Tổng quan nghiên cứu

Cây ngô (Zea mays L.) giữ vị trí chiến lược trong an ninh lương thực toàn cầu và là nguồn nguyên liệu thiết yếu cho ngành chăn nuôi, chế biến công nghiệp. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, trong niên vụ 2010 - 2011, diện tích gieo trồng ngô trên thế giới đạt 159,32 triệu ha với tổng sản lượng lên tới 835,033 triệu tấn và năng suất bình quân 5,24 tấn/ha. Tại Việt Nam, diện tích trồng ngô năm 2010 đạt 1,127 triệu ha với tổng sản lượng ước đạt 4,609 triệu tấn, năng suất bình quân đạt 40,9 tạ/ha. Mặc dù tốc độ tăng trưởng sản lượng giai đoạn 2000 - 2010 đạt gấp 2,3 lần, năng suất ngô trong nước mới chỉ bằng khoảng 83,5% so với mức trung bình thế giới và chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ nội địa, dẫn đến việc phải nhập khẩu khoảng 1,6 triệu tấn ngô hạt trong năm 2010.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là tiềm năng di truyền của các giống ngô cũ đang dần suy giảm, khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất thuận còn hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu tuyển chọn các tổ hợp ngô lai mới có năng suất cao, phẩm chất tốt và thích nghi với các tiểu vùng sinh thái là yêu cầu cấp thiết. Luận văn thạc sĩ nông nghiệp của tác giả Nguyễn Tiến Dũng, dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Thế Hùng tại Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, tập trung thực hiện đề tài khảo sát một số tổ hợp ngô lai mới tại Gia Lâm (Hà Nội) và Yên Dũng (Bắc Giang) trong vụ Xuân năm 2011.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: đánh giá đặc điểm sinh trưởng, phát triển, khả năng chống chịu sâu bệnh, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các tổ hợp lai thí nghiệm; đồng thời chọn lọc những tổ hợp lai ưu tú nhất có năng suất vượt trội trên 10 - 15% so với giống đối chứng để tiếp tục khảo nghiệm sản xuất thử. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc bổ sung nguồn giống ngô lai chất lượng cao, tối ưu hóa cơ cấu luân canh cây trồng và gia tăng hiệu quả kinh tế trên một đơn vị diện tích canh tác tại các tỉnh miền Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Cơ sở khoa học của đề tài dựa trên lý thuyết ưu thế lai (Heterosis) được hình thành và phát triển từ các công trình kinh điển của Charles Darwin năm 1876 và George Harrison Shull năm 1904. Hiện tượng ưu thế lai thể hiện ở việc con lai đời F1 có sức sống vượt trội, tốc độ sinh trưởng nhanh, khả năng chống chịu ngoại cảnh tốt và năng suất cao hơn hẳn so với dạng bố mẹ thuần chủng. Theo các nghiên cứu thực nghiệm trong ngành chọn tạo giống, con lai F1 ở cây ngô có thể tăng khối lượng hạt hơn bố mẹ khoảng 11,1%, đường kính thân tăng 48% và chiều cao cây tăng từ 30% đến 50%.

Bên cạnh đó, đề tài vận dụng hệ thống phân loại giống ngô nông học, bao gồm hai nhóm chính: giống thụ phấn tự do (Open-Pollinated Varieties - OPV) và giống ngô lai (Hybrid Maize). Trong nhóm ngô lai quy ước, phương pháp lai đơn (Single Cross giữa hai dòng thuần A x B) được xem là thành tựu nổi bật nhất nhờ khai thác tối đa hiệu ứng siêu trội và tính đồng đều cao về mặt hình thái cũng như thời gian chín. Các khái niệm trung tâm được áp dụng xuyên suốt gồm: khả năng kết hợp chung (GCA), khả năng kết hợp riêng (SCA), chỉ số diện tích lá (LAI), khoảng cách tung phấn - phun râu (Anthesis-Silking Interval - ASI) và các chỉ số phản ánh tính chống đổ, tính kháng bệnh đốm lá (Bipolaris maydis), bệnh khô vằn (Rhizoctonia solani) và sâu đục thân (Ostrinia furnacalis).

Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm được triển khai đồng thời tại hai địa điểm đại diện cho hai tiểu vùng sinh thái nông nghiệp: cánh đồng thực nghiệm Gia Lâm - Hà Nội (đất phù sa sông Hồng) và huyện Yên Dũng - Bắc Giang (đất xám bạc màu đồi thấp) trong khung thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2011.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Cỡ mẫu thí nghiệm gồm tập hợp 10 tổ hợp ngô lai triển vọng mới được tạo ra từ các dòng tự phối ưu tú, kết hợp với các giống ngô lai đối chứng chuẩn đang phổ biến ngoài sản xuất như LVN4 và C919. Thí nghiệm được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại tại mỗi điểm. Mỗi ô thí nghiệm có diện tích chuẩn 14 m2 (gồm 4 hàng dài 5 m, khoảng cách hàng 70 cm và khoảng cách cây 25 cm, tương ứng mật độ canh tác khoảng 5,7 vạn cây/ha). Phương pháp chọn mẫu nội vi áp dụng lấy mẫu ngẫu nhiên không lặp lại trên 10 cây liên tiếp ở hai hàng giữa của từng ô thí nghiệm để triệt tiêu hiệu ứng biên, phục vụ việc theo dõi các chỉ tiêu nông sinh học và cơ cấu năng suất.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc bố trí khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh RCBD giúp kiểm soát tối đa sai số do sự không đồng nhất về độ phì đất đai trên đồng ruộng. Toàn bộ số liệu thô thu thập được xử lý thống kê sinh thái nông thái học qua phần mềm chuyên ngành IRRISTAT và Microsoft Excel, áp dụng giải thuật phân tích phương sai (ANOVA) một nhân tố và hai nhân tố. Mức độ sai khác giữa các giá trị trung bình được kiểm định bằng sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (LSD) ở mức xác suất P = 0,05, đồng thời tính toán hệ số biến động (CV%) nhằm bảo đảm độ tin cậy và tính khách quan tuyệt đối của các kết luận nông học.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về thời gian sinh trưởng và động thái phát triển hình thái: Các tổ hợp lai thí nghiệm trong vụ Xuân 2011 có thời gian sinh trưởng dao động trong khoảng 112 - 124 ngày tại Gia Lâm và 115 - 128 ngày tại Yên Dũng, thuộc nhóm chín trung bình sớm, rất thích hợp cho việc bố trí luân canh tăng vụ trong hệ thống ngô Xuân - lúa Mùa - cây vụ Đông. Động thái tăng trưởng chiều cao cây và số lá diễn ra mạnh mẽ nhất ở giai đoạn từ 7 đến 9 lá cho tới khi trỗ cờ. Chiều cao cây cuối cùng của các tổ hợp lai đạt từ 195,4 cm đến 232,6 cm; chiều cao đóng bắp dao động từ 82,5 cm đến 108,3 cm. Tỷ lệ chiều cao đóng bắp trên chiều cao cây đạt ngưỡng lý tưởng 42% - 47%, giúp cây có trọng tâm cân đối và tăng cường độ vững chắc.

Thứ hai, về đặc trưng sinh lý và chỉ số diện tích lá: Chỉ số diện tích lá (LAI) ở giai đoạn trỗ cờ - phun râu đạt từ 3,85 đến 4,72 m2 lá/m2 đất. Khoảng cách thời gian từ tung phấn đến phun râu ở các tổ hợp lai ưu tú rất ngắn, chỉ từ 1,5 đến 2,5 ngày, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thụ phấn chéo đạt tỷ lệ kết hạt trên bắp đạt trên 92%.

Thứ ba, về khả năng chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận: Các tổ hợp ngô lai mới thể hiện tính chống đổ thân và đổ rễ vượt trội với tỷ lệ đổ ngã thực tế ghi nhận dưới 2,8% trong điều kiện mưa gió vụ Xuân. Mức độ nhiễm sâu đục thân đạt điểm 1 đến điểm 2 (tương ứng tỷ lệ hại dưới 4,5%), khả năng chống chịu bệnh khô vằn và đốm lá lớn tốt hơn rõ rệt so với giống đối chứng.

Thứ tư, về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu: Các tổ hợp lai ưu tú ghi nhận chiều dài bắp đạt từ 18,2 cm đến 21,5 cm, đường kính bắp từ 4,6 cm đến 5,1 cm, số hàng hạt trên bắp đạt 14 - 16 hàng, số hạt trên hàng đạt 34 - 40 hạt. Khối lượng 1000 hạt (M1000) dao động từ 315,2 g đến 358,6 g, tỷ lệ hạt trên bắp đạt 79,5% - 83,2%. Kết quả năng suất thực thu của các tổ hợp lai xuất sắc đạt từ 68,4 tạ/ha đến 76,8 tạ/ha tại Gia Lâm và từ 64,2 tạ/ha đến 72,5 tạ/ha tại Yên Dũng, vượt năng suất của giống đối chứng LVN4 từ 14,2% đến 22,6% có ý nghĩa thống kê ở mức P = 0,05.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về năng suất và khả năng thích ứng của các tổ hợp ngô lai mới bắt nguồn từ việc kết hợp thành công các dòng bố mẹ thuần có sự sai khác lớn về nền tảng di truyền. Hiệu ứng ưu thế lai siêu trội đã thúc đẩy khả năng tích lũy chất khô vào hạt nhanh chóng trong giai đoạn chín sinh lý.

Khi so sánh giữa hai vùng sinh thái, năng suất bình quân tại Gia Lâm (Hà Nội) cao hơn tại Yên Dũng (Bắc Giang) khoảng 6% - 9%. Nguyên nhân được xác định là do đất phù sa tại Gia Lâm có thành phần cơ giới thịt nhẹ, hàm lượng dinh dưỡng tổng số cao và khả năng giữ ẩm tốt hơn vùng đất xám bạc màu tại Yên Dũng vốn chịu tác động rửa trôi mạnh. Tuy nhiên, các tổ hợp lai đứng đầu vẫn duy trì sự ổn định năng suất rất cao ở cả hai địa bàn, phản ánh biên độ thích ứng sinh thái rộng.

Trong các báo cáo nông học chuyên sâu, toàn bộ diễn biến động thái tăng trưởng chiều cao cây và chỉ số LAI theo từng mốc thời gian sau gieo có thể được biểu diễn một cách trực quan qua các đồ thị đường tương quan. Đồng thời, cấu trúc các yếu tố năng suất (số hạt/hàng, số hàng/bắp, M1000) và năng suất thực thu giữa các công thức thí nghiệm được trình bày rõ nét qua bảng tổng hợp phương sai ANOVA hai nhân tố kết hợp kiểm định khoảng tin cậy sai khác LSD. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các công trình nghiên cứu chọn giống ngô lai hiện đại ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, khẳng định triển vọng đưa giống mới vào cơ cấu sản xuất hàng hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm đồng ruộng, đề tài đưa ra 4 nhóm khuyến nghị hành động cụ thể nhằm đưa các tiến bộ kỹ thuật vào thực tiễn:

  1. Tuyển chọn và công nhận giống: Đề nghị Viện Nghiên cứu Ngô cùng các cơ quan chủ quản tiếp tục đưa 2 - 3 tổ hợp ngô lai có biểu hiện xuất sắc nhất trong thí nghiệm (đạt năng suất trên 70 tạ/ha và kháng sâu bệnh tốt) vào hệ thống khảo nghiệm Quốc gia (khảo nghiệm VCU và DUS) trên diện rộng trong giai đoạn 2012 - 2014, làm cơ sở pháp lý để công nhận giống ngô mới cho các tỉnh phía Bắc.
  2. Hoàn thiện quy trình canh tác thâm canh: Trung tâm Khuyến nông các tỉnh Hà Nội và Bắc Giang cần hướng dẫn nông dân áp dụng mật độ gieo trồng tối ưu từ 5,7 đến 6,0 vạn cây/ha (khoảng cách 70 cm x 25 cm). Cần bổ sung phân hữu cơ vi sinh từ 10 đến 15 tấn/ha kết hợp bón vôi bột 400 - 500 kg/ha trên chân đất xám bạc màu nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng phân khoáng N-P-K thêm 15% - 20%, triển khai ngay trong vụ Xuân và vụ Đông tiếp theo.
  3. Xây dựng vùng liên kết sản xuất hạt giống: Doanh nghiệp sản xuất giống cây trồng cần chủ động phối hợp với các hợp tác xã nông nghiệp tại địa phương xây dựng vùng cách ly đạt chuẩn từ 200 - 300 m để nhân dòng bố mẹ và sản xuất hạt lai F1, đặt mục tiêu hạ giá thành hạt giống thương phẩm xuống 10% - 15% so với hạt giống nhập khẩu.
  4. Mở rộng mô hình luân canh tăng vụ: Đẩy mạnh chuyển giao kỹ thuật gieo trồng ngô lai trên đất 2 vụ lúa (cơ cấu Lúa Xuân - Lúa Mùa sớm - Ngô Đông), phấn đấu gia tăng giá trị kinh tế trên 1 ha canh tác đạt từ 80 đến 100 triệu đồng/năm trước năm 2015.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  • Các nhà khoa học và cán bộ chọn tạo giống cây trồng: Tìm thấy nguồn số liệu thực chứng về phương pháp lai thử, đánh giá khả năng kết hợp của các dòng tự phối và quy luật biểu hiện ưu thế lai trên các chỉ tiêu nông sinh học của cây ngô.
  • Cán bộ quản lý nông nghiệp và khuyến nông cơ sở: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng, bố trí mùa vụ và lựa chọn các bộ giống ngô lai có năng suất từ 65 - 75 tạ/ha phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng tại địa phương.
  • Các doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh hạt giống: Nắm bắt tiềm năng thương mại hóa của các tổ hợp lai mới, từ đó xây dựng chiến lược hợp tác bản quyền giống và phát triển chuỗi cung ứng hạt lai F1 nội địa chất lượng cao.
  • Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Nông học, Trồng trọt, Di truyền - Chọn giống: Tham khảo khung phương pháp luận chuẩn mực về bố trí thí nghiệm đồng ruộng RCBD, quy trình thu thập chỉ tiêu theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia và phương pháp xử lý thống kê sinh học hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nghiên cứu lại chọn địa bàn khảo nghiệm tại Gia Lâm (Hà Nội) và Yên Dũng (Bắc Giang)? Nghiên cứu chọn hai địa bàn này vì chúng đại diện cho hai tiểu vùng sinh thái nông nghiệp đặc trưng ở miền Bắc: vùng phù sa ven sông màu mỡ (Gia Lâm) và vùng đất xám bạc màu gò đồi nghèo dinh dưỡng (Yên Dũng). Việc khảo nghiệm song song giúp đánh giá chính xác độ ổn định năng suất và biên độ thích ứng sinh thái của các tổ hợp lai mới khi điều kiện canh tác thay đổi.

2. Tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá một tổ hợp ngô lai mới có triển vọng là gì? Tiêu chí cốt lõi bao gồm: năng suất thực thu phải vượt trội hơn giống đối chứng từ 10% trở lên (đạt trên 65 tạ/ha); tỷ lệ kết hạt cao (tỷ lệ hạt/bắp trên 80%); khoảng cách tung phấn - phun râu ngắn dưới 3 ngày; thân cây cứng cáp với tỷ lệ đổ ngã dưới 3% và mức độ nhiễm sâu bệnh hại trên đồng ruộng ở mức nhẹ (cấp 1 - 2).

3. Ưu thế lai biểu hiện rõ nét nhất ở những chỉ tiêu sinh học nào trong vụ Xuân 2011? Ưu thế lai thể hiện rõ nhất ở tốc độ tăng trưởng sinh khối nhanh giai đoạn 7 - 9 lá, chỉ số diện tích lá đạt cực đại từ 3,85 đến 4,72 m2/m2, kích thước bắp dài trên 19 cm, số hạt trên hàng đạt từ 35 đến 40 hạt và khối lượng 1000 hạt đạt trên 320 g, vượt trội hoàn toàn so với các dạng bố mẹ thuần.

4. Khả năng chống chịu sâu bệnh của các tổ hợp lai mới đạt kết quả thực tế ra sao? Trên đồng ruộng thí nghiệm, các tổ hợp ngô lai mới ghi nhận tỷ lệ nhiễm sâu đục thân dưới 4,5%, hầu như không bị hại nặng ở giai đoạn trỗ cờ - hình thành bắp. Mức độ nhiễm bệnh đốm lá lớn và khô vằn chỉ dừng ở cấp 1 và cấp 2, không làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến diện tích quang hợp hữu hiệu của bộ lá công năng.

5. Việc đưa các tổ hợp ngô lai mới vào sản xuất mang lại lợi ích kinh tế như thế nào? Với năng suất thực thu đạt từ 68 đến 76 tạ/ha (cao hơn giống đại trà khoảng 8 - 12 tạ/ha), người trồng ngô có thể thu thêm lợi nhuận từ 6 đến 10 triệu đồng/ha/vụ. Hơn nữa, việc tự chủ sản xuất hạt lai F1 trong nước giúp tiết kiệm từ 15% đến 20% chi phí mua hạt giống đầu vào so với nhập khẩu.

Kết luận

  • Đề tài đã khảo sát toàn diện đặc tính nông sinh học của tập đoàn tổ hợp ngô lai mới tại Gia Lâm (Hà Nội) và Yên Dũng (Bắc Giang) trong vụ Xuân năm 2011, khẳng định tính khoa học và độ tin cậy cao của phương pháp bố trí thí nghiệm.
  • Các tổ hợp lai thí nghiệm thể hiện thời gian sinh trưởng phù hợp (112 - 128 ngày), hình thái cây cân đối với chiều cao đóng bắp từ 82,5 đến 108,3 cm, chỉ số LAI đạt tối ưu từ 3,85 đến 4,72 m2/m2 và khả năng chống chịu sâu bệnh vượt trội.
  • Tuyển chọn thành công các tổ hợp lai ưu tú đạt năng suất thực thu từ 68,4 đến 76,8 tạ/ha, vượt giống đối chứng LVN4 từ 14,2% đến 22,6%, với tỷ lệ hạt trên bắp đạt trên 80% và khối lượng 1000 hạt đạt trên 330 g.
  • Đóng góp chính của luận văn là cung cấp nguồn vật liệu di truyền quý giá và cơ sở thực nghiệm vững chắc phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, thích nghi rộng cho các vùng sinh thái phía Bắc.
  • Trong thời gian 12 - 24 tháng tới, các cơ quan chuyên môn cần tiếp tục phối hợp thực hiện khảo nghiệm diện rộng và hoàn thiện gói kỹ thuật thâm canh để sớm đưa các giống ngô lai triển vọng này vào mạng lưới sản xuất nông nghiệp đại trà.