Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Hiện nay diện tích đất nông nghiệp đang dần bị thu hẹp do dân số tăng nhanh, sự phát triển của các khu đô thị, khu công nghiệp, đường giao thông…. Bên cạnh đó, biến đổi khí hậu đang diễn biến phức tạp, hạn hán, lũ lụt ngày càng nặng nề hơn, sâu bệnh mới xuất hiện, biện pháp canh tác không phù hợp nên một số nơi đã gây ra tình trạng xói mòn đất. Song vấn đề đặt ra là phải đảm bảo tăng năng suất và sản lượng dù diện tích giảm.
Do vậy các nhà chọn tạo giống cây trồng nói chung, cây ngô nói riêng đã đẩy mạnh việc chọn, tạo các giống ngô mới theo hướng năng suất cao, phẩm chất tốt, khả năng chống chịu tốt, phù hợp với từng vùng sinh thái. Thực tiễn sản xuất nông nghiệp trên thế giới cũng như trong nước đã khẳng định giống cây trồng là một trong những nhân tố quyết định đến năng suất, chất lượng và hiệu quả của sản xuất nông nghiệp. Nhờ có bộ giống cây trồng phong phú, đa dạng chúng ta có thể thực hiện chuyển đổi cơ cấu cây trồng, mùa vụ nhằm khai thác hiệu quả hơn tiềm năng và khắc phục những hạn chế về đất đai, thời tiết khí hậu của từng vùng, làm đa dạng hóa sản phẩm nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa, thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn. Tuy nhiên, năng suất và chất lượng cây trồng là những tính trạng số lượng, ngoài phụ thuộc vào giống chúng còn chịu ảnh hưởng rất lớn tác động của điều kiện ngoại cảnh.
Do vậy, để có giống tốt đưa vào sản xuất phù hợp với điều kiện sinh thái của từng địa phương thì trước khi đưa vào sản xuất cần được khảo nghiệm ở các vùng sinh thái khác nhau để đánh giá tính khác biệt, độ đồng đều, độ ổn định, khả năng thích ứng với điều kiện ngoại cảnh bất thuận thì mới lựa chọn được giống phù hợp với điều kiện sinh thái của từng vùng nhằm phát huy được các đặc tính tốt của giống mới và tránh những rủi ro do giống không thích ứng với điều kiện sinh thái tại cơ sở sản xuất. Tình hình sản xuất và nghiên cứu ngô trên thế giới 1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Nhờ những tiến bộ trong nghiên cứu và sản xuất mà diện tích, năng suất, sản lượng ngô trên thế giới tăng lên liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay, nhất là trong hơn 40 năm gần đây. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô thế giới năm 2006 - 2016 Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 2006 146,8 48,2 706,9 2007 158,4 49,9 790,3 2008 162,7 51,1 830,6 2009 158,7 51,8 820,2 2010 163,9 51,9 851,3 2011 171,3 51,8 886,9 2012 178,6 48,9 873,1 2013 185,6 54,6 1014,3 2014 184,8 56,2 1037,8 2015 177,7 54,1 960,7 2016 181,4 57,3 1040,2 Tốc độ tăng trưởng 2,36 1,89 4,71 (%/năm) (Nguồn: FAOSTAT,2017)(USDA,2017) [31][32] Qua bảng 1.1 cho thấy trong vòng 10 năm, tốc độ tăng trưởng về diện tích trồng ngô trên thế giới là 2,36%/năm, về năng suất là 1,89%/năm và sản lượng là 4,71%/năm.
Cụ thể từ năm 2006 đến 2016 diện tích trồng ngô tăng từ 146,8 triệu ha lên 181,4 triệu ha, năng suất tăng từ 48,2 tạ/ha lên tới 57,3 tạ/ha kéo theo sản lượng tăng từ 706,9 triệu tấn lên 1040,2 triệu tấn.2: Tình hình sản xuất ngô của một số nước tiêu biểu trên thế giới năm 2016 Diện tích Năng suất Sản lượng Nước (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) Mỹ 35,2 109,6 384,8 Trung Quốc 36,8 59,7 219,6 Brazil 16,7 51,8 86,5 Mêxico 7,5 34,7 26,0 Canada 1,3 99,6 13,3 (Nguồn: USDA, 2017)[32] Theo số liệu thống kê của Bộ Nông Nghiệp Mỹ (USDA), Mỹ là cường quốc đứng số một trồng ngô trên thế giới. Năm 2016, năng suất đạt 109,6 tạ/ha gấp gần 2 lần trung bình năng suất ngô thế giới dẫn đến sản lượng ngô cao nhất thế giới đạt 384,8 triệu tấn. Có được điều đó là do Mỹ áp dụng cộng nghệ sinh học để cải thiện năng suất cũng như tăng khả năng chống chịu của các giống ngô. Trung Quốc cũng là quốc gia sản xuất ngô lớn đang không ngừng phát triển về diện tích.
Năm 2016, diện tích ngô của Trung Quốc là 36,8 triệu ha đứng đầu thế giới và cao hơn 1,6 triệu ha so với Mỹ. Tuy nhiên do năng suất chưa cao (59,7 tạ/ha) nên sản lượng đứng thứ 2 thế giới là 219,6 triệu tấn. Sau Mỹ và Trung Quốc phải kể đến sự phát triển trong sản xuất ngô của Brazil (sản lượng 86,5 triệu tấn), Mexico (sản lượng 26,0 triệu tấn) và Canada (sản lượng 13,3 triệu tấn). Kết quả trên có được, trước hết là nhờ ứng dụng rộng rãi ưu thế lai trong chọn tạo giống, đồng thời không ngừng cải thiện các biện pháp kỹ thuật trong canh tác ngô.
Tuy nhiên trong sản xuất hiện nay có sự khác biệt rõ ràng về năng suất giữa các nước phát triển và các nước đang phát triển. Năng suất ngô trung bình của các nước phát triển là 7,8 tấn/ha, các nước đang phát triển là 2,7 tấn/ha, (FAOSTAT, 2017) [31]. Hai nguyên nhân chính dẫn đến sự chênh lệch này là: 7 - Tỷ lệ sử dụng giống ngô lai khác nhau trong sản xuất. Ở các nước phát triển 90-100% diện tích ngô được trồng bằng các giống lai có ưu thế lai cao, trong khi đó các nước đang phát triển diện tích trồng giống ngô lai rất thấp (37%) còn lại 63% diện tích là trồng các giống thụ phấn tự do.
- Khả năng đầu tư và trình độ thâm canh của người sản xuất. Dự kiến năm 2050, sản lượng ngô sẽ đạt 1.178 triệu tấn (Hình 1.1), diện tích thu hoạch 194 triệu ha (với mức tăng trưởng hàng năm khu vực có mưa là 0,65% / năm, có tưới 0,2% /năm) và năng suất 6,1 tấn/ha (khu vực có mưa là 5,65 tấn/ha, khu vực có tưới 7,43 tấn/ha) (FAOSTAT, 2012). Nhu cầu toàn cầu tăng mạnh, dự kiến sẽ duy trì ở mức tương đối cao, sản lượng hàng năm đã tăng trung bình 1,4% mỗi năm, khu vực tăng trung bình 0,4% mỗi năm và sản lượng được dự báo sẽ tăng lên 1.016 triệu tấn vào năm 2018/19, so với 948 triệu tấn so với niên vụ 2013/14 (Bảng 1.3), và tiêu thụ đa dạng hóa, khoảng 48% đối với thức ăn chăn nuôi (IGC). Dự báo sản xuất ngô thế giới đến 2050 (IGC, 2014)[26] 8 Bảng 1.
Cung cầu trung hạn và tóm tắt nhu cầu ngô của thế giới Thay đổi năng suất/năm Trước Bình quân Chỉ tiêu/ Bình 12/13 13/14 14/15 15/16 16/17 17/18 18/19 14/15- năm quân 14/15 18/19 5 năm Nang suất 4,9 5,4 5,4 5,5 5,6 5,7 5,7 1,3% 0,3% 1,4% (tấn/ha) Diện tích 177 175 174 175 176 176 177 2. Tình hình tiêu thụ ngô trên thế giới Ngô là cây trồng có vai trò quan trọng đối với tất cả các quốc gia trên thế giới vì góp phần giải quyết nhu cầu lương thực con người và là nguồn thức ăn chủ lực cho chăn nuôi. Ngoài ra, với sự phát triển của các ngành công nghiệp chế biến hiện nay từ ngô đã tạo ra hơn 670 loại mặt hàng khác nhau. Chính vì vậy nhu cầu sử dụng ngô ngày càng tăng.
Theo USDA niên vụ 2015/16 thế giới tiêu thụ khoảng 968 triệu tấn ngô và niên vụ 2016/17 là khoảng 1. Lượng ngô thế giới được tiêu thụ rất nhiều do nhu cầu sử dụng ngô làm nhiên liệu sinh học ethanol và si rô ngô đang tăng cao. Ước tính trong năm 2015 lượng ethanol được tiêu thụ ra lên tới 188 triệu mét khối và trong năm 2016 là 190 triệu mét khối (USDA, 2017) [32]. Si rô ngô cũng đang là một mặt hàng rất có giá trị dùng trong công nghiệp thực phẩm, lượng si rô ngô sản xuất ra năm 2015 là 8,46 triệu tấn còn năm 2016 là 8,34 triệu tấn (USDA, 2017)[32].
Trước nhu cầu nhiên liệu sinh học, si rô thực phẩm ngày càng tăng, lượng nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt dự báo trong tương lai ngô vẫn sẽ là mặt hàng có nhiều giá trị kinh tế cao đóng góp vào nền kinh tế các quốc giá trồng ngô trên thế giới. Tình hình nghiên cứu ngô trên thế giới Nghiên cứu chọn tạo và đưa các giống ngô lai vào sản xuất là thành tựu nổi bật của nền nông nghiệp thế giới, nhờ đó tạo bước tiến nhảy vọt trong năng suất và sản lượng ngô. Nhờ những tiến bộ trong nghiên cứu ứng dụng ưu thế lai vào việc tạo giống ngô đã cải thiện đáng kể năng suất và khả năng chống chịu của giống như chống đổ, kháng sâu bệnh và có thể trồng với mật độ cao. Nên hiện nay giống lai được sự dụng ở tất các nước sản xuất ngô trên thế giới.
Từ kết quả đánh giá mối tương quan giữa một số chỉ tiêu hình thái và năng suất của Duvick và cs (2005)[25] cho thấy được xu thế các tính trạng được chọn cho giống ngô lai mới.4: Xu hướng chọn lọc các tính trạng cho giống ngô lai mới Các tính trạng Xu hướng chọn lọc Kích thước bông cờ Giảm Góc lá Không thay đổi Số cây đẻ nhánh Giảm Chênh lệch thời gian tung phấn phun râu Giảm % cây vô hiệu Giảm Bộ lá bền Tăng Chịu sâu đục bắp Tăng Chịu đốm lá lớn Tăng % Protein Giảm % Tinh bột Tăng Nguồn: D. Duvick và cs, 2005[25] 10 Những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ gen đã cho ra nhiều giống ngô biến đổi gen (GM) có khả năng chống chịu thuốc diệt cỏ, chịu hạn, kháng côn trùng, đạt năng suất cao hoặc có các tính chất theo ý muốn. Giống ngô GM đầu tiên được chấp nhận tại Mỹ vào ngày 17/5/1995 là SYN-EV176-9 có đặc điểm chống chịu thuốc trừ cỏ glufosinate và kháng sâu bộ cánh vảy Lepidoptera. Từ đó đến nay đã có 69 giống ngô GM được chấp nhận trên thế giới, các quốc gia tiên phong chấp nhận ngô biến đổi gen (GM) là Nhật, Mỹ, Mexico, Canada.
Diện tích trồng ngô GM phát triển mạnh trên thế giới, bắt đầu từ 1996 đến nay đã có hơn 50 triệu ha trồng ngô GM ở 17 quốc gia. Nhờ sử dụng cây trồng biến đổi gen mà đã giảm khoảng 0,39 triệu tấn thuốc trừ sâu và giảm khoảng 17,1 các chất độc hại thải ra môi trường từ thuốc bảo vệ thực vật. Công nghệ sinh học cũng được được ứng dụng rộng rãi để cải thiện chất lượng ngô. Lili Jiang và các cộng sự thuộc ĐH Northeast Normal, Trung Quốc nghiên cứu nhằm cải tiến hàm lượng tinh bột và thành phần tinh bột của ngô thông qua cách tiếp cận multigene engineering để tập trung vào các tính trạng phức tạp.
