Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày và biện pháp canh tác cho một số tỉnh phía Nam

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT NÔNG NGHIỆP MIỀN NAM

Nghiên cứu giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày và

biện pháp canh tác cho một số tỉnh phía Nam

Trương Vĩnh Hải

Chuyên ngành: Trồng trọt

Mã số chuyên ngành: 62.62.01.01

Hướng dẫn khoa học:

GS. TS. Bùi Chí Bửu

TS. Trần Kim Định

2013

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam, ngô (Zea mays L.) là cây lương thực quan trọng đứng thứ hai

sau cây lúa và là nguyên liệu chính để chế biến thức ăn cho chăn nuôi. Theo số liệu

của Trung tâm Tin học và Thống kê – Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

[17], diện tích trồng ngô của cả nước năm 2011 là 1.082.700 ha, năng suất đạt 43

tạ/ha, sản lượng trung bình đạt 4,7 triệu tấn. Với sản lượng này, trong năm 2011

chúng ta vẫn phải nhập khẩu 0,972 triệu tấn để phục vụ cho chế biến thức ăn gia

súc. Trong tiến trình hiện đại hóa ngành nông nghiệp, tỉ trọng của ngành chăn nuôi

trong nông nghiệp sẽ được nâng cao, vì vậy nhu cầu về ngô thương phẩm cho việc

chế biến thức ăn gia súc chắc chắn sẽ tăng theo.

Một trong những nguyên nhân làm năng suất ngô ở nước ta thấp là do tình

trạng khô hạn. Ở những vùng trồng ngô trọng điểm của nước ta như các tỉnh vùng

cao nguyên Lâm Đồng, Đông Nam bộ, đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh

miền núi phía Bắc, việc canh tác ngô phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước mưa hàng

năm, do vậy, năng suất thường bấp bênh và thấp nếu tình trạng khô hạn xảy ra trong

những năm mùa mưa kết thúc sớm. Ước tính sản lượng ngô bị thiệt hại do hạn ở

Việt Nam lên đến 30%, một số vùng trong những năm gần đây diện tích bị hạn lên

đến 70-80% và nhiều vùng trong năm 2004 không cho thu hoạch. Nguyên nhân chủ

yếu do hiện nay chúng ta có khoảng 0,6-0,7 triệu ha ngô được canh tác nhờ nước

trời. Ở những vùng này, cây ngô thường bị hạn đầu vụ trong vụ Hè Thu và thường

bị hạn trong giai đoạn trỗ cờ phun râu của vụ Thu Đông ( Phan Xuan Hao, 2005)

[139]. Ở các tỉnh phía Nam, có hai thời điểm cây ngô dễ bị hạn nhất, đó là: i) vào

khoảng thời gian cuối tháng 7 đầu tháng 8 hàng năm, lúc cây ngô vụ Hè Thu ở giai

đọan trỗ cờ, gọi là hạn “bà chằng” ii) cuối vụ Thu Đông, khi cây ngô đang giai đoạn

chín sữa làm giảm năng suất nghiêm trọng. Ngoài ra, hạn có thể xảy ra bất cứ lúc

nào trong chu kỳ sinh trưởng và phát triển của cây ngô với tần suất và mức độ ngày

càng gia tăng.

2

Hạn hán là một trong ba tác nhân phi sinh học trở ngại chính cho việc sản

xuất ngô trên toàn cầu. Hạn hán làm giảm năng suất ngô là một thực tế đã và đang

xảy ra với tần suất phạm vi, cường độ ngày càng nghiêm trọng và rất khó dự đoán

để có thể điều chỉnh mùa vụ né tránh. Do vậy, một trong những giải pháp đầu tiên

được quan tâm là lai tạo các giống ngô chịu hạn nhằm giảm bớt thiệt hại (Ludlow

and Muchow 1990; Ribaut và cộng sự, 1996) [118], [145]. Trong nghiên cứu chọn

tạo giống ngô chịu hạn, ngoài việc trực tiếp chọn năng suất người ta còn dùng các

tính trạng thứ cấp liên quan làm chỉ tiêu gián tiếp như khoảng cách giữa trỗ cờ -

phun râu, số hạt/bắp, khối lượng hạt, số cây không bắp, chỉ số lá còn xanh, khối

lượng rễ ở các tầng đất sâu và một số tính trạng khác làm tiêu chí chọn lọc (Bolanos

và Edmeades 1993, 1996)[40], [41], trong đó, khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu

(Anthersis Silking Interval-ASI), việc hình thành bắp là những tính trạng thứ cấp

được xem xét kỹ lưỡng (Edmeades và cộng sự, 1999; Li và cộng sự, 2002)

[77],[111]. Trong điều kiện khô hạn, sự không đồng bộ giữa trỗ cờ và phun râu sẽ

xảy ra làm gia tăng khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu nên năng suất giảm

(Westgate và Boyer, 1986; Bolanos và Edmeades, 1993; Edmeades và cộng sự,

1999) [181],[40],[77]. Việc chọn giống có khoảng cách trỗ cờ và phun râu ngắn sẽ

góp phần vào việc tăng tỷ lệ sự hình thành bắp dẫn đến tăng năng suất (Bolanos và

cộng sự,1993; Ribaut và cộng sự, 1997; Edmeades và cộng sự, 1999)

[40],[144],[77].

Đa dạng di truyền đóng một vai trò quan trọng trong việc chọn tạo giống ngô

(William và Michael, 2002; Duan và cộng sự, 2006)[186], [70]. Việc xác định

những dòng bố mẹ để tạo ra những tổ hợp lai ưu tú tốn nhiều chi phí và thời gian

trong việc phát triển các dòng thuần. Xác định mức độ đa dạng cho phép chọn lựa

sơ đồ lai tạo hợp lý nhất, khả năng thành công nhanh với chi phí giảm bớt đáng kể.

Đánh giá đa dạng di truyền nhờ chỉ thị phân tử giúp giảm bớt khối lượng công việc

rất lớn so với phương pháp truyền thống vì ít phụ thuộc thời tiết môi trường và

nhanh chóng hơn (Chapman và Edmaedes, 1999; Betran và cộng sự, 2003; Bùi Chí

Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007) [55], [38],[3].

3

Giống mới cần phải có tính ổn định, tính thích nghi cao với các điều kiện môi

trường khác nhau để gia tăng độ tin cậy về giống. Khi được trồng tại nhiều địa điểm

để đánh giá tính ổn định, thích nghi, một số đặc điểm nông học và năng suất của

giống có thể sẽ thay đổi. Nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt về tính thích nghi,

ổn định giữa các giống là do sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường . Điều này

gây ra khó khăn trong việc chứng minh tính ưu thế của một giống bất kỳ (Basford

và Cooper, 1998; Dabholkar, 1999; Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2007) [34],

[65], [3].

Ngô là loại cây trồng nhạy cảm nhất với sự thay đổi mật độ cây trồng và gần

như là loài cho tiềm năng năng suất hạt cao nhất. Vì vậy, việc thiết lập mật độ trồng

tối ưu là cần thiết để đạt được năng suất tối đa. Đã có nhiều nghiên cứu để xác định

mật độ trồng tốt nhất cho cây ngô, tuy nhiên, không có một khuyến cáo đơn lẻ nào

cho tất cả các yếu tố môi trường không thể kiểm soát cũng như những yếu tố có thể

kiểm soát như độ phì của đất, lựa chọn giống ngô lai, ngày gieo trồng, cách bố trí

trồng (Olson and Sander, 1988)[135]. Các giống ngô lai hiện nay có khả năng chống

chịu với điều kiện bất lợi tốt hơn so với các giống ngô lai cũ, vì vậy có thể trồng với

mật độ cao hơn. Hơn nữa, các giống lai hiện nay chống chịu tốt với những bất lợi do

mật độ trồng cao là do giảm sự đổ ngã và hiện tượng bất dục (William, 2002)[187].

Cùng với mật độ trồng, phân bón là yếu tố có ảnh hưởng đến năng suất hạt

ngô nhiều nhất. Trong nhiều năm qua, việc sử dụng phân khoáng NPK được xem

như một phương tiện hữu hiệu để gia tăng năng suất. Tuy nhiên, sự suy giảm các

yếu tố dinh dưỡng trong đất như P, K và các nguyên tố vi lượng có liên quan đến

việc chú trọng sử dụng nhiều phân đạm trong canh tác. Mặt khác, hiệu lực của phân

bón vô cơ thường khá thấp nên chi phí cho sản xuất ngày một gia tăng khi người

dân tăng mức phân bón hóa học để duy trì năng suất. Tình trạng sử dụng đơn độc

phân vô cơ trong sản xuất ngô không có lợi cho thâm canh tăng năng suất bởi vì

thường gắn liền với các vấn đề như năng suất giảm, mất cân bằng dinh dưỡng, đặc

biệt là giảm hàm lượng chất hữu cơ trong đất (Sridhar và Adeoye, 2003)[167].

Những cải thiện về năng suất ngô trong thời gian qua là do những thành tựu

về di truyền chọn giống và do các kỹ thuật quản lý nông học tiên tiến của những

4

người trồng ngô. Tuy nhiên, chọn tạo giống chỉ có thể thu hẹp khoảng cách 15-25%

giữa năng suất thực tế và năng suất tiềm năng, việc áp dụng đồng bộ các kỹ thuật

tiên tiến trong điều kiện thâm canh trên những giống cải tiến có thể thu hẹp thêm

15-25% khoảng cách nữa (Zaidi, 2000; Duvick, 2001)[193],[72].

Diện tích ngô trên toàn thế giới năm 2010 là 161,7 triệu ha với năng suất đạt

5,19 tấn/ha. Ở châu Á, năm 2010 diện tích trồng ngô chiếm 33,2% diện tích ngô của

thế giới và tăng 26 triệu ha so với năm 1961. Năm 2010, năng suất ngô trung bình

của châu Á đạt 4,57 tấn/ha, bằng 88,1% năng suất ngô trung bình của thế giới

(FAOSTAT, 2012)[82].

Ngô thương mại trên thị trường thế giới dự kiến sẽ tăng 13% trong khoảng từ

năm 2010 đến năm 2020, trong khi sản lượng xuất khẩu của Mỹ dự kiến không tăng

do nhu cầu thức ăn trong chăn nuôi và sản xuất ethanol từ ngô trong nước tăng. Dự

kiến đến năm 2020, Trung Quốc sẽ trở thành nước nhập khẩu ngô để đáp ứng cho

các nhu cầu về thức ăn chăn nuôi và sản xuất ethanol (Taylor and Koo, 2011) [169].

USDA, 2012 [176] dự báo niên vụ 2012-2013, sản lượng ngô trên thế giới ước đạt

834,09 triệu tấn, sản lượng ngô của Mỹ sẽ là 272,43 triệu tấn, giảm 43,74 triệu tấn

so với niên vụ 2010-2011do ảnh hưởng của hạn hán. Ở Trung Quốc, sản lượng dự

kiến 208 triệu tấn và khu vực Đông Nam Á khoảng 26,15 triệu tấn. Nhu cầu về ngô

trong năm 2012-2013 toàn thế giới là 862,52 triệu tấn (59,68% nhu cầu cho thức ăn

chăn nuôi), trong đó của Mỹ là 254,44 triệu tấn; Brazil là 55 triệu tấn; Trung Quốc

là 209 triệu tấn và của Đông Nam Á là 32,6 triệu tấn. Nhu cầu ngô của hầu hết các

nước trên thế giới đều có xu hướng tăng cao, Trung Quốc có nhu cầu tăng cao nhất

(tăng 29 triệu tấn). Nhật Bản và Hàn Quốc là hai nước nhập khẩu ngô hoàn toàn,

ước tính mức nhập khẩu ngô của hai nước Nhật và Hàn Quốc năm 2012-2013 lần

lượt là 15 và 8 triệu tấn để đáp ứng nhu cầu trong nước (USDA, 2012)[176].

Vì vậy, hiện tại và trong tương lai 10 năm tới, nhu cầu về ngô ở châu Á và

thế giới vẫn tăng ở mức cao.

Năng suất ngô ở nước ta không ngừng tăng lên, tuy nhiên, vẫn còn khá thấp

so với tiềm năng của giống và so với các nước trên thế giới. Cũng như các nước sản

xuất ngô trên thế giới, hạn hán và một số hạn chế trong kỹ thuật canh tác là những

5

trở ngại chính ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng ngô ở nước ta. Nghiên cứu về

ngô chịu hạn ở nước ta mới chỉ tập trung ở phía Bắc, trong khi ở phía Nam hiện nay

chưa có một công trình nghiên cứu về ngô chịu hạn nào. Trong điều kiện biến đổi

của khí hậu toàn cầu gây nên những thay đổi thất thường của thời tiết, việc nghiên

cứu giống ngô chịu hạn, ngắn ngày và những biện pháp kỹ thuật canh tác như mật

độ trồng, liều lượng phân bón hợp lý là cần thiết để góp phần nâng cao năng suất và

sản lượng ngô.

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu khởi đầu (các dòng ngô thuần)

phục vụ công tác tạo giống chịu hạn

- Xác định được 1-2 tổ hợp lai có khả năng sinh trưởng tốt, ngắn ngày và có

năng suất cao. Trong điều kiện hạn, năng suất tăng hơn giống đối chứng từ 5 đến

10%.

- Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật canh tác ngô lai theo hướng thâm canh

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Đây là công trình nghiên cứu có hệ thống về đánh giá mức độ đa đạng di

truyền nguồn vật liệu khởi đầu có liên quan đến tính chịu hạn. Kết quả về phân

nhóm các dòng dựa vào tính đa dạng sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu về chọn tạo

giống ngô lai chịu hạn sau này.

- Đề tài đã khẳng định có tính chất bổ sung rằng, tính trạng thứ cấp như

khoảng cách giữa trỗ cờ và phun râu liên quan chặt chẽ đến năng suất trong điều

kiện khô hạn.

- Đề tài đóng góp vào cơ sở lý luận về việc nâng cao năng suất ngô bằng việc

gia tăng mật độ trồng với khoảng cách hàng hợp lý và liều lượng phân bón thích

hợp

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Trên cở sở phân tích tính đa dạng của nguồn vật liệu khởi đầu, kết quả

nghiên cứu đã đánh giá, phân loại các dòng thuần làm cơ sở cho công tác lai tạo

6

giống ngô ưu thế lai trước mắt cũng như trong tương lai.

- Ứng dụng sơ đồ phân nhóm UPGMA dựa vào chỉ thị phân tử SSR, công

trình này đã tạo ra được 80 tổ hợp lai đã thể hiện được tính trạng nông học và năng

suất vượt giống đối chứng đang sản xuất đại trà ở miền Nam là C919.

- Tạo được một số tổ hợp ngô lai F1 có thời gian sinh trưởng ngắn, khoảng 92-

93 ngày, năng suất cao, thích hợp cho việc canh tác trong cả 3 vụ ở một số tỉnh phía

Nam.

- Xác định được hai tổ hợp ngô lai F1 VK1 x NK67-2 và VE8 x BC3F3-26 có

khả năng sinh trưởng tốt, năng suất cao. Trong điều kiện hạn của thời tiết, năng suất

cao hơn giống đối chứng trung bình trên 14%.

- Xác định được khoảng cách giữa các hàng 50-60 cm, giữa các cây 25-30 cm

và liều lượng phân bón 150-180 kg N- 90-100 kg P2O5- 60-70 kg K20/ha trong thâm

canh tăng năng suất ngô ở một số tỉnh phía Nam.

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các tổ hợp ngô lai được tạo ra từ kết quả đánh giá các dòng có đặc điểm

nông học tốt, năng suất cao và có khả năng chịu hạn.

- Một số kỹ thuật canh tác ngô: mật độ trồng, phân bón

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Việc xác định giống ngô lai ngắn ngày, chịu hạn được thực hiện trên cơ sở

các dòng thuần được chọn tạo, thu thập và bảo tồn nguồn gen từ những năm 1990

của Phòng nghiên cứu cây thức ăn gia súc (Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp

miền Nam) và CIMMYT và trên cơ sở đánh giá các tổ hợp lai được chọn tạo dựa

vào kết quả đánh giá đa dạng di truyền và trong phép lai hồi giao.

- Địa điểm nghiên cứu: Tất cả các thí nghiệm được thực hiện tại tỉnh Đắc Lắc,

Đắc Nông, Đồng Nai và Bà Rịa Vũng Tàu là những tỉnh thuộc khu vực Tây Nguyên

và miền Đông Nam bộ, những nơi có diện tích sản xuất ngô chủ lực ở phía Nam.

- Trong các biện pháp canh tác ngô, đề tài tập trung nghiên cứu về mật độ gieo

trồng và công thức phân khoáng NPK vì đây là những yếu tố ảnh hưởng đến năng

suất ngô nhiều nhất.

7

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Hạn hán và sự phân loại hạn hán

1.1.1 Khái niệm về hạn hán

Hạn hán là một giai đoạn không có mưa hoặc mưa không đủ nhu cầu diễn ra

trong thời gian dài gây ra sự thâm hụt độ ẩm của đất và sự mất cân bằng thủy văn.

Hiện tượng hạn hán có thể xảy ra ở hầu hết tất cả các vùng khí hậu, với các đặc tính

của hạn biến đổi đáng kể từ vùng này sang vùng khác. Vì vậy, hạn hán thường được

gắn liền với các khoảng thời điểm (mùa hạn chính, sự khởi đầu muộn của mùa mưa,

sự xuất hiện mưa trong mối liên hệ với các giai đoạn sinh trưởng chính của cây

trồng) và đặc tính của mưa (cường độ mưa, các đợt mưa).Các thời điểm hạn xuất

hiện khác nhau sẽ dẫn đến các tác động khác nhau về phạm vi ảnh hưởng cũng như

các đặc tính khí hậu (Wilhite, 2000)[185].

Ba khái niệm cụ thể về hạn dựa trên lượng mưa đối với cây ngô được nhiều

nhà khoa học CIMMYT nêu như sau:

- Thiếu nước nếu lượng mưa cả vụ ở vùng nhiệt đới thấp < 500 mm và ở

vùng cao (highland) là từ 300 - 350 mm (Heisey và Edmeades, 1999)[95].

- Theo quan điểm cây ngô mẫn cảm với hạn: khoảng 4 tuần trong thời gian

ngô trỗ cờ kết hạt, nếu vùng nào có lượng mưa <100 mm được coi là vùng không

phù hợp, nếu lượng mưa > 200 mm được coi là phù hợp và lượng mưa trong

khoảng 100 - 200 mm được coi là vùng thiếu nước đối với sản xuất ngô (Chapman

và Barreto, 1996)[54].

- Khái niệm khác: Dựa trên tỷ lệ giữa lượng mưa (P) và khả năng thoát hơi

nước của đất (PE). Ví dụ một vùng ngô nếu tất cả các tháng (n) trong suốt vụ có

P/PE>0,5 được coi là thuận lợi, nếu n - 1 tháng có P/PE>0,5 được coi là vùng thiếu

mưa đối với sản xuất ngô (Khái niệm này không đề cập đến việc gieo trồng sớm để

tránh hạn) (Heisey và Edmeades, 1999)[95].

8

1.1.2. Phân loại hạn hán

1.1.2.1 Phân loại dựa trên sự hiện diện của nguồn cung cấp nước

i) Hạn khí tượng

Hạn khí tượng thường biểu hiện lượng mưa thiếu hụt trong suốt một khoảng

thời gian nào đó. IMO (International Meteorological Organization) phân loại các

mức độ hạn như sau:

+ Hạn nhẹ: Khi lượng mưa ít hơn 11-25% lượng mưa bình thường.

+ Hạn vừa: Khi lượng mưa ít hơn 26-50% lượng mưa bình thường.

+ Hạn nặng: Khi lượng mưa ít hơn 50% lượng mưa bình thường

ii) Hạn thủy văn

Hạn thủy văn là tình trạng thâm hụt lượng mưa khi các nguồn thủy văn như

suối, sông, hồ, giếng bị khô và nước ngầm trong đất cạn kiệt. Điều này ảnh hưởng

đến ngành công nghiệp và sản xuất điện.

iii) Hạn nông nghiệp

Đây là tình trạng lượng mưa không đủ, khi độ ẩm trong đất giảm xuống dưới

mức đáp ứng nhu cầu nước của cây trồng trong quá trình tăng trưởng làm cho cây

trồng bị héo do stress đưa đến giảm năng suất.

1.1.2.2. Dựa trên cơ sở thời gian xảy ra hạn

i) Khu vực hạn thường trực

Đây là khu vực thường bị khô vĩnh viễn, vùng sa mạc khô cằn. Cây trồng lệ

thuộc vào nước trời sẽ không thể sống nếu không được tưới. Trong các khu vực này

thảm thực vật thường là cây xương rồng. Cây bụi có gai, xerophytes, vv... thường

xuất hiện.

ii) Hạn theo mùa

Xảy ra ở những vùng được xác định rõ ràng là khí hậu ẩm ướt và khô. Hạn

theo mùa có thể xảy ra do chu kỳ mùa diễn ra trong thời gian dài. Loại hình này xảy

ra tại các khu vực gió mùa.

iii) Hạn ngẫu nhiên

Đây là kết quả do sự bất thường và biến động lượng mưa, đặc biệt là ở các

vùng ẩm và bán ẩm ướt. Hạn ngẫu nhiên xảy ra có thể trùng với những thời kỳ tăng

9

trưởng mạnh của cây trồng, khi đó nguồn nước là rất quan trọng và nhu cầu nước

của cây trồng là lớn nhất.

1.1.2.3. Trên cơ sở môi trường xảy ra

Maximov (1929)[122] đã phân chia thành hai loại:

i) Hạn trong đất

Xảy ra khi độ ẩm đất cạn kiệt và giảm xuống đến mức không thể cân bằng

được sự bốc thoát hơi nước tiềm năng của cây trồng.

ii) Hạn không khí

Hạn không khí là kết quả từ độ ẩm thấp, gió nóng và khô và gây ra sự hong

khô đối với cây trồng. Điều này có thể xảy ra ngay cả khi lượng mưa và độ ẩm cung

cấp đủ.

1.2. Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng, phát triển và năng suất ngô

1.2.1 Ảnh hưởng của hạn hán đến nguồn (Source) và sức chứa (Sink)

Hạn hán tác động mạnh đến sự cân bằng của sản phẩm đồng hóa (nguồn) và

sức chứa, gây nên sự lão hóa lá sớm ngay sau khi cây ngô trỗ cờ, phun râu. Điều

này làm giảm nguồn cung cấp sản phẩm đồng hóa cho mọi hoạt động của cây, đặc

biệt là trong giai đoạn hình thành bắp và hạt dẫn đến giảm sức chứa (Banziger và

cộng sự, 2000) [33]. Trong điều kiện khô hạn, sự cố định cacbon trong quang hợp bị

giảm do việc đóng khí khổng làm hạn chế lượng ánh sáng đi vào tham gia quá trình

quang hợp dẫn đến sản phẩm chất đồng hóa cũng ít đi làm ảnh hưởng đến toàn bộ

hoạt động của cây (Bolanos và cộng sự, 1993; Bruce và cộng sự, 2002) [40], [46].

Nguồn sản phẩm đồng hóa có vai trò quan trọng trong việc phát triển noãn và hạt.

Bất kỳ sự gián đoạn nào trong tiến trình vận chuyển chất đồng hóa do mất nước có

thể giảm hoạt tính của enzym trao đổi cac bon (Zinselmeier và cộng sự, 1999) [196].

1.2.2 Ảnh hưởng của khô hạn đến khoảng thời gian giữa trỗ cờ và phun râu

Khi cây ngô bị thiếu nước, thiếu sáng, thiếu dinh dưỡng ở giai đoạn trỗ cờ,

phun râu, bắp tăng trưởng chậm có liên quan đến tăng trưởng của hoa đực (cờ) và

khoảng thời gian giữa trỗ cờ và phun râu (Anthersis Silking Interval-ASI) sẽ gia

tăng. Đây là phản ứng thông thường của cây đối với việc giảm sản phẩm đồng hóa

trong giai đoạn sinh trưởng này (Westgate và Boyer, 1986; Bolanos và Edmeades,

10

1993; Edmeades và cộng sự, 1999) [181], [40], [77]. Năng suất hạt và các yếu tố

cấu thành năng suất sẽ phụ thuộc vào ASI. Tương quan di truyền giữa năng suất hạt

và ASI trong chuỗi kiểu gen khác nhau dưới điều điện khô hạn ở giai đoạn ra hoa là

khoảng -0,6. Từ kết quả này, nhiều nhà nghiên cứu đề nghị xem ASI như là một chỉ

tiêu cơ bản trong tiến trình chọn tạo giống ngô chịu hạn. Chọn lọc tái tục trên những

quần thể ngô nhiệt đới cho việc chống chịu hạn ở giai đoạn ra hoa từ 2-10 chu kỳ đã

tăng năng suất hạt trong điều kiện khô hạn 100 kg/ha/năm và ASI giảm 0,6

ngày/năm. Năng suất và số hạt/bắp phụ thuộc vào sự gia tăng trọng lượng chất khô

tích lũy trong giai đoạn ra hoa (Edmeades và cộng sự, 2000) [78].

1.2.3 Ảnh hưởng của hạn hán đối với toàn bộ hoạt động của cây

- Khi hạn hán xảy ra sau một vài cơn mưa khởi đầu, hạt có thể nảy mầm

nhưng dần dần đất khô đi làm ảnh hưởng đến mật độ cây sau này.

- Khô hạn làm giảm diện tích lá, giảm phát triển râu cũng như thân, rễ và kích

thước hạt.

- Khí khổng đóng làm cho quang hợp và hô hấp sụt giảm do bị tổn hại ở pha

quang ô xy hóa và enzym bị ảnh hưởng. Điều chỉnh áp suất thẩm thấu chỉ giúp duy

trì sự sống của cây nhưng không có ý nghĩa trong việc duy trì sự tăng trưởng trong

điều kiện hạn hán. Dòng sản phẩm đồng hóa từ quang hợp để nuôi các bộ phận cây

bị giảm, râu sinh trưởng kém làm gia tăng khoảng cách về thời gian giữa trỗ cờ và

phun râu. Sự chết non của bắp và hạt gia tăng, cây trở nên còi cọc, thiếu sức sống và

đưa đến sụt giảm năng suất nghiêm trọng (Zaidi, 2000; Muhammad Aslam, 2007)

[193], [131].

1.2.4 Ảnh hưởng của hạn hán đến khả năng sinh trưởng và năng suất ngô

Hạn hán là một trở ngại chính cho việc sản xuất ngô trên toàn thế giới, đặc

biệt trong vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Đối với ngành sản xuất ngô, hạn hán có

thể ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển ở bất cứ giai đoạn nào của cây. Năng suất

và sản lượng hạt giảm mạnh bởi việc giảm mật độ cây ở giai đoạn cây con, giảm

diện tích lá dẫn đến giảm cường độ quang hợp ở giai đoạn trước trỗ cờ, phun râu và

thiệt hại sau cùng là giảm số bắp trên cây, số hạt trên bắp và năng suất (Shaw, 1977;

11

Bolanos và Edmeades 1996; Zaidi, 2000; Edmeades và cộng sự 2003)[164],

[41],[193], [80].

1.2.5 Ảnh hưởng của ẩm độ đất đến khả năng sinh trưởng của ngô

Mohammadkhani và Heidari (2007) [127] nghiên cứu ảnh hưởng của khô

hạn đối với sinh trưởng của hai giống ngô cv.704 và cv.301 trên dung dịch

polyethylene glycol (PEG) 6000 nồng độ 10%, 20%, 30% và 40% tương ứng với

thế năng của nước -0,15 MPa, -0,49 MPa, -1,03 MPa và -1,76 MPa. Kết quả cho

thấy rằng, sự tăng trưởng của cả 2 giống ngô bị kìm hãm ở điều kiện khô hạn. Với

thế năng nước -0,15 và -0,49 MPa, trọng lượng tươi của chồi và rễ cao hơn, nhưng

với thế năng -1,03 và -1,76 MPa, có sự giảm sút có ý nghĩa về trọng lượng tươi của

cả 2 giống. Ở thế năng nước -1,76 MPa, trọng lượng tươi của rễ giảm đến 79% đối

với giống cv.704 và 66% đối với giống cv.301. Tương tự, trọng lượng tươi của chồi

giảm 69% trên giống cv.704 và 68% trên giống cv.301.

Thiếu nước làm giảm tăng trưởng do sự giãn tế bào bị ức chế. Tiến trình kéo

dài tế bào và tổng hợp carbon hydrat cũng rất nhạy cảm đối với sự thiếu hụt nước

(Mohammadkhani và Heidari, 2007) [127].

Denmead và Shaw (1977) [66]

-

- -E)

số cây phun râu.

12

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của khô hạn đến sinh trưởng của ngô ở các giai đoạn

Chỉ tiêu Công thức tạo hạn ở các giai đoạn

Đối

chứng

Giai

đoạn

V

Giai

đoạn

S

Giai

đoạn

E

Giai

đoạn

V+S

Giai

đoạn

V+E

Giai

đoạn

S+E

Chiều cao cây (cm) 154 138 144 144 122* 134 132

Chiều dài bắp (cm) 21,8 19,8 20,9 20,6 15,6* 18,7 18,1

Diện tích lá bao (cm2

) 743 654* 666* 729 625* 625* 633*

Năng suất hạt (gr/cây) 364 273* 183* 289* 154* 243* 179*

Nguồn: Denmead và Shaw (1977)

(*): Khác biệt có ý nghĩa thống kê so với đối chứng ở mức P< 0,05

Kết quả ở bảng 1.1

cm đến 154

1.1 cũng cho

1.

Theo đó, diện tích lá có xu thế giảm ở tất cả công thức so với đối chứng. Tuy nhiên,

việc tạo hạn ở giai đoạn hình thành bắp không làm giảm kích cỡ lá nhiều so với đối

chứng.

Sự giảm năng suất hạt do khô hạn ở tất cả các giai đoạn có ý nghĩa ở mức P<

0,05 so với công thức đối chứng. Năng suất hạt bị ảnh hưởng nhiều hơn các đặc tính

nông học khác bởi khô hạn ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng. Trong đó, khô hạn ở

giai đoạn phun râu có tác hại lớn đến năng suất hạt hơn ở các giai đoạn khác.

Kết quả của nghiên cứu trên cho thấy rằng, việc tạo hạn được áp dụng trong

lúc cây sinh trưởng mạnh làm chậm trễ sự phát triển các bộ phận của cây. Sự bình

phục của cây khi khô hạn được loại bỏ không xảy ra tức thời mà phải sau vài ngày.

Việc giảm kích cỡ cây dẫn đến sự đồng hóa thấp hơn ở thời điểm bắp non bởi vì sự

sản xuất vật chất khô phụ thuộc vào đồng hóa. So sánh kết quả trên với nghiên cứu

của Robins và Domingo, 1953, được trích dẫn bởi Denmead và Shaw (1977) [66],

13

dưới điều kiện đồng ruộng cho thấy, sự mất độ ẩm làm héo 1 hoặc 2 ngày trong quá

trình trỗ cờ hay thụ phấn làm giảm 22% năng suất. Mất nước đến điểm héo cây

trong khoảng 6-8 ngày (chu kỳ này tương tự với tổng số ngày khô hạn ở một giai

đoạn sinh trưởng của thí nghiệm trồng cây trong chậu) làm giảm năng suất khoảng

50%. Sự giảm này cũng thấy tương tự cây trồng trong chậu (Denmead và Shaw,

1977) [66].

Các kết quả nghiên cứu của Miller và Duley, 1925 (được trích dẫn bởi

Denmead và Shaw, 1977) [66] cho thấy, khô hạn làm giảm năng suất hạt 35% ở giai

đoạn 2 trong chu kỳ 30 ngày (Giai đoạn sau sinh trưởng dinh dưỡng) và 43% khi ở

giai đoạn 3 của chu kỳ 30 ngày (giai đoạn phun râu). Các tác giả này đề nghị cần

nghiên cứu chi tiết hơn về ảnh hưởng định lượng của ẩm độ đất cung cấp cho ngô.

Sự tương đồng giữa các kết quả trong nghiên cứu này và những nghiên cứu của

Robins và Domingo (1953) [149] cho thấy rằng, việc ước lượng chính xác các ảnh

hưởng về định lượng ẩm độ đất thấp trên năng suất ngô là có thể thực hiện được.

1.2.6 Ảnh hưởng của việc thiếu nước đến các giai đọan sinh sản của cây ngô

Giai đoạn nhạy cảm nhất của cây ngô đối với việc thiếu nước là giai đoạn

phát triển của râu, sự thụ phấn và hình thành hạt (Shaw, 1977) [164]. Thiếu nước ở

những giai đoạn này làm bắp chậm lớn và tạo nên sự không đồng bộ giữa trỗ cờ và

phun râu (ASI). Năng suất ngô trong điều kiện thiếu nước tại thời điểm trỗ cờ, phun

râu ở vùng nhiệt đới phụ thuộc nhiều vào số hạt trên bắp (r > 0,8), số cây không cho

bắp (r > 0,7) và ASI (r = - 0,4 đến -0,7) (Bolanos và Edmeades 1996) [41].

Nghiên cứu ảnh hưởng của việc thiếu nước đến năng suất ngô của Edmeades

và cộng sự (2003)[80] cho thấy, ở vụ đầu tiên, thiếu nước ở giai đoạn trỗ cờ, phun

râu năng suất hạt chỉ bằng 45% so với công thức được cung cấp đầy đủ nước; bằng

34% so với đối chứng khi thiếu nước ở giai đoạn hình thành hạt; bằng 29% khi thiếu

nước giai đoạn làm đầy hạt; 31% khi thiếu nước ở giai đoạn hạt phát triển đầy đủ và

đạt 64% khi bị thiếu nước ở giai đoạn hạt chín. Điều này cho thấy rằng, năng suất

hạt giảm mạnh nhất khi bị thiếu nước ở giai đoạn 25 ngày sau khi trỗ cờ, phun râu.

Những tương tác có ý nghĩa giữa kiểu di truyền và môi trường được quan sát giữa

những công thức (thiếu nước giai đoạn trỗ cờ, phun râu; hình thành và làm đầy hạt)

14

và các công thức (đối chứng; hạt phát triển đầy đủ và hạt chín). Việc cải thiện khả

năng chống chịu hạn tại giai đoạn trỗ cờ phun râu đi cùng với việc giảm đáng kể số

cây không cho bắp và giảm ASI. Năng suất hạt và ASI trong điều kiện khô hạn có

tương quan chặt (r = -0,88**). Giảm ASI có tương quan chặt với sự thay đổi tần

suất alen của những dòng bố mẹ (r = 0,85**) được xác định bằng chuỗi marker đơn

(Campos và cộng sự 2002) [50]. Những thay đổi về tần suất alen tương tự liên quan

đến ASI cũng được phát hiện theo sau sự chọn lọc hồi giao cho tính chống chịu hạn

ở cây ngô vùng nhiệt đới (Ribaut và cộng sự, 1997b; Campos và cộng sự, 2004)

[143], [49].

Đối với ngô, số lượng hạt trên bắp thấp có thể liên quan đến sự vô sinh của

hạt phấn. Boyer và Westgate (1986b) [182], Schoper và cộng sự (1987) [161] đã tìm

thấy bằng chứng về sự vô sinh của hạt phấn vào thời điểm hàm lượng nước trong

đất thấp. Vì thế, Schoper và cộng sự (1987)[161] quan tâm nhiều đến sự nhạy cảm

của hạt phấn ở nhiệt độ cao bởi vì nhiệt độ cao thường đi cùng với hàm lượng nước

trong đất thấp trên đồng ruộng và nhận thấy có sự thay đổi kiểu di truyền về sự nhạy

cảm này. Nếu nhiệt độ cao không xảy ra tại thời điểm này, thì hạt phấn vẫn có thể

duy trì sức sống khi sự thiếu nước xảy ra. Râu ngô thỉnh thoảng xuất hiện quá trễ để

sẵn sàng cho việc thụ phấn. Moss và Downey (1971); Herrero và Johnson (1981);

Edmeades và cộng sự (1993) [129], [96], [79] nhận thấy rằng, râu ngô mất dần khả

năng tiếp nhận hạt phấn theo cùng với tuổi của chúng và sẽ mất khả năng này sớm

hơn nếu cây bị thiếu nước. Vì vậy, cần giảm thiểu tối đa những ảnh hưởng của sự

không đồng bộ của râu và phấn bằng việc lựa chọn di truyền. Edmeades và cộng sự

(1993) [79] đã chọn kiểu di truyền có sự phát triển của râu sớm, nghĩa là xuất hiện

trước khi hạt phấn rụng, điều này cho phép râu duy trì sự sống trong một quãng thời

gian mặc dù bị ảnh hưởng do sự thiếu nước. Kiểu gen với sự nảy mầm sớm của râu

được phát triển rộng rãi trong các giống ngô lai hiện đại và đóng góp một cách có ý

nghĩa trong tiến trình cải tiến tính chịu hạn của ngô (Boyer và Westgate, 2004) [44].

1.2.7 Ảnh hưởng của hạn hán đến sự thụ phấn, thụ tinh và hình thành hạt

Quá trình phát triển quyết định số hạt trên bắp có thể được chia thành ba giai

đoạn liên tiếp. Ở giai đoạn đầu tiên, sự hình thành và phân hóa về cấu trúc sinh sản