Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa địa phương vùng núi tây bắc sau chọn lọc trong vụ xuân 2004 tại gia lâm, hà nội

Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa địa phương vùng núi tây bắc sau chọn lọc trong vụ xuân 2004 tại gia lâm, hà nội

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học nông nghiệp I

Vũ thị bích hạnh

Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa địa phương vùng núi Tây Bắc sau chọn lọc trong

vụ xuân 2004 tại Gia Lâm, Hà Nội

Chuyên ngành: Chọn tạo và nhân giống

Mã số: 4 01 05

Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

Người hướng dẫn: Tiến sĩ Vũ Văn Liết

Hà Nội-2004

Lời cam đoan

- Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Vũ Thị Bích Hạnh

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, công nhân viên ở Bộ môn Di truyền chọn giống và Trung tâm VAC đã góp ý, tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài tại đây! Đặc biệt, tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến sĩ Vũ Văn Liết trong việc định hướng đề tài cũng như trong suốt quá trình thực hiện, hoàn thiện luận văn tốt nghiệp của tôi!

Tôi xin chân thành cảm ơn sự cộng tác nhiệt tình của sinh viên Nguyễn Tài Toàn trong quá trình thực hiện đề tài!

Qua đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, là những người luôn ủng hộ tôi trong quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp!

Danh mục chữ viết tắt và kí hiệu

vii

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

4

2.1.2 Hạn: khái niệm, bản chất tự nhiên và phân loại

5

2.1.3 Khái niệm về khả năng chống, né, tránh, chịu hạn, khả năng phục hồi

2.1.4 B¶n chÊt cña tÝnh chèng chÞu h¹n ë thùc vËt vµ c©y lóa

Phần 3: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 36

3.2.2 Nghiên cứu một số đặc trưng hình thái cơ bản có liên quan

đến khả năng chịu hạn của các dòng giống lúa

37

3.2.3 Theo dõi các yếu tố cấu thành năng suất và đánh giá tình trạng sâu

bệnh trên các giống lúa thí nghiệm ở hai điều kiện môi trường

4.3.2.2 Khả năng đẻ nhánh của các dòng giống lúa

ở hai điều kiện môi trường

4.3.2.5 ảnh hưởng của điều kiện gieo cạn, không có tưới

2 §Ò nghÞ 84 tµi liÖu tham kh¶o

phô lôc

Phần 1

Mở đầu

1.1 tính cấp thiết của đề tài

Trên thế giới, ước tính có hơn 2,7 tỉ người dân đang sử dụng lúa gạo trong các bữa ăn hàng ngày Cây lúa được trồng trên một phần mười diện tích đất canh tác của thế giới Nhưng trong 130 triệu ha đất trồng lúa hiện nay, có khoảng

20 % diện tích đang canh tác trong điều kiện khô hạn hoặc phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên [68] Sự khan hiếm nước tưới phục vụ cho nông nghiệp đã được báo

động trong nhiều hội nghị khoa học của thế giới gần đây Các nhà khoa học đều khẳng định, khô hạn ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn lương thực của nhân loại và tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp không phải là vô tận Bên cạnh

đó, áp lực dân số kèm theo sự phát triển của các đô thị đã làm gia tăng nhu cầu nước phục vụ dân sinh và các ngành công nghiệp Chính vì vậy, thiếu nước tưới trong sản xuất nông nghiệp là vấn đề đang được dự báo cấp thiết trên qui mô toàn cầu Theo một báo cáo của Liên Hiệp Quốc, nhiệt độ khí quyển tăng lên sẽ làm mất đi một phần ba nguồn nước đang sử dụng của thế giới trong vòng 20 năm tới [2] Với tầm quan trọng như vậy, người ta đã hoạch định một thứ tự ưu tiên cho

đầu tư nghiên cứu tính chống chịu khô hạn và chịu mặn trong lĩnh vực cải tiến giống cây trồng trên toàn thế giới

Trồng lúa cần rất nhiều nước tưới Hiện nay, để tạo ra 1 kg thóc phải sử dụng 5000 lít nước Một số quốc gia như Ai Cập, Nhật Bản, úc đã cố gắng cải

nước/1 kg thóc Tại Trung Quốc, các nhà khoa học đang tiến hành hướng chọn giống lúa canh tác trên đất thoáng khí với thuật ngữ “aerobic rice” Bộ rễ lúa sẽ phát triển như cây trồng cạn với chế độ tưới cải tiến, nhằm tiết kiệm nước tối đa [2] Nhờ cuộc cách mạng xanh và các thành tựu khoa học kỹ thuật nông nghiệp, nhiều quốc gia sản xuất lúa ở Châu á đã vượt qua tình trạng thiếu đói lương thực, trở thành các cường quốc về xuất khẩu gạo Các giống lúa cải tiến, các giống lúa

ưu thế lai ra đời đã tạo nên những kì tích về năng suất và sản lượng lúa gạo Thế nhưng tại các vùng khô hạn và khan hiếm nước tưới, các giống lúa lai và lúa cải

tiến ít được trồng với lý do thiếu nước Người dân vẫn sử dụng các giống lúa địa phương cho dù năng suất rất thấp

Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa Lượng mưa trung bình 1900-2000 mm/năm, phân bố không đều theo vùng, theo tháng trong năm, tập trung 80-85 % vào các tháng mùa mưa Chế độ mưa trên đã gây ngập úng và khô hạn thất thường Trong tổng diện tích 4,36 triệu ha đất canh tác lúa, tưới tiêu chủ

động là 2,2 triệu ha Vẫn còn hơn 2,1 triệu ha đất canh tác bấp bênh nước hoặc nhờ nước trời, phân bố chủ yếu ở các khu vực miền núi và Tây Nguyên Thiếu nước tưới hay hạn sẽ làm giảm năng suất và sản lượng lúa nghiêm trọng Số liệu thống kê năm 1997 cho thấy, năng suất trung bình ở các diện tích lúa cạn, lúa nương chỉ đạt trên 10 tạ/ha, người dân thường xuyên bị thiếu đói Thực tế mấy chục năm qua cũng cho thấy, khi hạn hán khốc liệt xảy ra thì ngay tại các vùng

đồng bằng, với rất nhiều các công trình thuỷ lợi được xây dựng tốn kém, cũng không thể hạn chế những thiệt hại do hạn gây ra Hiện có rất nhiều công trình thuỷ lợi bị xuống cấp và hoạt động kém hiệu quả, không đảm bảo cung cấp nước cho sản xuất cũng như mục tiêu phòng chống hạn và lũ lụt Vì thế, sản xuất lúa trong cả nước vẫn thường xuyên bị đe doạ mất mùa bởi các loại thiên tai trong đó

có hạn hán [15], [17], [60]

Hiện nay, chọn tạo và đưa vào sử dụng các giống lúa có khả năng thích ứng và chống chịu cao, cho năng suất khá nhưng ổn định là một biện pháp tiết kiệm chi phí sản xuất hữu hiệu nhất Đối với các vùng khó khăn về nước tưới ở nước ta, giải pháp tạo giống lúa cải tiến chống chịu hạn càng trở nên cấp thiết Ngoài ra, các giống lúa mang gen chịu hạn cũng cần thiết đối với những vùng trồng lúa khác, bởi tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu khắp các vùng trồng lúa hoặc sẽ rơi vào một vài giai đoạn sinh trưởng của cây lúa Theo hướng này, việc nghiên cứu lúa cạn địa phương thuộc các vùng cao, vùng khô hạn được xem

là một công việc khởi đầu cho những chương trình chọn giống chịu hạn Lúa cạn

có ưu thế sử dụng nước trời, khả năng mất trắng ít xảy ra Từ lâu, chúng thích nghi rất tốt với điều kiện khô cằn và là một nguồn gen chịu hạn quý cho công tác lai tạo giống lúa chịu hạn Bên cạnh đó, các giống lúa cạn địa phương vẫn còn nhiều hạn chế: thời gian sinh trưởng dài, chỉ trồng được một vụ (mùa mưa), độ thuần không cao, chịu thâm canh kém và khả năng chịu hạn cũng khác nhau…

Góp phần khắc phục những hạn chế trên với mục đích đánh giá, phân loại khả năng chịu hạn và làm sáng tỏ cơ chế chịu hạn của lúa cạn, lúa chịu hạn, chúng tôi tiến hành:

“Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống lúa địa phương vùng núi Tây Bắc sau chọn lọc trong vụ xuân 2004 tại vùng Gia Lâm, Hà Nội”

1.2 mục đích và yêu cầu của đề tài

1.2.1 Mục đích

Chọn được các giống có khả năng chịu hạn tốt, năng suất khá, phục vụ cho sản xuất ở các vùng khó khăn về nước tưới và làm vật liệu cho công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn

- Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh, khả năng chống chịu hạn, khả năng chống đổ, các yếu tố cấu thành năng suất của một số mẫu giống lúa, ở tất cả các giai đoạn (từ giai đoạn mạ đến thu hoạch) trong điều kiện ở vùng Gia Lâm, Hà Nội

Phần 2 Tổng quan tài liệu

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

Lúa cạn nằm trong một hệ thống trồng trọt khá lâu đời ở nhiều địa phương trên đất nước ta [1],[3],[8] Tuy không phải là hệ thống cây trồng chính song lúa cạn vẫn đang góp phần quan trọng trong việc cung cấp lương thực tại chỗ cho các vùng đó Do có những khác biệt về điều kiện tự nhiên, địa lý sinh thái… giữa các vùng nên giống lúa cạn địa phương rất phong phú, đa dạng [33]

Đặc biệt, lúa cạn thường canh tác trong điều kiện tự nhiên khô hạn, thiếu nước, ít

được đầu tư nên chúng hình thành khả năng chống chịu rất tốt với hạn, lạnh và sâu bệnh hại… Đây chính là nguồn gen chịu hạn quý giá cho công tác chọn tạo giống lúa chịu hạn Vấn đề hiện nay là năng suất của lúa trồng cạn rất thấp Vì vậy, nhiệm vụ của các nhà chọn tạo giống cần bao gồm cả việc tiến hành cải thiện năng suất cho các giống lúa cạn địa phương

2.1.1 Một số khái niệm về lúa cạn và lúa chịu hạn

Hiện nay, các nhà khoa học sử dụng nhiều khái niệm về cây lúa cạn

Chang T.T và Bardenas (1965) [44] hay Surajit K De Datta (1975) [56]

đều cho rằng: “Lúa cạn là loại lúa được gieo hạt trên các loại đất khô, có thể là

đất dốc hoặc đất bằng nhưng đều không có bờ, nó sống phụ thuộc hoàn toàn vào

độ ẩm do nước mưa cung cấp (nhờ nước trời)”

Theo Khush G.S.(1984) và Trần Văn Đạt (1986), trích dẫn qua [21],

“Lúa cạn được coi là lúa trồng trong mùa mưa, trên chân đất cao, đất thoát nước

tự nhiên, trên những chân ruộng không được đắp bờ hoặc không có bờ và không

có nước dự trữ trên bề mặt Lúa cạn được hình thành, phát triển lên từ lúa nước để thích nghi với những vùng trồng lúa thường gặp hạn”

Theo Giáo sư Micenôrôđô tại hội thảo “Lúa rẫy ở Cao Bằng, Việt Nam”,

từ 9-11/3/1994 và theo định nghĩa tại hội thảo ở Bouake, Bờ Biển Ngà: “Lúa cạn

là lúa được trồng trong điều kiện mưa tự nhiên, đất thoát nước, không có sự tích

nước trên bề mặt, không được cung cấp nước và không có bờ”, trích dẫn qua [31]

Các nhà chọn giống Việt Nam cũng quan niệm về lúa cạn tương tự như trên Chẳng hạn, theo tác giả Bùi Huy Đáp (1978), “Lúa cạn được hiểu là loại lúa gieo trồng trên đất cao, như là các loại hoa mầu trồng cạn khác, không tích nước trong ruộng và hầu như không bao giờ được tưới thêm Nước cho lúa chủ yếu do nước mưa cung cấp và được giữ lại trong đất” [7]

Nguyễn Gia Quốc (1994) [26] chia lúa cạn làm hai dạng:

- Lúa cạn thực sự (lúa rẫy, dry rice hoặc upland rice): là loại lúa thường

được trồng trên các triền dốc của đồi 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

đất để sinh trưởng và phát triển

- Lúa cạn không hoàn toàn (lúa nước trời, rainfed rice): là loại lúa trồng trên triền thấp, không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây lúa sống hoàn toàn bằng nước mưa tại chỗ, nước mưa có thể dự trữ trên bề mặt ruộng để cung cấp cho cây lúa

Do điều kiện môi trường sống thường xuyên bị hạn hoặc thiếu nước nên nhiều giống lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt Tuy nhiên, một số giống lúa nước cũng có khả năng chịu hạn ở một số giai đoạn sinh trưởng của chúng

2.1.2 Hạn: khái niệm, bản chất tự nhiên và phân loại

2.1.2.1 Một số khái niệm về hạn

Theo J.H Hulse (1989), trích dẫn qua [39], từ “hạn”, tiếng Anh là

“drought”, xuất phát từ ngôn ngữ Anglo-Saxon có nghĩa là “đất khô” (dryland)

Một cách tổng quát, giáo sư Nguyễn Đức Ngữ (2002) [25] đã định nghĩa: “Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng, kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông 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, môi trường suy thoái, gây ra đói nghèo và dịch bệnh”

Theo Gibbs (1975), hạn hay đúng hơn là sự thiếu hụt nước ở cây trồng là

sự mất cân bằng giữa việc cung cấp nước và nhu cầu về nước Còn theo Mather (1986), hiện tượng hạn trong sản xuất nông nghiệp thực chất là do thiếu sự cung cấp độ ẩm cho sự sinh trưởng tối đa của cây trồng từ lượng mưa hoặc từ dự trữ nước trong đất, trích dẫn qua [39]

2.1.2.2 Bản chất tự nhiên của hạn, phân loại hạn

Nghiên cứu về bản chất tự nhiên hay nguyên nhân gây nên hạn, các tác giả đều cho rằng mưa ít hay thiếu mưa trong một thời gian dài thì sinh ra hạn hán [11],[12],[25] Theo J R Mc.William (1989), trích dẫn qua [39], cùng nhiều chuyên gia khác [12], hạn hán với tất cả những biểu hiện của nó luôn luôn có liên quan với loài người chúng ta Hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ bình quân toàn cầu, từ đó phát sinh các hiện tượng El Ninô và La Nina, gây ra các hiện tượng thiếu hụt nguồn nước và hạn hán hay ngập lụt Hạn là một thảm hoạ cuả tự nhiên Nhưng tựu trung lại vẫn là do những hành động khai thác “thô bạo” đối với môi trường sống của con người, trong đó có các nguồn nước

Bản chất và tác động của hạn hán gắn liền với định loại về hạn hán Một nhóm chuyên gia của WMO (Tổ chức khí tượng thế giới) phân định 4 loại hạn là: hạn khí tượng, hạn nông nghiệp, hạn thuỷ văn và hạn kinh tế xã hội [25] Theo ý kiến của PGS-PTS Nguyễn Văn Hiển (2000) [9], có 3 loại hạn cần quan tâm trong sản xuất nông nghiệp:

- Hạn đất: thường xảy ra từ từ, làm cho lượng muối trong rễ dinh dưỡng ở mức độ vô hiệu Cây không có đủ nước để hút, mô cây bị khô đi nhiều và sự sinh trưởng trở nên rất khó khăn

- Hạn không khí: xảy ra khi độ ẩm tương đối của không khí giảm xuống 18-20% hoặc thấp hơn Đặc điểm của hạn không khí là xảy ra đột ngột Nếu hạn kéo dài dễ làm cho chất nguyên sinh đông kết và cây nhanh chóng bị chết, còn gọi là “cảm nắng” Tác hại nhất là gió khô Hạn không khí quá lâu sẽ dẫn đến hạn đất

- Hạn tổng hợp: đặc biệt có hại vì lúc này hiện tượng thiếu nước đi kèm với không khí nóng Các giống có hệ thống rễ, lá phát triển mạnh ở thời kỳ này (ra hoa đến chín) có tính chịu hạn khá hơn

V V Guliaep và một số tác giả khác chia hạn thành 4 dạng, bao gồm: hạn không khí, hạn đất, hạn kết hợp và hạn sinh lý Trong đó, hạn sinh lý là kiểu hạn mà khi có đầy đủ nước, cây vẫn không thể hút được, trích dẫn qua [31]

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

2.1.3.1 Khái niệm về khả năng chống, né, tránh, chịu hạn và khả năng phục hồi sau hạn

Theo Gupta (1986), trích dẫn qua [36], phần lớn các nhà chọn giống sử dụng năm thuật ngữ sau đây khi nói đến khả năng chống chịu hạn

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

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

đề 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 đựng sự thiếu hụt nước của một loài thực vật khi được đo bằng mức độ và khoảng thời gian của sự giảm tiềm năng nước ở 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 đáng kể

Khả năng chống hạn ở thực vật có thể là một trong bất kỳ bốn khả năng ở

trên hoặc là sự kết hợp của cả bốn khả năng: thoát, tránh, chịu và phục hồi

2.1.3.2 Các cơ chế chống chịu hạn và những đặc tính có liên quan

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học

về cơ chế chống hạn trên các loại cây trồng cạn như cây lúa mì, lúa mạch, cao lương, ngô và cả cây lúa gạo…

Theo M.A arraudeau (1989) [36], có một vài cơ chế chịu hạn và các đặc tính liên quan được các nhà chọn giống cây trồng sử dụng trong công tác chọn giống của mình

2.1.3.2.1 Cơ chế né (thoát) hạn (Escape)

Theo Tunner (1979), trích dẫn qua [31], thực vật ở nhóm này thường là các loài có thời gian sinh trưởng ngắn, là các cây đoản sinh, thường sống ở những vùng sa mạc Chúng nhanh chóng hoàn thành vòng đời và kết hạt trước khi xảy ra hạn Đặc điểm của loài thực vật này là sự sinh trưởng và phát triển nhanh, có tính mềm dẻo

Người ta sử dụng 4 đặc tính cơ bản sau để nghiên cứu cơ chế né hạn [39]

i Tính chín sớm (early maturity) là một đặc tính chung nhất và dễ nhất

để 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 đoạn sinh thực mà trùng khớp với thời kì có triển vọng mưa nhiều

iii Tính trì hoãn sự hình thành hoa sớm

iiii Rối loạn sự hình thành chồi (sự đẻ nhánh ở lúa)

2.1.3.2.2 Cơ chế tránh hạn (Avoidence)

Đây là những hoạt động ở thực vật làm hạn chế sự mất hơi nước và tăng cường sự cung cấp nước khi gặp hạn Để giảm sự mất nước có thể thông qua việc điều chỉnh đóng mở khí khổng, hay lá tự cuộn lại hoặc điều chỉnh diện tích lá Còn để tăng cường cung cấp nước thì nhờ vào bộ rễ ăn sâu, ăn rộng và số lượng rễ nhiều, to…[31],[39]

Có một số đặc tính liên quan đến 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 đó có khả năng chịu hạn tốt Bộ

rễ và hệ thống mạch dẫn xylem lớn trong rễ và trong thân rạ đảm bảo cho sự hút, dẫn nước tốt hơn

ii Lớp phủ cutin được coi là “hàng rào” ngăn cản sự mất nước không qua khí khổng

iii Hoạt động của khí khổng: khi khí khổng đóng kín là triệu chứng rõ ràng về tình trạng giảm sút nước trong cây Nó chỉ xảy ra khi các tế bào thực vật

đang bị mất sức trương Thực vật đóng khí khổng trong suốt thời kì hạn Khi đó, các lỗ khí khổng là một đặc điểm thích nghi

iiii Diện tích lá: khuynh hướng giảm diện tích lá để hạn chế tối đa sự mất nước thông qua việc giảm quá trình thoát hơi nước Diện tích lá lớn ở các giống lúa cạn chịu hạn cổ truyền là một dấu hiệu phải quan tâm trong việc sử dụng đặc tính liên quan đến diện tích lá này

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

2.1.3.2.3 Cơ chế chịu hạn (Tolerance)

Theo Tunner (1979), trích dẫn qua [31], đây là hoạt động của cây trồng nhằm duy trì chức năng sinh lý của mô tế bào và khả năng của thực vật thông qua việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu, tăng độ nhớt của chất nguyên sinh, làm tế bào chịu được sự mất nước Cơ chế này biểu hiện ở 3 đặc tính sau [39]:

i Sự vận chuyển, tích luỹ các chất đồng hoá là sự di chuyển của các chất đồng hoá từ thân lá vào hạt ở cây lúa cạn Theo nhiều tác giả nghiên cứu cơ chế của gen chịu hạn, chính hoạt động tăng tích luỹ hyđrát các-bon, đặc biệt là các axit amin, các loại đường… làm tăng tính chịu hạn ở cây trồng và cây lúa

ii Sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu và tính thấm của tế bào: nó có thể trì hoãn và góp phần làm giảm sự chết các mô tế bào khi bị mất nước Một ít tính đa dạng di truyền ở cây lúa đã ghi nhận vấn đề này (O’Toole, 1982)

iii Sự co dãn tế bào: kích thước tế bào có thể thay đổi theo sự tăng hoặc giảm của lượng nước có mặt

Thực vật có cơ chế chống chịu hạn được thể hiện ở tất cả các đặc tính về khả năng hút nước, giữ nước và sử dụng tiết kiệm nước [39]

i Giảm sự bốc hơi nước thông qua khả năng đóng mở khí khổng, giảm diện tích lá, góc độ lá hẹp và sự vận động của bộ lá có hướng song song với ánh sáng mặt trời, hoặc lá cuộn lại để làm giảm sự bốc hơi qua bề mặt

ii Để duy trì sự cung cấp nước thường có một bộ rễ cực phát triển, ăn sâu, rộng với số lượng rễ và mật độ rễ cao Các rễ to mập, có hệ thống mạch dẫn (xylem) lớn để việc vận chuyển nước trở nên dễ dàng

iii Khả năng điều chỉnh tính thấm cao, tăng khả năng tích luỹ chất đồng hoá để giảm thế thẩm thấu, giúp cho việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu và tăng sức trương mô tế bào, có khả năng duy trì nguyên vẹn về cấu trúc cũng như các chức năng sinh lý của màng tế bào và các cơ quan tử, đảm bảo độ nhớt của chất nguyên sinh làm cho chất nguyên sinh chịu được sự mất nước cao

Ngoài các cơ chế trên, một số tác giả khác còn đưa ra các ý kiến sau

- Theo Ebleringer (1976), sự phủ lông tơ hay sự mọc lông được coi là một đặc điểm thích ứng với việc thiếu nước

- Góc lá: Các giống lúa mì có góc lá lỏng lẻo, xoè cho năng suất cao hơn

2.1.4 Bản chất của tính chống chịu hạn ở thực vật và cây lúa

Theo PGS PTS Nguyễn Văn Hiển (2000) [9], nguyên nhân của tính chịu hạn ở cây trồng là nhờ vào các yếu tố sau:

- Đặc tính giải phẫu hình thái của thực vật để giảm bốc hơi (mật độ khí khổng, chiều dầy tầng cutin, chiều dầy lá)

- Đặc tính chống chịu sinh lý của tế bào chất đối với việc mất nước, nhiệt

độ cao, nồng độ muối (khả năng điều chỉnh tính thấm)

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

- Tính chịu hạn của thực vật liên quan với tính thích ứng sinh thái của các giống Ví dụ, giống lúa mì chịu hạn chứa nhiều lượng nước liên kết hơn các giống không chịu hạn

Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học như Kaul (1967), Sanchez (1979), Jones (1979), Blum (1980) trên lúa mì; Blum, Stout và Simpson (1978), O’Toole và Cruz (1979) trên lúa miến, Boyer (1980) trên đậu tương; O’Toole và Moya (1978) trên lúa gạo… đều ghi nhận vai trò của gen chống chịu hạn của cây trồng cạn, trích dẫn qua [31],[42],[43] Những nghiên cứu về di truyền tính chống chịu hạn đã cùng chỉ ra rằng, khả năng chống chịu hạn biểu hiện qua các đặc điểm vật hậu học, sinh vật học, sinh lý học…ở thực vật nói chung và cây lúa là do nhiều gen (đa gen) kiểm soát và rất phức tạp Các gen kiểm soát tính chống chịu có thể trùng lắp 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 đối với khô hạn, mặn và lạnh nằm trên cùng bản đồ di truyền nhiễm sắc thể tương đồng Có ít nhất 10 tính trạng số lượng (QTLs) được tìm thấy đối với từng tính trạng chống chịu này và chúng nằm chồng lên nhau tại một số vùng của nhiễm sắc thể [2]

Biết được bản chất tính chịu hạn ở cây trồng, điều đó cho phép các nhà chọn giống có thể đẩy nhanh tiến độ cải tiến giống chống chịu và công việc tạo giống lúa chống chịu hạn dường như sẽ khả thi hơn

2.1.5 Tác động của hạn đến sản xuất nông nghiệp và sinh trưởng cây lúa

Khô hạn là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an toàn lương thực

rộng hẹp khác nhau Hạn hán làm giảm năng suất cây trồng, làm giảm diện tích gieo trồng và sau đó làm giảm sản lượng cây trồng mà chủ yếu là sản lượng lương thực Khi hạn xảy ra, con người đẩy mạnh thuỷ lợi và các đầu tư khác,

đồng nghĩa với tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, do đó làm giảm thu nhập của lao động nông nghiệp, đồng thời kéo theo một loại hậu quả kinh tế xã hội nghiêm trọng như bệnh tật và đói nghèo Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp chịu nhiều ảnh hưởng của yếu tố thời tiết khí hậu Hạn luôn là mối nguy lớn, đe doạ

và gây ra nhiều thiệt hại cho đời sống và sản xuất nông nghiệp của nông dân Trong vòng 40 năm qua đã xảy ra không ít những năm hạn nặng, làm chết hàng chục ngàn hecta lúa đông xuân, lúa mùa và lúa hè thu trong cả nước Thậm chí, hạn nặng đã dẫn tới nạn đói vào năm 1954-1955 ở Bắc Bộ [12], [25]

Đối với lúa, hạn vào lúc cây đang sinh trưởng mạnh (đẻ nhánh) thì chỉ

ảnh hưởng đến sinh trưởng Nhưng nếu hạn vào giai đoạn làm đòng đến trỗ thì rất

có hại vì ngăn trở sự phát triển của các bộ phận hoa, gây ảnh hưởng rõ rệt đến năng suất và phẩm chất lúa Theo Sasato (1968) và nhiều tác giả khác, các giai

đoạn sinh trưởng khác nhau, cây lúa cạn chịu tác động của sự thiếu hụt nước trong đất rất khác nhau:

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

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

Khi hạt lép, cây không có cách nào để bù năng suất nữa Hạn vào thời kì chín sữa làm giảm trọng lượng hạt, tỉ lệ gạo bạc bụng cao vì bị giảm sự tích luỹ prô-tê-in vào nội nhũ Nhìn chung, thiếu nước ở bất kì giai đoạn sinh trưởng nào của cây lúa cũng có thể gây giảm năng suất [27], [28], [59]

2.1.6 Những biện pháp nhằm nâng cao năng suất và khả năng chống chịu hạn ở cây lúa

Để tăng năng suất lúa trong điều kiện thiếu nước, các nhà chọn giống

đồng thời phải tiến hành hai công việc, cải tiến các đặc điểm nông học và các biện pháp kỹ thuật canh tác; chọn tạo các giống có khả năng thích ứng tốt hơn với điều kiện hạn [39],[51]

Theo Trần Nguyên Tháp (2001) [31], những biện pháp kỹ thuật khá hiệu quả có thể sử dụng là kỹ thuật tôi hạt giống trước khi gieo trồng, bón phân vi lượng để tăng khả năng chống chịu, bón lân và kali hợp lý nhưng bón đạm thận trọng kết hợp với việc xới đất và che phủ mặt ruộng…

Tuy nhiên, biện pháp sử dụng giống chống chịu là biện pháp tích cực, lâu dài và hiệu quả cao nhất Với quy mô của một vùng sản xuất lớn, cần có kế hoạch quản lý khai thác nguồn nước và kỹ thuật tưới nước tiết kiệm; nghiên cứu sử dụng giống, chuyển dịch mùa vụ, thay đổi cơ cấu cây trồng để phù hợp với tình trạng thiếu nước [12]

2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất lúa cạn, lúa chịu

hạn trên thế giới và ở Việt Nam

2.2.1 Nguồn gốc và sự phân bố của cây lúa cạn

2.2.1.1 Nguồn gốc lúa cạn

Theo Nguyễn Văn Hiển và Trần Thị Nhàn (1982) [10], lúa cạn được phát triển từ lúa nước để thích ứng được hạn hán Lúa cạn được phát triển theo hướng rút ngắn thời gian sinh trưởng, gieo sớm và chịu được hạn, đặc biệt là hạn cuối

vụ Nhưng trước đó có thuyết cho rằng: lúa cạn chỉ là do sự đột biến sinh thái dẫn tới, qua quá trình chọn lọc mà ra (còn gọi là thuyết chọn lọc) Watt (1891) đã

chia các giống lúa dại ấn Độ ra 3 loại: Oryza granulata, Ness; Oryza officinalis, Wall; Oryza sativa, Linn Theo ông, chi Oryza granulata phát sinh từ loại đất

khô hạn và trên núi cao, còn gọi là mộc mễ (wood rice), có thể là thuỷ tổ của cây lúa cạn Thậm chí, một số tác giả có quan điểm lúa cạn và lúa nước là không cùng nguồn gốc, trích dẫn qua [27]

Kato và các cộng tác viên (1928), trích dẫn qua [27], dùng phản ứng huyết thanh và đặc tính có khả năng kết hạt để nghiên cứu quan hệ xa gần giữa các loại lúa Ông xác định giữa lúa cạn với lúa nước không có sự phân biệt về quan hệ thân thuộc, nghĩa là chúng có cùng nguồn gốc Ngoài ra, năm 1935,

Hamada cũng đã làm các thí nghiệm liên quan và chứng minh rằng quan điểm của Kato là đúng

2.2.1.2 Phân bố của lúa cạn trên thế giới và Việt Nam

Theo Surajit K De Datta (1975), trích dẫn qua [56], lúa cạn được trồng chủ yếu trên ba lục địa là châu á, châu Phi và châu Mỹ La-tinh

Theo Trần Văn Đạt (1984), trích dẫn qua [21], môi trường trồng lúa cạn trên thế giới được chia thành 4 loại:

- Vùng đất cao, màu mỡ, mùa mưa dài (kí hiệu LF) ở Đông và Tây Nam

ấn Độ, In-đô-nê-xia, Phi-lip-pin, Băng-la-đét, Bra-xin, Cô-lôm-bia…

- Vùng đất cao, kém màu mỡ, mưa dài (LU) ở Thái Lan, Mi-an-ma, Lào, Cam pu chia, vùng Đông Bắc ấn Độ, Việt Nam, Bô-li-via, Mê-xi-cô…

- Vùng đất cao, màu mỡ, mưa ngắn (SF)

- Vùng đất cao, kém màu mỡ, mưa ngắn (SU) ở một số nước Tây Phi

ở Việt Nam, Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kính và các cộng sự (1995) [15,16,17,18,19] đã phân vùng cây lúa cạn và chịu hạn về loại đất trồng chúng như sau:

- Đất rẫy (trồng lúa rẫy): nằm ở các vùng trung du, miền núi phía Bắc, miền Trung, Tây Nguyên và một phần của Đông Nam Bộ

- Đất thiếu nước hoặc bấp bênh về nước tưới (trồng lúa nhờ nước trời): nằm rải rác ở vùng đồng bằng sông Hồng, sông Cửu Long, trung du và duyên hải miền Trung và Nam Bộ, bao gồm cả những diện tích đất bằng phẳng nhưng không có hệ thống thuỷ nông hay hệ thống thuỷ nông chưa hoàn chỉnh, chỉ được tưới rất ít, những ruộng cao vẫn thường xuyên cạn nước

2.2.2 Tình hình sản xuất lúa cạn, lúa chịu hạn

2.2.2.1 Sản xuất lúa cạn trên thế giới

Theo Niên giám thống kê về cây lúa 1997 [58], tổng diện tích trồng lúa 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, Mỹ Latin Tuy nhiên, năng suất hạt còn rất thấp [46],[56]

Năng suất lúa cạn có thể được cải tiến hơn trong điều kiện thâm canh và chăm sóc tốt Với điều kiện lí tưởng ở các trạm trại thí nghiệm, người ta đã thu

được năng suất 7 t/ha ở Philippine (De Datta và Beachell, 1972), ở Peru là 7,2 t/ha (Kawano, 1972) và 5,4 t/ha ở Nigieria (Abifarin, 1972), trích dẫn qua [37], [56]

Hiện nay, các phương thức canh tác lúa cạn trên thế giới rất phong phú, bao gồm từ du canh ở Malayxia, Philippine,Tây Phi và Pêru…đến hình thức canh tác được trang bị cơ giới hiện đại ở một số nước Mỹ Latin như Bra-xin, Côlômbia…

Diện tích và năng suất lúa cạn ở các châu lục và trên thế giới

cạn (triệu ha)

Chiếm (%)

Diện tích lúa nước trời (triệu ha)

Chiếm (%)

Năng suất lúa cạn* (tấn/ha)

*Số liệu năm 1982 của R.E Huke [50]

ở châu á, canh tác lúa cạn là một hệ thống trồng trọt quan trọng mặc dù không phải là hệ thống chính Những khu vực trồng lúa cạn lớn nhất là ở ấn độ, Inđônêxia, Bănglađét và Philippine Mỗi một vùng, một đất nước lại có những giống lúa cạn và phương pháp sản xuất lúa rất khác nhau [56],[57]

Tại Tây Phi, 75% diện tích đất lúa là trồng lúa cạn Những nước có diện tích trồng lúa cạn lớn là Si-ê-ra Lê-ôn, Ghinê, Nigiêria, Ivory Coast (Bờ Biển Ngà) và Libêria Nhìn chung, sản xuất lúa cạn rất lạc hậu, bấp bênh hoàn toàn phụ thuộc vào nước mưa [37],[50],[56]

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 đạt 1,3 tấn/ha Bra-xin

có diện tích trồng lúa cạn lớn nhất, 3,5 triệu ha trên 5,4 triệu ha trồng lúa Năng suất đạt từ 1,2 đến 1,5 tấn /ha (De Datta và Beachell, 1972), trích dẫn qua

[56],[57]

2.2.2.2 Sản xuất lúa cạn ở Việt Nam

Theo tác giả Bùi Huy Đáp (1978) [7], canh tác lúa cạn ở Việt Nam bao gồm: hệ thống du canh theo công thức sản xuất nguyên thuỷ, đơn giản nhất trên các loại đất dốc nên năng suất thấp; và hệ thống trồng lúa định canh trên các loại

đất cao, nương định canh hay trên các loại đất màu cao ven sông, dọc biển hoặc ở các khu vực đồng bằng, không có khả năng tưới nước nhưng có đầu tư chăm bón nên năng suất có cao hơn

Theo số liệu thống kê năm 1997 [58], ở Việt Nam, diện tích lúa có tưới là 3,34 triệu ha (53%), lúa cạn là 460.000 ha (7,3%), lúa nước trời là 1,475 triệu ha (23,4%) Năng suất lúa cạn, lúa nương hay năng suất lúa ở các vùng bấp bênh nước tưới rất thấp, chỉ đạt trên dưới 10-20 tạ/ha, bằng 30-50% năng suất bình quân trong cả nước

Theo kết quả công bố của Cục Khuyến nông-Khuyến lâm năm 2001, hiện cả nước ta có khoảng 200 nghìn ha lúa cạn, trong đó tập trung lớn nhất ở một số tỉnh miền núi trung du phía Bắc (54,3%), cao nguyên Tây Nguyên (25,3%), còn lại là Bắc Trung bộ, duyên hải Nam Trung bộ và Đông Nam bộ Sản lượng lúa cạn trong cả nước mới đạt khoảng 241 nghìn tấn

2.2.3 Nghiên cứu về lúa cạn và lúa chịu hạn ở trong và ngoài n ước

2.2.3.1 Nghiên cứu về lúa cạn và lúa chịu hạn trên thế giới

Trong vòng 30 năm trở lại đây, công tác nghiên cứu, chọn tạo các giống lúa cạn, lúa chịu hạn đang là một mục tiêu quan trọng ở nhiều viện, trung tâm nghiên cứu quốc tế cũng như trong các chương trình chọn tạo giống quốc gia

Năm 1970, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) thành lập ngành lúa cạn

do tiến sĩ T.T Chang đứng đầu [55]

Năm 1973, IRRI bắt đầu đưa ra “Chương trình đánh giá và ứng dụng di truyền (GEU)” Một trong những mục tiêu chính của chương trình này là thu thập nguồn gen, nghiên cứu vật liệu và chọn tạo giống lúa chống chịu hạn Đây là một

chương trình lớn, có sự đóng góp của rất nhiều chương trình nghiên cứu lúa ở các nước sản xuất lúa gạo, đặc biệt là các nước ở Châu á Châu Phi và Mỹ Latin cũng thành lập những trung tâm quốc tế nghiên cứu về lúa cạn, lúa chịu hạn như IRAT, IITA, WARDA và CIAT [54],[55]

Do yêu cầu về an toàn lương thực, vào năm 1983, UREDCO, là tên gọi của ban điều hành của các trung tâm nghiên cứu lúa cạn, được thành lập Từ đây, các chương trình nghiên cứu lúa cạn ở các nước được mở rộng, trích dẫn qua [21], [30] Một loạt các kết quả nghiên cứu về lúa cạn thu được như sau:

2.2.3.1.1 Nghiên cứu về đặc trưng hình thái và sinh trưởng

Hasegawa (1963), trích dẫn qua [56], tổng hợp số liệu từ nhiều nguồn khác nhau và rút ra kết luận: trong giai đoạn nảy mầm, hạt lúa cạn có khuynh hướng hút nước nhanh hơn các giống lúa nước Theo Chang và Bardenas (1965) [44], các giống lúa cạn vùng nhiệt đới nảy mầm rất nhanh sau khi hạt được gieo vào đất và sức nẩy mầm của hạt giống khoẻ nên giúp chúng cạnh tranh hiệu quả với cỏ dại

Theo T.T Chang và cộng sự (1972), trích dẫn qua [56], ở hầu hết các giống lúa cạn địa phương thường có thân to và dày, bị già cỗi nhanh chóng khi lúa chín nên chúng dễ đổ vào giai đoạn chín

Một nghiên cứu về chiều cao cây của 252 giống lúa cạn trong mùa mưa cho thấy: chiều cao cây dao động từ 80 cm ở các giống lúa cạn Nhật Bản đến 175

cm ở một vài giống lúa nương Thái Lan Các giống lúa cạn châu Phi và Philippin nhìn chung cao trên 150 cm khi trồng trong điều kiện ruộng cạn [56]

Các thí nghiệm ở IRRI về khả năng đẻ nhánh ở giai đoạn 60 ngày sau gieo (Chang và Bardenas 1965; Ono 1971; Chang 1972; De Datta và Beachell 1972; Kawano 1972; Krupp 1972), trích dẫn qua [56],[31],[44], đều cho thấy các giống lúa cạn đẻ được ít nhánh hơn so với lúa nước Theo Chang, T.T (1972) [45], khả năng đẻ nhánh kém và biến động ở các giống lúa cạn làm hạn chế năng suất của chúng ngay trong điều kiện canh tác phù hợp Ngoài ra, Hasegawa (1963), trích dẫn qua [56], thấy rằng nhánh cấp 1 đầu tiên của các giống lúa cạn thường xuất hiện ở nách lá thật đầu tiên Trong khi ở các giống lúa nước, nó xuất hiện ở nách lá thật thứ hai

Theo T.T Chang và Benito S Vergara (1975), trích dẫn qua[39], phần lớn các giống lúa cạn nhiệt đới có bộ lá màu xanh nhạt thường đi kèm với đặc

điểm lá dài và rủ xuống Các giống lúa cạn châu Phi và Philippin có góc lá lớn, thường gấp đôi góc lá của các giống bán lùn Tuy nhiên, một vài giống lúa địa phương, ví dụ giống Jappeni Tunkungo, lại có bộ lá dài, đứng và xanh thẫm Ngoài ra, Chang (1972) [45] nhận thấy các giống lúa cạn địa phương có diện tích lá lớn hơn giống lúa bán lùn, nhưng động thái sinh trưởng và số lá của các giống lúa cạn lại kém hơn lúa nước

Hasegawa (1963), trích dẫn qua [56], làm thí nghiệm về bộ rễ lúa cạn Nhật Bản thấy rằng: hai giống lúa cạn có bộ rễ ăn sâu hơn 20 cm trong khi chỉ có một vài rễ của 2 giống lúa nước làm thí nghiệm đạt tới độ sâu này

Các nghiên cứu ở IRRI (1971) và nhiều tác giả khác khẳng định: rễ của một số giống lúa cạn sẽ phát triển dài hơn và dầy hơn khi xảy ra khủng hoảng về

độ ẩm Những nghiên cứu lúa ở giai đoạn sinh thực trong điều kiện trồng cạn cho thấy: bộ rễ của các giống lúa cạn (như OS4 hay Palawan) vừa dài, vừa to mập còn các giống lúa bán lùn (IR8 hay IR20) lại có số rễ ít và nhỏ, trích dẫn qua [31],[37],[43],[44], [45],[48],[53],[54],[55]

Theo Loresto và Chang (1972) [45], sự tổ hợp của hai hoặc nhiều hơn các

đặc trưng bộ rễ dưới đây đã hình thành nên các giống lúa cạn chịu hạn tốt như: tỉ

lệ các rễ to cao, bộ rễ dài và to, hệ thống rễ dày đặc và hệ thống rễ nhánh, rễ phụ phát triển đồng đều xung quanh các rễ chính

IRRI (1974) [55] đã so sánh bộ rễ của 25 giống lúa với bộ rễ của ngô và lúa miến, là hai loại cây trồng có khả năng chịu hạn khá hơn lúa Tỷ lệ rễ/thân lá của ngô (146 mg/g) và lúa miến (209 mg/g) cao hơn nhiều so với các giống lúa Tuy nhiên, giống lúa khác nhau thì tỉ lệ này cũng khác nhau Chẳng hạn, giống lúa mẫn cảm với hạn IR20 có tỉ lệ rễ/thân lá rất thấp (49 mg/g) trong khi phần lớn các giống lúa cạn chịu hạn (OS4; E425; Palawan; Dular; M1-48…) có tỉ lệ này gần tương đương với ngô (101-120 mg/g) Theo Chang (1972); Kobata và cộng sự (1996), trích dẫn qua [56],[31], tỉ lệ rễ/thân lá của các giống lúa cạn cao hơn lúa nước và đáng tin cậy ở cả hai điều kiện đủ nước và hạn

Bashar, Chang và cộng sự (1989), trích dẫn qua [31], nghiên cứu về di truyền tính chịu hạn cho rằng: các đặc điểm bộ rễ có liên quan đến khả năng chịu

hạn ở các giống lúa cạn và lúa nương rẫy là kích thước bộ rễ lớn, số mạch dẫn trong rễ nhiều Còn Namuco và cộng sự (1993), trích dẫn qua [31], nghiên cứu tương quan giữa đường kính bộ rễ với tính chịu hạn đã kết luận: đường kính rễ lớn nhất ở các giống chịu khô và nhỏ nhất ở các giống mẫn cảm Độ dày đặc của

rễ cũng có tương quan cao với tính chống chịu hạn Kết quả phân tích phương sai

đã chỉ ra rằng mật độ rễ và số mạch dẫn trực tiếp điều chỉnh tính chống chịu hạn

Yu L.X., Ray, O’Toole và Nguyễn H.T (1995), trích dẫn qua [31], tiến hành thí nghiệm về khả năng đâm xuyên qua màng sáp nhân tạo của rễ lúa nhận xét: Rễ lúa chịu hạn có khả năng đâm xuyên qua màng lớn hơn lúa nước về số lượng và chiều dài rễ

Nghiên cứu thời gian sinh trưởng của 284 giống lúa cạn chịu hạn ở IRRI thấy có sự biến động từ 80 đến hơn 170 ngày trong mùa mưa Ví dụ, giống lúa cạn Rikuto Norin 21 có thời gian sinh trưởng 95 ngày còn C22 là 125 ngày Với những giống không phản ứng ánh sáng, thời gian sinh trưởng biến động từ 90 đến

145 ngày trong mùa khô Theo Chang T.T và Benito S.V (1975), lúa cạn thường trỗ muộn từ 1-15 ngày trong điều kiện ruộng cạn, trích dẫn qua [56]

Theo Chang và Benito (1975), trích dẫn qua[56], phần lớn các giống lúa cạn có kiểu bông to, dài và khoe bông, có khả năng chống chịu với tác nhân gây hại Theo các tác giả, đây là đặc tính mong muốn của bất kì giống lúa trồng cạn nào Nhìn chung, hạt lúa cạn thường tròn và to nên khối lượng 1000 hạt cao Mặc

dù vậy vẫn có loại hạt thon dài

Theo Jana và De Datta (1971); Chang (1974), trích dẫn qua[56], một đặc

điểm rất dễ nhận biết ở lúa cạn là khả năng tập trung để tạo ra các bông hữu hiệu với các hạt hoàn hoàn đầy chắc Chính điều này góp phần làm cho năng suất các giống lúa cạn chịu hạn ổn định, cho dù không cao

Hàm lượng Amilose trong phần lớn giống lúa cạn châu Phi và Đông Nam

á là cao trung bình, từ 22-26% Nhiệt độ hồ hoá biến động từ thấp đến cao nhưng hầu hết là trung bình Riêng các giống lúa cạn Nhật Bản có hàm lượng amilose thấp (15%) (IRRI 1974) [31],[56]

Về tiềm năng năng suất và tính ổn định của các giống lúa cạn, những nghiên cứu của Jana và De Datta (1971); IRRI (1971,1972,1973), trích dẫn qua

giống lúa đều thấp cho dù có đầy đủ dinh dưỡng kết hợp với trừ cỏ hiệu quả Vì vậy, năng suất hạt thuần chỉ phản ánh mức độ tránh hạn hơn là tính chịu hạn, đặc biệt nếu lúa được thu hoạch trước khi thời kì hạn kết thúc (Levitt 1972) Nhưng nếu hạn kết thúc trước khi thu hoạch thì năng suất hạt lại phụ thuộc nhiều hơn vào khả năng phục hồi của giống lúa, trích dẫn qua [39],[56]

Kết quả thí nghiệm của IRRI (1971); Jana và De Datta (1971); Abifarin (1972); Chang (1972); De Datta và Beachell (1972); Kawano (1972), đều cho rằng: khả năng đẻ nhánh thấp của phần lớn các giống lúa cạn là trở ngại chính cho năng suất Ngoài ra, Ono (1971) nhận thấy năng suất của các giống lúa cạn Nhật Bản thấp là do kiểu cây cao và dễ đổ của chúng Một nguyên nhân khác phải kể đến đó là tính mẫn cảm cao với bệnh bạc lá, khô vằn, và bệnh virus, mặc

dù chúng có khả năng chống bệnh đạo ôn Nhưng bù lại, năng suất lúa cạn vẫn tương đối ổn định do chúng có khả năng tạo ra các bông hữu hiệu, to và hạt chắc ngay trong điều kiện hạn, trích dẫn qua [37],[56]

Từ kết quả nghiên cứu tập đoàn 4000 giống lúa cạn địa phương, các nhà khoa học IRRI tổng kết: các giống lúa cạn địa phương thường cao cây; bộ rễ ăn sâu và phân nhánh dày đặc; khả năng đẻ nhánh kém và không tập trung; bộ lá màu xanh nhạt, lá dài, rộng bản và rủ xuống, chỉ số diện tích lá không cao; bông

to và dài; hầu như không phản ứng với ánh sáng Thời gian sinh trưởng từ 95-140 ngày Hạt to, tròn, hàm lượng tinh bột từ thấp đến cao trung bình (18-25%); nhiệt

độ hoá hồ trung bình Tỷ lệ lép thấp Chống chịu giỏi với hạn, bệnh đạo ôn; mẫn cảm với rầy và bệnh virus Chống chịu với điều kiện đất thiếu lân, thừa nhôm và mangan Chịu phân kém đặc biệt là phân đạm Năng suất rất thấp nhưng ổn định, trích dẫn qua [7],[56],[31], [44],[45],[48]

2.2.3.1.2 Nghiên cứu về cấu tạo giải phẫu và hoạt động sinh lý chống chịu hạn

Theo John C O’Toole (1982), trích dẫn qua [39], vai trò lớp sáp cutin như là một hàng rào ngăn cản sự mất nước không qua con đường khí khổng, mặc

dù chưa có mối liên hệ rõ ràng với khả năng tránh hạn ở cây lúa

Nhiều tác giả cho rằng, sự đóng khí khổng ở thực vật khi xảy ra hạn là một đặc điểm thích ứng Henzell (1975) và Kaul (1971) lại nhận thấy ở các dòng lúa mì và lúa mạch chống hạn nhất có tế bào khí khổng không mẫn cảm Những nghiên cứu của Ludlow (1980) khẳng định thêm rằng: phần lớn các gen kháng

mất nước không làm đóng khí khổng Theo tác giả, ở đây có sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào khí khổng trong điều kiện hạn, trích dẫn qua [31]

Các nhà sinh lý cho rằng áp suất thẩm thấu đóng vai trò quan trọng, tạo nên khả năng chống chịu hạn ở cây trồng Trong điều kiện hạn, cây trồng có áp suất thẩm thấu cao luôn duy trì được lượng nước trong tế bào, sự mở của khí khổng, đồng thời duy trì quá trình hô hấp và quang hợp Vì thế, chúng chống chịu được sự khô hạn, trích dẫn qua [6],[29],[34],[39],[40],[41]

Theo F.W.G Baker (1989) [39], vai trò của áp suất thẩm thấu liên quan

ở mức có ý nghĩa với năng suất lúa mì trồng trong điều kiện thiếu nước và hạn Những nghiên cứu gần đây khẳng định: áp suất thẩm thấu cũng liên quan đến tỉ

lệ nảy mầm và đề nghị có thể sử dụng để xác định những kiểu gen mà có áp suất thẩm thấu cao

Morgan (1999) [6] kết luận: ngâm hạt phấn vào dung dịch PEG (polyethylen glycol) 50% cùng với 10 mà KCl, những giống lúa mì có áp suất thẩm thấu thấp thì sự co thể tích tế bào hạt phấn xảy ra có ý nghĩa; giống có áp suất thẩm thấu cao thì kích thước hạt phấn không co, thậm chí có chiều hướng tăng áp suất thẩm thấu của tế bào hạt phấn được xác định làm cơ sở trong chọn tạo giống lúa mì chịu hạn Những giống lúa mì chịu hạn sẽ có áp suất thẩm thấu cao và ngược lại

Một trong những nhân tố tạo nên cơ chế chống hạn của thực vật là quá trình hình thành và tích luỹ proline Nhiều tác giả như Singh (1973); Blum và Ebercon (1976); Withers và King (1979); Hanson (1980); Stewart và Hanson (1980); Rajagopal và Sinha (1980) [42],[32],[49],[61],[62],[64],[66] đã nghiên cứu và chứng minh vai trò của proline trong việc cân bằng nước và giữ nước ở các mô tế bào Bernand (1989) đã xây dựng được phương pháp xác định hàm lượng proline trong lá lúa [40]

Theo những nghiên cứu của Perrier (1961); Gates (1968); Blum (1980)… trên cây lúa mì, trích dẫn qua [31],[39], một bộ lá hẹp và xu hướng giảm diện tích lá là sự thích nghi với tình trạng thiếu nước của cây, làm hạn chế tối đa nhu cầu sử dụng nước

Bewley (1979) [41] cho rằng, màng tế bào tạo thành vị trí trung tâm cho quá trình trao đổi chất, vì vậy tính chống chịu sự mất nước của màng tế bào rất quan trọng

Sullivan (1972)[65] đã tiến hành nghiên cứu và phát triển phương pháp

đánh giá tỷ lệ tổn hại của màng tế bào bị mất nước ở cây lúa miến thông qua kỹ thuật đo dẫn điện Invitro từ đĩa lá Phương pháp này đã được nhiều nhà khoa học (Blum, Ebercon…) áp dụng cho các loại cây trồng khác, trong đó có cây lúa

2.2.3.1.3 Nghiên cứu về di truyền tính chịu hạn

Theo các chuyên gia của CGIAC (Nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế), bản đồ 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 đồng thời nó là tiêu chuẩn trong chọn giống cây trồng hiện đại [2]

Theo John C O’Toole (1989), trích dẫn qua [39], một kỹ thuật mới xuất hiện trong chọn tạo giống ngô và lúa chịu hạn là kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism technology)-kỹ thuật về tính đa hình của chiều dài các đoạn cắt hạn chế Bản đồ 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 đến tính chịu hạn ở cây trồng Ví dụ, các đặc điểm sinh trưởng hoặc các đặc trưng sinh lý có liên quan đến khả năng chịu hạn của ngô và lúa nói ở trên sẽ được làm sáng tỏ bằng kỹ thuật RFLP

Cũng theo O’Toole (1989), trích dẫn qua [39], các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Cornell (Mỹ) đã tiến hành nghiên cứu kỹ thuật lập bản đồ 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 lí tưởng ứng các điều kiện môi trường khác nhau

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

số lượng (Quanlity traits locus) Do vậy, phải tiến hành xây dựng bản đồ tính trạng số lượng (QTL mapping) Người ta quan sát từ đầu đến cuối bộ genome với những marker bao phủ toàn bộ các nhiễm sắc thể, mật độ trung bình 10 cM giữa hai marker Thông qua đó, người ta xác định những khu vực giả định có chứa các gen điều khiển tính trạng số lượng mà ta cần nghiên cứu, dựa vào sự biến động của tính trạng kết hợp với sự thay đổi của các marker tương ứng Những vị trí

được xác định như vậy vô cùng cần thiết cho công trình chọn giống nhờ marker trợ giúp (MAS) đối với tính trạng chống chịu và rất cần thiết cho kỹ thuật cloning trên cơ sở bản đồ di truyền của những gen thuộc về tính trạng số lượng

Đối với cây lúa, thuận lợi lớn nhất trong ứng dụng marker là bản đồ genome của

nó đã cơ bản được giải mã, marker không còn là vấn đề

Các marker được ứng dụng trong chọn giống cây trồng phải có liên kết chặt với gen mục tiêu, trên cơ sở bản đồ phân tích di truyền Hiện nay, marker hiệu quả đáng tin cậy là “microsatellite”(SSR) Người ta cũng chuẩn bị đưa vào

sử dụng rộng rãi marker SNP (single nucleotide polymorphisms) trong vài năm tới Theo Goff và 30 tác giả khác (2002), chuỗi kí tự của SSR và SNP hiện được thiết kế ước khoảng 40.000 marker, kể cả các phân tử mất đoạn hay xen đoạn Theo Gale (2002), đây là những chuỗi mã đồng nhất ở mức độ 1%, mật độ 24 cM trên mỗi gen, trích dẫn qua [2]

Nhờ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật bản đồ gen, nhiều nhà khoa học đã xác định được vị trí và vai trò của một số vùng gen liên quan đến khả năng chống chịu hạn Các đặc tính như bộ rễ khoẻ, ăn sâu; khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu; khả năng duy trì thế nước ở lá trong điệu kiện khô hạn… đều quyết định quan trọng đến khả năng chịu hạn của cây trồng [2],[4],[38],[67]

Bằng việc sử dụng marker trợ giúp chọn lọc (MAS), các vùng gen có liên quan đến các tính trạng này được định vị trên trên nhiễm sắc thể số 1, 2, 3, 4, 5, 9

và 11 của cây lúa [67] Một vùng gen trên nhiễm sắc thể số 4 được xác định là chứa các locus tính trạng số lượng chính quyết định chiều cao cây, năng suất hạt,

số hạt trên bông trong điều kiện thiếu nước

Bên cạnh đó, bằng việc so sánh sự trùng khớp ngẫu nhiên của các locus tính trạng số lượng với một số tính trạng đặc biệt khác, người ta đã phân tích kỹ mối liên hệ tự nhiên giữa tính trạng bộ rễ và khả năng điều chỉnh tính thấm với tính trạng năng suất trong điều kiện hạn Nghiên cứu này chứng minh vùng gen

kí hiệu RG 939-RG 476-RG 214 trên nhiễm sắc thể số 4 quyết định quan hệ của

bộ rễ với tính chịu hạn (Babu, 2003) [38]

Yinong Yang và Lizhong Xiang (2003) [47],[69] công bố gen MAPK5 (Mitogen-activated protein kinase 5) có vai trò tăng cường sức chống chịu của

Theo Ray Wu và Ajay Garg (2003) [68] thuộc trường Đại học tổng hợp Cornell (Mỹ), hợp chất có khả năng cải tiến tính chống chịu hạn, chịu mặn và nhiệt độ thấp ở cây lúa là một loại đường đơn, gọi là trehalose Trehalose có thể hoạt động như nước thay thế trên bề mặt của các protrein ở lớp màng tế bào khi xảy ra thiếu hụt nước trầm trọng, ngăn chặn sự kết tinh hay biến chất các protêin, giữ cho các hoạt động sinh hoá, sinh lí diễn ra bình thường Các gen mã hoá enzyme tổng hợp trehalose là trehalose-6-phosphate synthase (TPS) và trehalose-6-phosphate photphatase (TPP)

Ngoài trehalose, Robert Locy và Narendra Singh (1996) thuộc Đại học Auburn (Mỹ) cho rằng, còn nhiều hợp chất hoá học khác có vai trò tương tự trehalose trong việc bảo vệ cây trồng chống lại hạn như: các axit amin (proline), polyamine, protein, glycine betaine, sorbitol, marnitol… Các loài thực vật khác nhau thì sử dụng loại hoá chất khác nhau, trích dẫn qua [63]

Tuy nhiên, các nhà khoa học chưa hiểu rõ yếu tố nào chi phối hiện tượng

và đóng góp tích cực nhất vào tính chống chịu khô hạn ở thực vật Hiện nay, tiến

độ cải tiến giống chống chịu hạn chậm nhưng khả thi Trở ngại chính là tính trạng năng suất cao và tính trạng chống chịu có khả năng tương hợp thấp Một câu hỏi đang được các nhà khoa học đặt ra: Liệu có sự đối kháng giữa năng suất

và tính trạng chống chịu hay không?

Để đánh giá và chọn giống chịu hạn, theo M.A Arraudeau (1989), trích dẫn qua [39], có thể áp dụng kỹ thuật nuôi cấy mô, dùng các biến thể soma vô tính để chọn lọc theo hướng chống chịu hạn Đối với lúa, người ta đã sử dụng kỹ thuật này để chọn giống chống chịu mặn nên cũng có nhiều triển vọng khi áp dụng cho hướng chống hạn Một bằng chứng cụ thể hơn, người ta đã công bố sự thành công trong việc chọn giống yến mạch chịu mặn thông qua nuôi cấy mô (Nabors, 1983)

2.2.3.1.4 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa cạn, 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 thuỷ lợi và các biện pháp kỹ thuật thông thường Vấn đề sử dụng giống chống chịu hạn trở thành lựa chọn tối ưu ở các vùng trồng lúa thiếu nước

Năm 1958, viện nghiên cứu quốc gia Ibazan của Nigieria đã chọn tạo

được giống Agbele từ tổ hợp lai 15/56 FAR03, có khả năng chống chịu hạn khá

và cho năng suất cao, trích dẫn qua [31,31-32]

Những năm 50-60, tại Philippines tiến hành công tác thu thập, so sánh và lai tạo các giống lúa cạn địa phương Tới năm 1970, các giống lúa như C22, UPLRi3, UPLRi5 được tạo ra với chiều cao cây vừa phải, đẻ 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 [31]

Tại In-đô-nê-xia, công tác lai tạo, tuyển chọn phối hợp với nhập nội cũng

được tiến hành và đưa ra 2 giống là Gata, Gatifu phục vụ sản xuất đạt hiệu qủa

Đầu những năm 50, Thái Lan tiến hành chương trình thu thập và làm thuần các giống địa phương, đã chọn lọc và phổ biến ở miền Nam được hai 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-gô (nay là INEAL, Zaire) giới thiệu giống R66 và OS6, cho năng suất cao và chống chịu hạn khá hơn Agbele (Jacquot, 1978) Giống OS6 được trồng rộng rãi ở Tây Phi [31]

Cũng vào năm 1966, viện IRAT, IITA và WARDA đồng thời đưa ra các giống như TOX 86-1-3-1; TOX 356-1-1; TOX 718-1 và TOX 78-2 (Dasgusta, 1983) Những giống này có khả năng chống chịu bệnh tốt [31, 31-32]

Trong suốt mùa khô năm 1974, hơn 2000 giống và các dòng lúa tuyển chọn từ châu á; châu Phi và Mỹ Latin được bố trí làm thí nghiệm trên đồng ruộng của IRRI về khả năng chống chịu hạn Một tỉ lệ lớn nhất các giống lúa chịu hạn

đã được tìm thấy trong số các giống lúa cạn địa phương nhập từ châu Phi, tiếp theo là từ Nam Mỹ và các giống lúa trồng trên đồi dốc ở Lào Một vài giống lúa chín sớm, chống chịu hạn tốt, có độ mẩy cao đã được đưa và sản xuất là N22; Seratus Malam; Cartuna; 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) [53]

Năm 1980, Trung tâm Nông nghiệp Ibaraki, Nhật Bản đã chọn tạo được

năng suất cao và chất lượng tốt Năm 1991, chọn được giống Kantomochi 168 chất lượng nấu ăn nổi tiếng và chịu hạn tốt Năm 1992, chọn được giống Kantomochi 172 cho năng suất rất cao [31]

Năm 1976, chương trình hợp tác thành công của CIAT (Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế) với ICA (Viện nông nghiệp Cô-lôm-bia) đã đưa ra giống CICA-9, không chỉ được trồng như là một giống lúa nước ở Cô-lôm-bia 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 đã trồng trước đó [54], [57]

Để phát triển diện tích trồng lúa cạn ở Brazin, Viện Nông nghiệp Campinas (IAC) đã tạo ra một loạt các giống lúa cao cây nhưng chịu hạn rất tốt như: IAC1246; IAC 47; IAC 25 Giống sau có thời gian sinh trưởng sớm hơn 10 ngày so với hai giống trước và thoát được thời kì hạn ở địa phương được biết tới với tên gọi là

veranico [55],[57]

IRRI là trung tâm nghiên cứu lúa rất lớn, có sự hợp tác với nhiều trung tâm khác như IRAT; IITA; WARDA và CIAT để nghiên cứu về lúa cạn và lúa chịu hạn Trong thời gian từ 1972-1980, IRRI đã tiến hành 3839 cặp lai để chọn giống Trong năm 1982, có trên 4000 dòng, giống được IRRI gửi tới thí nghiệm tại các nước cho việc đánh giá chọn lọc phù hợp cho mỗi vùng sinh thái hạn [31,33-34]

Thông qua chương trình thử nghiệm quốc tế có tên là INGER, các đợt thử nghiệm được 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 Độ; Mianma; Nepal; Nigieria; Philippines; Thái Lan; Brazin; Bờ Biển Ngà, Việt Nam…và ngay tại IRRI Đặc biệt mở rộng với quy mô lớn từ năm 1990 [31]

2.2.3.2 Phương hướng chọn tạo giống lúa chống chịu hạn

Theo P.C Gupta và J.C O’Toole, 1986, trích dẫn qua [31, 33-34], tiêu chuẩn chọn tạo giống lúa chịu hạn là:

Năng suất cao, ổn định Có nhiều dạng hình phong phú Tính thích nghi cao Chiều cao từ 110-130 cm, khả năng đẻ nhánh khá và chống đổ tốt

Chuyển từ dạng bông to sang dạng nhiều bông, khi gặp điều kiện thuận lợi thì vẫn cho năng suất cao

Có bộ rễ dày, khoẻ và ăn sâu Mọc khỏe, có khả năng cạnh tranh với cỏ dại

Chín tập trung, tỉ lệ lép thấp Chất lượng cao

Chịu hạn giỏi, chịu phân đạm trung bình Chống chịu với sâu bệnh như

đạo ôn, khô vằn, đốm nâu, rầy nâu, sâu đục thân… Chịu được loại đất nghèo dinh dưỡng, thiếu lân, thừa nhôm và chua

Theo T.T.Chang (1986), trích dẫn qua [31,34-35], mục tiêu chung cho các nhà chọn giống lúa cạn là:

i Nâng cao tiềm năng năng suất bằng cách phát triển các kiểu hình có chiều cao cây trung bình, đẻ nhánh khá thay thế các giống cổ truyền cao cây, thân yếu Mục tiêu đạt 20 tạ/ha cho vùng khó khăn, 40 tạ/ha cho vùng thuận lợi hơn về nước tưới Kiểu cây cho vùng khó khăn là chiều cao vừa phải, lá dài trung bình, lá phía trên thẳng, lá phía dưới rủ xuống để lấn át cỏ dại

ii Giữ được cơ chế chống hoặc chịu hạn, khả năng phục hồi nhanh sau các đợt hạn

iii Tạo các giống có thời gian sinh trưởng khác nhau để thích ứng với các vùng sinh thái, ít mẫn cảm với quang chu kì

iiii Giữ được các đặc tính nông sinh học tốt như bông dài, phơi màu tốt, hạt không hở, phẩm chất hạt tốt, ổn định về mặt di truyền, cơm mềm

iiiii Nâng cao tính chống chịu sâu bệnh từ các vật liệu cải tiến (chủ yếu

là bán lùn) nổi bật là: chống chịu bệnh đạo ôn, khô vằn, đốm nâu, sâu đục thân, rầy lưng trắng, sâu cuốn lá và tuyến trùng…

iiiiii Duy trì và nâng cao tính chống chịu với các yếu tố bất lợi của đất như thiếu lân, thừa nhôm, măng-gan…

Các yêu cầu có tính chất địa phương như chịu nhiệt độ thấp ở các vùng núi cao, hạt gạo thơm ngon, nội nhũ dẻo… được thay đổi theo từng vùng Do sự biến đổi môi trường sinh thái trồng lúa cạn giữa nơi này với nơi khác, cần xây dựng chương trình nghiên cứu cụ thể để tiến hành cải tiến giống lúa cạn phù hợp

các điều kiện sinh thái đặc trưng Sự mô tả rõ rệt các đặc tính ở mỗi loại giống,

mỗi loại môi trường khác nhau là tiêu chuẩn chọn lọc có hiệu quả

2.2.3.3 Nghiên cứu lúa cạn, lúa chịu hạn tại Việt Nam

Từ năm 1978, Viện cây lương thực và cây thực phẩm đã tiến hành chương trình chọn tạo giống lúa chịu hạn, thời gian sinh trưởng ngắn, chống chịu sâu bệnh, đạt năng suất cao hơn các giống lúa chịu hạn, lúa cạn địa phương đang trồng Trong giai đoạn từ 1986-1990, có 3 giống thuộc dòng CH đã được công nhận giống nhà nước là CH2, CH3, CH 133 và hàng loạt các dòng, giống lúa chịu hạn có triển vọng (Vũ Tuyên Hoàng và cộng sự, 1995) [13],[14],[15],[16],[17],[18],[19]

Từ năm 1986, Viện cây lương thực và cây thực phẩm đã phối hợp với trường Trung cấp nông nghiệp Việt Yên, Hà Bắc tiến hành một loạt thí nghiệm

so sánh giống và nghiên cứu các đặc tính nông sinh học của các giống CH, đặc biệt là các đặc tính liên quan đến khả năng chịu hạn Tiếp theo, xây dựng thành công quy trình kỹ thuật thâm canh các giống lúa cạn, áp dụng cho những vùng trồng lúa cạn và trồng các giống chịu hạn trên chân đất không chủ động nước Kết quả các thí nghiệm về so sánh năng suất chỉ ra rằng, năng suất của các giống

CH đều cao hơn các giống lúa cạn C22, CK136, lúa thơm địa phương Hà Bắc từ 5-9 tạ/ha, trung bình tăng 20% Ngoài ra, chúng có khả năng chịu hạn và phục hồi sau hạn tốt Trong điều kiện vùng hạn cho năng suất 35-45 tạ/ha, có thể đạt 50-60 tạ/ha trong điều kiện được tưới 60-70 % lượng nước của lúa nước Như vậy, chúng thuộc loại hình tiết kiệm nước [15]

Nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Ngân (1993) [24] về đặc điểm và kỹ thuật canh tác một số giống CH trên vùng đất cạn Việt Yên, Hà Bắc và Hải Dương cho thấy: các giống CH có thời gian sinh trưởng 120-130 ngày; thân cứng, lá thẳng

đứng và dày; khả năng đẻ nhánh trung bình; và có bộ rễ phát triển cả về chiều rộng và chiều sâu…

Theo Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn Văn Duệ, Huỳnh Yên Nghĩa (1995) [13], hàm lượng nước ở các giống CH cao hơn đối chứng, cường độ thoát hơi

giống CH có khả năng chịu hạn tốt hơn Hơn thế, các giống CH có đường kính rễ

từ 62-65 cm, tương đương với đối chứng nhưng ăn sâu hơn (đạt độ sâu 57,9-61,0 cm)

Trong giai đoạn 1995- 1997, Vũ Tuyên Hoàng, Trương Văn Kính và các cộng sự [19] đã đưa ra thêm 3 giống lúa mang những đặc điểm tốt: cho năng suất cao, chống chịu hạn khá, dễ thích ứng cho vùng đất nghèo dinh dưỡng bị hạn và thiếu nước Đó là các giống CH5, CH7 (đang được khu vực hoá) và giống CH132 (giống khảo nghiệm) Năm 2002, giống CH5 được công nhận là giống nhà nước Các giống lúa CH với những ưu điểm về khả năng chống chịu hạn, sâu bệnh và cho năng suất cao đã được gieo trồng rộng rãi ở nhiều vùng khó khăn về nước

Các nghiên cứu của Nguyễn Duy Bảo, Nguyễn Hữu Nghĩa và Tạ Minh Sơn, trích dẫn qua [31, 36-37], khi đánh giá khả năng chịu nóng; nghiên cứu hệ thống rễ và xác lập mối tương quan giữa khả năng chống hạn với sinh trưởng thân lá và bộ rễ của 20 giống lúa thuộc 3 nhóm chịu hạn giỏi, khá và kém đã nhận xét:

giờ cho phép đánh giá khả năng chịu nóng của các giống lúa cạn

+ Có 3 giống có khả năng chịu nóng tốt và chịu hạn khá được xác định là X11; MW-10; OS6

+ Giữa lúa cạn cổ truyền và lúa cạn cải tiến ở giai đoạn 20 ngày không có sai khác về chiều cao cây và chiều dài rễ; ở giai đoạn 60 ngày thì sự khác biệt có ý nghĩa

+ Giữa lúa cạn và lúa nước ở giai đoạn 20 ngày không có sai khác về chiều cao cây nhưng có sai khác ý nghĩa về chiều dài rễ nên có thể coi đây là chỉ tiêu chọn giống

+ Chiều cao cây có tương quan nghịch với khả năng mẫn cảm hạn Chiều cao cây càng thấp thì nhiễm hạn tăng và ngược lại

Các tác giả trên cũng nghiên cứu ảnh hưởng của 2 điều kiện môi trường (đủ nước và hạn) đến sinh trưởng của lúa nước và lúa cạn trong một thí nghiệm với 35 giống lúa cạn và 35 giống lúa nước Kết quả là, khi thay đổi điều kiện từ ruộng nước sang ruộng cạn và ngược lại, các giống lúa cạn không biến động nhiều về chiều cao cây và thời gian sinh trưởng nhưng các giống lúa nước biến

động rất lớn Thời gian sinh trưởng khi gieo khô của lúa cạn ngắn hơn gieo nước

2-6 ngày; của lúa nước dài hơn gieo nước 4-20 ngày Chiều cao cây (gieo khô) của lúa nước thấp hơn gieo nước 30 cm nhưng lúa cạn ít biến động

Năm 1994, Nguyễn Thị Lẫm tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của đạm

đến sinh trưởng phát triển và năng suất cuả một số giống lúa cạn [21] Theo tác giả, hệ thống rễ lúa cạn phát triển mạnh nhất từ đẻ nhánh đến giai đoạn làm đòng

và trỗ bông Đạm có ảnh hưởng đến sự phát triển bộ rễ lúa gieo trồng cạn Khi lượng đạm tăng, độ dày vỏ và số bó mạch của rễ tăng, tạo điều kiện tốt cho quá trình vận chuyển và tích luỹ Khi bón 60kgN/ha đối với lúa cạn địa phương, năng suất cao và hiệu suất sử dụng lớn (13-14kg thóc/kg N) Nhưng nếu vượt quá ngưỡng đạm thích hợp, các chỉ tiêu trên không tăng Mặt khác, tác giả cho rằng nên hạn chế bón đạm khi gặp hạn

Vào năm 1991, Nguyễn Hữu Nghĩa và cộng sự đã tuyển chọn được giống

ngày), gieo được ở nhiều vụ, thích hợp trên đất nghèo dinh dưỡng, hoàn toàn nhờ nước trời, năng suất khoảng 34 tạ/ha, trích dẫn qua [16],[17]

Theo giáo sư Nguyễn Hữu Nghĩa, trích dẫn qua [31,38-40], đến năm

1994, Việt Nam đã nhận được 270 bộ giống thử nghiệm của INGER có nguồn gốc từ 41 nước và 5 trung tâm nghiên cứu lúa quốc tế Từ 1975 đến 1994, Việt Nam

đã xác định và đưa vào sản xuất 42 giống lúa và nhiều dòng triển vọng, đặc biệt là có một nguồn gen phong phú cho chương trình lai tạo Giống lúa cạn C22 có nguồn gốc

từ Philippine đã được chọn ra từ nguồn INGER và phổ biến trong sản xuất ở Việt Nam năm 1985

Năm 1993, cũng từ bộ giống của INGER, Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam đã chọn được các giống đặt tên là LC, có khả năng cho năng suất gấp

2 lần giống lúa địa phương và chịu hạn tốt như: LC88-66; LC88-67-1; LC90-14; LC90-12; LC90-4; LC90-5…Đây là những giống lúa đang được phát triển mạnh

ở cao nguyên, miền Đông Nam bộ và một số tỉnh miền núi và trung du Bắc bộ, trích dẫn qua [19], [30],[31]

Theo giáo sư Võ Xuân Tòng (1995) [35], tại Tây Nguyên, các giống LC88-66; LC89-27; LC90-5; IRAT1444 đã được trồng và đạt năng suất 28-30 tạ/ha

Năm 1996 đến năm 2000, Nguyễn Đức Thạch, Hoàng Tuyết Minh, Nông Hồng Thái [30],[31] tiến hành nghiên cứu đánh giá vật liệu khởi đầu để tuyển chọn giống lúa cạn cho vùng Cao Bằng, Bắc Thái, bước đầu chọn được một

số dòng tốt cho vùng này

Trần Nguyên Tháp (2001)[31] đã tiến hành nghiên cứu những đặc trưng cơ bản của các giống lúa chịu hạn nhằm xây dựng chỉ tiêu chọn giống Qua kết quả thu được, tác giả đã đề xuất một mô hình chọn giống lúa chịu hạn Và với thí nghiệm đánh giá khả năng chống chịu hạn nhân tạo của cây lúa ở trong phòng, tác

Thạc sĩ Nguyễn Văn Doăng (2002) [6] tiến hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp xác định áp suất thẩm thấu của hạt phấn bằng dung dịch Polyethylen glycol (PEG) trong chọn tạo giống lúa mì chịu hạn Theo tác giả, phương pháp này giúp phân biệt các giống có áp suất thẩm thấu cao và thấp Mà những giống lúa mì chịu hạn có áp suất thẩm thấu cao và ngược lại Mặt khác, phương pháp kiểm tra này rất dễ thực hiện, không đòi hỏi nhiều trang thiết bị máy móc đắt tiền và cho kết quả tốt Vì vậy, đề nghị thử nghiệm phương pháp ngâm hạt phấn trong dung dịch PEG để đánh giá khả năng chịu hạn với lúa

2.2.4 Tương lai của cây lúa cạn và lúa chịu hạn

Tuy xuất hiện sau lúa nước nhưng hình thức trồng lúa cạn đánh dấu một bước phát triển của nghề trồng lúa Với năng suất vô cùng thấp, vì sao lúa cạn vẫn tiếp tục được trồng? Đó là câu hỏi mà nhiều người đặt ra