Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất dưa lưới (Cucumis melo L.) trên thế giới đang ghi nhận mức tăng trưởng ấn tượng với tổng diện tích canh tác đạt khoảng 1.047.238 ha và sản lượng xấp xỉ 27,35 triệu tấn mỗi năm theo thống kê của FAO. Tại Việt Nam, diện tích rau màu đạt khoảng 850.000 ha với tổng sản lượng gần 15 triệu tấn, trong đó các mô hình nông nghiệp công nghệ cao trồng dưa lưới trong nhà màng mang lại doanh thu vượt bậc từ 3 đến 4 tỷ đồng/ha mỗi năm. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của ngành sản xuất dưa lưới trong nước là tình trạng phụ thuộc gần như hoàn toàn vào nguồn hạt giống lai F1 nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí rất cao, dao động từ 2.000 đến 5.000 đồng mỗi hạt. Thêm vào đó, điều kiện khí hậu tại vùng Duyên hải Nam Trung Bộ mang tính chất nắng nóng gay gắt, biên độ nhiệt cao và mùa khô kéo dài với số giờ nắng trung bình từ 185 đến 295 giờ/tháng, khiến nhiều giống nhập nội khó thích nghi trọn vẹn và dễ suy giảm phẩm chất.

Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá các đặc tính nông sinh học của 5 dòng bố mẹ và 6 tổ hợp lai, xác định khả năng kết hợp và phân tích mức độ ưu thế lai của các dòng dưa lưới tự phối. Nghiên cứu được triển khai từ tháng 11/2019 đến tháng 06/2020 tại Khu nhà lưới thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Duyên hải Nam Trung bộ, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định. Kết quả của luận văn mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc định lượng các chỉ số di truyền, lựa chọn được những tổ hợp lai F1 ưu tú có chu kỳ sinh trưởng ngắn chỉ 75 ngày và khả năng sinh trưởng sinh khối vượt 34% so với đối chứng, tạo nền tảng vững chắc cho quá trình tự chủ nguồn giống dưa lưới chất lượng cao tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của hai lý thuyết di truyền học thực nghiệm kinh điển: Lý thuyết ưu thế lai (Heterosis Theory) và Lý thuyết phân tích khả năng kết hợp (Combining Ability Model) do Sprague và Tatum đề xuất năm 1942, được hoàn thiện bởi Kempthorne năm 1957. Theo các khung lý thuyết này, giá trị di truyền của một dòng cây trồng được đánh giá thông qua khả năng truyền lại các đặc tính vượt trội cho thế hệ con lai.

Mô hình nghiên cứu tập trung phân tích 4 khái niệm khoa học trọng tâm:

  • Khả năng kết hợp chung phản ánh hiệu ứng tích lũy của các gen có tác động cộng gộp, quyết định giá trị trung bình của dòng khi tham gia vào các phép lai khác nhau.
  • Khả năng kết hợp riêng thể hiện vai trò của các tương tác gen không cộng gộp bao gồm hiện tượng trội và át chế gen, quyết định tính vượt trội của từng cặp lai cụ thể.
  • Ưu thế lai thực tế và ưu thế lai trung bình xác định mức độ vượt trội về năng suất, khả năng sinh trưởng của con lai F1 so với bố mẹ tốt nhất hoặc trung bình bố mẹ.
  • Chỉ số tích lũy sinh khối và độ Brix đại diện cho khả năng quang hợp và chuyển hóa đường trong tế bào quả dưa lưới.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn vật liệu gồm 5 dòng bố mẹ tự phối thuần hóa từ F3 đến F6 (kí hiệu D1: AB-1-1-1; D2: S878-8-4-4; D3: Q-9-3; D4: CP-1-1-1-1-2; D5: T-1-1-1-1) và giống đối chứng thương phẩm F1 Sweet 999. Phương pháp lai đỉnh (Top-cross) được áp dụng để tạo ra 6 tổ hợp lai F0 tương ứng bằng kỹ thuật thụ phấn nhân tạo bằng tay vào buổi sáng sớm, cách ly hoa nghiêm ngặt.

Thí nghiệm so sánh được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại, mỗi ô thí nghiệm trồng 10 cây với mật độ hàng cách hàng 75 cm, cây cách cây 50 cm trên tổng quy mô 360 cây quan sát. Lý do lựa chọn thiết kế RCBD kết hợp phân tích Line x Tester là nhằm triệt tiêu tối đa các sai số ngẫu nhiên về vi khí hậu trong nhà lưới và xác định chính xác các tham số di truyền. Các chỉ tiêu sinh trưởng và hình thái được theo dõi định kỳ 10 ngày một lần theo quy chuẩn UPOV TG/104/5 và hướng dẫn của Viện Tài nguyên Di truyền Thực vật Quốc tế (IPGRI, 2003). Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý phương sai ANOVA trên phần mềm Statistix 8.0 và phần mềm chuyên dụng TNAUSTAT ở mức ý nghĩa thống kê P < 0,05.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm thực tế đã làm sáng tỏ nhiều đặc tính nông sinh học vượt trội của các tổ hợp lai so với dòng bố mẹ và giống đối chứng:

Thứ nhất, về thời gian sinh trưởng, các tổ hợp lai thể hiện khả năng rút ngắn chu kỳ phát triển rõ rệt. Cụ thể, tổ hợp lai THL3 (D2 x D4) và THL6 (D1 x D4) có thời gian từ trồng đến khi thu hoạch quả chỉ 75 ngày, sớm hơn giống đối chứng Sweet 999 (78 ngày) là 3,85%. Đồng thời, thời gian xuất hiện hoa cái đầu tiên của THL3 chỉ mất 28 ngày sau trồng, nhanh hơn đối chứng (34 ngày) tới 17,65%, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thụ phấn tập trung và né tránh các đợt nắng nóng gay gắt.

Thứ hai, về động thái tăng trưởng chiều dài thân chính, các tổ hợp lai thể hiện sức sống vượt trội ngay từ giai đoạn đầu. Tại thời điểm 10 ngày sau trồng, THL3 đạt chiều dài thân chính 13,00 cm, vượt 77,35% so với đối chứng (7,33 cm). Đến thời điểm 30 ngày sau trồng, chiều dài thân chính của THL1 đạt tới 205,67 cm và THL3 đạt 205,33 cm, cao hơn giống đối chứng (153,00 cm) lần lượt là 34,42% và 34,20% với độ tin cậy thống kê 95%.

Thứ ba, về năng lực phát triển bộ lá quang hợp và phân cành, tổ hợp lai THL4 đạt số lá trên thân chính cao nhất với 32,00 lá, tiếp theo là THL6 với 30,00 lá và THL5 với 29,33 lá, vượt xa giống đối chứng (22,33 lá) từ 31,35% đến 43,30%. Số lượng nhánh cấp 1 của các tổ hợp lai đạt từ 27,33 đến 29,33 nhánh, cao hơn 32,22% đến 41,90% so với đối chứng (20,67 nhánh), trong đó chiều dài lá của THL4 đạt kích thước lớn nhất là 24,20 cm so với 20,87 cm của đối chứng.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về mặt hình thái và tốc độ tích lũy sinh khối của các tổ hợp lai F1, đặc biệt là THL3 và THL1, bắt nguồn từ hiệu ứng tương tác gen không cộng gộp (khả năng kết hợp riêng) giữa dòng mẹ D2 (S878-8-4-4) với các dòng bố D4 và D3. Sự phối hợp di truyền này đã kích hoạt mạnh mẽ các phản ứng sinh hóa, gia tăng hàm lượng diệp lục và nâng cao hiệu suất quang hợp ròng của bộ lá. Điều này hoàn toàn phù hợp với các kết luận trong nghiên cứu về dưa thơm của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng (Học viện Nông nghiệp Việt Nam) khi đánh giá các dòng tự phối S5.

Toàn bộ dữ liệu động thái sinh trưởng thân chính theo chu kỳ 10, 20 và 30 ngày đã được mô hình hóa trực quan qua biểu đồ đường tăng trưởng và bảng so sánh đa khoảng Duncan. Kết quả cho thấy xu hướng tăng trưởng bộc phát mạnh mẽ ở giai đoạn 20 đến 30 ngày sau trồng, đây là minh chứng thực nghiệm khẳng định tiềm năng thích ứng tuyệt vời của các tổ hợp lai đối với nền nhiệt độ cao và chế độ tưới nhỏ giọt tại khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả thực nghiệm đạt được, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp mang tính hành động nhằm hiện thực hóa tiềm năng kinh tế của giống dưa lưới mới:

  1. Triển khai khảo nghiệm diện rộng: Tiến hành khảo nghiệm sản xuất tổ hợp lai THL3 và THL6 trên quy mô 1,5 đến 2,0 ha tại 3 vùng sinh thái nông nghiệp trọng điểm của Bình Định gồm Hoài Nhơn, Tây Sơn và Phù Cát trong giai đoạn 2021-2022. Mục tiêu xác lập độ ổn định năng suất thương phẩm đạt từ 35 đến 40 tấn/ha. Chủ thể thực hiện: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Duyên hải Nam Trung bộ phối hợp với Trung tâm Khuyến nông tỉnh.

  2. Chuẩn hóa quy trình dinh dưỡng chuyên biệt: Hoàn thiện quy trình bón phân tưới nhỏ giọt khép kín trong nhà màng cho tổ hợp lai mới với định mức 10,67 kg KNO3 kết hợp 2,78 kg K2SO4 trên diện tích 200 m2 cho cả vụ, duy trì mật độ trồng tối ưu 26.000 đến 28.000 cây/ha để đạt độ Brix quả trên 13% trong vòng 6 tháng tới. Chủ thể thực hiện: Các kỹ sư nông học và ban quản lý khu nông nghiệp công nghệ cao.

  3. Bảo tồn và làm thuần nguồn gen bố mẹ: Đẩy mạnh công tác tự phối bắt buộc đối với dòng mẹ D2 và dòng bố D4 lên thế hệ F7 và F8 nhằm ổn định độ đồng nhất di truyền đạt mức 99% trước quý IV năm 2022. Chủ thể thực hiện: Nhóm nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng tại các trường đại học và viện nghiên cứu.

  4. Xây dựng chuỗi giá trị và thương hiệu nông sản: Thiết lập chuỗi liên kết sản xuất và bao tiêu dưa lưới F1 chất lượng cao giữa các hợp tác xã với hệ thống phân phối lớn, bảo đảm giá sàn thu mua tối thiểu 25.000 đồng/kg, mang lại lợi nhuận ròng trên 250 triệu đồng/ha mỗi vụ cho nông dân trước năm 2023. Chủ thể thực hiện: Hiệp hội Doanh nghiệp Nông nghiệp phối hợp cùng Sở Công Thương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Các nhà khoa học và chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Cung cấp nguồn dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về tham số di truyền, khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng của các dòng dưa lưới Cucumis melo L., phục vụ trực tiếp cho các chương trình lai tạo giống rau ăn quả ưu thế lai trong nước.
  • Kỹ sư nông nghiệp và cán bộ khuyến nông: Cung cấp quy trình canh tác nhà màng chi tiết từ kỹ thuật ươm hạt trên khay xốp 104 lỗ, kỹ thuật thụ phấn bổ sung đến lịch trình điều tiết nước và phân bón NPK/vi lượng thích ứng với khí hậu duyên hải.
  • Chủ trang trại và hợp tác xã nông nghiệp công nghệ cao: Giúp định hướng lựa chọn các tổ hợp lai tiềm năng như THL3 và THL6 có thời gian thu hoạch ngắn 75 ngày để thâm canh tăng vụ lên 3 đến 4 vụ/năm, tối ưu hóa hệ số sử dụng đất và nâng cao doanh thu.
  • Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Sinh học, Nông học, Công nghệ sinh học: Là tài liệu học thuật mẫu mực về phương pháp bố trí thí nghiệm khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) và kỹ thuật phân tích di truyền Line x Tester.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp lai đỉnh (Top-cross) mang lại lợi ích gì trong việc đánh giá dòng dưa lưới? Phương pháp lai đỉnh cho phép nhà chọn giống đánh giá nhanh chóng và chính xác khả năng kết hợp của hàng loạt dòng tự phối mới thông qua việc lai với các dòng thử chuẩn. Tại nghiên cứu này, việc sử dụng 2 dòng thử D1 và D2 đã giúp rút ngắn thời gian sàng lọc 5 dòng bố mẹ, giảm bớt hơn 50% khối lượng tổ hợp lai phức tạp so với phép lai diallel toàn phần.

  2. Tổ hợp lai nào thể hiện các đặc tính sinh trưởng vượt trội nhất trong nghiên cứu? Tổ hợp lai THL3 (D2 x D4) thể hiện ưu thế lai toàn diện nhất với thời gian thu quả sớm nhất chỉ 75 ngày sau trồng, chiều dài thân chính sau 30 ngày đạt 205,33 cm (vượt 34,20% so với đối chứng), ra hoa cái sớm ở ngày thứ 28 và đạt 29,00 nhánh cấp 1, biểu hiện tính thích ứng vượt trội với điều kiện thời tiết tại Bình Định.

  3. Điều kiện khí hậu tại thành phố Quy Nhơn ảnh hưởng như thế nào đến cây dưa lưới? Thành phố Quy Nhơn có nhiệt độ trung bình từ 24,5 đến 27,7 độ C và tổng lượng bốc hơi từ 83,1 đến 85,0 mm trong vụ Xuân Hè, cung cấp nguồn nhiệt và ánh sáng dồi dào rất lý tưởng cho dưa lưới quang hợp. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các đợt mưa bất chợt đòi hỏi phải áp dụng mô hình nhà màng có mái che để kiểm soát triệt để độ ẩm và nấm bệnh.

  4. Tại sao cần áp dụng quy trình tỉa nhánh và bấm ngọn nghiêm ngặt cho dưa lưới? Cây dưa lưới có khả năng đâm chồi rất mạnh với số lượng nhánh cấp 1 lên tới 29,33 nhánh. Do đó, việc tỉa bỏ toàn bộ cành phụ từ lá thứ 8 trở về gốc và chỉ nuôi duy nhất 1 quả ở vị trí đốt thứ 10 đến 15, kết hợp bấm ngọn khi cây đạt 23 đến 25 lá, sẽ giúp dồn toàn bộ dinh dưỡng nuôi quả, đảm bảo quả đạt trọng lượng trên 1,5 kg và đạt độ ngọt tiêu chuẩn.

  5. Hiệu quả kinh tế của việc tự chủ hạt giống lai F1 trong nước so với nhập khẩu ra sao? Việc tự chủ sản xuất hạt lai F1 như tổ hợp THL3 giúp giảm trực tiếp 40% đến 50% chi phí mua hạt giống nhập ngoại (vốn có giá từ 2.000 đến 5.000 đồng/hạt). Đồng thời, cây con lai có sức chống chịu sâu bệnh tốt hơn, giúp tiết kiệm chi phí thuốc bảo vệ thực vật và gia tăng lợi nhuận cho nhà vườn từ 250 đến 350 triệu đồng/ha/vụ.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện đặc điểm nông sinh học và xác định chính xác giá trị khả năng kết hợp của 5 dòng bố mẹ dưa lưới tự phối (Cucumis melo L.) trong điều kiện nhà màng tại Quy Nhơn.
  • Tuyển chọn thành công 2 tổ hợp lai F1 nhiều triển vọng là THL3 (D2 x D4) và THL6 (D1 x D4) sở hữu thời gian sinh trưởng ngắn chỉ 75 ngày, sớm hơn đối chứng 3 ngày.
  • Chứng minh rõ nét hiệu ứng ưu thế lai về tốc độ tăng trưởng thân chính đạt trên 205 cm sau 30 ngày và khả năng phát triển bộ lá quang hợp tối ưu đạt từ 29 đến 32 lá.
  • Khẳng định tính khả thi cao của việc sản xuất dưa lưới chất lượng cao thích nghi hoàn hảo với điều kiện sinh thái vùng Duyên hải Nam Trung Bộ.
  • Đóng góp cơ sở dữ liệu khoa học và nguồn vật liệu di truyền quý báu cho chiến lược chọn tạo giống rau ăn quả công nghệ cao của quốc gia.

Về định hướng tiếp theo, nhóm nghiên cứu cần mở rộng diện tích khảo nghiệm lên 2 đến 3 ha trong giai đoạn 2021-2023 nhằm hoàn thiện hồ sơ công nhận giống lưu hành. Các cơ quan quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp cần đẩy mạnh liên kết đầu tư, đưa các tổ hợp lai ưu tú này vào sản xuất đại trà nhằm nâng cao giá trị gia tăng cho ngành nông nghiệp Việt Nam.