Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ nông nghiệp với đề tài "Tuyển chọn giống mía (Saccharum officinarum L.) nhập nội có năng suất cao, thích hợp tại tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa" do nghiên cứu sinh Đoàn Thị Hồng Điểm thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Văn Hiền và TS. Lê Quang Tuyền, thuộc chuyên ngành Khoa học Cây trồng (mã số: 9.10), bảo vệ năm 2023.
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Cây mía (Saccharum officinarum L.) là cây nguyên liệu chủ lực cho ngành công nghiệp sản xuất đường tại Việt Nam. Vùng Đông Nam Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ là hai địa bàn sản xuất mía trọng điểm, trong đó tỉnh Tây Ninh có trên 15.600 ha mía cung cấp cho ba nhà máy đường (Thành Thành Công Tây Ninh, Biên Hòa và Nước Trong) với tổng công suất chế biến 15.800 tấn mía/ngày, còn tỉnh Khánh Hòa có khoảng 23.180 ha đất trồng mía. Tuy nhiên, diện tích và hiệu quả canh tác mía tại hai tỉnh này đối mặt với suy giảm nghiêm trọng do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, hiện tượng hạn hán kéo dài và thiếu hụt nguồn nước tưới. Đất đai tại Khánh Hòa có đặc tính nghèo dinh dưỡng, khô hạn gay gắt, dẫn đến năng suất và chất lượng mía thuộc nhóm thấp nhất cả nước theo đánh giá của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2017).
Cơ cấu giống mía thương phẩm trong sản xuất đại trà tại Việt Nam phụ thuộc lớn vào các giống nhập nội (đặc biệt từ Thái Lan và Trung Quốc, như Suphanburi 7 chiếm 32,13%, K95-84 chiếm khoảng 7,5%), chủ yếu được chọn lọc dựa trên các công bố năng suất ở nước bản địa mà chưa qua đánh giá thích nghi sinh thái bài bản. Trong nước thiếu hụt các bộ giống vừa đạt năng suất sinh khối và chữ đường cao trong điều kiện canh tác tiêu chuẩn, vừa có khả năng duy trì năng suất và chống chịu tốt khi gặp khô hạn. Hơn nữa, công tác chọn tạo giống trước đây chủ yếu dựa vào khảo nghiệm hình thái ngoài đồng, thiếu việc kết hợp đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử và nghiên cứu cơ chế chống chịu hạn ở mức độ biểu hiện gen. Do đó, việc nghiên cứu tuyển chọn giống mía nhập nội có năng suất cao, chống chịu hạn và thích nghi sinh thái tại Tây Ninh và Khánh Hòa là yêu cầu cấp thiết.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát: Tuyển chọn được giống mía nhập nội có năng suất, chất lượng cao và chống chịu hạn, phù hợp với điều kiện canh tác tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa.
- Mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá đặc điểm nông học và đa dạng di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội làm cơ sở chọn ra các giống mía triển vọng phục vụ sản xuất;
- Tuyển chọn các giống mía có năng suất cao hơn đối chứng từ 10% đến 15%, chữ đường (Commercial Cane Sugar - CCS) ≥ 10%, ít trổ cờ, ít đổ ngã, kháng sâu bệnh hại cho hai vùng canh tác tại tỉnh Tây Ninh và tỉnh Khánh Hòa;
- Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống mía triển vọng dựa trên sự biểu hiện gen P5CS (Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase) trong điều kiện khô hạn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đặc điểm nông học, năng suất sinh khối, chất lượng chữ đường, tính đa dạng di truyền và mức độ biểu hiện gen chịu hạn của 32 giống mía nhập nội cùng các giống đối chứng (KK3, K94-2-483, K95-84) và các giống đối chiếu quốc tế (CoSi8 từ Ấn Độ, SUP7 từ Thái Lan, U1/U4 từ Úc).
- Phạm vi không gian: Thí nghiệm sơ tuyển và khảo nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Mía đường Thành Thành Công (xã Thái Bình, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh) và vùng nguyên liệu mía tại huyện Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa; các phân tích phân tử và sinh học thực hiện tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
- Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được triển khai từ tháng 01 năm 2016 đến tháng 12 năm 2021.
- Giới hạn đề tài: Thí nghiệm tiến hành trong điều kiện tự nhiên tại Tây Ninh và Khánh Hòa; bước sơ tuyển 32 giống mía chỉ tập trung theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất mà chưa đánh giá đầy đủ, hệ thống tất cả các chỉ tiêu chất lượng và bảo vệ thực vật; thí nghiệm chịu hạn 5 giống chỉ đánh giá mức độ biểu hiện gen P5CS, không đo lường toàn diện các chỉ tiêu hình thái và sinh lý liên quan.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án đã hệ thống hóa các cơ sở lý luận và thực tiễn về nguồn gốc, đặc điểm thực vật học, sinh lý sinh thái, tình hình chọn tạo giống mía trong nước và quốc tế, cũng như cơ chế phân tử của tính chịu hạn ở thực vật:
- Nguồn gốc di truyền và cơ cấu bộ gen: Cây mía thương phẩm hiện đại là con lai phức tạp giữa loài tích lũy đường Saccharum officinarum (2n = 80) và loài hoang dại chống chịu bất lợi Saccharum spontaneum (2n = 40 đến 128). Theo D'Hont và ctv (1996), Piperidis và ctv (2010), Vieira và ctv (2018), bộ gen của giống mía lai có kích thước trên 10 Gb với mức độ dị bội cao (53 đến 143 nhiễm sắc thể), trong đó khoảng 80% nhiễm sắc thể từ S. officinarum, 10% từ S. spontaneum và 10% là nhiễm sắc thể tái tổ hợp.
- Thực trạng sản xuất và cơ cấu giống: Dẫn liệu từ FAOSTAT (2020) cho thấy diện tích mía Việt Nam đứng thứ 17, sản lượng thứ 19 nhưng năng suất đứng thứ 45 trên thế giới (thứ 4 tại Đông Nam Á). Theo Tổng cục Thống kê (2023), năng suất bình quân cả nước đạt cao nhất năm 2018 (66,64 tấn/ha) rồi giảm xuống 62,20 tấn/ha vào năm 2020. Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp (2016) cùng Viện Nghiên cứu Mía Đường (2015) chỉ ra rằng cơ cấu giống tại Tây Ninh và Khánh Hòa chủ yếu là các giống nhập nội từ Thái Lan (Suphanburi 7, KK3, LK92-11, K95-84), trong khi các giống nội địa như VN84-4137 chiếm tỷ lệ thấp (5,52%).
- Các phương pháp chọn tạo giống mía:
- Tuyển chọn từ nguồn giống sẵn có và nhập nội: Martin và ctv (1987), Nguyễn Viết Hưng và ctv (2012) xác định đây là bước đánh giá vật liệu lai để chọn giống phù hợp sinh thái từng vùng.
- Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS): Nguyễn Đức Thành (2014) và Hasan (2021) phân tích vai trò của các chỉ thị SSR, RFLP, AFLP, RAPD, SNPs trong việc nhận diện đa dạng di truyền và rút ngắn thời gian chọn lọc không phụ thuộc môi trường.
- Phương pháp đột biến và chuyển gen: Cao Anh Đương (2015), Viện Nghiên cứu Mía Đường Đài Loan (TSRI, 2001), Nguyễn Văn Dự và ctv (2016) ghi nhận hiệu quả đột biến phóng xạ Cobalt-60 và tia gamma. Bower và Birch (1992), Gallo-Meagher và Irvine (1996), Budeguer và ctv (2021) ghi nhận các thành tựu chuyển gen kháng sâu, kháng thuốc trừ cỏ và ứng dụng CRISPR-Cas9.
- Kết quả chọn tạo giống tại Việt Nam: Thống kê giai đoạn 1990 - 2019, Việt Nam có 68 giống sản xuất thử nhưng chỉ 16 giống (23,5%) được công nhận chính thức (Lê Quang Tuyền, 2019). Các công trình của Nguyễn Đức Quang (2011), Cao Anh Đương (2012, 2013a, 2017), Đoàn Lệ Thủy (2007, 2012), Lê Quang Tuyền (2007, 2019), Nguyễn Văn Trữ và ctv (2012), Thân Thị Thu Hạnh và ctv (2019) đã khảo nghiệm nhiều bộ giống tại các vùng sinh thái Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ, ứng dụng chỉ thị SSR đánh giá tập đoàn giống.
- Cơ chế chịu hạn và vai trò của gen P5CS: Khô hạn tác động tiêu cực đến giai đoạn đẻ nhánh và vươn lóng, làm giảm quang hợp, đóng khí khổng và suy giảm sinh khối (Ramesh, 2000; Inman-Bamber và Smith, 2005; Machado và ctv, 2009; Devi và ctv, 2018). Các nghiên cứu của Han và Hwang (2003), Iqbal và ctv (2014), Balestro và ctv (2017), Silva (2019) chứng minh con đường sinh tổng hợp proline từ glutamate xúc tác bởi enzyme Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) và P5CR đóng vai trò then chốt giúp cây điều hòa áp suất thẩm thấu, dọn dẹp các gốc oxy hóa tự do (ROS) và duy trì cấu trúc tế bào khi gặp hạn.
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Luận án kết hợp đồng thời phương pháp đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR với hệ thống khảo nghiệm đồng ruộng qua nhiều vụ (mía tơ và gốc I) tại hai vùng sinh thái đặc thù (Tây Ninh và Khánh Hòa), kết hợp kiểm chứng mức độ phiên mã của gen P5CS dưới điều kiện gây hạn nhân tạo để tuyển chọn các giống mía ưu việt.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
- Lý thuyết di truyền phân tử và đa hình đoạn lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeat - SSR) để phân nhóm kiểu gen.
- Khung đánh giá nông học theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống mía (QCVN 01-131:2013/BNN & PTNT).
- Con đường sinh hóa sinh tổng hợp proline qua trung gian glutamate-semialdehyde (GSA) và pyrroline-5-carboxylate (P5C) được xúc tác bởi enzyme P5CS làm cơ sở phân tích biểu hiện gen chịu hạn.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
Luận án triển khai 3 nội dung nghiên cứu với 6 thí nghiệm cụ thể:
[32 giống mía nhập nội]
- Nội dung 1: Sơ tuyển và đánh giá đa dạng di truyền 32 giống mía nhập nội bằng SSR
- Thí nghiệm 1 (Sơ tuyển ngoài đồng): Bố trí tuần tự, không lặp lại tại Tây Ninh; so sánh chỉ tiêu sinh trưởng, tỷ lệ sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hübner), đổ ngã, trổ cờ, năng suất mía và chữ đường (CCS) với 2 giống đối chứng KK3 và K94-2-483.
- Thí nghiệm 2 (Đa dạng di truyền): Ly trích DNA tổng số bằng phương pháp CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide). Sử dụng 14 cặp primer SSR. Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 2% (100V, 400mA, 30 phút). Tính toán số alen, số alen đa hình, hệ số thông tin đa hình (Polymorphism Information Content - PIC) và xây dựng cây phân nhóm di truyền UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) bằng phần mềm NTSYSpc 2.1.
- Nội dung 2: Khảo nghiệm cơ bản 10 giống mía tiềm năng tại Tây Ninh và Khánh Hòa
- Thí nghiệm 3 (tại Tây Ninh) và Thí nghiệm 4 (tại Khánh Hòa): Bố trí theo khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD) với 3 lần lặp lại. Tập đoàn khảo nghiệm gồm 8 giống chọn lọc từ sơ tuyển (FG05-623, FG05-088, FG07-320, FG05-300, FG05-256, VMC96-161, MPT97-004, ECU01) kết hợp với giống đối chứng K95-84 và 3 giống đối chiếu (CoSi8, SUP7, U1/U4). Theo dõi qua 2 chu kỳ: vụ mía tơ và vụ mía gốc I.
- Chỉ tiêu thu thập: Tỷ lệ nảy mầm, khả năng đẻ nhánh, tái sinh gốc, mật độ cây hữu hiệu, chiều cao thân, đường kính thân, tỷ lệ nhiễm sâu đục thân, mức độ trổ cờ, năng suất mía (tấn/ha), chữ đường (CCS) và năng suất đường (tấn/ha).
- Nội dung 3: Nghiên cứu khả năng chống chịu khô hạn của 5 giống mía triển vọng
- Thí nghiệm 5: Đánh giá đặc điểm bề mặt lá và mật độ khí khổng của 5 giống mía triển vọng (FG05-088, FG05-256, FG05-623, FG07-320, VMC96-161) và giống đối chứng KK3.
- Thí nghiệm 6: Thí nghiệm chậu gồm 6 nghiệm thức giống, xử lý ngừng tưới nước ở 2 mốc thời gian (2 tuần và 6 tuần), so sánh với đối chứng tưới nước bình thường. Ly trích mRNA tổng số, tổng hợp cDNA, khuếch đại đoạn gen mục tiêu P5CS (kích thước 252 bp) và gen nội chuẩn Actin (Act). Tạo dòng sản phẩm PCR vào vector pGEM-T Easy, biến nạp vào vi khuẩn E. coli trên môi trường thạch LB có bổ sung Ampicillin, X-gal và IPTG; giải trình tự kiểm tra sản phẩm. Xây dựng đường chuẩn từ các nồng độ pha loãng plasmid (10⁻³ đến 10⁻⁸) để định lượng mức độ biểu hiện gen bằng kỹ thuật Real-time PCR.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 1 tổng hợp có hệ thống các tài liệu trong và ngoài nước gồm 4 phần chính:
- Tổng quan về phân loại sinh học, đặc điểm thực vật học các cơ quan (rễ, thân, lóng, đốt, mầm, lá, hoa), nhu cầu sinh thái (nhiệt độ thích hợp 25 - 26°C, độ ẩm đất 60 - 80%, nhu cầu ánh sáng C4) và diễn biến sản xuất mía đường tại Việt Nam, Tây Ninh và Khánh Hòa;
- Tiêu chuẩn tuyển chọn giống mía cho sản xuất công nghiệp và các phương pháp chọn tạo giống hiện đại (tuyển chọn nhập nội, MAS, đột biến Cobalt-60/gamma, chuyển gen kháng sâu và chỉnh sửa gen);
- Phân tích các thành tựu chọn tạo giống mía tại các quốc gia sản xuất lớn (Brazil, Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Úc, Indonesia, Đài Loan, Cuba) và kết quả nghiên cứu tại các vùng sinh thái nông nghiệp của Việt Nam từ năm 1990 đến năm 2019;
- Cơ sở lý thuyết về stress khô hạn, các tổn thương sinh lý, con đường sinh tổng hợp proline và vai trò điều hòa áp suất thẩm thấu của gen P5CS.
Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 trình bày chi tiết điều kiện thực nghiệm, vật liệu và quy trình kỹ thuật:
- Địa bàn và điều kiện tự nhiên:
- Tại Tây Ninh (huyện Châu Thành): Đặc điểm đất xám bạc màu, khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa khô kéo dài;
- Tại Khánh Hòa (huyện Ninh Hòa): Đặc điểm đất cát pha, tầng canh tác mỏng, lượng mưa thấp, khô hạn nghiêm trọng.
- Vật liệu nghiên cứu: 32 giống mía nhập nội, các giống đối chứng KK3, K94-2-483, K95-84; hóa chất ly trích DNA/RNA, 14 cặp mồi SSR, hóa chất PCR, vector pGEM-T Easy, mồi đặc hiệu cho gen P5CS và Act.
- Thiết kế thí nghiệm: Quy trình chi tiết của 6 thí nghiệm (sơ tuyển tuần tự, phân tích SSR, 2 thí nghiệm khảo nghiệm cơ bản RCBD, quan sát bề mặt lá - khí khổng và thí nghiệm Real-time PCR định lượng biểu hiện gen P5CS qua đường chuẩn).
Chương 3: Kết quả và thảo luận
1. Sơ tuyển và đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn 32 giống mía nhập nội
- Kết quả sơ tuyển ngoài đồng: Từ 32 giống mía nhập nội khảo nghiệm tại Tây Ninh, tác giả đã chọn lọc được 8 giống tiềm năng có năng suất đường cao (dao động từ 11,5 tấn/ha đến 16,3 tấn/ha) gồm: FG05-623, FG05-088, FG07-320, FG05-300, FG05-256, VMC96-161, MPT97-004 và ECU01.
- Phân tích tương quan: Phân tích tương quan giữa các yếu tố cấu thành năng suất cho thấy năng suất đường có tương quan chặt chẽ với năng suất mía hơn so với chữ đường (CCS); trong khi đó, năng suất mía thể hiện mối tương quan thuận cao nhất với mật độ cây hữu hiệu.
- Đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR:
- 14 cặp primer SSR khuếch đại thành công các đoạn DNA đa hình; giá trị PIC (Polymorphism Information Content) trung bình đạt 0,37.
- Hệ số tương đồng di truyền giữa 32 giống mía dao động từ 35% đến 85%.
- Cây phả hệ UPGMA xây dựng trên phần mềm NTSYSpc 2.1 ở mức tương đồng di truyền 63% đã phân chia 32 giống mía thành 5 nhóm di truyền riêng biệt. Tám giống tiềm năng được tuyển chọn nằm rải rác ở các nhóm di truyền I, III và V, đảm bảo tính đa dạng di truyền làm nguồn vật liệu lai tạo.
| Chỉ tiêu phân tích SSR |
Giá trị ghi nhận |
| Số cặp mồi SSR sử dụng |
14 cặp mồi |
| Hệ số thông tin đa hình (PIC) trung bình |
0,37 |
| Hệ số tương đồng di truyền thấp nhất |
35% (0,35) |
| Hệ số tương đồng di truyền cao nhất |
85% (0,85) |
| Ngưỡng tương đồng phân tách nhóm |
63% (0,63) |
| Số nhóm di truyền phân tách |
5 nhóm |
2. Kết quả khảo nghiệm cơ bản 10 giống mía tiềm năng tại Tây Ninh và Khánh Hòa
Khảo nghiệm cơ bản theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) qua 2 vụ canh tác (mía tơ và mía gốc I) đã xác định được sự phân hóa rõ rệt về khả năng thích nghi của các giống:
- Tại tỉnh Tây Ninh: Các giống ECU01, FG05-088, FG05-623 và MPT97-004 đạt năng suất đường tương đương hoặc vượt giống đối chứng K95-84 ở cả 2 vụ. Trong đó, giống FG05-623 thể hiện tính ưu việt nhất:
- Vụ mía tơ: Năng suất mía đạt 119,6 tấn/ha; năng suất đường đạt 12,8 tấn/ha;
- Vụ mía gốc I: Năng suất mía đạt 82,7 tấn/ha; năng suất đường đạt 7,3 tấn/ha.
- Tại tỉnh Khánh Hòa: Giống FG05-256 đạt kết quả nổi trội nhất trong tập đoàn khảo nghiệm:
- Năng suất mía trung bình 2 vụ đạt 114,0 tấn/ha;
- Năng suất đường trung bình 2 vụ đạt 12,4 tấn/ha, vượt trội so với đối chứng K95-84;
- Khả năng chống chịu sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hübner) tốt, đẻ nhánh mạnh, tái sinh gốc tốt và thích nghi vượt trội với điều kiện đất xấu, khô hạn tại Khánh Hòa.
| Địa bàn khảo nghiệm |
Giống nổi trội |
Năng suất mía vụ tơ (tấn/ha) |
NS đường vụ tơ (tấn/ha) |
Năng suất mía gốc I (tấn/ha) |
NS đường gốc I (tấn/ha) |
Năng suất TB 2 vụ (Mía / Đường) |
| Tây Ninh |
FG05-623 |
119,6 |
12,8 |
82,7 |
7,3 |
- |
| Khánh Hòa |
FG05-256 |
- |
- |
- |
- |
114,0 tấn mía/ha / 12,4 tấn đường/ha |
3. Đặc tính chống chịu khô hạn và mức độ biểu hiện gen P5CS
- Hình thái giải phẫu: Phân tích cấu trúc bề mặt lá và mật độ khí khổng của 5 giống triển vọng (FG05-088, FG05-256, FG05-623, FG07-320, VMC96-161) và giống đối chứng KK3.
- Khuếch đại và tạo dòng gen P5CS: Đoạn gen P5CS mục tiêu có kích thước 252 bp được khuếch đại bằng PCR, nối thành công vào vector pGEM-T Easy và tạo dòng trong tế bào khả biến E. coli. Kết quả giải trình tự khẳng định độ chính xác của đoạn gen P5CS và gen đối chứng nội tại Act.
- Định lượng mức độ biểu hiện gen: Thiết lập đường chuẩn định lượng với độ pha loãng từ 10⁻³ đến 10⁻⁸. Kết quả phân tích Real-time PCR cho thấy sau 2 tuần xử lý khô hạn (ngừng tưới), mức độ biểu hiện phiên mã của gen P5CS tăng lên rõ rệt ở 4 giống mía gồm FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và giống đối chứng KK3 so với nghiệm thức đối chứng được tưới nước đầy đủ.
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học
- Xác lập mối quan hệ tương quan trong chọn giống mía tại vùng Đông Nam Bộ: năng suất đường có tương quan chặt chẽ với năng suất mía hơn chữ đường, và năng suất mía tương quan thuận lớn nhất với mật độ cây hữu hiệu. Kết quả này cung cấp luận cứ khoa học để định hướng tiêu chí chọn lọc ưu tiên trong công tác cải tiến giống mía.
- Cung cấp dữ liệu di truyền học phân tử của tập đoàn 32 giống mía nhập nội với 14 chỉ thị SSR (PIC trung bình 0,37; hệ số tương đồng di truyền 35% - 85%), phân loại thành 5 nhóm di truyền rõ rệt ở mức tương đồng 63%.
- Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử chứng minh mối liên hệ giữa sự gia tăng mức độ biểu hiện của gen P5CS sau 2 tuần chịu hạn với khả năng thích ứng khô hạn ở cấp độ phân tử của các dòng/giống mía triển vọng (FG05-256, FG05-623, VMC96-161).
Đóng góp mới về mặt thực tiễn và ứng dụng
- Tuyển chọn thành công 2 giống mía nhập nội triển vọng, thích ứng chuyên biệt cho hai vùng sinh thái sản xuất trọng điểm:
- Giống FG05-623: Đạt năng suất sinh khối và năng suất đường cao nhất ở cả 2 vụ (vụ tơ: 119,6 tấn mía/ha, 12,8 tấn đường/ha; vụ gốc I: 82,7 tấn mía/ha, 7,3 tấn đường/ha), khuyến cáo phát triển cho vùng đất Tây Ninh.
- Giống FG05-256: Đạt năng suất trung bình 2 vụ là 114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha, chống chịu sâu đục thân tốt, chịu hạn vượt trội, khuyến cáo phát triển cho vùng đất khô hạn Khánh Hòa.
- Xây dựng bộ cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh về đặc điểm nông học, năng suất, phẩm chất và thông tin di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội, phục vụ trực tiếp cho các chương trình lai tạo và bảo tồn quỹ gen mía đường quốc gia.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu
- Thí nghiệm sơ tuyển tập đoàn 32 giống mía nhập nội ngoài đồng được bố trí tuần tự không lặp lại và chỉ tập trung theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất mà chưa thu thập đầy đủ, hệ thống các chỉ tiêu về chất lượng chế biến công nghiệp và chỉ tiêu bệnh học bảo vệ thực vật.
- Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn ở 5 giống mía triển vọng chủ yếu tập trung vào định lượng mức độ biểu hiện gen P5CS qua kỹ thuật Real-time PCR, chưa đo đạc đồng bộ toàn diện các chỉ tiêu sinh lý - hóa sinh (như hàm lượng proline tự do tích lũy, chỉ số SPAD, độ dẫn khí khổng, hàm lượng nước tương đối RWC) trong cùng một bố trí thí nghiệm gây hạn.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Tiếp tục mở rộng khảo nghiệm diện rộng (khảo nghiệm sản xuất/VCU và DUS) cho hai giống mía FG05-623 và FG05-256 tại các tiểu vùng sinh thái khác thuộc Đông Nam Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ để hoàn thiện thủ tục công nhận lưu hành giống.
- Nghiên cứu xây dựng quy trình kỹ thuật canh tác tối ưu (mật độ trồng, phân bón, chế độ tưới tiết kiệm) cho giống FG05-623 tại Tây Ninh và FG05-256 tại Khánh Hòa.
- Đánh giá bổ sung các chỉ tiêu hóa sinh (nồng độ proline, MDA, hoạt tính enzyme chống oxy hóa SOD, POD) kết hợp với phân tích mức độ biểu hiện của các gen liên quan khác trong mạng lưới phản ứng với stress hạn ở cây mía.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo giá trị cho các nhóm đối tượng và lĩnh vực sau:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Nông học, Khoa học Cây trồng, Công nghệ Sinh học Nông nghiệp: Tham khảo quy trình kết hợp giữa phương pháp chọn giống đồng ruộng truyền thống với kỹ thuật chỉ thị phân tử SSR (UPGMA) và phương pháp Real-time PCR định lượng biểu hiện gen dựa trên đường chuẩn plasmid.
- Các Viện, Trung tâm nghiên cứu mía đường và nhà khoa học chọn tạo giống: Kế thừa cơ sở dữ liệu kiểu hình, kiểu gen của 32 giống mía nhập nội và thông tin về các primer SSR có tính đa hình cao (như M22, M58) phục vụ công tác phân nhóm bố mẹ trong lai tạo.
- Doanh nghiệp mía đường, cán bộ khuyến nông và người sản xuất tại Tây Ninh và Khánh Hòa: Sử dụng trực tiếp các số liệu khảo nghiệm để định hướng cơ cấu giống thay thế các giống cũ bị thoái hóa, đặc biệt đưa giống FG05-623 vào vùng thâm canh Tây Ninh và giống FG05-256 vào vùng đất khô hạn Khánh Hòa nhằm nâng cao năng suất mía và chữ đường.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án đã sử dụng những tiêu chuẩn và chỉ tiêu cụ thể nào để tuyển chọn giống mía?
Luận án áp dụng Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 01-131:2013/BNN & PTNT. Tiêu chuẩn chọn lọc định lượng bắt buộc bao gồm: năng suất mía nguyên liệu thực thu cao hơn giống đối chứng ít nhất 10% (đạt mức vượt 10 - 15%), chữ đường (CCS) đạt từ 10% trở lên, ít trổ cờ, ít đổ ngã, tái sinh gốc tốt và có khả năng đề kháng sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hübner).
2. Kết quả phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR của tập đoàn 32 giống mía nhập nội đạt được các thông số gì?
Phân tích di truyền sử dụng 14 cặp primer SSR cho giá trị PIC trung bình là 0,37. Hệ số tương đồng di truyền giữa 32 giống dao động từ 35% đến 85%. Ở ngưỡng tương đồng di truyền 63%, tập đoàn giống được phân tách thành 5 nhóm di truyền riêng biệt trên cây phả hệ UPGMA, trong đó 8 giống tiềm năng được tuyển chọn nằm trong các nhóm I, III và V.
3. Năng suất và đặc tính nổi bật của hai giống mía được khuyến cáo cho Tây Ninh và Khánh Hòa ra sao?
- Tại Tây Ninh: Giống FG05-623 cho năng suất mía và năng suất đường cao nhất ở cả vụ mía tơ (119,6 tấn mía/ha; 12,8 tấn đường/ha) và vụ mía gốc I (82,7 tấn mía/ha; 7,3 tấn đường/ha).
- Tại Khánh Hòa: Giống FG05-256 đạt năng suất trung bình 2 vụ là 114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha, vượt đối chứng K95-84, kháng sâu đục thân tốt và thích ứng cao với điều kiện khô hạn.
4. Vai trò và phương pháp đánh giá gen P5CS trong phản ứng chịu hạn của cây mía trong luận án là gì?
Gen P5CS mã hóa enzyme Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase, xúc tác phản ứng chuyển hóa glutamate thành glutamate-semialdehyde trong con đường sinh tổng hợp proline giúp cây cân bằng áp suất thẩm thấu khi gặp khô hạn. Luận án nhân bản đoạn gen mục tiêu 252 bp, tạo dòng vào vector pGEM-T Easy và định lượng biểu hiện bằng Real-time PCR dựa trên đường chuẩn pha loãng plasmid (10⁻³ đến 10⁻⁸) so với gen nội chuẩn Act. Kết quả ghi nhận sự gia tăng phiên mã gen P5CS sau 2 tuần ngừng tưới ở các giống FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và giống đối chứng KK3.
5. Luận án rút ra mối tương quan nào giữa các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất mía?
Phân tích tương quan chỉ ra rằng năng suất đường có mối tương quan chặt chẽ với năng suất sinh khối mía hơn là với chữ đường (CCS). Đồng thời, trong các yếu tố cấu thành năng suất sinh khối, mật độ cây hữu hiệu là chỉ tiêu có tương quan thuận cao nhất đối với năng suất mía.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Đoàn Thị Hồng Điểm đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu tuyển chọn giống mía nhập nội năng suất cao, chất lượng tốt và chống chịu hạn cho hai vùng sinh thái nông nghiệp Tây Ninh và Khánh Hòa. Bằng việc kết hợp phương pháp khảo nghiệm đồng ruộng nhiều vụ với chỉ thị phân tử SSR và định lượng biểu hiện gen P5CS, nghiên cứu đã tuyển chọn được hai giống ưu việt là FG05-623 (thích hợp cho Tây Ninh) và FG05-256 (thích hợp cho Khánh Hòa). Công trình đóng góp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy về di truyền học phân tử, tương quan nông học và cơ chế biểu hiện gen chịu hạn, đồng thời cung cấp giải pháp giống cây trồng thiết thực phục vụ tái cơ cấu ngành mía đường tại các vùng chịu tác động của biến đổi khí hậu.
