Luận văn thạc sĩ ðÁNH GIÁ SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÁC MẪU GIỐNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN GIỐNG LÚA

Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa có ựủ ựiều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết cá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Thị Năng

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn ựến TS Vũ Thị Thu Hiền, Bộ môn

Di truyền và Chọn giống cây trồng, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã tận tình giúp ựỡ, hướng dẫn, ựóng góp nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các Thầy cô giáo Viện ựào tạo sau ựại học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng-Khoa nông học, Ban Giám đốc Trung tâm Thực nghiệm và đào tạo Nghề và các ựồng nghiệp ựã tạo mọi ựiều kiện thuận lợi, giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện ựề tài

để hoàn thành luận văn này, tôi còn nhận ựược sự giúp ựỡ nhiệt tình của các bạn sinh viên Nguyễn Thị Hậu, lớp Cây trồng tiên tiến 51; Trần Khánh Duy, lớp Di truyền giống K52 - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội trong việc triển khai và theo dõi các thắ nghiệm

Ngoài ra, tôi xin chân thành cảm ơn sự ựộng viên, hỗ trợ rất lớn về mặt vật chất và tinh thần của gia ựình, bạn bè

Tôi xin chân trọng biết ơn những tình cảm cao quý ựó!

Hà Nội, ngày 6 tháng 9 năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Năng

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài 3

2.2 Mục tiêu của chọn giống chịu hạn 192.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn và lúa chịu hạn trên thế giới và ở

4.1 đánh giá kết quả các thắ nghiệm vụ mùa năm 2010 604.1.1 Thắ nghiệm 1: đánh giá khả năng chịu hạn ở giai ựoạn nảy mầm

của các mẫu giống sau khi xử lý ở nồng ựộ muối KClO3 3% 604.1.2 Thắ nghiệm 2: đánh giá khả năng chịu hạn ở giai ựoạn nảy mầm

của các mẫu giống sau khi xử lý ở nồng ựộ ựường Saccarozin 1% 63

4.1.3 Thắ nghiệm 3: đánh giá sinh trưởng, phát triển của các mẫu

giống trong ựiều kiện ựủ nước và nước trời trong vụ mùa 2010 654.2 đánh giá kết quả thắ nghiệm vụ xuân 2011 1054.2.1 đánh giá khả năng chịu hạn ở từng giai ựoạn khi xử lý hạn nhân

tạo ựối với các mẫu giống tham gia thắ nghiệm 1054.2.2 đánh giá bộ rễ của các mẫu giống qua từng giai ựoạn xử lý hạn 1094.2.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống

4.3 đề xuất mô hình cây lúa chịu hạn 1214.4 Xếp loại khả năng chịu hạn và năng suất của các mẫu giống lúa

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TGST : Thời gian sinh trưởng

S.E.S : Hệ thống ñánh giá tiêu chuẩn trên cây lúa

CURE : Chương trình nghiên và phát triển lúa cho vùng khó khăn

FAO : Tổ chức Nông lương thế giới

CIAT : Trung tâm Nông nghiệp nhiệt ñới Quốc tế

WMO : Tổ chức khí tượng thế giới

IRRI : Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế

IRAT :Viên Nghiên cứu Nông nghiệp nhiệt ñới

IIAT : Viện Nông nghiệp nhiệt ñới Quốc tế

ICA : Viện Nông nghiệp Cô-lôm-bia

IAC : Viện Nông nghiệp Campinas

DANH MỤC BẢNG

4.1 Tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ rễ mầm ựen, chiều dài rễ mầm, khối lượng

rễ mầm sau khi xử lý hạt bằng dung dịch KClO3 3% 61

4.2 Tỷ lệ rễ mầm, tỷ lệ rễ mầm ựen, chiều dài rễ mầm, khối lượng rễ

mầm sau khi xử lý hạt bằng dung dich saccarozin (1%) 63

4.3a Lượng mưa và số ngày mưa trong vụ mùa năm 2010 65

4.3b Lượng mưa và số ngày mưa trong vụ xuân năm 2011 65

4.4 đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống lúa thắ nghiệm

4.5 Chiều dài rễ, số lượng rễ, khối lượng rễ của các mẫu giống trong

2 ựiều kiện ựủ nước và nước trời khi thu hoạch 68

4.6 Một số ựặc ựiểm hình thái của các mẫu giống lúa tham gia thắ

4.9a động thái tăng trưởng chiều cao cây và chiều cao cây của các

mẫu giống cấy trong ựiều kiện ựủ nước, vụ mùa 2010 82

4.9b4 động thái tăng trưởng chiều cao cây và chiều cao cây của các

mẫu giống cấy trong ựiều kiện nước trời, vụ mùa 2010 83

4.10a động thái tăng trưởng số nhánh của các mẫu giống trong ựiều

4.10b động thái tăng trưởng số nhánh của các mẫu giống trong ựiều

4.11 Chiều dài, chiều rộng và góc lá ựòng ở 2 ựiều kiện ựủ nước và

4.12 Cấu trúc bông của các mẫu giống ở hai ựiều kiện ựủ nước và

4.13 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống

tham gia thắ nghiệm ở 2 ựiều kiện ựủ nước và nước trời 99

4.14a Khả năng chống chịu một số loại sâu bệnh hại của các mẫu giống

thắ nghiệm ở ựiều kiện ựủ nước, vụ mùa 2010 103

4.14b Khả năng chống chịu một số loại sâu bệnh hại của các mẫu giống

thắ nghiệm ở ựiều kiện nước trời, vụ mùa 2010 104

4.15 đánh giá khả năng chịu hạn nhân tạo của các mẫu giống tham gia

4.16a Chiều dài rễ, số lượng rễ, khối lượng rễ, khối lượng thân, lá và tỷ

lệ rễ/thân, lá trong thắ nghiệm hộp rễ ở giai ựoạn ựẻ nhánh 111

4.16b Chiều dài rễ, số lượng rễ, khối lượng rễ, khối lượng thân, lá và tỷ

lệ rễ/thân, lá trong thắ nghiệm hộp rễ ở giai ựoạn làm ựòng 113

4.16c Chiều dài rễ, số lượng rễ, khối lượng rễ, khối lượng thân, lá và tỷ

lệ rễ/thân, lá trong thắ nghiệm hộp rễ ở giai ựoạn trỗ-chắn 115

17a Số bông hữu hiệu của các mẫu giống qua 3 giai ựoạn xử lý hạn

4.17b Tỷ lệ hạt chắc/bông của các mẫu giống tham gia thắ nghiệm qua

3 giai ựoạn xử lý hạn và không xử lý hạn 119

4.17c Khối lượng 1000 hạt và năng suất cá thể của các mẫu giống tham

gia thắ nghiệm qua 3 giai ựoạn xử lý hạn và không xử lý hạn 120

4.18 Tóm tắt phần lựa chọn trên một số chỉ tiêu chắnha 123

4.19 Các mẫu ựược chọn trên một số chỉ tiêu chắnh 123

4.20 Xếp loại các giống lúa theo khả năng chịu hạn, ựặc ựểm bộ rễ, tỷ

lệ nảy mầm, tỷ lệ rễ mầm ựen và năng suất cá thể 125

4.16 độ ẩm ựất trước và sau khi xử lý hạn qua 3 giai ựoạn 157

DANH MỤC ðỒ THỊ

4.1 ðộng thái tăng trưởng chiều cao cây của một số mẫu giống ở

4.2 ðộng thái tăng trưởng chiều cao cây của một số mẫu giống ở

4.3 Suy giảm về chiều cao của các mẫu giống ở hai ñiều kiện ñủ

4.4 ðộng thái tăng trưởng số nhánh của các mẫu giống thí nghiệm

4.5 ðộng thái tăng trưởng số nhánh của các mẫu giống thí nghiệm

4.6 Sự suy giảm về số nhánh hữu hiệu của cá mẫu giống ở hai ñiều

4.7 Sự suy giảm về số bông hữu hiệu qua các lần xử lý hạn nhân tạo

1 MỞ ðẦU

1.1 Tính cấp thiết của ñề tài

Lúa gạo là một trong những cây lương thực quan trọng của con người Trên thế giới, cây lúa ñược xếp vào vị trí thứ 2 sau cây lúa mỳ về diện tích và sản lượng Ở châu Á, lúa gạo ñược coi là cây lương thực quan trọng nhất, chiếm diện tích 135 triệu ha trong tổng số 148,4 triệu ha của thế giới Hiện nay nhu cầu lúa gạo cho con người ngày một tăng, theo dự báo của tổ chức FAO cho những năm 1990 - 2025 thì lúa gạo phải sản xuất mỗi năm tăng 2,1% là cần thiết cho sự bảo hộ tăng dân số 1,7% mỗi năm Nhưng trong 148,4 triệu ha ñất trồng lúa hiện nay, có khoảng 20% diện tích ñất ñang canh tác trong ñiều kiện khô hạn hoặc phụ thuộc vào ñiều kiện nước mưa tự nhiên

Sự khan hiếm về nước tưới phục vụ cho nông nghiệp ñã ñược báo ñộng trong nhiều hội nghị khoa học của thế giới gần ñây Năm 2004, một trận hạn hán khắc nghiệt tại nhiều nước thuộc châu Á ñã không chỉ dẫn ñến thiệt hại lớn về nông nghiệp, mà còn ñẩy hàng triệu người lâm vào cảnh ñói nghèo Khô hạn

sẽ là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng ñến an toàn lương thực của thế giới Mặc dù năng suất lúa ở những vùng có tưới ñã tăng gấp 2 ñến 3 lần so với 30 năm trước ñây, nhưng ở vùng canh tác nhờ nước trời năng suất tăng lên ở mức rất nhỏ, bởi vì sử dụng giống lúa cải tiến ở những vùng này rất khó khăn do môi trường không ñồng nhất và biến ñộng, hơn nữa tạo giống chịu hạn thích nghi cho ñiều kiện khó khăn này còn rất hạn chế [27] Tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp không phải là vô tận bên cạnh ñó là áp lực dân

số kèm theo sự phát triển ñô thị, sự kiện ấy sẽ làm tăng nhu cầu nước phục vụ cho dân sinh và cho phát triển công nghiệp Do ñó sự khan hiếm nước là vấn

ñề ñang ñược dự báo rất cấp thiết trên quy mô toàn cầu

Ở Việt Nam, diện tích canh tác lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong ñó có 2,2 triệu ha là ñất thâm canh, chủ ñộng tưới tiêu nước, còn lại hơn 2,1 triệu ha

là ựất canh tác lúa trong ựiều kiện khó khăn Trong 2,1 triệu ha có khoảng 0,5 triệu ha lúa cạn, khoảng 0,8 triệu ha là ựất bấp bênh nước (Vũ Tuyên Hoàng, 1995) Theo số liệu thống kê năm 2002, trong những năm gần ựây diện tắch gieo trồng lúa hàng năm có khoảng 7,3 - 7,5 triệu ha, thì có tới 1,5 - 1,8 triệu

ha thường bị thiếu nước Những vùng bị thiếu nước thường là những vùng ựất ựồi núi, ựất dốc kém màu mỡ Do vậy cây trồng ở những vùng này cho năng suất thấp và bấp bênh Hiện trạng cân ựối lương thực trong cả nước và nhất là giữa miền xuôi và miền núi vẫn là vấn ựề lớn giúp cho sự ổn ựịnh về kinh tế

và canh tác ựịnh cư ở các vùng này

Vấn ựề cải tiến giống và kỹ thuật canh tác ựã và ựang ựược ựặt ra, việc

sử dụng giống lúa có khả năng thich nghi và chống chịu ựiều kiện khô hạn là một biện pháp hữu hiệu nhằm nâng cao và ổn ựịnh sản lượng lúa trong ựiều kiện khô hạn Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa có ựủ ựiều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết các vùng trồng lúa, theo thống kê

có ựến 90% diện tắch trồng lúa trên thế giới chịu ảnh hưởng của khô hạn trong một vài giai ựoạn sinh trưởng

Chắnh vì vậy, ựể nâng cao và ổn ựịnh sản lượng lúa trong ựiều kiện khô hạn, nhằm làm giảm thiểu thiệt hại do hạn hán gây ra, việc xác ựịnh và chọn tạo ra các giống lúa có khả năng chịu hạn ựã trở thành một trong những vấn

ựề cấp thiết hiện nay

Xuất phát từ yêu cầu trên của thực tế và những vấn ựề bức thiết hiện

nay chúng tôi tiến hành nghiên cứu ựề tài: Ộđánh giá sinh trưởng, phát triển

và khả năng chịu hạn của các mẫu giống phục vụ công tác chọn giống lúaỢ

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

ðề tài ñược thực hiện dựa trên việc ñánh giá khả năng chịu hạn, sinh trưởng phát triển và các yếu tố cấu thành năng suất cũng như khả năng chống chịu khác

Lúa chịu hạn hay lúa cạn là một bộ phận cấu thành trong sản xuất lúa, ñược trồng bởi các nông hộ nhỏ, sinh sống ở các vùng nghèo nhất trên thế giới Tuy năng suất không cao song lúa chịu hạn vẫn là loại cây trồng không thể thay thế ở những vùng cao hay các vùng khó khăn về nước tưới, ñồng thời

là nguồn cung cấp lương thực tại chỗ quan trọng của người dân sống trong vùng khó khăn về nước tưới Do các vùng sinh thái rất ñặc thù và khác biệt, lúa chịu hạn là nguồn gen quý cho công tác lai tạo, chọn lọc, bổ sung các tính trạng ñặc trưng như tính chịu rét, chống chịu sâu bệnh và tính chịu hạn… cho cây lúa Vấn ñề hiện nay là năng suất của lúa trồng cạn rất thấp Vì vậy, nhiệm vụ của các nhà chọn giống cần bao gồm cả việc tiến hành cải thiện năng suất cho các giống lúa có khả năng chịu hạn

ðề tài thực hiện nhằm mục ñích ñánh giá các mẫu giống ñể từ ñó ñưa ra các ñịnh hướng chọn lọc cho mục tiêu chọn giống cho vùng khó khăn về nước tưới

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học của ñề tài

Lúa cạn nằm trong một hệ thống trồng trọt khá lâu ñời ở nhiều ñịa phương trên ñất nước ta [1], [4], [9] Tuy không phải là hệ thống cây trồng chính song lúa cạn vẫn ñang góp phần quan trọng trong việc cung cấp lương thực tại chỗ cho các vùng ñó Do có những khác biệt về ñiều kiện tự nhiên, ñịa lý sinh thái,… giữa các vùng nên giống lúa chịu hạn phong phú, ña dạng [38] ðặc biệt lúa cạn thường canh tác trong ñiều kiện tự nhiên khô hạn, thiếu nước, ít ñược ñầu tư nên chúng hình thành khả năng chống chịu rất tốt với hạn, lạnh và sâu bệnh hại ðây chính là nguồn gen chịu hạn quý giá cho chọn tạo giống lúa chịu hạn

Hiện nay, trong công tác chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi nói chung cũng như chọn tạo giống lúa nói riêng, mục tiêu của nhà chọn giống là khai thác tính ña dạng di truyền hay những biến dị có lợi của nguồn gen hiện

có (R.W.Allard, 1960) [44] Tính ña dạng di truyền của sinh vật vốn có trong thiên nhiên hoặc ñược tạo mới bằng phương pháp lai nhân tạo Ở cây lúa là một tập hợp nguồn gen quý tương ứng với nhiều hệ sinh thái lúa khác nhau và hình thành hệ sinh thái lúa cạn, lúa nước sâu, lúa nổi, lúa mặn,… Dựa vào ñặc ñiểm tính biến dị và di truyền này mà con người không ngừng thành công trong công tác lai tạo và chọn lọc giống cây trồng, nhiều kiểu gen mới cho năng suất cao, chống chịu tốt và phẩm chất tốt ñược chọn tạo ra nhiều giống lúa chống chịu hạn tốt và cho năng suất cao ðể nghiên cứu vấn ñề này những khái niệm sau ñây cần ñược quan tâm:

2.1.1 Khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn

Hiện nay, có nhiều ñịnh nghĩa của các nhà khoa học về cây lúa cạn, lúa chịu hạn

Chang T.T và Bardenas (1965) [50] hay Surajit K De Datta (1975) [60] ựều cho rằng: ỘLúa cạn là loại lúa ựược gieo hạt trên các loại ựất khô, có thể là ựất dốc hoặc ựất bằng nhưng ựều không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào ựộ ẩm do nước mưa cung cấp (nhờ nước trời)Ợ [11]

Huke R.E (1982) [58] dùng thuật ngữ Ộlúa khôỢ (dryland rice) thay cho

Ộlúa cạnỢ (upland rice) và ựịnh nghĩa lúa cạn ựược trồng ở những thửa ruộng ựược chuẩn bị ựất và gieo hạt dưới ựiều kiện khô, cây lúa sống hoàn toàn nhờ nước trời

Theo Garirity D.P (1984) [56], lúa cạn ựược coi là lúa trồng trong mùa mưa trên ựất cao, ựất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng ựược ựắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt Lúa cạn ựược hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thắch ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn, mà xuất hiện những biến dị chịu hạn ngày càng cao Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước

Theo Micenorodo tại Hội thảo ỘLúa rẫy ở Cao Bằng, Việt NamỢ, từ tháng 9-11/3/1994 và theo ựịnh nghĩa tại Hội thảo Bouake Bờ Biển Ngà: ỘLúa cạn là lúa ựược trồng trong ựiều kiện mưa tự nhiên, ựất thoát nước, không có

sự tắch nước trên bề mặt, không ựược cung cấp nước và không có bờỢ [36]

Theo tác giả Bùi Huy đáp (1978), ỘLúa cạn ựược hiểu là loại lúa gieo trồng trên ựất cao, như là các loại hoa màu trồng cạn khác, không tắch nước trong ruộng và hầu như không bao giờ ựược tưới thêm Nước cho lúa chủ yếu

do nước mưa cung cấp và ựược giữ lại trong ựấtỢ [8]

Nguyễn Gia Quốc (1994) [32] chia lúa cạn ra làm 2 dạng:

- Lúa cạn thực sự (lúa rẫy): là loại lúa thường ựược trồng trên các triền dốc của ựồi núi không có bờ ngăn và luôn luôn không có nước trên bề mặt ruộng Cây lúa hoàn toàn sử dụng lượng nước mưa ngấm vào ựất ựể sinh trưởng và phát triển

- Lúa cạn khơng hồn tồn (lúa nước trời): là loại lúa trồng trên triền thấp, khơng cĩ hệ thống tưới tiêu chủ động, cây lúa sống hồn tồn bằng nước mưa tại chỗ, nước mưa cĩ thể dự trữ trên bề mặt ruộng để cung cấp cho cây lúa

2.1.2 Khái niệm về hạn và phân loại hạn

2.1.2.1 Khái niệm về hạn

Bất cứ một loại cây trồng nào cũng cần phải cĩ nước để duy trì sự sống, mức độ cần nhiều hay ít nước tuỳ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai đoạn sinh trưởng phát triển của chúng Hạn đối với thực vật là khái niệm dùng

để chỉ sự thiếu nước của thực vật do mơi trường gây nên trong suốt cả quá trình hoặc trong từng giai đoạn làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển Mức độ tổn thương của cây trồng do khơ hạn gây ra cĩ nhiều mức khác nhau: chết, chậm phát triển hoặc phát triển tương đối bình thường Những cây trồng

cĩ khả năng duy trì sự phát triển và cho năng suất tương đối ổn định trong điều kiện khơ hạn được gọi là cây chịu hạn và khả năng của thực vật cĩ thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn

Tuy nhiên khĩ cĩ thể xác định được thế nào là một trạng thái hạn đặc trưng vì mức độ khơ hạn do mơi trường gây nên khác nhau theo từng mùa, từng năm, từng vùng địa lý và khơng thể dự đốn trước được Theo Dere C.Hsiao (1980) [54], khi thực vật được nghiên cứu trong mối liên quan hữu

cơ với mơi trường xung quanh gồm đất và khí quyển và được mơ tả dưới dạng một bể nước về sự cân bằng nước: "Hạn là sự mất cân bằng nước của thực vật thể hiện trong sự liên quan hữu cơ giữa đất - thực vật - khí quyển"

Nguyễn ðức Ngữ (2002) [29] đã định nghĩa: “Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong khơng khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dịng chảy sơng suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất, gây ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát dục của cây trồng, làm mùa màng thất bát, mơi trường suy thối, gây ra đĩi nghèo và dịch bệnh”

Theo một nhóm chuyên gia của WMO (Tổ chức Khí tượng thế giới) phân ñịnh 4 loại hạn là hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn và hạn kinh tế xã hội luận văn - báo cáo - tiểu luận - tài liệu chuyên ngành Xã hội [16] Theo Nguyễn Văn Hiển (2000) [13] và một số tác giả khác thì có 3 loại hạn cần quan tâm trong sản xuất nông nghiệp:

- Hạn ñất: ñặc trưng là xảy ra từ từ, khi ñó lượng muối trong rễ dinh dưỡng ở mức ñộ vô hiệu, cây không có ñủ nước ñể hút, mô cây bị khô ñi nhiều và sự sinh trưởng trở nên rất khó khăn Hạn ñất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của ñất tăng cao ñến mức cây không cạnh tranh ñược nước của ñất làm cho cây không thể lấy nước vào tế bào qua rễ, chính vì vậy, hạn ñất thường gây nên hiện tượng cây héo lâu dài Hạn ñất có thể xẩy ra ở bất kỳ vùng ñất nào và thường xảy ra nhiều ở những vùng có ñiều kiện khí hậu, ñịa hình ñịa chất thổ nhưỡng ñặc thù như sa mạc ở châu Phi; ñất trống ñồi trọc của châu Á; mùa ít mưa và nhiệt ñộ thấp ở châu Âu [30]

- Hạn không khí: xảy ra một cách ñột ngột, ñộ ẩm tương ñối của không khí giảm xuống 10-20% hoặc thấp hơn Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp lên các bộ phận của cây trên mặt ñất như hoa, lá, chồi non,… ðối với thực vật nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn không khí thường gây ra hiện tượng héo tạm thời, vì khi nhiệt ñộ cao, ẩm ñộ thấp làm cho tốc ñộ bốc thoát hơi nước nhanh vượt quá mức bình thường, lúc ñó rễ hút nước không ñủ ñể bù ñắp lại lượng nước mất, cây lâm vào trạng thái mất cân bằng về nước Nếu

hạn kéo dài dễ làm cho nguyên sinh chất bị ñông kết và cây nhanh chóng bị chết, còn gọi là “cảm nắng” Ở lúa, hạn không khí gây hại nhất ở giai ñoạn lúa phơi màu và thậm chí gây nên mất mùa nếu gặp phải ñợt nhiệt ñộ cao và ñộ

ẩm không khí thấp (mặc dù nước trong ñất không thiếu) làm cho hạt phấn không có khả năng nảy mầm, quá trình thụ tinh không xảy ra và hạt bị lép

- Hạn tổng hợp: là hiện tượng khi có cả hạn ñất và hạn không khí xảy ra cùng một lúc Hạn tổng hợp ñặc biệt có hại vì lúc này hiện tượng thiếu nước

ñi kèm với không khí nóng Trong trường hợp này cùng với sự mất nước do không khí làm cho hàm lượng nước trong lá giảm nhanh dẫn ñến nồng ñộ dịch bào tăng lên, mặc dù sức hút nước từ rễ của cây cũng tăng nhưng lượng nước trong ñất ñã cạn kiệt không ñủ cung cấp cho cây Hạn toàn diện thường dẫn ñến hiện tượng héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục hồi

Theo V.V Guliaep và một số tác giả ñã chia hạn thành 4 dạng chính bao gồm: hạn không khí, hạn ñất, hạn kết hợp và hạn sinh lý Trong ñó, hạn sinh lý là kiểu hạn mà khi có ñầy ñủ nước mà cây vẫn không thể hút ñược có thể do: nhiệt ñộ quá thấp hoạc phần xung quanh rễ có quá nhiều chất gây ñộc cho rễ hoặc nồng ñộ dinh dưỡng quanh rễ quá cao [36]

2.1.3 Khái niệm về tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn, khả năng phục hồi sau hạn và các cơ chế của chúng

2.1.3.1 Khái niệm về tính chống, né (trốn), tránh, chịu hạn và khả năng phục

- Tính chịu hạn (Drought tolerance) còn gọi là chịu sự làm khô: là khả năng kéo dài sự sống của tế bào và chức năng trao ñổi chất của mô khi bị làm khô hoặc bị giảm tiềm năng nước ở mô tế bào

Theo Gupta (1986), phần lớn các nhà chọn giống sử dụng năm thuật ngữ sau ñây khi nói ñến khả năng chống chịu hạn [57]:

- Chống hạn: là khả năng sống, sinh trưởng và vẫn cho năng suất mong muốn của một loài thực sót vật trong ñiều kiện bị giới hạn về nhu cầu nước hay bị thiếu hụt nước ở từng giai ñoạn nào ñó

- Thoát hạn: là khả năng “chín sớm” của một loài thực vật trước khi vấn

ñề, khủng hoảng nước trở thành một nhân tố hạn chế năng suất nghiêm trọng

- Tránh hạn: là khả năng duy trì trạng thái trương nước cao của một loài thực vật trong suốt thời kỳ hạn

- Chịu hạn: là khả năng chịu ñựng sự thiếu hụt nước của một loài thực vật khi ñược ño bằng mức ñộ và khoảng cách thời gian của sự giảm tiềm năng nướcở thực vật

- Phục hồi: là khả năng phục hồi lại sự sinh trưởng và cho năng suất của một loài thực vật sau khi xảy ra khủng hoảng nước, những thiệt hại do sự thiếu nước gây ra là không ñáng kể

Khả năng chống hạn ở thực vật có thể là một trong bốn khả năng: thoát hạn, tránh hạn, chịu hạn và phục hồi hoặc là sự kết hợp của cả bốn khả năng trên

2.1.3.2 Cơ chế chống chịu hạn

* Cơ chế chống hạn

Theo Turner, 1979 trích dẫn qua [36], chống hạn là khả năng của cây trồng có thể duy trì chức năng sinh lý của mô tế bào và khả năng của thực vật trong việc ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu, tăng ñộ nhớt của chất nguyên sinh tế bào, làm cho nguyên sinh chất chịu ñược sự mất nước cao Thực vật có cơ chế chống hạn thể hiện ở tất cả các ñặc tính về khả năng hút nước, giữ nước và sử dụng tiết kiệm nước:

- Có khả năng giảm sự bốc thoát hơi nước thông qua:

+ Khả năng ñiều chỉnh ñóng mở khí khổng: khi thiếu nước khí khổng ñóng lại hoặc chỉ mở vào ban ñêm ñể nhận CO2 và ban ngày ñóng lại

+ Chúng có khả năng giảm chỉ số diện tích lá

+ Có bộ lá hoặc góc ñộ lá hẹp và sự vận ñộng của lá có hướng song song với ánh sáng mặt trời hoặc sự cuộn lại của lá ñể giảm quá trình bốc thoát hơi nước

+ Mặt lá dày, có lông hoặc ñược phủ một lớp cutin dày

- Có khả năng duy trì sự cung cấp nước nhờ:

+ Có bộ rễ phát triển, ăn sâu với số lượng và mật ñộ rễ cao

+ Rễ có mạch dẫn to và số lượng mạch dẫn nhiều ñể tăng cường vận chuyển nước từ rễ lên lá

- Có khả năng giảm thế thẩm thấu bằng cách tích lũy các chất vô cơ, hữu cơ như muối, khoáng, kali, các axit hữu cơ, các chất ñường hòa tan,… giúp cho việc ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu và sức trương của mô

- Có khả năng duy trì tính nguyên vẹn về cấu trúc và chức năng sinh lý của màng tế bào và các cơ quan tử ñảm bảo ñộ nhớt và tính ñàn hồi của chất nguyên sinh làm cho chất nguyên sinh chịu ñược sự mất nước cao

i Tính chín sớm (early maturity) là một ñặc tính chung nhất và dễ nhất ñể chọn giống Sự chín sớm dẫn tới khả năng cho thu hoạch trước khi

bị hạn tấn công

ii Tính cảm ứng ánh sáng: liên quan tới giai ñoạn sinh thực mà trùng khớp với thời kỳ có triển vọng mưa nhiều

iii Tính trì hoãn sự hình thành hoa sớm

iv Rối loại sự hình thành chồi (sự ñẻ nhánh ở lúa)

* Cơ chế tránh hạn (Avoidence)

ðây là những hoạt ñộng ở thực vật làm hạn chế sự mất hơi nước và tăng cường sự cung cấp nước khi gặp hạn Việc giảm sự mất hơi nước có thể thông qua việc ñiều chỉnh sự ñóng mở khí khổng hoặc lá tự cuốn lại hoặc sự ñiều chỉnh diện tích lá,… Sự tăng cường cung cấp nước nhờ bộ rễ ăn sâu, rễ

to khỏe, số lượng nhiều và mạch dẫn có kích thước lớn… trích dẫn qua [35]

Một số ñặc tính liên quan ñến cơ chế này

i Một hệ thống rễ ăn sâu sẽ làm tăng tổng lượng nước hữu hiệu trong cây Bộ rễ ăn sâu của giống lúa cạn chỉ ra giống ñó có khả năng chịu hạn tốt

Bộ rễ và hệ thống mạch dẫn xylem lớn trong rễ và trong thân rạ ñảm bảo cho

v Sự cuốn lá: tuy không phải là cơ chế bảo vệ nhưng là bằng chứng về tình trạng giảm sút nước

* Cơ chế chịu hạn (Tolerance)

Tác ñộng của môi trường xung quanh ñủ ñể gây nên sự mất nước ở thực vật ñược gọi là hạn (Kramer, 1983, trích dẫn qua [30]) Cây chống chịu lại khô hạn bằng cách giữ không ñể mất nước thông qua những biến ñổi về hình thái, hoặc chịu khô hạn ñó là khả năng chống chịu hạn

Theo Mussell và Staples (1979), Paleg và Aspimall (1981), Turner và Krmaer (1980), trích dẫn qua [30], có hai cơ chế bảo vệ thực vật tồn tại trên môi trường thiếu nước ñó là cơ chế tránh mất nước và cơ chế chịu mất nước

Cơ chế tránh mất nước phụ thuộc vào khả năng thích nghi ñặc biệt về cấu trúc

và hình thái của rễ và chồi nhằm giảm thiểu tối ña sự mất nước hoặc tự ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào thông qua tích lũy các chất hòa tan, các protein và các axit amin, ion K+, các enzyme phân hủy gốc tự do,… nhằm duy trì lượng nước tối thiểu trong tế bào (Hanson và Hitz, 1982; Hanson và cộng

sự, 1982; Spollen và Nelson, 1994, trích dẫn qua [30] Cơ chế chịu mất nước liên quan ñến những thay ñổi sinh hóa trong tế bào nhằm sinh tổng hợp ra các chất bảo vệ hoặc nhanh chóng bù lại sự thiếu hụt nước

Theo Nguyen và cộng sự (1997) [74], khả năng chịu hạn của cây lúa ñược bộc lộ thông qua các biểu hiện sau:

- Giảm diện tích lá và rút ngắn thời gian sinh trưởng giúp cây sử dụng nước một cách hợp lý trong ñiều kiện thiếu nước

- Tăng khả năng ñâm sâu của rễ ñể tận dụng nguồn nước ở tầng ñất sâu ñảm bảo tương ứng cho nhu cầu thoát hơi nước của bộ lá

- Duy trì sức trương của tế bào thông qua khả năng ñiều chỉnh áp suất thẩm thấu ñể bảo vệ các chồi non khỏi bị khô hạn trong ñiều kiện mất nước cực ñoan

- Kiểm soát mức ñộ thoát hơi nước trên bề mặt lá thông qua ñiều tiết ñộ

2.1.4 Bản chất của tính chống chịu hạn

Các nhà khoa học ñều cho biết rằng tính chống chịu hạn của cây trồng

là một tập hợp của các ñặc tính khác nhau và do một hệ gen quy ñịnh Các nghiên cứu cũng cho thấy các nhân tố hình thái học, … phản ánh tính chống chịu hạn ở thực vật, các nhân tố này do các gen chống chịu hạn ñiều khiển và ñược hình thành từ quá trình chọn lọc tự nhiên và quá trình tiến hóa của thực vật Chính vì vậy có thể nói rằng một cây trồng chống chịu ñược hạn năng suất trong ñiều kiện hạn là kết quả tổng hợp của ña gen tác ñộng trong các thời kỳ sinh trưởng và phát triển bao gồm sinh trưởng của bộ rễ, thân, lá, ñặc tính chống chịu hạn, khả năng phục hồi sau hạn, các yếu tố cấu thành năng suất,… trích dẫn qua [36]

Các gen kiểm soát tính chống chịu có thể trùng lặp nhau với những stress khác nhau Trong genome của lúa mì và lúa mạch, người ta nhận thấy các ảnh hưởng di truyền kiểm soát sự phản ứng của cây ñối với khô hạn, mặn

và lạnh nằm trên cùng bản ñồ di truyền nhiễm sắc thể tương ñồng Có ít nhất

10 tính trạng số lượng (QTLs) ñược tìm thấy ñối với từng tính trạng chống chịu này và chúng nằm chồng lên nhau tại một số vùng của nhiễm sắc thể [2]

Theo PGS.PTS Nguyễn Văn Hiển (2000) [13], nguyên nhân chính của tính chịu hạn ở cây trồng là nhờ các yếu tố:

- ðặc tính giải phẫu hình thái của thực vật ñể giảm bốc hơi (mật ñộ khí khổng, chiều dầy tầng cutin, chiều dầy tầng lá)

- ðặc tính chống chịu sinh lí của tế bào chất ñối với việc mất nước, nhiệt ñộ cao, nồng ñộ muối (khả năng ñiều chỉnh tính thấm)

- ðặc tính sinh vật học của sự sinh trưởng và phát triển của các giống (ñặc biệt là tính chín sớm)

- Tính chịu hạn của thực vật liên quan ñến tính thích ứng sinh thái của các giống

Trong công tác nghiên cứu ñặc biệt là công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn, biết ñược bản chất tính chịu hạn sẽ giúp các nhà chọn giống ñẩy nhanh tiến ñộ cải tiến giống chống chịu và tạo ra các giống lúa chịu hạn tốt hơn

2.1.5 Một số ñặc ñiểm của lúa chịu hạn và lúa cạn

Các giống lúa chịu hạn có những ñặc trưng khác nhau Trong môi trường thích hợp chúng có dạng bán lùn Ở Peru, nơi mà lượng mưa hàng tháng vượt quá 150 mm trong hơn 4 tháng/năm, các giống lúa nước ñược phát triển bởi IRRI sinh trưởng tốt trên ñất dốc Tại IRRI, De Datta và cs (1974), trích dẫn qua [63] ñã chứng minh rằng các giống lúa ñược chọn tạo thích hợp cho canh tác ñất thấp có năng suất vượt so với các giống lúa chịu hạn

Các giống lúa chịu hạn Nhật Bản có ñặc ñiểm hình thái và sinh lý khác biệt so cới các giống lúa nước, có thể là do sự thích nghi của chúng với ñiều kiện ñất ñai và sự thiếu hụt nước Ono (1971) [75] ñã mô tả các giống lúa chịu hạn Nhật Bản cao cây và số dảnh ít với lá dài, bông dài, dễ ñổ, chịu hạn và chịu phân kém

Trong một thí nghiệm hỗn hợp hạt, các giống lúa cạn Nhật Bản có khả năng cạnh tranh cao hơn các giống lúa nước dựa trên số hạt/khóm Mức ñộ cạnh tranh cao hơn của các giống lúa cạn liên quan ñến kiểu cây, khả năng sinh trưởng và bộ rễ ăn sâu

Khi nghiên cứu 25 dạng lúa cạn và lúa nước, Chang và cs (1972) [51] cho thấy sự sinh trưởng và phát triển trong cùng một thời ñiểm

có những ñặc ñiểm khá giống nhau và có những ñặc ñiểm khác nhau Nhiều

giống lúa cạn có số dảnh và diện tắch lá thấp Dưới một vài ựiều kiện thiếu hụt nước, hầu hết các giống lúa cạn ắt bị thiệt hại và có số hoa bất thụ thấp hơn các dạng lúa nước

Kết quả của Chang và cs (1972) [51] cũng cho thấy khả năng chống hạn có liên quan ựến bộ rễ dày và dài Nhiều giống lúa cạn có phản ứng với khô hạn thông qua việc bộ rễ phát triển dài và dày Nhiều giống lúa cạn có phản ứng với khô hạn thông qua việc bộ rễ phát triển dài và dày trong ựiều kiện hạn Một số ựặc ựiểm của bộ lá như khả năng cuốn trong ựiều kiện hạn cũng liên quan ựến khả năng chịu hạn

Chang và Vergara (1982), trắch dẫn qua [61], ựã tổng kết một số ựặc ựiểm nông học chắnh của lúa cạn khi phân tắch hơn 4000 giống lúa chịu hạn trong tập ựoàn của IRRI và kết quả cho thấy các giống lúa cạn vùng đông Nam Á có một số hình thái và nông học như sau:

- Lá có tầng cutin dầy ựể chống thoát hơi nước

- Khả năng phục hồi kém sau khi xảy ra sự thiếu hụt về nước

- Cọng rơm dày và dễ gãy ở thời ựiểm lúa chắn

- Thời gian sinh trưởng từ 95-140 ngày và mẫn cảm với ựiều kiện chiếu sáng

- Hạt có kắch thước lớn, dày và nặng

- Hàm lượng amylose trung bình từ 18-25%

- Tỷ lệ hạt lép cao, ựặc biệt dưới ựiều kiện hạn

- Chống chịu cao với bệnh ựạo ôn và mẫn cảm với rầy nâu, châu chấu

và một số bệnh virus ựược tìm thấy ở lúa nước

- Chống chịu với sự thiếu hụt lân, ñộc tố nhôm và mangan

- Chịu phân ñạm kém

- Năng suất thấp nhưng ổn ñịnh (0,5-1,5 ha)

- Chỉ số thu hoạch thấp (dưới 0,4)

Các giống lúa cạn Châu Phi cao 130 cm hoặc cao hơn, khả năng ñẻ nhánh mạnh, bộ lá rộng và dài Chúng có khả năng chống lại một số loại bệnh

do nấm gây ra như tiêm lửa, ñạo ôn Tiềm năng năng suất nhỏ hơn 5 tấn/ha, tỷ

lệ hạt/tổng lượng chất khô thấp, khả năng chống ñổ kém Một số ít giống

thuộc dạng O.glaberrima nảy mầm mạnh và chống hạn nhưng lại mẫn cảm

với bệnh ñạo ôn, dễ ñổ và hạt dễ rụng khi chín

Các kết quả nghiên cứu của Viện nghiên nông nghiệp nhiệt ñới quốc tế cho thấy, một số ít dạng bán hạn có tiềm năng cho canh tác ở những vùng ñất cao ở Châu Phi vì trong ñiều kiện ñất dốc ñó các dạng bán hạn sinh trưởng tốt [64]

Ở Châu Mỹ Latin, các giống lúa bán hạn hiện ñại sinh trưởng tốt trong ñiều kiện ñất dốc ñủ ẩm ở Colombia, Venezuela và vùng Trung Mỹ Các giống cải tiến chiều cao và các giống hiện ñại ở những vùng này ñược trồng ở những vùng ñất dốc gặp khó khăn về nước tưới

Tuy nhiên, ở Brazil hầu hết các giống ñược trồng ở ñất thấp cũng ñược sử dụng ñể phát triển trên những vùng ñất cao Hầu hết các giống lúa truyền thống của Brazil ñều có kiểu hình cao cây, ñặc biệt trong ñiều kiện ñất thấp Chiều cao của các giống ñó từ 1,2 ñến 1,8 m Các giống này

có tiềm năng ñẻ nhánh thấp và ñược trồng ở mật ñộ cao ñể hạn chế sự thất thoát năng suất dưới ñiều kiện hạn hán Hầu hết các giống ñó có bộ lá rộng và diện tích lá lớn Bộ lá thường xuyên phát triển ngang mặt ñất và nhẵn Trong ñiều kiện ñủ ẩm, diện tích lá cao là nguyên nhân gây nên các loại bệnh gây hại Chúng có bông dài, hạt nhẵn, không có râu và hạt trong suốt Một số giống có khả năng kháng ñược với bệnh ñạo ôn [61]

2.1.6 Ảnh hưởng của hạn tới sản xuất nông nghiệp và biện pháp khắc

phục nâng cao tính chống chịu hạn

* Ảnh hưởng của hạn tới sản xuất nông nghiệp

Hạn hán là một hiện tượng tự nhiên, nó ñược xem như một ñiều kiện không cân bằng giữa lượng mưa và lượng bốc hơi trong khu vực Hạn còn liên quan ñến thời gian, ñến giai ñoạn sinh trưởng của cây trồng và hiệu quả của mưa (mật ñộ mưa và lượng mưa) Các nhân tố khác như nhiệt ñộ cao, gió mạnh và ñộ ẩm thấp cũng góp phần làm cho hạn hán trở nên trầm trọng

Những ñợt hạn hán liên tiếp xảy ra vào các năm 1976, 1980, 1985,

1987 ñã gây tai họa lớn cho 21 quốc gia, ảnh hưởng ñến ñời sống của trên 150 triệu người Trong những năm 80 của thế kỷ 20, hạn hán ñã làm cho 10 triệu nông dân châu Phi phải rời bỏ ruộng ñồng, nhà cửa ñi kiếm ăn ở nơi khác, và mặc dù ñã ñược cả cộng ñồng quốc tế nhanh chóng cứu giúp nhưng ñã có hơn

1 triệu người thiệt mạng [15]

Nạn ñói khủng khiếp ở Ấn ðộ trong thế kỷ 18 do hạn hán gây ra vào các năm 1702-1704 và 1769-1770 với số người chết lên ñến 5 triệu và năm

1987 lại xảy ra hạn hán nghiêm trọng kèm theo nạn ñói lan rộng

Theo tài liệu khí tượng thủy văn, ở Việt Nam những năm bị hạn nặng trong vụ sản xuất ñông xuân (tháng 1, 2, 3) là các năm 1959, 1961, 1970,

1984, 1986, 1989, 1993 và 1998 (8 năm) Những năm bị hạn nặng trong vụ mùa (tháng 6, 7, 8) là các năm 1960, 1961, 1963, 1964 ở Bắc Bộ (4 năm) và các năm 1983, 1987, 1988, 1990, 1992, 1993 (6 năm) ở Trung và Nam Bộ Theo số liệu thống kê từ năm 1988 ñến 1998, diện tích trồng lúa bị ảnh hưởng bởi hạn hán lên ñến 700 500 ha và diện tích mất trắng tới 124 400 ha, chiếm 16% diện tích gieo trồng lúa hàng năm ở miền Trung nước ta [15]

Hạn gây tổn thất về sản lượng mùa vụ và gia súc không chỉ do thiếu nước mà còn do sự tàn phá của sâu bọ, do bệnh cây và xói mòn ñất Thu nhập của người nông dân giảm sút thông thường lại kéo theo hoạt ñộng ñầu cơ của

những người cung cấp hàng hóa và dịch vụ cho nông dân; dẫn ñến nạn thất nghiệp và làm tăng tính rủi ro về vốn ñầu tư ñối với tổ chức tài chính, thiếu hụt nguồn vốn và thất thu ngân sách nhà nước Thu nhập của các tầng lớp nhân dân giảm, thông thường ảnh hưởng ngay ñến các ngành du lịch và vui chơi, giải trí Giá trị thực phẩm, năng lượng và hàng hóa khác tăng do các nguồn cung cấp bị thiếu hụt Trong một số trường hợp, sự khan hiếm lương thực, thực phẩm ở các ñịa phương dẫn ñến phải nhập từ các ñịa phương khác hoặc từ nước ngoài

ðối với lúa, hạn vào lúc cây ñang sinh trưởng mạnh (ñẻ nhánh) thì chỉ ảnh hưởng ñến sinh trưởng Nhưng nếu hạn vào giai ñoạn làm ñòng ñến trỗ thì rất có hại vì ngăn cản sự phát triển của các bộ phận hoa, gây ảnh hưởng rõ rệt ñến năng suất và phẩm chất lúa

Nếu hạn vào thời kỳ cây lúa hồi xanh thì làm chậm quá trình hồi xanh hoặc chết cây do sức chống hạn yếu Thời kỳ ñẻ nhánh cây lúa chịu hạn khá hơn nhưng cũng bị giảm khả năng ñẻ nhánh, chiều cao cây và diện tích lá Thời kỳ ngậm ñòng mà gặp hạn thì rất hại, nhất là giai ñoạn tế bào sinh sản phân bào giảm nhiễm làm thoái hóa hoa cản trở sự hình thành gié và hạt

Thời gian 11 ngày ñến trước trỗ, chỉ cần hạn 3 ngày ñã làm giảm năng suất rất nghiêm trọng, gây ra nghẹt ñòng, quá trình phơi màu thụ tinh khó khăn và hình thành nhiều hạt lép

Khi hạt lép, cây không có cách nào ñể bù ñắp năng suất nữa Hạn vào thời kỳ chín sữa làm giảm trọng lượng hạt, tỷ lệ gạo bạc bụng cao vì bị giảm

sự tích lũy protein vào nội nhũ Nhìn chung thiếu nước ở bất kỳ giai ñoạn sinh trưởng nào của cây lúa cũng có thể gây giảm năng suất [33], [42]

* Biện pháp nâng cao khả năng chống chịu hạn

Hiện nay trên thế giới có hai biện pháp sau:

- Sử dụng biện pháp kỹ thuật: như việc tôi hạt giống trước khi gieo, bón phân

vi lượng nhằm tăng khả năng chống chịu cho cây với hạn, …

- Chọn tạo và sử dụng giống chịu hạn

Trong hai biện pháp trên, biện pháp sử dụng giống chống chịu là biện pháp tắch cực, lâu dài và hiệu quả cao nhất

2.2 Mục tiêu của chọn giống chịu hạn

Trong chọn giống lúa chịu hạn, mỗi vùng khác nhau có các mục ựắch chọn tạo giống cụ thể, ựặc biệt nó liên quan ựến khả năng thắch nghi và chống chịu với sâu bệnh hại Trong chương trình cải tiến giống lúa chịu hạn ở Nam

Á và đông Nam Á, Tây Phi và Nam Mỹ Mục tiêu chọn giống ở các vùng ựó phản ánh chất lượng của môi trường Môi trường thuận lợi và không thuận lợi thì ựời hỏi mục ựắch chọn giống khác nhau

Chang và cs (1984) [64], ựã tổng kết về mục ựắch chọn giống chịu hạn

ở đông Nam Á và tại IRRI như sau:

- Nâng cao tiềm năng, năng suất thông qua phát triển kiểu cây lúa bán lùn với số dảnh vừa phải

- Giữ lại ựược các cơ chế chống hoặc chịu hạn có liên quan ựến tắnh ổn ựịnh năng suất như tránh hạn, chống chịu với ựạo ôn, khả năng phục hồi tốt sau khi bị khủng hoảng về nước

- Phát triển các giống có thời gian sinh trưởng khác nhau thắch hợp với các ựiều kiện sinh thái, phản ứng kém với ánh sáng ựể thắch hợp với các vùng

á nhiệt ựới như Bắc Thái Lan và Bắc Việt Nam

- Giữ lại các ựặc tắnh quý như bông dài, trỗ thoát, số lượng hạt nhiều, không rụng khi chắn và chất lượng hạt tốt (hàm lượng amylose từ thấp ựến trung bình, nhiệt ựộ hóa hồ thấp)

- Kết hợp chặt chẽ ở mức cao tắnh chống chịu với dịch hại từ các vật liệu ựược cải tiến Chúng bao gồm chống chịu với ựạo ôn, ựốm nâu, rầy nâu, tuyến trùng và các loại dịch hại khác

- Giữ ựược hoặc kết hợp chặt chẽ ựược tắnh chống chịu với một số ựiều kiện của ựất ựai như thiếu hụt lân, ựộc tắnh của Al và Mn trong ựất axit, sự

thiếu hụt Fe và Zn trong ñất kiềm

- Abifarin (1972) [43] ñã liệt kê các mục ñích chọn tạo giống lúa chịu hạn ở Châu Phi như sau:

+ Yếu tố năng suất: số lượng bông từ trung bình ñến cao, số hạt trên bông

và khối lượng hạt cao, không bị rụng khi chín và dễ dàng tách rời khi ñập

+ Hình thái: chiều cao cây trung bình với thân cứng, dẻo dai và lão hóa chậm, bộ lá vừa phải, khả năng ñẻ nhánh khá, trỗ thoát, bộ rễ phát triển tốt và hạt nảy mầm tốt

+ Chức năng sinh lý: thời gian sinh trưởng ngắn ñến trung bình, phản ứng tốt với phân ñạm, chống hạn, hấp thụ sắt cao

+ Chất lượng hạt: hạt có chiều dài từ trung bình ñến dài, hạt trong với hàm lượng amylose từ trung bình ñến cao, nhiệt ñộ hóa hồ trung bình, hàm lượng protein cao và cân bằng các amino axit

+ Chống các loại bệnh và côn trùng: chống ñược bệnh ñạo ôn, bệnh

cháy lá gây ra bởi Rhynchosporium oryzae, rây nầu, …

Các nghiên cứu của Alluri (1983) tại Viện Quốc tế về Nông nghiệp nhiệt ñới (IITA) [45] ñã phát triển các mục tiêu chọn giống cho lúa cạn ở Châu Phi như sau: cấu trúc cây ñược cải tiến; hạt nảy mầm nhanh; chống hạn, ñạo ôn và axit trong ñất; có thời gian sinh trưởng khác nhau phù hợp với lượng mưa và luân canh cây trồng; và chất lượng hạt chấp nhận ñược

2.3 Tình hình nghiên cứu lúa cạn và lúa chịu hạn trên thế giới và ở

Việt Nam

2.3.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn, lúa chịu hạn

Lúa nói chung và lúa cạn nói riêng là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của loài người Có nhiều ý kiến khác nhau về sự xuất hiện của lúa trồng Nhiều ý kiến thống nhất cho rằng lúa trồng xuất hiện ở châu Á cách ñây 8000

năm Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng châu Á (Oryza Sativa L.) vẫn còn chưa có

kết luận chắc chắn (Lu.B.R và cộng sự, 1996 [71]

Hầu hết các giống lúa cạn ở châu Á ựều có dạng Indica Cấu trúc của

lúa cạn ở vùng đông Nam Á là một nhóm hình thái ựịa lý ựặc trưng Các giống lúa Ấn độ có dạng trung gian giữa các giống lúa nước và giống lúa cạn đông Nam Á Các nghiên cứu gần ựây chỉ ra rằng các giống lúa cạn đông

Nam Á có quan hệ gần gũi với dạng Javanica của Indonesia hơn dạng Indica,

trắch dẫn qua [36]

Theo các nghiên cứu của Nguyễn Văn Hiển và Trần Thị Nhàn (1982) [12], lúa cạn ựược phát triển từ lúa nước, quá trình hình thành lúa cạn bắt

ựầu từ dạng hình Indica, phát triển theo hướng rút ngắn thời gian sinh

trưởng và chịu ựược hạn hán Sự khác nhau giữa lúa nước và lúa cạn là khả năng chịu hạn Các giống lúa cạn trồng trong ựiều kiện ruộng cạn vẫn sinh trưởng, phát triển bình thường như trong ựiều kiện ruộng nước và lúa cạn phát triển từ lúa nước mà thành

Nguyễn Thị Trâm, 1998 [40], cho rằng quá trình thuần hóa lâu dài các nhóm lúa thắch ứng với ựiều kiện canh tác khác nhau ựược hình thành và xuất hiện biến dị khác biệt ựáng kể do ựiều kiện sống gây ra Theo quan ựiểm này lúa trồng Oryza sativa ựược chia thành 4 loại: lúa cạn, lúa có tưới, lúa nước sâu và lúa nổi Trong ựó lúa cạn là lúa trồng trên ựất cao thoát nước, không có

bờ ngăn ựể dự trữ nước trên mặt ựất, gieo hạt khô trong ựất khô chờ nước mưa tự nhiên trong suốt quá trình sinh trưởng

Lúa cạn ựược trồng trên ựất cao, trên các sườn ựồi có ựịa hình phức tạp,

có các thành phần dân tộc thiểu số ựa dạng Mỗi dân tộc thiểu số thường sống

ở một vùng ựịa lý nhất ựịnh, có tập quán canh tác riêng, có thị hiếu sử dụng thực phẩm riêng, do ựó có một bộ giống riêng, khác hẳn với bộ giống của dân tộc thiểu số song lân cận (Trần Văn Thủy và cộng sự, 1997 [39], Lưu Ngọc Trình và đào Thế Tuấn, 1996 [38]), ựây là những nguyên nhân hình thành nên nguồn gen lúa cạn rất phong phú, ựa dạng

2.3.2 Phân bố của cây lúa cạn, lúa chịu hạn

Lúa cạn trên thế giới ựược trồng trên hầu hết các vùng ựất cao, vùng ựồng bào ắt người, nhìn chung còn lạc hậu

Theo Surajit K Detta (1975), trắch dẫn qua [60], lúa cạn ựược trồng chủ yếu trên ba lục ựịa là châu Á, châu Phi và châu Mỹ La Tinh

Theo Trần Văn đạt (1986), [53] môi trường trồng lúa cạn trên thế giới ựược chia thành 4 loại:

- Vùng ựất cao, màu mỡ, mùa gieo trồng kéo dài kắ hiệu là FL (Favorable upland with long growing season) vùng này chiếm khoảng 11% diện tắch lúa cạn thế giới

- Vùng ựất cạn thuận lợi, ựất màu mỡ với mùa vụ gieo trồng ngắn kắ hiệu là FS (Favorable upland with short growing season) diện tắch vùng này chiếm khoảng 25%

- Vùng ựất cạn không thuận lợi kém màu mỡ, mùa gieo trồng dài ký hiệu là UL (Unfavorable upland with long growing season) diện tắch chiếm khoảng 38% diện tắch lúa cạn thế giới

- Vùng ựất cao, kém màu mỡ, mùa gieo trồng ngắn ký hiệu là US (Unfavorable upland with short growing season) Ước tắnh diện tắch vùng này chiếm khoảng 25% Lúa cạn Việt Nam ựược xếp trong vùng UL

Ở Việt Nam, Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kắnh và ctv, (1995), [19] [21] [22] [23] ựã phân vùng cây lúa cạn và lúa chịu hạn theo loại hình ựất trồng ở nước ta như sau:

- đất rẫy (trồng lúa rẫy): nằm ở các vùng Trung du, miền núi phắa Bắc,miền Trung, Tây Nguyên và một phần của đông Nam Bộ

- đất thiếu nước hoặc bấp bênh về nước (trồng lúa nhờ nước trời): nằm rải rác ở các vùng ựồng bằng, trung du, ựồng bằng ven biển đông và Nam Bộ,

kể cả ựồng bằng sông Hồng, ựồng bằng sông Cửu Long Kể cả diện tắch ựất bằng phẳng nhưng không có hệ thống thuỷ nông hay hệ thống thuỷ nông

chưa hoàn chỉnh vẫn nhờ nước trời hoặc có một phần ắt nước tưới, ruộng ở vị trắ cao thường xuyên cạn nước

2.3.3 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn

2.3.3.1 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới

Lúa là cây lương thực ựứng thứ 2 của thế giới về diện tắch gieo trồng và tổng sản lượng Song là cây lương thực hàng ựầu ở các nước châu Á, nhất làvùng đông Nam Châu Á Theo số liệu FAO (1993), diện tắch canh tác của thế giới 148 triệu hecta (châu Á 133,3 triệu hecta chiếm 90,07%), có 67,83 triệu hecta (chiếm 45,83%) thường bị thiên tai ựe doạ Trong ựó, có 55,53 triệu hecta thường bị thiếu nước (chiếm 37,39%), trong số này 19,16 triệu hecta là ựất cạn (lúa rẫy-upland rice), 36,37 triệu hecta ựất hoàn toàn nhờ nước trời (rainfed rice); ựất ngập nước chiếm 12,5 triệu hecta Năng suất lúa ở vùng ựất khó khăn ựạt 0,8-1,7 tấn/ha, chỉ bằng 20-40% năng suất lúa của vùng chủ ựộng nước Các giống lúa gieo cấy trên vùng này phần lớn là giống ựịa phương: dài ngày, cao cây, chống ựổ kém, năng suất thấp, nhưng chất lượng gạo ngon Hiện nay thế giới có 114 nước sản xuất lúa phân bố trên tất

cả các Châu lục nhưng tập trung lớn nhất là châu Á chiếm 89,7% diện tắch lúa toàn thế giới Theo số liệu thống kê 2001 diện tắch trồng lúa trên thế giới từ năm 1998 ựến 2001 khoảng trên 151 triệu ha

Châu Phi có 41 quốc gia trồng lúa, nước có diện tắch trồng lúa lớn nhất châu lục này là Nigeria 2,207 triệu ha, nước diện tắch lúa nhỏ nhất là Reunion chỉ có 40 ha Năng suất lúa cao nhất Châu lục này là Ai Cập ựạt 9,283 tấn/ha BắcTrung Mỹ có 14 nước trồng lúa, nước sản xuất lúa lớn nhất là Mỹ 1,341 triệu ha và cũng là nước ựạt năng suất lúa cao nhất 7,21 tấn/ha, nước có diện tắch ắt nhất là Jamaica chỉ có 24 ha, năng suất thấp nhất là Haiti 2,012 tấn/ha Nam Mỹ có 13 nước trồng lúa, Brazin có diện tắch lớn nhất 3,142 triệu ha, nhưng năng suất cao nhất là Peru ựạt 6,74 tấn/ha và năng suất thấp nhất là Bolivia 1,92 tấn/ha Châu Á có 30 nước trồng lúa, nước trồng lúa lớn nhất

Châu lục này và cũng là lớn nhất thế giới là Ấn ðộ 44,790 triệu ha, thấp nhất

là Brunei chỉ có 230 ha Năng suất lúa cao nhất châu Á là Hàn Quốc ñạt 6,88 tấn/ha, sau ñó là Nhật Bản 6,64 tấn/ha và Trung Quốc ñạt 6,20 tấn/ha thấp nhất là Iraq chỉ ñạt 0,9 tấn/ha Châu ðại Dương là Châu lục có ít nước trồng lúa nhất chỉ có 5 quốc gia trồng lúa, diện tích lớn nhất là Úc 186.100 ha và cũng là nước ñạt năng suất cao nhất 9,45 tấn/ha Nước có diện tích nhỏ nhất là Micronesia chỉ có 80 ha và cũng có năng suất thấp ñạt 1,13 tấn/ha Châu Âu

có 11 nước trồng lúa Nước trồng lúa lớn nhất là Italia 217.622 ha và thấp nhất là Rumani chỉ có 1.155 ha, Tây Ban Nha là nước ñạt năng suất lúa cao nhất châu Âu là 7,84 tấn/ha và Rumani cũng có năng suất lúa thấp nhất châu

Âu 1,261 tấn/ha.Theo Niên giám thống kê về cây lúa 1997 [69], tổng diện tích trồng lúa trên thế giới là 148 triệu ha Lúa cạn chiếm 18.960.000 ha và lúa nước trời chiếm 36.370.000 ha, phân bố chủ yếu ở ba châu lục Á, Phi và Mỹ Latin Tuy nhiên, năng suất còn rất thấp [60] Trên thế giới lúa ñược trồng ở 5

hệ thống chính là: Vùng chủ ñộng tưới tiêu, ñất thấp chịu nước trời, ñất cao, vùng ngập nước, ñất ngập do thủy triều Có khoảng 80 triệu ha chiếm 55% ñất trồng lúa của thế giới ñược tưới tiêu chủ ñộng trong suốt vụ gieo trồng Người

ta ước tính khoảng 75% sản lượng của thế giới thu ñược từ các vùng ñược tưới tiêu này

ðể ñảm bảo an ninh lương thực, hạn chế các tác ñộng bất lợi của các ñiều kiện khó khăn FAO ñã ñưa ra khuyến cáo: tăng cường công tác nghiên cứu tạo ra các giống lúa mới phù hợp với từng vùng sinh thái, hoàn thiện kỹ thuật canh tác tại các vùng sinh thái ñó ðồng thời chỉ rõ: ñây là quá trình không ngừng nghỉ, vàchỉ có như vậy mới có thể ñẩy ñói nghèo, lạc hậu Lúa cạn là một bộ phận cấu thành trong sản xuất lúa, ñược trồng bởi các nông hộ nhỏ, sinh sống ở các vùng nghèo nhất trên thế giới trong hệ thống canh tác nhờ nước trời những nơi không thể cung cấp nước chủ ñộng hoặc hạn hán

là phổ biến Tuy năng suất không cao nhưng lúa cạn vẫn là loại cây trồng

không thể thay thế ở những vùng cao, vùng khó khăn về nước tưới; ựồng thời

là nguồn cung cấp lương thực tại chỗ quan trọng của người dân tộc thiểu số

Ở châu Á, khoảng 50% ựất trồng lúa là canh tác nhờ nước trời và mặc dùnăng suất lúa ở những vùng có tưới ựã tăng gấp 2 ựến 3 lần 30 năm trước ựây,nhưng ở vùng canh tác nhờ nước trời năng suất tăng lên ở mức rất nhỏ, bởi vì những vùng này sử dụng giống lúa cải tiến rất khó khăn do môi trường không ựồng nhất và biến ựộng Một phần bởi vì tạo giống chịu hạn còn rất

ắt Năng suất lúa cạn có thể ựược cải tiến hơn trong ựiều kiện thâm canh và chăm sóc tốt Với ựiều kiện lý tưởng ở các trạm trại thắ nghiệm, người ta ựã thu ựược năng suất 7 tấn/ha ở Philippine (De Datta và Beachell, 1972), ở Peru

là 7,2tấn/ha (Kawano, 1972) và 5,4 tấn/ha ở Nigieria (Abifarin, 1972) [60]

Hiện nay, các phương thức canh tác lúa cạn trên thế giới rất phong phú, bao gồm từ du canh ở Malaysia, Philippine, Tây Phi và Peru ựến hình thức canh tác ựược trang bị cơ giới hiện ựại ở một số nước Mỹ Latin như Braxin, Colombia

Năm 1997, toàn châu Mỹ Latin có hơn 3,5 triệu ha trồng lúa cạn và lúa nước trời Theo CIAT (1973), năng suất lúa cạn trung bình ựạt 1,3 tấn/ha Braxin có diện tắch trồng lúa cạn lớn nhất, 3,5 triệu ha trên 5,4 triệu ha diện tắch trồng lúa Năng suất ựạt từ 1,2-1,5 tấn/ha (De Datta và Beachell, 1972) [60], [65]

2.3.3.2 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn ở Việt Nam

Theo tác giả Bùi Huy đáp (1978) [8], canh tác lúa cạn ở Việt Nam bao gồm: hệ thống du canh theo công thức sản xuất nguyên thuỷ, ựơn giản nhất trêncác loại ựất dốc nên năng suất thấp; và hệ thống trồng lúa ựịnh canh trên các loại ựất cao, nương ựịnh canh hay trên các loại ựất màu cao ven sông, dọc biển hoặc ở các khu vực ựồng bằng, không có khả năng tưới nước nhưng có ựầu tư chăm bón nên năng suất có cao hơn Ở Việt Nam, diện tắch canh tác lúa khoảng 4,36 triệu ha, trong ựó có 2,2 triệu ha là ựất thâm canh, chủ ựộng

tưới tiêu nước, còn lại hơn 2,1 triệu ha là ñất canh tác lúa có những khó khăn Trong 2,1 triệu ha có khoảng 0,5 triệu ha lúa cạn và 0,8 triệu ha nếu gặp mưa

to, tập trung sẽ bị ngập úng và còn lại 0,8 triệu ha là ñất bấp bênh nước (Vũ Tuyên Hoàng, 1995) Năng suất lúa cạn, lúa nương hay năng suất lúa ở các vùng bấp bênh nước tưới rất thấp, chỉ ñạt trên dưới 10-12 tạ/ha, bằng 30-50% năng suất bình quân của cả nước Trong 30 năm trở lại ñây, công tác nghiên cứu, chọn tạo các giống lúa cạn, lúa chịu hạn ñang là một mục tiêu quan trọng của nhiều Viện, Trung tâm nghiên cứu quốc tế cũng như trong các chương trình chọn tạo giống quốc gia

Theo kết quả thống kê của Cục Khuyến nông-Khuyến lâm năm 2001, hiện cả nước có khoảng 199.921 ha lúa cạn, chủ yếu phân bố ở các tỉnh miền núi phía Bắc (54,3%); Tây Nguyên (25,3%) còn lại là vùng núi thuộc các tỉnh Bắc Trung bộ (6,0%); Duyên hải miền Trung (9,3%) Theo báo cáo của các ñịa phương, sản lượng lúa cạn toàn quốc năm 2001 ñạt khoảng 241 nghìn tấn Tuy chiếm một diện tích không lớn so với diện tích lúa nước nhưng lúa cạn là cây trồng truyền thống, là phương thức giải quyết lương thực tại chỗ ñối với ñồng bào các dân tộc ít người vùng núi Phát triển lúa cạn góp phần ổn ñịnh ñời sống, hạn chế du canh du cư ñốt nương làm rẫy, giữ gìn, bảo vệ môi trường sinh thái Tuy có vai trò quan trọng song sản xuất lúa cạn hiện còn rất nhiều hạn chế Các giống lúa cạn hiện nay chủ yếu làcác giống ñịa phương (99%) cao cây, năng suất thấp, bấp bênh (trên dưới 10 tạ/ha) và có xu hướng giảm dần Nguyên nhân chủ yếu là do lúa cạn ñược trồng theo phương thức quảng canh, ñất bị khai thác cạn kiệt, không ñược bón phân bổ sung Phần lớn ñất trồng lúa cạn là ñất dốc, hàng năm bị rửa trôi mạnh, ñộ phì ñất bị giảm nhanh chóng làm cho nguồn dinh dưỡng tự nhiên bị cạn kiệt Theo số liệu thống kê, trong những năm cuối Thế kỷ XX, diện tích gieo trồng lúa hàng năm biến thiên từ 6,77 triệu ha năm 1995 ñến 7,67 triệu ha năm 2000, trong ñó có 1,5-1,8 triệu ha thường bị thiếu nước và 1,5-2,0 triệu ha cần có sự ñầu tư ñể

chống úng khi gặp mưa to và tập trung Trong ựiều kiện ắt mưa, thiếu nước tưới kéo theo ảnh hưởng của mặn và phèn ở những vùng ựồng bằng ven biển

Năm 1995, năng suất lúa bình quân ựạt 36,9 tạ/ha và sản lượng ựạt 24,96 triệu tấn; ựến năm 2000 năng suất ựạt 42,4 tạ/ha và sản lượng ựạt 32,53 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2001) Mặc dù có sự gia tăng rõ rệt về năng suất

và sản lượng lúa, nhưng sự gia tăng ựó không ựồng ựều giữa các vùng Ngoài

2 vùng trồng lúa trọng ựiểm là đồng bằng sông Hồng (đBSH) và đồng bằng sông Cửu Long (đBSCL), còn các vùng khác như: Tây Nguyên (TN), Tây Bắc (TB), Bắc Trung bộ (BTB), đông Bắc bộ (đBB), đông Nam bộ (đNB)

và Duyên hải Nam Trung bộ (DHNTB) thì năng suất lúa chỉ bằng 62,3 ựến 95,6% năng suất bình quân chung cả năm của toàn quốc Nếu so sánh với vùng thâm canh chủ ựộng nước thì năng suất lúa ở vùng sinh thái khó khăn chỉ bằng 64,2-79,7%

Tại hội thảo tiềm năng, thách thức và triển vọng phát triển cây lúa cạn

ở những vùng sinh thái khô hạn vào ngày 24/4/2002 do Bộ NN và PTNT phối hợp với Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) tổ chức [10] ựã cho biết, hiện cả nước có khoảng 199.921 ha lúa cạn, chủ yếu phân bố ở các tỉnh miền núi phắa Bắc (54,3%); Tây Nguyên (25,3%) còn lại là vùng núi thuộc các tỉnh Bắc Trung Bộ (6,0%); Duyên hải miền Trung (9,3%) Sản lượng lúa cạn toàn quốc năm 2001 ựạt khoảng 241 nghìn tấn Tuy có vai trò quan trọng song sản xuất lúa cạn hiện còn rất nhiều hạn chế Các giống lúa cạn hiện nay chủ yếu là các giống lúa cạn ựịa phương (99%) cao cây, năng suất thấp, bấp bênh (trên dưới

10 tạ/ha) và có xu hướng giảm dần Dự kiến diện tắch lúa cạn sẽ duy trì ở mức 200.000 ha Sản xuất lúa cạn phải gắn liền với bảo vệ môi trường sinh thái, không phá rừng nhất là rừng ựầu nguồn ựể làm nương rẫy

Theo Nguyễn Gia Quốc 1994, [32] hiện nay sản xuất lúa cạn ở nước ta còn một số hạn chế ựó là:

+ Nó hoàn toàn phụ thuộc vào thiên nhiên; lượng mưa và tần suất mưa

là các yếu tố quyết ñịnh năng suất của lúa cạn

+ Giống lúa dài ngày lẫn tạp nhiều

+ ðầu tư kém và kỹ thuật canh tác rất ñơn sơ

+ Rất ít dùng thuốc bảo vệ thực vật

Từ những nguyên nhân trên dẫn ñến năng suất lúa cạn ở nước ta còn rất thấp chưa thoát khỏi cảnh ñói nghèo ðây là một trong những nguyên nhân dẫn ñến chặt phá rừng làm nương rẫy, làm xói mòn ñất và mất cân bằng sinh thái

2.3.4 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới và trong nước

2.3.4.1 Tình hình nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn trên thế giới

2.3.4.1.1 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu hạn

Ở những vùng cao thiếu nước hay vùng có hạn hán xảy ra thường xuyên thì rất khó có thể khắc phục bằng thủy lợi và các biện pháp kỹ thuật thông thường Vấn ñề sử dụng giống chống chịu hạn hán trở thành lựa chọn tối ưu ở các vùng trồng lúa thiếu nước

Năm 1958, Viện nghiên cứu lúa Quốc gia Ibazan của Nigeria ñã chọn tạo ñược giống Agbele từ tổ hợp lai 15/56 FAR03, có khả năng chống chịu hạn khá và cho năng suất cao [36] [37]

Những năm 50-60, tại Philippines tiến hành công tác thu thập, so sánh

và lai tạo các giống lúa cạn ñịa phương Tới năm 1970, các giống lúa như C22, UPLRi3, UPLRi5 ñược tạo ra với chiều cao cây vừa phải, ñẻ nhánh trung bình, nhưng năng suất khá cao và chất lượng gạo tốt Tiếp theo là giống UPLRi6 có tiềm năng năng suất khá, thấp cây, khả năng phục hồi tốt [36]

Tại Indonexia, công tác lai tạo, tuyển chọn phối hợp với nhập nội cũng ñược tiến hành và ñưa ra 2 giống là Gata, Gatifu phục vụ sản xuất ñạt hiệu quả

ðầu những năm 50, Thái Lan tiến hành thu thập và làm thuần các giống ñịa phương, ñã chọn lọc và phổ biến ở miền Nam ñược 2 giống lúa tẻ là Muang huang và Dowk payon, có tiềm năng năng suất 20 tạ/ha; một giống lúa nếp là Sew maejan phổ biến ở miền Bắc với năng suất 28 tạ/ha

Năm 1966, Trạm nghiên cứu lúa Yagambi thuộc Viện quốc gia phát triển Công-go (nay là INEAL, Zaire) giới thiệu giống R66 và OS6, cho năng suất cao và chống chịu hạn khá hơn Agbele (Jacquot, 1977) Giống OS6 ñược trồng rộng rãi ở Tây Phi, trích dẫn qua [36]

Cũng vào năm 1966, Viện IRAT, IITA và WARDA ñồng thời ñưa ra các giống như TOX86-1-3-1; TOX356-1-1; TOX718-1 và TOX78-2 (Dasgusta, 1983) Những giống này có khả năng chống chịu bệnh tốt, trích dẫn qua [36][37]

Trong suốt mùa khô năm 1974, hơn 2000 giống và các dòng lúa tuyển chọn từ Châu Á; Châu Phi; và Mỹ Latin ñược bố trí làm thí nghiệm trên ñồng ruộng của IRRI về khả năng chống chịu hạn Một tỷ lệ lớn nhất các giống lúa chịu hạn ñã ñược tìm thấy trong số các giống lúa cạn ñịa phương nhập từ Châu Phi, tiếp theo là từ Nam Mỹ và các giống ñược trồng trên ñồi dốc ở Lào Một vài giống lúa chín sớm, chống chịu hạn tốt, có ñộ nẩy mầm cao ñã ñược ñưa vào sản xuất là N22; Seratus Malam; Padi Tatakin; Rikuto Norin 21…Ngoài ra, con lai OS4 của phép lai giữa lúa cạn Châu Phi với lúa nước có khả năng chống hạn như bố mẹ chúng (như các giống lúa cạn Châu Phi) [63]

Năm 1980, Trung tâm Nông nghiệp Ibaraki, Nhật Bản ñã chọn tạo ñược giống lúa nếp cạn Sakitamochi, có khả năng chống ñổ, chống chịu sâu bệnh, năng suất cao và chất lượng tốt Năm 1991, chọn ñược giống Kantomochi 168 chất lượng nấu ăn nổi tiếng và chịu hạn tốt Năm 1992, chọn ñược giống Kantomochi 172 cho năng suất rất cao [36]

Năm 1976, chương trình hợp tác thành công của CIAT (Trung tâm nông nghiệp nhiệt ñới quốc tế) với ICA (Viện nông nghiệp Colombia) ñã ñưa

ra giống CICA-9, không chỉ ñược trồng như là một giống lúa nước ở Colombia mà còn trồng như một giống lúa cạn ở Costa Rica và Panama Giống này có tiềm năng năng suất cao và chống bệnh giỏi hơn các giống ñã trồng trước ñó [62][66]

ðể phát triển diện tích trồng lúa cạn ở Braxin, Viện Nông nghiệp Campinas (IAC) ñã tạo ra một loạt các giống lúa cao cây nhưng chịu hạn rất tốt như: IAC1246; IAC47; IAC25 Giống sau có thời gian sinh trưởng sớm hơn 10 ngày so với 2 giống trước và thoát ñược thời kỳ hạn ở ñịa phương

ñược biết tới với tên gọi là veranico [62][66]

IRRI là trung tâm nghiên cứu lúa rất lớn, có sự hợp tác với nhiều trung tâm khác như: IRAT; IITA; WARDA và CIAT ñể nghiên cứu về lúa cạn và lúa chịu hạn Trong thời gian từ 1972-1980, IRRI ñã tiến hành 3839 cặp lai ñể chọn giống Trong năm 1982, có trên 4000 dòng, giống ñược IRRI gửi tới thử nghiệm tại các nước cho việc ñánh giá chọn lọc phù hợp cho mỗi vùng sinh thái hạn [36][3]

Thông qua chương trình thử nghiệm quốc tế có tên là INGER, các ñợt thử nghiệm ñược tiến hành hàng năm có tên: IRLYN-M; IURYN-E; IURYN-M; IURON; IRDTN diễn ra ở nhiều vị trí thuộc các nước như: Ấn ðộ; Mianma; Nepal; Nigeria; Philippines; Thái Lan; Brazil; Bờ Biển Ngà; Việt Nam…và ngay tại IRRI ðặc biệt mở rộng với quy mô lớn từ năm 1990 [36]

Trong năm 2008, trên tạp chí “Rice Today”, Viện Nghiên cứu lúa quốc

tế cho biết họ ñã tạo ra giống lúa mới thế hệ ñầu tiên có tên là “Aeorobic rice” Giống mới này là kết quả lai tạo từ giống lúa cao sản mới với giống lúa truyền thống có khả năng chịu hạn, năng suất thấp Aeorobic rice có thể sinh trưởng ở các vùng ñất khô như các giống ngô, thay vì các cánh ñồng ngập nước nhưn truyền thống Một số dòng thuộc giống lúa mới này hiện ñang ñược trồng thử nghiệm tại những khu vực thường bị hạn hán ở miền nam Châu Á

Vào tháng 5 năm 2009, tại Hội nghị thường niên của Chương trình nghiên cứu và phát triển lúa cho vùng khó khăn (CURE), TS David Johson-ðiều phối trưởng Chương trình cho biết: ñã nghiên cứu và xác ñịnh ñược một

số giống có năng suất cao, ổn ñịnh, chịu hạn tốt, cao hơn 2 lần so với ñối

chứng, ví dụ IR74371-70-11, IR 55419, vv ñã và ñang ñưa vào sản xuất

2.3.4.1.2 Nghiên cứu về kiểm soát di truyền một số tính trạng của các giống

lúa chịu hạn

* Nghiên cứu kiểm soát di truyền tính chịu hạn

Theo các chuyên gia của CGIAC (Nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế), bản ñồ gen là yêu cầu trước hết cho phân tích di truyền tính trạng chống chịu với các stress phi sinh học (abiotic stresses) bao gồm: hạn, úng, lạnh,…và ñồng thời nó là tiêu chuẩn trong chọn giống cây trồng hiện ñại [2]

Theo John C.O’Toole (1989) trích dẫn qua [49], một kỹ thuật mới xuất hiện trong chọn tạo giống ngô và lúa chịu hạn là kỹ thuật RFLP (Restriction Pragment Length Polymorphism) - kỹ thuật về tính ña hình của các chiều dài các ñoạn cắt hạn chế Bản ñồ RFLP cung cấp các chỉ thị phân tử có thể ứng dụng trong phương pháp chọn lọc dựa trên kinh nghiệm hoặc trong phương pháp chọn giống có kiểu hình lý tưởng liên quan ñến tính chịu hạn ở cây trồng Ví dụ, các ñặc ñiểm sinh trưởng hoặc các ñặc trưng sinh lý có liên quan ñến khả năng chịu hạn của ngô và lúa nói ở trên sẽ ñược làm sáng tỏ bằng kỹ thuật RFLP

Cũng theo O’Toole (1989), trích dẫn qua [49], các nhà nghiên cứu thuộc trường ðại học Cornell (Mỹ) ñã tiến hành nghiên cứu kỹ thuật lập bản

ñồ RFLP (RFLP mapping) trên cây lúa từ năm 1985 Kết quả nghiên cứu bộ gen cây lúa kết hợp với chỉ thị RFLP giúp hình thành nên nhiều mô hình kiểu cây lý tưởng tương ứng với các ñiều kiện môi trường khác nhau

Các tính trạng chống chịu với khô hạn, măn hay lạnh…là các tính trạng

số lượng (Quantitative Traits Locus) Do vậy, phải tiến hành xây dựng bản ñồ tính trạng số lượng (QTL mapping) Người ta quan sát từ ñầu ñến cuối bộ genome với những marker bao phủ toàn bộ các nhiễm sắc thể, mật ñộ trung bình 10 cM (centi Morgan) giữa hai marker Thông qua ñó, người ta xác ñịnh những khu vực giả ñịnh có chứa các gen ñiều khiển tính trạng số lượng mà ta