CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa trên thế giới và trong nước
1.4.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa trên thế giới
1.4.1.1. Tình hình nghiên cứu lúa trên thế giới
* Nghiên cứu chọn tạo giống lúa cho năng suất cao, chất lượng tốt
Về vấn đề nâng cao năng suất lúa, các nhà khoa học IRRI đã đưa ra kế hoạch nhằm chuyển đổi dịng lúa C3 hiện nay sang dịng lúa C4 có khả năng tăng năng suất từ 30 - 50%, giảm 50% nhu cầu nước và giảm đến 30% nhu cầu phân bón. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc tại Hàn Lâm Viện Khoa học Xã hội (Trung Quốc) đã xác định được một gen quan trọng trong hạt thóc có thể giúp tăng vượt trội đồng thời cả năng suất và chất lượng lúa, đó là gen GW8 từ lúa Basmati của Pakistan. Ngoài ra các nhà khoa học cũng tìm thấy được một biến thể gen GW8 khác, tuy không ảnh hưởng tới chất lượng song lại có thể tăng trọng lượng hạt và nâng cao năng suất. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã xác định được biến thể thứ 3 của gen GW8 có thể kết hợp những ưu điểm của hai biến thể kia. Biến thể GW8 mới nếu được ghép vào loại lúa
17
Basmati có thể giúp tăng năng suất 14% so với bình thường mà vẫn giữ nguyên được chất lượng gạo. Còn nếu ghép vào lúa cao sản Trung Quốc thì nó có thể nâng cao đáng kể chất lượng hạt gạo và giữ nguyên năng suất [25].
Các nhà khoa học IRRI đang tập trung vào nghiên cứu chọn tạo các giống lúa cao sản (siêu lúa) có thể đạt 13 tấn/ha/vụ, đồng thời phát huy kết quả chọn tạo 2 giống là IR64 và Jasmin giống có phẩm chất gạo tốt được trồng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới. Nghiên cứu, chọn tạo các giống lúa có hàm lượng vitamin và protein cao, giàu lysine, có mùi thơm, cơm dẻo, … vừa để giải quyết vấn đề an ninh lương thực, vừa đáp ứng nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của người tiêu dùng (Cada,E.C 1997).
Ở khu vực Đơng Á có một số nước cũng có diện tích trồng lúa đáng kể như: Hàn Quốc, Bắc Triều Tiên, Đài Loan. Các nước này chủ yếu sử dụng giống lúa thuộc loại hình Japonica, hạt gạo trịn, cơm dẻo phù hợp với thị hiếu tiêu dùng của người dân khu vực này. Các giống lúa nổi tiếng như Ton gil (Hàn Quốc), Tai chung 1, Gang chan gi (Đài Loan), …
Bằng công nghệ biến đổi gen, các nhà khoa học Ấn Độ đã tạo ra các giống lúa giàu protein. Một số giống lúa thông thường, trong gạo chỉ chứa khoảng 7-8% protein nhưng bằng cách bổ sung gen AmA1 (một gen của rau dền) vào hệ gen cây lúa sẽ làm tăng hàm lượng protein trong hạt lên 10% [16].
Năm 2009, các nhà khoa học Ấn Độ đã phát triển thành công giống Golden Rice, giống lúa biến đổi gen giàu Vitamin A, nhờ thêm vào hai gen phytoene synthase và phytoene desaturase – bằng phương pháp chuyển gen, beta carotene này sẽ chuyển vị được vào trong phôi nhũ hạt gạo [13].
* Nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn, chịu mặn, chịu ngập.
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn từ giữa năm 1980 và hiện nay Trung Quốc có khoảng 80.000 ha lúa gieo khô. Kết quả nghiên cứu đã tạo được một số giống lúa chịu hạn có năng suất cao trên cơ sở
18
lai giữa giống lúa cho vùng đất thấp với lúa cạn truyền thống. Các giống lúa chịu hạn có năng suất cao hiện nay ở Miến Bắc Trung Quốc là: Han Dao 277, Han Dao 297 và Han Dao 502 với năng suất tiềm năng 6,5 tấn/ha.
Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) bắt đầu phát triển các giống lúa chịu hạn cho khu vực Châu Á từ năm 2001. Những giống lúa chịu hạn đầu tiên được phát triển là: IR55423-01 và UPLRI-5 từ Philippin; dòng B6144-MR-0- 6-0-0 từ Indonesia và dòng CT6510-24-1-2 từ Colombia.
Tại Thái Lan, năm 1996, Viện nghiên cứu Nông nghiệp nước này cùng với Viện nghiên cứu Quốc tế Nông nghiệp nhiệt đới và Trung tâm Lúa gạo Châu Phi đã chọn lọc được các giống như TOX 86-1-3-1; TOX 365-1-1; TOX 718- 1 và TOX 78-2 (Dasgusta, 1983). Những giống này có khả năng chịu hạn và chống chịu bệnh tốt.
Năm 2005, bằng phương pháp sinh sản vơ tính, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc tạo ra gen SKC1 giúp tăng khả năng chịu mặn của lúa. Gen SKC1 được sinh sản vơ tính từ một loại lúa chịu mặn cũ có nguồn gốc ở vùng Thượng Hải. Các gen này có thể kiểm sốt hiệu quả và làm cân bằng lượng natri và kali trong phần thân cây lúa mọc trên mặt đất và ngăn ngừa clo độc hại tích tụ trong thân và lá lúa. Một lượng lớn natri clorua có xu hướng tích tụ trong phần thân cây lúa ở một mơi trường có nhiều natri và gen SKC1 có thể giúp chuyển natri clurua trở lại rễ, nhờ đó làm cho cây lúa giảm ngộ độc natri. Gen SKC1 lưu chuyển natri clorua chứ không lưu chuyển kali clorua. Do đó, lượng natri clorua dư thừa được lưu chuyển xuống rễ cây lúa [23].
Ở Philippin, ba giống lúa chống ngập đầu tiên là Swarna-Sub1, Mahsuri- Sub1 và IR64 đã được TS McKill (IRRI) giới thiệu, phổ biến và hợp tác nghiên cứu với nhiều nước ở Châu Á. Ấn Độ đã tạo ra hai giống lúa chống ngập là Swarna-Sub1, Mahsuri-Sub1. Bangladesh đã tạo ra một giống lúa
19
chống ngập là BR-11-Sub1. Thái Lan cũng đã tạo ra một giống lúa chống ngập là Homcholasit. Tại Indonesia, vào tháng 3/2011, cơ quan nghiên cứu và Phát triển Nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp đã đưa vào một lần mười giống lúa trong đó có một giống lúa chống ngập Inpara và một giống chống hạn Inpago [20].
* Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng sâu, bệnh hại và điều kiện ngoại cảnh.
Các nhà nghiên cứu khoa học nông nghiệp Đại học Arkanasas (Mỹ) đã xác định được gen điều khiển tính chống chịu hạn, mặn và lạnh ở cây lúa. Gen quan trọng nhất có tên MAPK5 (Mitogen Activated Protein kinase 5). MAPK5 điều chỉnh việc sản xuất kinase, một protein điều chỉnh phản ứng của cây lúa đối với những yếu tố hạn chế sinh học như thiếu nước, quá mặn hoặc lạnh. Ở mức thấp hơn, MAPK5 dường như đóng vai trị làm gián đoạn những hạn chế sinh học do sâu, bệnh gây ra. Theo Yang, gen này do điều kiện bất lợi phi sinh học tạo ra, song cũng được kích hoạt bởi bệnh đạo ơn và một số bệnh hại lúa khác. MAPK5 là gen chủ yếu điều chỉnh khả năng phòng vệ của cây lúa và có thể được dùng để cải thiện tính chống chịu stress cho những cây trồng khác [21].
Vius hại lúa gây ra căn bệnh tungro, một loại virus gây bệnh vàng lùn, lùn xoắn do loại rầy xanh và rầy bơng truyền bệnh. Bệnh có thể xuất hiện ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa, đặc biệt là giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng. Biểu hiện bệnh là cây có nhiều đốm hoặc các vạch và cây bị lùn; cây giảm sự đẻ nhánh, làm chậm việc trổ bơng và dẫn đến chậm trễ sự chín; gié lúa nhỏ và khơng thốt hồn tồn; hầu hết các gié bị lép (khơ) và có màu nâu tối. Bệnh tungro phát triển mạnh trong những năm đầu thập niên 10 của thế kỉ XXI đã làm tổn thất lớn sản lượng lúa thu hoạch ở Châu Á. Để ngăn chặn căn bệnh này, sau 20 năm nghiên cứu, hai nhà khoa học Mỹ là Roger N. Beachy
20
và Shunhong Dai mới đây đã công bố, trong cây lúa có hai loại protein khác có tên RF2a và RF2b, hai protein này được xem là nhân tố chính bảo vệ lúa chống lại các loại virus và giúp lúa phát triển bền vững. Chính vì vậy, dùng phương pháp tạo dựng nguồn protein RF2a và RF2b có thể là cách đi mới tăng cường chống lại dịch bệnh [22], [28].
1.4.1.2. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới
Theo số liệu của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO):
Năm 2018: Trên tồn thế giới có khoảng 128 nước trồng lúa và phân bố ở tất cả các châu lục. Theo vùng lãnh thổ, Châu Phi có 44 nước trồng lúa, tiếp đến Châu Á có 35 nước, Trung Mỹ và Caribe có 14 nước, Nam Mỹ có 13 nước, Châu Âu có 13 nước và Châu Đại Dương chỉ có 5 nước trồng lúa.
Diện tích canh tác lúa:
Diện tích canh tác lúa trên thế giới năm 2018 là 167,133 triệu ha. Trong đó, diện tích lúa của Châu Á năm 2018 là 146,070 triệu ha chiếm 87,40% tổng diện tích lúa trên tồn thế giới, tiếp đến là Châu Phi 14,243 triệu ha (chiếm 8,52%), Châu Mỹ 6,128 triệu ha (chiếm 3,67%), Châu Âu 0,626 triệu ha (chiếm 0,37%) cịn diện tích canh tác lúa ở Châu Đại Dương không đáng kể.
Những nước có diện tích lúa lớn nhất là Ấn Độ (44,500 triệu ha), Trung Quốc (30,189 triệu ha), Indonesia (15,995 triệu ha), Banglades (11,910 triệu ha), Thái Lan (10,407 triệu ha). Việt Nam đứng thứ 6 thế giới với 7,570 triệu ha diện tích đất canh tác lúa [26].
Năng suất lúa:
Năng suất lúa trên thế giới bình quân đạt 46,789 tạ/ha. Châu Đại Dương (98,467 tạ/ha), Châu Âu (64,273 tạ/ha), Châu Mỹ (63,261 tạ/ha) là những châu lục có năng suất lúa bình quân cao hơn so với thế giới. Năng suất bình
21
quân của Châu Á (48,291 tạ/ha) cũng cao hơn so với thế giới, tuy nhiên sự chênh lệch không nhiều như các châu lục khác.
Austrlia là nước có năng suất lúa dẫn đầu thế giới (103,86 tạ/ha), tiếp đến là Ai Cập (88,26 tạ/ha), Hoa Kì (86,21 tạ/ha), Uruguay (85,00 tạ/ha). Riêng ở Châu Á, các nước có năng suất lúa cao như: Trung Quốc (70,26 tạ/ha), Nhật Bản (66,17 tạ/ha). Năng suất lúa của Việt Nam đạt 58,18 tạ/ha cao hơn năng suất bình quân của thế giới là 11,39 tạ/ha.
Sản lượng lúa:
Tổng sản lượng lúa sản xuất trong năm 2018 của toàn thế giới là 782,000 triệu tấn, trong đó Châu Á chiếm 90,20% với 705,393 triệu tấn, Châu Mỹ chiếm 4,96% với 38,764 triệu tấn, sau đó là Châu Phi chiếm 4,24% với 33,174 triệu tấn, Châu Âu chỉ sản xuất được 4,023 triệu tấn chiếm tỉ lệ rất thấp 0,51%, sản lượng lúa của Châu Đại Dương không đáng kể.
Trung Quốc (212,129 triệu tấn) và Ấn Độ (172,580 triệu tấn) là hai quốc
gia có tổng sản lượng lúa cao nhất thế giới năm 2018. Tiếp đến là Indonesia (83,037 triệu tấn), Banglades (56,417 triệu tấn). Việt Nam xếp ở vị trí thứ 4 với 44,046 triệu tấn lúa gạo được sản xuất năm 2018.
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng lúa trên thế giới năm 2018
Thế giới Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (triệu tấn) Thế giới 167,133 46,789 782,000 Châu Á 146,070 48,291 705,393 Châu Âu 0,626 64,273 4,023 Châu Phi 14,243 23,291 33,174 Châu Mỹ 6,128 63,261 38,764
Châu Đại Dương 0,066 98,467 0,646
22 Ấn Độ 44,500 38,782 172,580 Bangledes 11,910 47,368 56,417 Brazil 1,861 63,123 11,749 Campuchia 2,982 35,709 10,647 Colombia 0,636 52,234 3,323 Indonesia 15,995 51,914 83,037 Myanmar 6,706 37,906 25,418 Mỹ 1,179 86,211 10,170 Nepal 1,469 35,058 5,152 Nhật Bản 1,470 66,173 9,728 Nigeria 3,346 20,351 6,809 Peru 0,438 81,240 3,558 Philippin 4,800 39,718 19,066 Thái Lan 10,407 30,932 32,192 Trung Quốc 30,189 70,266 212,129 Việt Nam 7,570 58,180 44,046 (Nguồn FAOSTAT tháng 4/2020)
1.4.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa ở Việt Nam 1.4.2.1. Tình hình nghiên cứu lúa ở Việt Nam 1.4.2.1. Tình hình nghiên cứu lúa ở Việt Nam
Lúa là cây lương thực quan trọng trên thế giới, đặc biệt ở các nước Đông Nam Á, lúa là cây lương thực đứng hàng đầu do có giá trị dinh dưỡng cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của con người. Vì vậy, chọn tạo giống lúa cho năng suất cao và phẩm chất tốt là điều cần thiết.
Công tác chọc tạo giống lúa ở nước ta đã tiến hành từ những năm 1950 nhưng do điều kiện chiến tranh 2 miền Nam Bắc nên việc chọn tạo giống ở 2 miền khác nhau. Ở miền Bắc đã tạo ra giống lúa mới bằng con đường lai tạo
23
và nhập nội. Ở miền Nam chủ yếu là nhập nội. Giống lúa lai đầu tiên ra đời là lúa chiêm 314 do Lương Đình Của đưa vào sản xuất năm 1968 [11], [14]. Với phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học (maker phân tử, nuôi cấy túi phấn) kết hợp với khảo nghiệm đồng ruộng Viện nghiên cứu lúa Đồng bằng sông Cửu Long đã nghiên cứu, chọn tạo giống lúa ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng gạo tốt như: OM1490, OM2517,OM3536, OM2717, OM2718, OM3405, OM4495, OM4498, OM2514 trồng rộng rãi ở vùng sản xuất ngập lũ đồng bằng sông Cửu Long [2].
Nhiều giống lúa có năng suất, chất lượng cao: Xi23, P6, HT1, M90, ĐB6, TH3-3, … đã được Viện Khoa học Kĩ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Viện Di truyền nông nghiệp, Viện Bảo vệ thực vật, Đại học nông nghiệp 1, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm tạo ra.
Năm 2009, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển lúa lai (Viện Cây lương thực, thực phẩm thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp) chọn tạo giống lúa lai 3 dịng, năng suất cao có tên gọi HTY100, cho gạo ngon, cơm mềm, có mùi thơm nhẹ, đã được đăng kí thương hiệu độc quyền Thiên Hương HTY100 [18].
Đối với cây lúa, sau mục tiêu năng suất, phẩm chất hạt là một yêu cầu vô cùng quan trọng, đặc biệt là mùi thơm. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu (Viện lúa Đồng bằng sơng Cửu Long), thực hiện maker RG 28F-R cho kết quả liên kết giữa maker và gen mục tiêu với khoảng cách di truyền khá gần là trong quần thể BC2 F3 từ Khao DawMali 105/OM1490, gen fgr điều khiển mùi thơm là gen lặn trên nhiễm sắc thể số 8, băng thể hiện mùi thơm xuất hiện ở độ lớn 190bp và không thơm ở độ lớn 90bp (cặp mồi RG28F-R), băng thể hiện mùi thơm xuất hiện ở độ lớn 160bp và không thơm ở độ lớn 120bp (RM223). Gen thơm là tính trạng phức tạp chịu ảnh hưởng rất
24
mạnh của điều kiện ngoại cảnh. Với maker này có thể áp dụng chọn lọc và phục vụ chọn giống lúa mùi thơm [9].
* Nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn, chịu mặn, chịu ngập.
Nghiên cứu chọn giống lúa chống chịu khô hạn của Viện cây lương thực thực phẩm bằng phương pháp thu thập nguồn vật liệu giống lúa cạn chịu hạn địa phương và các dòng lúa cải tiến nhập nội từ IRRI với phương pháp lai hữu tính kết hợp với gây đột biến để tạo ra các tổ hợp lai có khả năng chịu hạn khá và năng suất cao như CH2, CH3, CH133, CH5 trồng rộng rãi ở vùng Trung du miền núi phía Bắc, Trung Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Bên cạnh đó, các giống chịu hạn và giống lúa cạn cũng được tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính, ni cấy tế bào soma, xử lý đột biến như: LC88-66, LC88-67-1, LC90-5, LC93-1, LC93-4, …
Bằng phương pháp maker RFLP, microsatellite phân tích bản đồ di truyền của tổ hợp lai IR 28/Đốc Phụng khi phân tích QTL (Quantitative Trait Loci) tính trạng chống chịu mặn của cây lúa, Viện nghiên cứu lúa đồng bằng sông Cửu Long xác định maker RM223 liên kết với gen chống chịu mặn với khoảng cách di truyền 6,3cM trên nhiễm sắc thể số 8 ở giai đoạn mạ [4].
Từ kết quả phân lập được gen lúa chịu ngập và chuyển gen này vào một số giống lúa có nhiều đặc tính tốt. Hiện nay đã có hàng chục giống lúa được chuyển gen chịu ngập đang được nghiên cứu phát triển tại một số khu vực Đơng Nam Á trong đó có Việt Nam. Kết quả nghiên cứu đã xác định được các giống lúa IR64-Sub1, Swanrna sub1, IRRI119 thích hợp cho vùng ngập lụt Đồng bằng sông Cửu Long, Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ. Hiện nay các giống lúa này đã phổ biến vào sản xuất và sử dụng làm nguồn vật liệu trong công tác lai tạo cải tiến một số giống lúa của địa phương có năng suất chất lượng cao nhưng khả năng chịu ngập kém.
25
Tiếp thu những thành tựu của Viện lúa Quốc tế, Viện Nghiên cứu lúa Đồng bằng sông Cửu Long đã dùng phương pháp chỉ thị maker kết hợp với chọn giống truyền thống thanh lọc và đánh giá kiểu hình, kiểu gen các giống lúa mùa địa phương xác định gen kháng bạc lá Xa5, Xa13 trên nhiễm sắc thể số 5, 8 và việc liên kết các gen mục tiêu làm tăng tính kháng rộng của giống lúa. Các nhà chọn tạo giống trong nước cũng đã cho ra đời những giống lúa kháng bạc lá cho nơng dân khu vực Nam Bộ. Cịn tại phía Bắc, Viện Nghiên cứu lúa