Đặt vấn đề Các loại cây trồng có hàm lƣợng protein cao nhƣ lạc, ngô và đậu tƣơng đang đƣợc nhiều quốc gia ƣu tiên phát triển trên thế giới. Cây lạc có diện tích và sản lƣợng đứng thứ 2 sau cây đậu tƣơng, cây ngô có diện tích trồng đứng thứ 3 sau lúa mì, lúa nƣớc và sản lƣợng đứng thứ hai, năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc. Ở Việt Nam tùy theo mùa vụ và phƣơng thức canh tác của từng vùng, các loại cây trồng nhƣ lạc, ngô, đậu tƣơng đƣợc trồng phổ biến ở nhiều vùng sinh thái khác nhau trên khắp cả nƣớc. Cây lạc (Arachis hypogaea), thuộc họ đậu (Fabaceae) thực phẩm rất giàu năng lƣợng vì có chứa nhiều lipit.
Cây ngô (Zea mays L. Mays), thuộc họ hòa thảo (Poeceae) và là cây lƣơng thực quan trọng đứng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Đậu tƣơng (đậu nành) tên khoa học là Glycine Max (L) Merr là cây trồng lấy hạt, cây có dầu quan trọng bậc nhất trên thế giới có hiệu quả kinh tế lại dễ trồng.Vì để đáp ứng nhu cầu sản xuất các cây trồng nhƣ lạc, ngô, đậu tƣơng đạt đƣợc hiệu quả cao thì điều kiện đầu tiên cần là có cây giống tốt trƣớc khi trồng. Các điều kiện ảnh hƣởng đến sự nảy mầm của hạt giống ngoài nhiệt độ đất, nƣớc, vi sinh vật và cấu trúc đất thì yếu tố oxy cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự xuất hiện và phát triển của hạt giống.
Tùy vào mùa vụ gieo trồng, hạt giống có thể gặp thời tiết mát mẻ, mƣa nắng sau khi trồng thì hạt giống ƣớt ƣớt, hay thời tiết mát mẻ, ẩm ƣớt ruộng không có thoát nƣớc làm cho hạt giống có thể bị thiếu hụt oxy trong một số giờ hoặc nhiều ngày. Sự ngập lụt hoặc bão hòa của đất có thể gây ra sự nảy mầm và trồng cây con kém và có thể làm giảm năng suất cây trồng. Các nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy tới hạt giống trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau là một hƣớng nghiên cứu mới. Các công trình nghiên cứu thƣờng tập trung chủ yếu vào việc đánh giá khả năng sinh trƣởng và 1 phát triển.
Theo nghiên cứu của Sung (1995), thì hạt giống thiếu hụt oxy khi nảy mầm trong 24h chỉ đạt 50% nảy mầm và không nảy mầm sau khi thiếu hụt oxy trong 48h. Ngoài ảnh hƣởng của thiếu hụt oxy tới hạt giống, thì nhiệt độ cũng đóng một phần quan trọng trong sự nảy mầm và thành lập cây con. Sự nảy mầm của hạt trong điều kiện thiếu oxy đang dần dần trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tích cực để tăng cƣờng cũng nhƣ tiết kiệm lƣợng hạt giống (Kumar & Ladha, 2011). Mặc dù việc gieo hạt trực tiếp có thể giảm chi phí canh tác nhƣng cũng làm cho cây trồng dễ bị ảnh hƣởng bởi sự biến động của gió mùa thƣờng xuyên ở Nam và Đông Nam Á.
Những trận mƣa lớn có thể gây ra hiện tƣợng dƣ thừa độ ẩm trong suốt quá trình nảy mầm. Sự dƣ thừa độ ẩm có thể gây ra tình trạng thiếu hụt oxy vùng hạt do sự hòa tan của oxy yếu trong nƣớc (Narsai & cs, 2015). Trong các nghiên cứu gần đây, các giống ngô có khả năng nảy mầm đƣợc trong điều kiện thiếu oxy với thời gian nhất định (Angaji et al., 2010; Baltazar & cs, 2014; Kretzschmar & cs, 2015). Ở đậu tƣơng, sự nảy mầm của hạt trong điều kiện thiếu hụt oxy đã đƣợc tiến hành bởi Sayama et al.
Nhóm tác giả này đã chỉ ra rằng có sự biến động trong tập đoàn giống đậu tƣơng nghiên cứu và đã phát hiện vùng nhiễm sắc thể mục tiêu liên quan đến tính chịu ngập ở hạt đậu tƣơng. Tuy nhiên, hầu nhƣ các nghiên cứu đƣợc tiến hành trong một điều kiện nhiệt độ thích hợp cho quá trình nảy mầm 25oC, rất ít các công trình nghiên cứu tập trung vào sự tƣơng tác giữa các việc dƣ thừa độ ẩm trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Ngƣời ta đã chỉ ra rằng nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng trong việc xúc tiến quá trình nảy mầm của hạt. Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng quá trình hoạt động của các enzyme tham gia vào quá trình phân giải các chất giải phóng năng lƣợng tạo nguyên liệu cho quá trình nảy mầm.
Hạt của các cây trồng nhiệt đới và vùng phụ cận thƣờng nảy mầm tốt trong điều kiện 22oC -28oC. Nếu gặp điều kiện nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao sẽ ảnh hƣởng tiêu cực đến quá trình nảy mần của hạt cũng nhƣ chất lƣợng của cây con. 2 Luôn song hành với yếu tố nhiệt độ thì nƣớc cũng đóng vai trò quan trọng không kém đất quá khô hoặc bị ngập cũng ảnh hƣởng rất lớn tới sự nảy mầm của hạt giống và sự sinh trƣởng của cây con. Đất quá khô thì hạt không thể nảy mầm, tuy nhiên nếu đất ngập nƣớc thì càng nghiêm trọng hơn vì khi đó tốc độ khuếch tán oxy trong nƣớc là ∼104 chậm hơn so với trong không khí (Armstrong, 1979), với tốc độ này thì quá trình hô hấp và các quá trình oxy hóa khác không thể diễn ra mạnh mẽ để thúc đẩy quá trình nảy mầm của hạt giống.
Trong tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu nhƣ hiện nay, khô ngập úng gây ảnh hƣởng bất lợi đến sự sinh trƣởng và năng suất cây trồng. Trong các điều kiện ngập úng, cây trồng thƣờng có những phản ứng sinh lý chung, phức tạp để thích nghi và tồn tại. Hiện nay nƣớc ta là một trong những nƣớc chịu ảnh hƣởng nhiều nhất của biến đổi khí hậu gây ra hạn hán, đất nhiễm mặn và ngập úng làm ảnh hƣởng đến lƣợng oxy mà hạt cần cho quá trình nảy mầm – gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất cây trồng. Trong đó, ngập lụt hay dƣ thừa độ ẩm là yếu tố hạn chế nhất.
Việc nghiên cứu tính chống chịu, thiếu hụt oxy của hạt giống nói chung mang tính cấp bách và có tính ứng dụng cao. Kết quả nghiên cứu này làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo và phục vụ công tác chọn tạo giống có khả năng chống chịu thiếu hụt oxy trong quá trình nảy mầm. Vậy nên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Ảnh hưởng của sự thiếu hụt oxy đến khả năng nảy mầm của một số giống cây trồng có hàm lượng protein cao trong điều kiện nhiệt độ khác nhau”. Mục đích và yêu cầu 1.
Mục đích Đánh giá ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy đến khả năng nảy mầm của một số cây trồng có hàm lƣợng protein cao trong điều kiện nhiệt độ khác nhau, lựa chọn giống có khả năng nảy mầm tốt phục vụ cho công tác nghiên cứu và chọn tạo giống. Yêu cầu - Đánh giá ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy đến chỉ tiêu tỷ lệ nảy mầm của các hạt giống tại các mức nhiệt độ. - Đánh giá ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy tới chỉ tiêu chiều cao thân mầm tại các mức nhiệt độ. - Đánh giá ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy tới chỉ tiêu chiều dài rễ mầm tại các mức nhiệt độ.
- Đánh giá ảnh hƣởng của sự thiếu hụt oxy tới chỉ tiêu khối lƣợng khô của rễ mầm và thân mầm tại các mức nhiệt độ. 4 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tình hình sản xuất các cây trồng có hàm lƣợng protein cao: lạc, ngô, đậu tƣơng trên thế giới và tại Việt Nam 2. Tình hình sản xuất cây trồng: lạc, ngô, đậu tƣơng trên thế giới Đậu tƣơng là một trong những cây lấy dầu quan trọng, chiếm 97% sản lƣợng cây lấy dầu trên thế giới và đứng vị trí thứ 4 trên thế giới sau lúa mì, lúa nƣớc và ngô (Ngô Thế Dân & cs,1999).
Do khả năng thích ứng rộng nên nó đã đƣợc trồng ở khắp năm châu lục, nhƣng tập trung nhiều nhất ở châu Mỹ trên 70%, tiếp đến là châu Á.Các nƣớc trồng đậu tƣơng đứng hàng đầu trên thế giới về diện tích gieo trồng và sản lƣợng là Mỹ, Braxin, Achentina và Trung Quốc. Sản lƣợng đậu tƣơng của các nƣớc có sự biến động qua các năm. Mỹ nhìn chung là nƣớc sản xuất đậu tƣơng lớn nhất thế giới, tiếp đến là Brazil và Argentina. Trung Quốc là nƣớc sản xuất đậu tƣơng lớn nhất Châu Á và đứng thứ 4 trên thế giới.
Năm 2018 sản lƣợng đậu tƣơng của Mỹ đạt 120,51 triệu tấn cao gấp 3 lần so với sản lƣợng đậu tƣơng của Argentina và gấp 8 lần so với sản lƣợng đậu tƣơng của Trung Quốc. Năng suất đậu tƣơng của Mỹ cao đạt 33,99 tạ/ha với diện tích trồng 35,44 triệu ha gấp 4 lần so với diện tích trồng của Trung Quốc nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại cũng nhƣ chọn tạo giống, kỹ thuật thâm canh đã đem lại hiệu quả trong sản xuất cây đậu tƣơng cho Mỹ và Mỹ cũng là quốc gia có rất nhiều thành tựu về nghiên cứu đậu tƣơng. Brazil cũng là quốc gia đứng thứ 2 ở châu Mỹ và cũng đứng thứ 2 trên thế giới về diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu tƣơng cao nhất vào năm 2018 với diện tích đạt 34,78 triệu ha với năng suất 33,9 tạ/ha đã đem lại cho Brazil sản lƣợng 117,91 triệu tấn chỉ sau Mỹ. Brazil cũng là quốc gia có rất nhiều thành tựu trong công tác chọn tạo giống.
Sau Mỹ và Brazil thì Argentina là nƣớc sản xuất đậu tƣơng đứng thứ 3 trên thế giới. Ở đây đậu tƣơng thƣờng đƣợc trồng luân canh với lúa mỳ. Hiện nay diện tích trồng đậu tƣơng ở đây có giảm đi trong năm 2018 nhƣng năng suất 5 và sản lƣợng đƣợc tăng lên vƣợt bậc vào năm 2019 nhờ những nỗ lực trong công tác chọn giống, kỹ thuật canh tác mà sản lƣợng đã đạt 55,26 triệu tấn. Sản xuất đậu tƣơng của Trung Quốc đứng đầu châu Á và là nƣớc đứng thứ 4 trên thế giới mặc dù với diện tích sản xuất đậu tƣơng có tăng lên nhƣng năng suất và diện tích trồng đậu tƣơng còn ít so với các nƣớc nhƣ Mỹ, Brazil, Argentina khoảng 10-12 tạ/ha (bảng 2.