III. YÊU CẦU NGHIÊN CỨU
1.2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của việc nghiên cứu tuyển chọn giống sắn theo
sắn theo vùng sinh thái ở trên thế giới và trong nƣớc
1.2.1. Tương tác gen và môi trường
Chọn giống thực vật và động vật là thực hiện việc điều khiển hệ thống di truyền. Để thành công trong chƣơng trình chọn giống phải dựa vững chắc vào nguyên lý di truyền với nhận thức sâu sắc về bản chất di truyền của sự biểu hiện các tính trạng thông qua năng suất cây trồng, vật nuôi.
Cây sắn trồng: Manihot esculenta Crantz thuộc lớp hai lá mầm, chi
Manihot, họ thầu dầu –Euphorbiaceae, bộ 3 mảnh vỏ - Euphorbiales. Sắn trồng có số lƣợng nhiễm sắc thể 2n = 36 [15]. Hầu hết các giống sắn trồng đều có khả năng ra hoa. Hoa sắn là loại hoa đơn tính cùng gốc, hoa đực và hoa cái riêng rẽ trên cùng một cây, hoa đực thƣờng nở trƣớc hoa cái từ 1 đến 2 tuần. Trong tự nhiên, sắn đƣợc thụ phấn chủ yếu nhờ côn trùng và gió. Các cây lai khá đa dạng về đặc điểm hình thái, sinh lý. Mặc dù các tính trạng số lƣợng có hệ số di truyền cao nhƣng các yếu tố môi trƣờng (khí hậu, đất đai, chế độ canh tác) đã có ảnh hƣởng lớn đến sự biến đổi những tính trạng số lƣợng của các giống (kiểu gen) dƣới tác động của yếu tố môi trƣờng đƣợc gọi là tƣơng tác gen với môi trƣờng [16].
Hiện tƣợng năng suất của giống cây trồng thay đổi tuỳ theo điểm khảo nghiệm cho ta thấy sự cần thiết phải khảo sát các dòng, giống lai triển vọng ở các điều kiện môi trƣờng khác nhau, bởi sự tƣơng tác giữa giống và môi trƣờng là có ý nghĩa. Các giống (kiểu gen) khác nhau khi điều kiện môi trƣờng ở các điểm khảo nghiệm thay đổi thì chúng có mức độ phản ứng không giống nhau. Giống ổn định năng suất là giống có năng suất ít thay đổi trong các điều kiện môi trƣờng khác nhau: địa điểm khảo nghiệm,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
20
đất đai, thời vụ trồng, biện pháp kỹ thuật (mật độ, khoảng cách trồng, liều lƣợng phân bón,…). Độ ổn định của giống biểu thị phản ứng trung bình của nó đối với sự thay đổi của môi trƣờng.
Cây sắn có khả năng thích ứng rộng, song việc tuyển chọn đƣợc một giống sắn mới đạt năng suất cao phù hợp cho nhiều vùng sinh thái có điều kiện khí hậu, đất đai khác nhau quả là khó khăn. Việc đánh giá năng suất của các dòng ƣu tú cho các vùng sinh thái, vào giai đoạn cuối của chu kỳ chọn lọc là rất cần thiết, vì có nhƣ vậy mới xác định đƣợc giống thích hợp nhất cho từng vùng sản xuất. Đồng thời, việc đánh giá này cũng nhằm để tuyển chọn các cặp bố mẹ kết hợp đƣợc nhiều tính trạng tốt và đạt đƣợc các mục tiêu mong muốn trong một giống nhƣ: năng suất cao, ổn định, chất lƣợng tốt, ít sâu bệnh, thích ứng rộng với nhiều vùng sinh thái [16]. Công tác tuyển chọn các dòng, giống sắn ƣu tú thƣờng dựa trên quan trắc đồng ruộng vì điều kiện của môi trƣờng có ảnh hƣởng đến sự di truyền của một số tính trạng số lƣợng đƣợc biểu hiện ra bên ngoài nhƣ: số củ/cây, khối lƣợng củ/cây, chiều cao cây, tỷ lệ chất khô, năng suất sinh học, hệ số thu hoạch, thời gian từ trồng đến phân cành cấp 1, tuổi thọ trung bình của một lá, chỉ số diện tích lá. Đó là các thông số chủ yếu quan trọng trong việc lựa chọn dòng có triển vọng.
Việc tuyển chọn giống sắn dựa trên nghiên cứu tƣơng tác gen với môi trƣờng có cơ sở thực tiễn và khoa học của nguyên lý di truyền cũng nhƣ sinh lý thực vật. Nó chỉ ra cho các nhà chọn giống về hình mẫu của một giống sắn "lý tƣởng" đạt năng suất cao, chất lƣợng tốt (tỷ lệ chất khô, tỷ lệ tinh bột, chất lƣợng bột) phù hợp với điều kiện sinh thái cụ thể tại địa phƣơng, đó là một tiêu chuẩn của chọn lọc trong nghiên cứu về khả năng cho năng suất của các dòng, giống sắn [7].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
21
1.2.2. Nghiên cứu chọn tạo giống sắn trên thế giới và Việt Nam
* Trên thế giới:
Trên thế giới sắn đƣợc trồng chủ yếu bằng hom nên có lợi thế về mặt duy trì các tính trạng tốt qua các thế hệ sinh sản vô tính (dòng vô tính) song lại có khó khăn là hệ số nhân giống của sắn rất thấp (trung bình là 1:7). Quá trình chọn tạo giống sắn cần phải có ít nhất 6 năm để xác định đƣợc dòng sắn triển vọng[16],[17]. Nguồn gen và cơ cấu giống sắn phù hợp cho mỗi vùng sinh thái có ý nghĩa quan trọng hàng đầu trong công tác cải tiến giống sắn. Sự phong phú, đa dạng về nguồn gen và phƣơng pháp chọn, tạo vật liệu giống sắn triển vọng là cơ sở để tạo ra giống tốt.
Trên thế giới, việc nghiên cứu giống sắn đƣợc thực hiện chủ yếu ở Trung tâm Quốc tế Nông nghiệp Nhiệt đới - CIAT tại Colombia, Viện Quốc tế Nông nghiệp Nhiệt đới - IITA tại Nigeria, cùng với các Trƣờng, Viện nghiên cứu quốc gia ở những nƣớc trồng và tiêu thụ nhiều sắn; CIAT, IITA đã có những chƣơng trình nghiên cứu rộng lớn đồng thời kết hợp chặt chẽ các chƣơng trình sắn của mỗi quốc gia để tiến hành thu thập, nhập nội, chọn tạo và cải tiến giống sắn. Mục tiêu của chiến lƣợc cải tiến giống sắn đƣợc thay đổi tuỳ theo sự cần thiết và khả năng của từng chƣơng trình quốc gia đối với công tác tập huấn, phân phối nguồn vật liệu giống ban đầu đã đƣợc điều tiết bởi các chuyên gia chọn tạo giống sắn của CIAT [31].
CIAT là nơi bảo tồn nguồn gen giống sắn đứng hàng đầu của thế giới. Nguồn gen giống sắn nêu trên đã đƣợc CIAT bảo tồn và đánh giá cẩn thận về khả năng cho năng suất, giá trị dinh dƣỡng, thời gian sinh trƣởng, khả năng chống chịu sâu bệnh hại cũng nhƣ thích ứng với sự thay đổi của môi trƣờng... từ đó chọn ra những cặp bố mẹ phục vụ cho công tác cải tiến giống sắn để trao đổi quỹ gen đối với các nƣớc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
22
CIAT hiện có những nghiên cứu rất sâu về di truyền số lƣợng, ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo, nhân giống và bảo tồn nguồn gen sắn, xây dựng bản đồ gen; ứng dụng di truyền phân tử và công nghệ chuyển gen để tạo giống sắn ngắn ngày, chất lƣợng cao, giàu protein, carotene và vitamin; đồng thời chọn ra những giống sắn kháng bệnh virus, bệnh héo vi khuẩn (Xanthomonas manihotis), bệnh đốm nâu lá (Cercospora spp.), bệnh thán thƣ (Coletotrichum spp.), nhện (Tetranychus sp.), bọ phấn , rệp, sâu đục thân,…
Tại Châu Mỹ Latinh, chƣơng trình chọn tạo giống sắn của CIAT đã phối hợp với CLAYUCA và những chƣơng trình sắn quốc gia của các nƣớc Braxin, Côlombia, Mêhicô, … giới thiệu cho sản xuất ở các nƣớc này những giống sắn tốt nhƣ SM 1433-4, CM 3435-3, SG 337-2, CG 489-31, MCol 72, AM 273-23, MBRA 383,…Do vậy đã góp phần đƣa năng suất và sản lƣợng sắn trong vùng tăng lên một cách đáng kể [31].
Ở Châu Phi, CIAT phối hợp với IITA và các nƣớc Nigeria, Congo, Ghana, Tanzania, Mozambique, Angola, Uganda cùng nhiều tổ chức quốc tế nhƣ FAO, Bill Gates Foundation... để nghiên cứu nhằm phát triển các giống sắn mới ngắn ngày, chất lƣợng cao (giàu carotene, vitamin, protein,…) thích hợp ăn tƣơi và có khả năng kháng bệnh virus (một loại bệnh dịch hại nghiêm trọng đối với cây sắn ở châu Phi).
Tại Hội thảo Sắn Quốc tế lần thứ Tám tổ chức tại thủ đô Viên Chăn, Lào ngày 20-24 tháng 10 năm 2008. Các nhà khoa học đã xác định tƣơng lai mới cho sắn ở Châu Á là làm thực phẩm, thức ăn gia súc và nhiên liệu sinh học có lợi cho ngƣời nghèo, mục tiêu là chọn tạo đƣợc những giống mới đáp ứng đƣợc yêu cầu sử dụng củ và lá sắn làm thức ăn gia súc, phát triển mới trong chế biến sắn, đặc biệt là làm nhiên liệu sinh học, tinh bột, tinh bột biến tính, màng phủ sinh học, công nghiệp thực phẩm (Reinhardt Howeler 2010)[31].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
23
Chƣơng trình sắn CIAT/ Colombia trong giai đoạn 1975-1995 đã cung cấp trên 350.000 hạt sắn lai của 251 dòng, giống sắn tốt cho 9 nƣớc châu Á. Trong giai đoạn 1995-2005, CIAT/ Colombia tiếp tục cung cấp 141.021 hạt lai của 1.331 cặp bố mẹ cho 11 nƣớc ở khu vực này. Từ đầu năm 1985 cho đến cuối năm 2004 chƣơng trình sắn CIAT/Thái Lan đã cung cấp đƣợc gần 100.000 hạt sắn lai cho các nƣớc Châu Á và CIAT/ Colombia [31].
Ấn Độ là nƣớc ở Châu Á có năng suất sắn cao hàng đầu thế giới. Cơ quan điều phối cải tiến giống sắn toàn Ấn Độ là Viện Nghiên cứu Cây có củ (CTCRI) ở Trivandrum của tiểu bang Kerala. CTCRI đã thu thập, bảo quản, đánh giá 1.354 mẫu giống sắn và lai tạo đƣợc hàng chục nghìn hạt sắn lai phục vụ cho chƣơng trình chọn tạo các giốn g sắn mới. Gần đây, Ấn Độ có 5 giống sắn mới đƣợc nhà nƣớc công nhận là giống quốc gia, trong đó giống Sree Prakash có nhiều triển vọng đạt năng suất củ tƣơi cao (35- 40) tấn/ha.
Thái Lan là nƣớc có chƣơng trình chọn tạo giống sắn lớn nhất Châu Á. Những cơ quan nghiên cứu chọn tạo và phát triển giống sắn hiện nay là Trƣờng Đại học Kasetsart (KU), Viện Tinh bột Sắn Thái Lan (TTDI) và Viện Nghiên cứu Cây trồng Thái Lan (FCRI). Tại Trung tâm Nghiên cứu Cây trồng Rayong (thuộc FCRI) mỗi năm có 15.000 - 20.000 hạt sắn lai F1 đƣợc khảo sát, đánh giá và tuyển chọn. Những giống sắn mới năng suất cao, phẩm chất tốt đƣợc giới thiệu trong thời gian gần đây có Kasetsart 50, Rayong 72, Rayong 5, Rayong 90, Huay Bong 60, CMR 41-111-129.
Chƣơng trình cải tiến giống sắn của Trung Quốc đƣợc thực hiện chủ yếu tại Học Viện Cây trồng Nhiệt đới Nam Trung Quốc (CATAS), Viện Nghiên cứu Cây trồng Cận Nhiệt đới Quảng Tây (GSCRI). Những giống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
24
sắn mới năng suất cao trong thời gian gần đây tại Trung Quốc có SC201, SC205, SC124, Nanzhi 188, GR911, GR 891.
Chƣơng trình chọn tạo giống sắn của Indonexia đƣợc tập trung thực hiện tại trƣờng Đại học Branijaya và Viện Nghiên cứu Cây Lƣơng thực Marlang (MARIF). Năm 1978, hai giống sắn mới đƣợc đƣa ra sản xuất là Adira 1 và Adira 2, kế đó năm 1986 có giống Adira 4. Mới đây, MARIF công bố một số giống sắn mới Marlang 1, Marlang 2, đồng thời đánh giá và tuyển chọn từ 21.200 hạt lai F1 của CIAT đƣợc một số dòng có triển vọng đang đƣợc khảo nghiệm rộng rãi. (Somearjio Poespodansona và Yudi Widodo, 1995).
* Ở Việt Nam:
Trong nƣớc, theo tác giả Hoàng Kim, Phạm Văn Biên, cây sắn đƣợc du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18. Trƣớc năm 1975 nguồn gen giống sắn đã đƣợc nhập nội và khảo sát tại Viện Khảo cứu Nông nghiệp Sài Gòn [53]; ở phía Bắc cũng tiến hành một số thí nghiệm tập đoàn so sánh giống kết quả đã chọn ra đƣợc giống sắn H34 thuộc nhóm sắn đắng có tỷ lệ tinh bột cao (>30%).
Trong giai đoạn 1975-1990, Trƣờng Đại học Nông nghiệp 3 - Bắc Thái tiến hành thu thập đánh giá nguồn gen của 20 giống sắn và đã chọn đƣợc giống sắn XVP là giống địa phƣơng tốt nhất ở các tỉnh phía Bắc. Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hƣng Lộc (thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam) đã đánh giá nguồn gen của 33 giống sắn địa phƣơng và cũng xác định đƣợc ba giống sắn tốt là HL23, HL24, HL20, đồng thời 3 giống này mỗi năm đƣợc sản xuất nhân ra trồng trên 70.000 ha ở các tỉnh phía Nam[24]. Vì những giống sắn mới đƣợc chọn lọc có năng suất bình quân trong thí nghiệm đạt 15-25 tấn/ha, tỷ lệ tinh bột 20-25% nên đáp ứng đƣợc mục tiêu đề ra là phục vụ cho nhu cầu lƣơng thực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
25
Trong giai đoạn 1991 - 2005, Chƣơng trình sắn Việt Nam đã hợp tác chặt chẽ với CIAT, VEDAN và mạng lƣới Nghiên cứu sắn Châu Á để đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu và phát triển sắn với mục tiêu là chọn tạo ra những giống sắn có năng suất củ tƣơi và tỷ lệ tinh bột cao, phục vụ cho chế biến công nghiệp; đồng thời cũng tuyển chọn đƣợc những giống sắn ngắn ngày, đa dụng, thích hợp cho cả chế biến công nghiệp cũng nhƣ nhu cầu về lƣơng thực ở vùng sâu, vùng xa. Do đó đã tạo đƣợc bƣớc đột phá quan trọng trong nghề trồng sắn của Việt Nam [17]
Các nghiên cứu chọn tạo và khảo nghiệm giống sắn nhập nội từ CIAT thích hợp cho mục tiêu sản xuất cồn sinh học đang đƣợc thực hiện trong chƣơng trình sắn Việt Nam. Với 24.073 hạt giống sắn nhập nội từ CIAT, 37.210 hạt giống sắn lai tạo tại Việt Nam, 38 giống sắn tác giả và 31 giống sắn bản địa đã chọn đƣợc 98 giống sắn triển vọng. Trong đó có ba giống KM140, KM98-5 và KM98-7 đã đƣợc đƣa vào trồng tại nhiều địa phƣơng ở giai đoạn 2007 - 2009 [24].
Hiện nay mục tiêu của chƣơng trình cải thiện di truyền sắn tại Việt Nam là:
- Tăng tiềm năng năng suất, hàm lƣợng chất khô và hàm lƣợng tinh bột. - Rút ngắn thời gian thu hoạch.
- Xác định các giống có năng suất cao phù hợp với từng khu vực và vùng sinh thái khác nhau nhằm thúc đẩy sự hội nhập của các hệ thống canh tác nông hộ nhỏ.
- Lựa chọn giống sắn tốt nhất cho sản xuất ethanol sinh học [3]. Mà mục tiêu cụ thể của chƣơng trình nhân giống sắn là: để chọn và phát hành giống mới có năng suất cao từ 35-40 tấn / ha, hàm lƣợng tinh bột từ 27-30%, thời gian sinh trƣởng và phát triển từ 8-10 tháng, cây mọc thẳng đứng, đốt ngắn, ít phân nhánh, tán nhỏ gọn, kích thƣớc gốc, củ thống nhất và phù hợp cho chế biến công nghiệp [42].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
26
Thực hiện mục tiêu trên hiện nay có khá nhiều công trình nghiên cứu về chọn tạo giống đạt kết quả tốt nhờ đó mà nhiều giống sắn mới đƣợc đƣa vào sản xuất nhƣ KM60, KM94, KM95, KM95-3, SM937-26, KM98-1, KM98-5, KM98-7, KM140 đã thực sự mang lại lợi nhuận cao cho nông dân trên diện rộng, cho nên tạo đƣợc công ăn việc làm và góp phần xoá đói giảm nghèo ở vùng sâu, vùng xa và miền núi, đồng thời tăng sức cạnh tranh của tinh bột sắn xuất khẩu và các sản phẩm khác chế biến từ sắn trên thị trƣờng trong và ngoài nƣớc [3].
Những tiến bộ vƣợt bậc về công tác chọn tạo giống sắn trên thế giới và ở Việt Nam đã khẳng định ý nghĩa quan trọng của phƣơng pháp tuyển chọn giống sắn thích hợp theo vùng khí hậu, đất đai và tạo nguồn vật liệu khởi đầu phong phú để tạo nên sự đột phá về năng suất. Công tác thực nghiệm tuyển chọn giống sắn trên đồng ruộng chỉ có kết quả khi bảo đảm vững chắc đƣợc cơ sở di truyền những tính trạng nông học. Trong đó, năng suất củ tƣơi, chỉ số thu hoạch có hệ số di truyền cao; tỷ lệ chất khô, tỷ lệ tinh bột có hệ số di truyền thấp và ít biến động bởi điều kiện môi trƣờng[16].
1.3. Tình hình nghiên cứu về một số biện pháp kỹ thuật thâm canh sắn ở trên thế giới và trong nƣớc trên thế giới và trong nƣớc
1.3.1. Tình hình nghiên cứu đất trồng sắn, dinh dưỡng và kỹ thuật bón phân cho sắn
* Tình hình nghiên cứu trên thế giới:
Trên thế giới cây sắn đƣợc trồng trong một phạm vi đất biến động khá rộng từ cát nhẹ đến sét nặng, pH từ 3,5 đến 7,8, ngoại trừ đất úng nƣớc và đất