Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất bắp trên thế giới và Việt Nam 1.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất bắp trên thế giới Vào nửa cuối thế kỷ 20, trong nền sản xuất lương thực của thế giới có một sự kiện rất quan trọng đó là sự phát triển nhảy vọt của cây bắp. Sự phát triển nhảy vọt đó là kết quả của việc khám phá, ứng dụng ưu thế lai vào sản xuất hạt giống bắp, cùng với việc sử dụng những thành tựu mới nhất của nhiều ngành khoa học đối với nghiên cứu và sản xuất bắp như di truyền học, chọn giống, công nghệ sinh học. Mỹ là nước tiến hành nghiên cứu và áp dụng ưu thế lai cho cây bắp sớm và có hiệu quả nhất. Bắp lai bắt đầu được đưa vào sản xuất từ những năm đầu thập niên ba mươi của thế kỷ trước và phát triển mạnh vào những năm sau đó cho tới năm 1942 thì hầu hết diện tích bắp của Mỹ được trồng bằng giống lai.
Nhờ sử dụng giống bắp lai và trình độ thâm canh cao, năng suất bắp của thế giới đã tăng 1,83 lần trong vòng 30 năm từ 1960 – 1990. Cũng trong thời gian đó, Mỹ và một số nước châu Âu có năng suất bắp tăng từ 2 – 3 lần. Nghiên cứu lai tạo giống bắp hiện nay đang bước sang một giai đoạn phát triển mới nhờ vào sự hỗ trợ của khoa học công nghệ tiên tiến giúp cho việc tạo ra giống mới nhanh chóng hơn và chất lượng tốt hơn. Với việc ứng dụng công nghệ gen, có thể chuyển các gen ngoại lai để cho ra các sản phẩm đa dạng có gen kháng sâu bệnh, kháng hạn, kháng lạnh, kháng mặn như giống bắp Bt kháng sâu đục thân của công ty Monsanto.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học thế giới đã đưa ra những phương pháp tạo dòng đơn bội kép bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn hoặc noãn chưa thụ tinh để rút ngắn thời gian tạo giống mới (chủ yếu là thời gian tạo dòng thuần 3 bố mẹ). Kỹ thuật nuôi cấy phôi non đã sử dụng nhằm tạo ra nguyên liệu ban đầu phục vụ kỹ thuật chuyển gen và phân lập gen. Gần đây, tổ chức Nông Nghiệp thế giới đẩy mạnh chương trình tạo giống bắp chất lượng protein cao và đã đạt được những kết quả quan trọng. Các nhà khoa học dự đoán rằng vào thế kỷ 21, trong nghiên cứu năng suất bắp có thể đạt năng suất trên 30 tấn/ha và trong sản xuất đạt 20 tấn/ha.
Cây bắp là cây có chu kỳ quang hợp C4, có tiềm năng năng suất rất lớn, chưa xác định giới hạn mà không có cây ngũ cốc nào sánh kịp về mặt năng suất (trích dẫn theo Dương Xuân Quang, 2007). Trên thế giới, bắp là một trong những loại cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế, đứng vị trí thứ ba về diện tích, thứ hai về sản lượng và thứ nhất về năng suất. Cây bắp có nền di truyền rộng, được trồng trên nhiều vùng sinh thái khác nhau. Sản phẩm bắp được sử dụng làm lương thực cho con người, thức ăn cho gia súc và làm nguyên liệu cho một số ngàng công nghiệp.
Bắp là cây lương thực nuôi sống 1/3 dân số thế giới. Tất cả các nước trồng bắp nói chung đều ăn bắp ở mức độ khác nhau. Toàn thế giới sử dụng 21% sản lượng bắp làm lương thực cho con người (Trần Văn Minh, 2004). Ngoài các chất cơ bản như: tinh bột, Ptotein và Lipit, hạt bắp còn chứa nhiều axit amin không thay thế như Triptophan, Lyzine và Methionin.
Do đó, ở các nước Trung Mỹ, Nam Á và châu Phi sử dụng bắp làm lương thực chính cho con người như: Đông Nam Á sử dụng 85% sản lượng, Tây Trung Phi 80%, Bắc Phi 42%, Tây Á 27%, Nam Á 75%, Đông Âu và Liên Xô cũ 4%. Sản lượng bắp trên thế giới tăng nhanh gần đây, chủ yếu là tăng năng suất nhờ ứng dụng rộng rãi ưu thế lai trong chọn giống, đồng thời không ngừng cải thiện các biện pháp kỹ thuật, tưới tiêu. Trong hơn mười năm trở lại đây cùng với nhiều thành tựu mới trong chọn giống lai nhờ áp dụng phương pháp truyền thống với công nghệ sinh học thì việc ứng dụng công nghệ cao trong canh tác cây bắp đã góp phần gia tăng sản lượng đáng kể.1 Diện tích, năng suất và sản lượng bắp trên thế giới từ 2008 – 2014 Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) 2008 162,69 5,10 830,62 2009 158,62 5,17 820,24 2010 163,94 5,19 851,30 2011 171,27 5,17 886,92 2012 178,57 4,88 873,15 2013 185,60 5,46 1014,27 2014 184,80 5,61 1037,80 (FAOSTAT, 2017) Bắp được trồng ở hầu hết các nơi trên thế giới như Châu Mỹ, Châu Âu, Châu Úc, Châu Phi. Trong đó, Châu Mỹ là châu lục sản xuất bắp lớn nhất thế giới và là nơi đã ứng dụng nhiều nhất các thành tựu khoa học kỹ thuật cũng như cơ giới hóa vào trong quá trình sản xuất với diện tích bắp năm 2014 là 68,25 triệu ha; năng suất 7,71 tấn/ha; sản lượng 526,69 triệu tấn chiếm 36,93% về diện tích và 50,75% về sản lượng bắp trên thế giới.
Hiện nay bắp còn là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất năng lượng sinh học (ethanol), đây được coi là giải pháp cho sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai.2 Diện tích, năng suất, sản lượng bắp của các châu lục năm 2014 Diện tích Năng suất Sản lượng Châu lục (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) Châu Mỹ 68,25 7,73 526,69 Châu Á 60,70 5,08 303,55 Châu Phi 37,05 2,16 78,01 Châu Âu 18,70 6,92 128,90 Châu Đại Dương 0,08 8,17 0,65 (FAOSTAT, 2017) Hiện nay, Mỹ, Trung Quốc, Braxin là những nước đứng đầu về diện tích và sản lượng Bắp. Trong đó, nước trồng bắp nhiều nhất là Mỹ, với diện tích 33,64 triệu ha, 5 năng suất 10,73 tấn/ha, và sản lượng đứng đầu thế giới 361,09 triệu tấn, kế đến là Trung Quốc với diện tích 37,15 triệu ha; năng suất đạt 5,81 tấn/ha, sản lượng 215,81 triệu tấn. Do có trình độ khoa học kỹ thuật và thâm canh cao nên Israel là nước đứng đầu về năng suất với 34,09 tấn/ha (FAOSTAT, 2017).3 Một số nước sản xuất bắp lớn trên thế giới năm 2014 Diện tích Năng suất Sản lượng Quốc gia (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) Mỹ 33,64 10,73 361,09 Trung Quốc 37,15 5,81 215,81 Brazil 15,43 5,17 79,88 Ấn Độ 9,25 2,55 23,67 Mexico 7,06 3,29 23,27 Indonesia 3,83 4,95 19,00 Argentina 4,83 6,84 33,08 Pháp 1,82 10,05 18,34 Israel 0,004 34,09 0,16 (FAOSTAT, 2017) Theo dự báo của Viện Nghiên cứu Chiến lược Lương thực Thế giới (IFPRI, 2003) vào năm 2020 tổng nhu cầu bắp trên thế giới là 852 triệu tấn trong đó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn gia súc, 16% dùng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp. Ở các nước phát triển chỉ có 5% bắp được dùng làm lương thực nhưng các nước đang phát triển tỷ lệ này là 22%.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất bắp ở Việt Nam Theo La Đức Vực và ctv (2007), bắp là cây lương thực thứ hai sau cây lúa, có những vai trò quan trọng trong nền kinh tế: làm thức ăn chăn nuôi, làm thực phẩm, thuốc chữa bệnh, nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, mặt hàng xuất khẩu.
Với những vai trò quan trọng đó, cây bắp luôn được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn quan tâm, đưa ra những chính sách, biện pháp phù hợp để khuyến khích nghiên cứu, ứng dụng ưu thế lai vào trong sản xuất, giúp gia tăng năng suất. Chương trình chọn tạo giống bắp lai ở nước ta đã được bắt đầu từ những năm 6 60 của thế kỷ 20, nhưng quá trình nghiên cứu và thử nghiệm không đạt kết quả như mong muốn. Do nguồn vật liệu ban đầu và các giống bắp lai có nguồn gốc ôn đới dài ngày không thích hợp với điều kiện nhiệt đới, ngắn ngày ở nước ta. Từ năm 1973, với những định hướng đúng đắn mà Viện Nghiên cứu Ngô Quốc gia đã đưa ra, chỉ sau 15 – 20 năm, một loạt các giống ngô thụ phấn tự do ra đời và được trồng rộng rãi sản xuất như: TSB1, TSB2, LS, HL-36, Q-2.
Sự ra đời của các giống bắp thụ phấn tự do như là một bước đệm, tạo tiền đề cho sự phát triển chương trình giống bắp lai. Chương trình chọn tạo giống thụ phấn tự do ngoài tác dụng trực tiếp là phục vụ sản xuất thì các giống này còn là nguồn vật liệu quý giá phục vụ cho chương trình chọn tạo giống bắp lai. Năm 1992 – 1993, Sự ra đời của các giống bắp lai không quy ước do Viện nghiên cứu ngô Quốc gia lai tạo, đã đánh dấu quá trình chuyển tiếp từ giống thụ phấn tự do sang giống lai. Giá thành của các giống này rẻ, thích nghi với điều kiện khó khăn và đầu tư thấp, cho năng suất 4 - 8 tấn/ha như các giống: LS-4, LS-5 (chín sớm), LS-6 (chín trung bình) và LS-7, LS-8 (chín muộn).
Giai đoạn 1993 – 1995 là giai đoạn quan trọng nhất được đánh dấu bằng sự ra đời của các giống bắp lai quy ước mang tên LVN (lai Việt Nam) của Viện Nghiên cứu Ngô chọn tạo và một số các giống bắp lai của các cơ quan khác. Trong đó LVN10 đã đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và sản lượng bắp của cả nước. Giai đoạn gần đây nhất, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam đã chọn tạo ra một số giống bắp lai đơn và đã được chấp nhận trong sản xuất: Giống VN25-29, giống lai đơn ngắn ngày V98-1 và trung ngày V2002 giống bắp lai đơn VN112 (trích dẫn theo Đào Thị Hiền, 2008) Hiện nay, Viện khoa học kỹ thuật Nông Nghiệp lai tạo chủ yếu định hướng vào việc lai tạo ra các giống bắp hín sớm và chín trung bình có tiềm năng năng suất cao phù hợp với trình độ thâm canh tăng vụ, chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Đồng thời áp dụng phương pháp tạo dòng đơn bội kép bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn hoặc noãn chưa thụ tinh để tạo dòng thuần rút ngắn thời gian, tiền của và công sức tạo ra giống mới.
Họ đã thu được kết quả hết sức khả quan là tạo thành công 9 dòng đơn bội kép có thể tham gia vào quá trình lai thử tiếp theo. 7 Trong những năm gần đây, ở nước ta có những bước tiến đáng kể trong công tác chọn tạo các giống bắp lai. Những giống lai quy ước của chúng ta đang có sức cạnh tranh, giá hạt giống rẻ chỉ bằng một nửa giá giống nhập khẩu. Năng suất và chất lượng bắp của chúng ta không thua kém các giống bắp lai của các công ty nước ngoài.
Theo Quyết định 09 của Chính phủ, chỉ tiêu sản lượng bắp năm 2010 phải đạt 5 – 6 triệu tấn.