Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực chủ lực, cung cấp nguồn dinh dưỡng chính cho khoảng 65% dân số thế giới, trong đó hơn 90% sản lượng được tiêu thụ tại khu vực Châu Á. Mặc dù các thành tựu chọn tạo giống trong những thập kỷ qua đã nâng cao đáng kể năng suất lúa, sự gia tăng áp lực dân số, đô thị hóa và tác động sâu sắc của biến đổi khí hậu toàn cầu đang khiến nguồn tài nguyên nước tưới nông nghiệp suy giảm nghiêm trọng. Theo các tài liệu nghiên cứu quốc tế, khô hạn là nhân tố phi sinh học hàng đầu đe dọa an ninh lương thực toàn cầu, có khả năng làm giảm tới 70% năng suất cây trồng. Tại Việt Nam – một trong năm quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu – khoảng 20% tổng diện tích canh tác lúa (đặc biệt là vùng cao và vùng bán sơn địa) hoàn toàn phụ thuộc vào nước mưa tự nhiên. Các đợt hạn hán lịch sử, điển hình như đợt hạn năm 1988 làm ảnh hưởng 898.960 ha lúa (chiếm 12% diện tích cả nước) và làm mất trắng 122.081 ha, cho thấy mức độ rủi ro lớn đối với ngành trồng trọt. Do đó, việc đánh giá, tuyển chọn các mẫu giống lúa có khả năng chịu hạn, phục hồi nhanh sau hạn và giữ vững năng suất là hướng nghiên cứu cấp thiết nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu và tối ưu hóa chi phí sản xuất.
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Tống Thị Anh được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập cơ sở lý thuyết dựa trên các công trình nghiên cứu sinh lý thực vật và nông học về phản ứng của cây lúa đối với stress khô hạn:
Nội dung chính theo từng chương
Phần I: Mở đầu
Phần này trình bày lý do chọn đề tài, tính cấp thiết của việc tuyển chọn giống lúa thích ứng với điều kiện thiếu hụt nguồn nước tưới tại Việt Nam, nêu rõ mục đích đánh giá sinh trưởng, năng suất và khả năng chống chịu hạn của 3 mẫu giống lúa triển vọng trong nhà lưới, đồng thời xác lập các yêu cầu nghiên cứu cụ thể.
Phần II: Tổng quan tài liệu
Tổng hợp toàn diện các cơ sở lý luận về hạn hán nông nghiệp, tác động của stress thiếu nước lên các quá trình quang hợp, hô hấp, trao đổi chất và năng suất lúa qua các thời kỳ phát triển; phân tích cơ chế thích nghi giải phẫu - sinh lý (rễ, khí khổng, proline, chất thẩm thấu); điểm luận các thành tựu chọn tạo giống lúa chịu hạn tại IRRI và các viện nghiên cứu tại Việt Nam; phân tích bản chất di truyền của các chỉ tiêu nông sinh học then chốt (thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, chỉ số diện tích lá LAI, nhánh hữu hiệu, số bông/khóm, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc, khối lượng 1.000 hạt).
Phần III: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trình bày chi tiết nguồn gốc vật liệu nghiên cứu (3 mẫu giống ĐH16, ĐH8, ĐH9 từ Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng), địa điểm và thời gian thực hiện (nhà lưới Học viện Nông nghiệp Việt Nam, vụ Xuân 2022); mô tả quy trình bố trí thí nghiệm 2 nhân tố (CT1, CT2, CT3); phương pháp cân bầu xác định lượng hao hụt nước; thang điểm SES đánh giá độ cuốn lá, tàn lá, phục hồi sau hạn; phương pháp đo đếm các chỉ tiêu hình thái mạ, động thái sinh trưởng (chiều cao, số lá, số nhánh), chỉ tiêu sâu bệnh, cấu trúc bông và các công thức xử lý thống kê.
Phần IV: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương này công bố và phân tích các số liệu thu thập được từ thực nghiệm vụ Xuân 2022 qua các giai đoạn sinh trưởng và các công thức xử lý hạn:
1. Đặc điểm giai đoạn mạ
Thời tiết vụ Xuân 2022 có đợt rét lạnh kéo dài (nhiệt độ dao động từ 8°C đến 26°C) kèm mưa ngập khiến cây mạ sinh trưởng chậm, kéo dài tuổi mạ lên 45 ngày (gieo và cấy ngày 01/03/2022). Giai đoạn mạ không xuất hiện sâu bệnh hại.
| STT |
Mẫu giống |
Tuổi mạ (ngày) |
Chiều cao cây mạ (cm) |
Số lá mạ (lá) |
Số nhánh |
Màu sắc lá mạ |
| 1 |
ĐH16 |
45 |
21,83 |
5,83 |
1 |
Xanh nhạt |
| 2 |
ĐH8 |
45 |
25,88 |
5,70 |
1 |
Xanh đậm, viền lá có màu tím |
| 3 |
ĐH9 |
45 |
22,21 |
5,83 |
1 |
Xanh tím |
2. Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng
Thời gian sinh trưởng tổng thể của từng giống ổn định qua các công thức: giống lúa trắng ĐH16 có thời gian sinh trưởng 147 ngày; hai giống lúa màu ĐH8 và ĐH9 có thời gian sinh trưởng 155 ngày. Tuy nhiên, xử lý hạn làm kéo dài thời gian kết thúc đẻ nhánh từ 53 ngày (ở CT1) lên 60–64 ngày (ở CT2 và CT3).
| Công thức |
Mẫu giống |
Cấy đến bắt đầu đẻ nhánh (ngày) |
Cấy đến kết thúc đẻ nhánh (ngày) |
Gieo đến trỗ 10% (ngày) |
Gieo đến trỗ 50% (ngày) |
Gieo đến trỗ 80% (ngày) |
Gieo đến trỗ 100% (ngày) |
Thời gian trỗ cá thể (ngày) |
Thời gian trỗ quần thể (ngày) |
Thời gian sinh trưởng (ngày) |
| CT1: |
ĐH16 |
14 |
53 |
119 |
120 |
121 |
122 |
7 |
4 |
147 |
| Đối chứng |
ĐH8 |
14 |
53 |
113 |
115 |
117 |
119 |
20 |
8 |
155 |
| (ĐC) |
ĐH9 |
14 |
53 |
120 |
122 |
126 |
130 |
10 |
11 |
155 |
| CT2: |
ĐH16 |
14 |
64 |
121 |
123 |
125 |
128 |
13 |
14 |
147 |
| Xử lý hạn |
ĐH8 |
14 |
64 |
121 |
123 |
125 |
127 |
17 |
13 |
155 |
| ngắt quãng |
ĐH9 |
14 |
64 |
125 |
127 |
130 |
132 |
7 |
8 |
155 |
| CT3: |
ĐH16 |
17 |
64 |
121 |
122 |
124 |
127 |
7 |
8 |
147 |
| Xử lý hạn |
ĐH8 |
14 |
64 |
122 |
124 |
129 |
131 |
25 |
15 |
155 |
| liên tục 14 ngày |
ĐH9 |
14 |
60 |
125 |
128 |
130 |
133 |
12 |
10 |
155 |
3. Khối lượng hao hụt nước trong bầu đất
Theo dõi qua phương pháp cân bầu cho thấy khối lượng hao hụt nước tăng dần theo số ngày xử lý hạn. Mẫu giống ĐH8 luôn có lượng thoát hơi nước và hao hụt khối lượng bầu cao nhất ở cả 2 công thức, trong khi ĐH9 và ĐH16 giữ nước tốt hơn.
| Số ngày xử lý hạn (ngày) |
CT2 - Lần 1: Xử lý hạn 7 ngày (kg/bầu) |
|
|
CT3: Xử lý hạn 14 ngày (kg/bầu) |
|
|
|
ĐH16 |
ĐH8 |
ĐH9 |
ĐH16 |
ĐH8 |
ĐH9 |
| 1 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
| 3 |
0,06 |
0,12 |
0,08 |
0,12 |
0,12 |
0,05 |
| 5 |
0,11 |
0,18 |
0,13 |
0,18 |
0,20 |
0,13 |
| 7 |
0,16 |
0,23 |
0,18 |
0,21 |
0,27 |
0,17 |
| 9 |
— |
— |
— |
0,26 |
0,30 |
0,20 |
| 11 |
— |
— |
— |
0,30 |
0,37 |
0,21 |
| 14 |
— |
— |
— |
0,35 |
0,42 |
0,24 |
4. Khả năng chịu hạn và phục hồi giai đoạn làm đòng (CT2 - Lần 2)
Đánh giá theo thang điểm SES ở giai đoạn làm đòng cho thấy sự phân hóa rõ rệt về mức độ chịu hạn và khả năng phục hồi của 3 mẫu giống sau khi cấp nước trở lại:
| Mẫu giống |
Điểm độ cuốn lá |
Điểm độ tàn lá |
Điểm khả năng phục hồi sau hạn |
Nhận xét biểu hiện |
| ĐH16 |
5 |
1 |
1 |
Cuốn lá chữ U, tàn lá chậm (lá giữ màu xanh tự nhiên), phục hồi 90–100% |
| ĐH8 |
9 |
5 |
3 |
Lá cuốn chặt, tàn lá trung bình (lá dưới vàng), phục hồi 70–89% |
| ĐH9 |
7 |
5 |
1 |
Cuốn lá hình tròn (số 0), tàn lá trung bình, phục hồi 90–100% |
Kết quả và đóng góp
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
-
Hạn chế của nghiên cứu:
- Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi điều kiện nhà lưới có kiểm soát tại một địa điểm duy nhất (Gia Lâm, Hà Nội) trong một vụ Xuân năm 2022, chưa phản ánh đầy đủ tác động tương tác phức tạp giữa hạn hán và các yếu tố ngoại cảnh tự nhiên ngoài đồng ruộng (gió khô, biến động nhiệt độ lớn, bức xạ cao).
- Số lượng vật liệu đánh giá còn giới hạn (3 mẫu giống), chưa đối chứng với các giống chịu hạn chuẩn quốc tế hoặc giống địa phương phổ biến.
- Điều kiện thời tiết bất thuận đầu vụ Xuân 2022 (rét lạnh kéo dài) làm tuổi mạ bị kéo dài (45 ngày), có thể ảnh hưởng nhất định đến sức sinh trưởng ban đầu của cây sau khi cấy.
-
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Triển khai khảo nghiệm ngoài đồng ruộng tại các vùng sinh thái thường xuyên chịu hạn (vùng cao, đất cát ven biển, vùng thiếu nước tưới cuối kênh).
- Đánh giá toàn diện các chỉ tiêu giải phẫu mô rễ, mật độ khí khổng và phân tích sâu các chỉ số sinh hóa tế bào để làm sáng tỏ cơ chế chịu hạn của dòng ĐH16.
Giá trị tham khảo
-
Đối tượng sử dụng:
- Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh thuộc các chuyên ngành Nông học, Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa học cây trồng, Trồng trọt.
- Cán bộ nghiên cứu tại các viện, trung tâm nghiên cứu và phát triển cây trồng đang thực hiện đề tài về chọn tạo giống cây trồng chống chịu stress phi sinh học.
-
Nội dung đáng tham khảo:
- Quy trình thiết kế thí nghiệm gây hạn nhân tạo trong bầu đất đặt tại nhà lưới kết hợp nhà màng che mưa và phương pháp cân bầu định kỳ để theo dõi độ ẩm đất.
- Phương pháp áp dụng Hệ thống tiêu chuẩn SES (IRRI) trong việc đánh giá định lượng các chỉ tiêu độ cuốn lá, độ tàn lá và khả năng phục hồi sau hạn ở các giai đoạn sinh trưởng quan trọng (đẻ nhánh, làm đòng).
- Khung tổng quan tài liệu về phân loại hạn, nhu cầu nước sinh lý của cây lúa và lịch sử chọn tạo giống lúa thích ứng khô hạn tại Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
1. Khóa luận nghiên cứu trên những mẫu giống lúa nào và cơ quan chọn tạo là đơn vị nào?
Khóa luận nghiên cứu trên 3 mẫu giống lúa triển vọng gồm ĐH16 (giống lúa trắng), ĐH8 (giống lúa màu) và ĐH9 (giống lúa màu). Cả 3 mẫu giống đều do Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam chọn tạo.
2. Thí nghiệm gây hạn được thiết kế với các công thức xử lý nước như thế nào?
Thí nghiệm gồm 3 công thức:
- CT1 (Đối chứng): Cây trồng trong ô đất tự nhiên trong nhà lưới, duy trì ngập nước thích hợp.
- CT2 (Hạn ngắt quãng 2 giai đoạn): Cây trồng trong bầu, gây hạn đợt 1 kéo dài 7 ngày ở giai đoạn đẻ nhánh (sau cấy 14 ngày) và gây hạn đợt 2 ở giai đoạn làm đòng.
- CT3 (Hạn liên tục): Cây trồng trong bầu, gây hạn liên tục 14 ngày ở giai đoạn đẻ nhánh (sau cấy 14 ngày).
3. Mẫu giống nào thể hiện khả năng chịu hạn tốt nhất và mẫu giống nào chịu hạn kém nhất?
Mẫu giống ĐH16 thể hiện khả năng chịu hạn tốt nhất (độ cuốn lá điểm 5, độ tàn lá điểm 1, phục hồi sau hạn điểm 1 đạt 90–100%). Mẫu giống ĐH8 có khả năng chịu hạn kém nhất (hao hụt nước cao nhất qua các ngày hạn, độ cuốn lá điểm 9, độ tàn lá điểm 5, phục hồi sau hạn điểm 3 đạt 70–89%).
4. Thời tiết vụ Xuân 2022 có đặc điểm gì và ảnh hưởng như thế nào đến giai đoạn mạ của các giống lúa?
Thời tiết sau khi gieo mạ vụ Xuân 2022 có nhiệt độ không khí thấp (thấp nhất 8°C, cao nhất 26°C), rét lạnh kèm mưa kéo dài làm cây mạ phát triển chậm, kéo dài tuổi mạ lên đến 45 ngày trước khi cấy (cấy ngày 01/03/2022).
5. Việc xử lý hạn ảnh hưởng như thế nào đến thời gian sinh trưởng và thời gian đẻ nhánh của cây lúa?
Xử lý hạn không làm thay đổi tổng thời gian sinh trưởng từ gieo đến chín của từng giống (ĐH16 duy trì 147 ngày, ĐH8 và ĐH9 duy trì 155 ngày ở cả 3 công thức), nhưng làm kéo dài thời gian kết thúc đẻ nhánh từ 53 ngày (ở CT1) lên 60–64 ngày (ở CT2 và CT3).
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Tống Thị Anh đã đánh giá thực nghiệm một cách có hệ thống đặc điểm sinh trưởng và phản ứng chịu hạn của 3 mẫu giống lúa triển vọng (ĐH16, ĐH8, ĐH9) trong điều kiện nhà lưới vụ Xuân 2022 tại Gia Lâm, Hà Nội. Thông qua các phương pháp đo đếm hao hụt nước trong bầu và chấm điểm theo tiêu chuẩn SES của IRRI, nghiên cứu đã xác định mẫu giống ĐH16 có khả năng chịu hạn và phục hồi vượt trội, trong khi mẫu giống ĐH8 mẫn cảm nhất với điều kiện thiếu nước. Các kết quả này cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tin cậy phục vụ công tác chọn tạo và tuyển chọn giống lúa thích ứng với điều kiện khô hạn trong sản xuất nông nghiệp.