Chương I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu về cây lúa 1. Nguồn gốc cây lúa Đến nay, có nhiều giả thiết khác nhau về nguồn gốc của chi Lúa trên trái đất, nhưng hầu hết đều thừa nhận rằng các loài lúa hoang dại đã xuất hiện từ thời tiền sử của trái đất (thời Gondwana).
Theo công bố của Chang và cs (1984) [74], O.sativa xuất hiện đầu tiên ở dãy Himalaya, Miến Điện, Lào, Việt Nam và Trung Quốc. Từ các trung tâm trên lúa Indica phát tán đến lưu vực sông Hoàng Hà và sông Dương Tử rồi sang Nhật Bản, Triều Tiên và từ đó biến thành chủng Japonica. Lúa được hình thành ở Indonesia và là sản phẩm của quá trình chọn lọc từ Indica. Ở Việt Nam, theo kết quả khảo sát nguồn gen cây lúa những năm gần đây tìm thấy các loài lúa dại mọc nhiều ở vùng Tây Bắc, Nam Trung bộ, đồng bằng sông Cửu Long, Tây Nguyên là các loài O.
Với điều kiện khí hậu nhiệt đới, Việt Nam cũng có thể là cái nôi hình thành cây lúa nước. Từ lâu, cây lúa đã trở thành cây lương thực chủ yếu có ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế và xã hội của nước ta. Lúa trồng hiện nay có nguồn gốc từ lúa dại. Việc xác định trực tiếp tổ tiên của cây lúa trồng ở Châu Á (Oryza sativa) vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau.
Một số tác giả như Đinh Dĩnh, Bùi Huy Đáp, Đinh Văn Lữ…cho rằng: Oryza fatua là loài lúa dại gần nhất và được coi là tổ tiên của lúa trồng hiện nay. Phân loại cây lúa Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) trước đây đã nghiên cứu và xếp lúa trồng ở châu Á (Oryza sativa) thuộc họ hòa thảo (graminae), có bộ nhiễm sắc thể 2n = 24. Theo Trần Văn Đạt (2005) [29], Kato là người đầu tiên xây dựng các luận cứ khoa học về phân loại dưới loài của lúa trồng châu Á dựa trên các đặc điểm hình thái. Tùy theo các đặc điểm và tiêu chí khác nhau mà các nhà khoa học phân loại cây lúa theo các quan điểm khác nhau, phân loại cây lúa nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng nguồn gen để phục vụ cho mục tiêu chọn tạo giống cây trồng.
Nhiều tư liệu đưa ra cơ sở tiến hóa của các loài lúa trồng hiện nay, tuy nhiên theo Khush (1997) [88], sự tiến hóa của hai loại lúa trồng phổ biến hiện nay trên thế giới được thể hiện trong sơ đồ, như sau: 6 Tổ tiên chung Nam và Đông Nam Á Tây Phi Châu Lúa dại đa niên O. longistaminata Lúa dại hàng niên O. glaberrima Indica Japonica Ôn đới Nhiệt đới Hình 1. Sự phân bố lúa trồng trên thế giới Hakim MA và cs (2013) [82] a, Phân loại theo quan điểm canh tác học Quá trình thuần hóa và thích nghi với điều kiện sống và điều kiện canh tác khác nhau, cây lúa trồng được phân thành các nhóm: 7 Lúa có tưới: Lúa được trồng trên những cánh đồng có công trình thủy lợi, chủ động về nước tưới trong suốt thời gian sinh trưởng, phát triển.
Lúa nước sâu: Lúa được trồng trên những cánh đồng thấp, không có khả năng rút nước sau mưa hoặc lũ. Tuy nhiên, nước không ngập quá 10 ngày và nước không cao quá 50 cm. Lúa nổi: Lúa được gieo trồng trước mùa mưa; khi mưa lớn, cây lúa đã đẻ nhánh; khi nước lên cao cây lúa vươn khỏi mặt nước khoảng 10 cm/ngày để ngoi theo. Ở Việt Nam tồn tại cả 4 nhóm lúa như nêu trên.
Lúa cạn: Lúa được trồng trên đất cao, không có khả năng giữ nước, cây lúa sống hoàn toàn nhờ nước trời trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển. Theo Nguyễn Văn Hoan (2006) [42], cho đến nay phân loại lúa theo hệ thống phân loại học thực vật của loài lúa trồng Oryza sativa L. đã đạt được sự thống nhất. Theo nhiều tài liệu nghiên cứu: loài Oryza sativa L.
gồm 3 loại phụ, 8 nhóm biến chủng và 284 biến chủng. Theo cấu tạo của tinh bột còn phân biệt lúa nếp (glutinosa) và lúa tẻ (utilissma). Tuy nhiên theo định luật về dãy biến dị tương đồng của Vavilov. I thì cây lúa vẫn tiếp tục tiến hóa và nhiều biến chủng mới vẫn tiếp tục xuất hiện.
Vì vậy, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu, tập hợp và bổ sung thêm cho hệ thống phân loại này. b, Phân loại theo điều kiện sinh thái Lúa trồng thành hai nhóm lớn là Japonica (lúa cánh) và Indica (lúa tiên). Lúa tiên thường phân bố ở vĩ độ thấp như: Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Indonesia. là loại hình cây to, lá nhỏ xanh nhạt, bông xòe, hạt dài, vỏ trấu mỏng, cơm khô nở nhiều, chịu phân kém, dễ lốp đổ nên có năng suất thấp.
Lúa cánh thường phân bố ở vĩ độ cao như: Nhật Bản, Triều Tiên, Bắc Trung Quốc, châu Âu. là loại hình cây có lá to, xanh đậm, bông chụm, hạt ngắn, vỏ trấu dày, cơm thường dẻo, ít nở, thích nghi với điều kiện thâm canh, chịu phân tốt, thường thu hoạch cho năng suất cao. c, Phân loại theo địa lý Theo Nguyễn Văn Hoan (2006) [42], phân chia lúa trồng thành các nhóm sinh thái địa lý, như sau: Nhóm Đông Á: Bao gồm Triền Tiên, Nhật Bản, phía Bắc Trung Quốc. Đặc trưng của nhóm là chịu lạnh rất tốt và hạt khó rụng.
Nhóm Trung Á: Bao gồm các nước Trung Á. Đặc điểm nổi bật của lúa vùng này là hạt to, khối lượng 1000 hạt đạt trên 32 gam, chịu lạnh và chịu nóng khá. Nhóm Iran: Gồm toàn bộ các nước Trung Đông xung quanh Iran. Đây là nhóm sinh thái địa lý với các loại hình chịu lạnh tốt, hạt gạo to, đục, cơm dẻo.
Nhóm Nam Á: Bắt đầu từ Pakistan sang vùng bờ biển phía Nam Trung Quốc đến Bắc Việt Nam. Đặc điểm nổi bật của nhóm sinh thái địa lý này là chịu lạnh kém, phần lớn có hạt dài và nhỏ. 8 Nhóm Philippin: Nhóm lúa điển hình nhiệt đới không chịu lạnh. Toàn bộ vùng Đông Nam Á, miền Nam Việt Nam nằm trong nhóm này.
Nhóm châu Âu: Bao gồm các nước trồng lúa ở châu Âu như: Nga, Italia, Bungaria. Đây là nhóm sinh thái với các loại hình japonica chịu lạnh, hạt to, cơm dẻo, chịu nóng kém. Nhóm châu Phi: Nhóm lúa trồng thuộc loại Oryza glaberrima. Nhóm châu Mỹ La Tinh: Gồm các nước Trung Mỹ và Nam Mỹ.
Nhóm lúa cao cây, thân to, hạt gạo lớn, gạo trong và dài, chịu ngập và chống đổ tốt. Cơ sở khoa học của tuyển chọn giống lúa ngắn ngày 1. Nghiên cứu về những đặc điểm nông học của cây lúa Lúa là cây trồng đa dạng kiểu hình, mỗi giống có những đặc điểm riêng mà ta có thể dựa vào đó để nhận biết, đó là: thời gian sinh trưởng, cao cây, kích thước lá, màu sắc thân lá, dạng bông, dạng hạt, màu sắc hạt. Công tác chọn tạo và khảo nghiệm giống lúa, các nhà khoa học cần có những thông tin đầy đủ về các đặc điểm nguồn vật liệu khởi đầu của giống.
Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm hình thái, đặc điểm nông học, khả năng chống chịu của các giống lúa đã thu được nhiều kết quả có ý nghĩa. * Thời gian sinh trưởng của cây lúa: Theo Yosida (1981) [115], TGST cây lúa được tính từ lúc nảy mầm cho đến khi chín có thời gian từ 80 ngày đến 180 ngày, tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh. Trong canh tác lúa hiện đại, các nhà nông học hết sức quan tâm đến thời gian sinh trưởng của các giống lúa, vì đây là yếu tố có tương quan chặt đến năng suất và bố trí thời vụ cơ cấu thời vụ sản xuất của người nông dân. Theo Yosida (1981) [115], khi nghiên cứu về thời gian sinh trưởng các giống lúa cho rằng những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá ngắn thì không thể cho năng suất cao do sinh trưởng dinh dưỡng bị hạn chế.
Ngược lại, những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá dài thì cũng cho năng suất thấp vì dễ bị lốp đổ, và chịu nhiều tác động của điều kiện ngoại cảnh bất lợi, các giống có thời gian trong khoảng 120 ngày có khả năng cho năng suất cao. Như vậy, thời gian sinh trưởng ngắn đến mức nào thì không phương hại đến tiềm năng năng suất. Theo Yosida (1981) [115], đối với lúa gieo thẳng cần khoảng 90 ngày và 100 ngày đối với lúa cấy. Thời gian sinh trưởng ở cây lúa chia làm 2 giai đoạn chính là giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực.
Tuy nhiên, có thể chia thành 3 giai đoạn là sinh trưởng dinh dưỡng, sinh thực và chín. Thời gian sinh trưởng của cây lúa thường từ 90 - 180 ngày từ khi nảy mầm cho đến khi chín, thời gian này dài hay ngắn phụ thuộc vào giống và môi trường sinh trưởng. Trong điều kiện nhiệt đới, giai đoạn sinh trưởng sinh thực (thời kỳ làm đòng) cần khoảng 30 ngày, thời kỳ chín 30 ngày và thời gian còn lại dành cho giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng. Theo Uga Y và cs (2007) [112], các locus liên quan đến phản ứng quang chu kỳ có tác động cộng tính.
9 Nguyễn Minh Công và Nguyễn Tiến Thăng (2007) [22] đã nghiên cứu di truyền của các đột biến làm mất tính cảm ứng quang chu kỳ ở một số giống lúa thơm đặc sản miền Bắc, cho biết: các đột biến làm mất tính cảm ứng quang chu kỳ là các đột biến lặn, khả năng biểu hiện ở F1 không phụ thuộc vào hướng lai; các đột biến gây ra chín sớm trong vụ mùa là các đột biến lặn không hoàn toàn, di truyền theo định luật Mendel trong lai đơn. Thời gian sinh trưởng của cây lúa còn phụ thuộc vào tính cảm quang hay cảm ôn của giống. Khi gieo cấy vào thời vụ khác nhau với điều kiện ngoại cảnh khác nhau tùy theo giống sẽ có thời gian sinh trưởng dài, ngắn khác nhau. Trong điều kiện ở miền Bắc nước ta, do ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ thấp, thời gian sinh trưởng của cùng một giống lúa nếu gieo cấy vào vụ Xuân sẽ dài hơn gieo cấy trong vụ Mùa.
Nếu năm nào thời vụ gieo cấy ở vụ Đông Xuân nhiệt độ thấp, cây lúa sẽ kéo dài thời gian sinh trưởng và trỗ muộn; năm nào nắng ấm, nhiệt độ cao thì ngược lại. Trong vụ Hè Thu, nhiệt độ thường ít biến đổi nên thời gian sinh trưởng cây lúa tương đối ổn định. Theo Nguyễn Văn Luật (2008) [49], giống lúa có thời gian sinh trưởng cực ngắn đã được chọn tạo nhằm bổ sung vào cơ cấu sản xuất và góp vào thị phần xuất khẩu ở miền Nam.