Kali đến số đặc điểm nông học giống ĐH6 vụ Xuân vụ Mùa năm 2014 99 4.30 Ảnh hưởng mức bón phân Đạm, Lân, Kali đến mức độ nhiễm sâu bệnh giống ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 100 4.31 Ảnh hưởng mức bón phân Đạm đến suất yếu tố cấu thành suất giống ĐH6 vụ Xuân vụ Mùa năm 2014 101 4.32 Ảnh hưởng mức bón phân Lân đến suất yếu tố cấu thành suất giống ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 103 4.33 Ảnh hưởng mức bón phân Kali đến suất yếu tố cấu thành suất giống ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2014 104 4.34 Ảnh hưởng liều lượng phân hữu vi sinh đến số đặc điểm nông sinh học giống nếp cẩm ĐH6 vụ Xuân Mùa năm 2015 105 viii PHỤ LỤC MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LÚA GẠO Phương pháp xác định hàm lượng amylose Xác định theo phương pháp Sadavisam and Manikam (1992): Cân xác 100mg mẫu cho vào bình tam giác 200ml cho vào 6,6ml NaOH 1N Lắc để qua đêm nhiệt độ phịng Sáng hơm sau dùng đũa thủy tinh khuấy đều, cho nước cất vào 100ml Lấy 10ml dung dịch (đã khuấy đều) cho vào bình tam giác dung tích 200ml (bình có vạch đo mực nước) cho nước cất đến vạch 150ml, trung hòa HCl 1N lúc pH=5 thêm vào 2ml dung dịch Lugol lắc lấy 25ml dung dịch thu pha cho tổng thể tích 150ml Lắc đều, cho vào Cuvet đưa lên máy đo quang phổ đo bước sóng 700nm ta độ hấp phụ tinh bột Sau so với đường chuẩn ta biết lượng tinh bột mẫu Cơng thức: Trong đó: A: hàm lượng amylose đo máy quang phổ (mg/l) a: nồng độ pha loãng g: khối lượng mẫu nghiên cứu (mg) Hàm lượng amylose phân loại theo Kumar and Khush (1987): - 2% Nếp - 9% Amylose thấp 10 - 20% Amylose thấp 20 - 25% Amylose trung bình > 25% Amylose cao Phương pháp xác định hàm lượng Protein Xác định phương pháp Kjeldahl J.(1983): Cách tiến hành: - Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị: + Nguyên liệu: mẫu gạo lức xay nhuyễn sấy khô tuyệt đối + Hóa chất: hỗn hợp xúc tác K2SO4/CuSO4 (9:1), H2SO4 0,01N, nước cất vô đạm, cồn 96º, acid Tricloacetic (TCA), thuốc thử đỏ Methyl 166 + Thiết bị: bếp đun, máy cất đạm PARNAS – WARGNER - Tiến hành thí nghiệm: + Vơ hóa mẫu: cân 0,5g ngun liệu cho vào bình Kjeldahl, thêm vào vài giọt nước cất lần để thấm ướt bột, cho 10ml H2SO4 đậm đặc + – giọt H2O2 30% Để nghiêng bình bếp đặt tủ đốt, đun – dung dịch trở nên suốt, để nguội chuyển dung dịch sang bình định mức 100ml, tráng bình nhiều lần nước cất lần, cho nước đến vạch100ml + Cất đạm: Lấy 10ml dung dịch đạm vô hóa pha lỗng 10ml NaOH30% cho vào bình chưng cất (cho mẫu vào trước tráng phễu nước cất cho NaOH vào) + Bình chuẩn độ NaOH: Cho vào bình 10ml 0,01N giọt Methyl đỏ (thuốcthử), lưu ý đặt bình chuẩn độ cho đầu ống sinh hàn ngập dung dịch H2SO4 0,01N + Chuẩn độ NaOH 0,01N, trình kết thúc dung dịch chuyển từ màu vàng đỏ sang màu vàng nhạt - Cách tính nitơ tổng số: Trong đó: A: số ml H2SO4 cho vào bình hứng B: số ml NaOH 0,01N chuẩn độ lượng H2SO4 dư a: số gam nguyên liệu đem thí nghiệm b: tổng số ml dung dịch mẫu d: số ml dung dịch mẫu cho vào máy cất - Cơng thức tính hàm lượng prôtêin thô: % Protein = % Nts x 6,5 (hệ số quy đổi lúa) Phương pháp xác định độ bền thể gel Xác định theo phương pháp Tang cộng sự, 1991 Các mẫu để phòng ngày cho độ ẩm nhau, nghiền mẫu rây thành bột mịn 100 mesh Cách tiến hành: 167 - Cân mẫu 100mg cho vào ống nghiệm (mỗi mẫu lặp lại lần) Cho vào ống nghiệm 0,1ml Ethanol 95% có chứa 0,025% Thymol blue Thêm 1ml KOH 0,2N Lắc máy Vortex genie tốc độ để trộn, bịt ống nghiệm giấy nhôm - Đun ống nghiệm nồi chưng cách thủy sôi phút lấyra để yên phút, sau làm lạnh nước đá 20 phút - Đặt ống nghiệm nằm ngang giấy kẻ ô, để gel chảy từ từ Sau đọc kết quả: đo chiều dài gel từ đáy ống nghiệm đến mí gel Phân loại gel theo “Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá nguồn gen lúa”, IRRI (1996) Độ dài thể gel Độ bền thể gel > 80 mm Rất mềm 61 – 80 mm Mềm 41 – 60 mm Trung bình 36 – 40 mm Hơi cứng < 35mm Cứng Phương pháp xác định nhiệt độ hóa hồ Phương pháp đánh giá nhiệt độ hóa hồ (Little, 1958): lấy hạt gạo xát trắng, khơng có vết nứt vào đĩa petri Cho vào đĩa 10ml dung dịch KOH 1.7%, đậy nắp để 23 nhiệt độ 30oC Nhiệt độ hóa hồ xác định tính trung bình mức độ lan rộng độ suốt hạt gạo sau xử lý theo bảng sau: Điểm Độ phân huỷ kiềm Độ lan rộng Hạt gạo nguyên Hạt gạo phồng lên Hạt gạo phồng lên, viền nguyên hay rõ nét Hạt gạo phồng lên, viền nguyên nở rộng Hạt rã ra, nở rộng Hạt tan ra, viền hoàn toàn Hạt tan hoàn toàn quyện vào Cao Nhiệt độ hóa hồ Thấp Cao Cao đến trung bình Thấp Thấp đến trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Thấp Thấp Trung bình Cao Cao Trong đó, nhiệt độ hóa hồ tương ứng: Thấp: 75oC Phương pháp đánh giá độ bền gel Theo phương pháp Cagampang, 1973: Lấy 100g bột gạo cho vào ống nghiệm, cho vào 0,2ml Ethanol 95% có chứa 0,025% Thymol blue, 2ml KOH 0,2N lắc 168 Đậy ống nghiệm đem chưng cách thuỷ 100oC phút lấy ra, để yên phút, làm lạnh nước đá 20 phút Để ống nghiệm nằm ngang cho gel chảy từ từ đo chiều dài gel sau Phân cấp độ bền thể gel theo thang điểm IRRI (2002) Chiều dài gel (cm) Thang điểm 81-100 61-80 41-60 35-40 0,3% 170 PHỤ LỤC CƠ SỞ KHOA HỌC BÓN PHÂN CÂN ĐỐI CHO LÚA Bảng Hướng dẫn đánh giá nhu cầu lượng phân đạm cho lúa dựa suất hiệu sử dụng Hiệu sử dụng phân đạm (Số kg thóc tăng/kg đạm) Năng suất cần 15 18 20 25 đạt (tấn/ha) Lượng phân đạm bón (kg N/ha) 65 55 50 40 130 110 100 80 195 165 150 120 220 200 160 250 200 Nguồn: Buresh, R (2007) Bảng Hướng dẫn sử dụng phân bón kali theo mục tiêu suất giới hạn suất ô khuyết dinh dưỡng kali Lượng rơm rạ để lại ruộng Thấp (