Hiện nay, hai loài phụ indica và japonica chiếm gần hết tổng diện tắch trồng lúa trên thế giới và 100% ở châu Á. Lúa japonica chiếm 20% tổng diện tắch trồng lúa thế giới với tổng sản lượng khoảng 13 triệu tấn/năm [39].
Giống lúa japonica thắch hợp với vùng trồng có khắ hậu ôn ựới, cận nhiệt ựới và có thể trồng ở những nơi có ựộ cao trên 1.000 mét, chịu ựựng nhiệt ựộ thấp (ngưỡng nhiệt ựộ thấp cho sinh trưởng là xung quanh 15oC, tuy nhiên nếu nhiệt ựộ xuống tới 11oC ở giai ựoạn trỗ bông sẽ dẫn ựến gây hại nặng). Ưu ựiểm quan trọng của lúa japonica ở các vùng cao lạnh và mùa ựông của các nước nhiệt ựới và cận nhiệt ựới là khả năng chịu lạnh. Theo Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI, hàng triệu ha diện tắch trồng lúa ở châu Phi, châu Á, châu Úc, châu Âu, Nam và Bắc Mỹ bị ảnh hưởng bởi nhiệt ựộ thấp mỗi năm, dẫn ựến mất sản lượng lúa từ 1 - 3,9 tấn/ha/năm. Nhiệt ựộ thấp ở giai ựoạn mạ gây thiệt hại sản xuất lúa gạo ở Bangladesh và ở các vùng cao thuộc Bhutan, Campuchia, Indonesia, Nepal [39].
Lúa japonica là loại lúa lùn hoặc nửa lùn, chiều cao 95 - 105 cm, thân cứng nên khả năng chống ựổ tốt [16], ắt chịu ựược hạn khô, sự mọc mầm và sức tăng trưởng của mạ ựối với nhiệt ựộ thấp mạnh, tuổi thọ của hạt lúa dài,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 27
hạt ắt rụng và không có râu, lá hẹp, thẳng ựứng, màu xanh ựậm, có hiệu năng quang hợp cao, thắch nghi với ựiều kiện thâm canh, chịu phân tốt nên có khả năng cho năng suất caọ Lúa japonica có cảm quang cao nên thường trổ bông sớm khi trồng ở vùng có khắ hậu nhiệt ựới [5], chu kỳ sinh trưởng dài 160 - 200 ngày, nếu ựược trồng sớm. Trong thực tế sản xuất lúa, giống nào có chu kỳ sinh trưởng dài tiêu thụ lượng nước lớn, có thể gặp nhiều sâu bệnh nhưng có tiềm năng năng suất caọ Ngược lại, giống lúa chắn sớm có thể tiết kiệm ựược nước tưới làm giảm giá thành sản xuất nhưng tiềm năng năng suất có thể kém ựị Do vậy, tùy theo mục tiêu sản xuất của mỗi nước, các nhà nghiên cứu lai tạo tạo ra các giống có chu kỳ sinh trưởng khác nhaụ Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Quang Duy và cộng sự (2008) [6], phần lớn các dòng, giống lúa japonica ựều có thời gian sinh trưởng ngắn tới trung bình (90 - 114 ngày trong vụ Mùa), khả năng ựẻ nhánh khỏe, số bông trên ựơn vị diện tắch cao, chất lượng gạo caọ
Những thông tin liên quan ựến khả năng thắch nghi là rất quan trọng cho việc cải thiện kỹ thuật trồng và làm vật liệu trong chọn tạo giống lúa, nên ựã có một số nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh lý của rễ và hình thái lá (Lai, Kwan - Long và cộng sự, 1984) [48]: Lúa indica khi trồng ở vùng ngập nước, xuất hiện nhiều ựốm nâu trên lá. Các ựốm này xuất hiện từ những lá dưới ựến những lá phắa trên và trong một lá thì xuất hiện từ mép lá vào trong bản lá. Những lá này già hóa sớm hơn so với ở japonica. Rễ lúa ở loài japonica khỏe hơn so với ở indica. Rễ indica ựen, thối rữa và dễ ựứt khi cho nước chảy quạ Vì vậy, hệ thống rễ này gầy yếu hơn ở giai ựoạn trưởng thành. Ở cả japonica
và indica trong giai ựoạn ựầu phát triển, khả năng oxy hóa của rễ ựều cao, sau ựó thì giảm dần. Trong toàn bộ giai ựoạn phát triển, khả năng oxy hóa của rễ
japonica luôn khỏe hơn so với rễ indica là do sự hoạt ựộng mạnh của enzym peroxidaza, catalaza và glycolic axit oxidazạ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 28
Ngược lại ở rễ indica, sự khử diễn ra mạnh hơn so với hoạt tắnh của hai enzyme khử nitrat reductaza và glutamat dehidrogenazạ đó là nguyên nhân tại sao ở rễ indica quá trình ựồng hóa ựạm diễn ra mạnh hơn nên loài indica
có thể phát triển bình thường ở những môi trưởng ựơn giản, thiếu dinh dưỡng hơn là loài japonica. Các giống lúa japonica có bông ngắn hơn các giống lúa
indica nhưng tỷ lệ hạt chắc cao và khối lượng 1.000 hạt lớn hơn. Theo Matsuto (1997), ở các giống lúa japonica hầu hết hạt lúa không có râu, một số ắt hạt có râu ngắn (Matsuo, T., 1997) [52] thuận tiện cho quá trình thu hoạch.
Về bộ genom, lúa japonica ựược sắp xếp 42.000 - 63.000 gen (Báo Lao ựộng, 2002) [2].
Một số yếu tố sinh thái chủ yếu tác ựộng tới lúa japonica như sau:
- Nhiệt ựộ: Nhiệt ựộ thấp ở vùng ôn ựới là nguyên nhân gây ra sự bất dục của hạt phấn japonica, nhiệt ựộ cao ở vùng nhiệt ựới ảnh hưởng tới sinh trưởng và năng suất lúa japonica. Giai ựoạn làm ựòng và ra hoa là giai ựoạn nhạy cảm nhất của cây lúa ựối với nhiệt ựộ, ựặc biệt với nhiệt ựộ cao có thể gây hiện tượng bất dục ở cây lúa (F. Shah và cộng sự, 2011) [30]. Nhiệt ựộ thấp dưới mức chịu ựựng tối thiểu trong giai ựoạn mọc mầm và mạ non sẽ ảnh hưởng tới tình trạng lúa phủ mặt ựất ruộng hay quần thể lúạ Nhiệt ựộ thấp xảy ra lúc hình thành hạt phấn của bông lúa sẽ gây ảnh hưởng ựến khả năng thụ phấn. Lúa japonica có thể chịu ựược nhiệt ựộ thấp 12oC - 15oC. Trong khoảng nhiệt ựộ này, mạ non dù bị lạnh nhưng không có biểu hiện lá mạ vàng như các giống lúa indica. Khi nhiệt ựộ xuống thấp khoảng dưới 15oC, hạt phấn không thể thụ phấn ựược. Trong năm 1993, nhiệt ựộ mùa hè xuống ựến 11oC, gây ra bệnh cháy lá trầm trọng và mức ựộ bất dục cao trên lúa japonica ở các nước Italia, Nhật Bản và Hàn Quốc. Nhiệt ựộ thấp trong giai ựoạn sinh sản của cây lúa làm ảnh hưởng ựến năng suất cuối cùng, cũng ựược ghi nhận ở California, Mỹ, Úc và miền nam Brazil (Tran Van Dat, 1994) [61]. Tại Hàn Quốc, chỉ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 29
trồng một vụ lúa/ năm, mùa lúa kéo dài 6 tháng, từ giữa tháng từ ựến giữa tháng mười, nhiệt ựộ trung bình thay ựổi từ mức thấp nhất là 13oC trong tháng 4 và tháng 10, nhiệt ựộ cao nhất là 25oC vào tháng 8. Do ựó, trồng lúa phải ựối mặt với thời tiết lạnh trong mùa Xuân và mùa Thụ Hiện nay, chỉ có giống lúa japonica ựược trồng tại Hàn Quốc (K.H. Kang and ỴG. Kim, 2012) [42].
Nhật Bản nằm giữa vĩ ựộ 23,5o và 45,3o N, thuộc vùng khắ hậu ôn ựớị Lúa japonica chiếm hầu hết diện tắch trồng lúa ở Nhật Bản, trong khi lúa
indica chỉ chiếm 0,2% tổng diện tắch trồng lúa (Hiroshi Kato và cộng sự, 2012) [34]. Năm 1995, ựợt rét ựột xuất trong vụ Hè khiến hạt lúa japonica bị lép, nước Nhật thất thu khoảng 1 triệu tấn lúạ Nông dân ngoại thành Bắc Kinh, Trung Quốc lại có dịp bán gạo japonica giá cao cho người Nhật sử dụng, rồi mua gạo giá thấp hơn từ ựồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam ựể thay thế.
đài Loan là nước nằm ở khu vực cận nhiệt ựớị Trước năm 1920, đài Loan trồng chủ yếu là các giống lúa indica. Sau ựó, các nhà khoa học Nhật Bản ựã phát triển thành công các giống lúa japonica ở đài Loan. Hiện nay, hơn 90% giống lúa trồng tại đài Loan là các giống lúa japonicạ Như vậy, đài Loan là một trong những vùng vĩ ựộ thấp nhất mà lúa japonica chiếm ưu thế trong sản xuất (Kondo, M., Lur, H.S., 2009) [47]. đài Loan có hai vụ lúa/năm. Vụ thứ nhất thường ựuợc cấy vào tháng 1, trỗ chắn vào tháng 5 và thu hoạch vào tháng 6. Vụ thứ hai thường ựược cấy vào tháng 7, trỗ chắn vào tháng 10 và thu hoạch vào tháng 11. Giữa hai vụ lúa, nhiệt ựộ có khác biệt ựáng kể. Nhiệt ựộ trung bình ngày tăng từ 15oC ựến 28oC ở vụ thứ nhất, trong khi nhiệt ựộ giảm từ gần 30oC xuống 18oC ở vụ thứ haị Nhiệt ựộ cao (trên 30oC) thường xuyên xảy ra ở giai ựoạn làm hạt của vụ thứ nhất và giai ựoạn lúa ựẻ nhánh ở vụ thứ hai (Lu, M.M. và cộng sự, 2008) [50]. Môi trường khắ hậu ựược cho là hạn chế chủ yếu trong việc cải thiện năng suất, chất lượng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 30
của lúa japonica ở đài Loan. Vì vậy, các giống lúa japonica ựược chọn tạo ở đài Loan ựược cho là ắt nhạy cảm hơn với quang chu kỳ và thắch ứng hơn với nhiệt ựộ caọ
- Nước: là yếu tố hạn chế phát triển trồng lúa ở các vùng ôn ựớị Nước giúp kiểm soát cỏ dại, ựiều tiết khả năng ựẻ nhánh của lúa, làm tăng chất dinh dưỡng cho ựất, giảm bớt sự mất mát phân bón amoni nhờ ựiều kiện yếm khắ, thiết lập lại hê sinh vật ựất, sinh vật thủy sinh dưỡng khắ hòa tan ... ựể từng bước hình thành cân bằng hê sinh thái ựồng ruộng. Tuy nhiên, hệ thống trồng lúa ngập nước ựòi hỏi cung cấp số lượng nước lớn, mà phần lớn bị thất thoát vì chảy tràn, thẩm thấu và bốc hơi vào mùa hè khi nhiệt ựô caọ
Lúa chỉ ựược trồng ở những nơi có nhiều nước vào mùa hè, mặc dù gặp phải những ựiều kiện khắ hậu không thuận tiện lắm như nhiệt ựộ thấp vào ban ựêm và buốt giá vào ựầu mùa cũng như cuối vụ. điển hình, lúa japonica chỉ ựược trồng ở vùng ựồng bằng thuộc thung lũng Bo ở miền Bắc Italia vì có nhiều nguồn nước do sông rạch cung cấp. Miền Nam Italia có khắ hậu ấm áp hơn, nhưng nông dân không trồng lúa vì thiếu nước (Trần Văn đạt, 2005) [5]. Tại Hàn Quốc, trồng lúa ngập nước (20 cm) trong giai ựoạn trỗ bông có thể tăng năng suất hạt 10% - 14% so với trồng lúa trong vùng nước nông (Moon- Hee Lee, 2001) [54].
- đất ựai: Triển vọng mở rộng diện tắch trồng lúa japonica ôn ựới trên thế giới, nhất là ở châu Á và châu Mỹ La Tinh không cao vì khắ hậu bất thuận lợi cho loại lúa nàỵ Nếu diện tắch trồng loại lúa này tăng, chủ yếu do thay thế loại lúa hoặc hoa màu khác trong vùng ôn ựới và cận nhiệt ựới mà thôị Trong tương lai, nhu cầu lúa japonica sẽ ựược giải quyết bằng cách sử dụng những giống có năng suất, chất lượng cao và quản lý canh tác hữu hiệu, chắnh xác hơn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 31
vùng nhiệt ựới vì lúa ựược trồng vào mùa hè nên khắ hậu khô khan, nắng nhiều, ngày dài ựêm mát, cho nên bệnh và nhất là côn trùng ắt xuất hiện. Dù thế, sản xuất lúa japonica vẫn còn gặp trở ngại bởi bệnh cháy lá, thối bẹ, cỏ dại và lúa ựỏ. Vì vậy, bảo vệ mùa màng cho lúa japonica ở vùng ôn ựới không phải là vấn ựề lớn so với trồng lúa indica ở vùng nhiệt ựới (nếu có chỉ là vấn ựề về cỏ dại).
Như vậy, lúa japonica mang ựầy ựủ ựặc ựiểm hình thái của giống lúa cho năng suất cao và là mục tiêu công tác chọn tạo giống ở các nước trên thế giớị Trong môi trường, sự sinh trưởng và phát triển của lúa japonica luôn chịu tác ựộng của nhiều yếu tố sinh tháị Các yếu tố này ựa dạng và có thể là tác nhân có lợi hoặc có hại ựối với cây lúạ Vì vậy, việc nghiên cứu phản ứng sinh thái của các giống lúa japonica nhằm lựa chọn ựược vùng trồng lúa thắch hợp là việc làm cần thiết ựể nâng cao năng suất và chất lượng gạo japonicạ