Nghiên cứu đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ minituber của một số giống khoai tây nguồn tuberosum và andigena trồng bằng phương pháp khí canh

BỘ GIÁO DỤC & ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PHẠM VĂN TUÂN NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN, SỰ HÌNH THÀNH CỦ, NĂNG SUẤT CỦ MINITUBER CỦA MỘT SỐ GIỐNG KHOAI TÂY NGU

BỘ GIÁO DỤC & ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

PHẠM VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU ðÁNH GIÁ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN, SỰ HÌNH THÀNH CỦ, NĂNG SUẤT CỦ MINITUBER CỦA MỘT SỐ GIỐNG KHOAI TÂY NGUỒN TUBEROSUM VÀ ANDIGENA

TRỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ CANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Mã số : 604280

Người hướng dẫn: GS.TS NGUYỄN QUANG THẠCH

HÀ NỘI – 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa 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 cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Phạm Văn Tuân

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Lý Anh và tập thể cán bộ Viện Sinh học Nông nghiệp ñã giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình tôi làm việc và thực hiện ñề tài nghiên cứu của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới ban lãnh ñạo Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Sinh học, Viện ñào tạo sau ñại học, các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ Sinh học Thực vật ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi về kiến thức và chuyên môn trong suốt 2 năm học tập và làm luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới gia ñình, người thân và bạn bè ñã cổ vũ, ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện ñề tài

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 9 năm 2012 Tác giả luận văn

Phạm Văn Tuân

2.1.4 Hiện tượng thoái hóa giống ở khoai tây và biện pháp khắc phục 14

2.2.1 Giới thiệu về sơ ñồ hệ thống sản xuất giống khoai tây 17

2.2.3 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yêu tố kỹ thuật ñến nhân

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 31

4.1 Nghiên cứu sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và

4.1.1 Các giai ựoạn sinh trưởng, phát triển của một số giống khoai tây

4.1.2 động thái tăng trưởng chiều cao cây của một số giống khoai tây

4.1.3 động thái tăng trưởng số lá của một số giống khoai tây nguồn

4.1.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của một số giống khoai

4.2 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ minituber

của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng

phương pháp khắ canh có chiếu sáng bổ sung (cường ựộ chiếu sáng

4.2.1 Thắ nghiệm 1: đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ,

năng suất củ minituber của giống khoai tây Diamant nguồn Tuberosum trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung (cường ựộ chiếu sáng 1500lux, thời gian chiếu sáng 14h Ờ 18h hàng ngày) 51

4.2.2 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây Solara nguồn Tuberosum trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung(cường ựộ chiếu sáng 1500lux, thời

4.2.3 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây Atlantic nguồn Tuberosum trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung(cường ựộ chiếu sáng

4.2.4 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây KT2 nguồn Andigena trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung(cường ựộ chiếu sáng 1500lux) 59

4.2.5 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây KT3 nguồn Andigena trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung(cường ựộ chiếu sáng 1500lux, thời

4.2.6 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây PO7 nguồn Andigena trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung(cường ựộ chiếu sáng 1500lux, thời

4.2.7 đánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ

minituber của giống khoai tây VC3 - 86 nguồn Andigena trồng trong ựiều kiện có chiếu sáng bổ sung (cường ựộ chiếu sáng

DANH MỤC BẢNG

2.2 Thành phần hóa học trong khoai tây tính theo trọng lượng chất tươi 72.3 Thành phần dinh dưỡng của khoai tây tươi và khô so sánh với các

2.4 Lượng tiêu thụ (%) của khoai tây và lượng tiêu thụ khoai tây tính

2.5 Diện tích, năng suất, sản lượng và khoai tây giống trên thế giới 12

4.1 Các giai ñoạn sinh trưởng của các giống khoai tây nguồn Tuberosum

4.5 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của một số giống khoai

4.6 Phân loại cấp củ theo khối lượng củ giống của các giống khoai tây

4.7 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây

4.8 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây Solara

4.9 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây Atlantic

4.10 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây KT2

4.11 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây KT3

4.12 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây PO7

4.13 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng, phát triển, các

yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống khoai tây VC3 -

DANH MỤC HÌNH

4.1 ðặc ñiểm ra tia và hình thành củ của các giống nguồn Tuberosum 47

4.2 ðặc ñiểm ra tia và hình thành củ của các giống nguồn Andigena 48

4.5 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.6 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.7 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.8 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.9 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.10 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

4.12 Ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến năng suất của giống khoai

1 MỞ đẦU

1.1 đặt vấn ựề

Cây khoai tây (Solanum.Tuberosum L) là cây thân thảo họ cà, có nguồn

gốc ôn ựới, còn với Việt Nam thì nó chủ yếu ựược trồng vào vụ đông Xuân ở bắc bộ và một số vùng cao có ựiều kiện khắ hậu thắch hợp Khoai tây ựược xếp vào hàng cây lương thực thứ tư của thế giới sau lúa mì, lúa gạo và ngô, ngoài ra cây khoai tây còn là loại cây rau và cây thực phẩm giàu năng lượng

Việt nam có tiềm năng lớn về sản suất khoai tây, ước tắnh có khoảng 400

000 ha ựất có thể dùng cho việc trồng khoai tây (Trương văn Hộ và các ựồng tác giả 1992) Năm 1979 Ờ 1980, tổng diện tắch trồng khoai tây ựã ựạt tới 93 886 ha với năng suất chỉ ở mức 9,29 tấn/ha và tổng sản lượng là 872 200 tấn (Nhà xuất bản thống kê, Hà nội 1992) Tuy nhiên, trong nhưng năm gần ựây, tổng diện tắch trồng khoai tây của cả nước chỉ dao ựộng trong khoảng 30 000 ựến 40 000 ha với năng suất bình quân khoảng 13,0 tấn/ha (thấp hơn mức bình quân của thế giới, 16,8 tấn/ha) và tổng sản lượng nằm trong khoảng 390 000 ựến 520 000 tấn

Có rất nhiều nguyên nhân, trong ựó nguyên nhân chắnh là chưa có củ giống sạch bệnh ựủ cung cấp cho sản xuất

Theo đào Huy Chiên, 2011, nguồn khoai tây giống sử dụng tại Việt nam

có hai nguồn: Nguồn Andigena xuất xứ từ Châu Mỹ do trung tâm khoai tây quốc tế(CIP) ựưa vào như: KT2, KT3, VC 3 Ờ 86, PO7Ầ Nguồn Tuberosum cũng có xuất xứ từ Châu Mỹ nhập vào Châu Âu và chọn lọc theo hướng khác với ựiều kiện Châu Mỹ thâm nhập vào nước ta bằng con ựường nhập nội giống như: giống Diamant, Solara, AtlanticẦ Các giống khoai tây thuộc hai nguồn Tuberosum và Andigena ựã ựược ựánh giá các ựặc tắnh nông sinh học khác nhau bằng phương pháp trồng thực ựịa nhưng chưa ựược nghiên cứu trồng bằng phương pháp khắ canh Việc nghiên cứu ựánh giá các ựặc tắnh nông sinh học của

một số giống khoai tây thuộc hai nguồn trên trồng bằng phương pháp khí canh

có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng quy trình trồng và nhân giống bằng

kỹ thuật khí canh sau này

Ở Việt Nam, Viện Sinh học Nông nghiệp là cơ quan nghiên cứu ñi ñầu trong việc cập nhật, hình thành hệ thống nhân giống khoai tây bằng phương pháp khí canh ñã thu ñược những kết quả rất khả quan từ năm 2006 trên một số giống nhất ñịnh Nhưng ñể áp dụng phương pháp khí canh ra sao với từng giống khoai tây cụ thể thì chưa ñược nghiên cứu sâu nên nhằm phát huy ưu thế của phương pháp khí canh cũng như hướng ñi sắp tới cho việc sản xuất giống khoai

tây sạch bệnh, chúng tôi thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu ñánh giá sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, năng suất củ minituber của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh”

1.2 Mục ñích và yêu cầu của ñề tài

* Mục ñích:

Tìm hiểu ñược sự khác biệt về sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ,

số tia củ/cây, năng suất số củ/cây của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum

và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh

Xác ñịnh ñược tác ñộng của chiếu sáng bổ sung ñến sinh trưởng phát triển, sự hình thành củ, số tia củ/cây, năng suất số củ/cây của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh

* Yêu cầu:

- Tìm ra ñược ñặc tính nông sinh học của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh ñể chủ ñộng ñiều khiển sự ra tia, ra củ, số tia củ/cây, số củ/cây

- Tìm ra ảnh hưởng của chiếu sáng bổ sung ñến một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

* Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của ñề tài sẽ cung cấp các dẫn liệu khoa học mới có ý nghĩa về khả năng sinh trưởng, phát triển và hình thành củ của một số giống khoai tây nguồn Tuberosum và Andigena trồng bằng phương pháp khí canh

Tìm hiểu ñược vai trò của chiếu sáng bổ sung trong sản xuất khoai tây giống bằng phương pháp khí canh

* Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu là cơ sở xây dựng quy trình sản xuất giống khoai tây cho hai nhóm giống nguồn Andigena và Tuberosum bằng phương pháp khí canh

2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

2.1 Giới thiệu về cây khoai tây

- Loài Solanum tuberosum L

Về mặt phân loại thực vật, cây khoai tây thuộc chi Solanum gồm 160 loài có

khả năng cho củ (Hawkes, 1978; Mc Collum, 1992) Cây khoai tây thuộc nhóm

cây thân thảo, họ cà (Solanaceae) Hiện nay, theo tổng kết có khoảng 20 loại khoai tây thương phẩm, chúng ñều thuộc loài Solanum tuberosum L và ở thể tứ

bội (tetraploid) (2n = 4x = 48), có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao (Võ Văn Chi và Cs, 1969; Mc Collum, 1992)

Dựa vào chỉ tiêu phân loại thì khoai tây có 8 nhóm thuộc loại trồng và 91 nhóm thuộc loại dại Căn cứ vào số cặp nhiễm sắc thể thì khoai tây khá ña dạng,

có từ nhị bội thể ñến lục bội thể

Bảng 2.1: Số nhiễm sắc thể trong các nhóm giống

Nhóm giống Số nhiễm sắc thể Loại bội thể

(Bulletin 6, CIP Lyma Peru, 1986)

Trongloài , S.tuberosum, thì ssp.Tuberosum Và ssp.Andigena là hai loài phụ với 2n = 4X = 48thuoocj nhóm tứ bội

2.1.2 Nguồn gốc xuất xứ

Cây khoai tây (Solanum tuberosum) có nguồn gốc ở vùng núi cao Andes

thuộc Nam Châu Mỹ Theo CM Bucaxop xác ñịnh rằng khoai tây có nguồn gốc Nam Mỹ, thuộc các nước Chilê, Pêrru, Brazin, Bolyvia, trên các miền núi có khí hậu mát và ấm Vavilop cũng xác ñịnh rằng khoai tây có nguồn gốc từ Chilê, Pêrru, Bolyvia (Tạ Thu Cúc, 2000).Petroxieda, người ñầu tiên (Tây Ban Nha) ñã phát hiện ra cây khoai tây tại lưu vực sông Canca (Colombia), nơi thổ dân da ñỏ

cư trú vào năm 1538 (Lê Minh ðức, 1997) ðầu thế kỉ XVI những nhà hàng hải người Tây Ban Nha ñã ñem giống về và trồng ở nước họ Vào cuối thế kỉ XVI cây khoai tây ñược trồng ở Italya, ðức, Mỹ Năm 1586, một nhà hàng hải ñem khoai tây về trồng ở Anh Năm 1785, khoai tây ñược mang về trồng ở Pháp, từ

ñó, khoai tây ñược trồng rộng rãi ở các nước châu Âu

Khoai tây truyền bá vào Ấn ñộ năm 1615, vào Trung quốc năm 1700, vào

Bangladesh năm 1766 Những nhà truyền giáo ñem khoai tây vào châu Phi cuối thế kỉ XIX Ở Vệt Nam, khoai tây ñược ñưa vào năm 1890 do những nhà truyền giáo người Pháp ñem ñến Năm 1971, Trung tâm khoai tây Quốc tế (CIP) ñược thành lập với nhiệm vụ là nghiên cứu, phát triển khoai tây trên thế giới, ñặc biệt

2.1.3 Giá trị dinh dưỡng của cây khoai tây

Khoai tây thuộc nhóm thực phẩm cao cấp Hàm lượng dinh dưỡng trong

“củ” khoai tây rất phong phú, ña dạng, bao gồm tinh bột, protein, gluxit, các loại vitamin thành phần khoáng của khoai tây chủ yếu là P, Ca, Fe, Mg, K

Thành phần dinh dưỡng trong củ khoai tây khá phong phú và ña dạng gồm: Tinh bột, ñường, protein, gluxit, một số loại vitamin và khoáng chất khác, ñây là các yếu tố dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người Vì vậy mà củ khoai tây ñược ví như những “túi dinh dưỡng” với hàm lượng tinh bột và các chất dinh dưỡng khác rất cao

Trong 100g khoai tây luộc, cung cấp ít nhất 5% nhu cầu về protein, 3% năng lượng, 7 - 12% Fe, 10% vitaminB6và 50% nhu cầu vitamin C cho người/ngày ( Tạ Thu Cúc và cộng sự, 2000)

ðể sử dụng khoai tây, người ta chế biến theo nhiều cách ñể phù hợp với tập quán và thị hiếu của con người như luộc, rán, chiên, nướng, hấp, nấu súp, nấu cari, làm mứt Phụ phẩm của khoai tây ñược tận dụng ñể phục vụ cho công nghiệp hoá học: chiết xuất axit citric, chưng cất rượu, làm cao su nhân tạo, tráng phim ảnh Khoai tây còn là nguồn thức ăn phục vụ cho ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm (Tạ Thu Cúc, 2007)

Ưu thế của khoai tây là hàng hoá xuất khẩu tươi hoặc ñông lạnh cho nhiều nước trên thế giới, nhanh chóng thu ñược ngoại tệ

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong khoai tây tính theo trọng lượng chất tươi

Bảng 2.3 Thành phần dinh dưỡng của khoai tây tươi và khô so sánh

với các loại cây trồng khác

Vitamin Cây trồng

ðộ

ẩm

(%)

Năng lượng (kJ)

Protein thô (g)

Chất béo (g)

Chất xơ (g)

Ca (mg) Thiamin

e (mg)

Axit ascorbic (mg)

Ngô 11.5 1498 9.5 4.4 9.3 12 0.35 Rất ít 0.11

ðậu 11.8 1414 21.9 1.6 25.4 98 0.53 Rất ít 0.19

(Woolfe, 1987) Thành phần của khoai tây (tươi và khô) so với các cây lương thực, thực phẩm khác Số liệu tính trên 100g phần ăn ñược

Bảng 2.4 Lượng tiêu thụ (%) của khoai tây và lượng tiêu thụ khoai tây tính

theo ñầu người ở các nước khác nhau

Mục ñích sử dụng Quốc gia

Ăn tươi Chế biến Thức ăn

gia súc Củ giống Khác

Lượng tiêu thụ tính theo ñầu người Châu Á

không bị phân giải khi nóng và có thể có gây ñộc cho người khi ở nồng ñộ cao

và làm giảm hương vị (Storey & Davies, 1992)

Hàm lượng glycoalkaloid sẽ tăng lên trong quá trình bảo quản, ñặc biệt khi bảo quản ở ñiều kiện nhiệt ñộ tương ñối thấp và sau khi ñưa ra ánh sáng (Storey & Davies, 1992)

2.2 Sự phát triển sản xuất khoai tây

Trên thế giới

Theo CIP (International Potato Center - Trung tâm nghiên cứu khoai tây thế giới) tính ñến năm 1998 ñã có 130 nước trên thế giới trồng khoai tây với tổng diện tích là 18,3 triệu ha, tổng sản lượng là 295,1 triệu tấn, năng suất trung bình 16 tấn/ha (Nguyễn Quang Thạch, Hoàng Minh Tấn, Frei U, Wenzel G, 1993) Trong ñó Trung Quốc với sản lượng 62,036 triệu tấn/năm, tiếp ñó là Mỹ với sản lượng 23,404 triệu tấn/năm là hai nước dẫn ñầu thế giới Hiện nay, diện tích trồng khoai tây ở Trung Quốc ñã ñạt 4,7 triệu ha, tổng sản lượng chiếm 28% khoai tây các loại ðối với những nước có nền công nghiệp phát triển xu hướng chung là giảm diện tích trồng và tăng sản lượng bằng cách sử dụng khoai tây có năng suất cao, chống chịu tốt với những ñiều kiện bất lợi, cùng với việc áp dụng các biện pháp kĩ thuật hiện ñại, công nghệ cao Ở những nước ñang phát triển,

do mức ñộ gia tăng về dân số, nhu cầu về lương thực, thực phẩm ngày càng cao, cùng với lúa, lúa mì, ngô góp phần quan trọng ñể ñảm bảo an ninh lương thực cho con người xu hướng chung là tăng sản lượng khoai tây bằng cả diện tích và năng suất Trong 30 năm qua ở khu vực các nước ñang phát triển năng suất bình quân tăng từ 8 tấn/ha lên 13 tấn/ha Tuy nhiên, năng suất ñó vẫn là một khoảng cách xa so với năng suất khoai tây ở các nước tiên tiến và ngày nay với chính tiềm năng năng suất của các vùng này, các nghiên cứu của CIP chỉ ra rằng: Không có lý do nào ñặc biệt gây ra giới hạn năng suất ở các nước nhiệt ñới và cận nhiệt Các thí nghiệm ở Senegal với giống và ñiều kiện canh tác thích hợp

ñã cho năng suất tới 36 tấn/ha Một trong những nguyên nhân làm hạn chế năng

suất khoai tây ở các nước ựang phát triển là thiếu củ giống có chất lượng tốt Sự tiếp cận với giống mới và củ giống có chất lượng có vai trò quan trọng trong nâng cao năng suất thông qua việc thay thế các củ giống chất lượng kém bằng củ giống có chất lượng tốt và sạch bệnh Ở Ethiopia, sự thiếu hụt giống có chất lượng tốt là yếu tố hạn chế năng suất và hiệu quả sản xuất khoai tây(Hồ Hữu An

và đinh Thế Lộc, 2005)

Ở Hàn Quốc, việc thay thế giống có chất lượng cao ựã làm tăng năng suất khoai tây trong những năm 1970 từ 11 tấn/ha lên 20 tấn/ha Hầu hết các nước thuộc Châu Á, Châu Phi và Châu Mĩ Latinh, nông dân sử dụng một phần sản phẩm thu ựược của vụ trước làm giống cho vụ sau đó chắnh là con ựường làm giảm nghiêm trọng chất lượng củ giống ở các quốc gia này để tăng năng suất khoai tây ở các nước này vấn ựề cần giải quyết là phải có một hệ thống sản xuất giống hoàn chỉnh ựể cung cấp giống thường xuyên, liên tục Nhờ quá trình thâm canh trong sản xuất nông nghiệp mà năng suất và sản lượng khoai tây trên thế giới không ngừng tăng lên, chúng ta ựã sử dụng những giống khoai tây mới có phẩm chất cao Khắc phục tình trạng thiếu giống do cây trồng bằng củ người ta

có hướng trồng khoai tây bằng hạt OP (Open Pollynated) nhằm nâng cao hệ số nhân giống Các nhà khoa học của trung tâm khoai tây thế giới ựã ựịnh hướng hạt khoai tây theo ưu thế lai Hiện nay, ngoài việc nghiên cứu tìm ra giống mới

có năng suất cao, phẩm chất tốt, chống chịu bệnh, người ta còn chú trọng công tác phục tráng giống nhằm nâng cao chất lượng khoai tây giống

Theo công bố của Tổ chức nông lương quốc tế (FAO) và Trung tâm khoai tây quốc tế (CIP) cho thấy tình hình sản xuất khoai tây của thế giới từ năm 1990 ựến 2009 ựã có những bước tiến ựáng kể Sản lượng khoai tây thế giới từ 279.32 (1990) tăng lên 330.67 triệu tấn (2009) Diện tắch trồng các năm ổn ựịnh xung quanh khoảng 19 triệu ha

Theo thống kê FAO (2007 Ờ 2008), diện tắch trồng khoai tây toàn thế giới có xu hướng giảm dần, từ 20.028.896 ha xuống 18.652.381 ha Năng suất tăng rõ vào năm

2006 và 2007, nhưng tăng không nhiều Do ñó, tổng sản lượng tăng không ñáng kể Lượng khoai tây giống ñược sản xuất cho trồng trọt nhiều hơn (Tạ Thu Cúc 2007)

Bảng 2.5 Diện tích, năng suất, sản lượng và khoai tây giống trên thế giới

Năm Diện tích

(ha)

Năng suất (tấn/ha)

Tổng sản lượng (tấn)

Khoai tây giống (tấn)

Tầm quan trọng của củ cây khoai tây trong ñảm bảo an ninh lương thực, giảm ñói nghèo ñược thể hiện ở việc Liên Hợp Quốc ñã quyết ñịnh chọn 2008 là năm khoai tây thế giới [52]

Năm 2010, ñã có 18,6 triệu ha ñất trên thế giới ñược dùng ñể trồng khoai tây Sản lượng trung bình là 17,4 tấn/ha Trang trại trồng khoai tây ở Hoa Kỳ ñạt sản lượng với 44,3 tấn/ha, nông dân New Zealand là những người sản xuất khoai tây có sản lượng cao nhất Thế giới, dao ñộng từ 60-80 tấn/ha, kỷ lục ñược ghi

nhận là 88 tấn/ha [44]

Ở Việt Nam

Tại Việt Nam, do ựặc ựiểm khắ hậu và ựịa hình, khoai tây chỉ có thể trồng vào vụ đông-xuân ở miền Bắc và gần như quanh năm ở một số vùng của tỉnh Lâm đồng đặc ựiểm ựặc biệt ở cây khoai tây là nhiệt ựộ cao sẽ làm cho cây sinh trưởng dinh dưỡng mạnh và sinh trưởng sinh thực kém Giai ựoạn hình thành và phát triển củ mà gặp nhiệt ựộ cao, cường ựộ ánh sáng mạnh, thời gian chiếu sáng dài sẽ làm cho cây tái sinh trưởng sinh dưỡng (second grow) và ngừng hoạt ựộng sinh trưởng sinh thực Như vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn ựến năng suất của khoai tây

T0C AS

350C 13h

Hình 2.1: Biến ựổi nhiệt ựộ và ánh sáng trong năm

Khoai tây là cây trồng lý tưởng cho vụ đông ở đồng bằng Bắc bộ nhưng chưa ựược phát triển ựúng với tiềm năng của nó Diện tắch trồng khoai tây ở đồng bằng Bắc bộ chỉ khoảng 30.000 ựến 40.000 ha trong khi diện tắch có thể trồng ựược khoai tây là 400.000 ha Năng suất trung bình của cây khoai tây ở nước ta chỉ ựạt 12 tấn/ha, trong khi ựó tại Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Úc, Mỹ và các nước Châu Âu năng suất trung bình ựạt 30-40 tấn/ha (Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Thị Lý Anh, 2004) Nguyên nhân chắnh của vấn

200C10,88h

ñề này là thiếu giống chất lượng cao Ngay với diện tích còn ít ỏi trên, chúng ta cũng chưa tìm ñược giải pháp thích hợp ñể tự túc giống khoai tây chất lượng cao Hơn 30 năm nghiên cứu của các Viện, Trường với các chương trình hợp tác, hỗ trợ của các tổ chức Quốc tế như FAO, CIP, GTZ… với chi phí nhiều triệu USD nhưng vẫn chưa mang lại kết quả mong muốn Nguồn giống chất lượng cao chủ yếu phải nhập nội từ Châu Âu với giá rất ñắt (18.000 – 20.000ñ/ kg giống) Gần ñây, hệ thống sản xuất giống khoai tây chất lượng cao bắt nguồn từ nuôi cấy mô

do Viện Sinh học Nông nghiệp, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội phối hợp với Viện Sinh học Nhiệt ñới – Thành phố Hồ Chí Minh và nhiều cơ quan khác nghiên cứu hoàn thiện ñã ñược triển khai sản xuất ở quy mô cấp Tỉnh Hệ thống này cho phép chủ ñộng sản xuất ñược khoai tây giống có chất lượng tương ñương nhập nội nhưng có giá hạ hơn (giảm khoảng 30 - 35% so với giống nhập nội) Tuy vậy, hệ thống này vẫn chưa ñáp ứng ñược ñủ nhu cầu về số lượng và giá giống còn khá cao, người sản xuất chưa thật sự chấp nhận Việc nhập một lượng lớn khoai thịt giá rẻ từ Trung quốc về làm giống vẫn diễn ra, gây thiệt hại cho ng-ười sản xuất và làm lan truyền nhiều loại sâu bệnh Sản xuất giống khoai tây tại miền núi, vùng cao như vùng Lâm ðồng có ưu ñiểm hơn về cách ly không gian

và thời gian sản xuất Tuy nhiên, tại những vùng này cũng có những khó khăn nhất ñịnh, như dễ bị nhiễm bệnh héo xanh và khó khăn trong vận chuyển

2.1.4 Hiện tượng thoái hóa giống ở khoai tây và biện pháp khắc phục

Sự thoái hóa giống khoai tây là hiện tượng khi sử dụng giống tại chỗ và trồng liên tiếp nhiều vụ cây sẽ sinh trưởng kém, cây thấp, lá xoăn, thân có vết loang lổ, dị dạng, củ nhỏ dẫn ñến giảm năng suất (Vũ Triệu Mân, 1990); Nguyễn Văn Viết, 1991) Theo Nguyễn Quang Thạch, Hoàng Minh Tấn, Frei U, Wwnzel G (1993) có hai nguyên nhân chính gây nên hiện tượng này ñó là bệnh

lý (nhiễm virus) hoặc do sinh lý (củ giống bị già sinh lý do bảo quản quá lâu trong ñiều kiện nóng ẩm)

Thoái hóa do virus và biện pháp khắc phục

* Hiện tượng thoái hóa giống do virus

Hiện tượng thoái hóa giống khoai tây do virus ñã ñược Parmentier phát hiện năm 1786 nhưng phải mất một thế kỷ sau người ta mới xác ñịnh ñược ñặc tính virus và khẳng ñịnh chúng chính là nguyên nhân gây ra hiện tượng này Qua nghiên cứu cho thấy cây khoai tây chính là kí chủ của 60 loại virus gây bệnh cho cây trồng, có 33 loại gây hại cho khoai tây, trong ñó có 6 loại ñiển hình:

- PRLV (Potato LeafRoll Virus) gây cuốn lá, giảm năng suất 40 – 90%

- PVY (Potato Virus Y) gây xoăn lá, khảm lá, giảm năng suất 50 – 90%

- PVA (Potato Virus A) gây khảm lá làm giảm năng suất tới 50%

- PVX (potato Virus X) gây khảm lá nhưng không biến dạng, giảm năng suất 10 – 25%

- PVM (Potato Virus M) gây cuốn lá nhẹ ở ngọn, khảm gân lá, giảm năng suất 60 – 70%

- PVS (Potato Virus S) triệu chứng ẩn, có thể làm giảm diện tích lá, gây

ñổ cây, giảm năng suất 10 – 15%

Sáu loài virus trên có tính phổ biến rộng với nồng ñộ cao gây thiệt hại có

ý nghĩa kinh tế ở khoai tây (Mai Thị Tân, 1998)

Khi xâm nhiễm vào cây, virus tấn công vào các mô, tế bào làm thay ñổi quá trình trao ñổi chất ở cây, chúng tồn tại trong các mô, cơ quan sinh dưỡng và lan truyền từ cây mẹ sang cây con qua sinh sản sinh dưỡng Chính vì vậy bệnh virus rất nguy hiểm với những giống cây trồng nhân vô tính bằng củ, giâm cành, chiết cành, …

Bệnh virus còn ñược lan truyền qua các véc tơ như côn trùng hay qua tiếp xúc cơ giới Các loại rệp, nhện trích hút cây khoai tây mang virus rồi truyền cho cây khỏe

* Biện pháp khắc phục thoái hóa do virus

- Kĩ thuật làm sạch virus:

Một số nghiên cứu ñã cho thấy ở ñỉnh sinh trưởng những cây khoai tây bị

nhiễm virus vẫn có một phần mô ñỉnh không bị nhiễm virus (Meristem) Từ năm

1919 Lymsse, Cornet và Kassanis ñã áp dụng phương pháp nuôi cấy ñỉnh sinh trưởng ñể tạo cây sạch virus cho khoai tây cũng như ở cây thuốc lá

- Tạo giống chống chịu virus:

Việc tạo ñược giống khoai tây chống chịu virus là ñiều kiện lý tưởng ñể khắc phục hiện tượng thoái hóa giống Do vậy, hàng loạt các nghiên cứu tạo giống khoai tây sạch virus ñã ñược tiến hành, trong ñó, các phương pháp tạo giống cổ ñiển như lai tạo, gây ñột biến, chọn lọc, … vẫn là các phương pháp phổ

biến Tuy nhiên, loài khoai tây Solanum tuber L là thể tứ bội nên tỉ lệ phân ly

lớn, quá trình chọn lọc mất nhiều thời gian

Qua kết quả nghiên cứu của Wenzel và CTV (1991); Nguyễn Quang Thạch dưới sự hướng dẫn của Wenzel (1993) ñã dung hợp thành công tế bào trần khoai tây và tạo ra thể lai soma mang ñặc tính kháng virus Y và ñã ñề nghị một sơ ñồ cải lương giống khoai tây Ackersegen tại Việt Nam theo hướng chống chịu virus Y Gần ñây nhất, các tác giả Nguyễn Quang Thạch, Vũ Thị Hằng, Nguyễn Thị Hương (Viện Sinh học Nông nghiệp – Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội) ñã nghiên cứu thành công quy trình làm sạch virus X và Y cho giống khoai tây KT2 bị thoái hóa Hiện ñang tiếp tục tiến hành làm sạch virus trên các giống KT3, VC38-6

Hiện tượng thoái hóa do sinh lý và biện pháp khắc phục

* Hiện tượng thoái hóa do sinh lý

Thoái hóa là sự biến ñổi về chức năng của cây khoai tây với môi trường ngoài, khi có sự thay ñổi về ñất ñai và khí hậu vượt quá giới hạn khả năng thích nghi của cây Tuổi sinh lý của củ giống ñược tính bằng thời gian từ lúc chúng hình thành cho ñến khi trồng lại Do vậy, thời gian bảo quản càng dài củ giống càng có tuổi sinh lý cao hay nói cách khác chúng bị già sinh lý

Thoái hóa do sinh lý ảnh hưởng trực tiếp ñến sinh trưởng, phát triển và năng suất khoai tây Thí nghiệm tại Pháp liên tục 5 năm liền với giống khoai tây Bintje ở các tuổi sinh lý khác nhau cho thấy: trồng khoai tây bằng củ giống trẻ sinh lý sẽ cho củ có kích thước lớn hơn nhiều Năng suất khoai tây ở các nước

đông Nam Á bị giảm rõ rệt là do củ giống phải bảo quản trong ựiều kiện nóng

ẩm trong một thời gian dài Thắ nghiệm tại Philippin cho thấy khoai tây trồng từ nguồn giống có thời gian bảo quản ngắn (5 tháng) cho năng suất cao hơn hẳn giống có thời gian bảo quản dài (9 tháng) (Nguyễn Quang Thạch, 1993)

Ở Ấn độ, hàng năm sản xuất khoảng 13 triệu tấn khoai tây, chủ yếu củ giống phải bảo quản trong ựiều kiện nhiệt ựộ từ 30 Ờ 440C, nên khi củ giống ựược bảo quản lạnh ựã làm tăng năng suất lên 58% so với ựối chứng

* Biện pháp khắc phục hiện tượng thoái hóa do sinh lý

- Làm chậm sự già hóa bằng bảo quản lạnh

- Trồng thêm một vụ muộn ựể rút ngắn thời gian bảo quản giống

Trong những năm gần ựây, các nghiên cứu xây dựng hệ thống sản xuất củ giống khoai tây chất lượng cao bắt nguồn từ nuôi cấy mô ựã ựạt ựược các kết quả khả quan và bước ựầu ựã hình thành ựược mô hình sản xuất củ giống sạch bệnh theo quy mô công nghiệp Hiện tại, một số dự án lớn về sản xuất khoai tây sạch bệnh ựang ựược triển khai tại một số ựơn vị: Viện Sinh học Nông nghiệp Ờ đại học Nông nghiệp Hà Nội; Trung tâm Nghiên cứu cây có củ - Viện Cây lương thực và thực phẩm, Ầ Kết quả của các dự án bước ựầu ựã cung cấp ựược một số lượng giống khoai tây chất lượng cao cho các tỉnh ựồng bằng sông Hồng

và một số tỉnh vùng núi phắa Bắc

2.2 Các nghiên cứu về kỹ thuật nhân giống khoai tây

2.2.1 Giới thiệu về sơ ựồ hệ thống sản xuất giống khoai tây

Với giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị kinh tế mà cây khoai tây mang lại, việc tập trung nghiên cứu trên cây khoai tây trong vấn ựề chọn tạo giống có năng suất chất lượng cao, ựặc biệt là vấn ựề nhân giống khoai tây (vì khoai tây là cây nhân giống vô tắnh, có hệ số nhân giống thấp) ựã ựược ựầu tư rất nhiều

Hiện nay nguồn giống sử dụng trong sản xuất chủ yếu là từ 4 nguồn là:

* Nhập nội từ Trung Quốc (chủ yếu bằng con ựường tiểu ngạch, không kiểm soát ựược chất lượng, dịch bệnh) chiếm khoảng 60%

* Nhập nội từ các nước châu âu (Hà Lan, đứcẦ) chiếm khoảng 10% nhưng với giá thành cao (chủ yếu dùng ựể nhân giống cung cấp cho vụ sau)

* Nguồn giống tự ñể ñang cần xóa bỏ

* Tự sản xuất trong nước theo hệ thống sản xuất giống quy chuẩn bắt nguồn từ nuôi cấy mô cho củ giống ñảm bảo chất lượng như nhập nội nhưng số lượng còn hạn chế và chưa có tổ chức hệ thống sản xuất giống ở quy mô ñại trà

 Chính vì vậy mà cần phải xây dựng hệ thống sản xuất củ giống tại chỗ với quy mô phù hợp ñể chủ ñộng nguồn giống trong nước, thay thế cho nhập nội

Hệ thống sản xuất củ giống ñã ñược nghiên cứu và hình thành ở nhiều nước trên thế giới Tham khảo và tổng hợp các hệ thống ñó, ñồng thời tiến hành nghiên cứu áp dụng tại Việt Nam thì Viện Sinh học Nông nghiệp cũng ñã ñưa ra

sơ ñồ hệ thống sản xuất giống như sau:

Sơ ñồ hệ thống sản xuất giống khoai tây

(Từ vật liệu nuôi cấy mô ñến giống xác nhận)

1 Vật liệu khởi ñầu: Go TB cây ban ñầu (Trong PTN)

2 Siêu nguyên chủng:

- Cây giống nhỏ G1 Sản xuất trong PTN, bồn mạ -

- Củ bi(minituber) G2 Sản xuất trong nhà lưới

2.2.2 Các kỹ thuật áp dụng

để sản xuất lượng giống lớn có chất lượng cao thì ựòi hỏi phải có hệ thống sản xuất giống Theo sơ ựồ hệ thống sản xuất giống ở trên thì khởi nguồn của hệ thống là công nghệ nuôi cấy mô trong tạo nguồn cây giống sạch bệnh ban ựầu(Trần Văn Ngọc, Nguyễn Văn Uyển, Trương Văn Hộ, 1995)

2.2.2.1 Công nghệ nuôi cấy mô

Công nghệ nuôi cấy mô - tế bào thực vật là một trong những công nghệ quan trọng của Công nghệ Sinh học, nó là nền tảng ựể nghiên cứu và áp dụng các công nghệ khác trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật Công nghệ nuôi cấy mô tế bào thực vật ựã ựược du nhập vào nước ta từ những năm 1960 tại miền Nam và vào ựầu những năm 1970 tại miền Bắc Tuy nhiên chỉ từ cuối những năm 1980 trở lại ựây công nghệ mô - tế bào mới phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng, nhiều phòng thắ nghiệm, nghiên cứu ựã ựược xây dựng và triển khai ở hầu khắp các tỉnh thành trong cả nước Lĩnh vực áp dụng rộng rãi công nghệ nuôi cấy mô - tế bào thực vật là lĩnh vực nhân giống, bảo quản nguồn gen cây trồng (Trần Văn Ngọc, Nguyễn Văn Uyển, Trương Văn Hộ,1995) Rất nhiều ựối tượng cây trồng ựã ựược nhân bằng công nghệ nuôi cấy mô trong ựó có cây khoai tây Tại thời ựiểm công nghệ này mới ựược ứng dụng rộng rãi thì ựược coi như một bước ựột phá trong nhân nhanh giống khoai tây sạch bệnh

Tại đà Lạt từ những năm 1980 ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô vào sản xuất giống khoai tây sạch bệnh là tiến bộ kỹ thuật ựặc biệt thành công Với thành công này, các giống mới ựược nhân và phát triển rộng rãi với một tốc ựộ ựáng kinh ngạc: trong vòng 3 năm, 1980-1983, hầu như toàn bộ diện tắch trồng khoai tây của đà Lạt (400/ha/năm) ựã ựược phủ kắn bằng những giống mới nhập nội từ CIP, có khả năng thắch ứng và kháng mốc sương tốt đây là tiến bộ kỹ thuật mang tắnh ựặc thù nhờ ựiều kiện khắ hậu ựặc biệt thuận lợi có thể nhân giống quanh năm với quy mô lớn và sáng kiến xây dựng mô hình pilot nông dân

của Viện khoa học Việt Nam Nhờ thành công này, năng suất khoai tây trung bình tại đà Lạt ựã tăng từ 8-9 tấn/ha trước 1980 lên 14-15 tấn/ha Ngày nay, sản xuất giống và khoai tây thực phẩm sử dụng cây giống sạch bệnh từ nuôi cấy mô

ựã là biện pháp kỹ thuật quen thuộc ựối với ựa số nông dân đà Lạt [52]

Mở rộng phát triển, cho ựến nay nhiều ựịa phương có thể duy trì và tự sản xuất giống khoai tây ở các cấp khác nhau phục vụ cho nhu cầu của mình, sản lượng năm sau cao hơn năm trước bắt nguồn từ nuôi cấy mô Tỉnh Thái Bình ựã sản xuất ựược 1,35 triệu củ giống siêu nguyên chủng, 50 tấn củ giống nguyên chủng và 700 tấn khoai tây giống cấp xác nhận Trung tâm giống cây trồng Nam định ựã sản xuất ựược 1,2 triệu củ giống siêu nguyên chủng, 207 tấn nguyên chủng và 1.600 tấn khoai tây giống cấp xác nhận ựạt chất lượng tốt Lạng Sơn là tỉnh miền núi và ựã áp dụng thành công công nghệ này Trung tâm nghiên cứu ứng dụng Khoa học và Công nghệ - Sở Khoa học Công nghệ Lạng Sơn áp dụng quy trình trên diện tắch 1 ha nhà lưới, thời gian 2007-2008 ựã sản xuất ựược 700.000 tấn củ giống siêu nguyên chủng từ nuôi cấy mô Tỉnh tiếp tục phấn ựấu sản xuất ựược 1.000 tấn giống xác nhận vào năm 2010, ựáp ứng nhu cầu trồng cho 60% diện tắch khoai tây[46]

Xong với công nghệ này là hệ số nhân cây giống chưa cao (ựạt khoảng

3-4 lần/tháng) và ựiều quan trọng nhất là chi phắ cho xây dựng phòng nuôi cấy mô cũng như máy móc vật tư rất lớn( Nguyễn Thị Kim Thanh, 1998)

2.2.2.2 Kỹ thuật nhân giống bằng bồn mạ

Việc kết hợp biện pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô với các biện pháp nhân giống khác làm tăng số lượng, bảo ựảm ựộ sạch bệnh và giảm giá thành cây giống, ựáp ứng ựược số lượng cũng như tắnh thời vụ của cây khoai tây là hướng ựi hết sức ựúng ựắn ở tất cả các cơ sở sản xuất khoai tây giống sạch bệnh của nước ta để tăng hệ số nhân giống cao hơn so với nuôi cấy mô thì vấn ựề nhân cây bằng bồn mạ ựã ựược thực hiện và khá thành công ở đà Lạt với kỹ

thuật tạo bồn mạ Nhưng trong ựiều kiện miền Bắc Việt Nam, nơi chiếm 95% diện tắch trồng khoai tây của cả nước, việc ứng dụng kỹ thuật trên còn những ựiểm hạn chế, như ựiều kiện thời tiết không thuận lợi khi ra cây nuôi cấy mô, Ầ

Từ một số nghiên cứu của Bộ môn Sinh lý Thực vật và Viện Sinh học Nông nghiệp - Trường đHNNI, kỹ thuật ra cây cấy mô và nhân nhanh cây trong bồn

mạ ựã ựược cải tiến và hoàn thiện (đặng Thị Vân; Nguyễn Quan Thạch; Trần Khắc Thi, 1999; Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Thị Lý Anh, 2004) Tuy nhiên, hệ số nhân giống ở bồn mạ còn thấp (4 lần/tháng), cây sinh trưởng chậm Do vậy việc ựáp ứng một số lượng cây giống lớn (hàng chục vạn cây) ựể trồng vào thời ựiểm nhất ựịnh vẫn là câu hỏi lớn cần trả lời

2.2.2.3 Kỹ thuật thủy canh

Kỹ thuật thủy canh ựược nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất ựã ựược coi là một trong nhưng biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến ựem lại năng suất cao và hiệu quả kinh tế lớn trong sản xuất nông nghiệp Ngành công nghiệp thuỷ canh thương mại của thế giới ựã tăng từ 4 ựến 5 lần trong 10 năm qua Diện tắch canh tác bằng hệ thống thuỷ canh trên thế giới tăng mạnh mẽ: trong những năm

1940 chỉ là 10 ha thì ựến những năm 1970 ựã mở rộng khoảng 300 ha và những năm 80 ựã lên ựến 6,000 ha (Donnan, 1998) Tắnh ựến năm 2001, diện tắch này ước khoảng 20,000 ựến 25,000 ha ựạt giá trị sản xuất khoảng 6 - 8 tỷ USD

Các nước sản xuất thương mại các sản phẩm từ công nghệ thuỷ canh lớn nhất là Hà lan (10,000 ha), Tây Ban Nha (4,000 ha), Canada (2000 ha), Nhật bản (1,000 ha), New Zealand (550 ha), Úc (500 ha), Anh (460 ha), Mỹ (400 ha)

và Ý (400 ha) Những nước phát triển nhất về thuỷ canh ở châu Á bao gồm Singapore, đài Loan, Nhật bản, Trung Quốc, Hồng Kông, Hàn quốc, Malaysia

Các cây trồng chủ yếu bằng hệ thống hydroponic là cây rau (cà chua, dưa chuột, ớt, cà, ựậu, xà lách, củ cải, hành lá); các loại hoa cắt (cúc, hồng, cẩm chướng, ựồng tiến); cây ăn quả (dâu tây, các loại dưa.)

Ở Hà lan, sản xuất bằng hydroponics chiếm khoảng 50 % tổng giá trị sản lượng quả và rau sản xuất trong nước

Ở Canada hydroponic là phương pháp sản xuất rau phổ biến nhất trong nhà kắnh và chiếm khoảng 25 % tổng sản lượng rau của cả nước

Ở Nhật các sản phẩm từ hydroponic ựược trả tăng từ 20-30 % so với các phẩm sản xuất truyền thống do tắnh an toàn và không sử dụng thuốc hoá học

Về kỹ thuật thủy canh, Việt Nam ựi sau nhưng lại ựón ựầu trong việc áp dụng và phát triển Trước giai ựoạn 1995, phương pháp trồng cây trong dung dịch chủ yếu ựược sử dụng tại các trường ựại học, các Viện nghiên cứu ựể nghiên cứu về dinh dưỡng khoáng của cây trồng Từ năm 1995 với sự hợp tác và trợ giúp của công ty RD Hong Kong và Trung tâm nghiên cứu phát triển Rau Châu Á (AVRDC), phương pháp thuỷ canh tĩnh ựược du nhập vào Việt Nam với mục ựắch dùng ựể sản xuất rau an toàn Các tác giả Nguyễn Quang Thạch (2005) , Võ Kim Oanh (2000), Vũ Quang Sáng (1999) ựã nghiên cứu ứng dụng và phát triển kỹ thuật này Kết quả nghiên cứu khẳng ựịnh có thể sử dụng kỹ thuật này vào việc sản xuất rau an toàn ở Việt Nam cho năng suất cao hơn, phẩm chất tốt hơn Ở các tỉnh phắa Nam phương pháp này cũng ựược áp dụng, rau ựược trồng theo phương pháp thuỷ canh hoàn toàn tự ựộng, ựược thiết kế bởi Phân viện Sinh học đà Lạt cùng trường đại học Bách khoa TP.HCM Phương pháp này hứa hẹn sẽ ựem lại nguồn rau sạch thật sự cho người tiêu dùng Phương pháp trồng rau thủy canh từ lâu ựã ựược nhiều quốc gia có nền nông nghiệp công nghệ cao ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, ở nước ta thì ựây vẫn là mô hình mới, còn xa lạ với nông dân Từ tháng 9 năm 2006, phương pháp trồng rau thuỷ canh ựược thử nghiệm tại Phân viện Sinh học đà Lạt Hệ thống thuỷ canh này không cần công chăm sóc bởi hệ thống tự cung cấp nước tưới, chế ựộ dinh dưỡng cho cây rau hoàn toàn tự ựộng Sau khi trồng thành công rau xà lách bằng phương pháp thuỷ canh, Phân viện Sinh học đà Lạt tiếp tục trồng khoai tây và cũng cho kết quả tốt [51]

Trên cây khoai tây, kỹ thuật thủy canh cũng ñã ñược áp dụng ñể nhân cây khoai tây cấy mô ñem lại kết quả khả quan với hệ số nhân ñạt 5-6 lần/tháng (Nguyễn Quang Thạch và cs, 2005) Song hạn chế của biện pháp này là chưa thể kiểm soát ñược dung dịch dinh dưỡng một cách tối ưu, rất khó tiến hành ñiều khiển tạo củ khoai tây và củ tạo ra bằng phương pháp này có tỷ lệ thối hỏng khá cao do củ bị ngâm trong môi trường nước Tập trung nghiên cứu ñể khắc phục vấn ñề này thì Viện Sinh học Nông nghiệp – Trường ðại học Nông nghiệp Hà nội

ñã lần ñầu tiên nghiên cứu, áp dụng kỹ thuật khí canh vào công tác nhân giống và

tạo củ giống khoai tây mini

2.2.2.4 Công nghệ khí canh

Công nghệ khí canh (Aeroponics technology ) ñược nghiên cứu và phát triển lần ñầu tiên tại trường ñại học Pia của Italya bởi Tiến sĩ Franco Massantini Hệ thống này bao gồm các ống phun dung dịch ñặt trong các thùng xốp nuôi cây Tiếp nối công trình này, các nhà khoa học Israel ñã cải tiến và cho ra ñời hệ thống Ein Geidi System (EGS), hệ thống này có sự kết hợp giữa kỹ thuật NFT và kỹ thuật khí canh, rễ cây vẫn nhúng trong dung dịch dinh dưỡng nhưng ñược làm hảo khí thường xuyên Tiếp sau ñó có hàng loạt các hệ thống tương tự ñược ra ñời như hệ thống Rainforest của Mỹ; hệ thống Schwalbach của úc Hệ thống Aero-Gro System (AGS) ñược xem là hệ thống cải tiến gần nhất có sử dụng thêm kỹ thuật siêu âm ñể tạo các thể bụi dinh dưỡng cung cấp cho rễ cây Kỹ thuật này ñược các nhà nghiên cứu Sinhgapore tiếp tục phát triển thành thiết bị Aero Green Technology ñược cấp bằng phát minh của mạng lưới nông nghiệp ñô thị Liên hợp quốc vào năm 2000 [45] NASA ñã lắp ñặt tổ hợp thiết bị gồm hệ thống khí canh và công nghệ màng

dinh dưỡng ñể trồng cây trong không gian) (Raymond M Wheeler, 2006)

Công nghệ này có những ưu ñiểm sau:

Môi trường hoàn toàn sạch bệnh, không cần dùng thuốc trừ sâu bệnh, chu trình khép kín từ trồng ñến thu hoạch, tiết kiệm nước và dinh dưỡng do có thể ñiều khiển tự ñộng hóa ñược thời gian phun dinh dưỡng, cây sinh trưởng nhanh

và cho năng suất cao, ñiều khiển ñược môi trường nuôi trồng Ngoài ra còn có những lợi ích: giảm chi phí về nước 98%, giảm chi phí về phân bón 95%, giảm chi phí về thuốc bảo vệ thực vật 99%, tăng năng suất cây trồng lên 45% ñến 75%

2.2.3 Các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yêu tố kỹ thuật ñến nhân giống trồng trọt cây trong khí canh

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thuỷ canh vào nhân giống cây trồng ñã ñược D.R Hoagland và D.I Arnon ở Trường ðH Califorlia tiến hành ñầu tiên vào năm 1938 Bằng kỹ thuật này họ ñã ñiều khiển cho cây ra rễ và sinh trường hoàn toàn trong dung dịch dinh dưỡng Tuy nhiên do những ñiều kiện kỹ thuật phức tạp (thông khí, kiểm soát hấp thu dinh dưỡng, pH của dung dịch, ) công nghệ này có nhiều nhược ñiểm nên không ñược ứng dụng Tiếp nối các công trình của Klotz, L.G. (1944), ñã tiến hành nghiên cứu trên cây có múi, cà phê, táo,

cà chua và phát hiện sự ra rễ của chúng rất thuận lợi và sạch bệnh khi trồng trong ñiều kiện phun mù dinh dưỡng cho bộ phận dưới mặt ñất Went, F.W (1957) ñã ñưa ra thuật ngữ khí canh (aeroponic) ñể chỉ các quá trình sinh trưởng của bộ rễ trong không khí ðến năm 1970, với công nghệ nhà kính ñã phát triển, các công ty hướng tới việc ứng dụng công nghệ khí canh ñể nhân giống cây trồng phục vụ mục ñích thương mại Năm 1982, Richard J Stoner ở ñại học Colorado Mỹ lần ñầu tiên ñã ñưa ra và áp dụng thành công công nghệ khí canh

ñể nhân giống cấy trồng bằng cách sử dụng việc phun dinh dưỡng kèm chất kích thích ra rễ ngắt quãng cho phần gốc của cành giâm trong các hộp nhân giống 20 lần/giờ (Richard J Stoner, 1983) Công nghệ ñã ñược tác giả liên tục nghiên cứu hoàn thiện cho phép ra ñời một công nghệ mới gọi là công nghệ RPB (Rapid Propagation Biotechnology) Công nghệ này ñược xem như là bước ñột phá trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất giống vô tính cây trồng Các nhà nhân giống in vitro gọi kỹ thuật này là thế hệ mới của công nghệ nhân giống và cho rằng ñây sẽ là phương pháp nhân giống vô tính cây trồng quan trọng của thế kỷ

21 Kỹ thuật này có thể thay thế phương pháp nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy

mô tế bào do có lắp ñặt hệ thống lọc khử trùng dung dịch và không khí buồng trồng Toàn bộ các khâu ñiều khiển pH, ñộ EC của dung dịch, nhiệt ñộ của dung dịch và môi trường ñều ñược tự ñộng hóa nhờ các phần mềm chuyên dụng Công nghệ này là sự phối hợp giữa công nghệ sinh học, công nghệ tin học, công nghệ vật liệu mới và công nghệ tự ñộng hóa Công nghệ này cho phép nhân ñược nhiều loại cây trồng, chu kỳ nhân giống nhanh hơn nhiều hơn, công suất tăng 30 lần so với kỹ thuật truyền thống, loại bỏ khâu khử trùng (môi trường, mẫu vật) rất phức tạp trong nuôi cấy mô, tiết kiệm lao ñộng, vật liệu, giảm giá thành Có thể nêu ví dụ việc ứng dụng công nghệ này trong sản xuất củ giống khoai tây: công nghệ “Quantum Tubers biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây Công nghệ này cho phép sản xuất hoàn toàn chủ ñộng trên diện tích nhỏ ñược một lượng khổng lồ củ giống khoai tây chất lượng cao, số lượng củ giống có thể tăng

từ 600% - 1400% so với phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô và trồng trong nhà màn Công suất của hệ thống này lớn hơn bất kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có (info.quantum TubersTM.com)

xốp

Hàng trăm loài cây trồng ñã ñược nghiên cứu nhân giống và thương mại hóa thành công bằng phương pháp trên Công nghệ này cũng rất hiệu quả ñối với những cây có khả năng ra rễ kém Hiện nay trên toàn cầu ñã có trên 1500 cơ

sở lắp ñặt và sử dụng thiết bị RPB kể trên ñể nhân giống cây trồng ñặc biệt là khoai tây chủ yếu là ở các cơ sở hợp tác với Mỹ Việc sản xuất cây giống và cà chua thương phẩm, khi áp dụng công nghệ này ñã rút ngắn thời gian tạo cây giống (từ 28 ngày xuống còn 10 ngày), thời gian cho thu hoạch lần ñầu (từ 68 ngày xuống còn 30 ngày) qua ñó làm tăng số vụ trồng/năm trồng trong nhà kính

từ 3,4 lên 7,7 lần [43]

- Công nghệ nhân giống khoai tây bằng khí canh

Trong các ứng dụng của kỹ thuật khí canh ñể nhân giống cây trồng thì khoai tây ñược xem là cây trồng mà công nghệ này thu ñược thành công gây ấn tượng nhất Cuối thập kỷ 90 thế kỷ trước và những năm ñầu của thế kỷ 21 nhiều kết quả nghiên cứu của cơ quan nghiên cứu vũ trụ của Mỹ (NASA), Viện nghiên cứu nông nghiệp vùng cao của Hàn Quốc ñã ñề cập ñến cuộc cách mạng trong sản xuất củ giống khoai tây nhỏ (minituber) mà nội dung chủ yếu là áp dụng công nghệ khí canh trong sản xuất củ nhỏ

Những năm gần ñây, ở các nước thuộc khu vực Châu á như: Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc ñã ứng dụng thành công các phương pháp công nghệ sinh học ñể xây dựng hệ thống giống khoai tây Tại Trung Quốc một ñất nước

có diện tích khoai tây lớn nhất thế giới (4,7 triệu ha) trong vòng có 10 năm bằng việc ñổi mới hệ thống sản xuất củ giống (củ giống sạch bệnh), ñã ñưa năng suất bình quân của khoai tây ở Trung quốc từ 11tấn /ha năm 1991 ñã lên 17 tấn/ha năm 2000 Thành công này có sự ñóng góp ñáng kể của việc áp dụng phương pháp khí canh trong sản xuất củ nhỏ, sạch bệnh Bằng phương pháp này, có thể thu ñược 1.800 - 2.000 củ/m2 tại Trung Quốc (Sun HS & Cộng sự, 2002) và có thể thu ñược 3.000 – 3.500 củ /m2 tại Hàn Quốc, trong khi các phương pháp khác chỉ ñạt 300 - 500 củ/m2 (Dong Chil Chang, Jin Cheol Jeongvà Yong Beom

lệ sống cao nhất mà khả năng ra rễ của các giống cũng rất cao, chỉ sau 4 ngày ñạt từ 72,76 – 83,35%, sau 1 tuần ñạt 95 – 100% (Nguyễn Thị Hương) Hệ số nhân ñạt cao nhất là 11,08 lần/tháng, sản xuất giống khoai tây bằng công nghệ khí canh với năng suất ñạt 835-1016 củ/m2 (trên giống Diamant) ( Nguyễn Quang Thạch)

Một số công ty sinh học của Mỹ, Hàn Quốc, Úc, Canada, …ñã thông báo xây dựng thành công hệ thống sản xuất công nghiệp khoai tây giống với năng xuất tăng 5-10 lần so với các quy trình thông thường Các công ty này ñã xây dựng các xí nghiệp công nghiệp sản xuất chủ ñộng củ giống với công suất rất cao (5-10 triệu củ/năm) Nhờ ñó họ có thể phát triển nhanh chóng các giống mới với giá cạnh tranh Nhưng ñến nay, hệ thống sản xuất mới này ñược xem là bí quyết công nghệ không thể chuyển giao Ví dụ: Công ty liên doanh của Mỹ và Nga Dokagen ñã chào bán dây chuyền sản xuất này với giá 33.400USD cho một ñơn nguyên 10m2 nhưng phải kèm theo chi phí chuyển giao công nghệ là 300.000USD Theo công bố này, công nghệ “ Quantum Tubers™ biotechnology” là công nghệ có tính cách mạng, hoàn toàn, mới mẻ trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây Công nghệ này cho phép rút ngắn thời gian ñưa một giống mới tạo ra vào sản xuất từ 5-7 năm và có thể sản xuất hoàn toàn chủ ñộng trên diện tích nhỏ ñược một lượng khổng lồ giống khoai tây chất lượng cao Công suất của hệ thống này lớn hơn bất kể một hệ thống sản xuất giống nào hiện có ðể ñiều khiển sự hình thành số lượng củ lớn nhiều nghiên cứu cơ

bản ñã ñược tiến hành, các tác giả Waylen Y Wan và cộng sự của trường ñại học Wisconsin – Madison ñã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay ñổi pH trong quá trình sinh trưởng của cây ñến số lượng củ hình thành và ñã chứng minh xử

lý sốc pH có thể làm tăng số lượng củ hình thành lên tới 140 củ/1 cây trong khi

ñó không gây sốc chỉ thu ñược 2 củ/cây (Waylen Y Wan, Weixing Cao, Theodrore W Tibbitts)

Cũng có những công bố về yếu tố mật ñộ trồng khoai tây trong khí canh của Imma Farran và Angel M Mingo-Cas ( 2006) Theo công bố này thì khoai tây ñược trồng với mật ñộ rất cao ở 60 cây/m2 và 100 cây/m2 trong khí canh và ñược thu hoạch tỉa với nhiều thời ñiểm khác nhau xong số lượng củ thu ñược/m2không nhiều, thấp nhất ñạt 297củ/m2 và cao nhất cũng chỉ ñạt 802củ/m2, kích thước củ nhỏ Cũng nghiên cứu về mật ñộ, tác giả Van Der Veeken (2009) ñã nghiên cứu dải mật ñộ trồng từ 25 – 140 cây/m2 lại chỉ ra rằng mật ñộ thưa (25 cây/m2) cho năng suất cao nhất về số củ

Tác giả Dong Chil Chang và cộng sự (2008) ñã nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp gây sốc dinh dưỡng ñến khả năng tạo củ của khoai tây và chỉ ra rằng khi gây sốc gián ñoạn dinh dưỡng ở giai ñoạn 35-45 ngày sau trồng thì sẽ tăng ñược 18% về số củ/cây Tiếp sau ñó là công bố của ông về kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ thấp ñến sự hình thành củ cây khoai tây trồng trong khí canh và nhận thấy nhiệt ñộ thấp có ảnh hưởng rõ rệt ñến số củ hình thành Trong vụ ñông có thể cho 20-24 củ/cây (giống Superior) trong khi vụ hè chỉ thu ñược 6-12 củ/cây Bên cạnh Dong Chil Chang, Angelika Hilbeck và cộng sự cũng ñã có những nghiên cứu về yếu tố nhiệt ñộ trong hệ thống khí canh (Angelika Hilbeck, George G Kennedy, 1998)

Tác giả Nguyễn Quang thạch và cộng sự ñã nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch dinh dưỡng ñến khả năng nhân giống và sản xuất củ giống(minituber) khoai tây bằng kỹ thuật khí canh ñã công bố Trong ñiều kiện vụ hè (tháng 7) cây trồng trên bồn khí canh với dung dịch ñược làm

lạnh(ở 15oC, 20 oC, 25 oC) ñều có khả năng sinh trưởng tốt và cho phép cắt ngọn giâm ñể nhân giống với hệ số nhân ñạt 7,62 – 9,04 lần/tháng trên các giống nghiên cứu Ở nhiệt ñộ dung dịch này kết hợp với quang chu kỳ chiếu sáng 11h/24h các cây khoai tây ñều tạo củ, cao nhất là giống Diamant dạt 708,0 củ/m2 trong khi công thức ñối chứng không xử lý nhiệt ñộ cây ñều chết hoàn toàn trong khoảng thời gian 30 ngày sau trồng

Tuy nhiên những công bố mang tính quy trình sản xuất khoai tây còn rất hạn chế vì ñó là những bí quyết công nghệ mang tính bản quyền

Có thể nói, công nghệ nhân giống bằng khí canh là công nghệ có tính ñột phá trong lĩnh vực nhân giống cây trồng và là công nghệ của nền nông nghiệp công nghiệp hoá Công nghệ này ñã ñược Viện Sinh học Nông nghiệp – ðại học Nông nghiệp Hà Nội nghiên cứu và ứng dụng thành công trên một số giống nhất ñịnh Tuy nhiên việc nghiên cứu, tìm hiểu và làm chủ công nghệ trên ñể áp dụng trên từng ñối tượng giống khác nhau là vấn ñề hết sức cần thiết

2.2.4 Một số ý kiến của CIP về kĩ thuật khí canh

Theo Manual On quality seed potato production using Aeroponic, Vict Otazu, 2010 việc tối thích hóa quá trình sản xuất cho khoai tây bằng kỹ thuật khí canh là cần thiết gồm:

Mỗi giống cần nghiên cứu thí nghiệm ñể xây dựng quy trình thích hợp cho từng giống, các giống cần trồng ở vĩ ñộ cũng như ñộ cao khác nhau Mật ñộ trồng của các giống cũng khác nhau, các giống nguồn Andigena trồng thưa hơn các giống nguồn Tuberosum

Cây In vitro trồng trong khí canh có năng suất cao nhưng cần so sánh với các nguồn vật liệu khác như trồng từ củ, từ ngọn cắt của cây In vitro,

Trồng bằng kỹ thuật khí canh trong hệ thống khép kín nên khi nhiễm bệnh ở vùng rễ sẽ xâm nhiễm toàn bộ hệ thống trong thời gian rất ngắn Cần phát triển các phương pháp phòng chống dịch bệnh riêng với kỹ thuật khí canh

vì những biện pháp cũ không thích hợp

Sản xuất bằng kỹ thuật khí canh phụ thuộc vào ñiện nên phải có hệ thống phát ñiện chủ ñộng Cần có người chịu trách nhiệm chuyên vì thường xuyên có các vấn ñề xẩy ra cần giải quyết về vật liệu và thiết bị sử dụng

Sản xuất khí canh trồng cây trong nhà kính nên không thích hợp cho vùng nóng cần có thiết bị làm mát nên chi phí sản xuất cao

Sản xuất khoai tây bằng kỹ thuật khí canh làm quá trình sinh trưởng sinh dưỡng của cây tăng thêm 1 – 2 tháng, cho hệ số nhân cao, quá trình thu hoạch tiến hành nhiều lần