Nghiên Cứu Một Số Biện Pháp Kỹ Thuật Trong Sản Xuất Khoai Môn Sau Nuôi Cấy IN VITRO Tại Địa Bàn Tỉnh Bắc Kạn

Để sản phẩm nuôi cấy này có thể được ứng dụng trong sản xuất mang lại nhiều lợi ích từ cây in vitro cho người dân, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu một số biện pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LÊ THỊ THU

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT TRONG SẢN XUẤT KHOAI MÔN SAU NUÔI CẤY IN VITRO TẠI

ĐỊA BÀN TỈNH BẮC KẠN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên, năm 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THẾ HÙNG

Thái Nguyên, năm 2010

LỜI CẢM ƠN

Đề tài nghiên cứu được thực hiện tại huyện Chợ Đồn - Bắc Kạn năm 2009

Để hoàn thành luận văn tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn khoa học, cơ quan, các bạn đồng nghiệp, sinh viên, và gia đình Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới:

Thầy giáo: PGS TS Nguyễn Thế Hùng; TS Nguyễn Viết Hưng đã hướng dẫn chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

Thầy Nguyễn Trọng Lương Trưởng bộ môn Kỹ thuật Di truyền - Viện

Di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

Để có được kết quả hôm nay, trong quá trình học tập và nghiên cứu, bên cạnh sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp

đỡ tận tình của gia đình, người thân và bạn bè, học sinh của tôi

Tôi cũng chân thành cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp, bạn bè đã khuyến khích, động viên tôi trong suốt thời gian qua Một lần nữa cho phép tôi được cảm ơn sâu sắc tới tất cả những sự giúp đỡ quí báu này

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2010

Tác giả

LÊ THỊ THU

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong đề tài này là hoàn toàn trung thực, chính xác và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Các thông tin, tài liệu trích dẫn trong luận văn cũng được chỉ rõ nguồn gốc Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái nguyên, tháng 11 năm 2010

Tác giả

LÊ THỊ THU

MỤC LỤC

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

Chương 2 Tổng quan tài liệu và cở khoa học của đề tài 5

1.1 Giới thiệu chung về cây khoai môn - sọ 5

1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố cây khoai môn - sọ 5

1.1.2 Đặc điểm thực vật học và phân loại cây khoai môn - sọ 6

1.1.2.1 Phân loại thực vật khoai môn 6

1.1.2.2 Một số đặc tính sinh vật học của cây khoai môn - sọ 12

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng, giá trị kinh tế và sử dụng của cây khoai môn - sọ 16

1.1.4.1 Giá trị dinh dưỡng của khoai môn - sọ 16

1.1.4.2 Giá trị kinh tế và sử dụng của khoai môn - sọ 17

1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất khoai môn trên thế giới 18

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất khoai môn ở Việt Nam 19

1.4 Nghiên cứu bảo tồn và khai thác nguồn gen 26

1.5 Ứng dụng nuôi cấy mô trong chọn tạo và nhân giống khoai môn - sọ 31

1.5.1 Cơ sở lý luận của phương pháp nhân giống nuôi cấy mô 31 1.5.2 Ứng dụng nuôi cấy mô trong chọn tạo và nhân giống khoai môn - sọ 32

1.6 Các kết quả nghiên cứu có liên quan đến đề tài 34

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 37

3.1 Tình hình kinh tế, xã hội tỉnh Bắc Kạn - huyện Chợ Đồn 43 3.1.1 Điều kiện tự nhiên tình hình kinh tế xã hội của tỉnh Bắc Kạn 43 3.1.2 Điều kiện tự nhiên tình hình kinh tế xã hội của huyện Chợ Đồn

3.1.3 Đặc điểm khí hậu tỉnh Bắc Kạn 46 3.2 Khả năng sinh trưởng và năng suất của cây in vitro 47 3.2.1 Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng và phát triển của cây 48 3.2.2 Ảnh hưởng của các mức phân bón trồng đến sinh trưởng, phát

3.3 Khả năng sinh trưởng và năng suất của cây khoai môn củ G1 61 3.3.1 Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển cây

3.3.2 Ảnh hưởng của các mức phân bón trồng đến sinh trưởng, phát

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Hiện trạng sử dụng đất của tỉnh Bắc Kạn năm 2007 44 Bảng 3.2 Điều kiện thời tiết khí hậu tỉnh Bắc Kạn năm 2009, 2010 47 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trưởng của cây 48 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của mật độ đến chất lượng khoai môn nuôi cấy

Bảng 3.9 Ảnh hưởng của mật độ đến khả năng sinh trưởng của cây

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của mật độ đến động thái tăng trưởng chiều

cao cây khoai môn nuôi cấy in vitro 50

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của phân bón đến động thái tăng trưởng chiều

cao cây khoai môn nuôi cấy in vitro 56

Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của mật độ đến động thái tăng trưởng chiều

Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của phân bón đến động thái tăng trưởng chiều

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

NQ - TƯ: Nghị quyết Trung ương

FAO: Food and Agriculture Organization

VDTNNVN Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam

G1 Củ lấy từ cây nuôi cấy in vitro

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bắc Kạn là tỉnh miền núi cao nằm cách Hà Nội 170 km về phía bắc, trên trục quốc lộ 3 Hà Nội - Cao Bằng Dân số năm 2009 là 294.660 người gồm 7 dân tộc chung sống Trong đó chủ yếu là dân tộc Tày chiếm 60, 40%; dân tộc Kinh chiếm 19,30%; dân tộc Dao 9,40%; còn lại là các dân tộc khác Bắc Kạn có 7 huyện thị với 122 xã phường, trong đó có 103 xã nghèo đặc biệt khó khăn, trình độ dân trí thấp và không đồng đều giữa các vùng, các huyện

Bắc Kạn có tổng diện tích tự nhiên của tỉnh là: 485.721 ha, trong đó có 30.998 ha đất nông nghiệp chiếm 6, 30% tổng diện tích tự nhiên Diện tích đất lúa là 15.000 ha, đất trồng ngô (gồm cả đất nương rẫy và đất soi bãi) là 11.000 ha, đất cây có củ (gồm cả sắn, khoai…) là 2.500 ha, còn lại là các loại đất nông nghiệp khác Trong số 2.500 ha đất cây có củ, hàng năm diện tích đất trồng cây khoai môn chiếm khoảng 260 - 300 ha

Quỹ đất dành cho sản xuất nông nghiệp của tỉnh nằm rải rác, khó quy hoạch thành một khu vực tập trung Tập quán canh tác của người dân Bắc Kạn còn bị ảnh hưởng nặng nề bởi phong tục tập quán cũ như đốt nương làm rẫy, chăn thả gia súc, gia cầm tự do… làm ảnh hưởng không nhỏ tới đời sống kinh tế của cộng đồng nói chung và từng người dân nói riêng Đồng bào vùng sâu, vùng xa còn thiếu nhiều thông tin kiến thức khoa học về làm kinh tế Sản xuất nông nghiệp hiện còn mang tính tự cung, tự cấp, độc canh cây lúa Nông dân chưa mạnh dạn đầu tư sử dụng giống mới, phân bón, chuyển dịch cơ cấu cây trồng để mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn Đây là một vấn đề gây nhiều khó khăn trong quá trình phát triển kinh tế theo hướng đa dạng hoá và thị trường hoá sản phẩm của Bắc Kạn

Cây khoai Môn (Colocasia) hay còn gọi là khoai Tàu, khoai thơm,

khoai sọ núi, là cây vừa làm lương thực, vừa làm thực phẩm được trồng nhiều

ở các tỉnh miền núi phía Bắc như: Yên Bái, Lạng Sơn, Cao Bằng và Bắc Kạn

Ở Bắc Kạn, cây khoai Môn được người dân trồng từ lâu đời và đã trở thành một cây đặc sản của tỉnh Khoai môn được trồng chủ yếu trên đất đồi dốc, chưa có định hướng để trở thành hàng hóa chính

Nghị quyết số 05 NQ-TƯ ngày 18/7/2001 của Ban chấp hành tỉnh Đảng

bộ Bắc Kạn về Phát triển nông nghiệp và kết cấu hạ tầng thiết yếu nông thôn đã nêu rõ: Tạo ra sự chuyển biến tích cực hơn trong nông nghiệp sản xuất hàng hoá với khối lượng, giá trị ngày càng cao và có khả năng cạnh tranh trên thị trường Nghị quyết tỉnh Đảng bộ tỉnh Bắc Kạn lần thứ 9, nhiệm kỳ 2005-2010 cũng đã chỉ rõ : Đẩy mạnh chuyển dịch cơ cấu nông- lâm nghiệp theo hướng sản xuất hàng hoá, hiện đại hoá nông nghiệp và nông thôn, trước hết phát triển nền nông nghiệp hàng hoá gắn với thị trường và phát huy tiềm năng của tỉnh…Tập trung khai khác hợp lý, hiệu quả các nguồn lực về tài nguyên, lao động, đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng và phát triển bền vững kinh tế - xã hội, tích cực chuyển dịch cơ cấu kinh tế để đưa tỉnh sớm rút ngắn khoảng cách phát

triển với các tỉnh trong khu vực và phát huy lợi thế, tiềm năng đất đai phấn đấu

đến năm 2010 có 6.800 ha đất canh tác nông nghiệp đạt thu nhập 30 triệu đồng/ha trở lên Đến năm 2010 hình thành vùng sản xuất cây đặc sản hàng hoá: cam quít 1.000 ha, chè Shan tuyết và chè chất lượng cao 2500 ha, vùng hồi 4.500 ha, hồng không hạt 500 ha, khoai môn 700 ha, thuốc lá 1.000 ha

Chính vì vậy trong những năm gần đây, cây khoai môn bắt đầu được

trồng trên đất ruộng 1 vụ lúa bấp bênh, dự án “Ứng dụng khoa học và công nghệ trong sản xuất, sơ chế và tiêu thụ Khoai môn, tỉnh Bắc Kạn đã được phê duyệt và thực hiện từ năm 2008” Với những cố gắng đó, xưởng chế biến bột

khoa môn sẽ được lắp đặt và đưa vào hoạt động từ năm 2009, diện tích khoai môn sẽ được tăng lên đáng kể

Nhằm phục vụ đủ nguồn giống với chất lượng tốt, phục vụ cho việc phát triển, mở rộng diện tích cây khoai môn để trở thành hàng hoá góp phần khai thác tốt tiềm năng đất đai, tăng thu nhập và việc xoá đói giảm nghèo cho những xã miền núi đặc biệt khó khăn của Bắc Kạn, tỉnh Bắc Kạn đã muốn phát triển vùng khoai môn tập trung nhưng vẫn còn thiếu giống do hệ số nhân giống của khoai môn tại địa phương rất thấp (3 - 4 củ/cây)

Để giải quyết khó khăn đó hiện nay Viện Di Truyền nông nghiệp Việt

Nam (VDTNNVN) đã nghiên cứu thành công cây khoai môn nuôi cấy in vitro

nhưng mới chỉ thành công trong môi trường dinh dưỡng đặc biệt

Để sản phẩm nuôi cấy này có thể được ứng dụng trong sản xuất mang lại

nhiều lợi ích từ cây in vitro cho người dân, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề

tài: “Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật trong sản xuất khoai môn sau

nuôi cấy in vitro tại địa bàn tỉnh Bắc Kạn”

2 Mục tiêu

- Xác định khả năng sinh trưởng của cây khoai môn nuôi cấy in vitro và cây khoai môn thế hệ sau nuôi cấy in vitro (G1) ngoài đồng ruộng

- Xác định năng suất và kích thước củ sản xuất từ cây khoai môn nuôi

cấy in vitro và cây khoai môn thế hệ sau nuôi cấy in vitro (G1)

- Xác định một số biện pháp kỹ thuật trồng và thâm canh cây khoai môn

từ sau nuôi cấy in vitro và cây khoai môn thế hệ sau nuôi cấy in vitro (G1)

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần bổ xung cơ sở lý luận, cơ sở khoa học về sự ảnh hưởng của các biện pháp kỹ thuật bón phân, mật độ đến khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất, chất lượng khoai môn từ cây

khoai môn nuôi cấy in vitro và khả năng nhân nhanh giống khoai môn trên địa

sọ bằng phương pháp nuôi cấy in vitro

- Thành công của đề tài cũng là cơ hội để người dân trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn và các khu vực khác có thể mở rộng nhanh diện tích khoai môn giúp chuyển đổi nhanh cơ cấu cây trồng với điều kiện thực tế sản xuất, góp phần cải thiện bộ giống đã bị thoái hoá tại địa phương

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu chung về cây khoai môn - sọ

1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố cây khoai môn - sọ

Cây khoai môn (Colocasia esculenta (L) Schott) là cây một lá mầm

thuộc chi Colocasia, họ ráy (Araceace) Đây là loại cây được trồng phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới

Cây khoai môn - sọ được xác định có nguồn gốc phát sinh tại các dải đất kéo dài từ Đông Nam Ấn Độ và Đông Nam Á tới Papua New Guinea và Melanesia dựa vào rất nhiều minh chứng thực vật học của loại cây này (Kuruvilla and Singh, 1981; Matthew, 1995; Lebot, 1999) Lịch sử trồng trọt cũng bắt đầu từ những vùng đất đó Vào khoảng 100 năm trước công nguyên khoai môn - sọ đã được trồng ở Trung Quốc và Ai Cập Trong thời tiền sử, sự trồng trọt được mở rộng tới các quần đảo Thái Bình Dương, sau đó nó được đưa tới vùng Địa Trung Hải rồi tới Tây Phi Từ Tây Phi, cây trồng này được

mở rộng tới Tây Ấn và tới các vùng nhiệt đới của châu Mỹ Ngày nay, khoai môn - sọ được trồng phổ biến ở khắp các vùng nhiệt đới cũng như ôn đới ấm

áp [37], [39], [42]

Tại nhiều nơi của vùng cận Đông Nam Á đã phát hiện được nhiều dạng khoai môn hoang dại Từ trung tâm khởi nguyên, cây khoai môn được đưa đến Đông Nam Á, Trung Quốc, Nhật Bản và các quần đảo thuộc Thái Bình Dương Từ Châu Á khoai môn còn được đưa tới Ả Rập và các nước ven biển Địa Trung Hải Người ta đã tìm thấy dấu vết của khoai môn được trồng ở Trung Quốc và Ả Rập vào khoảng 100 năm trước công nguyên [42] Ngày

nay, khoai môn được trồng phổ biến ở khắp các vùng nhiệt đới và ôn đới ấm

áp Tuy nhiên, diện tích khoai môn tập trung ở các nước Tây Phi, vùng Caribe

và hầu hết các vùng của châu Á

Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, nơi được coi là trung tâm đa dạng di truyền cây trồng, nơi phát sinh của nhiều loài cây họ ráy, trong đó có khoai môn Chính vì vậy nguồn gen khoai môn ở Việt Nam rất đa dạng Theo Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Nguyễn Văn Viết, 2004 thì khoai môn, đặc biệt là khoai môn nước được thuần hoá ở nước ta từ rất sớm trước cả lúa nước, từ cách đây 10.000 – 15.000 năm Nguồn gen khoai môn được phân bố trong điều kiện

tự nhiên rất đa dạng từ độ cao tương đương mực nước biển đến độ cao 1.800m,

có giống sống trong điều kiện bão hoà về nước và ẩm hay phát triển trên đất khô hạn Khoai môn cũng có các giống ưa sáng và có cả những giống ưa bóng

1.1.2 Đặc điểm thực vật học và phân loại cây khoai môn - sọ

1.1.2.1 Phân loại thực vật khoai môn

Phân loại khoa học (http://www.newcrops.uq.edu.au/listing/Colocasia esculenta.htm)

Giới (Kingdom) : Plantae

Ngành (division) : Magnoliophyta

Lớp (class) : Liliopsida

Bộ (order) : Alismatales

Họ (family) : Araceae

Chi (genus) : Colocasia

Loài (species) : Colocasia esculenta

Khoai môn, khoai sọ thuộc chi Colocasia, là một trong những chi quan trọng nhất của họ Ráy (Araceace) Các loài trong chi này được dùng làm

lương thực, thực phẩm cho người và gia súc [8]

Nhóm cây lấy củ họ Ráy (Araceace) có tên tiếng Anh là “Taro” gồm

một số loài như ráy rừng (Alocasia macrorrhira), ráy đầm lầy (Colocasia

chamisonis), khoai sáp (Xantosoma agittifolium), dọc mùng (Colocasia gigantea) , khoai môn (Colocasia esculenta var Escullenta) và khoai sọ (Colocasia escullenta var Antiquoryum) [8] Trong số các loài này thì cây khoai môn, khoai sọ là loài có giá trị dinh dưỡng hơn cả

Họ ráy là một họ rất lớn với hơn 115 chi và 2.000 loài phân bố rộng khắp trên thế giới, trong đó có tới 92% số loài có xuất xứ từ những vùng nhiệt đới châu Á và châu Mỹ Ở Việt Nam hiện biết đến với 21 chi và 77 loài, phần lớn là cây ưa bóng làm thành tầng cây phụ chủ yếu ở rừng hỗn giao [17]

Ngoài việc được sử dụng làm thực phẩm các loài cây thuộc họ ráy còn

được dùng làm cây cảnh như: Cây Vạn niên thanh lá xanh (Aglaonema siamense): Thân gầy mọc đứng, lá luôn xanh tốt; cây Vạn niên thanh dây

(Scindapus aureus): Cây leo bằng rễ phụ, lá nhỏ màu xanh có đốm vàng, hình dạng giống lá trầu không, gân lá lông chim; cây Vạn niên thanh lá đốm

(Diffenbachia picta): Hình dạng giống cây Vạn niên thanh lá xanh, nhưng lá

lớn hơn và có đốm trắng; Cây Độc giác liên (Caladium bicolor): Có lá trông

giống khoai môn nhưng nhỏ hơn, trên mặt lá có nhiều đốm sặc sỡ; Cây ráy

leo lá to (Epipremnum pinatum): Cây leo rất khoẻ, mọc xuống, thân cây to

bằng cổ tay, lá rất rộng, có gân lông chim, phiến lá có đốm vàng; Cây Thạch

xương bổ lá nhỏ (Acorus gramineus var pusillus): Lá hẹp, dài và nhọn như lá

cỏ, có mùi rất thơm, hay được trồng trên các núi non bộ

Ngoài ra, có rất nhiều loài cây được trồng làm thuốc chữa bệnh như:

Cây Thạch xương bồ (Acorus gramineus Soland): Chữa cảm lạnh, co giật,

cấm khẩu, loạn nhịp tim, tay chân nhức mỏi, đầy bụng, ỉa chảy, ho lâu ngày;

Cây Thiên niên kiện (Homalonema occalta Schott): Chữa tê thấp, đau dạ dày, ngộ độc; Cây Bán hạ (Typhonium trilobatum Schott): Chống nôn, tiêu đờm,

bổ dạ dày; Cây Thiên nam tinh (Arisaema consangguineum): Chữa sốt rét,

rắn cắn, sưng tấy, nhọt mủ, cầm máu, bó gãy xương; Cây ráy gai (Lasia spinosa Thw): Chữa ho, đau bụng, phù thũng tê thấp [15], [1], [7]

Để đảm bảo nguồn thức ăn cho gia súc con người đã nghĩ đến các cây

thuộc họ ráy như: Cây khoai ráy (Alocasia macrorrhira L Schott): Là cây mọc

hoang trong các khu rừng thứ sinh nơi ẩm ướt, ven bờ suối và các thung lũng núi đá Cây có thân, rễ dạng củ, lá rất lớn hình mũi tên, cuống lá đính ở gốc phiến rất mập, có thể dài hơn 1m Cụm hoa dạng bông mo, có phiến mo màu vàng, mang hoa cái ở gốc, hoa đực ở phía trên Quả mọng hình trứng, màu đỏ;

Cây khoai nưa (Amorphophallus campanulatus): Mọc hoang rải rác khắp các

vùng rừng núi Cây thân củ nằm trong đất, củ hình bán cầu mặt dưới lồi mang một số rễ phụ và có những mắt chỉ như củ khoai tây Củ có màu nâu, thịt trắng

vàng và cứng, ăn hơi ngứa Ngoài ra còn có các cây khác như: Bèo cái (Pistia stratioities) , Khoai nước (Clocasia escullenta L Schott) [12], [1], [20]

Một số loài được dùng làm thức ăn cho người như: Cây khoai ngái

(Amorphallus rivieri Dur): Trồng lấy củ để ăn, bẹ lá nấu canh hay muối dưa Cây có thân củ nằm trong đất, củ giống củ khoai sọ nhưng to hơn, gồm một

củ mẹ ở giữa, xung quanh có một vài củ con Củ có vỏ màu nâu, thịt củ màu

vàng, ăn hơi ngứa; Cây khoai môn tía (Alocasia indica): Cây khá to, thân cây

tím sẫm, lá to hình mũi tên, cuống lá dính ở gốc phiến, mặt dưới lá màu tím;

Cây dọc mùng (Colocasia gegantea): Trồng lấy dọc lá dùng để nấu canh

chua, làm nộm rất đặc biệt Cây có lá to màu xanh nhạt, dọc lá dài, mập, có

phấn trên mặt lá Phiến lá hình khiên, hướng phiến lá nằm ngang, gân lá nổi

rõ cả hai mặt; Cây khoai nước (C esculenta L Schott): Trồng lấy củ và dọc lá

để ăn Đặc điểm hình thái gần như cây dọc mùng; Cây khoai sọ (C escullenta

L Schott var antiquoryum): Trồng lấy củ để ăn và dùng làm thuốc chữa vết thương Cây có thân củ nằm trong đất, củ chứa nhiều tinh bột Củ cái hình cầu hoặc hình trứng và có nhiều củ con bám xung quanh Lá có nhiều phiến hình khiên, gốc hình tim, cuống lá mập, mọc thẳng đứng hoặc nửa thẳng, dài trên dưới 1m Cụm hoa bông mo, có phiến mo màu vàng Trục của cụm hoa gồm bốn phần: Phần mang hoa cái ở dưới cùng, tiếp đến là một phần không sinh sản, trên nữa là phần mang hoa đực dài bằng hai lần phần mang hoa cái, trên cùng là phần không sinh sản nhọn

Chi Colocasia được xác định bởi Schott năm 1832 trên cơ sở hai loài được Linnacus mô tả lần đầu tiên vào năm 1753 là Arum colocasia và Arum esculentum Schott cũng đã đặt lại tên cho hai này là Colocasia esculenta và Colocasia antiquoryum Hiện nay trong nghiên cứu phân loại chi Colocasia vẫn còn nhiều tranh cãi chưa ngã ngũ Một số nhà phân loại thực vật học cho rằng có một loài đa hình là C esculenta và ở mức độ dưới loài biết đến có C esculenta var Esculenta và C esculenta var Antiquorum [28]

Ở Việt Nam, trong nhiều tài liệu nghiên cứu về cây khoai môn – sọ, các tác giả đều sử dụng danh từ chung “Cây khoai môn” vừa để chỉ giống cây thích nghi với môi trường đất bị ngập nước hoặc ẩm ướt, với tên thường gọi là

“cây khoai nước”, và cũng để chỉ nhóm cây chịu hạn mà không chịu được ngập úng, thường gọi là “cây khoai sọ” [12], [20]

Loài phụ C Esculenta var Esculenta, theo phân loại dưới loài cho thấy

có hai nhóm cây là nhóm khoai nước (chịu ngập úng) và nhóm khoai môn (trồng trên đất cao) Hai nhóm này sử dụng củ cái để ăn, củ con để làm giống

và dọc lá dùng để chăn nuôi Hoa có phần phụ vô tính ngắn hơn so với phần phụ hoa đực

Loài phụ C Esculenta var Antiquorum gồm nhóm cây khoai sọ Nhóm này có củ cái có kích thước từ nhỏ đến trung bình, kèm theo nhiều củ con có tính ngủ nghỉ Nhóm khoai sọ phân bố rộng, có thể trồng trên đất ruộng lúa nước hoặc trên đất bằng có tưới, thậm trí trên đất dốc sử dụng nước do mưa Hoa có phần phụ vô tính dài hơn phần phụ hoa đực

Vì vậy chúng ta nên gọi nhóm khoai môn - sọ là chính xác nhất, kể cả khi cho rằng có một loài đa hình là C Antiquorum và mức độ dưới loài là C Antiquorum var Typeca; C Antiquorum var Euchlora và C Antiquorum var Esculenta

Cần dựa vào hình thái của củ cái và củ con, số lượng nhiễm sắc thể và đặc điểm hình thái hoa để phân biệt các giống của hai nhóm này

Nếu dựa vào hình thái củ cái và củ con thì thấy rằng:

- Nhóm C Esculenta var Esculenta (Dasheen) bao gồm các giống khoai môn và khoai nước Đặc điểm của chúng là có một củ cái lớn quyết định năng suất giống khoai với một vài củ con nhỏ và dải khoai (stolon) ít dùng để ăn Bông hoa của nhóm này có phần phụ vô tính ngắn hơn phần hoa đực Khả năng thích ứng của nhóm này rộng từ đất bị ngập nước đến đất thuộc vùng trung du và miền núi với nhiều giống khoai nổi tiếng

- Nhóm C Esculenta var Antiquorum (Eddoe) gồm hầu hết các giống khoai sọ, với đặc điểm là có một củ cái có kích thước nhỏ hoặc trung bình, ăn sượng và hơi ngái Xung quanh củ cái có nhiều củ con hình cầu hoặc hình trứng với kích thước khác nhau tuỳ thuộc từng giống Ở các giống khoai sọ củ con quyết định năng suất thu hoạch Các giống nhóm này thường có củ con

cấp 1, 2, 3 và thường có thời gian ngủ nghỉ nên bảo quản được lâu Hoa nhóm này có phần phụ vô tính dài hơn phần phụ của hoa đực

Theo kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam thì ngoài hai nhóm trên trong tập đoàn còn nhiều giống khác ở dạng trung gian Các dạng trung gian này có thể do sự lai tạo tự nhiên nên ít được quan tâm nghiên cứu Nhóm này có củ cái và củ con gần bằng nhau về hình dạng và kích thước

Dựa vào số lượng nhiễm sắc thể cũng có thể phân biệt C Esculenta var Esculenta và C Esculenta var Antiquorum Ở loài này tồn tại hai dạng: Nhị bội 2n = 28 và tam bội 3n = 42 Về mặt di truyền hai dạng này có mối quan hệ mật thiết với nhau Các biến dị tam bội được tiến hoá từ dạng nhị bội do tự đa bội hoá mà thành Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trong và ngoài nước cho thấy hầu hết các giống khoai môn, khoai nước đều thuộc nhóm thể nhị bội, còn hầu hết các giống khoai sọ thuộc nhóm thể tam bội [31] Cũng theo tác giả này, các giống khoai sọ tam bội có nguồn gốc ở vùng núi cao Nepan

và Vân Nam Trung Quốc

Ở Việt Nam, số lượng giống khoai sọ và khoai môn gần tương đương nhau trong tập đoàn Trong các nước Đông Nam Á, Việt Nam là nước có sự đa dạng về giống khoai sọ hơn cả Các giống khoai sọ tam bội chịu hạn tốt hơn các giống khoai môn nhị bội Tuy nhiên, theo kết quả nghiên cứu gần đây của một số tác giả thì loài C Esculenta var Esculenta vẫn tồn tại thể tam bội

Đối với công tác lai tạo thì các giống dạng tam bội không sử dụng được vì thế phân loại theo nhiễm sắc thể có ý nghĩa thực tiễn lớn Trong tập đoàn khoai môn - sọ của Việt Nam, số giống dạng tam bội khá đa dạng về hình thái [8]

Một cách khác là dựa vào đặc điểm hình thái hoa, chiều dài phần phụ vô tính của đỉnh bông mo có thể phân biệt được hai nhóm C Esculenta var

Esculenta và C Esculenta var Antiquorum Các giống thuộc nhóm C Esculenta var Esculenta có phần phụ vô tính của đỉnh ngắn hơn phần phụ vô tính của các giống thuộc nhóm C Esculenta var Antiquorum khoảng ba lần [38]

1.1.2.2 Một số đặc tính sinh vật học của cây khoai môn - sọ

Cây khoai môn - sọ (Colocasia esculenta) là loài cây thân thảo, thường

cao từ 0,5 - 2,0m Cây thường có một củ cái nằm ở giữa ở dưới đất, từ đó lá phát triển lên trên, các củ con, củ nách phát triển sang hai bên

- Lá khoai môn - sọ

Lá và dọc lá là phần nổi trên mặt đất quyết định chiều cao của cây Mỗi

lá được cấu tạo bởi một dọc lá thẳng và một phiến lá Phiến lá của hầu hết các kiểu gen có dạng hình khiên, gốc lá hình tim, có rốn ở gần giữa Phiến lá nhẵn, chiều dài có thể giao động từ 20 - 70cm, chiều rộng từ 15 - 50cm Kích thước của lá chịu ảnh hưởng rất lớn bởi điều kiện ngoại cảnh Lá đạt kích thước lớn nhất ở giai đoạn sắp ra hoa Màu phiến lá biến động từ xanh nhạt đến tím thẫm phụ thuộc vào kiểu gen Lá có thể chỉ có một màu hoặc thêm đốm hay vết của màu khác Lá khoai môn - sọ cũng có thể bị đổi mầu khi bị bệnh, đặc biệt là khi bị nhiễm virus Trên phiến lá thường có 3 tia gân chính, một gân chạy thẳng từ điểm nối dọc lá với phiến lá tới đỉnh phiến lá, hai gân còn lại chạy ngang về hai đỉnh của thuỳ lá Từ 3 gân chính có nhiều gân nhỏ nổi phát ra tạo thành hình mắt lưới [5], [8]

Dọc lá khoai môn - sọ

Dọc lá khoai môn - sọ mập, có bẹ ôm chặt ở phía gốc tạo nên thân giả Chiều dài dọc lá biến động phụ thuộc vào kiển gen, từ 35 - 160cm Màu dọc

lá từ xanh nhạt đến tím đậm, đôi khi có sọc màu tím hoặc xanh đậm Dọc lá

và lá không phải khi nào cũng có cùng màu sắc

- Thân khoai môn - sọ

Khoai môn - sọ chỉ có thân giả trên mặt đất Cả hai dạng khoai môn và khoai sọ củ cái chính được coi là cấu trúc thân chính của cây (được gọi là thân củ) Trên thân củ có nhiều đốt, mỗi đốt có mầm phát triển thành nhánh Sau mỗi dọc lá lụi đi thì trên thân củ có thêm một đốt và thân củ dài ra Bề mặt củ được đánh dấu bởi vòng tròn gọi là chân dọc củ, đó là điểm nối của những lá vẩy hoặc lá già Củ cái có nhiều mầm bên phân bố trên những đốt củ Đỉnh của củ cái là đỉnh sinh trưởng của cây

- Rễ khoai môn - sọ

Hệ rễ của cây khoai môn - sọ là hệ rễ chùm, chúng được mọc từ đốt mầm, rễ ngắn, phân bố chủ yếu ở tầng đất mặt, sâu tối đa là 1m Rễ phát triển thành nhiều tầng Số lượng rễ và chiều dài rễ phụ thuộc vào đặc tính của từng giống, đất trồng

- Củ khoai môn - sọ

Cây khoai môn - sọ có phần gốc phình to thành củ hoặc thân củ trong

đó chứa tinh bột Củ khoai môn - sọ rất khác nhau về kích thước và hình dạng tuỳ thuộc vào kiểu gen, loại củ và các yếu tố sinh thái, đặc biệt là các yếu tố

có ảnh hưởng đến thân củ như cấu trúc và kết cấu đất, sự có mặt của sỏi đá

Củ cái và củ con, củ nách có cấu tạo bên ngoài gần như nhau, đều có một mầm ở đỉnh và nhiều mầm ở nách của các lá vẩy trên thân củ

Củ gồm 3 phần: Vỏ ngoài, vỏ áo và lõi củ (thịt củ) Vỏ ngoài có thể nhẵn, sần sùi hoặc được phủ bằng những lớp vẩy, thường có màu nâu đậm Lớp vỏ áo nằm giữa vỏ ngoài và lõi củ Vỏ áo và lõi củ gồm chủ yếu là các nhu mô Trong lõi củ, ngoài tế bào chứa nhiều hạt tinh bột còn có xơ củ Lượng xơ củ rất khác nhau giữa các kiểu gen và chịu ảnh hưởng lớn của môi

trường Sắc tố trong củ biển động từ trắng, vàng nhạt, vàng đậm, da cam, đến hồng, đỏ và tím

Ngoài ra, ở một số giống thịt củ có màu xen kẽ giữa trắng và tím đỏ, tím hoặc nhu mô trắng cùng với xơ có màu đậm hơn Trên đồng ruộng đôi khi

ở một số giống có dải bò phát triển ngang trên mặt đất, từ mắt của dải bò sẽ phát triển rễ và mọc trồi, phát triển thành cây mới

- Hoa, quả khoai môn - sọ

Cây khoai môn - sọ có hoa dạng bông mo, hoa mọc từ nách lá hoặc từ giữa bẹ của lá không mở Mỗi cây có thể có từ một cụm hoa trở lên Cụm hoa mọc đơn độc ngắn hơn cuống lá Cụm hoa cấu tạo bởi một cuống ngắn, một bông mo và một bẹ mo Bẹ mo có màu vàng nhạt đến vàng đậm, có chiều dài khoảng 20cm ôm lấy bông mo Trên cụm bông mo ngắn hơn bẹ mo, có bốn phần: Phần hoa cái dưới cùng, tiếp đến là một phần không sinh sản, trên nữa

là phần hoa đực và trên cùng là phần phụ không sinh sản hình nhọn Hoa không có bao, hoa đực có nhị tụ nhiều cạnh, bao phấn nứt rãnh Hoa cái có bầu một ô, vòi rất ngắn [5], [8]

Quả khoai môn - sọ là dạng quả mọng có đường kính 3 - 5cm và chứa nhiều hạt, mỗi hạt ngoài phôi còn có nội nhũ

1.1.3 Yêu cầu sinh thái

Theo tác giả Inno Onwtieme năm 1999 trong cuốn “Taro cultivation in Asia and Pacific” đúc kết tình hình sản xuất khoai môn - sọ vùng Châu Á - Thái Bình Dương đã tổng kết yêu cầu ngoại cảnh của loài Colocasia esculenta như sau:

- Nhiệt độ : Khoai môn - sọ yêu cầu nhiệt độ trung bình ngày trên 21oC

để sinh trưởng phát triển bình thường, thích nghi và phát triển tốt nhất trong

điều kiện nhiệt độ trong khoảng từ 21 - 270C Khoai môn - sọ không thể sinh trưởng phát triển tốt trong điều kiện có sương mù, vì đây là loại cây có nguồn gốc của vùng đất thấp, mẫn cảm với điều kiện nhiệt độ Năng suất khoai môn

- sọ có xu hướng giảm dần khi nơi trồng có độ cao tăng dần

- Nước: Do có bề mặt thoát hơi nước lớn nên cây khoai môn - sọ có yêu

cầu về độ ẩm đất cao: Lượng mưa hoặc tưới tối thiểu khoảng 1500 - 2000mm Cây phát triển tốt nhất trong điều kiện đất ướt hoặc ngập Trong điều kiện khô hạn cây giảm năng suất rõ rệt, củ thường có dạng quả tạ

- Ánh sáng : Cây khoai môn - sọ đạt được năng suất cao nhất trong điều

kiện cường độ ánh sáng cao, tuy nhiên nó là loại cây chịu được bóng râm hơn hầu hết các loại cây khác, có thể cho năng suất hợp lý thậm chí trong điều kiện che bóng nơi những cây trồng khác không thể phát triển được Sự hình thành củ được tăng cường trong điều kiện ngày ngắn, trong khi hoa lại nở mạnh trong điều kiện ngày dài

- Đất đai : Cây khoai môn - sọ là loại cây có thể thích ứng được với

nhiều loại đất khác nhau và được trồng nhiều ở loại đất tương đối chua có độ

pH 5,5 – 6,5, thành phần cơ giới tương đối nhẹ và nhiều mùn Đặc biệt nhóm khoai môn nước, thích ứng tốt với loại đất nặng ngập nước (60 - 80% sét và limong) hoặc đất ẩm thường xuyên vì nó có khả năng vận chuyển oxy từ lá đến gốc Loại đất ẩm thường xuyên là điều kiện tốt nhất cho quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất của khoai môn, do đó cần có biện pháp bổ xung trong điều kiện đất khô Sản lượng đạt tối ưu ở điều kiện có mưa vượt quá 2500mm Tuy nhiên năng suất khoai môn sẽ đạt cao nhất vẫn là chân đất phù sa ven sông, đất có thành phần cơ giới nhẹ, tơi xốp, giàu chất hữu cơ

- Chất dinh dưỡng: Cây khoai môn - sọ phát triển tốt nhất trên đất có

độ pH trong khoảng 5,5 - 6,5 Một đặc tính quý của khoai môn - sọ là một số

giống có tính chống chịu mặn cao [32] Trong khi đó các loại cây trồng khác không thể mang lại giá trị kinh tế cao hơn Điều này cho thấy cơ hội sử dụng cây khoai môn vào cơ cấu những vùng sinh thái đặc trưng nhằm khai thác thế mạnh là một tiềm năng lớn

1.1.4 Giá trị dinh dưỡng, giá trị kinh tế và sử dụng của cây khoai môn - sọ

1.1.4.1 Giá trị dinh dưỡng của khoai môn - sọ

Phần có giá trị kinh tế chính của khoai môn - sọ là củ cái, các củ con và ở một số giống khác là dọc lá Tỷ trọng tươi của các chất trong củ khoai môn - sọ theo nghiên cứu của FAO (1994) như sau:

13,00-tố này đã tạo cho khoai môn phù hợp như là món ăn đặc biệt cho trẻ nhỏ bị dị ứng và những người bị rối loạn dinh dưỡng Trong củ, tinh bột tập trung nhiều

ở phần dưới củ hơn trên chỏm củ

Củ khoai môn - sọ chứa 7,00% protein theo khối lượng khô, cao hơn khoai mỡ, sắn và khoai lang với thành phần rất nhiều axit amin cần thiết cho cơ thể Một điểm đáng chú ý là lượng protein nằm ở phía gần vỏ củ hơn là ở trung tâm củ, vì vậy nếu gọt vỏ củ quá dày sẽ làm mất đi lượng protein trong củ Lá khoai môn - sọ rất giàu protein, chứa khoảng 23,00% protein theo khối lượng khô Lá khoai môn - sọ cũng rất giàu nguồn canxi, photpho, sắt, vitamin C, thiamin, riboflavin và niacin Chúng là những thành phần cần thiết cho chế độ

ăn uống của chúng ta Lá khoai môn - sọ tươi có 20,00% chất khô trong khi dọc

lá chỉ có 6,00% [32]

1.1.4.2 Giá trị kinh tế và sử dụng của khoai môn - sọ

Ngoài các cây ngũ cốc như lúa mì, lúa nước, ngô thì cây khoai môn - sọ được sử dụng làm lương thực và thực phẩm rộng khắp thế giới, từ châu Á, châu Phi, Tây Ấn Độ cho đến Nam Mỹ Theo nhiều tài liệu công bố, cây có vai trò quan trọng như là nguồn lương thực chính của các nước ở quần đảo Thái Bình Dương Khoai môn - sọ còn có giá trị cao về văn hoá xã hội tại các nước có truyền thống trồng loại cây này Nó đã dần trở thành một hình ảnh trong văn hoá ẩm thực, sử dụng trong những lễ hội, là quà tặng bày tỏ mối quan hệ ràng buộc Hơn nữa, ngày nay nó còn làm tăng nguồn thu nhập cho nông dân nhờ bán trên thị trường trong nước và quốc tế [9]

Nơi trồng và tiêu thụ môn - sọ lớn nhất thế giới là Châu Á - Thái Bình Dương do vậy sử dụng sản phẩm môn - sọ ở vùng này cũng rất đa dạng Các

bộ phận của cây như củ cái, củ con, dọc lá và dải bò đều có thể chế biến thành những món ăn ngon miệng cho người Ngoài các món ăn truyền thống như luộc, nướng, rán, phơi khô, nấu với cá, dừa… khoai môn - sọ còn được chế biến công nghiệp với khoảng 10 món ăn

Cây khoai môn - sọ ngoài việc dùng làm thức ăn còn được sủ dụng làm nguyên liệu để chế biến thực phẩm,hay là một vị thuốc nam dễ sử dụng : hoa,

vỏ củ và rễ mọc quanh củ là các vị thuốc quý dùng để sắc uống giải rượu, lợi tiểu, tiêu sỏi thận, trừ phong thấp, chữa bệnh dị ứng, nổi mề đay Ngoài ra, trồng khoai môn - sọ còn mang lại nhiều ích lợi khác: giữ ẩm cho môi trường, bảo vệ đất canh tác, giúp chống xói mòn, giảm thiểu bạc màu Đối với các vùng có địa hình thấp gần sông rạch, trồng khoai môn - sọ sẽ giúp cải tạo được phèn và chống được sự nhiễm mặn do vậy chúng ta nên sớm đưa cây môn - sọ vào các chương trình khuyến nông, nhất là đối với các vùng sản xuất lương thực còn khó khăn do đất đai bị bạc màu, mặn phèn, hạn hán

1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất khoai môn trên thế giới

Đến năm 2007, cả thế giới có 1.608,08 nghìn ha đất trồng cây khoai môn

sọ tại rất nhiều nước khác nhau (bảng 1.1) Tuy nhiên xu thế trong những năm gần đây thì diện tích trồng khoai môn sọ có chiều hướng giảm từ 2007 - 2009

Châu Phi có diện tích trồng khoai môn lớn nhất với hơn 1409,72 nghìn

ha, tuy nhiên đây lại là nơi có năng suất khoai môn thấp nhất trong các khu vực trên thế giới đạt 6,47 tấn/ha năm 2009 Châu Á tuy có diện tích trồng khoai môn rất thấp, chỉ hơn 134 nghìn ha nhưng đây lại là nơi có kinh nghiệm

và trình độ thâm canh cây khoai môn cao nên năng suất cây khoai môn đạt cao nhất trong các khu vực, đạt 15,47 tấn/ha năm 2009 Tuy năng suất cao nhưng do diện tích thấp nên sản lượng chỉ đạt khoảng 2 triệu tấn, trong khi đó châu Phi có sản lượng đạt từ 8,89 - 9,30 triệu tấn

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất khoai môn trên thế giới qua các năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tấn/ha) (Triệu tấn) Sản lượng

Phi 1.448,65 1.43645 1.409,72 6,14 6,47 6,47 8,89 9,30 9,12 Châu

Mỹ 2,99 3,01 3,03 8,35 8,38 8,28 0,02 0,03 0,03 Châu

Á 129,06 129,75 134,09 15,58 15,54 15,47 2,01 2,02 2,07

C Đại

Dương 60,67 64,22 61,24 7,11 6,88 7,18 0,43 0,44 0,44

(Nguồn: FAO năm 2008)

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất khoai môn ở Việt Nam

Ở nước ta, khoai môn - sọ, đặc biệt là khoai môn nước được thuần hoá sớm, trước cả cây lúa nước, cách đây khoảng 10.000 - 15.000 năm Nó đã từng là cây lương thực quan trọng của cư dân các vùng châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long

Khoai môn được trồng tập trung tại một số nơi như: Cao Bằng, Lạng Sơn, Hoà Bình, Sơn La, Lai Châu, Quảng Ninh và Quảng Trị Kết quả điều tra của Trung tâm tài nguyên di truyền thực vật, Viện KHKT NN Việt Nam cho thấy tuy diện tích trong khoai môn - sọ có xu hướng giảm trong những năm gần đây nhưng vẫn còn nhiều giống địa phương được người nông dân trồng phổ biến cả ở trong vườn nhà cũng như ngoài ruộng, trên nương; ở mọi vùng sinh thái từ đồng bằng tới cao nguyên Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy, nguồn gen khoai môn - sọ được bảo tồn khá tốt trong các vườn gia đình

và tại một số vùng có truyền thống sản xuất khoai môn - sọ như huyện Yên Thuỷ và Đà Bắc tỉnh Hoà Bình; huyện Nho Quan, Ninh Bình; huyện Thuận Châu, Sơn La; huyện Tràng Định, Lạng Sơn và huyện Thạch An, Cao Bằng

Tuy chưa có số liệu thống kê cụ thể về diện tích và sản lượng, song kết quả điều tra của Chương trình cây có củ quốc gia năm 1993 cho thấy hàng năm

có khoảng 15.000 ha khoai môn - sọ được trồng với năng suất bình quân khoảng

8 - 13 tấn/ha tuỳ giống (Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Đinh Thế Lộc, 2005 [10])

Sản xuất khoai môn - sọ hiện nay còn gặp một số khó khăn vì cây có thời gian sinh trưởng dài, chiếm đất lâu, chưa thực sự có thị trường, chế biến còn hạn chế do thiếu công nghệ phù hợp Tuy nhiên, trong tương lai gần, với những nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống ngắn ngày và nếu có những chính sách phù hợp hỗ trợ cho khâu chế biến và tạo thị trường, khoai môn - sọ

sẽ được phát triển trong những điều kiện sinh thái mà những cây trồng khác rất khó tìm thấy chỗ đứng :

- Đất ngập và đất hẩu cùng với cây lúa của các vùng trũng

- Một số giống khoai môn - sọ có tính chống chịu tốt với đất mặn

- Khoai môn - sọ là loại cây có thể phát triển tốt trong điều kiện bị che bóng, vì thế nó là cây trồng lý tưởng để trồng xen

Việc nghiên cứu các cây trồng lấy hạt như ngô, lúa trong những năm trước khi điều kiện kinh tế còn khó khăn được đặt lên hàng đầu Vì thế cho nên các loại cây lấy củ nói chung, cây khoai môn nói riêng chưa được chú trọng nhiều trong nghiên cứu, ít tài liệu nghiên cứu về nó

Khi vấn đề lương thực không những giải quyết đủ mà còn dư thừa để xuất khẩu thì việc nghiên cứu các trồng khác trong tự nhiên bắt đầu được coi trọng nhằm tăng số lượng loại thực vật duy trì bảo tồn quỹ gen các loại cây

trồng trên cả nước Cho đến nay đã có nhiều tài liệu và nhiều tác giả đã bắt đầu đề cập đến khoai môn Quá trình nghiên cứu về khoai môn được tóm tắt qua một số giai sau:

- Giai đoạn 1962 - 1964: Một trong những chiến lược của Viện Khoa học kỹ thuật nông nghiệp là nâng cao sản lượng cây trồng Một bộ giống gồm

9 giống khoai môn - sọ địa phương (4 giống đồng bằng và 5 giống miền núi)

đã được khảo nghiệm về năng suất trên một số địa bàn trong cả nước như vùng núi phía Bắc, vùng đồng bằng sông Hồng, cao nguyên và đồng bằng sông Cửu long để xác định một giống tốt nhất đưa vào sản xuất

- Từ 1964 - 1990: Những nghiên cứu về cây khoai môn bị ngừng lại do chiến tranh và do tình hình thiếu lương thực nên gần như chúng không được tiếp tục nghiên cứu

- Giai đoạn 1991 - 1997: Nước ta đã có những bước tiến vượt bậc về kinh tế và vấn đề an ninh lương thực đã được giải quyết bằng nhiều bộ giống tốt với nhiều loại cây trồng Đến thời điểm này vấn đề quan hệ quốc tế trong việc phát triển những nguồn gen quý hiếm của các loại cây trồng trong đó cây khoai môn được phát triển mạnh Cùng thời gian này Viện khoa học Kỹ thuật nông nghiệp Việt Nam được sự tài trợ của Trung tâm nghiên cứu quốc tế, Canada, sự cố vấn của trung tâm khoai tây Quốc tế đã hợp tác với các cơ quan nghiên cứu khác ở Việt Nam tiến hành thu thập, bảo quản và đánh giá tập đoàn quỹ gen khoai môn nói riêng cây có củ nói chung

Trong tổng số 350 mẫu giống khoai được thu thập trong giai đoạn 1993

- 1997 đã và đang được đánh giá có hệ thống Nhiều nguồn gen quý được phát hiện và đề xuất cho các chương trình sử dụng khác nhau Quỹ gen khoai môn hiện được duy trì, bảo quản bằng 2 phương pháp là: Ex - situ và in - situ và bảo quản trong ống nghiệm đối với những giống khoai môn miền núi Từ năm

1998 công tác chọn giống khoai môn đã được bắt đầu, một số dòng triển vọng

đã và đang được thử nghiệm trong sản xuất

Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu kết hợp đặc điểm hình thái nông học với các nghiên cứu di truyền tế bào và di truyền phân tử đã và đang được tiến hành giúp cho công tác nghiên cứu phân loại ở mức dưới loài

và loài trong chi ngày một chính xác hơn mở ra những nhận thức mới về nghiên cứu tiến hoá và mở rộng tiến hoá ở các loài trong chi khoai môn

(Colocasia) và (Araceae) nói chung

* Mô tả hình thái và đặc tính nông học của cây khoai môn

Năm 2006, một nhóm tác giả của trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, trong đó có tác giả Nguyễn Ngọc Nông, khi nghiên cứu về cây khoai môn được trồng tại tỉnh Bắc Kạn đã cho biết một số đặc điểm dễ nhận biết như sau: Khoai môn Lệ Phố - Trung Quốc (thu thập tại Quảng Tây - Trung Quốc) có đặc điểm cây cao trung bình, dọc xanh, rốn lá màu tím, số lượng củ con nhiều; Khoai môn Lạng Sơn (thu thập tại Bình Gia - Lạng Sơn) có dọc lá màu xanh, bẹ lá mở, số lượng củ con trung bình [13]

Rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu nguồn gen của cây khoai môn -

sọ từ những năm 60 của thế kỷ trước và thu thập được nhiều nguồn gen quý nhưng trên thực tế thì chưa quan tâm nghiên cứu nhiều về nhóm khoai môn Đến năm 1996 ngân hàng gen đồng ruộng thuộc ngân hàng gen cây trồng quốc gia chính thức được thành lập và hoạt động có hệ thống Tuy nhiên tập đoàn khoai môn - sọ ở Việt Nam đang được cất giữ bảo quản và đánh giá tại Trung tâm tài nguyên Di truyền thực vật Khai thác sử dụng các nguồn gen cũng chỉ ở mức chọn lọc Công tác chọn tạo giống mới chỉ được bắt đầu ở nước ta trong thời gian gần đây

* Cây khoai môn và vấn đề ra hoa kết hạt

Có ý kiến cho rằng cây khoai môn không ra hoa vì trong thực tế sản xuất chúng ta chủ yếu sử dụng củ con, chồi đỉnh, chồi bên…làm vật liệu nhưng sự thực thì cây khoai môn có ra hoa Hoa của cây khoai môn đã được quan sát nghiên cứu ở Việt Nam [12], [19]

Tuy nhiên thì tuỳ từng giống khác nhau mà tỉ lệ ra hoa lại khác nhau

* Những loại sâu bệnh hại cây khoai môn

+ Sâu hại cây khoai môn

Trên cây khoai môn có khá nhiều loại sâu bệnh gây hại (Mitchell và Maddison, 1983) [43] Cũng theo Wilson (1990) [49] đã nghiên cứu một số loài sâu bệnh hại khoai môn - sọ ở những nước có diện tích trồng nhiều ở khu vực Đông Nam Á và Thái Bình Dương Ông cho biết:

- Rệp (Aphis gossypii), rầy (Tarophagus Proserpina) vừa gây hại cho

cây vừa là tác nhân truyền bệnh virus

- Dế (Teleogryllus oceannicus) hại lá và củ rất nghiêm trọng Nó không

chỉ cắn lá rách từng mảng mà còn đào hang trong đất để gặm củ non đang trong thời kỳ hình thành gây hại nặng nề cho khoai môn trồng trên cạn

- Châu chấu (Gesonia sp Ocya sp) ăn hết phần thịt lá thậm chí cắn

rụng lá Dế cắn rách lá và đào hang ở ruộng trồng khoai cạn

- Sâu xanh (Spodoptera litura) ăn lá và dọc lá non gây hại nghiệm trọng

- Sâu đầu nhọn (Agrius concolut, Hippotion celerio) ăn lá, cắn gãy gục cây non, hại cả các cây ở loài Alocasia sp và Amorphophallus sp

- Bọ cánh cứng (Papuana sp.) Mối (Captotermes formosunus) đục và ăn vào củ

- Tuyến trùng (Hirschmanniella miticausa) chỉ xuất hiện sau khi củ được thu hoạch là nguyên nhân gây thối củ

- Nhện đỏ (Tetrany chrus sp.) gây hại chủ yếu vào cuối mùa khô, làm lá

héo rũ và cây bị chết non Năm 1980 tác giả IBGGR đã kết luận có 3 loài sâu

hại gây nguy hiểm nhất trên khoai môn là Bọ cánh cứng (Papuana sp.), rầy (Taraphagus Proerpina) và tuyến trùng (Hirs chmanniella miticaus) nhằm

phổ biến biện pháp ngăn chặn sự lan rộng của chúng thông qua con đường nhập nội giống

Theo kết quả nghiên cứu khoai môn của Tổ nghiên cứu cây có củ (1969) [18] cũng đã xác định được ở Việt Nam có một số loại sâu bệnh hại chính là: Nhện đỏ, rệp, sâu xanh, sâu đen và sâu kim Trong đó nhện đỏ là loài sâu hại phổ biến nhất Chúng chích hút làm cho lá bị héo rũ và cây bị lụi dần Nhện đỏ phát triển mạnh vào tháng 6 - 7, phá hoại cây non và khó có thể diệt trừ triệt để Sâu đen nhỏ như đầu tăm gặm phần thịt lá để lại những khoảng gân lá như mạng nhện

+ Bệnh hại cây khoai môn - sọ

Theo tác giả Ooka (1983) [44] ông nghiên cứu thấy rằng: Phần lớn thiệt hại về năng suất cây khoai môn - sọ là do sự ngập úng và bệnh hại gây ra Tuy vậy theo một số ý kiến khác thì cho rằng bệnh hại cây khoai môn - sọ chưa có kết luận chính xác, ngay cả ở chính những nước có diện tích trồng khoai môn lớn trong khu vực Đông Nam Á

Khi nghiên cứu về bệnh hại của cây khoai môn - sọ nhiều tác giả đều

cho rằng: Bệnh hại do nấm gây ra chủ yếu là bệnh thối lá (Phytophtora Colocasia) và thối củ (Pythium sp.) ((Gollifer et al (1980); Jacson, (1980);

Ooka, (1983); Cable W.J.1984; Diazuli, (1994)) [29], [33], [44], [24], [25] Ở

Papue New Guinea, bệnh thối lá (Phytophtora Colocasia) và thối củ (Pythium

sp.) phá hoại nặng nề nhất vào mùa mưa, là tác nhân gây hại dẫn đến suy giảm nặng về năng suất khoai môn - sọ nơi đây Để hạn chế tác hại của bệnh này, người ta sử dụng các biện pháp như diệt nấm, vệ sinh đồng ruộng, luôn canh cây trồng và chọn giống kháng bệnh

Ở quần đảo Solomon, điều kiện môi trường tự nhiên thích hợp cho

bệnh thối lá (Phytophtora Colocasia) phát triển 40 - 50 % năng suất bị mất và

khoảng 80% số củ bị thối trong vòng 5 ngày sau khi thu hoạch do loài nấm bệnh gây ra Ngoài bệnh do nấm gây ra còn có virus cũng là tác nhân gây bệnh đáng kể cho khoai môn - sọ Theo Wilson (1990) [49] đã đề cập đến hai loại bệnh là Alomae và Bolone do virus gây ra phổ biến ở Papue New Guinea

và quần đảo Solomon, tác hại của virus làm cho cây còi cọc và chết dần

Ở Nhật Bản, tác giả Morishita (1988) đã đánh giá tác hại của bệnh khảm lá khoai môn do virus gây ra là một loại bệnh quan trọng ở vùng khí hậu ôn hoà Có 2 loại virus khảm: Dasheen mosaic virus (DMV) và Cucumber mosaic virus (CMV), hầu hết các giống khoai môn ở Nhật bị nhiễm DMV từ 78 - 100% DMV lan truyền thông qua rệp (Pentalonia Negroneriosa) và cũng lan truyền từ củ này đến củ khác Nếu củ mẹ bị nhiễm virus thì bệnh tiếp tục lan truyền cho củ con Nhiều tác giả cho rằng DMV không gây chết mà chỉ làm chậm sự sinh trưởng của cây và dẫn tới làm giảm năng suất củ ((Shaw và CS, (1975); Jackson, (1980); Zetter và Jackson, (1998)) [47], [34], [51]

Ở nước ta nghiên cứu về bệnh hại trên cây khoai môn - sọ mới được tiến hành trên đối tượng bệnh Sương mai (thối lá) gây ra bởi Phytophthora Colocasia Theo Nguyễn Thị Ngọc Huệ và CS, (2004) [9], kết quả phân loại mức độ nhiễm bệnh Sương mai của 201 mẫu giống khoai môn - sọ điển hình của tập đoàn khoai môn - sọ quốc gia giai đoạn 2001 - 2003 cho thấy không

có giống nào miễn dịch, chỉ có 21 mẫu giống chiếm 10,40% kháng cao (điểm

2 - 3), số còn lại kháng trung bình đến nhiễm nặng (điểm 4 - 9) Trong khuôn khổ của dự án TANSAO, TS Nguyễn Văn Viết và CS (2001) [23] đã tiến hành đánh giá khả năng chống chịu bệnh sương mai của các giống khoai môn

- sọ đang trồng trong sản xuất Mặc dù vậy cho đến nay rất ít tài liệu nghiên cứu kỹ về bệnh hại loại cây này Đa dạng di truyền của quần thể nấm sương

mai hại khoai môn sọ (Phytophthora Colocasia Racib)ở miền Bắc Việt Nam

cũng đã bước đầu được đánh giá làm cơ sở cho các hướng chọn tạo giống khoai môn - sọ chống chịu với loại bệnh nguy hiểm này

1.4 Nghiên cứu bảo tồn và khai thác nguồn gen

* Thu thập và đánh giá nguồn gen

Theo kết quả điều tra, kiểm kê tài nguyên khoai môn - sọ tại các nước vùng Châu Á – Thái Bình Dương của dự án TANSAO (2000) (dẫn theo lời Lebot, et Al 2005) [40] cho thấy, ở 5 nước thuộc khu vực Thái Bình Dương

đã thu thập được 982 giống khoai môn - sọ, trong đó Papue New Guinea chiếm tới 700 giống, tỷ lệ giống địa phương chiếm tới 95% Tại 6 nước ở khu vực Đông Nam Á có đến 922 giống khoai môn - sọ, trong đó Việt Nam có

350 giống, kế đến là Trung Quốc có 296 giống Ở mức độ giống cây trồng, những nghiên cứu đánh giá sự đa dạng nguồn gen cây khoai môn - sọ còn có nhiều tồn tại chưa có một sự phân loại hoàn chỉnh các giống (Kay, (1973) [35]; Ghani, 1984) [27]

Cây khoai môn - sọ là cây nhân giống vô tính, tuy nhiên khả năng biến

dị của các dòng vô tính xảy ra khá mạnh mẽ, thêm vào đó là sự chọn lọc trong sản xuất Khi người ta di cư và sử dụng những giống phù hợp với từng vùng canh tác, vì vậy có thể tồn tại hàng nghìn giống khoai môn - sọ cho đến nay Hiện tượng tạp bội thể hiện rõ ở các giống khoai môn - sọ Ấn Độ là một điển

hình cho thấy khả năng biến dị kiểu gen không thể bị bỏ qua (Yen và CS,

1991) [51] Để nhận biết các giống khoai môn - sọ, người ta có thể dựa vào

các đặc điểm hình thái và thời gian sinh trưởng của giống, màu sắc ruột củ

cái, chỏm củ, dọc lá và phiến lá cũng được sử dụng để phân biệt giữa các

giống khoai (Sastrapradia và CS, 1981[47]; Plucknett, 1984 [46]; Diazuli,

1984 [25]; Wilson, 1990 [49]) David and Gilmartin (1985) (dẫn theo Lebot

and Aradhya, 1992) [38] nhấn mạnh ý nghĩa quan trọng của những mô tả hình

thái trong lựa chọn đặc điểm phân loại giống cây trồng ở mức độ dưới loài,

đồng thời cũng là những điểm đáng chú ý đối với các nhà nghiên cứu nông

học và chọn tạo giống Đối với cây khoai môn - sọ, nhiều nhà nghiên cứu đã

sử dụng những đặc điểm hình thái để xác định các nhóm giống và đánh giá sự

đa dạng về mặt di truyền

Ở Hawaii, Tackson và CS (1979) (dẫn theo Taimoto, T., and

Matsumoto, 1986) [49] đã phân loại 82 giống khoai môn - sọ thành các nhóm

theo đặc điểm hình thái

Ví dụ: Nhóm Pico có đặc điểm phiến lá mỏng và lõm của thuỳ lá cắt

tới dọc lá Nhóm Mana bao gồm tất cả các giống có củ cái phân nhóm ở đỉnh Nhóm Manini được phân biệt ở màu sắc củ là màu trắng còn nhóm Ulaula là

màu hồng ở phần gốc của dọc lá

Ở Nhật Bản, Kumazawa và CS, (1956) [36] đã thu thập được 158 giống

khoai môn - sọ ở Nhật và 42 giống ở Đài Loan và một vài hòn đảo chính khác

ở Trung Quốc Các giống khoai môn - sọ đã được phân loại thành 15 nhóm

dựa vào các đặc điểm hình thái Tuy nhiên các giống khoai môn do

Kumazawa và CS (1956) thu thập và nghiên cứu đã không bảo tồn được

giống Vào năm 1982 Takayanaghi và CS đã thu thập lại các giống khoai môn

đang được trồng tại Nhật Bản và 88 giống khoai đã được phân loại thành các

nhóm theo khoá phân loại của Kumazawa và CS (1956) Sau này Hirai và CS (1989) [30] phân loại các giống khoai đã thu thập được dựa vào các đặc điểm hình thái và mẫu phân tích điện li thành phần protein củ, kết quả phân nhóm các giống đã cho thấy phương pháp của Kumazawa và CS (1956) đã sử dụng

là thích hợp Ghani (1984) đưa ra khoá phân biệt giữa các giống khoai môn -

sọ được thu thập ở Malaysia Dựa vào thời gian sinh trưởng và đặc điểm hình thái, tác giả đã phân thành 4 nhóm: Nhóm I có thời gian sinh trưởng (TGST)

9 -11 tháng, cây cao 80 - 110cm, dọc lá to, mập, thẳng đứng hoặc nghiêng, lá hình mũi tên; Nhóm II có TGST 6 - 8 tháng, cây cao 50 - 70cm, dọc lá nhỏ, thẳng đứng hoặc nghiêng lá hình mũi tên hoặc hình tim; Nhóm III có TGST 5

- 6 tháng, cây cao 30 - 50cm, dọc lá bé, mảnh khảnh, không chụm, lá nhỏ và hình tim; Nhóm IV có TGST không xác định được, dọc lá và lá có thể ăn được, củ tiêu biến không ăn được Từ bốn nhóm giống xác định ban đầu, tác giả đã đưa ra một khoá phân loại các giống khoai môn - sọ, có 28 giống đã được nhận biết chính xác Có thể nói đây là tài liệu rất tốt giúp cho công tác phân loại các giống khoai môn - sọ ở Việt Nam

Nghiên cứu đa dạng di truyền bên trong loài Colocasia esculenta trên

201 mẫu giống khoai môn - sọ bằng phương pháp phân tích đẳng men (izozyme) kết hợp phương pháp đánh giá đặc điểm hình thái nông học của Trung tâm tài nguyên Thực vật cho thấy, tập đoàn khoai môn - sọ nghiên cứu

có sự đa dạng di truyền cao, ít mẫu giống trùng lặp Một số nhóm giống có đặc tính quý đã được phát hiện chẳng hạn như: Nhóm khoai lủi ngắn ngày, năng suất cao, nhóm khoai môn miền núi, chất lượng cao, nhóm khoai môn củ dài, ruột tím ngắn ngày…Miền núi phía Bắc có sự đa dạng di truyền cao hơn các vùng sinh thái khác ở Việt Nam (Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Nguyễn Văn Viết, 2004) [9]

* Bảo tồn nguồn gen

Hoạt động bảo tồn nguồn gen khoai môn - sọ trên thế giới được thực hiện từ lâu nhưng thực sự được quan tâm nhiều bắt đầu từ những năm 1990 cho đến nay Phương pháp chính hiện nay vẫn là bảo quản, lưu giữ dưới dạng tập đoàn nguồn gen trên đồng ruộng, trồng trong chậu vại tại các cơ quan nghiên cứu (Nguyễn Thị Ngọc Huệ và CS, 2006) [11] Hiện nay phương pháp nuôi cấy mô được xem như là một công cụ quan trọng để nhân giống sạch bệnh, bảo quản dài hạn nguồn gen và cũng là phương tiện để trao đổi giống đối với những cây nhân giống vô tính, trong đó có cây khoai môn - sọ Ở Solomon, người ta dùng chồi đỉnh của cây khoai làm thực liệu nuôi cấy mô để nhân giống sạch bệnh và bảo quản dài hơn (Arditti and Strauss, 1979 [3]; Jackson, 1980 [34]) Một số tác giả đã đề cập tới khả năng ra hoa, kết hạt để

có thể làm giàu nguồn gen và có hạt giống tiến tới bảo quản trong ngân hàng gen hạt (Shaw, 1975 [48]; Wilson, 1990 [50]); Pardales, 1981 [45]

Trong dự án toàn cầu “Tăng cường cơ sở khoa học bảo tồn đa dạng sinh học Nông nghiệp trên đồng ruộng” do Viện Di truyền Thực vật chủ trì với 10 nước tham gia, trong đó có Việt Nam giai đoạn 1999 – 2003 đã kết luận, cây khoai môn - sọ là đối tượng cây ngắn ngày có thể bảo tồn trên đồng ruộng bền vững tại các vùng sản xuất truyền thống ở các nước đang phát triển trên thế giới Theo Nguyễn Thị Ngọc Huệ và CS (2006) [11] cho biết nguồn gen khoai môn - sọ được bảo tồn khá tốt trong vườn gia đình và tại một số vùng có truyền thống sản xuất khoai môn - sọ như huyện Yên Thuỷ, Đà Bắc của tỉnh Hoà Bình, huyện Nho Quan của Ninh Bình, huyện Thuận Châu tỉnh Sơn La, huyện Tràng Định tỉnh Lạng Sơn, huyện Thạch An tỉnh Cao Bằng và huyện Chợ Đồn tỉnh Bắc Kạn…Tại các vùng nghiên cứu, người nông dân trồng và duy trì các giống khoai môn - sọ khác nhau Việc trồng giống gì phụ thuộc vào điều kiện địa hình, đất đai, thị trường và giá trị sử dụng của chúng

Ở Việt Nam những tài liệu nghiên cứu về nguồn gen cây khoai môn -

sọ chưa có nhiều, mới chỉ có rất ít nguồn gen thu thập được từ những nghiên cứu những năm 60 nhưng chỉ dừng lại ở mức độ mô tả hình thái các nhóm khoai nước, khoai sọ địa phương (khoai Lủi, khoai Đốm, khoai Mồng Hương…), chưa quan tâm đến nhóm khoai môn Sau đó dừng lại không thấy

có tài liệu nào nghiên cứu tiếp, mãi tới năm 1993 thì nước ta lại tiếp tục nghiên cứu khoai môn - sọ với sự giúp đỡ các tổ chức quốc tế Cho đến tận năm 2006 mới có giống KS5, KMC1, KMN1 chọn lọc từ tập đoàn giống giới thiệu ra ngoài sản xuất

* Các phương pháp nhân giống

Ở Hawaii và Samoa, người ta dùng cả chồi đỉnh và chồi bên của giống khoai thuộc nhóm C esculenta var esculenta để nuôi cấy và nhân giống trên môi trường nước dừa và MS được bổ sung Adenin hoặc BAP và 2iP (Mapes and Cable, 1977)

Tại Trung Quốc người ta đã sử dụng môi trường MS giảm một nửa nồng

độ kết hợp với TDZ, BAP và α- NAA để nhân giống khoai thuộc nhóm C esculenta var aniquarum Tỷ lệ bật chồi tốt nhất sau 30 ngày được tìm thấy ở công thức 1mg/1TDZ Sau đó, công thức nhân nhanh đạt hệ số nhân cao nhất (4,7) là MS bổ sung 3mg/1BAP và 0,1 mg/1TDZ sau 90 ngày nuôi cấy Chồi ra

rễ tốt nhất MS có 0,6% agar, 1mg/1BAP, 0,5mg/1α - NAA và 500mg/1 than hoạt tính trước khi ra cây (Du, H.M.; Tang, D.M.; Huang, D.F., 2006)

Hiện nay phát triển khoai môn sọ trong sản xuất còn gặp một số những khó khăn vì cây có thời gian sinh trưởng dài, chiếm đất lâu, chưa thực sự có thị trường, chế biến còn hạn chế do thiếu công nghệ phù hợp Tuy nhiên, gần đây với những nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống ngắn ngày và nếu có những chính sách hỗ trợ khâu chế biến và tạo thị trường, khoai môn sẽ được