Ebook Kỹ thuật trồng ngô cao sản: Phần 1

Tính chông đổ của cây trồng là do nhiều loại gen quy định với nhiều yếu tô' tác động khác nhau như: tương tác gen với môi trường, tương quan giữa các dòng bô' mẹ và tổ hợp [r]

Nguyên Hữu Hoàng - Lương Xuân Lầm

s

3

i

|p{rííưgp

tĩonqlnqo

icaoisanl

Nhã xuất bân Thòi dại

KỸ THUẬT TR0N6 NGỜ CAO SÁN

NGUYÊN HỬU HOÀNG - LƯƠNG XUÂN LÂM

K Ỹ T H U Ậ T T R Ồ N G

NGÔ CAO SẢN

NHÀ XUẤT BẢN THỜI ĐẠI

Ẩ lờ i n ói ctau

Nông nghiệp là ngành sản xuất vật chất cơ bản của

xã hội, sử dụng đất đai để trồng trọt, chăn nuôi, khai thác cây trồng vật nuôi làm tư liệu và nguyên liệu lao động chủ yếu nhằm tạo ra lương thực thực phẩm cùng một số nguyên liệu cho công nghiệp Đây là một ngành sản xuất lớn, bao gồm nhiều chuyên ngành: trồng trọt, chăn nuôi, sơ chế nông sản; theo nghĩa rộng, còn bao gồm cả lâm nghiệp, thuỷ sản.

Trong đó, trồng trọt là nền tảng của sản xuất nông nghiệp, cung cấp lương thực, thực phẩm cho dân cư, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến, là cơ sở

đ ể phát triển chăn nuôi và nguồn xuất khẩu có giá trị lớn Cây trồng được phân thành các nhóm: cây lương thực, cây công nghiệp, cây thực phẩm Cây lương thực là nguồn chủ yếu cung cấp tinh bột, chất dinh dưỡng quan trọng trong cuộc sống, cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm , đồng thời còn là hàng hoá xuất khẩu có giá trị Ngô củng là một trong những cây lương thực chủ đạo, không chỉ là nguồn thực phẩm bổ dưỡng cho con người, mà còn là thức ăn tốt cho gia súc, gia cầm Không những thế, nó còn là nguồn nguyên liệu quan trọng đ ể sản xuất xăng trên th ế giới Năng suất ngô ở nước ta hiện nay đã được nâng lên rất đáng k ể so với nhiều năm trước đây (chủ yếu nhờ áp dụng giống mới) Tuy nhiên, nó vẫn còn quá thấp so với tiềm năng của giống và điều kiện đất đai.

Nghiên cứu các giải pháp đ ể nâng cao năng suất, hiệu quả sản xuất ngô hiện nay và các cày trồng khác là

vấn đề trách nhiệm của tất cả chúng ta Trong đó, đòi hỏi mỗi cán bộ nông nghiệp ở mỗi địa phương cần phải luôn luôn nghĩ và tìm ra câu trả lời làm th ế nào đê nâng cao năng suất, hiệu quả sản xuất ngô nói riêng và phát triển nông nghiệp nông thôn nói chung Với mục đích trên, chúng tôi trân trọng giới thiệu đến quý độc giả cuốn sách: Kỹ th u ậ t trồ n g ngô cao sản Qua đẫy, bà con nông dân có thể tìm hiểu kỹ hơn về giống ngô cao sản, đặc biệt là các kỹ thuật chăm sóc và sản xuất nhiều giống ngô lai Bà con sẽ có thể biết được đâu là giống ngô phù hợp với điều kiện của khu vực mình, để có sự lựa chọn thích hợp, cùng việc áp dụng một số biện pháp chăm sóc, nuôi trồng cần thiết nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất Hy vọng đây có thể là cuốn cẩm nang

về nông nghiệp cần thiết cho bà con nông dân trong quá trình lựa chọn và sản xuất giống ngô phù hợp.

Trong quá trình biên soạn cuôh sách, khó tránh khỏi thiếu sót nhất định, rất mong được bạn đọc đóng góp ý kiến đ ể cuốn sách hoàn thiện hơn trong lần tái bản sau.

NHÀ XUẤT BẢN THỜI ĐẠI

Chương m ột

Đ Ặ C Đ I Ể M V À P H Â N L O Ạ I C Á C G I Ố N G N G Ô

1 Khái niệm cơ bản về cách chọn giống và chăm sóc cây ngô

Cây ngô có tên Latinh là zea mays L và tiếng Anh là zeamay, thuộc họ hòa thảo (poacea), tộc maydeace (tripsaceae), chi (zea), loài zea mays Nó là một cây trồng quan trọng và là một trong năm loại cây lương thực chính của th ế giới: ngô (zea mays L), lúa rníóc (oryza sativa L), lúa mỳ (triticum sp, tên khác là tiểu mạch), sắn (manihot esculenta crantz tên khác là khoai mỳ) và khoai tây (solanum tuberosum L) Ngô, gạo và lúa mỳ chiếm khoảng 87% sản lượng lương thực toàn cầu và khoảng 43% calori từ tấ t cả mọi lương thực, thực phẩm Cây ngô đối với đời sống của con người ngày càng trỏ nên quan trọng Nhờ công tác chọn tạo giống, mà năng suất ngô tăng lên rấ t nhanh trong những năm vừa qua Tuy nhiên, nó vẫn chưa đủ để đáp ứng cho nhu cầu của con người Dân số th ế giói hiện nay đã tăng lên quá

6 tỷ người và dự kiến sẽ vượt quá 12 tỷ ngưòi sau 50 năm tối Vì vậy, việc cung cấp đủ lương thực, thực phẩm cho nhân loại luôn là một vấn đề lố n ,trong hiện tại, cũng như trong tương lai

Việc chuyển các gen có lợi vào cây trồng, hay vật nuôi nhằm tăng năng suất và chất lượng là một thành

tựu vĩ đại của kỹ thuật di truyền (genetic engineering) Như chúng ta đã biết, gen là 1 đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một sản phẩm xác định (sản phẩm đó có thể là chuỗi polipeptit hay ARN) Nó là đơn

vị cấu trúc và chức năng cơ bản của di truyền, một gen

mã hóa protein có cấu trúc điển hình gồm 3 vùng:

- Vùng điều hoà: Mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã

- Vùng mã hóa: Bao gồm exon và intron Exon mang thông tin mã hóa các acid amin (a.a), intron không mang thông tin mã hóa a.a Gen có cả exon và intron gọi

là gen phân mảnh; gen chỉ có exon là gen không phân mảnh Gen không phân mảnh có ở nhân sơ; gen phân mảnh có ở nhân thực và vi khuẩn cổ (ít được đề cập đến) Các đoạn exon luôn mở đầu và kết thúc cho 1 gen

- Vùng kết thúc: Mang tín hiệu kết thúc phiên mã Các gen mục tiêu được chuyển vào cây trồng bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, có thể sử dụng các kỹ thuật

di truyền hiện đại như súng bắn gen, sử dụng vi khuẩn chuyển gen, dung hợp Vậy, gen mục tiêu là gì? Có thể khái quát chung, gen mục tiêu là những gen mà người nghiên cứu quan tâm hay gen cần triết tách, cần nhân lên, chuyển vào cây trồng Gen mục tiêu có thể có nguồn gốc tự nhiên, hoặc được tổng hợp nhân tạo Các gen mục tiêu được quan tâm trong nghiên cứu ngô lai hiện nay chủ yếu là các gen kháng sâu hại, kháng bệnh, chông chịu vối điều kiện bất lợị của yếu tô' thòi tiết (chịu hạn, chông đổ) và các gen có khả năng cải thiện chất lượng

h ạt của cây ngô lai Chúng ta biết, một tính trạng mà cây trồng thể hiện, có thể được mã hóa hoặc điều khiển

bởi một gen hoặc một nhóm gen Ví dụ như, gen Bt giúp cây ngô có khả năng chống sâu hại Tính trạng chống chịu hạn được quy định bởi nhiều gen như: nhóm 11 QTL quy định tính trạng ra rễ và năng suất; nhóm 7 QLT quy định tính trạng và năng suất; nhóm 17 QLT quy định nồng độ ABA trong lá và năng suất ngô trong điều kiện hạn

- Các vấn đề về cải thiện giống ngô lai theo hướng chống chịu:

Ngô kháng sâu hại

Sâu hại hàng năm làm thiệt hại tới hàng tỷ đô la cho nền nông nghiệp trên toàn th ế giới Việc tìm và chọn, tạo ra các giống ngô có khả năng kháng sâu hại là yêu cầu hết sức quan trọng nhằm giảm thiệt hại về mặt kinh tế và hạn chế việc sử dụng các hóa chất bảo vệ thực vật gây hại cho môi trường Thế hệ đầu tiên của giống ngô Bt có chứa một gen lấy từ Bacillus thuringiensis (Bt) Đây là một loại vi khuẩn sống dưối đất, sản xuất ra một loại protein có thể tiêu diệt côn trùng có hại ở cây ngô Gen từ vi khuẩn Bt làm cho các

mô của ngô Bt giảm được tác động xấu của một số loài côn trùng Ví dụ như, sâu bore (một loài sâu hại thường trốn trong cuống ngô, khiến nông dân khó kiểm soát chúng bằng hoá chất) châu Âu và sâu bore vùng Tây Nam Tuy nhiên, Bt không làm hại đến các loài côn trùng hay nhiều loài khác Việc áp dụng kỹ th u ật này cũng cho phép nông dân hạn chê sử dụng các hình thức diệt côn trùng, từ đó góp phần bảo vệ môi trường

sâu bore châu Âu gây ra, bên cạnh đó, còn có sâu ăn rễ

và các côn trùng tạo đỉều kiện cho nấm sản xuất độc tô" mycotoxin gây hại đến cây ngô Hiện nay, các giống ngô

Bt mới giúp tăng sản lượng ngô tại Mỹ mỗi năm lên 55 - 60% Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Lợi ích của giống ngô Bt đó là, khi bắp ngô bị gây hại ít hơn, cây ngô Bt cũng bị nhiễm nấm ít hơn, do đó, tỷ lệ của một sô" chất độc mycotoxin cũng thấp hơn

Hiện nay, các nhà nghiên cứu Monsanto đang hướng đến mục tiêu tăng khả năng kháng cự với côn trùng ỏ thê" hệ thứ hai của giông ngô Bt Trong khi chờ đợi để được xác nhận, các giông ngô mới vẫn tiếp tục được cấy ghép thêm gen nhằm tăng sức chông chịu đôi vói nhiều loại côn trùng có hại như loài sâu mùa thu - mối đe dọa đặc biệt ở miền Nam nước Mỹ, có liên quan đến độc tô" aAatoxin

Tại các địa điểm khác thuộc Mỹ và Achentina cũng cho thấy, mức độ ảnh hưởng của các côn trùng có hại khác đôi với cây ngô cũng thấp hơn Kết quả ban đầu này rấ t đáng khích lệ Trong tương lai, các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ tìm kiếm những phương pháp làm giảm ảnh hưdng của các tác nhân môi trưòng, thúc đẩy tốc độ phát triển của nấm trên thực vật

Tuy nhiên, ngô Bt nói chung và cây trồng biến đổi gen đang là đề tài còn nhiều tranh cãi về việc sử dụng hay không sử dụng chúng trong sản xuất Bởi, chúng có thể sẽ là nguyên nhân chính dẫn đến sự mất cân bằng trong môi trường và làm thay đổi tự nhiên

Ngô chịu hạn

Theo sô" liệu điều tra, trên thê" giới hàng năm, hạn hán đã gây tổn th ất khoảng 8,8 triệú tấn ngô hạt ỏ vùng

nhiệt đới thấp, khoảng 7,7 triệu tấn ỏ vùng cận nhiệt đới và khoảng 3,9 triệu tấn ỏ vùng núi cao Như vậy, th ế giới đã bị tổn th ấ t khoảng 20,4 triệu tấn do ngô gặp hạn, chiếm tới 17% tổng sản lượng

Cây ngô có nhu cầu nưốc rấ t lớn Nhu cầu nước của cây ngô được tính toán dựa theo từng loại đất và khả năng giữ nưóc của đất Độ ẩm đất yêu cầu qua các giai đoạn sinh trưỏng, phát triển của ngô là 60 - 85% Cây ngô cần tưới nước khi độ ẩm xuống đến 30% vào thòi kỳ sinh trưởng, 70% vào thời kỳ kết h ạt thì đạt được năng suất cực đại

Theo nhiều kết quả nghiên cứu, vào giai đoạn trước

và sau trổ 2 tuần, lá ngô không được héo Cây ngô mẫn cảm với hạn: Khoảng 4 tuần trong thòi gian ngô trổ cờ, kết hạt, nếu vùng nào có lượng mưa <100mm thì coi là vùng không phù hợp với sản xuất ngô, >200mm được coi

là phù hợp cho hầu hết các giống ngô, từ 100 - 200m được coi là thiếu nưốc đôi vối sản xuất ngô

Đôi với cây ngô, khi gặp hạn, lượng acid ABA quá giới hạn, gây hiện tượng héo lá, đóng khí khổng và đẩy nhanh tốc độ già hóa Nếu hàm lượng ABA được truyền tới h ạt trong quá trình đẩy hạt, sẽ làm h ạt dễ bị lép Ánh hưỏng của hạn đến các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây ngô: Hạn dẫn đến tình trạng đóng khí khổng, giảm quang hợp, làm cho tế bào ở đỉnh sinh trưởng không phân hóa, hoặc ảnh hưởng nặng tới quá trình phân hóa ngô và cờ, dẫn tới giảm năng suất Trong quá trình th ụ phấn - kết hạt, nếu thời tiết khô hạn, sẽ làm giảm sự vận chuyển của các chất đồng hóa

về cơ quan sinh trưởng, gây nên tình trạng chậm hoặc

không phun râu được Nếu hạn xảy ra ở thòi kỳ trước trổ, tỷ lệ rễ/thân lá tăng lên, khi hạn nặng hơn thì tỷ lệ này giảm và giảm mạnh sự hấp thu dinh dưỡng từ đất Hạn từ 7 ngày trước trổ và 15 ngày sau thụ phấn sẽ làm giảm năng suất gấp 2 - 3 lần so với hạn ở các thòi kỳ sinh trưởng khác Thời kỳ cây ngô mẫn cảm nhất đốỉ với hạn được chỉ ra là từ 2 - 22 ngày sau khi phun râu, đỉnh cao là 7 ngày sau phun râu Khi đó, sô" lượng hạt giảm tới 45% so với khi tưói đầy đủ Một sô" người còn theo dõi được thiệt hại tới 90% năng suất và sô" ngô giảm tói 77% khi ngô gặp hạn vào thời kỳ từ chuẩn bị trổ cờ đến bắt đầu đẫy hạt

Cơ sở di truyền của tính chịu hạn ở cây ngô và một sô" tính trạng gián tiếp được sử dụng trong nghiên cứu giông ngô chịu hạn: Có nhiều tính trạng gián tiếp nên

sử dụng trong quá trình chọn lọc ngô chịu hạn Trong

đó, một sô" tính trạng được coi là có tương quan chặt chẽ

về mặt di truyền cao là sô" ngô/cây, sô" hạt/bắp, khoảng cách chênh lệch giữa tung phấn và phun râu, sô" hạt/cây, cùng một sô" chỉ tiêu có độ tương quan vừa phải như độ bó tán lá, sô" nhánh cò, chiều cao cây, tỷ lệ cây con bị chết, tốc độ già của lá và độ héo của lá

Theo các nhà di truyền, tính chông chịu hạn được quy định bởi nhiều gen và họ đã tìm ra được một lượng lớn các locut gen (QTL) Ví dụ: 11QTL quy định tính trạng rễ và năng suất ngô trong điều kiện hạn thông

Trong chọn giông ngô chịu hạn, các nhà khoa học đã coi các yếu tô' cấu thành năng suất là tính trạng trực tiếp, còn các tính trạng đóng góp vào việc cải thiện năng

suất như diện tích lá, sô" lá, tốc độ dài lá được gọi là tính trạng gián tiếp Tính trạng gián tiếp có thể cải thiện độ chính xác của việc xác định vật liệu cho môi trường cần chọn; thể hiện được mức độ không thuận lợi

mà cây trồng đang gặp phải Tùy vào từng giai đoạn sinh trưởng và ảnh hưỏng của nó, mức độ chống chịu hạn khác nhau, mà tiến hành nghiên cứu các tính trạng khác nhau như giai đoạn cây con trước trổ; m ật độ gieo trồng; tốc độ tăng trưởng của bộ rễ (tổng lượng chất khô, chiều dài và rộng của bộ rễ); tốc độ dài của lá; khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu Giai đoạn trổ cờ - kết hạt, các chỉ tiêu được nghiên cứu như: sự trùng khốp giữa tung phấn và phun râu; sô" ngô/cây; tuổi thọ của lá; mức độ héo của lá; diện tích lá tại đốt mang ngô; tỷ lệ hạt/bắp Ngoài ra, một sô" chỉ tiêu khác cũng được dùng

để đánh giá tính chịu hạn đó là nhiệt độ bề m ặt lá giảm khi hạn, tính kháng lại sự đóng khí khổng, hay hàm lượng ABA trong lá khi gặp hạn

Hiện nay, các nhà khoa học đã chọn tạo được một sô" giông ngô chịu hạn cho năng suất tương đôi cao như C919, DK414, DK171, C919 Tuy nhiên, năng suất của chúng vẫn chưa thực sự cao và ổn định, chưa tìm ra cụ thể gen chịu hạn của cây ngô

Ngô chống đổ

Cây ngô là cây có tính thích nghi cao, thưòng được trồng ở nhiều vùng, nhiều vụ trong năm, nên vấn đề đổ gẫy là khó tránh khỏi Có nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến sự đổ gẫy Những nguyên nhân chủ yếu

là do: mưa lớn và gió mạnh ồ giai đoạn vươn lóng, kỹ

th u ật canh tác, chăm sóc không hợp lý làm đứt rễ, cày

bừa nông, đất chua, mặn làm bộ rễ kém phát triển, mật

độ trồng quá cao, cỏ dại phát triển mạnh, dẫn đến cây thiếu dinh dưõng, dễ gẫy đổ, bón thừa đạm, thiếu kali, sâu bệnh

- Theo các nhà nghiên cứu, hiện tượng đổ ở cây ngô gồm 3 loại:

+ Đổ cơ học: Là tác động của gió lên thân, lá của cây Đây là loại đổ phổ biến và được các nhà chọn giông quan tâm

+ Đổ sinh lý: Do áp lực của tế bào yếu, cấu trúc của thân, rễ kém phát triển

+ Đổ di truyền: Là đổ do bất cứ tác động nào cũng gây nên đổ

Với những phản ứng như chịu hạn, chua, mặn, chống rét, chống nóng cây trồng có thòi gian để có thể thích nghi Ngược lại, chống đổ thì chúng không có thời gian để kịp hình thành tính thích nghi Tính bển vững

của cây là đặc tính cố hữu, nó chịu được điều kiện môi

trường không thuận lợi do 2 cơ chế: Một là, do cây kìm hãm hay ngừng sinh trưởng khi có yếu tố bất lợi tác động một cách thụ động Hai là, tính bền vững được đảm bảo do cây có bộ máy hoá sinh chủ động, điều hoà trong điều kiện bất thuận

+ Mục tiêu trong việc chọn giông ngô chông đổ:

+ Khả năng chống chịu: Là mục tiêu quan trọng hơn

cả, các giông có khả năng chống chịu và thích ứng với từng điều kiện sinh thái khác nhau, thậm chí cả về mặt

di truyền và sinh lý Và những giông có khả năng chông chịu tốt là giống thích nghi nhanh với điều kiện môi trường luôn biến đổi, thấp cây, lá to, ngắn, thân cứng,