Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên

Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -*** -

Trần Trung Kiên

Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất

lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên - 2009

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -*** -

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Phan Xuân Hào Viện Nghiên cứu Ngô 2 TS Đỗ Tuấn Khiêm

Sở KH&CN Bắc Kạn

Thái Nguyên - 2009

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Mọi thông tin trích dẫn trong luận án được chỉ rõ nguồn gốc

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Trần Trung Kiên

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Ban Sau đại học, Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên; Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, Khoa Nông học, Trung tâm Thực hành Thực nghiệm, Bộ môn Cây trồng, Bộ môn Sinh lý Sinh hóa-Di truyền Giống - Khoa Nông học, cùng các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và sinh viên của Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên Đồng thời, tôi cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Viện Nghiên cứu Ngô Tôi xin trân trọng cảm ơn tới những sự quan tâm giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới 2 thầy hướng dẫn khoa học:

1 TS Phan Xuân Hào, Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Ngô

2 TS Đỗ Tuấn Khiêm, Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ Bắc Kạn

Hai thầy đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ của các thầy cô: GS.TS Ngô Hữu Tình, TS Mai Xuân Triệu, TS Lương Văn Vàng - Viện Nghiên cứu Ngô; TS Bùi Huy Hiền - Bộ NN&PTNT; PGS.TS Nguyễn Văn Bộ - Viện KHNN VN; TS Trần Thúc Sơn - Viện Thổ nhưỡng Nông hoá; PGS.TS Vũ Văn Liết, PGS.TS Nguyễn Thế Hùng, PGS.TS Nguyễn Tất Cảnh - Trường ĐHNN Hà Nội; GS.TS Nguyễn Thế Đặng, PGS.TS Nguyễn Ngọc Nông, PGS.TS Đặng Văn Minh, PGS.TS Luân Thị Đẹp, PGS.TS Trần Ngọc Ngoạn, PGS.TS Nguyễn Hữu Hồng, PGS.TS Dương Văn Sơn, PGS.TS Trần Văn Phùng, TS Phan Thị Vân - Trường ĐHNL TN Các thầy cô đã tận tình giúp đỡ và góp ý kiến cho tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài và hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Phòng NN&PTNT huyện Yên Minh - Hà Giang; Phòng NN&PTNT huyện Hàm Yên - Tuyên Quang; Phòng NN&PTNT huyện Phổ Yên - Thái Nguyên

Tôi vô cùng biết ơn sự động viên, giúp đỡ về tinh thần và vật chất của gia đình, bạn bè trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

NGHIÊN CỨU SINH

Trần Trung Kiên

MỤC LỤC

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan i

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

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

3.1 Ý nghĩa khoa học 4

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài 5

1.2 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 7

1.2.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 7

1.2.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 9

1.2.3 Tình hình sản xuất ngô ở vùng Đông Bắc 11

1.2.4 Tình hình sản xuất ngô ở Thái Nguyên 13

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới và ở Việt Nam 15

1.3.1 Lợi ích dinh dưỡng và kinh tế của ngô QPM 15

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới 17

1.3.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM ở Việt Nam 27

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng và chất lượng protein ở ngô 30

1.4 Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới và ở Việt Nam 33

1.4.1 Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới 33

1.4.2 Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô ở Việt Nam 40

1.4.3 Tình hình nghiên cứu phân bón đến chất lượng ngô thường và ngô QPM 49

Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52

2.1 Vật liệu nghiên cứu 52

2.1.1 Thí nghiệm khảo nghiệm giống 52

2.1.2 Thí nghiệm phân bón 53

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 53

2.2.1 Địa điểm tiến hành đề tài 53

2.2.2 Thời gian tiến hành đề tài 54

2.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 54

2.3.1 Nội dung nghiên cứu 54

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 56

2.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 64

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 65

3.1 Kết quả khảo nghiệm giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên 65

3.1.1 Khả năng sinh trưởng và phát triển của các giống ngô chất lượng protein cao vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 65

3.1.2 Khả năng chống chịu của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 73

3.1.3 Trạng thái cây, độ bao bắp, trạng thái bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 78

3.1.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 80 3.1.5 Hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm 87 3.2 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng đạm đến sinh trưởng,

phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên 90 3.2.1 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến thời gian sinh trưởng qua

các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 91 3.2.2 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các đặc điểm hình thái của

giống ngô QP4 và LVN10 93 3.2.3 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến khả năng chống chịu của

giống ngô QP4 và LVN10 96 3.2.4 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 99 3.2.5 Tương quan giữa liều lượng đạm và năng suất của giống QP4 và

LVN10 104 3.2.6 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng và chất lượng

protein của giống ngô QP4 và LVN10 106 3.2.7 Tương quan giữa liều lượng đạm và chất lượng của giống ngô

QP4 và LVN10 110 3.2.8 Hiệu quả kinh tế của các liều lượng đạm với giống ngô QP4 và

LVN10 111 3.2.9 Hiệu quả nông học của N với giống ngô QP4 và LVN10 113 3.2.10 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất protein của giống

ngô QP4 và LVN10 114

3.3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng lân đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên 115 3.3.1 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến thời gian sinh trưởng qua các

thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 115 3.3.2 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các đặc điểm hình thái của

giống ngô QP4 và LVN10 117 3.3.3 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến khả năng chống chịu của

giống ngô QP4 và LVN10 120 3.3.4 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 122 3.3.5 Tương quan giữa liều lượng lân và năng suất của giống QP4 và

LVN10 126 3.3.6 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến hàm lượng và chất lượng

protein của giống ngô QP4 và LVN10 128 3.3.7 Tương quan giữa liều lượng lân và chất lượng của giống ngô

QP4 và LVN10 131 3.3.8 Hiệu quả kinh tế của các liều lượng lân với giống ngô QP4 và

LVN10 132 3.3.9 Hiệu quả nông học của P với giống ngô QP4 và LVN10 133 3.3.10 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến năng suất protein của giống

ngô QP4 và LVN10 135 3.4 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng kali đến sinh trưởng,

phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên 136 3.4.1 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến thời gian sinh trưởng qua các

thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 136

3.4.2 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các đặc điểm hình thái của giống ngô QP4 và LVN10 138 3.4.3 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến đến khả năng chống chịu của

giống ngô QP4 và LVN10 141 3.4.4 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành năng

suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 143 3.4.5 Tương quan giữa liều lượng kali và năng suất của giống QP4 và

LVN10 147 3.4.6 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến hàm lượng và chất lượng

protein của giống ngô QP4 và LVN10 149 3.4.7 Tương quan giữa liều lượng kali và chất lượng của giống ngô

QP4 và LVN10 152 3.4.8 Hiệu quả kinh tế của các liều lượng kali với giống ngô QP4 và

LVN10 153 3.4.9 Hiệu quả nông học của K với giống ngô QP4 và LVN10 155 3.4.10 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến năng suất protein của giống

ngô QP4 và LVN10 156 3.5 Kết quả xây dựng mô hình 160 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 163 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO 166 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

1961-2007 8 Bảng 1.2 Sản xuất ngô Việt Nam giai đoạn 1961 – 2008 10

Nguyên giai đoạn 2000 - 2008. 14

trưởng (%). 41 Bảng 2.1 Nguồn gốc của các giống tham gia thí nghiệm 52

Xuân (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 65

Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 66

thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 70 Bảng 3.3 Số lá/cây và chỉ số diện tích lá của các giống ngô thí

nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 72

Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 74

Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 75

Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 77

Bảng 3.7a Trạng thái cây, độ bao bắp, trạng thái bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 78

ngô thí nghiệm vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 79

giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông (2004 và 2005). 82

giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông (2004 và 2005) 83

ngô thí nghiệm vụ Xuân (2004 và 2005) và Thu Đông 2004 88

qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 92

chiều cao đóng bắp của giống QP4 và LVN10 94

số diện tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 95

thân của giống ngô QP4 và LVN10 97

của giống ngô QP4 và LVN10 98 Bảng 3.15a Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành

năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 100

Bảng 3.15b Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 101

suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng đạm 105

lysine và methionine của các giống ngô vụ Xuân và Thu Đông 2005 107

hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 111

qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 116

cao đóng bắp của giống ngô QP4 và LVN10 118 Bảng 3.24 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến số lá và chỉ số diện

tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 119 Bảng 3.25 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến tỷ lệ đổ rễ, gãy thân

của giống ngô QP4 và LVN10 120

thân và bệnh khô vằn của giống ngô QP4 và LVN10 121

Bảng 3.27a Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 123 Bảng 3.27b Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành

năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 124

suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng lân 126

lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông 2005 129

hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 131

của giống ngô QP4 và LVN10 137

chiều cao đóng bắp của giống ngô QP4 và LVN10 139

tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 140

của giống ngô QP4 và LVN10 141

Bảng 3.38 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến tỷ lệ bị nhiễm sâu đục thân và bệnh khô vằn của giống ngô QP4 và LVN10 142 Bảng 3.39a Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành

năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 144 Bảng 3.39b Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành

năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 145

suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng kali 147

lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông 2005 150

hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 152

160K2O - 0K2O ở một số chỉ tiêu chính đối với giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình ba vụ) 157 Bảng 3.47 So sánh các chỉ tiêu năng suất và chất lượng của ba tổ

hợp đã chọn từ 3 thí nghiệm phân đạm, lân, kali 159

giống ngô QP4 vụ Xuân 2006 tại Hà Giang 161

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Biểu đồ 3.1 Năng suất thực thu của các giống ngô thí nghiệm trung bình vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên 86 Biểu đồ 3.2 Hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống

ngô thí nghiệm tại Thái Nguyên (trung bình 3 vụ) 89 Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất của giống

QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) 103 Biểu đồ 3.4 Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng đạm 105 Biểu đồ 3.5 Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng đạm 105 Biểu đồ 3.6 Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng protein,

lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ) 109 Biểu đồ 3.7 Hiệu quả kinh tế của liều lượng đạm đến giống ngô QP4

và LVN10 (trung bình 3 vụ) 112 Biểu đồ 3.8 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến năng suất của giống

QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) 126 Biểu đồ 3.9 Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng lân 127 Biểu đồ 3.10 Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng lân 127 Biểu đồ 3.11 Ảnh hưởng của liều lượng lân đến hàm lượng protein,

lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ) 130 Biểu đồ 3.12 Hiệu quả kinh tế của liều lượng lân đến giống ngô QP4

và LVN10 (trung bình 3 vụ). 133 Biểu đồ 3.13 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến năng suất của giống

ngô QP4 và LVN10 (trung bình ba vụ) 146 Biểu đồ 3.14 Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng kali 148

Biểu đồ 3.15 Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng kali 148 Biểu đồ 3.16 Ảnh hưởng của liều lượng kali đến hàm lượng protein,

lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ) 151 Biểu đồ 3.17 Hiệu quả kinh tế qua liều lượng kali của giống ngô QP4

và LVN10 (trung bình ba vụ) 154 Biểu đồ 3.18 Ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến năng

suất giống ngô QP4 và LVN10 158 Biểu đồ 3.19 Ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến hàm

lượng protein (Pr), lysine (Lys) và methionine (Met) của giống ngô QP4 và LVN10 158

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cây ngô (Zea mays L.) là một trong ba cây cốc quan trọng cung cấp

lương thực cho con người và thức ăn cho vật nuôi Ngô còn là nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp lương thực - thực phẩm - dược phẩm và công nghiệp nhẹ Hiện nay, ngô đang được quan tâm đặc biệt với vai trò là nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học

Với ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế, cùng với tính thích ứng rộng và tiềm năng năng suất cao, cây ngô được hầu hết các quốc gia trên thế giới gieo trồng (166 nước) và diện tích ngày càng mở rộng Năm 2007, sản xuất ngô thế giới đạt kỷ lục cả 3 chỉ tiêu: Diện tích 158,0 triệu ha (chỉ sau lúa mì - 214,2 triệu ha, vượt qua lúa nước - 155,8 triệu ha), năng suất 50,1 tạ/ha (lúa nước 42,3 tạ/ha, lúa mì 28,3 tạ/ha) và sản lượng 791,8 triệu tấn - chiếm gần 40% trong tổng sản lượng 3 cây lương thực hàng đầu trên thế giới (lúa nước: 659,6 triệu tấn, lúa mì: 606 triệu tấn) (FAOSTAT, 2009) [67]

Hạn chế về mặt dinh dưỡng của ngô là một số axit amin không thay thế như lysine, triptophan, methionine có hàm lượng thấp Cải thiện chất lượng protein ở ngô là một trong những hướng được đầu tư nghiên cứu nhiều của các nhà chọn tạo giống trên thế giới Với sự nỗ lực của các nhà khoa học ở Trung tâm Cải lương Ngô và Lúa mì quốc tế (CIMMYT), các giống ngô chất lượng protein cao (QPM - Quality Protein Maize) với nội nhũ cứng có năng suất và các đặc tính nông sinh học tương đương nhưng hàm lượng các axit amin không thay thế cao gấp đôi ngô thường đã được tạo ra và đang trở thành một xu hướng chính trong chọn tạo giống ngô của thế giới hiện nay

Ở Việt Nam, ngô tuy chỉ chiếm 12,9% diện tích cây lương thực có hạt, nhưng có ý nghĩa quan trọng thứ hai sau cây lúa Gần 30 năm qua, nhất là từ

những năm sau 1990, sản xuất ngô nước ta đã đạt được những thành tựu đáng

ghi nhận Năm 2008 là năm đạt diện tích (1125,9 nghìn ha), năng suất (40,2 tạ/ha) và sản lượng (4531,2 nghìn tấn) cao nhất từ trước đến nay So với

năm 1990, diện tích và năng suất tăng 2,6 lần, còn sản lượng tăng 7 lần (Tổng cục Thống kê, 2009) [45] Đạt được những kết quả trên là nhờ sự định hướng đúng đắn và đầu tư cao độ của Nhà nước đối với ngành ngô, cũng như sự nỗ lực vượt bậc của những người làm công tác nghiên cứu và khuyến nông đối với cây ngô Đó cũng là kết quả từ sự giúp đỡ có hiệu quả của các tổ chức quốc tế, trong đó có CIMMYT Chương trình phát triển ngô QPM đã được CIMMYT tạo mọi điều kiện để Việt Nam tiếp nhận được những kết quả mới nhất Viện Nghiên cứu Ngô đã nghiên cứu lai tạo, thử nghiệm một số giống ngô lai QPM và thành công bước đầu tạo ra được giống ngô lai HQ2000 Giống HQ2000 là sản phẩm khởi đầu của chương trình tạo giống ngô QPM ở nước ta Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất ở các vùng miền khác nhau trong cả nước, cần thiết phải chọn tạo ra được nhiều giống ngô QPM mới, trong đó có giống ngô QPM thụ phấn tự do (TPTD) cho vùng Trung du và miền núi phía Bắc

Mặc dầu đã đạt được những thành tựu quan trọng, nhưng sản lượng ngô nước ta vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước ngày một tăng nhanh Hiện nay, nước ta phải nhập khoảng 600.000 – 800.000 tấn/năm để làm nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi Để đáp ứng nhu cầu về ngô, có thể giải quyết bằng hai hướng: Một là mở rộng diện tích và đầu tư thâm canh các giống ngô lai có năng suất cao; hai là tăng diện tích các giống ngô có hàm lượng và chất lượng protein cao (QPM)

Thái Nguyên là một tỉnh đại diện cho vùng Trung du và miền núi phía Bắc có điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội còn nhiều khó khăn Nhiều vùng sản xuất ngô đã trồng bằng các giống ngô lai, nhưng do điều kiện đất đai,

nước tưới, khả năng đầu tư, trình độ của người dân chưa đáp ứng được yêu cầu thâm canh nên hiệu quả của các giống ngô lai không cao Trong những điều kiện như vậy, các giống ngô TPTD cải tiến sẽ phù hợp hơn Đặc biệt là các giống ngô QPM TPTD sẽ rất có ý nghĩa khi mà một bộ phận đáng kể đồng bào dân tộc thiểu số đang sử dụng ngô làm lương thực chính Tuy nhiên, cho đến nay các giống ngô QPM TPTD thích hợp cho vùng miền núi phía Bắc là chưa có

Điều kiện môi trường và các biện pháp kỹ thuật canh tác khác nhau ảnh hưởng đến năng suất ngô nhưng có làm thay đổi hàm lượng và chất lượng protein (các axit amin không thay thế) của giống ngô QPM hay không Yếu tố phân bón có góp phần cải thiện chất lượng protein của giống ngô QPM và ngô thường hay không Đây là những vấn đề chưa được nghiên cứu sâu trên thế giới cũng như ở Việt Nam Đã có nhiều nghiên cứu về phân bón trên ngô thường ở nước ta và trên ngô QPM cũng mới chỉ bắt đầu Cho đến nay, nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali qua các mùa vụ khác nhau đến năng suất hạt, hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QPM TPTD so sánh với ngô lai thường chưa có kết quả được công bố trên thế giới và ở Việt Nam

Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành

nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên"

2 Mục tiêu của đề tài

- Xác định được giống ngô QPM TPTD triển vọng cho tỉnh Thái Nguyên cũng như các tỉnh miền núi phía Bắc

- Xác định lượng phân đạm, lân và kali tối ưu cho giống ngô QPM TPTD triển vọng

- Xác định được ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến năng suất, hàm lượng và chất lượng protein đối với giống ngô QPM TPTD so sánh với giống ngô lai thường

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QPM TPTD so sánh với giống ngô lai thường

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Với vai trò làm lương thực cho người (17%), thức ăn cho chăn nuôi (gần 70%) và làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và công nghiệp nhẹ khác (khoảng 10%) (Ngô Hữu Tình, 2009) [42], ngô đã được hầu hết các quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới gieo trồng và liên tục mở rộng sản xuất

Tất cả các nước trồng ngô nói chung đều ăn ngô với các mức độ khác nhau Toàn thế giới (giai đoạn 1995 - 1997) sử dụng 17% sản lượng ngô làm lương thực cho người, trong đó ở các nước đang phát triển là 30%, các nước phát triển khoảng 4% Các nước ở Trung Mỹ, Nam Á và châu Phi sử dụng ngô làm lương thực chính Các nước Đông Nam Phi sử dụng 72% sản lượng ngô làm lương thực cho người, Tây Trung Phi 66%, Bắc Phi 45%, Tây Á 23%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 43%, Đông Á 12%, Trung Mỹ và vùng Caribe 56%, Nam Mỹ 9%, Đông Âu và Liên Xô cũ 7%, Tây Âu, Bắc Mỹ và các nước phát triển khác 4% (Ngô Hữu Tình, 2009) [42] Vì vậy, ngô là một cây trồng rất quan trọng đảm bảo an ninh lương thực trên phạm vi toàn thế giới

Việt Nam là quốc gia có truyền thống lúa nước lâu đời, lương thực chính là gạo, song người dân cũng rất thích ăn ngô dưới dạng ngô luộc, ngô nướng, ngô rang, bỏng ngô Trước kia còn nghèo đói và do mất mùa, nông dân vẫn thường ăn ngô dưới dạng độn với cơm hoặc ngô bung Hiện nay, đồng bào một số dân tộc thiểu số vùng cao như H'mông, Dao vẫn ăn ngô như nguồn lương thực chính theo truyền thống và vì điều kiện kinh tế còn nghèo dưới dạng mèn mén

Do chất lượng protein ở ngô không cao vì hàm lượng một số axit amin không thay thế như lysine, triptophan, methionine thấp nên việc sử dụng ngô nhiều có ảnh hưởng đến dinh dưỡng cho người và vật nuôi Trước thực tế đó, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu chọn tạo ra các giống ngô QPM với hàm lượng protein cao hơn và đặc biệt có hàm lượng lysine, triptophan, methionine gấp đôi ngô thường Hiện nay có nhiều giống ngô lai QPM đã được đưa vào sản xuất, còn giống TPTD QPM ít hơn Giống lai QPM có năng suất cao chủ yếu phù hợp cho các vùng trồng ngô thâm canh, còn đối với các vùng đồi núi còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng, kỹ thuật canh tác, giống ngô TPTD QPM khả thi hơn

Miền núi phía Bắc nước ta là vùng khó khăn về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội Người dân vùng này còn rất nghèo, thiếu vốn đầu tư cho sản xuất nông nghiệp Ở một số vùng khó khăn những người dân nghèo đói vẫn phải sử dụng ngô làm lương thực và một số đồng bào dân tộc có tập quán sử dụng ngô làm lương thực chính từ lâu đời Vì vậy, việc sử dụng giống ngô QPM là một nhu cầu thiết thực và cấp bách, góp phần giảm chi phí đầu tư cho sản xuất, đồng thời đạt được năng suất và chất lượng protein cao, đem lại hiệu quả kinh tế, đặc biệt có thể giảm tỷ lệ suy dinh dưỡng cho người dân miền núi, đảm bảo an ninh lương thực, nâng cao chất lượng dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi, đẩy mạnh công cuộc xoá đói giảm nghèo, phát triển kinh tế - xã hội nông thôn miền núi

Đất canh tác ở vùng miền núi rất ít, vì vậy việc mở rộng diện tích trồng ngô là rất khó khăn đồng thời việc tăng năng suất ngô gặp trở ngại do dinh dưỡng đất ở vùng này nghèo kiệt và khả năng thâm canh đầu tư của người dân thấp Cho nên việc sử dụng giống ngô TPTD QPM vừa cho năng suất cao vừa đạt chất lượng protein cao là rất phù hợp và hiệu quả

Hiện nay, việc nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, môi trường canh tác đến chất lượng của ngô QPM trên thế giới còn rất ít Ở Việt Nam, nghiên cứu về vấn đề này mới chỉ bắt đầu Vấn đề được đặt ra là giống ngô QPM có chất lượng protein cao nhưng liệu nó có thay đổi chất lượng ở những điều kiện ngoại cảnh, môi trường canh tác khác nhau không Liệu trong cùng một điều kiện môi trường canh tác giống nhau, sự thay đổi về chất lượng protein của giống ngô QPM so với ngô thường có khác nhau không Ở nước ta đến nay những nghiên cứu về phân bón ảnh hưởng đến năng suất thì nhiều nhưng chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của phân đạm, lân, kali đến năng suất và chất lượng protein của giống ngô TPTD QPM và so sánh với giống ngô lai thường

Xuất phát những cơ sở khoa học trên, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài này

1.2 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới

Ngô là cây ngũ cốc lâu đời và phổ biến trên thế giới, không cây nào sánh kịp với cây ngô về tiềm năng năng suất hạt, về quy mô, hiệu quả ưu thế lai

Ngô còn là cây điển hình được ứng dụng nhiều thành tựu khoa học về các lĩnh vực di truyền học, chọn giống, công nghệ sinh học, cơ giới hoá, điện khí hoá và tin học vào công tác nghiên cứu và sản xuất

Ngành sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay Theo số liệu của Tổ chức Nông - Lương Liên Hợp Quốc (FAO), năm 2007 diện tích ngô đã vượt qua lúa nước, với 158,0 triệu ha, năng suất 50,1 tấn/ha và sản lượng đạt kỷ lục 791,8 triệu tấn Trong hơn 40 năm qua, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu So với năm 1961, năm 2007 năng suất ngô trung bình của thế giới tăng thêm hơn 31,1 tạ/ha (từ 19 lên 50,1 tạ/ha), lúa nước tăng hơn 23,3 tạ/ha (từ 19 lên 42,3 tạ/ha), còn lúa mì thêm 17,3 tạ/ha (từ 11 lên 28,3 tạ/ha) (FAOSTAT, 2009) [67]

Bảng 1.1 Sản xuất ngô, lúa mì, lúa nước thế giới giai đoạn 1961-2007

Năm

D tích (triệu

ha)

NS (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

D tích (triệu

ha)

NS (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

D tích (triệu

ha)

NS (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, trong khi đó diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp do sa mạc hóa và xu thế đô thị hóa Nền nông nghiệp thế giới ngày nay luôn phải trả lời làm thế nào để giải quyết đủ năng lượng cho 8 tỷ người vào năm 2021 và 16 tỷ người vào năm 2030 Để giải quyết được câu hỏi này, ngoài biện pháp phát triển nền nông nghiệp nói chung thì phải nhanh chóng chọn ra những giống cây trồng trong đó có các giống ngô năng suất cao, ổn định có khả năng chống chịu tốt với điều kiện khí hậu ngày càng biến đổi phức tạp Một trong những thành tựu quan trọng trong chọn tạo giống sinh vật nói chung và cây ngô nói riêng là việc nghiên cứu thành công và phát triển nhanh giống biến đổi gen Với cây ngô, chỉ sau 12 năm áp dụng, năm 2008, diện tích trồng ngô chuyển gen trên thế giới đã đạt 37,3 triệu ha, riêng ở Mỹ đã lên đến 30 triệu ha, chiếm 85% trong tổng số 35,2 triệu ha ngô của nước này (GMO-COMPASS, 2009) [68] Nhờ chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ và kháng sâu đục thân, việc sản xuất ngô được thuận tiện hơn, giảm thuốc bảo vệ thực vật từ đó giảm sự ô nhiễm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế Những nghiên cứu về chuyển gen chịu hạn, chịu rét, chịu chua, chịu mặn, chịu đất nghèo đạm và kháng một số bệnh do virut ở ngô cũng đã những kết quả bước đầu Khi những nghiên cứu trên được ứng dụng vào thực tiễn sẽ góp phần khai thác tối đa tiềm năng năng suất ở ngô Điều đó sẽ có một ý nghĩa vô cùng lớn đối với ngành sản xuất ngô thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển việc sản xuất ngô phụ thuộc chủ yếu vào thiên nhiên, trong đó có Việt Nam

1.2.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam

Ngô là cây lương thực quan trọng thứ 2 sau cây lúa ở nước ta Ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm (Ngô Hữu Tình, 2009) [42] Do có vai trò quan trọng đối với kinh tế xã hội cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nên ngô đã nhanh chóng được mở rộng, trồng khắp các vùng miền cả nước

Cùng với sự tiến bộ của toàn thế giới, việc phát triển sản xuất ngô ở Việt Nam trong vài thập kỷ cuối thế kỷ 20 cũng đã thu được những kết quả quan trọng Đạt được thành tựu lớn trong sản xuất ngô ở nước ta trong những năm gần đây là nhờ có những chính sách khuyến khích của Đảng và Nhà nước trong việc áp dụng thành công những tiến bộ khoa học kỹ thuật về giống, kỹ thuật canh tác vào sản xuất nên cây ngô đã có những bước tiến mạnh về diện

tích, năng suất và sản lượng

Năng suất ngô Việt Nam đến cuối những năm 1970 chỉ đạt 10 tạ/ha do trồng các giống ngô địa phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với CIMMYT, nhiều giống ngô cải tiến đã được trồng ở nước ta, góp phần đưa năng suất lên gần 15 tạ/ha vào đầu những năm 1990 Tuy nhiên, ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc mở rộng giống lai và cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha trồng ngô, năm 2007 giống lai đã chiếm khoảng 95% trong số hơn 1 triệu ha Năm 1994, sản lượng ngô Việt Nam vượt ngưỡng 1 triệu tấn, năm 2000 vượt ngưỡng 2 triệu tấn và năm 2008 có diện tích, năng suất và sản lượng cao nhất từ trước đến nay: Diện tích 1.125,9 nghìn ha, năng suất 40,2 tạ/ha, sản lượng vượt ngưỡng 4 triệu tấn - 4,5 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]

Bảng 1.2 Sản xuất ngô Việt Nam giai đoạn 1961 – 2008 Năm

Năm 1961, năng suất ngô nước ta bằng 60% trung bình thế giới (11,4/ 19 tạ/ha) Suốt gần 20 năm sau đó, trong khi năng suất ngô thế giới tăng liên tục thì năng suất của ta lại giảm, và vào năm 1979 chỉ còn bằng 29% so với trung bình thế giới (9,9/33,9 tạ/ha) Mặc dầu là cây lương thực thứ hai sau lúa nước, song do truyền thống lúa nước, cây ngô không được chú trọng nên chưa phát huy hết tiềm năng ở Việt Nam

Từ năm 1980 đến nay, năng suất ngô nước ta tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình của thế giới Năm 1980, bằng 34% so với trung bình thế giới (11/32 tạ/ha); năm 1990 bằng 42% (15,5/37 tạ/ha); năm 2000 bằng 65,5% (27,5/42 tạ/ha); năm 2005 bằng 75% (36/48 tạ/ha) và năm 2007 đã đạt 78,4% (39,3/50,1 tạ/ha)

Cây ngô có khả năng thích ứng rộng, có thể được trồng nhiều vụ trong năm và trồng ở hầu hết các địa phương trong cả nước Tiềm năng phát triển cây ngô ở nước ta là rất lớn cả về diện tích và thâm canh tăng năng suất

Các giống ngô lai có tiềm năng năng suất cao đã và đang được phát triển ở những vùng ngô trọng điểm, vùng thâm canh, có thuỷ lợi, những vùng đất tốt như: Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên để đạt năng suất cao Tuy nhiên, ở các tỉnh miền núi, những vùng khó khăn, canh tác chủ yếu nhờ nước trời, đất xấu, đầu tư thấp thì giống ngô thụ phấn tự do chiến ưu thế và chiếm một diện tích khá lớn

1.2.3 Tình hình sản xuất ngô ở vùng Đông Bắc

Đông Bắc là vùng núi và trung du, nó được phân cách với vùng Tây Bắc bởi dãy Hoàng Liên Sơn, bao gồm 10 tỉnh (Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Thái Nguyên, Lạng Sơn, Bắc Giang, Phú Thọ) Ở vùng Đông Bắc, ngô là cây lương thực chính chỉ đứng sau cây lúa Năm 2008, diện tích lúa là 498,4 nghìn ha, diện tích ngô là 243,9 nghìn ha Trong vùng có khoảng 115 nghìn ha ruộng bậc thang hàng năm trồng 1 vụ lúa

mùa nhờ nước trời - bỏ hoá vụ Xuân (Tổng cục Thống kê, 2009) [45] Đây là

quỹ đất cần được khai thác để trồng ngô vụ Xuân bằng giống ngắn ngày chịu hạn

Nhìn chung, vụ ngô chính trong vùng là vụ Xuân Hè, gieo cuối tháng 2 hoặc đầu tháng 3 và thu hoạch vào cuối tháng 6 hoặc đầu tháng 7 Vụ ngô này chiếm 65 – 70% tổng diện tích gieo trồng ngô Ngô Thu Đông trong vùng được gieo vào cuối tháng 7 hoặc đầu tháng 8 và thu hoạch vào tháng 11 chiếm 10 – 15% Ngoài hai vụ trên thì còn vụ ngô Đông được trồng sau khi thu hoạch lúa mùa sớm Diện tích trồng ngô vụ này chiếm khoảng 15 – 20% (được trồng nhiều ở các tỉnh Thái Nguyên, Bắc Giang, Phú Thọ)

Ba tỉnh Hà Giang, Cao Bằng và Lào Cai có diện tích ngô lớn hơn diện tích lúa Tại Hà Giang, năm 2008 diện tích ngô là 46,4 nghìn ha trong khi diện tích lúa là 36,7 nghìn ha; tương tự Cao Bằng có diện tích ngô là 38,4 nghìn ha trong khi diện tích lúa chỉ có 31,2 nghìn ha; Lào Cai có diện tích ngô là 28,8 nghìn ha, diện tích lúa là 28,5 nghìn ha (Tổng cục Thống kê, 2009) [45] Nghĩa là ở ba tỉnh này, ngô là cây trồng quan trọng số một

Khác với cây lúa, cây ngô có thể phát triển ở cả những vùng đất có độ dốc 15 – 20% nên nó có vị trí quan trọng, góp phần tích cực thay đổi cơ cấu cây trồng trên đất dốc, thay thế nhanh chóng diện tích trồng cây lúa nương và cây sắn trong sản xuất nông nghiệp

Ngô là cây trồng truyền thống của đồng bào các dân tộc miền núi, mặt khác do dễ trồng, dễ bảo quản và tiêu thụ hơn các cây trồng khác nên diện tích ngô vùng Đông Bắc tăng dần hàng năm (diện tích ngô năm 2000 là 160 nghìn ha, năm 2008 là 243,9 nghìn ha) Diện tích ngô tăng chủ yếu do tăng vụ trên đất một vụ lúa mùa (ruộng bậc thang) và tăng diện tích trồng ngô vụ 2 Do sử dụng giống ngô lai và tăng đầu tư phân bón đã giúp năng suất ngô tăng và lợi nhuận của nông dân trồng ngô tăng dần (năng suất ngô năm 2000 là

24,9 tạ/ha, năm 2008 là 34,3 tạ/ha) Sản lượng ngô trong vùng cũng tăng dần hàng năm, năm 2000 đạt 412,6 nghìn tấn, năm 2008 đạt 798 nghìn tấn Tỉnh Lạng Sơn có năng suất ngô đạt cao nhất 46 tạ/ha (năm 2008) Hà Giang là tỉnh có sản lượng ngô lớn nhất trong vùng, đạt 112,9 nghìn tấn (năm 2008) (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]

Việc mở rộng diện tích được tưới chủ động cho cây trồng ở vùng núi cao là vấn đề khó khăn vì địa hình canh tác trên nền đất dốc, nương rẫy và sườn núi, nguồn nước tưới ở xa; nông dân nghèo thiếu vốn đầu tư; chi phí xây dựng công trình tưới nước lớn hơn nhiều so với vùng đồng bằng Như vậy, chủ yếu diện tích ngô trong vùng được trồng ở vùng cao nhờ nước trời, chỉ có một phần nhỏ diện tích ở vùng thấp là có tưới Vì vậy, giải pháp tối ưu cho việc nâng cao năng suất và sản lượng ngô ở vùng này là sử dụng các giống ngô chịu hạn, các giống ngô TPTD QPM và áp dụng các biện pháp kỹ thuật mới, trong đó có kỹ thuật bón phân

1.2.4 Tình hình sản xuất ngô ở Thái Nguyên

Cùng với sự phát triển ngô trong cả nước, tỉnh Thái Nguyên trong những năm gần đây cũng rất quan tâm phát triển sản xuất ngô và đã thu được nhiều kết quả khả quan Nhờ có các thành tựu khoa học kỹ thuật mới, được nông dân ứng dụng mạnh mẽ vào sản xuất ngô nên diện tích, năng suất và sản lượng ngô ở Thái Nguyên tăng nhanh trong những năm gần đây

Qua bảng 1.3 cho thấy: Từ năm 2000 đến 2004, diện tích ngô của tỉnh Thái Nguyên tăng từ 10,7 nghìn ha lên 15,9 nghìn ha, năm 2005 diện tích không tăng, đến năm 2006 thì diện tích giảm nhẹ (15,3 nghìn ha) Nhưng đến năm 2008 diện tích trồng ngô của tỉnh tăng vọt, đạt 20,6 nghìn ha Năng suất ngô của tỉnh tăng đều từ năm 2000 đến năm 2006 (28,8 - 35,2 tạ/ha) Năm 2007, năng suất ngô của tỉnh đạt cao nhất từ trước đến nay, đạt 42,0 tạ/ha cao hơn trung bình cả nước (39,3 tạ/ha) Năm 2008 do thời tiết khí hậu bất thường

(ngô bị ngập lụt trong vụ Đông) nên năng suất giảm hơn so với năm 2007 (đạt 41,1 tạ/ha) Sản lượng ngô năm 2008 đạt cao nhất từ trước đến nay (84,7 nghìn tấn) Điều này chứng tỏ ở tỉnh Thái Nguyên, cây ngô đã được Đảng và Chính quyền địa phương chú trọng đầu tư phát triển Và đạt được thành tựu như vậy là nhờ áp dụng tốt các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất ngô như giống mới, kỹ thuật canh tác Tuy nhiên, sản xuất ngô ở tỉnh cần được đầu tư phát triển nhiều hơn nữa như tăng vụ, mở rộng diện tích, sử dụng giống mới, giống TPTD QPM, thâm canh tăng năng suất nhằm khai thác tối đa tiềm năng sẵn có của tỉnh

Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lƣợng ngô của tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2000 - 2008

(1000 ha )

Năng suất ( tạ/ha)

Sản lƣợng (1000 tấn )

rộng các giống mới ra sản xuất nhằm đảm bảo nhu cầu lương thực, đồng thời nâng cao được chất lượng lương thực cho đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao và góp phần giảm giá thành sản phẩm ngành chăn nuôi, nâng cao hiệu quả kinh tế Ở những vùng thuận lợi trong tỉnh thì thâm canh sản xuất những giống ngô lai chất lượng protein cao Còn những vùng khó khăn, vùng cao thì cần tiến hành nghiên cứu thử nghiệm, xây dựng mô hình trình diễn để xác định những giống ngô TPTD QPM thích hợp nhất Đồng thời việc xác định các biện pháp kỹ thuật chính, trong đó có chế độ phân bón thích hợp cho giống ngô TPTD QPM triển vọng là rất cần thiết

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Lợi ích dinh dưỡng và kinh tế của ngô QPM

Hiện nay trên hành tinh của chúng ta có hàng tỷ người đang thiếu đói: Đói tinh bột, đói dinh dưỡng protein và vitamin Ngô là nguồn lương thực chính cho người nghèo đói Người đã nghèo khó thường chẳng được ăn nhiều, khẩu phần ăn thường ngày của họ thiếu protein và những dinh dưỡng quan trọng khác, ảnh hưởng tới sức khoẻ và sự phát triển Trong vài thập kỷ gần đây, các nhà khoa học của CIMMYT đã tạo ra các giống ngô QPM có hình dạng và mùi vị giống như ngô thường, năng suất bằng hoặc cao hơn, khả năng chống chịu sâu, bệnh tương đương hoặc khá hơn, đồng thời hàm lượng lysine, triptophan và methionine gần như gấp hai lần ngô thường, các axit amin thiết yếu khác cho dinh dưỡng con người tương đương ngô thường (CIMMYT, 2001) [62]

Sử dụng ngô QPM có ý nghĩa to lớn đối với dinh dưỡng con người và động vật – đặc biệt là động vật dạ dày một khoang Đối với con người, ngô QPM đóng vai trò rất quan trọng, nhất là ở những nước đang phát triển và ở những nơi sử dụng ngô làm lương thực chính

Sự nổi bật về ý nghĩa sinh học và dinh dưỡng của ngô QPM đã được chứng minh nhiều ở chuột, lợn, trẻ em ở lứa tuổi nhỏ, vị thành niên và người lớn Từ kết quả nghiên cứu thí nghiệm ở lợn, Maner đã rút ra kết luận rằng chỉ dùng ngô opaque-2 cũng cung cấp đủ protein cho lợn trong giai đoạn vỗ béo, trước và trong thời kỳ có chửa Ở Guatemala, Bressani đã chỉ ra rằng, ngô opaque-2 đạt 90% giá trị dinh dưỡng của protein trong sữa ở trẻ nhỏ Ở Colombia, trẻ em mắc bệnh thiếu protein trầm trọng (Kwashiorkor) được chữa khỏi và có lại được sức khoẻ bình thường bằng những bữa ăn mà chỉ có ngô opaque-2 là nguồn protein duy nhất (Vasal, 2001) 94

Giống như trẻ em, người lớn cũng có thể có lợi rất lớn khi sử dụng QPM do hàm lượng lysine và triptophan cao Graham và CS đã trình bày những kết quả rất thú vị là trẻ từ tuổi thứ hai được nuôi bằng QPM – nguồn protein duy nhất trong thành phần bữa ăn mà vẫn phát triển bình thường (Vasal, 2001) 94

QPM ưu việt hơn ngô thường là có giá trị sinh học và mức sử dụng protein thực Bressani đã tổng kết lại những nghiên cứu ở trẻ em đã khỏi bệnh suy dinh dưỡng và thấy rằng QPM là nguồn protein cho những đứa trẻ đó Điều này đã dẫn đến sự cân bằng đạm và cải thiện điều kiện về sức khoẻ Tác giả đã đưa ra lời khuyên: QPM là giải pháp có tính thực tế đối với thức ăn được chế biến tại nhà cho trẻ mới cai sữa (Vasal, 2001) 94

Theo lời của Norman Borlaug – Nguyên Tổng giám đốc CIMMYT, “Tôi

cho rằng đã đến lúc phải có những nỗ lực nghiêm túc để đưa ngô này vào việc sử dụng thương mại để phục vụ nhu cầu của con người” QPM có thể

đóng vai trò quan trọng hơn nhiều khi được sử dụng làm thức ăn cho động vật Tăng cường việc sử dụng ngô làm thức ăn trong chăn nuôi trên toàn cầu có thể có lợi gián tiếp đối với con người và tạo nên ảnh hưởng lớn (Vasal, 2001) 94]

Sử dụng ngô QPM thay thế cho ngô thường làm tăng được chiều cao và trọng lượng của trẻ em: 12% (95% IC: 7 - 18%) tăng thêm trọng lượng cơ thể, 9% (95% IC: 6 - 15%) tăng thêm chiều cao (Pixley, 2008) [80]

Việc phát triển sản xuất các giống ngô QPM đặc biệt có ý nghĩa trong việc xoá đói giảm nghèo ở những nước đang phát triển và những vùng khó khăn Khi đời sống của các nước đang phát triển trong những thập kỷ tới được cải thiện, thì nhu cầu protein động vật sẽ tăng nhanh chóng, đòi hỏi nguồn nguyên liệu ngô làm thức ăn gia súc ngày một lớn

1.3.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới

1.3.2.1 Lịch sử phát triển ngô mang gen opaque-2 nội nhũ xốp

a Khái niệm gen opaque-2

Gen opaque-2 được phát hiện đầu tiên bởi Emerson và cộng sự (1935) Nhưng đến năm 1963, Mertz (1964) (Đại học Tổng hợp Purdue) mới phát hiện ra gen đột biến opaque-2 quy định hàm lượng lysine, triptophan cao trong nội nhũ ngô Các nhà khoa học đã liên tục có sự tìm tòi các cặp alen đột biến mới có thể quy định chất lượng protein tốt hơn, tăng hàm lượng lysine và triptophan (2 axit amin cần thiết có hàm lượng hạn chế trong protein nội nhũ của ngô) (Vasal, 2002) [95]

Trong hơn 30 năm qua, nhiều nhà khoa học đã phát hiện ra vài gen đột biến khác có thể thay đổi theo hướng có lợi về đặc tính protein nội nhũ của ngô nhưng chưa tìm thấy thể đột biến nào tốt hơn opaque-2 Các đột biến khác như floury-2 (fl2), opaque-7 (o7), opaque-6 (o6), floury-3 (fl3), mucronate (Mc) và nội nhũ khuyết thiếu (De-B30) Hai thể đột biến như vậy được tìm ra bởi Nelson

lysine trong đó không cao bằng opaque-2 nhưng cao hơn một cách đáng kể so với dạng ngô thường và tỷ lệ prolamin cao hơn (Vasal, 2002) [95]

Ngày nay, ngô mang gen opaque-2 có hàm lượng protein là 11 - 13%, lysine/protein là 4% và triptophan/protein từ 0,8 - 0,9% trong khi ngô thường tương ứng là 9%, 2 - 2,2% và 0,4 - 0,5% (Vasal, 2002) [95]

b Thành phần hoá sinh

Ở hầu hết các loại ngô thương phẩm, nội nhũ chiếm 80 - 85%, còn phôi chiếm khoảng 8 - 10% tổng khối lượng chất khô của hạt Mặc dù có sự dao động giữa các lớp ngô, kiểu gen và môi trường, nhưng ước tính lượng protein trong nội nhũ chiếm tới 80% tổng hàm lượng protein trong hạt Protein trong nội nhũ bao gồm các dạng khác nhau Dựa vào độ bền vững của nó mà chúng có thể phân loại thành albumin (tan trong nước), globulin (tan trong dung dịch muối), zein hoặc prolamine (tan trong rượu mạnh) và glutelin (tan trong kiềm) Trong nội nhũ ngô thường, tỷ lệ trung bình của các dạng protein như sau: Albumin 3%, globulin 3%, zein 60% và glutelin 34% Trái lại, protein trong phôi có nhiều albumin hơn (60% tổng protein của phôi) Dạng tan trong rượu chỉ chiếm một phần nhỏ (5 - 10%) Hàm lượng lysine trong prolamine (zein trong ngô) thấp, chỉ khoảng 0,1g/100g protein, không đủ nuôi sống chuột Nếu thêm vào lượng triptophan và lysine (0,5%) thì sẽ làm cho chuột sinh trưởng gần như bình thường Tương tự, triptophan cũng chiếm tỷ lệ rất ít trong zein Lysine trong glutelin của ngô cao hơn đáng kể, chiếm khoảng 3 đến 2g/100g protein, thậm chí cao hơn (Vasal, 2001) [94]

Dạng đột biến opaque-2 có hàm lượng lysine và triptophan tăng lên là do sự tổng hợp zein bị ức chế Tỷ lệ các dạng protein có mặt trong protein của ngô đột biến gen opaque-2 thay đổi thành 13,2% albumin, 3,9% globumin, 22,8% zein và 50,0% glutein Vậy khi tỷ lệ zein giảm (thành phần chứa ít lysine) thì tỷ lệ những thành phần khác có lysine và triptophan cao hơn được tăng lên (Vasal, 2001) [94]

c Cơ sở di truyền của ngô mang gen opaque-2

Đột biến opaque-2 nằm trên nhiễm sắc thể số 7 (vị trí 16), floury-2 nằm trên nhiễm sắc thể số 4 (vị trí 63), opaque-7 nằm trên nhiễm sắc thể số 10 (vị trí 87), floury-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 8 (cánh dài) và De-B30 trên nhiễm sắc thể số 7 (cánh ngắn) Các dạng đột biến o2, o6, o7 và o11 chỉ gây ảnh hưởng sinh hoá đối với sự tổng hợp của zein chỉ khi thể hiện trong điều kiện đồng hợp tử lặn Đây là thuận lợi căn bản để chọn lọc các dạng ngô mang gen

fl3) trội không hoàn toàn và có biểu hiện không cố định đối với chất lượng protein và tính dục của hạt phụ thuộc vào sự có mặt của một hay nhiều gen lặn trong nội nhũ tứ bội Vì vậy, ngày nay fl2 và fl3 không được sử dụng nữa Đột biến De-B30 tác động như một gen trội về ảnh hưởng liều lượng đối với tính dục và hàm lượng zein trong hạt Trừ opaque-6 được coi là gen cấu trúc, các dạng khác là gen điều tiết Tất cả những biến thể này có một đặc tính chung là thành phần prolamine thấp, nội nhũ dạng bột phấn xốp và sự thiếu hụt lượng chất khô được tạo ra, vì vậy cũng không được quan tâm hơn (Vasal, 2002) [95]

d Những hạn chế của giống ngô opaque-2 nội nhũ xốp

Vào giai đoạn 1964 - 1970, các nhà chọn tạo giống ngô trên thế giới cố gắng truyền các gen đột biến opaque-2 và floury-2 vào những giống ngô có nền di truyền rộng Khi các gen đột biến được truyền thành công vào giống ngô nào đó thì giống đó được gọi là giống ngô opaque-2 Đầu năm 1970, các giống ngô opaque-2 nội nhũ xốp đã sẵn sàng để đưa vào sản xuất thương mại tại Braxin, Columbia, Ấn độ và một số nước khác Sau đó những nước này cùng với Mỹ đã có xu hướng tăng trưởng trong việc sản xuất ngô opaque-2 Tiếp đến là Nga và Hungary cũng tiến hành sản xuất ngô opaque-2 nhưng chưa có một thống kê chính xác nào về diện tích gieo trồng Vào giữa năm

1970, mặc dù sản xuất ngô opaque-2 mới bắt đầu ở những nước trên nhưng đã gặp phải những hạn chế của ngô mang gen opaque-2 so với ngô không mang gen opaque-2 (ngô thường) như sau: Năng suất hạt giảm 10 - 15% so với các giống ngô thường cùng gốc do sự ngừng tích luỹ chất khô vào hạt sớm hơn so

khoảng 7 – 10 ngày; dạng hạt khó chấp nhận: Tất cả những đột biến chất

lượng protein cao (bao gồm cả opaque-2) có đặc tính chung là có kiểu hình hạt đục, dạng bột phấn xốp Theo Bjarnason và Vasal (1992) [60] rất có thể nguyên nhân của dạng hạt xốp là do sự sắp xếp lỏng lẻo của các hạt tinh bột gây ra các khoảng trống không khí, sự phân bố khác nhau của protein và sự tăng các chất cơ bản không kết tinh của protein; bệnh thối bắp nặng hơn do sử

còn bị nứt vỏ hạt và chín chậm hơn; côn trùng trong kho gây hại mạnh hơn; ẩm độ cao khi thu hoạch; nảy mầm kém ở những khu vực khí hậu lạnh, vào

thời điểm gieo trồng nhiệt độ thấp thì ngô mang gen opaque-2 có thể nảy

mầm kém và cây con sinh trưởng yếu; hạt dễ vỡ: Trong điều kiện nhiệt đới

ẩm, hạt dễ vỡ là một trong những nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ nhiễm bệnh cao (Alexander (1966) [56]; Harstead (1969) [69]; Vasal (1975) [93]; Vasal (2001) [94]; Vasal và CS (1980) [96]; Vasal và CS (1984) [97])

1.3.2.2 Lịch sử phát triển ngô opaque-2 nội nhũ cứng

a Phát hiện về ngô opaque-2 nội nhũ cứng

Trong khi các vấn đề trở ngại của opaque-2 đang được tìm cách khắc phục, các nhà nghiên cứu ở CIMMYT thấy trong chương trình biến đổi có nhiều hạt ngô được sửa chữa từng phần, nghĩa là nội nhũ của một số hạt trở nên cứng không hoàn toàn Lúc đó ý nghĩa của các hạt kiểu như vậy chưa được hiểu rõ và hầu hết các nhà chọn giống loại bỏ Vào năm 1969, Paez và cộng sự đã công bố tầm quan trọng của các loại hạt như vậy, John Longquist và Asnani tách riêng gửi về phân tích nghiên cứu ảnh hưởng của việc sửa

chữa đến các đặc tính sinh hoá Nhưng các hạt được sửa chữa như vậy lại nghèo dinh dưỡng đến 25% so với khi chưa biến đổi Các nhà khoa học đã phát hiện ra một số quần thể đang chuyển đổi thành opaque-2 và các tổ hợp lai giữa những quần thể như vậy có tần số cao các hạt sửa chữa và giữ được đặc tính chất lượng protein như ngô opaque-2 (Vasal, 2002) [95]

b Khái niệm về ngô QPM

QPM là ngô mang gen lặn opaque-2 nhưng đã được sửa chữa một số đặc tính như sau: Nội nhũ cứng, có tính chống chịu sâu bệnh và các điều kiện bất thuận như hạn, đổ, úng như ngô thường, phẩm chất dinh dưỡng hạt thương phẩm tốt, ít bị sâu mọt phá hại khi bảo quản và nảy mầm như ngô bình thường Việc sửa chữa này thành công nhờ sử dụng hệ gen biến đổi trong quá trình lai truyền opaque-2 Như vậy, ngô QPM có đầy đủ ưu điểm như ngô thường về năng suất và chống chịu nhưng hàm lượng protein cao hơn và chất lượng protein, đặc biệt hàm lượng lysine và triptophan gấp đôi ngô thường

Có được giống ngô QPM như hiện nay là nhờ có thêm một hệ gen gọi là hệ gen biến đổi (modifying gene system) Hệ gen biến đổi là một loạt các gen mà bản thân chúng không quy định một tính trạng nào nhưng khi tương tác với gen đột biến opaque-2 thì làm thay đổi sự biểu hiện kiểu hình của đột biến này Hiệu quả của tương tác này có thể ảnh hưởng đến bất kỳ tính trạng nào nhưng rõ nhất là thay đổi dạng hạt Một số nghiên cứu đã tổng kết rằng cấu trúc hạt ngô sửa chữa do hệ gen di truyền số lượng với hiệu ứng gen cộng giữ vai trò quan trọng (Bjarnason, Vasal, 1992) [60]

Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học CIMMYT, chất lượng protein và sự thay đổi dạng hạt nhờ hệ gen biến đổi nhìn chung có tương quan nghịch với nhau Tức là các hạt càng được sửa chữa nội nhũ thì chất lượng protein càng giảm Ta chỉ có thể chờ đợi trường hợp ngoại lệ (hạt sửa chữa nhưng duy trì chất lượng protein) nhờ những phân tích chất lượng mẫu Nghĩa là nhà

chọn giống phải luôn dung hoà giữa nội nhũ của hạt được sửa chữa và chất lượng thay đổi đến mức nào Trong một chu kỳ chọn lọc đầu tiên của quá trình cải tạo, lai truyền gen opaque-2, số lượng mẫu cần loại bỏ nhiều, tiếp theo khi có sự tích luỹ các gen cải tiến có lợi thì số mẫu cần loại sẽ ít đi Trong quá trình chọn lọc, nhà chọn giống thu được kiểu gen mong muốn phụ thuộc vào các vật liệu khác nhau Sự biểu hiện kiểu hình của hệ gen biến đổi có thể bị ảnh hưởng của cây mẹ Vì mô nội nhũ ngô ở dạng tam bội, cây mẹ đóng góp 2 alen trong nội nhũ, cây bố đóng góp 1 alen, nên ta có thể chờ đợi cây mẹ góp phần ảnh hưởng nhiều hơn cây bố (Vasal, 2002) [95]

1.3.2.3 Thực trạng về áp dụng tiến bộ kỹ thuật ngô QPM trên thế giới

Từ 1963 đến 1969, ngô mang gen opaque-2 nội nhũ xốp không mang lại hiệu quả trong sản xuất đã gây cho nhiều chương trình ngô ở các quốc gia thất vọng, chán nản Sau đó những thành công của CIMMYT trong việc phát hiện, phát triển QPM đã tái tạo lại mối quan tâm và làm sống lại những hoạt động tạo giống QPM ở một số nước Có hơn 20 nước đang phát triển (Benin, Braxin, Burkina Faso, Colombia, Ấn Độ, El Sanvadorr, Peru, Ethiopia, Ghana, Guatemala, Guinea, Mali, Mehico, Nam Phi, Nicaragoa, Trung Quốc, Việt Nam) phụ thuộc vào các hoạt động tạo giống QPM ở CIMMYT Những nước này đã và đang sử dụng các quần thể QPM, các dòng, các giống hỗn hợp và tổng hợp được phát triển tại CIMMYT Thậm chí ở Mỹ, một số trường đại học theo đuổi về QPM cũng đã sử dụng nguyên liệu của CIMMYT làm nguyên liệu ban đầu để tăng cường việc tạo những dòng và giống lai QPM Đặc biệt ở trường Đại học Illinois, Urbana, Texas, Công ty hạt giống lai Crow, một số nước Braxin, Trung Quốc, Cộng hòa Nam Phi và những nước khác chủ yếu sử dụng nguyên liệu QPM của CIMMYT chứ chưa nghiên cứu tạo nguồn nguyên liệu QPM của mình Bên cạnh nguồn nguyên liệu ban đầu (vốn gen và quần thể QPM) có sự thích nghi, thời gian sinh trưởng, màu sắc