Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Khi gặp điều kiện hạn thì cây lúa chịu hạn, bộ lá ngừng sinh trưởng hoặc sinh trưởng chậm lại để hạn chế sự thoát hơi nước, đồng thời phiến lá mỏng hơn nhiều lông hơn để hạn chế sự thoát hơi nước, hạn chế sự tích tụ nhiệt. Một phản ứng thiết thực nhất của cây lúa chịu hạn là đóng khí khổng khi gặp điều kiện hạn điều này có tác dụng giảm thoát hơi nước và hạn chế quang hợp vì đối với cây lúa chịu khô hạn một đặc điểm thích nghi của nó là nâng cao hiệu suất quang hợp. Lá có xu hướng cuộn lại để làm giảm góc lá, có tác dụng làm giảm cường độ bức xạ trên mặt lá và tăng cường ánh sáng đi xuống phía dưới duy trì sự thoát hơi nước bề mặt lá ở mức độ tối thiểu.
Khi gặp điều kiện hạn thì axit abcisic ABA được tăng cường tổng hợp ở rễ sau đó vận chuyển lên lá để đẩy nhanh tốc độ hóa già của lá đóng khí khổng để giảm sự thoát hơi nước, bên cạnh đó ABA được tăng cường trên lá làm tăng mức độ héo nên giúp cây tránh bớt được bức xạ mặt trời làm giảm sử dụng nước và hiện tượng tăng nhiệt độ bề mặt. Rễ mọc dài hơn, phân bố rộng hơn và sâu hơn vào các tầng đất giúp cây tận dụng nước dưới sâu. Khi gặp điều kiện hạn ở giai đoạn cây non thì khối lượng rễ và tỉ lệ rễ trên thân lá tăng lên sinh nhiều rễ đốt và rễ đốt có khả năng đâm vào các tầng đất tốt hơn do đó khả năng hấp thụ nước tốt hơn. Đồng thời nghiên cứu của Muthukuda năm 2001 cho thấy khi gặp hạn tốc độ dài rễ nhanh hơn tốc độ dài lá.
Nghiên cứu của Phạm Văn Cường (2009) chỉ ra rằng: khi gặp hạn cây có phản ứng giảm chiều cao cây để hạn chế nhu cầu sử dụng nước và giảm tác động của bức xạ mặt trời, phản ứng thấp cây cũng làm tăng khả năng chống đổ của cây lúa. n 5 Trỗ bông muộn hơn cũng là một phản ứng của cây lúa chịu khô hạn, khi gặp hạn trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng với những giống nhạy cảm với quang chu kỳ có thể trỗ bông muộn hơn bình thường 3 - 4 tuần. Nhạy cảm nhất là ở giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng còn ở giai đoạn sinh trưởng sinh thực ít mẫn cảm hơn. Khi gặp hạn ở giai đoạn đẻ nhánh và trỗ bông thì số nhánh và số bông sẽ giảm xuống tuy nhiên ở lúa chịu hạn điều đó không ảnh hưởng tới năng suất do số bông trên khóm ít được bù lại bởi số hạt trên bông tăng và sự gia tăng khối lượng hạt.
Cây lúa chịu hạn có khả năng thích nghi cao với điều kiện môi trường đặc biệt là điều kiện thiếu nước, chúng có bộ rễ khỏe, ăn sâu, khả năng hút nước tốt. Lượng nước sử dụng tiết kiệm hơn lúa nước 27%-35%. Cây lúa nước trung bình để tạo 1kg chất khô thì cần 1300mm nước, nhưng lúa chịu hạn chỉ cần 740 - 644 mm, năng suất của lúa chịu hạn thấp hơn lúa nước 27%-35%. Tuy nhiên lượng nước sử dụng ít hơn 55%-66%, hệ số sử dụng nước cao hơn từ 1,6 - 1,9 lần, công lao động giảm 47%-77% (IRRI) [29].
Cây lúa chịu hạn không yêu cầu làm đất kỹ chỉ yêu cầu làm đất tối thiểu vẫn sinh trưởng phát triển bình thường. Đây là một yêu cầu không thể thiếu của một nền nông nghiệp bền vững (IRRI). Cơ sở lý luận nghiên cứu về lúa cạn Hạn hán ước tính thường xuyên ảnh hưởng đến 19 - 23 triệu ha đất lúa. Hạn hán nghiêm trọng và thường xuyên ảnh hưởng đến các vùng đất ở miền Nam và Đông Nam Á.
Điều kiện thời tiết khu vực, địa hình và đặc điểm đất đai cũng gây ra nguy cơ hạn hán trong và ngoài các khu vực này. Vấn đề cải tiến giống và kỹ thuật canh tác đã và đang được đặt ra, việc sử dụng giống lúa có khả năng thích nghi và chống chịu cao là một biện pháp tiết kiệm chi phí hữu hiệu nhất. Chính vì vậy, để nâng cao và ổn định sản n 6 lượng lúa trong điều kiện phụ thuộc nước trời, nhằm làm giảm thiệt hại do hạn hán gây ra thì việc xác định, chọn tạo ra các giống lúa cải tiến có khả năng chống chịu và cho năng suất ổn định đã trở thành một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay. Mặt khác, tạo ra những giống lúa mang gen chịu hạn cũng là việc làm cần thiết cho cả những vùng trồng lúa không có đủ điều kiện thủy lợi bởi vì tình trạng thiếu nước có thể xảy ra ở hầu hết các vùng trồng lúa, theo thống kê có tới 90% diện tích trồng lúa trên thế giới chịu ảnh hưởng của khô hạn trong vài giai đoạn sinh trưởng.
Ở những vùng nhiệt đới gió mùa dân số tăng nhanh đòi hỏi phải tăng nguồn cung cấp lương thực. Trong số những cây lương thực thì cây lúa là cây lương thực cổ truyền chính và có khả năng thích ứng rộng với điều kiện sinh thái của nhiều vùng. Trong sự phát triển đó, việc mở rộng sản xuất lúa cần tìm ra được những giống lúa có khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận ở những vùng khó khăn là một việc làm cấp thiết. Ở nước ta hình thức trồng lúa cạn đã tồn tại từ lâu đời và cung cấp một lượng lớn lương thực cho nhân dân đồng bào vùng cao.
Tuy nhiên cho đến nay năng suất lúa cạn vẫn còn là một vấn đề lớn đối với các nhà khoa học, năng suất lúa cạn rất thấp trung bình chỉ đạt 1-2 tấn/ha. Nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng đến năng suất là giống, độ phì đất, hạn hán và kỹ thuật canh tác trong đó yếu tố giống đóng vai trò số một. Qua các công trình nghiên cứu, nhiều tác giả trên thế giới và Việt Nam đều cho rằng lúa cạn có nguồn gốc từ lúa nước, những giống lúa cạn có khả năng trồng ở đất cạn vẫn sinh trưởng bình thường trên ruộng nước. Đây là đặc tính nông học đặc biệt của lúa khác với các cây trồng cạn khác.
Nếu được thỏa mãn nhu cầu dinh dưỡng về nước và phân bón thì lúa cạn vẫn cho năng suất cao. Hiện nay diện tích đất một vụ lúa phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời ở nước ta còn rất lớn đòi hỏi cần có bộ giống thích hợp để thâm canh tăng vụ và n 7 để đạt được năng suất cao trên các ruộng chủ động nước đã có nhiều giống lúa được chọn tạo ra và có khả năng thích ứng rộng. Tuy nhiên những giống có thể đạt được năng suất cao trong điều kiện thuận lợi nhưng vẫn duy trì tốt năng suất trong điều kiện khô thì vẫn còn rất ít. Do đó việc nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống lúa cạn có triển vọng theo hướng này là rất cần thiết.
Một số khái niệm về lúa cạn Trên thế giới có nhiều cách định nghĩa về lúa cạn. Theo định nghĩa ở hội thảo nghiên cứu lúa cạn tại Bonake - Bờ Biển Ngà (1982) [23]thì “Lúa cạn là lúa được trồng trên đất thoát nước, không có sự tích trữ nước trên bề mặt, không được cung cấp nước, không đắp bờ và chỉ được tưới nhờ nước mưa tự nhiên” .P (1984) [27] lúa cạn là lúa trồng trong mùa mưa trên đất cao, đất thoát nước tự nhiên, trên những chân ruộng được đắp bờ hoặc không có bờ và không có lượng nước dự trữ thường xuyên trên bề mặt. Lúa cạn được hình thành từ lúa nước, nhờ quá trình thích ứng với những vùng trồng lúa thường gặp hạn mà xuất hiện các biến dị chịu hạn ngày càng cao. Vì vậy giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng bình thường khi ở ruộng nước.P (1982) [26] dùng thuật ngữ “Lúa khô” (dryland rice) thay cho lúa cạn (upland rice) và định nghĩa: “Lúa cạn được trồng trong những thửa ruộng được chuẩn bị đất và gieo hạt dưới điều kiện khô, cây lúa sống phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời” Theo Nguyễn Gia Quốc (1994) [16] lại chia lúa cạn làm 2 dạng: - Lúa cạn thực sự hay còn gọi là lúa nương (rẫy) là loại lúa trồng trên dốc của đồi núi, không có bờ ngăn nước, luôn không có nước ở chân, cây lúa sống nhờ nước trời.
n 8 - Lúa cạn không hoàn toàn hay còn được gọi là lúa nước trời là loại lúa được trồng ở triền thấp không có hệ thống tưới tiêu chủ động, cây sống hoàn toàn bằng lượng nước mưa tại chỗ, có thể có nước dự trữ trên bề mặt ruộng và cung cấp nước cho cây lúa vào một thời điểm nào đó.T (1995) [28] thì ở Việt Nam từ “upland rice” có nghĩa là lúa rẫy ở Miền Nam, lúa cạn ở Trung Bộ và lúa nương ở Miền Bắc. Nguồn gốc lúa cạn Lúa cạn là một loại lúa trong hệ thống cây lúa ở Việt Nam. Các nghiên cứu, kết luận của các tác giả trên thế giới và Việt Nam (Erưghin, Sasato, Đinh Dĩnh…) đều cho rằng lúa cạn là do lúa nước biến thành. Trong quá trình sống của mình cây lúa đã chuyển từ sinh sống dưới nước lên cạn do yêu cầu của con người.
Tuy là cây trồng thích ứng rộng và có tiềm năng năng suất cao, nhưng ở mỗi vùng sinh thái khác nhau thì năng suất cũng khác biệt do khả năng cung cấp nước, dinh dưỡng… khác nhau [23]. Lúa nói chung và lúa cạn nói riêng là một trong những cây trồng cổ xưa nhất của loài người. Có rất nhiều ý kiến khác nhau về sự xuất hiện của lúa trồng. Nhiều ý kiến thống nhất cho rằng lúa trồng xuất hiện ở Châu Á cách đây 8000 năm.
Tổ tiên trực tiếp của lúa trồng Châu Á (Oryza sativa L.) vẫn còn chưa có những kết luận chính xác. Một số tác giả như Sampath và Rao (1951) [32], Sampath và Govidaswami (1958) [33], Oka (1974) [28] cho rằng O.sativa được tiến hoá từ lúa dại lâu năm O.rufipogon, còn các tác giả khác như Chatterjee (1951) [32], Chang T.T (1976) [30] lại cho rằng O.sativa được tiến hoá từ lúa dại O. Các nhà khoa học Nhật Bản như Oka (1988) [29], Morishima và cộng sự (1992) [27] cho rằng kiểu trung gian giữa O.nivara giống với tổ tiên lúa trồng O.sativa hơn chính các loài lúa dại nhiều năm (O.rufipogon) hoặc hàng năm (O.sativa có nguồn gốc xuất sứ từ Trung Quốc (Decadolle A. Theo công bố của Chang T.sativa xuất hiện đầu tiên trên một vùng rộng lớn từ lưu vực sông Ganges dưới chân núi Himalaya qua Myanmar, Bắc Thái Lan, Lào đến Việt Nam và Nam Trung Quốc.