Ở cỏc loại cõy trồng hiệu quả sử dụng nước (TE) được xỏc định bằng tỷ số giữa lượng vật chất khụ được tạo ra trờn một đơn vị nước thoỏt ra từ cõy. Passioura (1977) [49] đó đề nghị rằng khi lượng nước rất hạn chế thỡ năng suất sinh vật học (NSSVH) là hàm số của lượng nước bốc hơi bởi cõy trồng (T) và hiệu quả sử dụng nước đú của cõy trồng (TE). Mối quan hệ đú được biểu thị qua cụng thức:
NSSVH = TE x T.
Tuy nhiờn trong sản xuất nụng nghiệp mục tiờu của người trồng trọt đồng thời cũng là mục tiờu cuối cựng của cỏc nhà nghiờn cứu đú là năng suất kinh tế (NSKT), đõy chớnh là năng suất hạt khụ trờn một đơn vị diện tớch. Giữa năng suất kinh tế và năng suất sinh vật học cú mối quan hệ với nhau thụng qua chỉ số thu hoạch (HI) (Trần Kim Đồng và Ctv, 1991) [3].
NSKT = NSSVH x HI.
Khi nghiờn cứu cỏc phương phỏp tăng năng suất cõy trồng trong tạo giống, mụ hỡnh trờn rất hữu hiệu bởi 2 lý do: Thứ nhất cỏc thành tố của phương trỡnh này hoàn toàn độc lập với nhau (Passioura, 1977) [49], vỡ vậy nếu hiệu quả sử dụng nước tăng lờn trong quỏ trỡnh tạo giống, cũn cỏc yếu tố khỏc ớt thay đổi thỡ năng suất cõy trồng vẫn tăng. Thứ hai mụ hỡnh này hữu ớch bởi nú tập trung vào cỏc quỏ trỡnh ảnh hưởng đến năng suất cõy trồng trong điều kiện mụi trường khụ hạn (Richards, 1987) [52].
* Sự biến động của kiểu gen trong hiệu quả sử dụng nước của cõy trồng
Nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu đó khẳng định sự biến động về kiểu gen trong hiệu quả sử dụng nước là khỏc nhau giữa cỏc loài và trong cựng một
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 23 loài cũng khỏc nhau. Sự biến động về kiểu gen trong hiệu quả sử dụng nước trong cựng một loài xuất hiện đầu tiờn trong cụng trỡnh nghiờn cứu của Briggs và Shantz (1914). Cỏc nghiờn cứu gần đõy đó đỏnh giỏ cao cụng trỡnh của Briggs và Shantz, cũng cú nhiều kết quả nghiờn cứu đó chứng minh sự biến động đỏng kể về kiểu gen trong TE tồn tại ở nhiều loài như: Lỳa, lỳa mỡ, tiểu mạch, hướng dương, cà chua, ngụ, đậu và lạc (Hall và cs, 1990) [39].
* Phương phỏp xỏc định hiệu quả sử dụng nước:
Trong thực tế việc xỏc định TE trong chậu tiờu tốn nhiều thời gian và cỏc giỏ trị cú thể khỏc nhau phụ thuộc vào cỏc điều kiện mụi trường, xỏc định TE trờn đồng ruộng thậm chớ cũn khú khăn hơn nhiều, mặt khỏc cỏc phương tiện hiện tại đang cú để xỏc định sự thoỏt hơi nước chưa thực sự chớnh xỏc, vỡ vậy để khai thỏc sự biến động của TE trong cỏc chương trỡnh chọn tạo giống cỏc nhà khoa học đó tỡm ra cỏc tớnh trạng tương quan dễ xỏc định như đồng vị C13 hoặc hàm lượng khoỏng trong cõy.
Đồng vị C13được chứng minh là cú tương quan chặt chẽ với TE qua kết quả nghiờn cứu của Fischer và cỏc cộng sự (1982) [37]. ễng cho rằng cú thể xỏc định kiểu gen trong hiệu quả sử dụng nước một cỏch nhanh chúng và chớnh xỏc ở cỏc loại cõy trồng thụng qua đồng vị C13. í tưởng của Farquhar và cỏc cộng sự được khẳng định qua thớ nghiệm cho rất nhiều loại cõy trồng, kết quả cho thấy:Sự khỏc nhau về đồng vị C13
và TE trong cỏc kiểu gen cú thể do khả năng dẫn nước của tế bào, do năng lực quang hợp của cõy hoặc do cả 2 nguyờn nhõn trờn (Hall và cỏc cs, 1990) [39]. Cỏc nghiờn cứu trờn cỏc loại đậu (Phaseolus vulgaris L.) cho thấy rằng sự biến động của đồng vị C13
là do sự khỏc nhau về khả năng dẫn nước của tế bào. Ngược lại ở sự khỏc nhau về kiểu gen trong đồng vị C13 lại phần lớn do năng lực quang hợp của cõy (Hubick và cs, 1986) [41], cũn sự biến động trong đồng vị C13 ở lỳa mỡ là do sự biến động của cả khả năng dẫn nước của tế bào và năng lực quang hợp của cõy.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 24 Việc sử dụng đồng vị C13
như một kỹ thuật chọn lọc TE đó được đề nghị cho nhiều loại cõy trồng trong điều kiện mụi trường thiếu nước. Cú rất nhiều ưu điểm khi sử dụng kỹ thuật này vỡ khi sử dụng kỹ thuật xỏc định đồng vị C13khụng cần thiết phải xỏc định lượng nước sử dụng và năng suất sinh vật học, bởi cả hai chỉ tiờu này đều khú xỏc định chớnh xỏc và tốn nhiều thời gian để cú thể đo đếm cho một lượng lớn cỏc giống khỏc nhau. Ngoài ra chỉ cần lấy một mẫu nhỏ vật chất khụ từ lỏ, thõn, hạt hoặc cỏc bộ phận khỏc của cõy là cú thể xỏc định được đồng vị đỏnh dấu C13
và giỏ trị của nú là giỏ trị tổng hợp trong suốt quỏ trỡnh sống của cõy từ đầu cho đến tận thời điểm xỏc định. Mặt khỏc cú thể lấy mẫu xỏc định đồng vị C13
ngay thời kỳ đầu trong quỏ trỡnh sinh trưởng của cõy và cỏc thụng tin thu được cú thể phục vụ ngay cho quỏ trỡnh lai tạo và chọn lọc. Phương phỏp này cũn cú ưu điểm là biến động thấp, hệ số biến động của đồng vị C13
là 2%. Tuy nhiờn hạn chế của phương phỏp này là giỏ thành cao. Song ở giai đoạn hiện nay cú đủ bằng chứng để núi rằng việc sử dụng đồng vị C13
mở ra một triển vọng mới trong chọn tạo giống chịu hạn. Tuy nhiờn việc xỏc định đồng vị C13
rất phức tạp, tốn kộm và khụng thể thực hiện khi tiến hành chọn tạo trờn quần thể cú quy mụ lớn. Vỡ vậy tỡm kiếm cỏc kỹ thuật thay thế cho việc sử dụng đồng vị C13
là một đũi hỏi cấp bỏch của cỏc nhà chọn tạo giống. Hiện nay cỏc nhà khoa học đó tỡm ra một đặc tớnh khỏc dễ xỏc định, rẻ tiền và hữu hiệu hơn trong việc chọn lọc TE, cú thể thay thế cho đồng vị C13, đú là xỏc định thành phần khoỏng của cõy và tỷ trọng diện tớch lỏ.
Thành phần khoỏng ở cõy trồng được xỏc định thụng qua việc đốt chỏy cỏc thành phần của cõy. Hàm lượng khoỏng của cõy cú tương quan với hiệu quả sử dụng nước (TE) ở đa số cỏc loài. Mc Caig và cs (1989) [45] đó bỏo cỏo rằng trong tất cả cỏc loài ụng đem thử nghiệm, dự chỳng được trồng trong nhà kớnh hay trờn đồng ruộng thỡ hàm lượng khoỏng trong cõy đều cú tương quan thuận với tỷ lệ thoỏt hơi nước. Hàm lượng khoỏng cú
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 25 tương quan thuận với đồng vị C13
và tương quan nghịch với TE ở cỏc cõy quang hợp theo chu trỡnh C3. Nghiờn cứu của Mc Caig cho thấy lượng tro cú tương quan nghịch với TE ( r = - 0,61, P < 0,01) ở cõy lỳa mỳ trong điều kiện tưới tiờu đầy đủ. Phương phỏp xỏc định TE thụng qua hàm lượng khoỏng đơn giản, chỉ cần một cỏi cõn chớnh xỏc và một lũ nung kớn. Ph- ương phỏp này đặc biệt cú giỏ trị thay thế cho việc xỏc định đồng vị C13
khi thiếu quang phổ kế.
Tỷ trọng diện tớch lỏ (SLA) cũng đó được chỉ ra là cú tương quan thuận với cỏc bon C13
, tương quan nghịch với độ dày của lỏ và với TE. Lợi thế của việc sử dụng SLA là khụng cần phải nghiền lỏ trước khi xỏc định. Kết quả quan sỏt ở nhiều thớ nghiệm cho thấy ở cõy lạc SLA tương quan chặt và nghịch với TE (r = 0,84, P < 0,01). Như vậy những kiểu gen quy định lỏ dày sẽ cú bộ phận quang hợp lớn hơn và cú khả năng đồng hoỏ lớn hơn trờn một đơn vị diện tớch lỏ.