Nghiên cứu xác định các thông số cơ bản về giá thể, dinh dưỡng, ph và quanh chu kỳ làm cơ sở cho việc tăng củ nhỏ khoai tây giống g0 TT

Xác định được công thức dinh dưỡng và nồng độ N, P, K phù hợp cho sản xuất củ giống khoai tây mini của cây giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trong giá thể thích hợp.. Xác định được ảnh hưởn

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Công trình đƣợc hoàn thành tại

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

Vào hồi giờ ngày tháng năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại:

Thư Viện Quốc gia Hà Nội

Thư viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

Thư viện Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

liên quan đến luận án

1 Nguyễn Thế Nhuận, Nguyễn Quang Thạch (2017), “Ảnh

hưởng của pH và quang chu kỳ đến sinh trưởng, phát triển và năng suất củ giống G0 (generation zero) tại Đà Lạt, Lâm

Đồng” Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, tháng

12/2017, tr 46-51

2 Nguyễn Thế Nhuận, Nguyễn Quang Thạch và Nguyễn

Đăng Nghĩa (2018), “Ảnh hưởng của các yếu tố N,, P và K trong dung dịch dinh dưỡng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất củ giống G0 (generation zero) tại Đà Lạt, Lâm

Đồng”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, số

2/2018, tr 61-69

3 Nguyễn Thế Nhuận, Nguyễn Quang Thạch (2020), “Ảnh

hưởng của sốc dinh dưỡng và pH trong điều khiển tăng số củ khoai tây mini (mini tubers) trồng từ cây giống sau cấy mô

(root cutting) trên giá thể mụn xơ dừa”, Tạp chí Nông nghiệp

và Phát triển Nông thôn số 12/2020, Kỳ 2 - Tháng 6/2020, tr

13-21

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua, việc ứng dụng củ khoai tây mini vào

sản xuất giống đã cách mạng hóa ngành hàng sản xuất khoai tây do

rút ngắn chu kỳ sản xuất giống trên đồng ruộng, đồng thời tạo ra số

lượng lớn cây giống khoai tây sạch bệnh cung cấp cho trồng trọt và

sản xuất (Wróbel 2014) Củ giống khoai tây mini là sản phẩm thu

được từ nuôi cấy cây có nguồn gốc in vitro bằng các phương thức tối

ưu

Việc sản xuất củ giống khoai tây nhỏ thế hệ G0 tại Đà Lạt để

cung cấp cho Đồng bằng Sông Hồng tiến hành tổ chức sản xuất các

cấp củ nguyên chủng (G1), xác nhận (G2) nhằm phát triển hệ thống

sản xuất khoai tây sạch bệnh tại Việt Nam là rất cần thiết và mang lại

hiệu quả kinh tế cao, góp phần hạn chế nhập khẩu giống khoai tây là

một đường hướng có triển vọng (Trần Văn Ngọc và CS, 1995)

Vì vậy, nghiên cứu được thực hiện nhằm khảo sát loại giá

thể, dinh dưỡng, pH và quang chu kỳ làm cơ sở cho việc tăng số

lượng củ giống khoai tây nhỏ thể hệ G0 tại Đà Lạt, Lâm Đồng

Nghiên cứu góp phần hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất củ

giống khoai tây đạt chất lượng tốt, sạch bệnh nhằm thúc đẩy ngành

hàng sản xuất giống khoai tây tại Việt Nam

2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài

2.1 Mục tiêu chung

Xác định được các thông số cơ bản về giá thế, dinh dưỡng,

pH và quang chu kỳ làm cơ sở cho việc xây dựng các biện pháp làm

tăng số lượng củ khoai tây giống nhỏ thế hệ G0 (khoai tây mini)

2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định được tỷ lệ phối trộn giá thể cho sinh trưởng, thích

nghi của cây giống khoai tây ở giai đoạn sau cấy mô (root cutting) và

giá thể thích hợp cho sản xuất củ giống khoai tây mini từ cây giống

có nguồn gốc nuôi cấy in vitro ở điều kiện vườn ươm

Xác định được công thức dinh dưỡng và nồng độ N, P, K phù hợp cho sản xuất củ giống khoai tây mini của cây giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trong giá thể thích hợp

Xác định được ảnh hưởng của pH dung dịch dinh dưỡng và quang chu kỳ đến khả năng tạo củ khoai tây mini của cây giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trên giá thể thích hợp

Xác định được một số thông số kỹ thuật tạo sốc dinh dưỡng,

pH đến khả năng tạo củ khoai tây mini từ cây giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trên giá thể

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đưa ra các dẫn liệu khoa học về ảnh hưởng của giá thể, các yếu tố dinh dưỡng N, P, K, của pH dung dịch tưới và quang chu kỳ đến sinh trưởng và tạo củ khoai tây giống làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng các biện pháp kỹ thuật làm tăng số lượng củ khoai tây mini từ cây giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trồng trên giá thể

Đã chứng minh được ảnh hưởng của phương pháp gây sốc dinh dưỡng và sốc pH là các tác nhân quan trọng làm tăng số lượng

củ khoai tây mini tạo ra Nghiên cúu xác định được một số thông số

kỹ thuật về xử lý tạo sốc dinh dưỡng (Nồng độ N, thời điểm tạo sốc, thời gian sốc) đến số củ khoai tây mini trung bình/cây và năng suất

củ thu được/m2

từ cây giống sau cấy mô trên giá thể

Nghiên cứu đã chứng minh quang chu kỳ ngày ngắn ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tạo củ khoai tây mini từ cây giống sau cấy mô trên giá thể

Các dẫn liệu thu được có thể sử dụng như tài liệu tham khảo phục vụ công tác đào tạo trong lĩnh vực sản xuất giống khoai tây tại các Trường Đại học, Cao đẳng và Viện nghiên cứu

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu đề xuất được các biện pháp kỹ thuật cụ thể góp phần hoàn thiện quy trình sản xuất củ giống khoai tây mini từ cây

giống có nguồn gốc nuôi cấy mô trên giá thể với năng suất thu được trên đơn vị diện tích cao nhất Góp phần thúc đẩy phát triển hệ thống sản xuất giống khoai tây có chất lượng cao tại Việt Nam, gồm: 1) Giá thể phối trộn theo thể tích 1 mụn xơ dừa + 1 đất đen (than bùn) +

1 đất đỏ cho sản xuất cây khoai tây giống sau cấy mô Giá thể 100% mụn xơ dừa là phù hợp nhất cho sản xuất củ giống khoai tây minni

trong nhà màng; 2) Công thức dinh dưỡng 202N, 66,5P, 313,5K,

160Ca, 36Mg, 48S, 4,0Fe, 0,66Cu, 0,22Zn, 0,5Mn, 0,26B (đơn vị tính ppm, pH=6,0, EC = 1dS m-1 ); 3) Xử lý quang chu kỳ ngày ngắn

10 giờ chiếu sáng/ngày cho kết quả tốt nhất trong sản xuất củ giống khoai tây mini từ cây giống sau cấy mô trên giá thể mụn xơ dừa; 4) Tạo sốc dinh dưỡng bằng việc giảm 100% nồng độ N trong dung dịch dinh dưỡng và điều chỉnh pH dung dịch về 4,0 trong vòng 48 giờ ở thời điểm 30 ngày đối với giống khoai tây Atlantic và 35 ngày đối với giống khoai tây PO3

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Giống khoai tây Atlantic (giống cho chế biến chips công nghiệp) và giống khoai tây PO3 (giống cho ăn tươi) là các giống khoai tây đang được sản xuất phổ biến tại Lâm Đồng

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu xác định giá thể cho sản xuất cây giống sau cấy mô, giá thể trồng cây sau cấy mô, công thức dinh dưỡng phù hợp, ảnh hưởng của điều chỉnh pH dung dịch, quang chu

kỳ chiếu sáng ngày ngắn và một số biện pháp tạo sốc dinh dưỡng (giảm nồng độ N, thời điểm và thời gian xử lý sốc), kết hợp tạo sốc sinh dưỡng và pH dung dịch

Nghiên cứu được thực hiện trong nhà màng, đảm bảo điều kiện cách ly, cây giống sau cấy mô sạch bệnh, đảm bảo tiêu chuẩn về

số rễ, chiều dài rễ, số lá được trồng trên giá thể đã xử lý tanin, trong bồn xi măng Dinh dưỡng và nước tưới được cung cấp qua hệ thống nhỏ giọt Các biện pháp kỹ thuật canh tác được áp dụng theo Quy

trình khuyến cáo của Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

Thời gian thực hiện đề tài tháng 10/2014 đến tháng 12/2018

5 Những đóng góp mới của luận án

Kết quả nghiên cứu đã tìm ra được giá thể phối trộn phù hợp

để làm bầu kết dính thay thế bầu lá chuối trước đây với chi phí giảm,

áp dụng cơ giới hóa trong sản xuất (máy làm bầu khoai tây), tổ chức sản xuất quy mô công nghiệp tạo ra được số lượng lớn cây khoai tây giống có tỷ lệ đồng đều cao

Phương pháp sản xuất củ khoai tây mini trên giá thể, sử dụng dung dịch dinh dưỡng lần đầu được nghiên cứu và áp dụng tại Việt Nam có thể thay thế cho phương pháp sản xuất khí canh với chi phí đầu vào rất cao

Đây là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam sử dụng

kỹ thuật tạo sốc dinh dưỡng và tạo sốc pH để tăng số lượng củ và năng suất củ khoai tây mini được thực hiện trên giá thể

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Theo Pereira và Daniels (2003), trung bình khoảng 15% sản lượng khoai tây trên thế giới được dự trữ làm khoai tây giống, một số nước ước tính con số này là khoảng 10% Ở Brazil, khoảng 13% khoai tây sản xuất ra được sử dụng làm giống, nhưng trong số này chỉ có khoảng 20-30% là giống có chất lượng tốt (nghĩa là chất lượng được công nhận và đảm bảo), tại Chile tỷ lệ này đạt khoảng 15% và tại Hà Lan là khoảng 25% trên tổng số khoai tây được trồng Theo

Bộ Nông nghiệp và Thương mại Mỹ, 10% khoai tây thu hoạch được dùng như là khoai tây giống, điều này cho thấy tầm quan trọng và hiệu quả của việc sản xuất khoai tây giống của mỗi quốc gia Việc tổ chức sản xuất khoai tây giống được hình thành tại các vùng sản xuất

có điều kiện cách ly tốt, có khí hậu mát mẻ, mùa đông thường kéo dài và lạnh, ngày nắng, đêm mát thuận tiện cho cây khoai tây sinh trưởng, phát triển, hạn chế tối đa các mầm mống bệnh hại

Theo báo cáo của Cục Trồng trọt – Bộ NN&PTNT, 2018, diện tích sản xuất khoai tây trong thời gian qua dao động từ 23.000 – 25.000 ha, năng suất trung bình đạt từ 14-15 tấn/ha, lượng khoai tây giống sử dụng hàng năm từ 34.500 – 37.500 tấn Diện tích sản xuất khoai tây tại Lâm Đồng đạt từ 2.000 – 2.500 ha/năm, năng suất trung bình đạt trên 18 tấn/ha, lượng khoai tây giống sử dụng hàng năm từ 4.000 – 5.000 tấn, đây là vùng sản xuất khoai tây có tiềm năng và cho năng suất cao, chất lượng tốt Với định hướng mục tiêu phát triển trong giai đoạn 5 năm, từ 2018 - 2023 đưa diện tích đạt và ổn định khoảng 30 nghìn ha; 5 năm tiếp theo đưa diện tích khoai tây lên 35-40 ngàn ha, năng suất khoai tây bình quân 18-20 tấn/ha Tuy vậy, hiện nay, sản xuất khoai tây tại Việt Nam gặp vấn đề khó khăn lớn nhất

là xây dựng và phát triển được được hệ thống sản xuất giống chất lượng cao trong nước Trong khi đó, nguồn giống sản xuất trong nước mới chỉ đáp ứng được khoảng 20-25% cho sản xuất Việc nhập khẩu giống từ

châu Âu hiện nay cũng được một số Công ty, đơn vị thực hiện Tuy nhiên giá giống nhập khẩu là rất cao Giá của cây giống nhập khẩu, về đến Việt Nam khoảng 1.100 -1.200 USD/tấn Những năm gần đây một lượng lớn khoai tây thương phẩm từ miền nam Trung Quốc nhập vào nước ta được sử dụng làm giống có giá thành khoảng 10.000 – 12.000 đồng/kg Trong khi đó, các lô giống này có chất lượng rất thấp

Ở Việt Nam, kỹ thuật sản xuất củ giống mini thế hệ G0 được tiến hành chủ yếu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa – Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, Viện Sinh học Nông Nghiệp – Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, Trung tâm Cây có

củ - Viện Cây Lương thực và Cây thực phẩm và gần đây nhờ công nghệ khí canh, một số đơn vị như Trung tâm giống Nam Định, Trung tâm Khuyến Nông Thái Bình, Trung tâm Khoa học Công nghệ Bắc Giang, Trung tâm Giống cây trồng Lào Cai, Trung tâm Giống cây trồng Lạng Sơn đã áp dụng và tổ chức sản xuất Tuy vậy, mỗi năm các đơn vị trên chỉ tổ chức sản xuất được từ 100.000 – 300.000 củ

Tại Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau & Hoa, sản xuất

củ giống khoai tây G0 được áp dụng bằng phương pháp địa canh trong điều kiện nhà màng cách ly: Cây ra rễ (root cutting) được trồng trên hỗn hợp đất phân đã khử trùng với mật độ 100 cây/m2 Lượng phân bón sử dụng cho sản xuất là 100kg N, 150kg P2O5, 120kg K2O cho mỗi hecta Toàn bộ lượng phân lân, 1/3 lượng phân đạm và 1/3 lượng phân kali được bón lót, số phân còn lại chia đều làm 2 lần: bón thúc lần 1 sau trồng 15 ngày và bón thúc lần 2 sau trồng 30 ngày Sau trồng 80 – 90 ngày tiến hành thu hoạch, năng suất đạt 100 – 200 củ/m2

Qua tổng quan nghiên cứu về sản xuất củ giống khoai tây mini thế hệ G0 (minitubers) trên thế giới và tại Việt Nam, tác giả nhận thấy:

Hệ thống sản xuất giống khoai tây sạch bệnh đóng vai trò quan trọng góp phần thúc đẩy sản xuất ngành hàng khoai tây của mỗi nước Đa số các nước sản xuất khoai tây trên thế giới đều có hệ thống sản xuất giống riêng, hệ thống sản xuất giống được bắt đầu từ

cây giống sạch bệnh in vitro, sản xuất xuất giống mini để sản xuất

các cấp giống tiếp theo, G1, G2…Trong mỗi hệ thống, công đoạn sản xuất củ giống mini có vai trò quyết định trong việc tổ chức sản xuất các cấp giống tiếp theo

Hiện nay trên thế giới áp dụng nhiều phương pháp để sản xuất

củ giống khoai tây mini 1) Sản xuất trên giá thể (cát, than bùn, vỏ trấu, mụn xơ dừa ), có thể phối trộn các loại giá thể theo các tỷ lệ khác nhau, sử dụng cây giống in vitro, phân bón chỉ cung cấp đa lượng N, P, K Với kỹ thuật này, số củ đạt được trên cây là thấp, trung bình chỉ đạt từ 2-3 củ/cây 2) Công nghệ thủy canh, sử dụng chất hữu cơ và cây con bắt nguồn từ nuôi cấy mô, thu được 6,7 cue với đường kính lớn hơn 23 mm và khối lượng tươi đạt 16,10 g, thu hoạch sau 53 ngày sau trồng 3) Công nghệ khí canh đang được sử dụng khá phổ biến trên thế giới để sản xuất củ giống khoai tây mini sạch bệnh, đạt 13,4 củ/cây, khối lượng củ trung bình đạt 18,4 gam, năng suất đạt 800 củ/m2

(Imma Farran, AgenM.Mingo, 2006), số củ trung bình đạt 32,5 đến 36,0 củ/cây và sản lượng đạt từ 1268 củ đến

1394 củ/m2, tùy từng giống (K.Rykaczewska, 2016), đạt 45 củ/cây (Mateus-Rodriguez và CS., 2013) và đạt 2094 củ/m2 (Sun and Yang 2004) và đạt đạt từ 15-20 củ/cây, 620 củ - 1161 củ/m2, tùy vào giống (Nguyễn Quang Thạch, CS., 2009) Công nghệ khí canh có những

ưu điểm vượt trội, tuy vậy cũng bộc lộ một số nhược điểm cần phải khắc phục: 1) Chi phí cao về hạ tầng và trang thiết bị, một hệ thống đơn giản có khả năng sản xuất 80.000 củ mini mỗi năm, giá trị đạt

khoảng 24.000USD; 2) Tiêu tốn nhiều công cho chăm sóc và thu

hoạch; 3) Các yếu tố kỹ thuật tác động là điều kiện tiên quyết; 4)

Điều kiện thời tiết bất lợi, nhiệt độ cao ảnh hưởng lớn đến sản xuất

củ bằng công nghệ khí canh

Trên cơ sở các nhận định trên nhằm xác định được một số thông số kỹ thuật cơ bản về giá thể, dinh dưỡng, pH và quang chu kỳ làm cơ sở cho việc tăng củ nhỏ khoai tây giống thế hệ G0 tại Đà Lạt, Lâm Đồng có đầy đủ cơ sở khoa học, nhận thấy một số vấn đề cần giải quyết là:

1) Xác định tỷ lệ phối trộn mụn xơ dừa, đất đen, đất đỏ để tạo được hỗn hợp giá thể phù hợp cho làm bầu thay thế cho bầu lá chuối hoặc giâm cây trên vĩ xốp hiện nay Với mục tiêu là sử dụng loại giá thể có sẵn trên thị trường, với giá thành thấp, là loại giá thể dạng trơ

để cung cấp dung dịch dinh dưỡng qua hệ thống tưới nhỏ giọt cho sản xuất củ giống khoai tây mini từ cây giống sau cấy mô Nghiên cứu so sánh lựa chọn các loại giá thể gồm: Cát, mụn xơ dừa và vỏ trấu hun

2) Sử dụng và quản lý dinh dưỡng trong canh tác không dùng đất là yếu tố quyết định cho sản xuất, dinh dưỡng hợp lý và cân bằng

sẽ làm tăng năng suất, chất lượng của sản phẩm cây trồng Nghiên cứu thực hiện các vấn đề: xác định công thích dinh dưỡng phù hợp,

để làm Nghiệm thức nền cho các thí nghiệm tiếp theo, tìm hiểu ảnh hưởng của các nguyên tố N, P, K đến sinh trưởng và năng suất củ giống khoai tây mini từ cây giống sau cấy mô

3) Đa số các nghiên cứu cho rằng trong sản xuất củ giống khoai tây mini trên giá thể điều chỉnh mức pH từ 5,8-6,5 là phù hợp, tuy vậy sản xuất khoai tây mini bằng công nghệ khí canh nhiều tác giả khẳng định cần điều chỉnh pH dung dịch tại một thời điểm nhất định sẽ làm tăng số lượng củ Nghiên cứu tiến hành thay đổi pH dung dịch dinh dưỡng từ 3,5 đến 6,5 tại các thời điểm khác nhau để xác định của việc điều chỉnh mức pH phù hợp

4) Cây khoai tây phản ứng với quang chu kỳ trung tính, tạo củ trong điều kiện tối Nhiều tác giả đã khẳng định, quang chu kỳ chiếu

sáng ngày ngắn sẽ làm tăng số lượng củ và khối lượng củ, nghiên cứu này tiến hành thử nghiệm với các mức quang chu kỳ chiều sáng

CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu

2.1.1 Cây giống

Cây giống ra rễ sau cấy mô (root cutting) giống khoai tây

Atlantic, PO3 được sản xuất từ cây nuôi cấy mô tế bào (in vitro) làm

vật liệu cho tất cả các thí nghiệm Cây giống được giâm trong bầu đất có chiều cao trung bình từ 6-7cm, 5-6 lá mở, rễ chạm đáy bầu (khoảng 15 ngày sau khi giâm), đảm bảo độ sạch bệnh (cây giống được kiểm tra bệnh héo xanh và vi rút bằng phương pháp elisa kit)

2.2 Nội dung nghiên cứu

Để đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu, đề tài tập trung thực hiện 4 nội dung nghiên cứu với 14 thí nghiệm gồm :

Nội dung 1: Nghiên cứu giá thể phù hợp để sản xuất cây giống khoai

tây sau cấy mô và giá thể cho sản xuất củ giống khoai tây mini

Nội dung 2: Nghiên cứu xác định công thức dinh dưỡng và ảnh

hưởng của một số yếu tố dinh dưỡng (N, P, K) đến sản xuất củ giống khoai tây mini từ cây giống khoai tây sau cấy mô

Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng pH dung dịch dinh dưỡng và

quang chu kỳ đến số lượng củ giống khoai tây mini trồng trên giá thể