Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1. Nguồn gốc phân loại của cây lúa Cây lúa thuộc ngành thực vật có hoa Angiospermae, nằm trong lớp một lá mầm Monocotyledones, thuộc bộ hoà thảo có hoa Graminales, họ hoà thảo Graminae và chi Oryza [Nguyễn Văn Hoan, 2006]. Chi Oryza gồm có các loài hàng niên và đa niên. là loài được phân bố rộng trên toàn thế giới, chiếm ưu thế trong sản xuất và tiêu thụ bởi có tiềm năng sản xuất cao hơn so với loài O.
Theo nghiên cứu của Chang năm 2005, lúa trồng Oryza sativa được tiến hoá từ cây lúa dại hằng năm Oryza nivara. Lúa trồng Oryza sativa tiếp tục tiến hoá theo ba nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích ứng với khí hậu lạnh và Javanica có đặc tính trung gian [Chang T. Nghiên cứu của Civáň P. và cộng sự (2019) cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại Oryza rufipogon.
Năm 2008, khi nghiên cứu di truyền tiến hoá của 201 giống lúa, bao gồm cả lúa trồng và lúa dại, Cheng và cộng sự đã chia loài lúa trồng Oryza sativa thành hai nhóm tương ứng với hai loài phụ là Indica và Japonica [Chen.S và cộng sự, 2008]. Trải qua một quá trình tiến hóa lâu dài cây lúa Châu Á đã có nhiều sự thay đổi để thích ứng với các biến đổi của môi trường khác nhau. Dựa vào sự khác nhau về hình thái như thân, lá, hạt và thành phần cấu tạo hạt, đặc biệt là hàm lượng amyloza, amylopectin, khả năng chịu hạn, chịu lạnh …cây lúa châu Á được phân chia thành ba nhóm chính bao gồm Indica, Japonica (Sinica) và Javanica [Civáň P. và cộng sự, 2015].
Giống lúa Japonica có khả năng chịu lạnh, ngưỡng nhiệt độ thấp cho sinh trưởng là xung quanh 150C, thường được trồng ở vùng ôn đới; khả năng thâm canh cao, chống đổ tốt nên có tiềm năng năng suất cao, cơm dẻo, ít nở [Civáň P. và cộng sự, 2015]. Lúa Japonica thích nghi với điều kiện thâm canh, chịu thâm canh tốt, nên 5 luan an có khả năng cho năng suất cao. Các giống lúa Japonica có chất lượng gạo cao hơn các giống lúa Indica hoặc dạng hình trung gian khác do: Hàm lượng protein khá cao, hàm lượng amylose thấp (14 - 18%) và chứa amylopectin, nên khi nấu cơm, gạo của lúa Japonica thường mềm, dẻo và ẩm hơn [Hoàng Tuyết Minh và cộng sự, 2013].
Giống Indica: thường trồng ở vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, cơm khô; chịu thâm canh kém, dễ đổ ngã, chống chịu được nhiều loại sâu bệnh nhiệt đới. Giống Javanica: có tính chất trung gian giữa lúa Indica và Japonica. Đặc điểm: hạt to, thường có râu, vỏ trấu có lông dài, ít gié; cây cao, thân cây thẳng đứng, chịu hạn; có hàm lượng amylose cao [Chang T. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và Việt Nam 1.
Tình hình sản xuất lúa trên thế giới Lúa là một trong ba loại cây ngũ cốc quan trọng nhất trên thế giới, giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu và đảm bảo an ninh lương thực trên toàn thế giới ở hiện tại và trong tương lai. Cây lúa được trồng ở tất cả 06 lục địa trên thế giới bao gồm: Châu Á, Châu Phi, Châu Úc, Châu Âu, Bắc Mỹ và Nam Mỹ. Diện tích, năng suất và sản lượng lúa trên thế giới từ năm 1990- 2019 Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) 1990 146,9 3,53 518,6 2000 154,0 3,89 598,7 2010 160,3 4,33 694,0 2011 161,2 4,46 719,1 2012 160,8 4,52 727,7 2013 163,0 4,49 731,8 2014 161,9 4,51 730,8 2015 160,2 4,57 731,9 2016 162,5 4,55 739,5 2017 164,9 4,56 751,7 2018 165,5 4,61 762,8 2019 162,1 4,67 755,5 6 luan an Nguồn: Faostat, 2020 - Về diện tích: Theo thống kê của FAO, diện tích gieo trồng lúa trên thế giới tại thời điểm năm 1990 là 146,9 triệu ha, năm 2000 là 154,0 triệu ha và đến năm 2010 là 160,3 triệu ha. Như vậy, sau 20 năm (1990 - 2010) diện tích trồng lúa đã tăng lên 13,4 triệu ha tương ứng 9,12%.
Tuy nhiên, ở giai đoạn 2010 - 2019 diện tích trồng lúa trên thế giới có xu hướng ổn định, với mức dao động không đáng kể (trên dưới 162,5 triệu ha) [Faostat, 2020]. Theo thống kê của FAO năm 2020 Ấn Độ là nước có diện tích trồng lúa lớn nhất thế giới. Trung Quốc là nước đứng thứ hai sau Ấn Độ về diện tích trồng lúa, chiếm 18,48% diện tích lúa toàn cầu [Faostat, 2020]. Diện tích trồng lúa của một số quốc gia trên thế giới, 2019 (Faostat, 2020) - Về năng suất: Nhìn chung, năng suất lúa toàn thế giới còn thấp nhưng có xu hướng tăng lên theo thời gian.
Cụ thể, vào năm 1990, năng suất lúa chỉ đạt trung bình 3,53 tấn/ha, đến năm 2000 giá trị này đã tăng lên 3,89 tấn/ha. Trong giai đoạn từ 2010 - 2019, năng suất lúa đạt bình quân là 4,53 tấn/ha, tăng 28,69% so với thời điểm 1990 [Faostat, 2020]. 7 luan an Hình 1. Năng suất lúa của một số quốc gia trên thế giới năm 2019 (Faostat, 2020) - Về sản lượng Sự gia tăng về diện tích và năng suất là những nguyên nhân chính thúc đẩy sự gia tăng về sản lượng lúa trên toàn cầu.
Năm 1961, sản lượng lúa thế giới là 215,64 triệu tấn/năm; đến năm 1989 sản lượng này là 514,42 triệu tấn/năm (đạt 138,55% so với năm 1961 và năm 2019 là 755,47 triệu tấn/năm (tăng 250,32%) [Faostat, 2020]. Sản lượng lúa toàn cầu năm 2019 (Faostat, 2020) 8 luan an Năm 2019, châu Á là châu lục có sản lượng lúa cao nhất thế giới với 677,27 triệu tấn/năm, chiếm tới 89,65% tổng sản lượng lúa toàn cầu; tiếp đến là châu Phi là 38,77 triệu tấn/năm và châu Mỹ là 35,32 triệu tấn/năm, tương ứng chiếm 5,1% và 4,67% tổng sản lượng lúa trên thế giới [Faostat, 2020]. Tình hình sản xuất lúa ở Việt Nam Cây lúa đã gắn bó hằng nghìn năm với con người Việt Nam, việc chọn tạo giống lúa chất lượng đáp ứng xuất khẩu và đáp ứng mở rộng vùng sản xuất hàng hoá chất lượng cao là nhiệm vụ lớn của các nhà tạo giống [Bộ NN và PTNT, 2021]. Số liệu thống kê năm 2019 cho thấy, Việt Nam là quốc gia có diện tích trồng lúa xếp thứ 6 với 7469,9 nghìn ha, năng suất xếp thứ 27 với 5,82 tấn/ha, sản lượng xếp thứ 5 trên thế giới với 43,45 triệu tấn/ha [Faostat, 2020].
Diện tích lúa chất lượng ở Việt Nam chiếm khoảng 1,2% tổng diện tích lúa toàn quốc (khoảng 80.000 ha), trong đó diện tích ở vụ Xuân khoảng 30.000 ha, vụ Mùa khoảng 50. Theo nghiên cứu của tác giả Lê Vĩnh Thảo và cộng sự (2009), ở miền Bắc (Nam Định và Thái Bình là vùng trồng lúa chất lượng lớn nhất, chiếm khoảng 30% toàn vùng (15. Theo nghiên cứu này, tác giả đã thực hiện phân loại 643 giống lúa chất lượng đại diện cho các hệ sinh thái của Việt Nam, và đã phát hiện giống lúa Indica chiếm 91,2% nguồn gen lúa của Việt Nam, giống Japonica chiếm 6,8%, giống lúa lai chiếm 0,7% và 1,3% giống còn lại chưa được phân loại [Lê Vĩnh Thảo và cộng sự, năm 2009]. 9 luan an Bảng 1.
Diện tích, năng suất, sản lượng lúa Việt Nam từ 1990 - 2019 Năm Diện tích (nghìn ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn) 1990 6042,8 3,12 19,23 1995 6765,6 3,69 24,96 2000 7666,3 4,24 32,53 2009 7437,2 5,24 38,95 2010 7489,4 5,34 40,01 2011 7655,4 5,54 42,40 2012 7761,3 5,64 43,73 2013 7902,8 5,57 44,04 2014 7816,4 5,75 44,97 2015 7828,6 5,76 45,09 2016 7734,7 5,57 43,11 2017 7708,5 5,55 42,76 2018 7570,7 5,82 44,05 2019 7469,9 5,82 43,45 Nguồn: Faostat, 2020 Các giống lúa chất lượng Việt Nam được phân bố rộng từ Bắc vào Nam, từ đồng bằng đến miền núi. Giống lúa chất lượng ở miền Bắc được chia thành hai nhóm: Lúa tẻ thơm và lúa lai thơm. Hiện nay, nhiều giống lúa chất lượng, có dạng thấp cây, hạt màu vàng đến nâu, cơm thơm, ngon, đã được đưa vào sản xuất như HT1, LT2, Bắc thơm 7, HQ19, Nghi hương 305.Phần lớn các giống này đều có năng suất cao và bố trí sản xuất được hai vụ trong năm. Chính vì vậy, diện tích trồng lúa chất lượng của cả nước ngày càng mở rộng.
Đây là nguyên nhân khiến cho lượng gạo xuất khẩu của Việt Nam đứng thứ ba thế giới. Sản lượng và giá trị xuất khẩu gạo cả năm 2020 đạt 6,15 triệu tấn và 3,07 tỉ USD, giảm 3,5% về sản lượng nhưng tăng 9,3% về giá trị so với năm 2019 [Faostat, 2020]. Những nghiên cứu về đặc điểm nông sinh học của cây lúa 1. Nghiên cứu về thời gian sinh trưởng Thời gian sinh trưởng của cây lúa gồm hai giai đoạn là sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực.
Các giống lúa có thời gian sinh trưởng quá ngắn thì sinh trưởng sinh dưỡng hạn chế nên không thể cho năng suất cao, ngược lại các giống lúa có thời gian sinh trưởng quá dài thường cho năng suất thấp do bị ảnh hưởng nhiều bởi các điều kiện ngoại cảnh bất lợi và dễ bị lốp đổ [ Ahn, S., và cộng sự, 2008]. Thời gian sinh trưởng của lúa chịu ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường như: Thời gian chiếu sáng/ngày, nhiệt độ và điều kiện đất. Thực hiện nghiên cứu di truyền thông qua việc tạo các đột biến làm mất tính cảm ứng quang chu kỳ ở một số giống lúa thơm đặc sản miền Bắc, Nguyễn Xuân Dũng và cộng sự (2010) xác nhận 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, được di truyền theo định luật Mendel trong lai đơn. 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, gen cộng tính và siêu trội điều khiển tính trạng thời gian sinh trưởng.
Trong những năm gần đây nhiều nhà khoa học của các nước tiên tiến đã xác định được gen quy định thời gian sinh trưởng của cây lúa [Gao H. và cộng sự, 2014; Chen J. và cộng sự, 2014]. Một số gen rất có ý nghĩa trong việc nghiên cứu chọn tạo giống lúa, điển hình như gen Hd1, Hd3, là gen điều chỉnh thời gian sinh trưởng của cây lúa trong các điều kiện sinh thái khác nhau, với thời gian sinh trưởng dao động khoảng 100 ngày [Qin, M., và cộng sự 2015].
Hiện nay xu hướng sản xuất lúa được khuyến cáo là sử dụng các giống lúa ngắn ngày, chất lượng, chống chịu sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất thuận, phù hợp với cơ cấu xuân muộn - mùa sớm [Bộ NN và PTNT, 2021].