Luận văn đánh giá và tuyển chọn một số dòng, giống khoai lang có khả năng cho năng suất và chất lượng dinh dưỡng của củ cao phục vụ làm lương thực và chế biến

luận văn

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học nông nghiệp hà nội

-


    -

vũ đức hưởng

ðÁNH GIÁ VÀ TUYỂN CHỌN MỘT SỐ DềNG, GIỐNG

KHOAI LANG Cể KHẢ NĂNG CHO NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG DINH DƯỠNG CỦA CỦ CAO PHỤC VỤ

LỜI CAM ðOAN

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

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

VŨ ðỨC HƯỞNG

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Vũ đình Hoà, người ựã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ựề tài và hoàn chỉnh luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Nông học, Viện Sau ựại học, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Viện Cây lương thực và cây thực phẩm - Hải Dương, ựã tạo mọi ựiều kiện thuận lợi, giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

để hoàn thành luận văn, tôi còn nhận ựược sự ựộng viên, khắch lệ của bạn bè và những người thân trong gia ựình Tôi xin chân thành cảm

ơn tất cả những tình cảm cao quý ựó

Hà N ội, ngày tháng năm 2009

Tác giả

VŨ đỨC HƯỞNG

MỤC LỤC

1.1 ðặt vấn ñề 1

1.2 Mục ñính yêu cầu của ñề tài .4

1.2.1 Mục ñích 4

1.2.2 Yêu cầu 4

1.3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 4

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 5

1.4 ðối tượng, phạm vi nghiên cứu của ñề tài .5

1.4.1 ðối tượng nghiên cứu của ñề tài 5

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 5

1.4.3 Thời gian nghiên cứu: 5

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6 2.1 Phân loại, nguồn gốc và phân bố cây khoai lang 6

2.2 Tình hình sản xuất khoai lang 8

2.3 ðặc ñiểm sinh trưởng phát triển của cây khoai lang 12

2.4 Yêu cầu ngoại cảnh của cây khoai lang 13

2.5 Thành phần dinh dưỡng của cây khoai lang 14

2.6 Những nghiên cứu về khoai lang trong nước và trên thế giới 21

2.6.1 Nghiên cứu vật liệu khởi ñầu 21

2.6.2 Những nghiên cứu về di truyền và hệ số tương quan của các tính

trạng ở khoai lang 23

2.6.3 Tương tác kiểu gen – môi trường và ứng dụng trong chọn tạo giống cây trồng 25

2.6.4 Tình hình chế biến sử dụng khoai lang trên thế giới và Việt Nam 26 2.6.5 Phương hướng chọn tạo giống khoai lang trong những năm tới 28

3 VẬT LIỆU NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 3.1 Vật liệu, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 31

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu 31

3.1.2 ðịa ñiểm nghiên cứu 31

3.2 Nội dung nghiên cứu 31

3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm và kỹ thuật trồng 31

3.4 Các chỉ tiêu theo dõi 32

3.5 Các chỉ tiêu hoá lý 34

3.6 Phương pháp xử lý số liệu 35

4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36 4.1 ðiều kiện thời tiết khí hậu trong thời gian tiến hành thí nghiệm 36

4.2 Khả năng sinh trưởng và phát triển của các dòng khoai lang 37

4.2.1 Khả năng sinh trưởng chiều dài thân chính 38

4.2.2 Khả năng sinh trưởng và tích luỹ chất khô ở thân 41

4.2.3 Khả năng sinh trưởng và tích lũy chất khô ở lá 42

4.2.4 Khả năng sinh trưởng ở củ 43

4.2.5 Khả năng hình thành củ 44

4.2.6 Chỉ số T/R qua các thời kỳ theo dõi của các dòng khoai lang 45

4.3 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng khoai lang 47

4.3.1 Năng suất cá thể của các dòng khoai lang 47

4.3.2 Năng suất củ, năng suất thân lá, năng suất sinh khối của các dòng

khoai lang 49

4.3.3 Năng suất chất khô thân lá, năng suất củ thương phẩm và năng suất củ nhỏ 52

4.3.4 Hàm lượng chất khô thân lá, hàm lượng chất khô củ và hệ số kinh tế của các dòng, giống khoai lang 53

4.3.5 Thành phần dinh dưỡng chính của củ khoai lang 55

4.3.6 Kết quả phân tích thống kê và tương quan 57

4.3.7 Hệ số tương quan giữa các tính trạng khoai lang 57

4.4 Kết quả chọn lọc các dòng, giống khoai lang .60

5 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 62 5.1 Kết luận 62

5.2 Kiến nghị 63

Bảng 4.1 Nhiệt ựộ, ựộ ẩm, lượng mưa, số giờ nắng trong vụ ựông 2008 và vụ

Xuân năm 2009 tại trạm khắ tượng huyện đình Lập Ờ Lạng Sơn 36 Bảng 4.2 động thái tăng trưởng chiều dài thân chắnh của các dòng khoai

Bảng 4.7 Chỉ số T/R của các dòng khoai lang vụ Xuân 2009 46

Bảng 4.9 Năng suất củ, năng suất thân lá, năng suất sinh khối của các dòng,

Bảng 4.10 Năng suất chất khô thân lá, năng suất củ thương phẩm, củ nhỏ 52 Bảng 4.11 Hàm lượng chất khô thân lá, hàm lượng chất khô củ và hệ số kinh

Bảng 4.12 Thành phần dinh dưỡng chính của các dòng, giống khoai lang

Bảng 4.13 Kết quả phân tích phương sai ñối với năng suất thân lá, năng suất củ,

các yếu tố cấu thành năng suất và hàm lượng chất khô vụ xuân 2009 57 Bảng 4.14 Hệ số tương quan giữa khối lượng trung bình củ, năng suất củ, năng

suất củ thương phẩm, hàm lượng chất khô, hàm lượng tinh bột củ 58 Bảng 4.15 Hệ số tương quan giữa năng suất thân lá, năng suất củ, năng suất

sinh khối, hàm lượng chất khô thân lá, năng suất chất khô thân lá 60 Bảng 4.16 ðặc ñiểm một số dòng khoai lang có khă năng cho năng suất củ

Bảng 4.17 ðặc ñiểm hình thái thân, lá và củ của các dòng khoai lang triển

DANH MỤC HÌNH

4.1 ðộng thái tăng trưởng chiều dài thân chính của các dòng khoai

4.2 ðộng thái tăng trưởng chiều dài thân chính của các dòng khoai

1 MỞ ðẦU

1.1 ðặt vấn ñề

Khoai lang có nguồn gốc từ vùng nhiệt ñới Châu Mỹ Hầu hết các bằng chứng về khảo cổ học, ngôn ngữ học và sử học ñều cho thấy Châu Mỹ là khởi nguyên của cây khoai lang

Cây khoai lang (Ipomoea batatas (L) Lam) là cây lương thực truyền

thống lâu ñời ở nước ta, có khả năng thích ứng rộng, trồng ñược ở nhiều vùng sinh thái và chân ñất khác nhau Khoai lang là một trong 5 cây có củ quan trọng trên thế giới, nếu không tính khoai tây (cây có củ cho vùng ôn ñới) thì khoai lang là cây có củ quan trọng thứ hai sau sắn ở các vùng nhiệt ñới Theo

số liệu thống kê của FAO năm 2001, diện tích trồng khoai lang trên thế giới ñạt 9,076 triệu ha, năng suất bình quân là 14,92 tấn/ha và tổng sản lượng ñạt 135,448 triệu tấn Khoai lang giữ vai trò quan trọng trong sản xuất lương thực, ñặc biệt ở những nước nghèo có nền nông nghiệp chậm phát triển thì khoai lang là cây lương thực dẫn ñầu về năng lượng sản sinh/ha/ngày (TS Trịnh Xuân Ngọ - PGS.TS ðinh Thế Lộc, 2004) [32]

Khoai lang trồng bằng dây, rất ít sâu bệnh nên chi phí ñầu tư trên một ñơn vị diện tích trồng khoai lang rất thấp Mặt khác, khoai lang có tiềm năng năng suất cao, thân lá khoai lang phát triển nhanh, mạnh lấn át cỏ dại rất tốt

Cây khoai lang cho thu hoạch cả hai bộ phận là củ dự trữ và thân lá Củ khoai lang có giá trị sử dụng rất cao Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc cho thấy trên thế giới có 77% sản lượng khoai lang ñược sử dụng làm lương thực, 13% làm thức ăn gia súc, 3% làm nguyên liệu chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau như mứt, bánh kẹo, nước giải khát, rượu…, phần loại bỏ ñi chỉ chiếm 6% (FAO, Horton, 1988) [64] Phần thân lá, ngọn vừa ñược sử dụng làm rau xanh cho người ñồng thời là nguồn thức ăn tốt cho chăn nuôi gia súc

Ngày nay những nghiên cứu khoa học cho thấy khoai lang không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà có những công dụng phòng chữa bệnh tốt và là một trong những thực phẩm tạo miễn dịch tốt cho cơ thể Khoai lang ñược coi là loại rau ăn củ có giá trị dinh dưỡng nhất trong các loại rau khi so sánh về hàm lượng chất xơ, cacbohydrat phức, protein, sắt và canxi Các chất trong khoai lang có tác dụng giảm chloleserol, cầm máu, giữ cân bằng axit và muối trong máu Khoai lang là thức ăn rất tốt cho người mắc bệnh tiểu ñường Các nghiên cứu sơ bộ trên ñộng vật cho thấy nó hỗ trợ cho sự ổn ñịnh ñường trong máu và giảm ñề kháng Insulin ðặc biệt trong vỏ khoai lang có chứa hoạt chất Caiapo giúp cơ thể tái sử dụng tốt Insulin Trong khoai lang khô có chứa nhiều chất quý với cơ thể, nhất là vitamin chống nhiễm mỡ Việc thiếu vitamin này có thể dẫn ñến hỗn loạn chuyển hóa gan, nhiễm mỡ gan và xơ gan [100], [101], [102]

Khoai lang trắng thường mọc ở vùng ñồi núi Chiết suất thành phần Caiapo từ củ khoai lang trắng có thể kiểm soát tốt lượng ñường máu và cholesterol trong bệnh tiểu ñường type 2 Chất này ñã ñược Nhật Bản ñiều chế thành dược phẩm bổ sung dành cho bệnh nhân tiểu ñường Nghiên cứu tại Ðại học Vienna (Áo), ñã tìm hiểu phương thức hoạt ñộng và tính hiệu quả của Caiapo từ khoai lang tử nghiệm trên những người mắc bệnh tiểu ñường type

2, với liều dùng trong vòng 12 tuần Kết quả cho thấy, khi ñiều trị bằng Caiapo chiết từ khoai lang ñã làm giảm lượng hemoglobin A-1c (HbA1c) là yếu tố chỉ ñịnh lượng ñường máu dư thừa Lượng ñường máu ở nhóm sử dụng Caiapo từ khoai lang cũng giảm hơn nhiều Ngoài ra, lượng cholesterol trong máu cũng giảm Các kết quả trên chứng tỏ Caiapo chiết suất từ khoai lang là chất kiểm soát bệnh tiểu ñường type 2 rất hiệu quả mà không gây ra một phản ứng phụ cho người bệnh, ñây là một dược liệu mới cho bệnh nhân tiểu ñường

Ngoài ra, khoai lang còn có hàm lượng Mg khá cao (559mg Mg/100g khoai lang khô) Các nghiên cứu cho thấy chế ñộ ăn giàu Mg có thể làm giảm

nguy mắc bệnh ñái tháo ñường type 2 Về mặt dinh dưỡng, khoai lang cũng

là nguồn vitamin A tuyệt vời, nguồn kali, các vitamin C, B6, riboflavin, ñồng, axit pantothetic và axit folic Trên thế giới, khoai lang ñược chế biến thành nhiều sản phẩm lương thực, thực phẩm khác nhau ðặc biệt, những giống khoai ruột vàng còn ñược sử dụng ñể sản xuất bột dinh dưỡng trẻ em Giàu dinh dưỡng nhưng khoai lang lại có tác dụng giảm cân hiệu quả Năng lượng

có trong khoai lang rất ít, chỉ bằng 1/3 so với cơm và 1/2 so với khoai tây Củ khoai lang không chứa chất béo và cholesterol, ngăn ñược tiến trình chuyển hóa ñường trong thức ăn thành mỡ và chất béo trong cơ thể Ăn khoai lang trước bữa ăn chính sẽ làm bạn giảm ñược một lượng lớn thức ăn sẽ ñưa vào

cơ thể mà không hề gây ra cảm giác ñói Ăn khoai lang rất có lợi cho hệ tiêu hóa vì thành phần vitamin C và các axit amin giúp kích thích nhu ñộng ruột, làm quá trình tiêu hóa thức ăn trở nên nhanh hơn, ngăn ngừa tình trạng táo bón (VBC radio ngày 07/02/2009)

Theo Trịnh Xuân Ngọ và ðinh Thế Lộc [32] có tới 90% sản lượng củ khoai lang ở nước ta ñược sử dụng làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc ở các vùng nông thôn (Trịnh Xuân Ngọ, ðinh Thế Lộc, 2004 [32]

Ở Việt Nam trong những năm gần ñây, công tác chọn giống khoai lang

ñã có những bước tiến mới Một số giống khoai lang ñã ñược công nhận là giống quốc gia và ñưa vào sử dụng trong sản xuất như: VX-37, K2, HL4, KL5, KB1, H1.2, TV1, K4, số 143… Mặc dù vậy, việc ñánh giá và tuyển chọn các giống khoai lang có năng suất cao và/hoặc chất lượng tốt phục vụ trực tiếp cho chế biến chưa có nhiều Những nghiên cứu chọn tạo giống khoai lang ở nước ta chỉ tập trung ñến năng suất mà chưa chú ý nhiều ñến chất lượng của củ Nhiều kết quả nghiên cứu về khoai lang chủ yếu thiên về biện pháp kỹ thuật và chọn tạo những giống cho năng suất củ cao ñể làm lương thực mà chưa chú ý ñến những giống vừa có năng suất và chất lượng của củ

cao Do ựó, giống khoai lang ngoài năng suất, cần có các các thành phần thiết yếu như (Mg, xơ, ựường, tinh bột, vitamin AẦ.) phục vụ cho chế biến thành các sản phẩm phù hợp với chế ựộ ăn của một số bệnh như tim mạch, tiểu ựường, béo phì và phòng một số bệnh liên quan tới dinh dưỡng ở trẻ em là việc làm hết sức cần thiết

Xuất phát từ thực tế ựó chúng tôi tiến hành thực hiện ựề tài Ộđánh giá

và tuyển chọn một số dòng, giống khoai lang có khả năng cho năng suất và chất lượng dinh dưỡng của củ cao phục vụ làm lương thực và chế biếnỢ

1.2 Mục ựắnh yêu cầu của ựề tài

1.2.1 Mục ựắch

Tuyển chọn ựược một số dòng, giống khoai lang phát triển tốt, có năng suất và chất lượng dinh dưỡng của củ cao phục vụ làm lương thực và chế biến

- Từ những kết quả nghiên cứu của ựề tài góp phần cung cấp thông tin

về ựặc ựiểm sinh trưởng phát triển, năng suất và chất lượng của các dòng khoai lang làm phong phú nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn giống

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Từ các dòng, giống khoai lang tuyển chọn ựược 1-2 dòng có thể làm lương thực và chế biến một số sản phẩm dinh dưỡng, góp phần xóa ựói, ựảm bảo an ninh lương thực hộ gia ựình ở tỉnh miền núi Lạng Sơn

- Cung cấp một số thông tin cơ bản về một số dòng, giống khoai lang cho năng suất và chất lượng dinh dưỡng của củ cao có thể sinh trưởng và phát triển tốt tại vùng Núi tỉnh Lạng Sơn

1.4 đối tượng, phạm vi nghiên cứu của ựề tài

1.4.1 đối tượng nghiên cứu của ựề tài

- Các dòng, giống khoai lang ựã ựược lai tạo tại Viện Cây lương thực

và cây thực phẩm Gia Lộc Ờ Hải Dương

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

đề tài tập trung ựánh giá các ựặc ựiểm sinh trưởng, phát triển, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất, chất lượng của các dòng, giống khoai lang trong vụ đông và Vụ Xuân 2009 trên ruộng thắ nghiệm tại Xã Cường Lợi Ờ đình Lập Ờ Lạng Sơn

1.4.3 Thời gian nghiên cứu:

- Thời gian nghiên cứu từ tháng 10 năm 2008 ựến tháng 6 năm 2009

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Phân loại, nguồn gốc và phân bố cây khoai lang

Khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam) là cây hai lá mầm thuộc chi Ipomoea, họ Bìm Bìm (Convolvulaceae) (Purseglove, 1974 [72]; Võ Văn Chi

và CS, 1969 [1]) Trong tổng số 50 chi và hơn 1000 loài thuộc họ này thì

Số loài Ipomoea dại ñược xác ñịnh là hơn 400 loài nhưng loài Ipomoea

triển lan dài, các lá có nhiều hình dạng khác nhau từ dạng lá ñơn ñến chia thùy sâu (Mai Thạch Hoành, 1998) [19] Mặt khác, cây khoai lang còn có khả năng thích ứng rộng hơn các cây trồng khác như cây sắn, củ từ, củ mỡ Cây khoai lang khác với các loài khác về mầu sắc vỏ củ (trắng, ñỏ, kem, nâu, vàng hoặc hồng ) hay mầu ruột củ (trắng, kem, vàng, nghệ, ñốm tím ) và khác nhau về khả năng ñề kháng ñối với sâu bệnh (Woolfe, 1992) [99]

Khoai lang có nguồn gốc nguyên thủy từ vùng nhiệt ñới Châu Mỹ lan dần ñến vùng nam Thái Bình Dương Tuy nhiên, những nước mà cây khoai lang ñóng vai trò quan trọng nhất lại là các nước mà cây khoai lang mới du nhập gần ñây Các thương gia và các nhà thống trị Châu Âu ñã mang ñến Châu Phi, Châu Á và ñông Thái Bình Dương Cây khoai lang ñược ñưa vào Trung Quốc năm 1594 và Papua Niu Ghinê (PNG) khoảng 300 ñến 400 năm trước (Yen, 1974) [102]

Hầu hết các bằng chứng về khảo cổ học, ngôn ngữ học và sử học ñều cho thấy Châu Mỹ là khởi nguyên của cây khoai lang (Trung hoặc Nam Mỹ) Bằng chứng là những mẫu khoai lang khô thu ñược tại ñộng Chilca Canyon (Peru) sau khi phân tích phóng xạ cho thấy có ñộ tuổi từ 8.000 ñến 10.000 năm (Engel, 1970 [59] Ngoài ra, các nhà khảo cổ học về cây khoai lang còn

ựược tìm thấy tại thung lũng Casma của Peru có ựộ tuổi xấp xỉ 2.000 năm trước công nguyên (Ugent, Poroski, 1983) [92] Austin (1977) [42], OWBrien (1972) [78] và Yen (1982) [101] và cây khoai lang thực sự lan rộng ở Châu

Mỹ khi người Châu Âu ựầu tiên ựặt chân tới Vì vậy, khoai lang ựược coi là nguồn lương thực quan trọng của người Mayan ở Trung Mỹ và người Peruvian ở vùng núi Andet (Nam Mỹ)

Vào những năm 1492 trong chuyến vượt biển ựầu tiên của Christopher Columbus ựã tìm ra Tân thế giới (Châu Mỹ) và phát hiện ra khoai lang ựược trồng ở Hispaniola và Cuba Từ ựó, khoai lang mới thực sự lan rộng ở Châu

Mỹ và sau ựó ựược di thực khắp thế giới

đầu tiên khoai lang ựược ựưa về Tây Ban Nha, tiếp ựó lan tới một số nước Châu Âu và ựược gọi là Batatas (hoặc Padada), sau ựó là Spanish Potato (hoặc Sweet potato)

Các nhà thám hiểm Bồ đào Nha ựã thu thập cây khoai lang vào Châu phi (có thể bắt ựầu từ Môdămbic hoặc Ănggôla) theo hai con ựường từ Châu

Âu và trực tiếp từ vùng bờ biển Trung Mỹ, sau lan sang Ấn độ

Các thương gia Tây Ban Nha ựã thu nhập cây khoai lang vào Philippin (Yên, 1982) [99] và từ Philippin vào Phúc Kiến (Trung Quốc) năm 1594 Tuy nhiên cũng có ý kiến cho rằng khoai lang ựã ựược tái nhập vào Nhật Bản từ Trung Quốc

Cây khoai lang ựược trồng trong phạm vi rộng lớn giữa vĩ tuyến

400Bắc ựến 320Nam và lan rộng ựến ựộ cao 3.000m so với mặt nước biển (Woolfo J.A 1992) [99] Tuy nhiên, cây khoai lang vẫn ựược trồng nhiều ở các nước nhiệt ựới, á nhiệt ựới Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ La Tinh

Ở Việt Nam, theo các tài liệu cổ như sách ỘThực vật bản thảoỢ, ỘLĩnh nam tạp kỷỢ và ỘQuảng đông tân ngữỢ của Lê Quý đôn (Viện Hán Nôm, 1995) [35], (Bùi Huy đáp 1984 [8], cây khoai lang có nhiều khả năng là cây

trồng nhập nội và có thể ựược ựưa vào nước ta từ nước Lã Tông (ựảo Luzon ngày nay) vào cuối ựời Minh cai trị nước ta

Trong ỘThảo mộc trangỢ có ựoạn viết: ỘCam thự (khoai lang) là củ thuộc loài Thử Dự, rễ và lá như rễ khoai, củ to bằng nắm tay, to nữa bằng cái bình, da tắa, thịt trắng, người ta luộc ănỢ (Bùi Huy đáp 1984) [8], (Viện Hán nôm, 1995) [35]

Sách ỘBiên niên lịch sử cổ trung ựại Việt NamỢ (Nhà xuất bản khoa học xã Hội 1987 ựã có ghi: ỘNăm 1559 (năm Mậu ngọ), khoai lang từ Philippin ựược ựưa vào Việt Nam, trồng ựầu tiên ở An Trường Ờ thủ ựô tạm thời của ựời nhà Lê Trung Hưng (Hậu Lê), nay thuộc huyện Thọ Xuân, tỉnh Thanh HóaỢ

Như vậy, khoai lang ựã có mặt ở Việt Nam cách ựây khoảng gần 450 năm Cây khoai lang ựược giới thiệu vào Việt Nam có thể từ tỉnh Phúc Kiến Ờ Trung Quốc hoặc ựảo Luzon Ờ Philippin vào cuối thế kỷ 16 (Vũ đình Hòa,

1996 [17]

2.2 Tình hình sản xuất khoai lang

Khoai lang là một trong 5 cây có củ quan trọng trên thế giới: sắn, khoai lang, khoai mỡ, khoai sọ, khoai tây Nếu không tắnh ựến cây khoai tây (cây có

củ vùng ôn ựới) thì khoai lang là cây có củ ựứng sau sắn ở các vùng Nhiệt ựới

và á nhiệt ựới

Theo tài liệu của Tổ chức Lương thực Ờ Nông nghiệp liên hiệp quốc (FAO) năm 2008, cây khoai lang ựược trồng ở 109 nước và diện tắch từ năm

1995 ựạt 9.234 triệu ha ựến năm 2007 diện tắch trồng khoai lang trên thế giới

ựã giảm xuống còn 8.103 triệu ha Khu vực có diện tắch trồng khoai lang lớn nhất là Châu Á và Châu Phi Tuy nhiên diện tắch trồng khoai lang tăng dần hàng năm lại là các nước Châu Âu (tốc ựộ tăng trưởng giai ựoạn 1995 Ờ 2000

là 1,95; 2001 Ờ 2007 là 2,19)

Sản lượng khoai lang trên thế giới cao nhất từ năm 1995 ñến năm 2002, ñạt từ 136.000 triệu tấn ñến 138.866 triệu tấn Châu Á là châu lục ñạt sản lượng cao nhất là 125,67 triệu tấn (năm 2000) và thấp nhất là châu Âu ñạt 0,0053 triệu tấn (năm 2000) (Bảng 2.1)

Nhìn chung, trong những năm gần ñây diện tích trồng khoai lang trên thế giới có xu hướng giảm, năng suất tuy có tăng nhưng rất chậm và không ổn ñịnh, do ñó tổng sản lượng cũng giảm

Ở Việt Nam, theo Niên giám thống kê nhà nước công bố, khoai lang ñã ñược trồng phổ biến ở cả 8 vùng sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, sản xuất khoai lang từ năm 1995 ñến năm 2007 có chiều hướng giảm cả về diện tích và sản lượng Diện tích trồng ñạt cao nhất là năm 2001 (244.600 ha), sản lượng ñạt cao nhất là năm 2002 (1.703.700 tấn), sau ñó giảm (thể hiện ở bảng 2.2) Diện tích trồng khoai lang năm 2001 – 2008 giảm từ 244.600 ha ñến 162.000

ha và sản lượng biến ñộng từ 1.653.500 tấn/năm ñến 1.325.000 tấn/năm

2.3 ðặc ñiểm sinh trưởng phát triển của cây khoai lang

Khoai lang là cây trồng có khả năng sinh sản hữu tính và vô tính [17] Khoai lang có thể nhân giống vô tính dễ dàng ở các dạng: bằng thân, bằng ngọn non và bằng củ Trong sản xuât khoai lang, ñộ dài hom trồng vào khoảng từ 30 – 35cm và ñoạn trồng tốt nhất là ñoạn thứ nhất và thứ hai từ ngọn Tuy nhiên, sử dụng nhân giống vô tính thường xuyên và lâu dài có thể dẫn tới thoái hóa giống

Khoai lang cũng có thể sinh sản bằng hạt hay sinh sản hữu tính Theo Martin và Jones, (1973) [77] cây khoai lang mẫn cảm với ñộ dài ngày, ngày ngắn là ñiều kiện thích hợp cho quá trình ra hoa của cây khoai lang Tuy nhiên, các giống khác nhau có sự ra hoa phản ứng khác nhau Một số giống ra hoa ở tất cả các mùa vụ, một số giống chỉ ra hoa trong ñiều kiện ngày ngắn, trong khi ñó một số giống không ra hoa trong bất kỳ ñiều kiện nào Ngày ngắn là một yếu tố thuận lợi cho sự ra hoa của khoai lang, ñặc tính ra hoa ở khoai lang mang gen trội ñược truyền lại cho các thế hệ sau và sự ra hoa không ảnh hưởng ñến năng suất củ [94]

Về hình thái, hoa khoai lang giống như các loài cây bìm bìm khác: Hoa hình chuông có cuống dài; hoa thường mọc ở nách lá hoặc ñầu ngọn thân, mọc riêng rẽ hoặc thành chùm 3 – 7 hoa Hoa khoai lang là lộ, tràng hoa hình phễu, mầu hồng tía, cành hoa dính liền, mỗi hoa có một nhị cái và 5 nhị ñực cao thấp không ñều nhau và ñều thấp hơn nhị cái Sau khi nở, hoa nhị ñực mới tung phấn Phấn chín chậm, cấu tạo hoa lại không thuận lợi cho tự thụ phấn nên thường trong những quả ñậu, tỷ lệ tự thụ phấn khoảng 10%, còn 90% thụ phấn khác giống Trong sản xất khoai lang thường thụ phấn nhờ gió hoặc côn trùng Mỗi hoa chỉ nở một lần vào lúc sáng sớm và tàn vào buổi chiều ðể tiến hành lai nhân tạo nên khử ñực vào buổi chiều hôm trước ñể thụ phấn bằng tay sáng hôm sau [32] Tùy thuộc vào ñiều kiện, từng thời kỳ sinh trưởng phát triển khác nhau của cây và có liên quan chặt chẽ ñối với thời vụ trồng

2.4 Yêu cầu ngoại cảnh của cây khoai lang

Nhiệt ñộ thích hợp cho thời kỳ mọc mầm ra rễ của khoai lang từ 20 –

250C Nếu nhiệt ñộ dưới 100C khoai lang sẽ chết, dây mới trồng không bén rễ ñược, ñiều này ñã giới hạn ñến việc trồng khoai lang từ vùng ôn ñới ñến vùng

có ít nhất 4- 6 tháng không có sương muối cùng với nhiệt ñộ cao trong cả thời

kỳ [79] Nhiệt ñộ càng cao, ñặc biệt trong ñiều kiện ñủ nước và chất dinh dưỡng thân lá phát triển càng tốt, sự hình thành củ thuận lợi, do ñó số củ/cây càng nhiều Tuy nhiên, tốc ñộ lớn của củ khoai lang còn phụ thuộc vào biên

ñộ chênh lệch nhiệt ñộ ngày ñêm, chênh lệch này càng lớn thì càng có lợi cho

sự lớn lên của củ khoai lang [32]

Nhiệt ñộ thấp tăng khả năng hóa gỗ và làm giảm khả năng hóa bần ở những tế bào trung trụ ở các mô bên trong của ruột củ ðất khô và có kết cấu chắc làm tăng khả năng hóa gỗ nhưng lại làm giảm khả năng hóa bần Ban ñêm nhiệt ñộ thấp 200C cùng với ñiều kiện ánh sáng ngày dài là một trong những nhân tố quyết ñịnh tới sự hình thành và phát triển của củ Khoai lang [67]

Trong ñiều kiện nhiệt ñộ từ 100C – 150C hoặc thấp hơn nữa thì khả năng phân hóa và hình thành củ hầu như không diễn ra [89]

Khoai lang có nguồn gốc ở vùng nhiệt ñới nên cây khoai lang có phản ứng ánh sáng ngày ngắn (dưới 13 giờ ánh sáng/ngày), thời gian chiếu sáng thích hợp trong một ngày từ 8 – 10 giờ ánh sáng

Cường ñộ ánh sáng mạnh thuận lợi cho sự phát triển củ khoai lang nhưng cường ñộ chiếu sáng yếu lại có tác dụng xúc tiến quá trình ra hoa của khoai lang (26,4% cường ñộ ánh sáng trung bình) Cường ñộ ánh sáng thấp làm giảm cả quá trình hóa gỗ và hóa bần ñồng thời trì hoãn quá trình phình

củ Hàm lượng ñạm trong ñất thấp làm giảm mức ñộ hóa gỗ và tăng mức ñộ hóa bần, làm bộ rẽ phát triển nghiêng về phía có nhiều rễ ñực [91]

Theo Kotama và CS, 1965 cho rằng ñất có ñộ ẩm cao thường tăng quá trình phát triển thân lá hơn quá trình phát triển quả Do ñó, ñộ ẩm thích hợp

cho khoai lang là khoảng 70 – 80% ñộ ẩm tối ña ñồng ruộng Tuy nhiên, nhu cầu về nước ñối với khoai lang qua từng thời kỳ sinh trưởng phát triển cũng khác nhau [71]

Giai ñoạn ñầu (từ trồng ñến khi kết thúc thời kỳ phân cành kết củ) thì

ñộ ẩm ñất: 65 – 75%

Giai ñoạn thứ 2 (giai ñoạn phát triển thân lá) cần ñộ ẩm khoảng 50 – 60% Giai ñoạn thứ 3: Quá trình phát triển tập trung chủ yếu vào sự vận chuyển tích lũy vật chất hữu cơ từ thân lá vào củ, ñể củ phát triển thuận lợi cũng cần ñảm bảo ñộ ẩm ñất 70 – 80% ñộ ẩm tối ña ñồng ruộng [32]

Khoai lang là cây dễ tính không kén ñất, tuy nhiên thích hợp nhất cho khoai lang là ñất thịt nhẹ, tơi xốp Theo Bourke [50] ở Papua Niu Ghine, khoai lang trồng trên ñất thịt nặng, ñất pha cát, nền ñất bằng phẳng cũng như ñất sườn dốc nghiêng tới 400C ðất có kết cấu chặt và nghèo dinh dưỡng sẽ hạn chế quá trình hình thành củ khoai lang, dẫn ñến năng suất thấp

Bour (1985) [50] cho rằng ñộ pH tối thích cho khoai lang sinh trưởng và phát triển tốt là 5,6 – 6,6 Tuy nhiên cây khoai lang có thể sinh trưởng phát triển tốt ở loại ñất có pH = 4,5 – 7,5 trừ ñất sét nặng có hàm lượng nhôn trong ñất cao

Cây khoai lang có thể bị chết trong vòng 6 tuần nếu trồng trên ñất có ñộ nhôm cao và không ñược bón vôi [48]

2.5 Thành phần dinh dưỡng của cây khoai lang

Khi mô tả cấu tạo củ khoai lang các tác giả cho rằng: củ khoai lang là

sự phát triển mạnh của một loại rễ gọi là củ Nhờ hoạt ñộng nhịp nhàng của 2 lớp thượng tầng sơ cấp và thứ cấp ở rễ củ mà rễ củ có khả năng tích lũy dinh dưỡng ñược và phình to lên thành củ khoai lang ðây là ñặc ñiểm khác cơ bản của rẽ củ ñối với các loại rễ khác ở cây khoai lang Củ khoai lang có mầu sắc, hình dáng bên ngoài khác nhau phụ thuộc vào giống và ñiều kiện canh tác, củ khoai lang có 2 lớp: lớp vỏ và lớp thịt củ, lớp vỏ với chức năng bảo vệ, trong

vỏ chứa nhiều Tanin và nhựa tập trung nhiều ở ựầu củ Lớp thịt củ có chứa nhiều tinh bột, ựường, protein và ngoài ra còn các thành phần khác như: các chất vitamin (Vitamin C, tiền Vitamin A (caroten), B1, B2 ), các chất khoáng (P, Fe ) góp phần quan trọng trong dinh dưỡng của con người nhất là

ở các nước nghèo, ựang phát triển

Theo kết quả ựã công bố vào năm 1972 của Viện vệ sinh dịch tễ trung ương (Bộ Y tế) và Viện nghiên cứu kỹ thuật ăn mặc (Cục quân nhu, Tổng cục hậu cần) [9] cho thấy: trong củ khoai lang tươi có 68% nước, 28% gluxit (80% ở củ khô) (bảng 2.3)

Bảng 2.3 Thành phần hóa học chứa trong 100g củ khoai lang

(g, %)

Gluxit (g, %)

Protein (g, %)

Lipit (g, %)

Xenlulo (g, %)

Tro (g, %)

Về dinh dưỡng thân lá khoai lang, các Phùng Huy (1980) [9] và Bùi Huy đáp (1984) [7] ựưa ra kết quả phân tắch như sau: thân lá khoai lang có 1,21% chất tươi protein và 10,06% chất khô; gluxit 16,50 chất tươi và 38,40% chất khô; lipit trong thân lá khoai lang tươi có tỷ lệ cao hơn trong thân lá khoai lang khô (bảng 2.4)

Bảng 2.4 Thành phần dinh dưỡng của thân lá khoai lang

(% chất khô)

Lipit (% chất khô)

Gluxit (% chất khô)

Tinh bột trong củ khoai lang biến ựộng từ 52,29% Ờ 75,38% chất khô [27] đường tổng số trong củ khoai lang từ 12,26% Ờ 18,52% chất khô bao gồm Sacaroza 5,16%Ờ 10,95%, Mantoza 1,59% Ờ 6,85%, Fructoza 1,16% Ờ

3,56%, Glucoza 2,11% Ờ 4,64% và Xeluloza 1,245 Ờ 2,47%

Khi nghiên cứu 128 dòng từ 10 tổ hợp lai về hệ số di truyền của năng suất củ và chất khô ở khoai lang thấy rằng hàm lượng chất khô có hệ số di truyền tương ựối cao và có thể cải tiến hàm lượng chất khô thông qua con ựường lai và chọn lọc [17]

Chất khô và tinh bột: Cũng như nhiều loại củ khác, khoai lang có hàm

lượng thủy phân tương ựối cao, kết quả là hàm lượng chất khô thấp Hàm lượng chất khô ở khoai lang thay ựổi chủ yếu theo giống, ựịa ựiểm trồng, khắ hậu, thời gian sinh trưởng, ựộ chắn hay thành thục của củ, thời gian bảo quản [46] Chất khô của khoai lang chứa 80% Ờ 90% Hydrat cacbon và 60% Ờ 70% tinh bột

Ở đài Loan, hàm lượng chất khô của dòng khoai lang biến ựộng từ 13,6% ựến 35,1% [42] Tại Braxin, hàm lượng chất khô của 18 giống khoai lang từ 22,9% ựến 48,2% [55] và từ 21% ựến 39% của các giống trồng ở các nước Nam Thái Bình Dương [47]

Tại Việt Nam, các tác giả Lê đức Diên và Nguyễn đình Huyên, 1966 [4] cho thấy hàm lượng chất khô của 25 giống khoai lang biến ựộng từ 18,4% ựến 41,5%, trong ựó nhóm có năng suất cao, chất lượng kém biến ựộng từ 18,4% ựến 23,7%, nhóm có chất lượng tốt biến ựộng từ 31,6% ựến 41,1%, nhóm có năng suất thấp, chất lượng tốt biến ựộng từ 32,5% ựến 34,7% và nhóm có năng suất thấp, chất lượng kém biến ựộng từ 21,8% ựến 31,1%

Khi nghiên cứu các giống trồng trong vụ ựông và vụ hè cho thấy hàm lượng chất khô biến ựộng từ 23,4% ựến 33,8% (vụ ựông) và 23,0% ựến 33,0% (vụ hè) [13]

Ở miền Nam, hàm lượng chất khô biến ựộng từ 27,5% ựến 34,4% [23]

Vụ đông ở miền Bắc Việt Nam, hàm lượng chất khô không cao biến ựộng từ 19,2% ựến 33,6% và cũng các dòng, giống khoai lang ựó trồng trong vụ xuân

hè có hàm lượng chất khô cao hơn vụ ựông từ 1,1 ựến 1,3 lần [29]

Tinh bột là thành phần quan trọng của gluxit Trung bình tinh bột chiếm 60 Ờ 70% chất khô [99]; Palmer, 1982 [80]) Hàm lượng tinh bột biến ựộng mạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong ựó yếu tố giống là quan trọng nhất Tại Braxin, 18 giống khoai lang trồng ở một ựịa ựiểm có hàm lượng tinh bột biến ựổi từ 42,6% - 78,7% chất khô [60] Các giống khoai lang ở Philippin và Mỹ, hàm lượng tinh bột biến ựộng từ 33,2% - 72,9% chất khô [90] Nếu tắnh theo chất tươi thì củ khoai lang có hàm lượng tinh bột trung bình là 18% Trên 31 giống tại Ấn độ có hàm lượng tinh bột biến ựộng từ 11% - 25% chất tươi [87]; ở 272 giống của đài Loan biến ựộng từ 7% - 22% chất tươi [73]; ở 75 giống của Thái Lan biến ựộng từ 4,1% - 26,7% chất tươi [83] và 164 dòng, giống vùng Nam Thái Bình Dương biến ựộng từ 5,3% - 28,4% chất tươi [46]

Ở Việt Nam, khi nghiên cứu 50 mẫu giống khoai lang thấy hàm lượng tinh bột trong củ biến ựộng từ 52,3% ựến 75,4% chất khô (10,6% ựến 31,2% chất tươi) [55] Ở 5 giống trồng vụ ựông hàm lượng tinh bột biến ựộng từ 16,8% ựến 25,4% chất tươi [29] Khi nghiên cứu 28 dòng, giống khoai lang

ựã cho thấy các dòng khoai lang trồng vụ ựông ở miền Bắc Việt Nam nói chung có hàm lượng tinh bột thấp, biến ựộng từ 11,56% ựến 17,48% chất tươi

và các dòng, giống khoai lang trồng ở vụ xuân hè có hàm lượng tinh bột cao hơn vụ ựông từ 1,02 ựến 1,40 lần

Ngoài các yếu tố di truyền, các yếu tố khác như nơi trồng, năm trồng và

ựộ dài ngày của mùa trồng cũng có ảnh hưởng ựến hàm lượng tinh bột của củ khoai lang Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả Australia [46] hàm lượng trung bình của 8 giống biến ựộng từ 31,1% ựến 15,9% khi trồng ở 4 ựịa ựiểm khác nhau và của 15 giống từ 17,1% ựến 18,5% giữa 2 năm trồng khác nhau Các tương tác giữa giống với nơi trồng hay giữa giống với năm trồng có ý

nghĩa cao Vì vậy, việc phải trồng thử nghiệm các giống ở các ñịa ñiểm khác nhau và các năm là quan trọng, ñể xác ñịnh giống thích hợp cho từng vùng, từng vụ cụ thể, chẳng hạn như: Hàm lượng tinh bột ở cùng một giống thu hoạch sau trồng 150 ngày cao hơn ñáng kể so với khi thu hoạch ở 120 ngày trong cùng một thời vụ Tác dụng của phân bón với cây khoai lang thì việc bón phân kali với liều lượng cao (124,4 và 186,7 kg/ha) ñã làm tăng ñáng

kể lượng tinh bột trong chất khô [88]

Gluxit: là thành phần chủ yếu của cây khoai lang Trong tổng lượng

chất khô của cây khoai lang gluxit chiếm tới 80 – 90% (24 – 27% chất tươi (Woolfe, 1992 [99]) hay 28 – 30% chất tươi [8]) Gluxit bao gồm tinh bột, ñường (glucoza, fructoza, sacaroza, mantoza ) và các hợp chất pectin, hemixenluloza và xenluloza (xơ) với lượng thấp hơn Thành phần tương ñối của các hợp chất này biến ñộng không những phụ thuộc vào giống và ñộ chín của củ, mà còn phụ thuộc vào thời gian bảo quản, sử dụng hay chế biến Trong quá trình bảo quản sau thu hoạch và chế biến thành phần gluxit

sẽ biến ñổi Nơi trồng với các ñiều kiện sinh thái cụ thể như là tác nhân quan trọng ảnh hưởng ñến từng loại gluxit [99] Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây khoai lang, gluxit biến ñổi không ngừng từ dạng này sang dạng khác [8] [15]

ðường: Hàm lượng ñường tổng số trong củ khoai lang biến ñộng phụ

thuộc vào nhiều yếu tố như: Bản chất di truyền giống, thời gian thu hoạch, các loại củ khác nhau Các giống ở Philippines có hàm lượng ñường tổng số biến ñộng từ 5,6% - 38,3% chất khô [90] Tại Puerto Rico, hàm lượng biến ñộng từ 6,3% - 23,6% chất khô từ các dạng lương thực qua các dạng trung gian ñến ăn tươi [73] Trên cơ sở khối lượng chất tươi của các giống từ các vùng của Nam Thái Bình Dương hàm lượng ñường tổng số biến ñộng từ 0,38% ñến 5,64% [46] và các giống ở Mỹ biến ñộng từ 2,9% ñến 5,5%

Hàm lượng ựường trong củ 50 mẫu giống khoai lang Việt Nam ựược nghiên cứu biến ựộng từ 12,26% ựến 18,52% chất khô [5] Ngô Xuân Mạnh,

1996 [29] khi nghiên cứu 28 dòng, giống khoai lang ựã cho thấy các giống khoai lang trồng vụ đông ở miền Bắc Việt Nam nói chung có hàm lượng ựường tổng số cao, biến ựộng từ 3,63% - 6,67% chất tươi Hàm lượng ựường trong vụ ựông cao hơn vụ Xuân Hè từ 1,09 ựến 1,72 lần

Xơ tiêu hoá: Nhóm xơ bao gồm các hợp chất pectin (propectin, các

axit pectic, axit pectinic và pectin hoà tan), hemixenluloza và xenluloza Sự quan tâm nghiên cứu các hợp chất này tăng lên do xơ tiêu hoá có khả năng làm giảm các bệnh ung thư ruột kết, bệnh ựái ựường, bệnh tim mạch và các bệnh ựường tiêu hoá [54]; [99] Hàm lượng pectin tổng số trung bình của 8 giống là 5,1% chất tươi, bằng 20% chất khô

Protein: Hàm lượng protein có trong củ khoai lang thấp, nhưng do

năng suất thu hoạch cao nên sản lượng protein trên ựơn vị diện tắch không thua kém các loại hạt ngũ cốc khác [99] Theo tắnh toán, khoai lang cho năng suất trung bình 184 kg/ha so với lúa mỳ (200 kg/ha) và lúa nước (168 kg/ha) [96] Do vậy, khoai lang là một trong những cây trồng chắnh của thế giới có khả năng cho 2 triệu tấn protein hàng năm Trung bình protein thô là 5% chất khô hay 1,5% chất tươi [99] Hàm lượng protein thô của khoai lang biến ựộng

từ 1,3% ựến hơn 10% chất khô (Purcel, 1972 [81]; Li, 1974 [74])

Tại Việt Nam, hàm lượng protein thô của 50 mẫu khoai lang biến ựộng

từ 2,81% ựến 6,22% chất khô hay từ 0,78% ựến 1,98% chất tươi (trung bình 1,8%) [5]; từ 2,73% ựến 5,42% chất khô [23]

Ngô Xuân Mạnh, 1996 [29] khi nghiên cứu 28 dòng, giống khoai lang

ựã cho thấy các giống khoai lang trồng vụ đông ở miền Bắc Việt Nam có hàm lượng protein thô thấp biến ựộng từ 0,47% - 1,19% chất tươi, trong vụ Xuân Hè từ 0,57% - 1,49% chất tươi Protein trong củ khoai lang từ 2,81 Ờ

6,22% chất khô, thuộc loại có giá trị dinh dưỡng cao, chứa ựủ 8 axit amin không thay thế cần thiết cho con người Protein trong khoai lang chứa ựầy ựủ các axit amin nhưng nó có hạn chế bởi sự thiếu axit amin chứa S và Lizin Kết quả của Nguyễn Văn Khang và Lê Doãn Diên, 1984 [24] cho thấy giống khoai lang Lim của Việt Nam cũng hạn chế về axit amin chứa S và Lizin

Các Vitamin: Khoai lang là nguồn dáng kể cung cấp Vitamin C (axit

ascorbic) và chứa một lượng vừa phải vitamin B1, riboflavin (vitamin B2), niaxin cũng như vitamin B6, axit pantothenic (vitamin B5) và axit folic Ngoài ra khoai lang còn chứa nguồn Caroten - tiền Vitamin A rất quan trọng ựối với dinh dưỡng của người và gia súc Khoai lang có hàm lượng vitamin C biến ựộng từ 20 ựến 50 mg/100g chất tươi [60]

Theo số liệu công bố của Viện Dinh dưỡng, dựa trên số liệu của bảng thành phần dinh dưỡng của FAO dùng cho vùng đông Nam Á thì các loại khoai lang khác nhau có hàm lượng vitamin C biến ựộng từ 23 mg/100g chất tươi (củ khoai lang ruột trắng) ựến 30 mg/100g chất tươi (củ khoai lang ruột vàng)

Caroten: Sắc tố caroten quyết ựịnh mầu sắc thịt củ khoai lang: mầu

kem, mầu vàng, da cam hay da cam ựậm tuỳ theo hàm lượng β Caroten Tỷ lệ này cao trong các giống ruột củ vàng ựến vàng cam ựậm Các giống ruột củ trắng thường không có Caroten Ý nghĩa quan trọng của β-Caroten trong khẩu phần ăn là hoạt tắnh tiền vitamin A

Caroten tiền vitamin A là nhóm hợp chất chỉ có ở thực vật và ựược biến thành vitamin A có vai trò dinh dưỡng rất quan trọng ựối với người và ựộng vật Sự thiếu hụt vitamin A gây nên các bệnh khác nhau về mắt, cản trở quá trình sinh trưởng và phát triển bình thường và làm giảm sức ựề kháng ựối với các bệnh nhiễm trùng

Hàm lượng Caroten tổng số ựã ựược nhiều tác giả nghiên cứu Theo số

liệu của các tác giả ở Australia thì các mẫu khoai lang của Papua Niu Ghinê

và ựảo Solomon chứa trung bình 0,048 mg/100g chất tươi [46] Các giống khoai Mỹ có hàm lượng Caroten biến ựộng từ 0,03 ựến 3,308 mg/100g chất tươi (Bureau và Bushway, 1986) [49] Các giống khoai lang có ruột màu kem ựến mầu vàng thu thập ở 5 thành phố của Mỹ, ba tháng một lần trong năm, chứa β Ờ Caroten từ 0,184 mg ựến 0,368 mg/100g chất tươi Các giống có mầu vàng da cam ựậm là nguồn rất giàu β Ờ Caroten, biến ựộng từ 3,36 mg ựến 19,60 mg/100g chất tươi (Xác ựịnh bằng phương pháp SKLHNC) [99] Ở các dòng, giống của đài Loan hàm lượng Caroten biến ựộng từ 0,4 mg ựến 24,8 mg/100g chất tươi giữa các giống có ruột củ mầu trắng và mầu vàng da cam [97] Các giống khoai lang có mầu kem và mầu vàng của Niu Dilon, hàm lượng Caroten trung bình là 0,076 mg/100g chất tươi [98]

Ở Việt Nam, theo kết quả của các tác giả khác nhau [6] hàm lượng Caroten của giống củ ruột trắng và giống củ ruột vàng da cam biến ựộng từ 0,3 ựến 3,4 mg/100g chất tươi

Các chất khoáng: Củ khoai lang có hàm lượng tro trung bình 1% chất

tươi (khoảng 3 Ờ 4% chất khô) [99]

Trong củ khoai lang hàm lượng một số nguyên tố như Ca, Fe, Mg, Ze

và Mn ở vỏ củ cao hơn ở thịt củ Hàm lượng chất khoáng còn phụ thuộc vào giống, nơi trồng, phân bón và cách sử dụng, chế biến

2.6 Những nghiên cứu về khoai lang trong nước và trên thế giới

2.6.1 Nghiên cứu vật liệu khởi ựầu

Trong công tác lai tạo giống, việc duy trì và bảo quản tập ựoàn giống ựịa phương phải luôn ựược tiến hành thường xuyên Theo số liệu thống kê trong bảng danh mục về tập ựoàn khoai lang năm 1980, do Viện tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế (IPGRI) ựã xuất bản thì tập ựoàn này bao gồm 6900 mẫu Mỗi một nước trên thế giới ựều duy trì lượng gen khoai lang nhất ựịnh

Ở Nhật Bản năm 1993 lên tới 3.455 dịng giống [70])

Theo báo cáo của Bacusmo, Acedo, Mariscal và Oracion (1994) [47], ngân hàng gen khoai lang của Philippin hàng năm lưu giữ 2.777 mẫu

Tại Viện nghiên cứu ở Trung Quốc, số lượng giống trong tập đồn lưu giữ lên tới 3.000 mẫu và luơn được duy trì trên đồng ruộng; duy trì bằng invitro và bảo quản bằng invitro [100]

Việc khảo sát quỹ gen khoai lang (vật liệu khởi đầu) khơng những mơ

tả về đặc trưng hình thái của các mẫu giống, tất cả các mẫu giống đều được khảo sát về khả năng cho năng suất, các yếu tố cấu thành năng suất, hàm lượng chất khơ, khả năng chống chịu bọ hà và một số đặc tính khác Qua khảo sát vật liệu khởi đầu của Trung tâm khoai tây quốc tế và Trung tâm khoai tây Quốc tế vùng 7 cho thấy khoai lang cĩ sự phong phú đa dạng về các tính trạng số lượng: năng suất củ, hàm lượng chất khơ, khả năng chống chịu bọ hà , đây chính là những đặc tính quan trọng được các nhà nghiên cứu sử dụng trong cơng tác lai tạo giống khoai lang năng suất cao, phẩm chất tốt, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt gĩp phần tạo nhiều giống làm lương thực và chế biến

Bên cạnh đĩ, việc chọn tạo giống khoai lang làm thức ăn gia súc cịn nhiều hạn chế do thân lá cứng, chát, nhiều xơ và năng suất cịn thấp Năng suất củ và giá trị dinh dưỡng chưa đáp ứng nhu cầu làm thức ăn gia súc

Việc sử dụng khoai lang làm thức ăn gia súc ở những vùng sản xuất nơng nghiệp đã được chú ý từ lâu, song chọn tạo giống khoai lang với mục đích chuyên làm thức ăn gia súc để phục vụ cho vùng đồng bằng Bắc Bộ và một số vùng khĩ khăn (Bắc Trung Bộ, trung du, miền núi ), nhằm phát triển chăn nuơi hộ gia đình cần được nghiên cứu để phát triển ngành Chăn nuơi thành ngành sản xuất chính ngang tầm với ngành Trồng trọt đến nay vẫn được chú ý đúng mức ðể sản xuất khoai lang cĩ hiệu quả và tăng thu nhập cho người nơng dân cần phải đa dạng hố khả năng sử dụng, thì cơng tác chọn tạo giống khoai lang làm thức ăn gia súc cần được đầu tư nghiên cứu

2.6.2 Những nghiên cứu về di truyền và hệ số tương quan của các tính

trạng ở khoai lang

Sự di truyền của tính trạng số lượng cũng như chất lượng ñều kiểm soát bởi các yếu tố di truyền riêng biệt gọi là gen So với tính trạng chất lượng thì tính trạng số lượng không có khả năng phân chia rõ rệt thành các lớp kiểu hình, kiểu gen Theo nhiều nghiên cứu cho thấy, quy luật di truyền của các tính trạng số lượng là trong sự tương tác gen sự tác ñộng cộng hợp, ở con lai

F1 thường thấy giá trị trung gian của tính trạng

Trong biến dị chung của kiểu hình phần ñóng góp do sai khác về kiểu gen (phương sai kiểu gen) mới có ý nghĩa quan trọng vì nó di truyền cho thế

hệ sau Phần ñóng góp này càng lớn thì hiệu quả chọn lọc tính di truyền của quần thể càng cao, thông số này gọi là hệ số di truyền

Trong hệ số di truyền bao gồm hệ số di truyền nghĩa rộng và hệ số di truyền nghĩa hẹp Hệ số di truyền nghĩa rộng có thể sử dụng trong chọn lọc quần thể cây tự thụ phấn, và ñược tính bởi tổng phương sai di truyền phương sai kiểu hình Hệ số di truyền nghĩa hẹp là tỷ số phương sai di truyền cộng và phương sai kiểu hình (Giáo trình Di truyền học, 1999 [30])

Hệ số di truyền nghĩa rộng và di truyền nghĩa hẹp ñều có ý nghĩa quan trọng trong chọn giống Hệ số di truyền cao (từ 0,8 trở lên) tính trạng có tính chọn lọc cao Ngược lại, hệ số di truyền thấp (nhỏ hơn 0,4) thì tính trạng có tính chọn lọc kém hiệu quả

Khoai lang là cây lục bội (x = 15; 2n = 90), mỗi một locus gen có thể

do 6 alen kiểm soát Yen (1974) [102] cho rằng khoai lang có thể là lục bội cùng nguồn hay khác nguồn, trong khi ñó Nishiyama (1975, 1982); Shiotanin

và Kawase (1987, 1989) ủng hộ quan ñiểm về lục bội cùng nguồn Jones (1965) [67] và Kumagai et al., (1990) [72] ñã giả thích về bản chất lục bội của Yen (1974) [102] một cách có cơ sở hơn bằng kết quả nghiên cứu về tế bào học và sự di truyền của β – amylaza

Do ựặc ựiểm lục bội mà cây khoai lang có tắnh dị hợp tử cao và biến ựộng rất lớn ựối với nhiều tắnh trạng [44]

Theo nghiên cứu về phương sai di truyền ở khoai lang cho thấy hàm lượng chất khô và hàm lượng tinh bột chủ yếu do tác ựộng cộng tắnh của các

ựa gen kiểm soát và có thể tắch luỹ các gen có hàm lượng chất khô cao thông qua con ựường lai tạo giữa các giống [85]; [17]

Chọn giống khoai lang mang ựặc ựiểm của cả cây sinh sản hữu tắnh và cây sinh sản vô tắnh [17] nên chọn giống khoai lang có thể bằng hai cách:

- Chọn dòng vô tắnh tốt nhất bằng phương pháp gây ựột biến nhân tạo hoặc ựột biết tự nhiên làm cây khởi nguyên của giống dòng vô tắnh mới

- Lai kiểm soát, thụ phấn tự do trong vườn lai ựa giao hoặc thụ phấn tự

do hoàn toàn và lai xa Cây tốt nhất từ hạt ựược nghiên cứu chọn ra làm dạng khởi nguyên cho giống dòng vô tắnh mới vì mỗi cây con có ựặc ựiểm di truyền khác với tất cả các cây khác và ựều có tiềm năng trở thành một giống mới

Lai là phương pháp chủ yếu ựể tạo ra các biến dị di truyền - kết quả tái

tổ hợp gen Cây khoai lang là cây giao phấn Phương pháp lai phổ biến nhất là lai từng cặp theo từng bước và ựa giao Cho ựến nay, nhiều giống ựã ựược công nhận như ở Nhật Bản, Trung Quốc, đài Loan, Mỹ và các nước khác Lai từng cặp có ảnh hưởng ựể cải cách nhanh các tắnh trạng nhất ựịnh, trong ựó lai

ựa giao ựảm bảo khả năng cải tiến di truyền lâu dài thông qua cơ hội tái tổ hợp và sự biểu hiện các nhóm gen mới

Do bản chất ựa bội, sự biểu hiện và mức ựộ của các tắnh trạng là kết quả của sự tái tổ hợp của các gen và ưu thế lai Tắnh bất tự thụ ở khoai lang chứng tỏ tắnh dị hợp tử cần thiết ựể duy trì sức sống và năng suất vì cây khoai lang có tắnh trội như tự nhiên ở một quần thể giống trong sản xuất Trong chọn giống phải hướng vào việc tăng hay duy trì tắnh dị hợp tử và xem xét cả hiệu ứng di truyền cộng và không cộng

Khi nghiên cứu 40 tổ hợp lai và qua phân tắch thành phần phương sai,

hiệp phương sai ñể ñánh giá hệ số di truyền của 10 tính trạng của khoai lang màu tím gân lá có hệ số di truyền rất cao: 0,95; số hoa/chùm: 0,50; mầu tím lá: 0,74; mầu tím thân: 0,53; ñường kính thân: 0,60: chiều dài ñốt: 0,61: chiều dài lá: 0,99; số lông/thân: 0,82; và dạng lá: 0,59 Từ kết quả này, ñã ñưa ra kết luận rằng phương sai di truyền cộng quan trọng hơn phương sai di truyền không cộng ñối với tất cả các tính trạng [64]

Khi nghiên cứu di truyền của 10 tính trạng của củ khoai lang của 10 dòng quần thể hạt thụ phấn tự do cũng cho thấy rằng vai trò của phương sai di truyền cộng quan trọng hơn vai trò của phương sai di truyền không cộng ñối với tất cả tính trạng trừ tính trạng gân củ và số củ [65]

Theo kết quả nghiên cứu Jones, 1986 [62], ñể ước lượng hệ số di truyền

ở chọn giống khoai lang cho thấy: ðối với các tính trạng hàm lượng chất khô

và năng suất có hệ số di truyền cao kết quả chọn giống nhanh ñạt ñược thông qua phương pháp chọn lọc quần thể dựa trên cở sở kiểu hình của bố mẹ

Khi nghiên cứu 128 dòng từ 10 tổ hợp ñã cho thấy hàm lượng chất khô

có hệ số di truyền tương ñối cao ðiều này cho thấy có thể nâng cao tỷ lệ chất khô bằng con ñường lai tạo và chọn lọc [17]

ðối với các tính trạng có hệ số di truyền thấp, do phương sai di truyền nhỏ như ở cây khoai lang cần tăng số lần lặp lại của bố mẹ, tức là tăng số lượng

bố mẹ hoặc tăng nguồn vật liệu ban ñầu bằng cách sử dụng vật liệu từ nhiều nguồn khác nhau, ñể công tác chọn tạo giống khoai lang mới có kết quả tốt

2.6.3 Tương tác kiểu gen – môi trường và ứng dụng trong chọn tạo giống

cây trồng

Tương tác kiieur gen - môi trường biểu thị phản ứng khác nhau với sự thay ñổi ñiều kiện môi trường của hai hoặc nhiều kiểu gen (giống) Do ñó, tương tác kiểu gen – môi trường có vai trò trong chọn lọc và tạo ra giống mới Mối tương tác ñược biểu thị bằng sự khác nhau về ñộ dốc của ñường hồi qui

giữa năng suất của từng kiểu gen với chỉ số môi trường [53]

Tương tác kiểu gen – môi trường ñóng vai trò quan trọng trong công tác chọn giống cây trồng, cho phép ñánh giá một cách ñầy ñủ tính thích ứng, tính ổn ñịnh của cây trồng từ vụ này qua vụ khác và những vùng xác ñịnh ñòi hỏi sự thích ứng ñặc thù [51]

Allard và Bradshaw (1964) [45] ñã phân chia sự biến dộng của môi trường làm hai loại: có thể dự báo và không thể dự báo Loại có thể dự báo là tất cả các ñặc ñiểm của môi trường, chẳng hạn các ñặc ñiểm chung của khí hậu, loại ñất, ñộ dài ngày Các tác nhân của môi trường là những yếu tố ñược hình thành và xác ñịnh bởi các biện pháp kỹ thuật như thời vụ trồng, mật ñộ trồng, cách thu hoạch Loại không thể dự báo là sự biến ñộng môi trường không thể dự báo ñược gồm các biến ñộng về thời tiết như lượng mưa, nhiệt

ñộ và các yếu tố khác

Mối tương tác kiểu gen - thời vụ rất khác với tương tác kiểu gen - ñịa ñiểm; kiểu gen - biện pháp kỹ thuật Bởi những biến ñộng từ năm này ñến năm khác không thể biết trước, do vậy nhà chọn giống rất khó xác ñịnh và ñưa ra những giống cây trồng tới những vùng có ñiều kiện ñặc thù mà họ không thể dự báo trước Do ñó, các nhà chọn giống nên tạo ra những cây trồng có khả năng thích ứng ñể chống chịu lại những biến ñộng nhất thời của môi trường và ñiều khiển những quá trình này [45]

Nghiên cứu về tương tác kiểu gen – môi trường thể hiện rõ ràng nhất là

về tính trạng năng suất [52] Theo Collins, 1987 [56] cho rằng các tính trạng hàm lượng chất khô và protein ở khoai lang ít bị ảnh hưởng bởi tương tác kiểu gen – môi trường hơn tính trạng năng suất

2.6.4 Tình hình chế biến sử dụng khoai lang trên thế giới và Việt Nam

Theo Colllins và Walter (1985) [54] và Woolfe (1992) [99], Sakamoto

và Bowkamp (1985) [86] cho rằng có các hướng chế biến khoai lang chủ yếu:

- Chế biến các món ăn trực tiếp cho người

- Chế biến công nghiệp

- Chế biến thức ăn gia súc

Phần lớn khoai lang ựược bảo quản và tắch trữ trong một thời gian nhất ựịnh là bằng cách thái lát rồi phơi khô Khoai lang khô có thể nghiền thành bột ựể làm bánh hoặc sản xuất tinh bột, cồn, rượu

Ở Pêru và Philipin ựã áp dụng máy sấy bằng năng lượng mặt trời [99]

Ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ và Nhật ựã xây dựng quy trình sản xuất công nghiệp bánh nổ (Flakes) và bánh miếng nhỏ khô [98] Ngoài ra, ở Mỹ, Ôtrâylia, đài Loan, Ấn độ và Braxin khoai lang còn ựược ựóng hộp cả củ, bổ ựôi hoặc cắt khúc trong nước xi-rô hoặc ựóng hộp chân không không có xi-rô [95], [76], [57]

Khoai lang còn có thể ướp lạnh, rán giòn (Chips), làm mứt kẹo, mì ăn liền, nước giải khát

Ở Việt Nam, khoai lang ựược sử dụng rộng rãi làm lương thực và thực phẩm, nhưng chế biến khoai lang chưa ựược quan tâm nên mới chỉ ở quy mô nhỏ hẹp Ngoài thái con chì và phơi khô ựể nấu với ựỗ, nghiền làm bánh, mứt [8], [27], [40], thì Viện Công nghệ sau thu hoạch ựã ựưa ra quy trình kỹ thuật sản xuất ựường nha và dextrin từ khoai lang và sắn [33] Tinh bột khoai lang

có thể sản xuất miến hay sản xuất tinh bột khoai lang sử dụng enzym [12]

Việc sử dụng củ hoặc thân lá khoai lang cho người và gia súc cũng rất khác nhau giữa các vùng Ở miền Bắc, những nơi chủ yếu trồng lúa thì khoai lang ựược sử dụng chắnh cho thức ăn gia súc chiếm từ 40 Ờ 80% Có thể thấy việc sử dụng khoai lang làm lương thực ở các vùng chỉ ựạt từ 10 % - 40% Ngoài

ra, chỉ có khoảng 20% khoai lang ựược lưu hành trên thị trường (bảng 2.5)

Bảng 2.5 Tình hình sử dụng khoai lang ở Việt Nam

ðồng bằng Bắc bộ Ven biển Trung bộ ðB sơng Mê Cơng

- Chọn tạo giống khoai lang cĩ năng suất cao, chất lượng củ khá và cĩ năng suất thân lá cao để làm rau xanh cho chăn nuơi

- Chọn giống khoai lang cĩ năng suất thân lá cao, chất lượng thân lá tốt (khơng cĩ tanin và cĩ protein cao) để làm rau ăn lá và ngọn cho người khi giáp vụ rau và lúc cần thiết

Nội dung chon tạo giống cho những năm tới:

Trên cơ sở nắm vững 3 mục tiêu trên cần xác định nội dung hoạt động cho cơng tác chọn tạo giống như sau:

Xây dựng tập đồn cơng tác: ngày càng phong phú để phục vụ cho lai tạo, thơng qua nhập nội nguồn thực liệu quý và tái tạo các vật liệu mới một cách đều đặn hàng năm để đa dạng hĩa tập đồn cơng tác

Lai tạo: Bên cạnh nhập nội hạt lai để lai của CIP, cần coi trọng và mở rộng lai hữu tính khoai lang trong nước bằng 3 cánh lai: Lai tự do (polycross)

và lai xác định tổ hợp, nhằm tiến tới lai cách ly tổ hợp lai giúp cho cơng tác chọn lọc cĩ hiệu quả

Ngoài ra còn áp dụng ghép kích thích ra hoa ñể lai ñược các gien quý hiếm ở các giống ít và không ra hoa ñể thu ñược hạt lai khoai lang phong phú

và ña dạng hơn

Chọn lọc: Tùy theo mục ñích chọn giống và sử dụng của mỗi loại giống

mà xác ñinh phương pháp chọn lọc cho thích hợp, có hiệu quả Có thế chia ra

4 loại giống khoai lang theo mục ñích sử dụng là: Giống có chất lượng cao ñể phục vụ cho ăn tươi và chế biến; Giống có chất lượng thân lá cao và củ cao hoặc trung bình ñể phục vụ cho chăn nuôi; Giống có chất lượng ngọn tốt ñể làm rau ăn ngọn; và giống có chất lượng lá tốt, cuống dài to ñể sử dụng lá và cuống làm rau xanh

ðối với các giống khoai lang ñược dùng trực tiếp cho con người thì các chỉ tiêu chính là: có giá trị dinh dưỡng cao ít nhất cũng chứa 5 mg β-caroten,

10 mg axit ascorbic/100g củ tươi, có vị ngọt (3% ñường tan/100g CT) và có hình dáng ñẹp ðối với các giống làm nguyên liệu chế biến: có năng suất cao, hàm lượng chất khô và hàm lượng tinh bột cao ðối với các giống làm thức ăn gia súc có năng suất thân lá cao là chính và năng suất củ cao càng tốt hơn

Khảo nghiệm nhà nước hay thử nghiệm với nông dân: người chọn giống cần xác ñịnh thời ñiểm và ñịa ñiểm thích hợp ñể tiến hành hợp tác khảo nghiệm và thử nghiệm thực tế sản xuất mới ñạt kết quả cao

Sản suất thử và xây dựng vùng giống mới; Tìm hiểu kỹ vùng sinh thái thích hợp, tổ chức quản lý của cơ sở sản xuất và tập quán sử dụng ñể phát triển ñược ra thị trường xã hội một cách chắc chắn ðây là tiêu ñề của việc thành công phát triển và xây dựng vùng giống mới ở thực tế sản xuất

Từng bước khảo nghiệm, khu vực hóa và công nhận giống mới: Các giống phải ñược nông dân chấp nhận và ưa chuộng ñể phát triển giống mới vào sản xuất hàng vụ, hàng năm ðây chính là bản chất của giống mới có sức thuyết phục cao, mà tác giả giống có trách nhiệm và tâm huyết nghề nghiệp

cao nhất ñịnh thành công trong chọn tạo giống mới của mình [19]

Thông qua các dẫn liệu ñã trình bầy ở trên cho thấy, trong những năm qua, nghành sản xuất nông nghiệp ở nước ta nói chung và sản xuất khoai lang nói riêng ñã ñạt ñược nhiều kết quả ñáng ghi nhận về kỹ thuật thâm canh tăng năng suất, tuyển chọn giống tốt từ nguồn nhập nội, ñặc biệt là những năm gần ñây bằng phương pháp lai hữu tính các chọn dòng vô tính các nhà khoa học

ñã giới thiệu cho sản xuất những giống khoai lang năng suất cao, chất lượng khá Tuy vậy hiện còn thiếu rất nhiều những giống khoai lang có phẩm chất ngon giá trị dinh dưỡng của củ cao ñể làm lương thực và chế biến ðây là vấn

ñề mà mục tiêu của ñề tài cần hướng tới

3 VẬT LIỆU NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu, ựịa ựiểm và thời gian nghiên cứu

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu

Vật liệu ựánh giá ựể tuyển chọn năng suất và ựặc biệt phảm chất chế biến của các dòng/giống khoai lang từ Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm Gia Lộc, Hải Dương, ký hiệu là VC.01, Số 8, VC.97-62, KL5, KB1, VC.62-2, TM1, VC.04-24, HT2, VC.04-192, giống Hoàng Long là ựối chứng

3.1.2 địa ựiểm nghiên cứu

Thắ nghiệm ựược trồng trong vụ đông 2008 (10/10/2008 ựến 10/02/2009) và vụ Xuân 2009 (11/02/2009 ựến 11/06/2009) tại Xã Cường Lợi, huyện đình Lập, tỉnh Lạng Sơn

3.2 Nội dung nghiên cứu

- đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của các dòng khoai lang

- đánh giá khả năng tắch luỹ chất khô của thân lá và củ ở từng giai ựoạn sinh trưởng

- Xác ựịnh các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất

- Xác ựịnh hàm lượng ựường tổng số, β-caroten, Mg, chất xơ và tinh bột củ

3.3 Phương pháp bố trắ thắ nghiệm và kỹ thuật trồng

- Thắ nghiệm ựồng ruộng ựược bố trắ theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh với 3 lần nhắc lại, diện tắch mỗi ô thắ nghiệm là 12m2 (1,2m x 10m), ựịnh cây theo dõi, thu thập số liệu theo phương pháp của Phạm Chắ Thành

Biện pháp kỹ thuật sử dụng trong thắ nghiệm

Chuẩn bị hom giống: Các dòng, giống ựược nhân ngoài ựồng ruộng tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm Gia Lộc Ờ Hải Dương, sau 2,5 tháng