1.3. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam
1.3.3. Kết quả nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương
* Kết quả chọn tạo giống đậu tương trên thế giới
Việc nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương được nhiều quốc gia quan tâm và được nghiên cứu sâu rộng, bài bản ở các tổ chức nghiên cứu quốc tế như INTSOY (Chương trình Nghiên cứu Đậu tương Quốc tế), Trung Tâm nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế Australia (ASIAR), Viện Quốc tế Nông nghiệp nhiệt đới (IITA), Mạng lưới Đậu đỗ và Ngũ cốc Châu Á (CLAN) và nhiều trường đại học, viện nghiên cứu trên thế giới.
Với sự phát triển mạnh mẽ của di truyền học và công nghệ sinh học, các hướng nghiên cứu chính trong cải biến giống đậu tương trên thế giới hiện nay là:
- Đậu tương cao sản: Năng suất đạt 5 – 6 tấn/ha, TGST 120 – 150 ngày.
- Đậu tương chất lượng: cải tiến hàm lượng (protein, lipid…) và các yếu tố cấu thành chất lượng hạt (hàm lượng các axít béo trong dầu đậu tương…).
- Đậu tương chống chịu các điều kiện bất thuận như sâu, bệnh, ngập úng, hạn, mặn và đất nghèo dinh dưỡng...
Cải tiến nâng cao năng suất là mục tiêu số 1 trong chọn tạo giống đậu tương bởi nó là yếu tố chủ đạo quyết định hiệu quả kinh tế của một giống. Năng suất đậu tương liên tục tăng ở nhiều quốc gia trồng đậu tương trên thế giới như ở Mỹ khoảng từ 15 – 38 kg/ha/năm (Egli, 2008), ở Ấn Độ là 22 kg/ha (Specht và cs., 1999). Năng suất ở đậu tương là một yếu tố di truyền đa gen và bị chi phối bởi điều kiện môi trường (Sleper và Poehlman, 2006). Trong mạng lưới thử nghiệm đậu đỗ quốc tế cho thấy năng suất đậu tương ở một số vùng đạt > 6 tấn/ha như tại Srilanka năm 1975 đạt 6,1 tấn/ha, tại Chilê và Italia năm 1977 đạt 6 tấn/ha (Whigham và Sham, 1983). Năm 2007, năng suất kỷ lục của đậu tương thế giới được công bố là đạt 10,39 tấn/ha, vượt năng suất bình quân cả nước năm 2005 (2,89 tấn/ha) là 260%
(http://www.soystats.com). Kỷ lục này cho thấy, tiềm năng năng suất đậu tương vẫn chưa được khai thác tối đa bằng phương pháp chọn tạo giống, đây là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao sản lượng đậu tương.
Mỹ là nước đứng đầu thế giới về diện tích, năng suất và sản lượng đậu tương. Kết quả đó là nhờ áp dụng các giống đậu tương mới được chọn tạo bằng các phương pháp chọn lọc, nhập nội, đột biến và lai tạo. Những dòng nhập nội có năng suất cao đều được sử dụng làm giống gốc trong các chương trình lai tạo và chọn lọc.
Từ thí nghiệm đầu tiên của Mỹ tiến hành vào năm 1804 tại bang Pelecibuantua, đến năm 1893 ở Mỹ đã có trên 10.000 mẫu giống đậu tương được thu nhập từ các nơi trên thế giới. Giai đoạn 1928 – 1932 trung bình ở Mỹ mỗi năm nhập nội trên 1190 dòng từ các nước khác nhau trên thế giới. Hiện nay họ đã đưa vào sản xuất trên 1000 dòng, giống đậu tương, và đã tạo ra một số giống có khả năng chống chịu tốt với bệnh Phytopthora, có khả năng thích ứng rộng như Amsay 71, Lec36, Clack 63, Herkey 63... Phương pháp nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương chủ yếu của Mỹ là lai hữu tính cũng như nhập nội và thuần hóa trở thành giống thích nghi với từng vùng sinh thái. Bằng phương pháp lai hữu tính 2 giống đậu tương Wiliams và Rexom, đã tạo ra giống đậu tương Elf thấp cây (55cm) so với giống mẹ Wiliams (93cm), chống đổ tốt, năng suất cao (Johnson và Bernand, 1976). Các nhà chọn giống Mỹ cũng đã tạo ra giống đậu tương có năng suất cao nổi tiếng như: Clark 63, Harosey… với năng suất đạt 3,0 – 4,0 tấn/ha; giống đậu tương có hàm lượng protein cao (>45%) và hàm lượng dầu cao (>25%) (Ngô Thế Dân và cs., 1999);
giống có hàm lượng axít linolenic thấp 1% (Ross và cs., 2000).
Trung Quốc đã đạt được những thành tựu đáng kể trong nghiên cứu và chọn tạo giống đậu tương. Công tác cải tiến giống đậu tương được bắt đầu từ năm 1913 và tạo được 1.100 giống vào năm 2005. Đặc điểm ưu việt của những giống mới này là chín sớm, chống đổ, tiềm năng năng suất cao, kháng bệnh và chất lượng. Giống đậu tương có năng suất cao nhất đạt 5,97 tấn/ha là Lunxuan số 1 ở tỉnh Heilongjiang năm 2005. Một số giống như Trung chỉ số 8, Trung đậu 29 được tạo ra gần đây có tiềm năng năng suất cao, đạt trên 4 tấn/ha. Tại Trung Quốc, đã áp dụng khoa học kỹ thuật trong lai hữu tính và nhập nội giống với nguồn gen đậu tương khá phong phú.
Bằng phương pháp lai hữu tính đã tạo ra các giống đậu tương có năng suất cao, phẩm chất tốt và có khả năng chống chịu bệnh khá như CN001, CN002... với năng suất bình quân 2 – 3 tấn/ha trên diện tích sản xuất đại trà.
Kết quả của phép lai giữa giống đậu tương kháng bệnh với giống đậu tương mẫn cảm năng suất cao ở Ấn Độ đã tạo ra dòng đậu tương năng suất cao 3,5 – 4,0 tấn/ha với mức kháng bệnh trung bình (AVRDC, 1992).
Về các chương trình chọn giống đậu tương lai, cho đến nay không có nhiều thành công vì bản chất tự thụ của đậu tương, hệ thống bất dục đực – bất dục cái không ổn định, thiếu cơ chế chuyển phấn hiệu quả, hệ số nhân giống thấp (số lượng hạt/quả thấp) và tỷ lệ lai tự nhiên rất thấp. Do kích thước hoa đậu tương nhỏ, việc thụ phấn bằng tay để tạo ra một số lượng lớn hạt lai là rất khó và tốn nhiều thời gian. Có nhiều nghiên cứu thăm dò đã được làm để xác định hệ thống bất dục đực ở đậu tương. Nhiều dòng bất dục đực như ms1, ms2, ms3, ms4, ms5 và ms6 đã được xác định (Palmer và cs., 2001).
Bên cạnh phương pháp lai hữu tính, phương pháp đột biến thực nghiệm trong đó có phương pháp gây đột biến bằng chiếu xạ góp phần đáng kể trong công tác cải tiến giống cây trồng nói chung, giống đậu tương nói riêng.
Việc ứng dụng năng lượng bức xạ trong việc tạo vật liệu khởi đầu, phục vụ chọn tạo giống cho sản xuất nông nghiệp trên thế giới đã được thực hiện khá sớm và đạt được nhiều thành tựu quan trọng. Từ năm 1940 đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu đột biến nhân tạo trong công tác chọn giống của các nhà khoa học trên thế giới và thu được nhiều thành tựu trên các đối tượng cây trồng như nhóm cây ngũ cốc, đậu đỗ, cây có củ, hoa cây cảnh… với trên 2.700 giống (Shu, 2009).
Hiện nay có gần 90% giống cây trồng đột biến trong đó có cây đậu tương được tạo ra bằng phương pháp chiếu xạ như Neutrons, X-rays, Ion beams và hơn 64% là chiếu xạ gamma và làm tăng thu nhập hàng tỉ đô la cho nông dân hàng năm.
Những tính trạng chủ yếu được cải tiến ở các giống đậu tương đột biến mới là năng suất, dạng cây, thời gian ra hoa, thời gian sinh trưởng. Ngoài ra còn các tính trạng khác như kích thước và màu sắc hạt, tính tách quả, khả năng tạo nốt sần, tính kháng nitrate, chống chịu bệnh và nhiệt độ (nóng, lạnh), hàm lượng dầu và protein
(Bhatia và cs., 1999).
Trung Quốc, Ấn Độ và Nhật Bản là các nước có số lượng giống cây trồng đột biến lớn nhất thế giới với tổng diện tích các cây trồng đột biến chiếm hơn 10 triệu ha (http://mvgs.iaea.org). Trong số 58 giống đậu tương đột biến trên thế giới, Trung Quốc có 18 giống (chiếm 31%) được chọn tạo bằng phương pháp xử lý chiếu xạ. Nổi bật là 2 giống đậu tương đột biến Henong và Tiefeng 18 hiện đang được gieo trồng trên diện tích 2,3 triệu ha và triển vọng lên tới 4 triệu ha.
Với mục tiêu chọn giống theo hướng chất lượng, bằng phương pháp chiếu xạ tia X, nhiều dòng đậu tương đột biến có thành phần axit béo được cải tiến như tăng và giảm palmitic, tăng stearic, tăng oleic (50%), giảm linolenic (3%) được phân lập (Primomo và cs, 2002). Trong hạt đậu tương chứa 3 enzim oxy hóa chất béo là L-1, L-2 và L-3. Các enzim này là yếu tố chính tạo nên hương vị đậu tương đặc trưng làm hạn chế chất lượng các sản phẩm chế biến từ hạt đậu tương. Bằng phương pháp chiếu xạ lên hạt F2 của tổ hợp lai giữa dòng đậu tương không có enzim L-1 và L-2 với dòng đậu tương không có enzim L-2 và L-3 đã tạo được giống đậu tương Ichihime, giống duy nhất không có cả 3 enzim L-1, L-2 và L-3 và được công nhận giống năm 1994 (Heppard, 1996).
Hiện nay, Nhật Bản có 16 giống đậu tương đột biến, trong đó có 1 giống được tạo ra bằng tia X, 15 giống còn lại được tạo ra bằng tia gamma. Tổng diện tích các giống đột biến này chiếm 13.238 ha (chiếm 9,4% trong tổng 142.000 ha diện tích đậu tương của Nhật năm 2005) và mang lại thu nhập cho người dân là 5,56 tỉ Yên (52 triệu USD) (Nakagawa, 2008).
Ở Thái Lan, đậu tương là cây trồng họ đậu quan trọng, tuy nhiên trong 5 năm qua, sản xuất đậu tương trong nước cũng chỉ đáp ứng 15 - 20% nhu cầu tiêu thụ nội địa. Trong 16 giống đậu tương được tạo ra năm 1965, chỉ có 2 giống được trồng rộng rãi là Chiang Mai 60 và SJ4. Tuy nhiên, hai giống này có nhiều nhược điểm như hàm lượng protein thấp (<40%), sức sống và sức khỏe hạt giống yếu. Bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma trên hạt khô đã đem lại thành công trong cải tiến năng suất và chất lượng hạt của hai giống này (El-Bagoury và cs., 1999). Một nghiên cứu khác trong cải tiến hàm lượng protein của 3 giống Chiang Mai 60,
SSRSN 19-35-4 và EHP275 bằng chiếu xạ bằng tia gamma ở liều 200 Gy trên hạt khô, kết quả thu được nhiều dòng có hàm lượng protein cao hơn đối chứng từ 1 – 2%, tương ứng đạt 40,3 – 41,9%. Ở liều lượng chiếu xạ 100 Gy lên hạt của giống Chiang Mai 60 đã tạo ra nhiều dòng có chất lượng hạt giống cao với tỷ lệ nảy mầm được đánh giá gấp hơn hai lần so đối chứng đạt từ 65 – 80% ở mùa khô và từ 75 – 89% ở mùa mưa (Yathaputanon và cs., 2008).
Ở Bulgaria, công tác chọn giống cây trồng đột biến được tiến hành từ năm 1980, cho đến nay đã có hơn 76 giống cây trồng đột biến được phát triển, trong đó đậu tương có 5 giống (Tomlekova, 2010).
Tại Brazil, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma Co60 ở liều lượng 22 Krad trên giống đậu tương Paraná đã tạo ra được 2 dòng đột biến có TGST ngắn hơn 10 ngày so với giống gốc. Ngoại trừ chiều cao thấp hơn, các đặc tính nông sinh học khác như năng suất, kiểu sinh trưởng, màu sắc hoa, lông và hạt đều không khác so với giống gốc (Tulmann Neto và Alves; 1997).
Iran: Chiếu xạ tia gamma Co60 lên hạt khô của giống L17 ở các liều lượng 150, 200 và 250 Gy đã tạo ra rất nhiều dòng có số lượng nốt sần vượt xa đối chứng ở mức ý nghĩa. Trong số 33 dòng ở M7 được phân tích có 14 dòng có số lượng nốt sần từ 10,66 – 23,77, cao hơn 41 – 215% so với đối chứng (7,55) (Hamzekhanlu và cs., 2011).
* Kết quả chọn tạo giống đậu tương ở trong nước
Công tác nghiên cứu cải tiến bộ giống đậu tương của Việt Nam được bắt đầu từ những năm 80 cuối thế kỷ XX và cho đến nay đã đạt được những thành tựu đáng kể. Trong hơn 30 năm (1980 – 2011) đã chọn tạo và đưa vào sản xuất hơn 50 giống, góp phần đưa năng suất đậu tương Việt Nam tăng gấp 1,9 lần từ 0,78 (1985) lên 1,47 tấn/ha (2011), diện tích tăng gấp 1,8 lần từ 102,1 lên 181,5 nghìn ha, sản lượng tăng gấp 3,4 lần từ 79,1 lên 266,3 nghìn tấn, làm lợi cho sản xuất hàng nghìn tỷ đồng, đồng thời bổ sung vào nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống đậu tương trong nước (Trần Đình Long và cs., 2012).
Các phương pháp được sử dụng trong công tác chọn tạo giống đậu tương ở nước ta hiện nay chủ yếu là phương pháp truyền thống (gồm tuyển chọn từ tập đoàn nhập nội, lai hữu tính, xử lý đột biến), và bước đầu ứng dụng công nghệ sinh học.
Nhập nội là phương pháp chọn giống nhanh nhất để có thể đưa được một giống mới, một cây trồng mới vào sản xuất bên cạnh vai trò làm giàu nguồn vật liệu di truyền trong nước. Bằng con đường nhập nội, cho đến nay nhiều giống đậu tương mới đã được đưa vào sản xuất như V74 (ĐT74), AK02, AK03, AK04, AK05, VX92, VX93, ĐT2000, ĐH4 (ĐT76), CM 60, ĐT12….
Lai hữu tính là phương pháp chủ yếu trong công tác chọn tạo giống đậu tương ở nước ta hiện nay. Bằng phương pháp lai hữu tính cho đến nay đã có nhiều giống đậu tương được tạo ra và đã được công nhận giống quốc gia như ĐT80, ĐT92, ĐT93, Đ96-02, DN42, TLA57, 98-04, ĐT26, Đ2102, Đ2501, MTD176, HL92, G87-5, TN12, DT94, DT96, DT2001...
Lĩnh vực ứng dụng đột biến thực nghiệm trong chọn tạo giống cây trồng ở nước ta đã được tác giả Lương Định Của khởi xướng từ những năm 60. Nhưng đến những năm 80, hướng nghiên cứu này mới được phát triển tương đối có hệ thống và định hướng. Sau đó là một loạt những nghiên cứu của các tác giả như: Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Trần Đình Long, Nguyễn Minh Công, Mai Quang Vinh, Trần Tú Ngà, Trần Minh Nam,... trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lạc, táo, cà chua, dưa hấu... (Đào Thanh Bằng và cs., 2006).
Kỹ thuật chọn giống đột biến thực nghiệm trong đó có cây đậu tương ở nước ta được ứng dụng từ những năm 70 bằng tác nhân vật lý và hóa học. Tính đến năm 2014, ở nước ta có 55 giống cây trồng đột biến, trong đó đậu tương có 11 giống (http://mvgs.iaea.org). Phương pháp gây đột biến chủ yếu trong chọn giống đậu tương đột biến ở nước ta là chiếu xạ gamma Co60 trên hạt khô. Trong số 9 giống đậu tương đột biến (DT83, AK06, DT84, M103, DT90, DT95, DT99, ĐT22 và DT2008) có 7 giống được chọn tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co60, chiếm 77%, gồm các giống DT84, AK06, DT90, DT95, DT99, ĐT22 và DT2008; Trong đó, giống đậu tương DT84 đã tồn tại liên tục trên 20 năm trong sản xuất. Theo số liệu thống kê chính thức từ các địa phương, chỉ riêng 2 vụ Hè và thu đông 2003,
DT84 đứng đầu về diện tích (47.576 ha), giống DT99 đứng thứ 4 (6.786 ha) (Phạm Đồng Quảng và cs., 2003). Qua đó cho thấy, phương pháp đột biến chiếu xạ gamma Co60 thực sự là một phương pháp hiệu quả trong cải tiến giống đậu tương ở nước ta.
Các tính trạng thu được từ việc ứng dụng phương pháp đột biến chiếu xạ trong cải tiến giống đậu tương ở nước ta bao gồm (Vinh M. Q. và cs., 2009):
- Cải thiện năng suất: giống DT84 được chọn tạo bằng phương pháp lai hữu tính (ĐH4 x ĐT80) kết hợp xử lý đột biến chiếu xạ – Co60/180 Gycho năng suất cao hơn 2 giống bố mẹ 30 – 40%; giống DT95 được chọn tạo bằng phương pháp xử lý đột biến chiếu xạ – Co60/180 Gy cho năng suất cao hơn giống gốc AK04 20%.
- Cải thiện chất lượng hạt: cải tạo tính trạng hạt xanh ở giống gốc AK04 thành hạt vàng ở giống DT95; cải thiện tính nứt hạt ở dòng D.3/33 (ĐT80 x ĐT76) thành ít nứt hạt ở giống DT84.
- Cải thiện kích thước hạt: giống DT90 được chọn tạo bằng phương pháp lai hữu tính (K7002 x Cọc chùm) kết hợp xử lý đột biến chiếu xạ – Co60/180 Gycó khối lượng 1000 hạt cao hơn bố mẹ từ 20 – 50%.
- Cải thiện khả năng thích ứng: Các giống DT84, AK-06 (được chọn tạo bằng chiếu xạ – Co60/100 Gy trên giống V74 kết hợp xử lý hóa chất Ethylenimine 0,02% trong 6 giờ), DT99 (được chọn tạo bằng phương pháp lai hữu tính (IS011 x Cúc) kết hợp xử lý đột biến chiếu xạ – Co60/150 Gy) có thể gieo trồng 3 vụ/năm (xuân, hè và đông) ở các tỉnh phía Bắc, thích ứng rộng trong các vùng trồng đậu tương cả nước so với giống gốc; Giống DT95 có khả năng kháng bệnh gỉ sắt lên tới mức kháng cao (điểm 1 – 3) (Nguyễn Thị Bình, 2008).
- Cải thiện thời gian sinh trưởng: Dòng đột biến DT95/049 của giống DT95 có thời gian sinh trưởng được rút ngắn 8 ngày so với giống gốc.
Nhờ nỗ lực của các nhà khoa học trong nước cho đến nay nhiều giống đậu tương mới năng suất cao được đưa vào sản xuất, góp phần đáng kể trong nâng cao năng suất và sản lượng đậu tương của nước ta. Tuy nhiên, do nước ta thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, miền bắc có mùa đông lạnh. Các giống đậu tương hiện đang được trồng có thể sinh trưởng tốt, năng suất cao trong vụ này nhưng lại thấp ở vụ
khác bởi cây đậu tương rất mẫn cảm với nhiệt độ và ánh sáng. Để phát huy tiềm năng năng suất của cây đậu tương cần thiết phải có bộ giống thích hợp với các điều kiện sinh thái và khí hậu thời tiết của từng vùng, từng vụ khác nhau và có biện pháp kỹ thuật thâm canh phù hợp (Trần Đình Long, 1996).
Hiện nay, có hơn 50 giống đậu tương mới được chọn tạo và đưa vào sản xuất ở nước ta. Theo khả năng thích ứng, các giống đậu tương đang được sử dụng trong sản xuất thuộc 3 nhóm chính:
- Nhóm giống thích hợp vụ lạnh (vụ Xuân và vụ Đông tại đồng bằng, vụ hè thu ở miền núi) như AK02, AK03, AK04, AK05, VX 9-2, VX 9-3, ĐT2000, ĐN42, ĐT92, DT90, TLA57, 98-04, ĐT26, Đ2101… với ưu điểm là chịu lạnh tốt nhưng đòi hỏi thời vụ nghiêm ngặt, vụ Xuân nếu trồng muộn, dễ bị phản ứng với ánh sáng ngày ngắn, kéo dài thời gian sinh trưởng, nếu ra hoa vào tháng 4 – 5 gặp nắng nóng, sẽ bị rụng hoa, không đậu quả.
- Nhóm giống thích hợp vụ nóng (vụ Hè ở đồng bằng) như ĐH4 (ĐT76), M103, ĐT80… với ưu điểm là chịu nóng tốt, đạt năng suất cao trong điều kiện vụ Hè nhưng không thích hợp với điều kiện lạnh trong vụ Xuân và đông tại đồng bằng hoặc vụ Hè thu ở miền núi.
Do tính chất cách vụ, hạt giống phải bảo quản ít nhất từ 3 – 4 tháng, nên cả hai nhóm giống chuyên vụ đều gặp hạn chế trong khâu để giống, làm giảm tỷ lệ mọc mầm của hạt, tăng giá thành sản xuất giống, gây khó khăn cho việc phát triển mở rộng diện tích sản xuất đậu tương.
- Nhóm giống thích hợp gieo trồng 3 vụ/năm như DT84, DT94, ĐT12, DT95, DT96, DT99, DT2001, ĐVN6, ĐVN11, AK06, ĐT93, Đ8, ĐT22…với ưu điểm thích ứng rộng, phản ứng yếu với ánh sáng, không đòi hỏi thời vụ nghiêm ngặt, có thể bố trí trong các cơ cấu cây trồng luân canh, tăng vụ, xen canh, gối vụ trong khung thời gian từ vụ Xuân – hè – thu đông. Do không có tính cách vụ nên dễ nhân giống và giữ giống, giảm chi phí bảo quản giống, từ đó giảm giá thành sản xuất. Tuy nhiên, nhóm giống này hiện có rất ít trong sản xuất, nhiều giống đã bị thoái hóa do tồn tại khá lâu trong sản xuất.