Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển và chịu hạn của một số giống ngô lai tại tỉnh sơn la.pdf

Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển và chịu hạn của một số giống ngô lai tại tỉnh sơn la.pdf

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS - LUÂN THỊ ĐẸP 2 TS - NGUYỄN HỮU PHÚC

Thái Nguyên, năm 2008

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGÔ LAI TẠI TỈNH SƠN LA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên, năm 2008

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố trong một công trình nào khác

Tác giả

Nguyễn Đức Thuận

Lời cảm ơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS Luân Thị Đẹp và TS Nguyễn

Hữu Phúc đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi

hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Trồng Trọt, khoa Sau Đại Hoc, Trường ĐHNL và khoa Sinh - KTNN trường ĐHSP cùng các cán bộ Viện Nghiên cứu Ngô Ban Giám hiệu trường THPT Thuận Châu Sở Giáo dục và Đào tạo Tỉnh Sơn La, đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn

Tác giả

Nguyễn Đức Thuận

Môc lôc

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và trong nước 5

1.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 5

1.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 7

1.1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Sơn La 9

1.3 Tình hình nghiên cứu vê ngô chịu hạn trên thế giới và ở Việt Nam 13

1.3.1 Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây ngô 13

1.3.1.1 Nhu cầu nước của cây ngô 13

1.3.1.2 Sinh trưởng của ngô khi thiếu nước 14

1.3.1.3 Hạn ảnh hưởng đến toàn cây ngô 15

1.3.1.4 Hạn ảnh hưởng đến năng suất ngô ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 17

1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu về khả năng chịu hạn của cây ngô 19

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Vật liệu nghiên cứu 26

2.2 Nội dung nghiên cứu 26

2.3 Phương pháp nghiên cứu 27

2.3.1 Điều tra và đánh giá về điều kiện khí hậu liên quan đến sản xuất ngô ở Sơn La 27 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 27

2.3.2.1 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô lai ở thời kỳ cây con bằng phương pháp của Lê Trần Bình và Lê Thị Muội [1] 27 2.3.2.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống cây con bằng

phương pháp xác định hàm lượng prolin 28 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng 29

2.3.3.1 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu của các giống ngô lai thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới nước 29 2.3.3.2 Xây dựng mô hình trình diễn các giống ngô lai triển vọng 33

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 33 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả điều tra và đánh giá về điều kiện khí hậu liên quan đến sản xuất ngô ở Sơn La 34 Năm 2007 36 3.2 Kết quả đánh giá về khả năng chịu hạn của các giống ngô lai ở thời kỳ cây con trong phòng thí nghiệm 37

3.2.1 Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô thí nghiệm thời kỳ cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo 37

3.2.1.1 Kết quả đánh giá tỷ lệ cây không héo của các giống ngô sau gây hạn 38 3.2.1.2 Kết quả đánh giá khả năng phục hồi của các giống sau khi tưới nước trở lại 40 3.2.1.3 Kết quả xác định khối lượng chất khô của các giống ở thời kỳ cây con 40

3.2.1.4 Chỉ số chịu hạn tương đối của các giống ngô 41

3.2.2 Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô thời kỳ cây con bằng phương pháp xác định hàm lượng Prolin 42

3.3 Kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu của các giống ngô lai thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới nước 46

3.3.1 Thời gian sinh trưởng và các thời kỳ phát dục của các giống ngô tham gia thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới nước 47

3.3.2 Đặc điểm hình thái của các giống ngô trong thí nghiệm tưới nước và không tưới nước 50

3.3.3 Kết quả đánh giá khả năng chống chịu một số sâu bệnh hại chính và chống đổ của các giống 52

3.3.4 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô trong thí nghiệm tưới nước và không tưới 54

3.3.5 Năng suất của các giống trong thí nghiệm tưới nước và không tưới 59

3.3.6 Tương quan giữa một số tính trạng sinh trưởng với năng suất của các giống trong điều kiện tưới nước và không tưới nước 63

3.4 Xây dựng mô hình trình diễn giống ngô lai triển vọng 67

3.4.1 Năng suất của 3 giống ngô trồng trình diễn 67

3.5.2 Đánh giá của người dân đối với 3 giống tham gia xây dựng mô hình trình diễn trong vụ thu – đông 2007 71

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 73

CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

ASI : Chênh lệch thời gian phun râu và tung phấn C dài bắp : Chiều dài bắp

C lệch : Chênh lệch CLT : Chênh lệch tưới CV : Hệ số biến động D bắp : Dài bắp

Đ Kính bắp : Đường kính bắp

NS : Năng suất NXB : Nhà xuất bản LAI : Chỉ số diện tích lá KL 1000 hạt: Khối lượng 1000 hạt

LSD0,5 : Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức 0,5 LSD0,1 : Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa ở mức 0,1

TGST : Thời gian sinh trưởng TN : Thí nghiệm

T thái : Trạng thái

Danh môc b¶ng, h×nh

Bảng1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 5 năm 2003 – 2007 5

Bảng 1.2.Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020 7

Bảng 1.3 Tình hình Sản xuất ngô ở Việt Nam 5 năm gần đây( 2003 – 2007) 7Bảng 1.4 Sản xuất ngô ở Sơn La giai đoạn 2003 - 2007 9

Bảng 2.1 Nguồn gốc và đặc điểm của các giống ngô lai 26

Bảng 2.2 Sơ đồ Bố trí thí nghiệm theo kiểu đối đầu 30

Bảng 3.1 Diễn biến thời tiết khí hậu Sơn La năm 2006 và năm 2007 36

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô thí nghiệm thời kỳ cây con 38

Bảng 3.3 Hàm lượng prolin của các giống trước và sau xử lý hạn 43

Bảng 3.4 Các giai đoạn sinh trưởng của các giống ngô thí nghiệm vụ thu - đông 2006 và 2007 48

Bảng 3.5 Đặc điểm hình thái của các giống ngô lai thí nghiệm trong vụ thu – đông 2006 và 2007 (kết quả trung bình 2 vụ) 50

Bảng 3.6 Khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ của các giống ngô thí nghiệm vụ thu – đông 2006 và 2007 (kết quả trung bình 2 vụ) 53

Bảng 3.7 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô trong thí nghiệm tưới nước vụ thu - đông 2006 và 2007((kết quả trung bình 2 vụ) 55

Bảng 3.8 Các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô trong thí nghiệm không tưới vụ thu - đông 2006 và 2007 56

Bảng 3.9 Năng suất của các giống ngô thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới vụ thu - đông 2006 và 2007 (kết quả trung bình 2 vụ) 60

Bảng 3.10 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng sinh trưởng với năng suất của các giống trong điều kiện tưới nước 64

Bảng 3.11 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng sinh trưởng với năng suất của các giốngtrong điều kiện không tưới 65Bảng 3.12 Kết quả năng suất của 3 giống ngô trong thí nghiệm trồng trình diễn tại một số nông hộ 68Bảng 3.13 Nông dân tham gia lựa chọn giống ngô mới phục vụ sản xuất 71 Hình 3.1 Các giống ngô trước khi gây hạn ở giai đoạn cây con 39Hình 3.2 Các giống ngô sau hạn 7 ngày 39Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn khả năng chịu hạn tương đối của các giống ngô 42Hình 3.4 Đồ thị so sánh sự biến động hàm prolin của các giống ở thời điểm trước khi gây hạn và sau gây hạn 3, 5 và 7 ngày 45Hình 3.5 Biểu đồ về năng suất của các giống ngô trong điều kiện tưới nước và không tưới 61

Hình 3.6 Một số giống ngô trong điều kiện tưới 62 Hình 3.7 Một số giống ngô trong điều kiện tưới 62

Hình 3.8 Kết quả năng suất các giống ngô lai trồng trình diễn tại các nông hộ 69Hình 3.9 Một số hình ảnh về 3 giống ngô trồng trình diễn 70

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cây ngô (Zea mays L) là cây lương thực được phát hiện cách đây 7000 năm tại Mêxicô và Pêru Từ đó đến nay, cây ngô đã nuôi dưỡng 1/3 dân số thế giới và được coi là nguồn lương thực chủ yếu của nhiều dân tộc như Mêxicô, Ấn Độ, Philippin và một số nước Châu Phi khác Có tới 90% sản lượng ngô của Ấn Độ và 66% ở Philippin được dùng làm lương thực cho con người Ngay như ở nước ta nhiều vùng như Tây Bắc, Việt Bắc và Tây Nguyên người dân đã dùng ngô làm lương thực chính Ngoài việc cung cấp lương thực nuôi sống con người, cây ngô còn là thức ăn cho gia súc, hiện nay ngô là nguồn thức ăn chủ lực để chăn nuôi cung cấp thịt, trứng, sữa

Những năm gần đây ngô còn là cây có giá trị thực phẩm cao như, ngô nếp, ngô đường, ngô rau và là nguồn nguyên liệu lớn cho ngành công nghiệp chế biến Từ ngô có thể chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau: Rượu, cồn, nước hoa giá trị sản lượng ngô rất lớn đã tạo ra 670 mặt hàng khác nhau của ngành lương thực thực phẩm, công nghiệp nhẹ và dược

Theo Đại học tổng hợp Iowa (IFPRI 2006 - 2007) [36], để hạn chế khai thác dầu mỏ - nguồn tài nguyên không tái tạo được đang cạn dần, ngô được dùng làm nguyên liệu chế biến ethanol, thay thế một phần nhiên liệu xăng dầu chạy ô tô tại Mỹ, Braxin, Trung Quốc Riêng ở Mỹ, trong 2 năm 2005 - 2006 đã dùng đến 40,6 triệu tấn và dự kiến năm 2012 dùng đến 190,5 triệu tấn ngô để chế biến ethanol

Ngô còn là mặt hàng xuất khẩu có giá trị kinh tế cao, luôn đứng đầu trong danh sách những mặt hàng có khối lượng hàng hoá ngày càng tăng, thị trường tiêu thụ rộng Trong đầu thập kỷ 90, lượng ngô buôn bán trên thế giới chiếm khoảng 75- 85 triệu tấn Trên thế giới, ngô xếp thứ ba sau lúa mì và lúa nước về diện tích, đứng thứ hai về sản lượng và đứng đầu về năng suất do

những thành tựu ứng dụng về ưu thế lai ở ngô

Tuy nhiên, ở các tỉnh miền núi do địa hình phức tạp, giao thông đi lại khó khăn đã gây ảnh hưởng lớn trong việc điều hoà và lưu thông lương thực cùng với điều kiện khí hậu thời tiết khắc nghiệt, lượng mưa phân bố không đều, do vậy hạn hán xẩy ra thường xuyên, đây là 1 yếu tố làm giảm năng suất ngô Ở Việt Nam, hàng năm có khoảng 25% diện tích ngô bị hạn, năm 1991 hạn làm năng suất giảm 1,4tạ/ha so với năm 1990, năm 2004 Đắc Lắc có > 28000 ha ngô bị hạn, mất trắng 60% và giảm 40% năng suất Do đó lương thực vẫn là nỗi lo thường nhật của đồng bào miền núi, vùng xa xôi, hẻo lánh, việc giải quyết vấn đề lương thực tại chỗ là một nhiệm vụ cấp bách thì việc trồng ngô là giải pháp thiết thực

Đối với tỉnh Sơn La ngô là nguồn thức ăn phục vụ cho ngành chăn nuôi là chủ yếu, ngoài ra còn là nguồn lương thực của đồng bào các dân tộc H’Mông, Thái cho nên việc sản xuất ngô ở tỉnh chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nông nghiệp Sơn La trồng ngô được nhiều vụ trong năm, trong đó vụ xuân - hè là vụ sản xuất chính Năm 2006 tổng diện tích trồng ngô là 82402 ha, sản lượng là 269052 tấn Tuy nhiên ngô được trồng chủ yếu trên đất không chủ động nước, mặc dù mùa vụ trồng ngô đã được bố trí theo sự phân bố của lượng mưa Nhưng do điều kiện thời tiết biến đổi thất thường, bên cạnh đó hàng năm hạn hán thường xuyên xẩy ra ở Sơn La đã làm ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển và giảm năng suất và sản lượng ngô Vì vậy hạn hán là yếu tố chủ yếu hạn chế sản xuất ngô của Việt Nam và đặc biệt là ở tỉnh Sơn La

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu

khả năng sinh trưởng, phát triển và chịu hạn của một số giống ngô lai tại tỉnh Sơn La”

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển, khả năng chịu hạn của các giống ngô lai thí nghiệm thông qua một số chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh liên quan đến tính

chịu hạn

- Giới thiệu cho sản xuất một số giống ngô lai có năng suất cao và chịu hạn tốt

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá khả năng chịu hạn của 8 giống ngô lai của Viện nghiên cứu ngô: LVN61, VN8960, LVN14, LVN15, LVN37, LVN885, LVN14, CH1 trên vùng đất Sơn La

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Đề tài nghiên cứu đánh giá khả năng chịu hạn và năng suất của 8 giống ngô lai ở thời kỳ cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo, ở 2 chế độ tưới và không tưới

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

4.1 Ý nghĩa khoa học

Giống là nhân tố quan trọng quyết định năng suất, chất lượng sản phẩm của ngành trồng trọt Việc nghiên cứu, xác định các giống ngô lai có khả năng chịu hạn, cho năng suất cao sẽ khắc phục được tình trạng suy giảm năng suất hiện nay tại Sơn La do diễn biến thời tiết ngày càng bất lợi cho sản xuất, nhất là hạn hán Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của đề tài, các nhà quản lý, cán bộ kỹ thuật có cơ sở khoa học vững chắc để nghiên cứu định hướng, qui hoạch phát triển và chỉ đạo sản xuất ngô trên địa bàn tỉnh

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Xác định, tuyển chọn được một số giống ngô lai tốt, có khả năng chịu hạn, cho năng suất cao phục vụ chương trình sản xuất ngô ở Sơn La

- Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần chuyển đổi cơ cấu cây trồng, tăng vụ nhằm khai thác hiệu quả hơn quĩ đất, góp phần xoá đói, giảm nghèo tăng thu nhập cho các hộ nông dân, tạo sản phẩm hàng hoá và vùng nguyên liệu ổn định để phát triển ngành công nghiệp chế biến thức ăn gia súc

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và trong nước

1.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới

Hiện nay ngô là cây lương thực đứng thứ 3 trên thế giới sau lúa mì và lúa nước với diện tích khoảng 157,00 triệu ha, sản lượng khoảng 766,20 triệu

tấn (năm 2007)

Trong những năm gần đây nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc áp dụng những công nghệ mới vào sản xuất đã làm tăng năng suất và sản lượng ngô lên đáng kể

Bảng1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 5 năm 2003 – 2007

ha), sản lượng tăng từ 642,48 triệu tấn (2003) lên 766,2 triệu tấn (2007)

Theo số liệu của FAO, năm 2007 diện tích trồng ngô trên thế giới đạt trên 157 triệu ha, năng suất bình quân 49 tạ/ha và sản lượng đạt trên 766,2 triệu tấn, trong khi đó sản lượng lúa mì đạt khoảng 580 triệu tấn và sản lượng luá nước chỉ mới đạt khoảng trên 390 triệu tấn Nước có diện tích trồng ngô

lớn nhất là Mỹ 30395 triệu ha, năng suất bình quân 100 tạ/ha; Trung Quốc diện tích 26221 triệu ha, năng suất bình quân đạt 51,5 tạ/ha (FAOSTAT, 2/2008) [30]

Hạn hán tác động rất lớn đến những vùng trồng ngô phải phụ thuộc vào nước trời, đặc biệt là những vùng khô hạn Vùng cận Sahara Châu Phi hàng năm có đến 40% diện tích ngô phải đối mặt với hạn hán, trong đó 25% diện tích thường xuyên bị hạn hán tác động (CIMMYT, 2005) [25]

Trên thế giới hằng năm ở các vùng khó khăn có khoảng 24 triệu tấn ngô bị tổn thất do hạn (Edmeades, 1992) Năm 1994, hiện tượng Elnino đã gây hạn hán nghiêm trọng, diện tích ngô bị ảnh hưởng do hạn hán ở Ấn Độ là 42%, Indonesia 69%, Philippin 50%, Lào 85% dẫn đến năng suất ngô các khu vực này giảm từ 15 - 17% (Reeder, 1997) [43] Theo Dows Jones, Bộ Nông Nghiệp Mỹ (USDA, 2007), do hạn mà sản lượng ngô thế giới 2006 - 2007 giảm mạnh so với 2004 - 2005 là 19,79 triệu tấn mặc dù diện tích tăng 2,37 triệu ha

Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới (IFPRI, 2003) [37], nhu cầu ngô trên thế giới vào năm 2020 lên tới 852 triệu tấn (sản lượng năm 2005 chỉ mới đạt 705,3 triệu tấn), tăng 45% so với năm 1997, chủ yếu ở các nước đang phát triển (72%), riêng Đông Nam Á tăng 70% so với năm 1997 Nhu cầu ngô tăng do dân số phát triển nhanh, thu nhập bình quân đầu người được cải thiện nên việc tiêu thụ thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh, dẫn đến lượng ngô dùng cho chăn nuôi tăng Thách thức đặt ra là 80% nhu cầu ngô trên thế giới tăng (266 triệu tấn) lại tập trung ở các nước đang phát triển, trong khi đó chỉ khoảng 10% sản lượng ngô từ các nước công nghiệp có thể xuất sang các nước này Vì vậy, các nước đang phát triển phải tự đáp ứng nhu cầu của mình trên diện tích ngô hầu như không tăng (IFPRI, 2003) [37]

Bảng 1.2.Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020

(triệu tấn)

2020 (triệu tấn)

% thay đổi

1.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam

Tại Việt Nam ngô đã được trồng khá lâu đời và nó trở thành cây lương thực quan trọng đứng thứ hai sau cây lúa và là cây mầu số một về năng suất

Bảng 1.3 Tình hình Sản xuất ngô ở Việt Nam 5 năm gần đây( 2003 – 2007)

(1000 ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lƣợng (1000 tấn)

Số liệu bảng 1.3 cho thấy, diện tích trồng ngô của nước ta tăng dần từ 912700 ha (năm 2003), đến năm 2007 đạt 1067,9 nghìn ha, năng suất tăng từ 34,4 tạ/ha (2003), đến đạt 38,5 tạ/ha(năm 2007) Do vậy sản lượng ngô đã tăng từ 3136,2 nghìn tấn (2003) lên 4107,5 nghìn tấn (2007)

Mặc dù sản lượng ngô ở nước ta tăng khá nhanh, song nhu cầu nguyên liệu để chế biến thức ăn chăn nuôi tăng với tốc độ cao hơn nên nước ta từ một nước xuất khẩu ngô (250 nghìn tấn năm 1996) đã trở thành nước nhập khẩu ngô kể từ năm 2005 nhập 300 nghìn tấn Theo dự kiến, năm 2010 nước ta cần 10 - 12 triệu tấn thức ăn chăn nuôi, tức là cần khoảng 5 - 5,5 triệu tấn ngô hạt để chế biến Như vậy, cũng như nhiều nước đang phát triển khác (kể cả Trung Quốc) Việt Nam đang phải nhập khẩu ngô, mặc dù năng suất ngô năm 2007 đã đạt 38,5 tạ/ha, song nếu so với năng suất trung bình của thế giới, đặc biệt là năng suất của các nước phát triển thì năng suất ngô của Việt Nam còn rất thấp Một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất ngô ở Việt Nam là do ngô chủ yếu được trồng trên đất dốc (> 60% diện tích) Sản xuất ở những vùng này phụ thuộc chủ yếu vào nước trời, trong đó hạn hán là yếu tố chính làm giảm năng suất ngô

Theo TS Phan Xuân Hào [8], sản lượng ngô nước ta thiệt hại do hạn ước tính lên đến 30% Số liệu thống kê cho thấy giai đoạn 1980 - 1990 có tới 10 vụ đông - xuân gieo trồng gặp hạn Đặc biệt vào thời kỳ 1997 - 1998 có tới 56000 ha bị hạn và 1500 ha bị mất trắng Theo Nguyễn Đình Ninh (Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, 2007) từ năm 1960 đến 2006 có tới 34/46 năm bị hạn Chí phí cho giảm ảnh hưởng của hạn lên tới 38 tỷ đồng (Việt Nam News, 2003) Nguyên nhân chính là có hơn 80% diện tích ngô Việt Nam trồng nhiều vùng, nhiều vụ khác nhau, thường là trên đất xấu, chủ yếu dựa vào nước trời, trong đó có hơn 60% diện tích trồng trên vùng núi cao (Phan Xuân Hào, 2005) [8]

1.1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Sơn La

Những năm trước đây do đặc thù về điều kiện khí hậu và hạn chế việc tưới tiêu, giao thông đi lại khó khăn cùng với tập tục canh tác lạc hậu, do vậy việc trồng ngô chưa được chú trọng Trong 5 năm gần đây được sự quan tâm của Tỉnh Uỷ và UBND tỉnh trong việc phát triển sản xuất nông nghiệp, cây ngô đã được chú trọng mở rộng diện tích đồng thời áp dụng các biện pháp kỹ thuật thâm canh tăng năng suất Do vậy diện tích và năng suất ngô của Sơn La đã tăng dần Kết quả được thể hiện ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Sản xuất ngô ở Sơn La giai đoạn 2003 - 2007

Nguồn: Niên giám thống kê 2007 [2]

Số liệu bảng 1.4 cho thấy, năm 2003 tổng diện tích trồng ngô của Sơn La là 64664 ha, đến năm 2007 đạt 92731ha Diện tích trồng ngô tập trung ở các huyện Mộc Châu, Mai Sơn, Thuận Châu, Thị Xã, Yên Châu, Phù Yên ngô được trồng trên chân đất xám bạc mầu, chân núi đá vôi

Trong 5 năm qua năng suất ngô của Sơn La có tăng nhưng tăng chậm và không ổn định, năm 2003 đạt 30,1 tạ/ha, đến năm 2007 năng suất tăng lên 33,6 tạ/ha, riêng năm 2005 năng suất ngô giảm chỉ đạt 28,2 tạ/ha Nguyên nhân giảm năng suất này là do hạn hán

Cây ngô trong vài năm qua đã trở thành cây chủ lực giúp hơn 4000 bà con dân tộc Xinh Mun và dân tộc Mông ở xã Chiềng On thuộc huyện Yên Châu (Sơn La) vượt đói nghèo, đời sống từng bước vươn lên no đủ (Cây ngô

xóa đói giảm nghèo ở xã vùng cao biên giới Chiềng On - AGRO, 2007) Do vậy ngô vẫn là một trong những cây lương thực quan trọng trong phát triển sản xuất tại tỉnh Sơn La

1.2 Tính chịu hạn ở thực vật

1.2.1 Khái niệm về tính chịu hạn

Nước là yếu tố cần thiết duy trì hoạt động sống của thực vật, tuy nhiên nhu cầu nước của thực vật thay đổi tuỳ thuộc vào từng loài cây và từng giai đoạn sinh trưởng Lượng nước cung cấp cho nhu cầu của cây tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường, khi môi trường không cung cấp đủ nhu cầu nước cho cây sẽ gây nên hiện tượng hạn Trong trường hợp lượng nước có giới hạn mà cây vẫn duy trì sự phát triển và cho năng suất ổn định thì gọi là cây chịu hạn Khả năng chịu hạn của thực vật là phản ứng của cây chống lại khô hạn bằng cách giữ không để mất nước hoặc nhanh chóng bù lại sự thiếu nước thông qua những biến đổi hình thái, duy trì áp suất thẩm thấu nội bào có tác dụng bảo vệ hoặc duy trì sức sống của tế bào chất ngay cả khi bị mất nước cực đoan (Lê

1.2.2.2 Hạn không khí

Xẩy ra khi nhiệt độ không khí cao làm cho lượng nước trong không khí giảm nhiều và đột ngột Hạn không khí gây mất cân bằng nước trong cây

dẫn đến héo tạm thời từ lá ngọn đến gốc (Trần Kim Đồng, Nguyễn Quang Phổ và Đinh Thị Hoa) [7]

Trong thực tế hạn đất và hạn không khí có thể phát sinh ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau của cây nhưng cũng có khi xuất hiện cùng 1lúc, nếu hạn đất và hạn không khí cùng xẩy ra, khi đó tác hại càng mạnh có thể dẫn đến héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục hồi

1.2.3 Cơ chế chống chịu hạn ở thực vật

Cơ chế chống chịu hạn ở thực vật rất phức tạp Hiện nay có nhiều quan điểm khác nhau về vấn đề này Một số tác giả cho rằng do yếu tố di truyền chi phối trong khi một số trường phái khác thiên về đặc tính sinh lý Theo Paroda thì khả năng chịu hạn ở thực vật liên quan đến một số đặc trưng về hình thái như chín sớm, mầu lá, diện tích lá, khả năng phát triển của hệ rễ, số lượng lông hút, mầu sắc thân, độ phủ lông trên thân lá Ngoài ra, khả năng chịu hạn còn liên quan đến một số yếu tố sinh lý như khả năng đóng mở của khí khổng, quá trình quang hợp, hô hấp, điều chỉnh áp suất thẩm thấu, nhiệt độ tán cây

Cơ chế chống chịu hạn của thực vật có mối quan hệ mật thiết với những biến đổi về thành phần sinh hoá các chất trong tế bào như giảm tổng hợp prôtein và các acid amin, giảm cố định CO2, tăng nồng độ các chất hoà tan, tăng hàm lượng proline

Khi gặp hạn, axit absisic (ABA) được sinh ra chủ yếu ở phần rễ rồi chuyển hoá lên lá, gây hiện tượng héo lá, đóng khí khổng và đẩy nhanh tốc độ già hoá bộ lá Khi hàm lượng ABA được chuyển hoá tới hạt, làm hạt bị lép trong quá trình đẫy hạt

Trong điều kiện hạn nặng, tế bào không phân chia, không phát triển, thậm chí sau đó được tưới nước trở lại, các bộ phận vẫn bị ảnh hưởng, dẫn đến bộ lá không phát triển được, sau đó râu ngô ngừng sinh trưởng, không phun râu

và khi mức độ hạn trở nên nghiêm trọng bộ rễ không phát triển được

Sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu khi hạn biểu hiện rất rõ ở cao lương, lúa mì, lúa nước (tăng từ - 1 lên - 1,7 MPa) nhưng ở ngô thì tăng ít hơn từ - 0,3 lên - 0,5 MPa (Bolanos and Edmeades, 1991) [22]

Tăng tích luỹ Prolin, quan sát được trong điều kiện hạn nặng, Prolin như một chất điều hoà áp suất thẩm thấu và như một protein bảo vệ cấu trúc khi sức trương của cây bị giảm mạnh

Quang oxy hoá khử diệp lục xẩy ra, trong điều kiện hạn, hệ thống quang photphorit hoá thứ hai hoạt động mạnh dẫn đến thừa electron tự do không liên kết, năng lượng cao năng trong lá, đẩy nhanh quá trình ôxy hoá khử diệp lục và làm mất khả năng quang hợp của lá, rõ nhất là khi hạn nặng và nắng to làm phiến lá bị cháy

Hoạt động của hệ enzim thường bị giảm trong điều kiện hạn Quá trình biến đổi đường saccroza thành tinh bột của hạt bị giảm vì hoạt hoá của enzim biến đổi saccaroza thành đường hexoza bị trở ngại (Zinselmeier, Westgate, 1995) [51]

(Signh N.N and K.R Sarkar, 1991) [48] Chia cơ chế chịu hạn ở thực vật làm 3 loại:

- Tránh hạn: là khả năng của cây có thể hoàn thành chu kỳ sống của nó trước khi sự thiếu hụt nước xuất hiện

- Chịu hạn: là khả năng của cây có thể sống, phát triển và cho năng suất trong điều kiện cung cấp nước hạn chế hoặc thụ động trải qua các giai đoạn thiếu nước và tiếp tục phát triển khi điều kiện trở lại bình thường

- Chống hạn: là khả năng của cây trồng chống lại sự thiếu hụt nước bằng cách duy trì nước trong mô tế bào cao

1.3 Tình hình nghiên cứu vê ngô chịu hạn trên thế giới và ở Việt Nam

1.3.1 Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây ngô

1.3.1.1 Nhu cầu nước của cây ngô

Ngô là cây trồng cạn quang hợp theo chu trình C4, có bộ rễ phát triển rất mạnh nên có khả năng hút nước tốt và sử dụng nước hiệu quả hơn nhiều loại cây trồng quang hợp theo chu trình C3 Cây ngô cần 350 - 500 lít nước để tạo ra 1 kg hạt (tuỳ thuộc vào khí hậu và tình trạng dinh dưỡng đất) trong khi cây C3 như hoa hướng dương cần 700 - 800 lít nước để cho 1 kg hạt (Ruaan, 2003) [45] Tiềm năng năng suất của ngô rất lớn, có thể đạt 12 - 15 tấn/ha trong điều kiện có tưới, trong khi đó hoa hướng dương chỉ có thể đạt 3 - 3,5 tấn/ ha (Ruaan, 2003) [45] Tuy nhiên, do sinh trưởng nhanh và tạo sinh khối lớn nên ngô cần một khối lượng nước lớn Trong chu kỳ sống, mỗi cây ngô cần trung bình khoảng 200 - 220 lít nước (Nguyễn Đức Lương, Dương Văn Sơn, Lương Văn Hinh, 2000) [11] và với mỗi giai đoạn phát triển thì nhu cầu nước của ngô cũng thay đổi Thời kỳ đầu cây phát triển chậm, tích luỹ ít chất xanh và cũng không cần nhiều nước, hạt ngô cần hút một lượng nước bằng 40 - 44% trọng lượng hạt ban đầu và ngô mọc nhanh nhất khi có độ ẩm đất bằng 80% sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng Thời kỳ 7 - 13 lá, ngô cần 28 - 35m3

nước/ha/ngày (Nguyễn Đức Lương, Dương Văn Sơn, Lương Văn Hinh, 2000) [11] Như vậy nhu cầu nước của ngô tăng dần và đạt cực đại ở thời kỳ trỗ cờ, sau trỗ cờ, kết hạt nhu cầu nước giảm dần đến khi chín sinh lý Nghĩa là vào giai đoạn trước và sau trỗ 2 tuần, lá ngô không được héo và thời gian này được gọi là giai đoạn khủng hoảng nước

Theo công bố của công ty Monsanto (Monsanto, 2001) [39] Nhu cầu nước của cây ngô được tính toán dựa theo từng loại đất và khả năng giữ nước của đất Đất nhẹ nên tưới kịp thời khi độ ẩm đất ở 70% trong suốt thời kỳ sinh

trưởng phát triển của cây ngô Trên đất thịt nặng cần tưới khi độ ẩm xuống đến 30% vào thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng và 70% vào thời kỳ sinh thực và kết hạt thì đạt được năng suất cực đại Để ngô phát huy tiềm năng năng suất thì cần 6 - 10 lượt tưới trong cả vụ ngô trên những diện tích thiếu ẩm Trong 30 ngày đầu, cây ngô cần tưới nhẹ nếu đất thiếu ẩm Khi cây cao khoảng đầu gối đến khi chín sáp, ngô cần lượng nước tối ưu Tần suất tưới phụ thuộc loại đất, thời vụ gieo trồng và độ ẩm hiện tại Khi tưới chú ý không để ngô bị úng, đặc biệt giai đoạn 30 ngày đầu

1.3.1.2 Sinh trưởng của ngô khi thiếu nước

Khí hậu nóng lên toàn cầu đang làm tăng tần suất hạn hán ở nhiều khu vực trồng ngô trên thế giới và năng suất ngô sẽ bị ảnh hưởng bởi nồng độ CO2tăng gấp đôi (Crosson and Anderson, 1992) [26] Thời tiết nóng hơn có thể dẫn đến ngô vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trở nên bất dục đực (Schoper, 1987) [46] Một nghiên cứu dựa trên mô hình mô phỏng của 18 nước (Rosenzweig C và Allen L H., Harper, 1995) [44] Đã kết luận, sản lượng cây trồng ở vùng nhiệt đới có thể bị giảm 9 - 10% so với tiềm năng do khí hậu thay đổi trong khi ở vùng ôn đới lại có xu hướng tăng lên Một ngày bất thuận hạn với cây ngô là ngày mà cây héo vào sáng sớm và không thể hồi phục được từ việc thiếu nước hôm trước

Nhiệt độ tăng lên sẽ tác động đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng theo các chiều hướng:

- Thay đổi hiệu quả sử dụng nước: Do nhiệt độ khí quyển tăng lên, độ ẩm tương đối (RH) sẽ giảm Nồng độ CO2 cao có thể gây đóng khí khổng từng phần, giảm tính dẫn nước của thành khí khổng Điều này có thể có ích trong việc tíết kiệm nước và tăng hiệu quả sử dụng nước của cây Tuy nhiên, tốc độ thoát hơi nước chậm sẽ ảnh hưởng không tốt đến việc làm mát bề mặt lá và đẩy nhanh quá trình già hoá của lá Dựa trên kết quả thí nghiệm Allen đã

chứng minh khi sự tăng thêm nồng độ CO2 lên đến 800 ppm, nhiệt độ bề mặt lá tăng thêm 40

C và hiệu quả sử dụng nước của cây C4 như ngô bị giảm (Allen, 1990) [19]

- Tăng tốc độ sinh trưởng và phát triển: Nhiệt độ khí quyển tăng sẽ đẩy nhanh quá trình sinh trưởng phát triển của cây, làm giảm thời gian sinh trưởng và dẫn đến làm giảm năng suất

- Giảm tốc độ hô hấp: Do nồng độ CO2 tăng lên, tốc độ hô hấp sẽ giảm nhưng tốc độ quang hợp sẽ tăng Tuy nhiên, với mô hình mô phỏng khi điều kiện nồng độ CO2 tăng lên gấp đôi từ 300 lên 600 ppm sẽ giúp tăng 25 - 40% năng suất của cây C3 như lúa mì, lúa nước (Rosenzweig C and Allen L.H., Harper, 1995) [44] Nhưng chỉ tăng 7% đối với cây C4 như ngô Có thể do cây C4 đã sẵn có cơ chế quang hợp đối với nồng độ CO2 cao trong khi đó đối với cây C3 thì chưa có cơ chế đó trong hệ lục lạp Sự tăng năng suất theo mô hình này là do tăng diện tích lá và số hạt/cây chứ không phải tăng khối lượng hạt hay sự thay đổi phân bố chất đồng hoá

1.3.1.3 Hạn ảnh hưởng đến toàn cây ngô

Trong quá trình sản xuất ngô, khả năng xẩy ra hạn thường cao hơn ở thời kỳ đầu vụ và cuối vụ dẫn đến ngô mọc kém đồng đều hoặc hạt không nẩy mầm được làm giảm mật độ Hạn ảnh hưởng đến năng suất hạt của ngô thông qua tất cả các quá trình sinh trưởng của cây ngô, nhưng thời kỳ mẫn cảm nhất là thời kỳ ra hoa và hình thành hạt Trong thời kỳ ra hoa nếu hạn xẩy ra nghiêm trọng ngô có thể không cho thu hoạch (Denmead and Shaw, 1960) [27]

Hạn làm giảm mạnh nhất đến quá trình sinh trưởng của lá, thân, râu, rễ, kích thước hạt Khi hạn lá bị già hoá, giảm mức độ che phủ đất, giảm diện tích bộ phận hấp thu ánh sáng mặt trời

Hạn gây đóng khí khổng, giảm quang hợp dẫn đến tế bào ở đỉnh sinh

trưởng không phân hoá, hoặc ảnh hưởng nặng tới quá trình phân hoá bắp và cờ dẫn tới năng suất giảm

Hạn nặng khi thụ phấn - kết hạt làm giảm sự vận chuyển các chất đồng hoá về các cơ quan sinh trưởng, giảm sự sinh trưởng của râu, làm chậm hoặc không phun râu được, tăng sự chênh lệch giữa tung phấn - phun râu Nặng hơn là xẩy ra tình trạng cây không có bắp hoặc bắp ít hạt

Cấu trúc sinh sản hoa cái bị ảnh hưởng nhiều hơn là bông cờ Nhưng khi nhiệt độ vượt quá 380C xẩy ra hiện tượng cháy bông cờ Trong giai đoạn trỗ cờ phun râu nếu gặp hạn, nhiệt độ không khí > 350C, độ ẩm không khí <70% thì hạt phấn bị chết dẫn đến ngô không hạt (Nguyễn Đức Lương, Dương Văn Sơn, Lương Văn Hinh, 2000) [11] Khả năng và tốc độ kéo dài của vòi nhuỵ rất nhậy cảm với sự thiếu nước, tế bào non của vòi nhuỵ là bộ phận dễ thoát hơi nước hơn tất cả các bộ phận khác, vì vậy sẽ bị héo nhanh nhất khi hạn không khí và hạn đất diễn ra (Herrero and Johnson 1981) [35] Ngoài ra năng suất ngô giảm còn có thể do hạt phấn bị chết khi gặp hạn và nhiệt độ cao, hạn hán ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của cây dẫn đến quá trình phun râu bị đình trệ và điều này có thể xác định dễ ràng thông qua việc theo dõi khoảng cách tung phấn phun râu Khoảng cách tung phấn phun râu trong điều kiện đầy đủ nước có thể là 2 - 4 ngày nhưng khi gặp hạn khoảng cách này có thể kéo dài 13 ngày Một số tác giả cho rằng khi gặp hạn ASI tăng, năng suất giảm là do hạt phấn bị thiếu, không đủ để thụ tinh cho nhuỵ của hoa cái hoặc do hạt phấn bị chết ở nhiệt độ cao (Hall và Cộng sự, 1982) [34] Giữa ASI và số bắp, số hạt trên cây có mối quan hệ rất chặt chẽ, nếu ASI tăng thêm 1 ngày thì lượng hạt trên cây sẽ bị ảnh hưởng trực tiếp và không có kết quả mong đợi nếu khả năng sản xuất hạt phấn giảm 80% và khoảng cách tung phấn phun râu lớn hơn 8 ngày (Banzinger, 2000) [20]

Một lượng lớn năng suất giảm là do ngô gặp hạn trong giai đoạn ra hoa, sự giảm năng suất này liên quan đến số bắp trên cây, số hạt trên bắp Hạn đã gây ra sự phát triển thiếu đồng bộ của hoa, làm mất sức sống của hạt phấn, khả năng nhận hạt phấn của hoa cái kém Hạn làm tăng số hạt lép trên bắp Sự phát triển của bắp và hạt phụ thuộc rất lớn vào dòng vật chất của sự đồng hoá, nếu gặp hạn quá trình quang hợp bị ức chế, sức chứa của bắp giảm, thì dòng vật chất này bị hạn chế rất nhiều (Westgate and Boyer, 1986) [50] Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây cho thấy, hơn 75% sự biến động về năng suất hạt trong điều kiện hạn hán là do biến động về số bắp/cây và số hạt trên bắp Các phân tích tương quan đã chỉ ra rằng số bắp trên cây và số hạt trên bắp là yếu tố quyết định năng suất hạt trong điều kiện hạn hơn là khối lượng hạt Số bắp trên cây quyết định 24% sự biến động về năng suất trong điều kiện tưới nước đầy đủ và 59% trong điều kiện hạn (Bolanos and Eđmeades, 1996) [23]

Tóm lại, hạn có thể ảnh hưởng đến mật độ cây nếu xẩy ra ở giai đoạn cây con, giảm diện tích lá và tốc độ quang hợp ở thời kỳ trước trỗ, giảm độ lớn của bắp và khả năng kết hạt nếu xẩy ra trước và sau trỗ 2 tuần và giảm quang hợp tăng tốc độ già hoá bộ lá trong khi tích luỹ chất khô về hạt (Banzinger M., 2000) [20]

1.3.1.4 Hạn ảnh hưởng đến năng suất ngô ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau

Giống như các loại cây ngũ cốc khác, hạn gây ảnh hưởng nặng nhất vào thời kỳ ra hoa Năm 1960, Denmead và Shaw tiến hành thí nghiệm rút bớt lượng nước tưới ở các giai đoạn trước trỗ, trong khi trỗ và sau khi thụ phấn đã kết luận: hạn làm giảm năng suất tương ứng từ 25%, 50% và 21% Tiếp theo lại quan sát thấy ảnh hưởng của hạn đến mức héo trước phun râu, khi phun râu và 3 tuần sau

thụ phấn đã gây thiệt hại năng suất tương ứng là 15%, 53% và 30%

Thời kỳ cây ngô mẫn cảm nhất đối với hạn được Grant (1989) chỉ ra là từ 2 - 22 ngày sau phun râu, đỉnh cao là ngày thứ 7 khi đó lượng hạt bị giảm tới 45% so với đối chứng đầy đủ và có thể hoàn toàn không có hạt nếu cây ngô gặp hạn trong khoảng thời gian từ lúc râu bắt đầu nhú đến giai đoạn bắt đầu hình thành hạt Ngô mẫn cảm hơn các cây trồng cạn khác ở thời kỳ ra hoa vì các hoa cái của ngô phát triển đồng thời trên cùng 1 bắp, cùng 1 cây và khoảng cách giữa hoa đực và hoa cái rất xa Một điều đặc biệt quan trọng là quá trình phát triển của hoa ngô cũng như số lượng hạt phụ thuộc trực tiếp vào dòng vật chất, sản phẩm của quá trình quang hợp trong khoảng thời gian 3 tuần cực kỳ mẫn cảm của thời kỳ ra hoa Zinselmeier và các cộng sự (1995) [51] Còn cho rằng hạn ở thời kỳ ra hoa cũng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi Hidratcacbon của hạt mới được thụ phấn và làm giảm dòng sacaro vào

những hạt đang hình thành (trích theo Banzinger, 2000) [20]

(Lafitte, 1994) [38], các triệu chứng có thể thấy khi cây ngô bị hạn

được đúc kết như sau:

- Trước trỗ cờ các lá của cây bị cuộn lại hoặc bị héo sau trỗ cờ Lá có mầu xám xịt, không còn là mầu xanh sáng Các phần lá xuất hiện trắng chuội

và vàng hoặc cờ bị cháy khô

- Những lóng phía trên bắp ngắn hơn nhiều so với những lóng ngay dưới bắp vì cây bị hạn vào giai đoạn cuối sinh trưởng sinh dưỡng

- Trong giai đoạn đẫy hạt nếu gặp hạn những lá dưới bắp khô nhanh sự già hoá do hạn hơi khác với sự già hoá thông thường Nếu già hoá thông thường mầu vàng có xu hướng theo hình chữ “V” bắt đầu từ đầu Khi lá chết do hạn, mầu vàng di chuyển dọc mép lá hoặc theo một đường khá thẳng trên

lá và các lá biến thành mầu nâu rồi chết nhanh chóng

Cây ngô cần nhiều nước song rất nhạy cảm với độ ẩm cao, đặc biệt ở giai đoạn 1 - 3 lá, lúc mà đỉnh sinh trưởng còn nằm dưới mặt đất nếu ngô bị

ngập nước 1-2 ngày cây có thể bị chết Khi chín, nếu cây bị úng thì cũng nhanh chóng bị chết

1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu về khả năng chịu hạn của cây ngô

Nhìn chung các nhà chọn giống ngô của CIMMYT và thế giới đều cho rằng chọn giống ngô chịu hạn cần chọn các giống có ASI ngắn trong điều kiện hạn và mật độ cao Đặc biệt là những giống ngô lai tính chịu hạn liên quan với ASI ngắn, những giống này nếu chịu được nhiệt độ cao cũng sẽ chịu hạn tốt hơn (Dow và các cộng sự, 1984) [28] Ở cây ngô, phấn hoa và nhuỵ hoa của cùng 1 cây có thể cách nhau xa nhất đến 1m và quá trình thụ phấn được thực hiện bởi điều kiện khí hậu mát mẻ và không mưa Chính đặc điểm này nói lên rằng để hình thành hạt cần thời gian trỗ cờ tung phấn phun râu của cây ngô trùng nhau là lý tưởng nhất Những kết quả của Moser và cộng sự (1996) cho rằng sự chọn lọc cho một ASI ngắn trong điều kiện hạn hán sẽ dẫn đến ASI âm Trị số âm của ASI càng lớn sẽ có lợi thế hơn trong điều kiện hạn hán vì nó đã cải thiện tính đồng thời giữa tung phấn và phun râu dẫn đến sự phát triển của hạt một cách ổn định

Sự sinh trưởng phát triển của bộ rễ cũng liên quan đến khả năng chịu hạn của cây ngô Tìm hiểu về vùng rễ và khối lượng rễ trên 40 vật liệu ngô (Fischer và cộng sự, 1985) [33], nhận thấy giữa chúng có sự khác nhau rõ rệt Kết quả đánh giá các giống thí nghiệm ở điều kiện hạn trên đồng ruộng đã chỉ ra rằng chọn lọc khối lượng rễ lớn có thể tăng năng suất hạt ở điều kiện khô hạn Các đặc tính về thẩm thấu rễ, tính mềm dẻo của cây đều liên quan đến khả năng chịu hạn

Dựa vào đây các nhà chọn tạo giống đã chọn và tạo ra các giống ngô chịu hạn theo các hướng:

- Chọn lọc giống ngô chịu hạn:

+ Theo Falconer, nhà chọn giống đạt được những tiến bộ chọn lọc khi

có phương sai di truyền lớn giữa các vật liệu chọn lọc Chọn lọc ở cường độ cao nghĩa là chỉ một tỷ lệ ít các dạng gen được chọn lọc và tính trạng chọn lọc cho môi trường nào đó phải có độ di truyền cao và dễ phát hiện cũng như có thể truyền lại cho các thế hệ sau (Falconer D S., 1989) [29]

+ Kinh nghiệm của một số nhà khoa học CIMMYT việc tạo giống ngô năng suất cao thích hợp cho cả môi trường thuận lợi và bất thuận thông qua việc áp dụng thanh lọc tập đoàn nguyên liệu từ giai đoạn đầu trong điều kịên bất thuận phi sinh học Trong môi trường đó sẽ có nhiều cơ hội chọn được đúng dạng kiểu gen mong muốn Ngược lại nếu các dạng gen được chọn lọc trong điều kiện thuận lợi, các biến động di truyền đối với các điều kiện bất thuận dễ bị mất Khi tính trạng đã mất rồi không thể tìm lại ở các chu kỳ đánh giá sau thông qua thử nghiệm ở nhiều địa điểm còn rất ít dạng gen được thử nghiệm

- Các phương pháp chọn tạo giống tránh hạn, chống chịu hạn hoặc bằng các giải pháp quản lý cây trồng hay chế độ tưới tiêu tốt hơn:

+ Giống chín sớm để tránh hạn: Đối với những vùng có lượng mưa tương đối khá nhưng mùa mưa kết thúc sớm, có thể sử dụng giống chín sớm là giải pháp thích hợp Giống chín sớm cho phép có thể né tránh hạn cuối vụ Nó có thể tránh được sự trùng hợp giữa ra hoa và khô hạn giữa vụ, hiện tượng thường thấy ở sản xuất ngô nhiệt đới

Giới hạn lượng mưa thấp nhất để có một vụ ngô thành công (> 1tấn/ha) ở vùng nhiệt đới thấp là 400 - 500mm, ở vùng trung du là 350 - 450mm và đối với ở vùng cao là 300 - 400mm Khoảng thời gian từ gieo đến trỗ hoa hoặc chín sinh lý là đặc tính được di truyền cao, vì thế chọn lọc đối với đặc tính chín sớm là một hướng khả thi Chỉ tiêu này được tiến hành theo dõi thời gian từ gieo - trỗ, từ gieo đến chín sinh lý (chân hạt có mầu đen), từ gieo đến thời gian lá bi có mầu vàng (Banziger M., Edmeades, 2000) [20]

+ Giống chịu hạn được chọn tạo ra để gieo trồng trên những nơi có lượng mưa biến động lớn và khó dự đoán trước Đây là giống có năng suất hạt tăng trong điều kiện hạn

+ Chọn giống chống hạn: Là giống có tiềm năng năng suất cao là tính trạng cơ bản thường cho năng suất vượt trội các giống có tiềm năng năng suất thấp trong điều kiện hạn vừa (nghĩa là hạn làm giảm năng suất < 50%) Nhưng khi xẩy ra hạn nặng năng suất không giảm quá 50% Nhà chọn giống có thể xác định phạm vi thích ứng của giống từ vùng này đối với vùng khác thông qua xác định tương quan di truyền về năng suất của cùng một giống ở 2 môi trường bất thuận và thuận lợi Nếu giống có giá trị tương quan di truyền dương giữa môi trường bất thuận và thuận lợi thì giống có khả năng thích ứng với cả hai môi trường Nếu giống có giá trị dương nhỏ hoặc bằng 0 hoặc có giá trị âm thì việc chọn lọc như vậy không có ý nghĩa với môi trường bị hạn

- Một số chỉ tiêu gián tiếp đánh giá giống ngô chịu hạn: + Chịu hạn giai đoạn cây con

Mật độ gieo trồng đóng vai trò quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp Sản xuất ngô tại vùng nhiệt đới thường gặp tình trạng sau khi gieo, ngô mọc được 1 - 2 lá nhưng sau đó lại không có mưa hoặc mưa muộn, vì vậy sẽ làm ảnh hưởng lớn đến năng suất

Tốc độ sinh trưởng của bộ rễ tăng: tổng khối lượng chất khô, chiều dài và rộng bộ rễ được coi là chỉ tiêu chọn lọc giống chịu hạn vào giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng Tính trạng bộ rễ ăn sâu và rộng giúp cây tận dụng nước dưới sâu hay sử dụng nước triệt để theo chiều ngang Chỉ tiêu này được xác định bằng cách đo đếm bộ rễ theo chiều sâu, chiều rộng, thế nước vào buổi chiều tối, nhiệt độ bề mặt lá, lực nhổ rễ (Banziger M., 2000) [20]

Các vật liệu ngô khác nhau phản ứng khác nhau với điều kiện hạn trong thời kỳ cây con được kết luận như sau:

Khả năng hấp thụ nước ở vùng đất khô hạn phụ thuộc vào kích thước phân bố bộ rễ, các loại rễ khác nhau có phản ứng khác nhau với mức độ thiếu hụt nước (Muthukuda, Robert Arachchi,2001) [41] Ví dụ rễ đốt có thể xuyên sâu vào lớp đất cứng nên ít mẫn cảm với hạn hơn các loại rễ khác (Westgate and Boyer, 1986) [50] Các giống khác nhau có kiểu rễ khác nhau Một số sinh nhiều rễ đốt, số khác lại sinh nhiều rễ thứ cấp Chọn lọc ngô có khối lượng rễ lớn là một chỉ tiêu hữu ích dẫn đến tăng năng suất trong điều kiện hạn vừa Chiều dài rễ đốt sai khác nhau có ý nghĩa giữa các vật liệu ngô trong điều kiện hạn khẳng định rằng nhiều giống ngô nhiệt đới có nhiều rễ đốt hơn, giúp cây hút ẩm ở tầng đất mặt tốt hơn thông qua cơ chế điều chỉnh áp suất thẩm thấu khi gặp hạn tốt hơn với rễ thứ cấp (Muthukuda, Robert Arachchi,2001) [41]

Tốc độ dài lá có xu hướng mẫn cảm nhiều hơn dài rễ Tốc độ dài lá tăng trong khi gặp hạn được sử dụng rộng rãi để tạo giống chịu hạn cả ở giai đoạn trỗ lẫn giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng vì nó có tương quan chặt với tốc độ tích luỹ vật chất khô (Bolanos j., Edmeades, 1993) [24] Góc lá nhỏ giúp giảm cường độ bức xạ trên bề mặt lá, tăng cường ánh sáng xuống phía dưới giúp duy trì trạng thái thoát hơi nước bề mặt lá ở mức độ tối thiểu Đánh giá chỉ tiêu này dựa theo thang điểm 1 - 5 (từ 1 là góc lá nhỏ đến 5 là góc lá lớn) Độ di truyền của tính trạng này vào loại cao ở ngô và có nhiều triển vọng trong chọn tạo giống ngô

+ Chịu hạn ở hai thời kỳ (Thời kỳ cây con và thời kỳ trỗ cờ - làm hạt) được nghiên cứu khá cụ thể và có nhiều kết quả đang được ứng dụng trong thực tiễn (Banziger M., Edmeades, 2000) [20] Tuy nhiên sự liên quan giữa một số tính trạng chịu hạn ở giai đoạn cây con và cùng tính trạng đó ở giai đoạn trỗ cờ trong điều kiện hạn thì chưa được nghiên cứu chi tiết để kết luận

rõ ràng (Lê Quý Kha, 2005) [10] Dưới đây là một số chỉ tiêu được tổng kết chắc chắn về chịu hạn trong giai đoạn trỗ cờ - làm hạt:

Tính trùng khớp giữa trỗ cờ tung phấn là một trong các chỉ tiêu có độ di truyền trung bình, tương quan chặt với năng suất trong điều kiện hạn, đang được dùng để chọn lọc giống ngô chịu hạn giai đoạn trỗ cờ (Bolanos j., Edmeades, 1993) [24]

Số bắp trên cây tăng cũng chứng tỏ đặc tính sinh lý có tính di truyền, có độ biến động cao giữa các vật liệu và có thể dùng để chọn lọc giống chịu hạn hay chịu mật độ (Banzinger, 2000) [20]

Kích thước cờ giảm đã được xác định là có tương quan và có độ di truyền tương đối cao với chống chịu hạn trong thời kỳ trỗ (Bolanos j., Edmeades, 1993) [24] Ví dụ sau 8 chu kỳ chọn lọc quần thể Tuxpeno Sequia về tính chịu hạn, số nhánh cờ giảm 2,6% chu kỳ Vậy các vật liệu có kích thước cờ giảm nên được chọn Chỉ tiêu này có thể đếm được trong điều kiện thuận lợi nhưng được dùng làm chỉ tiêu chịu hạn

Tuổi thọ của lá: cũng được dùng làm chỉ tiêu chọn lọc giống chịu hạn vì nó có tương quan chặt với khả năng tích luỹ chất khô ở giai đoạn đẫy hạt đối với cao lương và ngô Vì vậy cây ngô không thể phục hồi diện tích lá khi bị mất và lá ngô có tương quan với độ lớn của bắp

Mức độ héo lá: giúp cây tránh bớt được bức xạ mặt trời lên lá, giảm sử dụng nước và tăng nhiệt độ bề mặt lá Tăng nhiệt độ, giảm thoát hơi nước bề mặt bức xạ nhiều dẫn đến quang oxy hoá khử và mất diệp lục (Banzinger, 2000) [20]

Đánh giá chỉ tiêu này dựa trên thang điểm 1 - 5 (điểm 1 lá không héo, điểm 5 lá héo nặng nhất)

Diện tích lá bắp tăng và chiều cao cây giảm cũng có thể được dùng làm chỉ tiêu chọn lọc giống ngô chịu hạn Diện tích lá bắp có tương quan chặt với tích luỹ chất khô vào giai đoạn đẫy hạt, còn chiều cao cây lại có tương quan âm với tích luỹ vật chất khô trong điều kiện hạn (Fischer R.A., Johnson, 1983) [32]

Sự thay đổi phân bố chất khô: nhìn chung trong điều kiện hạn nặng tốc độ sinh trưởng bắp ngô bị giảm (Banzinger, 2000) [20] Vì vậy, rất cần các vật liệu ngô có khả năng cho bắp bình thường, tỷ lệ kết hạt cao, bắp sinh trưởng nhanh Nghĩa là cây có thể điều chỉnh sự phân bố chất khô về hạt trong điều kiện hạn

Tỷ lệ hạt/bắp và số hạt trên bắp giảm mạnh nếu hạn xảy ra đúng vào thời kỳ trỗ cờ và làm hạt

Ngoài ra, một số chỉ tiêu khác cũng được dùng làm chỉ tiêu đánh giá tính chịu hạn, đó là nhiệt độ bề mặt lá giảm khi gặp hạn, tính kháng lại sự đóng khí khổng khi hạn, hay sự thay đổi của Prolin

- Vasal và cộng sự đã nghiên cứu và đi đến kết luận giống ngô lai có năng suất cao và ưu thế trội hơn so với giống giao phối tự do ở cả 2 loại môi trường thuận lợi cũng như khó khăn Ngày càng có nhiều kết quả chứng minh nếu môi trường trong điều kiện hạn thì giống ngô thụ phấn tự do có năng suất là 2,5 tấn/ha và giống ngô lai có thể cho năng suất vượt 70%

- CIMMYT đã chọn tạo ra nguồn nguyên liệu ngô Tuxpeno chịu hạn tốt và hiện nay diện tích loại ngô này có đến hàng triệu ha ở các nước đang phát triển Đồng thời CIMMYT đã chọn ra được nguyên liệu ngô có thể mọc tốt khi gieo trên đất hạn, tức là rễ mầm có thể hút ẩm dưới sâu trong lòng đất tới 0,4m Năm 2004 xác định được thêm một số chỉ thị liên quan đến tính chịu hạn của ngô

- Việt Nam cũng đã xác định được một số chỉ thị SSR liên kết với các

gen chịu hạn và một số chỉ thị liên quan đặc tính chịu hạn ở ngô (Bùi Mạnh Cường, 2007) [3]

- Theo báo cáo của Viện nghiên cứu ngô ở Việt Nam từ những năm 1987 các nhà chọn tạo giống ngô cũng đã chọn tạo ra được nhiều giống ngô chịu hạn tốt như: MSB49, TSB2, Q2 Những năm gần đây, nhiều giống ngô lai chịu hạn đã được tạo ra và đưa vào sản xuất như: LVN10, LVN4, Chương trình hợp tác nghiên cứu giữa Việt Nam và CIMMYT (Trung tâm cải lương ngô và lúa mỳ quốc tế) về chọn tạo và phát triển các giống ngô chịu hạn trong những năm qua đã thu nhập nhiều nguồn nguyên liệu có khả năng chịu hạn và bước đầu đã tạo ra nhiều tổ hợp lai mới có khả năng chịu hạn

CHƯƠNG II

VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu của đề tài là 8 giống ngô lai của Viện nghiên cứu ngô, đó là các giống: CH1, LVN15, LVN14, LVN145, LVN61, LVN885, VN8960, LVN37

Bảng 2.1 Nguồn gốc và đặc điểm của các giống ngô lai

Đối chứng của thí nghiệm là 2 giống ngô: LVN99, LVN10 đang được trồng phổ biến ở Sơn La

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Điều tra thu thập số liệu về tình hình khí tượng thủy văn của tỉnh Sơn La - Đánh giá khả năng chịu hạn của 8 giống ngô lai ở giai đoạn cây con trong điều kiện gây hạn nhân tạo

- Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu của 8 giống ngô lai thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới

- Xây dựng mô hình trình diễn một số giống ngô lai triển vọng

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Điều tra và đánh giá về điều kiện khí hậu liên quan đến sản xuất ngô ở Sơn La

Điều tra, thu thập các số liệu về tình hình sản xuất ngô tại tỉnh Sơn La và thu thập các số liệu về điều kiện khí hậu thuỷ văn tỉnh Sơn La

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

2.3.2.1 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô lai ở thời kỳ cây con bằng phương pháp của Lê Trần Bình và Lê Thị Muội [1]

a, Thời gian và địa điểm tiến hành

- Thời gian tiến hành: thí nghiệm được tiến hành vào vụ đông 2007 - Địa điểm tiến hành: phòng thí nghiệm khoa Sinh – KTNN, Trường Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên

b, Cách tiến hành: Mỗi giống được gieo vào 1 chậu cát sạch có đục lỗ ở

dưới đáy với số lượng 30 hạt/chậu, Thí nghiệm được nhắc lại 3 lần Chăm sóc bình thường khi cây con được 3 lá thì ngừng tưới nước để bắt đầu gây hạn

c, Theo dõi đánh giá

- Theo dõi đánh giá mức độ cây không héo, ở các thời điểm sau 3, 5 và 7 ngày kể từ khi ngừng tưới

Tỷ lệ cây không héo (%) = Số cây không héo

x 100% Tổng số cây

Giống có tỷ lệ cây không héo cao thì có khả năng chịu hạn ở thời kỳ cây con

- Sau 7 ngày gây hạn thì tưới nước trở lại Theo dõi đánh giá khả năng phục hồi cây sau 3, 5 và 7 ngày kể từ khi tưới trở lại

Tỷ lệ hồi phục (%) = Số cây phục hồi

x 100% Tổng số cây

Sau khi tưới trở lại, thì giống nào có tỷ lệ cây phục hồi cao thì có khả năng chịu hạn ở thời kỳ cây con

- Theo dõi đánh giá ảnh hưởng của hạn đến sự sinh trưởng và khả năng tích luỹ chất khô ở thời kỳ cây con

+ Trước khi gây hạn mỗi giống nhổ 3 cây, sấy đến khi khối lượng không đổi cân khối lượng khô của rễ, thân lá từng giống

+ Sau khi gây hạn ở các thời điểm 3, 5 và 7 ngày tiến hành lấy mẫu 3 cây/giống, sấy đến khi khối lượng không đổi rồi cân khối lượng khô

Giống có khối lượng chất khô lớn thì có khả năng chịu hạn ở thời kỳ cây con

- Đánh giá khả năng chịu hạn bằng chỉ số chịu hạn tương đối theo công thức: Sn =

1sinα (ab + bc + cd + de + eg + gh + hi + ik + kl + la)

Trong đó : a % cây không héo sau 3 ngày hạn, b: % cây phục hồi sau 3 ngày hạn, c: % cây không héo sau 5 ngày hạn, d: % cây phục hồi sau 5 ngày hạn, e: % cây không héo sau 7 ngày hạn, g: % cây phục hồi sau 7 ngày hạn, h: % vật chất khô của cây trước hạn, i: % vật chất khô của cây sau 3 ngày hạn, k: % vật chất khô của cây sau 5 ngày hạn, l: % vật chất khô của cây sau 7 ngày hạn, α: góc tạo bởi 2 trục mang trị số gần nhau và tính bằng

; Sn: chỉ số chịu hạn tương đối

Giống có chỉ số chịu hạn tương đối càng lớn thì càng có khả năng chịu hạn ở thời kỳ cây con

2.3.2.2 Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống cây con bằng phương pháp xác định hàm lượng prolin

Bates và cộng sự (1973) [21] Đã đưa ra phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn của cây con bằng cách xác định hàm lượng prolin Trong điều

kiện hạn cây sẽ sản sinh ra prolin để chống hạn, hàm lượng prolin trong cây càng cao thì khả năng chịu hạn của cây càng tốt

a, Thời gian và địa điểm tiến hành

- Thời gian tiến hành: thí nghiệm được tiến hành vào vụ xuân 2007

- Địa điểm tiến hành: phòng thí nghiệm khoa Sinh – KTNN, Trường Đại Học Sư Phạm Thái Nguyên

b, Cách tiến hành

- Nguyên liệu: Gồm rễ, thân, lá của cây thời điểm trước gây hạn, ở các

thời điểm hạn 3 ngày, hạn 5 ngày, hạn 7 ngày Trước khi phân tích nguyên liêu được bảo quản trong tủ lạnh ở nhiệt độ - 850C

- Các bước tiến hành thí nghiệm:

+ Bước 1: Cân 0,5g mẫu, nghiền kỹ trong chày cối sứ đã được giữ ở nhiệt độ 40C có bổ sung 10 ml dung dịch axit sufosalysilic 3%

+ Bước 2: Ly tâm mẫu trên 7000 vòng/phút, lấy dịch trên bỏ cặn

+ Bước 3: Lấy 2ml dịch mẫu đã ly tâm, trộn với 2ml hỗn hợp ninhydrin + 2ml dung dịch axit acetic để lạnh, sau đó đem đun cách thuỷ toàn bộ hỗn hợp trên ở 10000C trong 60 phút

+ Bước 4: Lấy mẫu ra cho ngay vào đá ủ 5 phút, sau đó bổ sung 4ml toluen trộn thật đều Lúc này hỗn hợp phân thành hai pha, đem hút nhẹ pha trên (2ml) có màu hồng, đo ở bước sóng 520nm

Hàm lượng prolin được tính theo mg/g khối lượng tươi

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng

2.3.3.1 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và chống chịu của các giống ngô lai thí nghiệm trong điều kiện tưới nước và không tưới nước

a, Thời gian, địa điểm tiến hành

- Thời gian tiến hành: tiến hành vào vụ thu – đông 2006 và 2007 - Địa điểm: Xã Chiềng Xôm - Thị Xã Sơn La

b, Cách tiến hành:

- Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), với 3 lần nhắc lại, trong mỗi lần nhắc lại, mỗi giống gieo 4 hàng, mỗi hàng dài 5m; khoảng cách 70 x 20cm Toàn bộ thí nghiệm đó được gieo lặp lại và đối đầu nhau, thí nghiệm 1 thực hiện ở chế độ tưới nước: tưới đủ ẩm trong suốt quá trình sinh trưởng phát triển của cây và thí nghiệm 2 được thực hiện ở chế độ không tưới

Bảng 2.2 Sơ đồ Bố trí thí nghiệm theo kiểu đối đầu (Vụ thu - đông 2006 và 2007)

Thí nghiệm không tưới

Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi

Các chỉ tiêu theo dõi được đo đếm trên 2 hàng giữa

* Chỉ tiêu về giai đoạn sinh trưởng

- Ngày trỗ cờ: Được tính khi có > 50% số cây trổ cờ trên ô

- Ngày tung phấn: Được tính khi có > 50% số cây tung phấn trên ô - Ngày phun râu: Được tính khi có > 50% số cây phun râu trên ô - Ngày chín sinh lý: Được tính khi chân hạt có điểm đen ở 100% số bắp