Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn ngắn ngày và biện pháp canh tác cho một số tỉnh phía nam

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT NÔNG NGHIỆP MIỀN NAM Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày biện pháp canh tác cho số tỉnh phía Nam Trương Vĩnh Hải Chuyên ngành: Trồng trọt Mã số chuyên ngành: 62.62.01.01 Hướng dẫn khoa học: GS TS Bùi Chí Bửu TS Trần Kim Định 2013 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ở Việt Nam, ngơ (Zea mays L.) lương thực quan trọng đứng thứ hai sau lúa nguyên liệu để chế biến thức ăn cho chăn nuôi Theo số liệu Trung tâm Tin học Thống kê – Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn [17], diện tích trồng ngơ nước năm 2011 1.082.700 ha, suất đạt 43 tạ/ha, sản lượng trung bình đạt 4,7 triệu Với sản lượng này, năm 2011 phải nhập 0,972 triệu để phục vụ cho chế biến thức ăn gia súc Trong tiến trình đại hóa ngành nơng nghiệp, tỉ trọng ngành chăn nuôi nông nghiệp nâng cao, nhu cầu ngơ thương phẩm cho việc chế biến thức ăn gia súc chắn tăng theo Một nguyên nhân làm suất ngơ nước ta thấp tình trạng khô hạn Ở vùng trồng ngô trọng điểm nước ta tỉnh vùng cao nguyên Lâm Đồng, Đông Nam bộ, đồng sông Cửu Long số tỉnh miền núi phía Bắc, việc canh tác ngơ phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước mưa hàng năm, vậy, suất thường bấp bênh thấp tình trạng khơ hạn xảy năm mùa mưa kết thúc sớm Ước tính sản lượng ngơ bị thiệt hại hạn Việt Nam lên đến 30%, số vùng năm gần diện tích bị hạn lên đến 70-80% nhiều vùng năm 2004 không cho thu hoạch Nguyên nhân chủ yếu có khoảng 0,6-0,7 triệu ngơ canh tác nhờ nước trời Ở vùng này, ngô thường bị hạn đầu vụ vụ Hè Thu thường bị hạn giai đoạn trỗ cờ phun râu vụ Thu Đông ( Phan Xuan Hao, 2005) [139] Ở tỉnh phía Nam, có hai thời điểm ngơ dễ bị hạn nhất, là: i) vào khoảng thời gian cuối tháng đầu tháng hàng năm, lúc ngô vụ Hè Thu giai đọan trỗ cờ, gọi hạn “bà chằng” ii) cuối vụ Thu Đơng, ngơ giai đoạn chín sữa làm giảm suất nghiêm trọng Ngoài ra, hạn xảy lúc chu kỳ sinh trưởng phát triển ngô với tần suất mức độ ngày gia tăng Hạn hán ba tác nhân phi sinh học trở ngại cho việc sản xuất ngơ tồn cầu Hạn hán làm giảm suất ngơ thực tế xảy với tần suất phạm vi, cường độ ngày nghiêm trọng khó dự đốn để điều chỉnh mùa vụ né tránh Do vậy, giải pháp quan tâm lai tạo giống ngô chịu hạn nhằm giảm bớt thiệt hại (Ludlow and Muchow 1990; Ribaut cộng sự, 1996) [118], [145] Trong nghiên cứu chọn tạo giống ngơ chịu hạn, ngồi việc trực tiếp chọn suất người ta dùng tính trạng thứ cấp liên quan làm tiêu gián tiếp khoảng cách trỗ cờ phun râu, số hạt/bắp, khối lượng hạt, số không bắp, số xanh, khối lượng rễ tầng đất sâu số tính trạng khác làm tiêu chí chọn lọc (Bolanos Edmeades 1993, 1996)[40], [41], đó, khoảng cách trỗ cờ phun râu (Anthersis Silking Interval-ASI), việc hình thành bắp tính trạng thứ cấp xem xét kỹ lưỡng (Edmeades cộng sự, 1999; Li cộng sự, 2002) [77],[111] Trong điều kiện khô hạn, không đồng trỗ cờ phun râu xảy làm gia tăng khoảng cách trỗ cờ phun râu nên suất giảm (Westgate Boyer, 1986; Bolanos Edmeades, 1993; Edmeades cộng sự, 1999) [181],[40],[77] Việc chọn giống có khoảng cách trỗ cờ phun râu ngắn góp phần vào việc tăng tỷ lệ hình thành bắp dẫn đến tăng suất (Bolanos cộng sự,1993; Ribaut cộng sự, 1997; Edmeades cộng sự, 1999) [40],[144],[77] Đa dạng di truyền đóng vai trị quan trọng việc chọn tạo giống ngô (William Michael, 2002; Duan cộng sự, 2006)[186], [70] Việc xác định dòng bố mẹ để tạo tổ hợp lai ưu tú tốn nhiều chi phí thời gian việc phát triển dòng Xác định mức độ đa dạng cho phép chọn lựa sơ đồ lai tạo hợp lý nhất, khả thành cơng nhanh với chi phí giảm bớt đáng kể Đánh giá đa dạng di truyền nhờ thị phân tử giúp giảm bớt khối lượng công việc lớn so với phương pháp truyền thống phụ thuộc thời tiết mơi trường nhanh chóng (Chapman Edmaedes, 1999; Betran cộng sự, 2003; Bùi Chí Bửu Nguyễn Thị Lang, 2007) [55], [38],[3] Giống cần phải có tính ổn định, tính thích nghi cao với điều kiện mơi trường khác để gia tăng độ tin cậy giống Khi trồng nhiều địa điểm để đánh giá tính ổn định, thích nghi, số đặc điểm nơng học suất giống thay đổi Nguyên nhân gây khác biệt tính thích nghi, ổn định giống tương tác kiểu gen môi trường Điều gây khó khăn việc chứng minh tính ưu giống (Basford Cooper, 1998; Dabholkar, 1999; Bùi Chí Bửu Nguyễn Thị Lang, 2007) [34], [65], [3] Ngô loại trồng nhạy cảm với thay đổi mật độ trồng gần loài cho tiềm năng suất hạt cao Vì vậy, việc thiết lập mật độ trồng tối ưu cần thiết để đạt suất tối đa Đã có nhiều nghiên cứu để xác định mật độ trồng tốt cho ngơ, nhiên, khơng có khuyến cáo đơn lẻ cho tất yếu tố môi trường kiểm sốt yếu tố kiểm sốt độ phì đất, lựa chọn giống ngơ lai, ngày gieo trồng, cách bố trí trồng (Olson and Sander, 1988)[135] Các giống ngơ lai có khả chống chịu với điều kiện bất lợi tốt so với giống ngơ lai cũ, trồng với mật độ cao Hơn nữa, giống lai chống chịu tốt với bất lợi mật độ trồng cao giảm đổ ngã tượng bất dục (William, 2002)[187] Cùng với mật độ trồng, phân bón yếu tố có ảnh hưởng đến suất hạt ngơ nhiều Trong nhiều năm qua, việc sử dụng phân khoáng NPK xem phương tiện hữu hiệu để gia tăng suất Tuy nhiên, suy giảm yếu tố dinh dưỡng đất P, K nguyên tố vi lượng có liên quan đến việc trọng sử dụng nhiều phân đạm canh tác Mặt khác, hiệu lực phân bón vơ thường thấp phí cho sản xuất ngày gia tăng người dân tăng mức phân bón hóa học để trì suất Tình trạng sử dụng đơn độc phân vơ sản xuất ngơ khơng có lợi cho thâm canh tăng suất thường gắn liền với vấn đề suất giảm, cân dinh dưỡng, đặc biệt giảm hàm lượng chất hữu đất (Sridhar Adeoye, 2003)[167] Những cải thiện suất ngô thời gian qua thành tựu di truyền chọn giống kỹ thuật quản lý nông học tiên tiến người trồng ngô Tuy nhiên, chọn tạo giống thu hẹp khoảng cách 15-25% suất thực tế suất tiềm năng, việc áp dụng đồng kỹ thuật tiên tiến điều kiện thâm canh giống cải tiến thu hẹp thêm 15-25% khoảng cách (Zaidi, 2000; Duvick, 2001)[193],[72] Diện tích ngơ tồn giới năm 2010 161,7 triệu với suất đạt 5,19 tấn/ha Ở châu Á, năm 2010 diện tích trồng ngơ chiếm 33,2% diện tích ngơ giới tăng 26 triệu so với năm 1961 Năm 2010, suất ngơ trung bình châu Á đạt 4,57 tấn/ha, 88,1% suất ngơ trung bình giới (FAOSTAT, 2012)[82] Ngô thương mại thị trường giới dự kiến tăng 13% khoảng từ năm 2010 đến năm 2020, sản lượng xuất Mỹ dự kiến không tăng nhu cầu thức ăn chăn nuôi sản xuất ethanol từ ngô nước tăng Dự kiến đến năm 2020, Trung Quốc trở thành nước nhập ngô để đáp ứng cho nhu cầu thức ăn chăn nuôi sản xuất ethanol (Taylor and Koo, 2011) [169] USDA, 2012 [176] dự báo niên vụ 2012-2013, sản lượng ngô giới ước đạt 834,09 triệu tấn, sản lượng ngô Mỹ 272,43 triệu tấn, giảm 43,74 triệu so với niên vụ 2010-2011do ảnh hưởng hạn hán Ở Trung Quốc, sản lượng dự kiến 208 triệu khu vực Đông Nam Á khoảng 26,15 triệu Nhu cầu ngơ năm 2012-2013 tồn giới 862,52 triệu (59,68% nhu cầu cho thức ăn chăn ni), Mỹ 254,44 triệu tấn; Brazil 55 triệu tấn; Trung Quốc 209 triệu Đông Nam Á 32,6 triệu Nhu cầu ngô hầu giới có xu hướng tăng cao, Trung Quốc có nhu cầu tăng cao (tăng 29 triệu tấn) Nhật Bản Hàn Quốc hai nước nhập ngơ hồn tồn, ước tính mức nhập ngơ hai nước Nhật Hàn Quốc năm 2012-2013 15 triệu để đáp ứng nhu cầu nước (USDA, 2012)[176] Vì vậy, tương lai 10 năm tới, nhu cầu ngô châu Á giới tăng mức cao Năng suất ngô nước ta không ngừng tăng lên, nhiên, thấp so với tiềm giống so với nước giới Cũng nước sản xuất ngô giới, hạn hán số hạn chế kỹ thuật canh tác trở ngại ảnh hưởng đến suất sản lượng ngô nước ta Nghiên cứu ngô chịu hạn nước ta tập trung phía Bắc, phía Nam chưa có cơng trình nghiên cứu ngô chịu hạn Trong điều kiện biến đổi khí hậu tồn cầu gây nên thay đổi thất thường thời tiết, việc nghiên cứu giống ngô chịu hạn, ngắn ngày biện pháp kỹ thuật canh tác mật độ trồng, liều lượng phân bón hợp lý cần thiết để góp phần nâng cao suất sản lượng ngô Mục tiêu đề tài - Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu (các dịng ngơ thuần) phục vụ công tác tạo giống chịu hạn - Xác định 1-2 tổ hợp lai có khả sinh trưởng tốt, ngắn ngày có suất cao Trong điều kiện hạn, suất tăng giống đối chứng từ đến 10% - Đề xuất số biện pháp kỹ thuật canh tác ngô lai theo hướng thâm canh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học - Đây cơng trình nghiên cứu có hệ thống đánh giá mức độ đa đạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu có liên quan đến tính chịu hạn Kết phân nhóm dịng dựa vào tính đa dạng làm sở cho nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai chịu hạn sau - Đề tài khẳng định có tính chất bổ sung rằng, tính trạng thứ cấp khoảng cách trỗ cờ phun râu liên quan chặt chẽ đến suất điều kiện khơ hạn - Đề tài đóng góp vào sở lý luận việc nâng cao suất ngô việc gia tăng mật độ trồng với khoảng cách hàng hợp lý liều lượng phân bón thích hợp Ý nghĩa thực tiễn 3.2 - Trên cở sở phân tích tính đa dạng nguồn vật liệu khởi đầu, kết nghiên cứu đánh giá, phân loại dịng làm sở cho cơng tác lai tạo giống ngô ưu lai trước mắt tương lai - Ứng dụng sơ đồ phân nhóm UPGMA dựa vào thị phân tử SSR, cơng trình tạo 80 tổ hợp lai thể tính trạng nơng học suất vượt giống đối chứng sản xuất đại trà miền Nam C919 - Tạo số tổ hợp ngơ lai F1 có thời gian sinh trưởng ngắn, khoảng 92- 93 ngày, suất cao, thích hợp cho việc canh tác vụ số tỉnh phía Nam - Xác định hai tổ hợp ngô lai F1 VK1 x NK67-2 VE8 x BC3F3-26 có khả sinh trưởng tốt, suất cao Trong điều kiện hạn thời tiết, suất cao giống đối chứng trung bình 14% - Xác định khoảng cách hàng 50-60 cm, 25-30 cm liều lượng phân bón 150-180 kg N- 90-100 kg P2O5- 60-70 kg K20/ha thâm canh tăng suất ngô số tỉnh phía Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Các tổ hợp ngô lai tạo từ kết đánh giá dịng có đặc điểm nơng học tốt, suất cao có khả chịu hạn - Một số kỹ thuật canh tác ngơ: mật độ trồng, phân bón Phạm vi nghiên cứu 4.2 - Việc xác định giống ngô lai ngắn ngày, chịu hạn thực sở dòng chọn tạo, thu thập bảo tồn nguồn gen từ năm 1990 Phòng nghiên cứu thức ăn gia súc (Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam) CIMMYT sở đánh giá tổ hợp lai chọn tạo dựa vào kết đánh giá đa dạng di truyền phép lai hồi giao - Địa điểm nghiên cứu: Tất thí nghiệm thực tỉnh Đắc Lắc, Đắc Nông, Đồng Nai Bà Rịa Vũng Tàu tỉnh thuộc khu vực Tây Ngun miền Đơng Nam bộ, nơi có diện tích sản xuất ngơ chủ lực phía Nam - Trong biện pháp canh tác ngô, đề tài tập trung nghiên cứu mật độ gieo trồng công thức phân khống NPK yếu tố ảnh hưởng đến suất ngô nhiều CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Hạn hán phân loại hạn hán 1.1.1 Khái niệm hạn hán Hạn hán giai đoạn khơng có mưa mưa không đủ nhu cầu diễn thời gian dài gây thâm hụt độ ẩm đất cân thủy văn Hiện tượng hạn hán xảy hầu hết tất vùng khí hậu, với đặc tính hạn biến đổi đáng kể từ vùng sang vùng khác Vì vậy, hạn hán thường gắn liền với khoảng thời điểm (mùa hạn chính, khởi đầu muộn mùa mưa, xuất mưa mối liên hệ với giai đoạn sinh trưởng trồng) đặc tính mưa (cường độ mưa, đợt mưa).Các thời điểm hạn xuất khác dẫn đến tác động khác phạm vi ảnh hưởng đặc tính khí hậu (Wilhite, 2000)[185] Ba khái niệm cụ thể hạn dựa lượng mưa ngô nhiều nhà khoa học CIMMYT nêu sau: - Thiếu nước lượng mưa vụ vùng nhiệt đới thấp < 500 mm vùng cao (highland) từ 300 - 350 mm (Heisey Edmeades, 1999)[95] - Theo quan điểm ngô mẫn cảm với hạn: khoảng tuần thời gian ngơ trỗ cờ kết hạt, vùng có lượng mưa 200 mm coi phù hợp lượng mưa khoảng 100 - 200 mm coi vùng thiếu nước sản xuất ngô (Chapman Barreto, 1996)[54] - Khái niệm khác: Dựa tỷ lệ lượng mưa (P) khả nước đất (PE) Ví dụ vùng ngô tất tháng (n) suốt vụ có P/PE>0,5 coi thuận lợi, n - tháng có P/PE>0,5 coi vùng thiếu mưa sản xuất ngô (Khái niệm không đề cập đến việc gieo trồng sớm để tránh hạn) (Heisey Edmeades, 1999)[95] 1.1.2 Phân loại hạn hán 1.1.2.1 Phân loại dựa diện nguồn cung cấp nước i) Hạn khí tượng Hạn khí tượng thường biểu lượng mưa thiếu hụt suốt khoảng thời gian IMO (International Meteorological Organization) phân loại mức độ hạn sau: + Hạn nhẹ: Khi lượng mưa 11-25% lượng mưa bình thường + Hạn vừa: Khi lượng mưa 26-50% lượng mưa bình thường + Hạn nặng: Khi lượng mưa 50% lượng mưa bình thường ii) Hạn thủy văn Hạn thủy văn tình trạng thâm hụt lượng mưa nguồn thủy văn suối, sông, hồ, giếng bị khô nước ngầm đất cạn kiệt Điều ảnh hưởng đến ngành công nghiệp sản xuất điện iii) Hạn nơng nghiệp Đây tình trạng lượng mưa không đủ, độ ẩm đất giảm xuống mức đáp ứng nhu cầu nước trồng trình tăng trưởng làm cho trồng bị héo stress đưa đến giảm suất 1.1.2.2 Dựa sở thời gian xảy hạn i) Khu vực hạn thường trực Đây khu vực thường bị khô vĩnh viễn, vùng sa mạc khô cằn Cây trồng lệ thuộc vào nước trời sống không tưới Trong khu vực thảm thực vật thường xương rồng Cây bụi có gai, xerophytes, vv thường xuất ii) Hạn theo mùa Xảy vùng xác định rõ ràng khí hậu ẩm ướt khơ Hạn theo mùa xảy chu kỳ mùa diễn thời gian dài Loại hình xảy khu vực gió mùa iii) Hạn ngẫu nhiên Đây kết bất thường biến động lượng mưa, đặc biệt vùng ẩm bán ẩm ướt Hạn ngẫu nhiên xảy trùng với thời kỳ tăng trưởng mạnh trồng, nguồn nước quan trọng nhu cầu nước trồng lớn 1.1.2.3 Trên sở môi trường xảy Maximov (1929)[122] phân chia thành hai loại: i) Hạn đất Xảy độ ẩm đất cạn kiệt giảm xuống đến mức cân bốc thoát nước tiềm trồng ii) Hạn khơng khí Hạn khơng khí kết từ độ ẩm thấp, gió nóng khơ gây hong khơ trồng Điều xảy lượng mưa độ ẩm cung cấp đủ 1.2 Ảnh hưởng hạn đến sinh trưởng, phát triển suất ngô 1.2.1 Ảnh hưởng hạn hán đến nguồn (Source) sức chứa (Sink) Hạn hán tác động mạnh đến cân sản phẩm đồng hóa (nguồn) sức chứa, gây nên lão hóa sớm sau ngô trỗ cờ, phun râu Điều làm giảm nguồn cung cấp sản phẩm đồng hóa cho hoạt động cây, đặc biệt giai đoạn hình thành bắp hạt dẫn đến giảm sức chứa (Banziger cộng sự, 2000) [33] Trong điều kiện khô hạn, cố định cacbon quang hợp bị giảm việc đóng khí khổng làm hạn chế lượng ánh sáng vào tham gia trình quang hợp dẫn đến sản phẩm chất đồng hóa làm ảnh hưởng đến toàn hoạt động (Bolanos cộng sự, 1993; Bruce cộng sự, 2002) [40], [46] Nguồn sản phẩm đồng hóa có vai trị quan trọng việc phát triển noãn hạt Bất kỳ gián đoạn tiến trình vận chuyển chất đồng hóa nước giảm hoạt tính enzym trao đổi cac bon (Zinselmeier cộng sự, 1999) [196] 1.2.2 Ảnh hưởng khô hạn đến khoảng thời gian trỗ cờ phun râu Khi ngô bị thiếu nước, thiếu sáng, thiếu dinh dưỡng giai đoạn trỗ cờ, phun râu, bắp tăng trưởng chậm có liên quan đến tăng trưởng hoa đực (cờ) khoảng thời gian trỗ cờ phun râu (Anthersis Silking Interval-ASI) gia tăng Đây phản ứng thông thường việc giảm sản phẩm đồng hóa giai đoạn sinh trưởng (Westgate Boyer, 1986; Bolanos Edmeades, ... Bắc, phía Nam chưa có cơng trình nghiên cứu ngơ chịu hạn Trong điều kiện biến đổi khí hậu tồn cầu gây nên thay đổi thất thường thời tiết, việc nghiên cứu giống ngô chịu hạn, ngắn ngày biện pháp. .. thâm canh tăng suất ngô số tỉnh phía Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Các tổ hợp ngô lai tạo từ kết đánh giá dịng có đặc điểm nơng học tốt, suất cao có khả chịu hạn - Một. .. tác tạo giống chịu hạn - Xác định 1-2 tổ hợp lai có khả sinh trưởng tốt, ngắn ngày có suất cao Trong điều kiện hạn, suất tăng giống đối chứng từ đến 10% - Đề xuất số biện pháp kỹ thuật canh tác