Tổng quan luận án

Cây khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam) là một trong những cây lương thực và thực phẩm quan trọng trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, diện tích canh tác khoai lang tập trung lớn nhất tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long với quy mô khoảng 10.000 ha. Tuy nhiên, cơ cấu sản xuất tại địa phương phụ thuộc phần lớn vào một giống duy nhất là khoai lang tím HL491 (chiếm trên 70% diện tích). Việc độc canh một giống trong thời gian dài tiềm ẩn nhiều rủi ro về suy thoái giống, bùng phát dịch hại (đặc biệt là bọ hà Cylas formicarius Fabr.) và tính bấp bếnh của thị trường tiêu thụ. Bên cạnh đó, các giống khoai lang tím chứa hàm lượng cao các hợp chất có hoạt tính sinh học quý như anthocyanins, flavonoids và các chất chống oxy hóa, nhưng hàm lượng các hoạt chất này biến động lớn tùy thuộc vào đặc tính di truyền của giống, thời gian sinh trưởng, điều kiện thời tiết và biện pháp kỹ thuật canh tác. Trong thực tế sản xuất, tập quán bón thừa phân đạm, thiếu phân kali, chưa chú trọng phân hữu cơ, kỹ thuật che phủ đất và việc lạm dụng hóa chất ức chế sinh trưởng không đúng quy chuẩn kỹ thuật đã hạn chế năng suất thương phẩm và phẩm chất củ.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: Chưa có nghiên cứu hệ thống đánh giá toàn diện về đặc tính hình thái, đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử và chất lượng dinh dưỡng của tập đoàn giống khoai lang tím tại Đồng bằng sông Cửu Long; thiếu các cơ sở khoa học đồng bộ về biện pháp kỹ thuật canh tác (xác định thời điểm thu hoạch, chế độ dinh dưỡng khoáng kết hợp hữu cơ, sử dụng màng phủ nông nghiệp và hóa chất điều hòa sinh trưởng hexaconazole) nhằm nâng cao năng suất thương phẩm và tích lũy hoạt chất anthocyanins trong củ khoai lang tím phù hợp với điều kiện sinh thái vùng.

Luận án xác định các mục tiêu nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

  1. Sưu tập, đánh giá đặc tính sinh trưởng, đặc điểm hình thái, đa dạng di truyền, năng suất và phẩm chất của 10 dòng/giống khoai lang tím tại điều kiện huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long; từ đó tuyển chọn 1–2 giống khoai lang tím có năng suất cao và phẩm chất tốt bên cạnh giống đối chứng chủ lực của vùng là HL491.
  2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số biện pháp kỹ thuật canh tác (thời điểm thu hoạch, địa điểm canh tác, liều lượng phân bón kali kết hợp phân hữu cơ, sử dụng màng phủ nông nghiệp màu đen, xử lý hóa chất ức chế sinh trưởng hexaconazole) nhằm gia tăng số lượng củ, năng suất thương phẩm, phẩm chất củ và hàm lượng anthocyanins của 03 giống khoai lang tím được chọn.
  3. Xây dựng mô hình canh tác tổng hợp quy mô 1.000 m² cho mỗi giống khoai lang tím được chọn tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long nhằm đạt mục tiêu năng suất trên 30 tấn/ha và đánh giá hiệu quả kinh tế của mô hình so với tập quán canh tác của nông dân.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là 10 dòng/giống khoai lang tím (Ipomoea batatas (L.) Lam), bao gồm:

  • Giống đối chứng: Khoai lang tím Nhật (KLT HL491) thu thập tại xã Thành Lợi, huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long (nguồn gốc nhập nội từ Nhật Bản năm 1997 qua Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc).
  • Hai giống nhập nội từ năm 2014: KLT Nhật Lord (nguồn gốc Nhật Bản) và KLT Malaysia (nguồn gốc Malaysia).
  • Hai giống thu thập trong nước: KLT Ba Vì (thu thập tại Hà Nội) và KLT Dương Ngọc (thu thập tại Sóc Trăng).
  • Năm dòng lai tuyển chọn: KLT OMKL18, KLT OMKL20, KLT OMKL21, KLT OMKL22 và KLT OMKL24 (từ tập đoàn giống của Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long).

Phạm vi nghiên cứu:

  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện tại ấp Thành Phú, xã Thành Lợi, huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long và thị trấn Cù Lao Dung, huyện Cù Lao Dung, tỉnh Sóc Trăng. Phân tích di truyền phân tử được thực hiện tại Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long; các chỉ tiêu hóa sinh, phẩm chất và sinh lý thực vật được phân tích tại Bộ môn Sinh lý Sinh hóa - Khoa Nông nghiệp & Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.
  • Phạm vi thời gian: Các thí nghiệm được tiến hành liên tục từ tháng 4 năm 2015 đến tháng 4 năm 2017 qua các mùa vụ canh tác (mùa mưa và mùa khô).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án tập trung điểm lại các hướng nghiên cứu lớn trong và ngoài nước liên quan đến cây khoai lang:

  1. Nguồn gốc, phân loại thực vật học và đặc tính sinh lý: Cây khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam) thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae), bộ Solanales, có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới châu Mỹ (O’Brien, 1972; Lewthwaite, 2004; Trịnh Xuân Ngọ và Đinh Thế Lộc, 2004). Về mặt di truyền học thực vật, khoai lang là loài lục bội tự nhiên duy nhất hình thành củ ăn được ($2n = 6x = 90$), có độ dị hợp tử rất cao và tính tự bất hợp nghiêm ngặt (Truong et al., 2011; Hu et al., 2003). Quá trình hình thành củ diễn ra từ sự sinh trưởng thứ cấp và lignin hóa của hệ rễ bất định trong tầng đất 5–25 cm (Dương Minh, 1999; Rukundo et al., 2013; Nguyễn Công Tạn và ctv., 2014).

  2. Nghiên cứu nguồn gen và chọn tạo giống khoai lang: Trên thế giới, các nghiên cứu chọn tạo giống giàu anthocyanins đã được thực hiện tại Nhật Bản với các giống Yamagawamurasaki, Ayamurasaki, Murasakimasari (Montilla et al., 2011; Kano et al., 2005) hoặc dòng ST13 tại Ấn Độ. Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Mai Thạch Hoành (2011a, 2011b, 2012), Nguyễn Thế Yên và Đỗ Thị Thu Trang (2012), Nguyễn Văn Kiên và ctv. (2012), Nguyễn Thị Ngọc Huệ và ctv. (2008), Nguyễn Thị Lang và ctv. (2013, 2014) đã tập trung chọn tạo các giống khoai lang ăn lá (KLR1, KLR3, KLR5), giống ăn củ ruột vàng KLC266, các dòng nhập nội HD085, KV85, KLDT2 và dòng lai OMKL thích nghi với điều kiện sinh thái phía Bắc, miền Trung và Đồng bằng sông Cửu Long.

  3. Nghiên cứu kỹ thuật canh tác và dinh dưỡng khoáng: Các công trình của Traynor (2005), Nedunchezhiyan và Ray (2010), Nguyễn Xuân Lai (2011), Huỳnh Ngọc Diễm (2015) chỉ ra rằng mật độ trồng, chiều dài hom giống và thời điểm thu hoạch chi phối trực tiếp đến cấu trúc quần thể và năng suất thương phẩm. Về dinh dưỡng, kali đóng vai trò thiết yếu trong việc kích hoạt các enzyme amylase, invertase, thúc đẩy quá trình đồng hóa và vận chuyển tinh bột về cơ quan dự trữ (Mai Thạch Hoành và Nguyễn Công Vinh, 2003; Uwah et al., 2013; Lê Thị Thanh Hiền, 2016). Việc kết hợp phân hữu cơ (phân chuồng, phân gà, phân vi sinh) với phân vô cơ NPK giúp cải thiện tính chất hóa lý của đất, tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng và nâng cao hàm lượng anthocyanins trong củ (Onwudike, 2010; Agbede và Adekiya, 2011; Parandian và Samavat, 2012; Kareem, 2013; Koala et al., 2013).

  4. Nghiên cứu màng phủ nông nghiệp và hóa chất điều hòa sinh trưởng triazoles: Việc sử dụng màng phủ nông nghiệp giúp kiểm soát cỏ dại, giữ ẩm độ đất, hạn chế thất thoát dinh dưỡng và cải thiện năng suất củ (Ossom et al., 2001; Daniel, 2010; Laurie et al., 2012; Boucher, 2012). Các hợp chất triazoles (paclobutrazol, triadimefon, hexaconazole) có tác dụng ức chế sinh tổng hợp gibberellin, làm ngắn lóng thân, giảm ưu thế ngọn, gia tăng hàm lượng abscisic acid (ABA), diệp lục tố và tăng cường tích lũy các chất chống oxy hóa, anthocyanins trong mô thực vật (Fletcher et al., 2000; Lin et al., 2006; Gopi et al., 2007; Sivakumar et al., 2009, 2010; Kim và Hong, 2012).

  5. Sinh tổng hợp và hoạt tính sinh học của anthocyanins: Anthocyanins trong khoai lang tím chủ yếu là các dẫn xuất mono- hoặc di-acylated của cyanidin và peonidin gắn gốc đường sophoroside qua con đường sinh tổng hợp phenylpropanoid - flavonoid (Kano et al., 2005; Terahara et al., 2004; Montilla et al., 2011). Hoạt tính chống oxy hóa được định lượng thông qua khả năng trung hòa gốc tự do DPPH (Philpott et al., 2004; Kano et al., 2005; Rumbaboa et al., 2007).

Vị trí của luận án: Luận án giải quyết mắt xích còn thiếu tại vùng sản xuất khoai lang trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long bằng cách tích hợp việc sàng lọc nguồn gen bằng chỉ thị phân tử SSR với việc xây dựng một hệ thống giải pháp canh tác hoàn chỉnh (kết hợp phân khoáng NPK, phân hữu cơ Đại Hùng, màng phủ đen và xử lý hexaconazole) nhằm tối ưu hóa đồng thời hai chỉ tiêu: năng suất thương phẩm và hàm lượng các hoạt chất sinh học (anthocyanins, flavonoids) trong thịt củ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết sinh lý học thực vật về sự tương tác giữa nguồn tổng hợp (source - bộ máy quang hợp thân lá) và bồn chứa (sink - rễ củ), con đường sinh tổng hợp các chất biến dưỡng thứ cấp (flavonoids, anthocyanins) và cơ chế tác động của phytohormone. Hoạt chất hexaconazole thuộc nhóm triazoles tác động can thiệp vào con đường isoprenoid, ức chế enzyme ent-kaurene oxidase trong chu trình sinh tổng hợp gibberellins, từ đó kìm hãm sự kéo dài tế bào thân lá, thúc đẩy dòng vận chuyển vật chất đồng hóa từ lá về rễ củ và kích thích quá trình tích lũy sắc tố bảo vệ tế bào.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

Luận án là công trình nghiên cứu thực nghiệm định lượng kết hợp khảo nghiệm đồng ruộng và phân tích trong phòng thí nghiệm.

+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| KHUNG THỰC NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG CỦA LUẬN ÁN                                                          |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
| 1. Khảo nghiệm di truyền & giống (10 dòng/giống):                                                 |
|    - Chỉ thị phân tử SSR (IBSSR14, IBSSR21, IbN18)                                                |
|    - Đánh giá hình thái, năng suất, hóa sinh -> Tuyển chọn 3 giống (HL491, Nhật Lord, Malaysia)   |
| 2. Thử nghiệm kỹ thuật canh tác (3 giống chọn lọc):                                              |
|    - Thời điểm thu hoạch: 100, 120, 140, 160 ngày sau khi trồng (SKT)                             |
|    - Địa điểm sinh thái: Vĩnh Long so với Sóc Trăng                                               |
|    - Dinh dưỡng: NPK (100-80-200 kg/ha) + Phân hữu cơ Đại Hùng (1,1 tấn/ha)                       |
|    - Che phủ: Màng phủ nông nghiệp màu đen                                                        |
|    - Điều hòa sinh trưởng: Hexaconazole (15 mg/L nguyên chất hoặc 100 mg/L Anvil 5SC)             |
| 3. Xây dựng mô hình trình diễn:                                                                   |
|    - Quy mô 1.000 m2/giống tại Bình Tân, Vĩnh Long; đánh giá năng suất và hạch toán kinh tế        |
+---------------------------------------------------------------------------------------------------+
  • Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng: Tất cả các thí nghiệm được bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên (RCBD - Randomized Complete Block Design) với 3 đến 4 lần lặp lại. Mật độ trồng thí nghiệm chuẩn là khoảng 140.000 hom giống/ha (phù hợp tập quán vùng Bình Tân, Vĩnh Long). Kích thước ô thí nghiệm tuân thủ quy chuẩn khảo nghiệm cây có củ.
  • Phương pháp phân tích di truyền phân tử: Trích ly DNA tổng số từ lá non của 10 dòng/giống khoai lang tím. Sử dụng kỹ thuật PCR khuếch đại các đoạn lặp vi vệ tinh với các cặp chỉ thị SSR chuyên biệt cho khoai lang bao gồm IBSSR14, IBSSR21 và IbN18. Sản phẩm khuếch đại được điện di trên gel polyacrylamide/agarose, ghi nhận ma trận nhị phân (0/1), tính toán hệ số tương đồng di truyền và thiết lập giản đồ phân nhóm kiểu gen bằng phần mềm chuyên dụng (NTSYS-pc).
  • Phương pháp thu thập chỉ tiêu sinh trưởng và nông học: Đo chiều dài dây chính (cm), đường kính thân (cm), đếm số nhánh mới, số lá/dây, diện tích lá ($cm^2$), chỉ số diệp lục tố SPAD bằng máy đo SPAD-502 trên lá già và lá trưởng thành, định lượng hàm lượng diệp lục tố $a$ và $b$ ($\mu g/g$ lá tươi) bằng quang phổ kế UV-Vis.
  • Phương pháp đánh giá năng suất: Xác định tổng số củ/$m^2$, số củ thương phẩm/$m^2$, số củ không thương phẩm/$m^2$, khối lượng trung bình củ thương phẩm (g), năng suất thương phẩm (tấn/ha) và tổng năng suất củ (tấn/ha). Phân loại củ thương phẩm dựa trên đường kính củ $> 3$ cm, trọng lượng đạt chuẩn, củ không bị dị dạng, nứt hay sâu bệnh sùng hà.
  • Phương pháp phân tích phẩm chất và hóa sinh:
    • Độ ẩm thịt củ (%) và tỷ lệ chất khô (%) xác định bằng phương pháp sấy mẫu ở $105^\circ\text{C}$ đến khối lượng không đổi.
    • Độ cứng thịt củ ($kgf/mm^2$) đo bằng máy đo độ cứng chuyên dụng.
    • Độ Brix (%) đo bằng khúc xạ kế cầm tay.
    • Hàm lượng tinh bột ($mg/g$ KLCT) và đường tổng số ($mg/g$ KLCT) phân tích bằng phương pháp so màu quang phổ với thuốc thử anthrone/phenol-sulfuric acid.
    • Hàm lượng anthocyanins tổng (%) trích ly bằng dung môi ethanol acid hóa và đo quang phổ kế.
    • Hàm lượng flavonoids tổng ($mg\text{ QE}/100g$ KLCT) xác định theo phương pháp so màu với nhôm clorua, quy về đương lượng quercetin (QE).
    • Hàm lượng khoáng N-P-K tổng số (%) trong thân lá và thịt củ xác định bằng phương pháp vô cơ hóa mẫu và đo trên hệ thống phân tích tiêu chuẩn.
  • Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thu thập được quản lý bằng Microsoft Excel và xử lý thống kê phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định sự khác biệt giữa các nghiệm thức bằng trắc nghiệm Duncan/LSD ở mức ý nghĩa $p < 0,05$ và $p < 0,01$ trên phần mềm SAS hoặc SPSS.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 trình bày tổng quan về tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu nghiên cứu cụ thể, đối tượng, phạm vi nghiên cứu không gian - thời gian, các nội dung nghiên cứu chính, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn và những điểm mới cốt lõi của luận án.

Chương 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng thuật chi tiết 5 nhóm nội dung chính:

  • Nguồn gốc lịch sử, phân loại thực vật học, chu kỳ sinh trưởng 4 giai đoạn (mọc mầm ra rễ; phân nhánh hình thành củ; sinh trưởng đồng hành thân lá - củ; phát triển tích lũy củ) và yêu cầu sinh thái (nhiệt độ tối hảo $20-30^\circ\text{C}$, ẩm độ đất $60-75%$, pH đất $5,5-6,5$).
  • Giá trị dinh dưỡng, kinh tế, protein dự trữ sporamin và các hoạt tính dược học của khoai lang.
  • Tình hình nghiên cứu di truyền và chọn giống khoai lang trên thế giới và tại Việt Nam.
  • Các biện pháp kỹ thuật canh tác: Kỹ thuật nhân giống, mật độ trồng (dao động từ 25.000 đến 140.000 hom/ha), quản lý bọ hà (Cylas formicarius), sử dụng màng phủ nông nghiệp, chế độ dinh dưỡng khoáng N-P-K, vai trò của canxi và phân hữu cơ sinh học.
  • Ứng dụng các hợp chất triazoles (đặc biệt là hexaconazole) trong điều hòa sinh trưởng cây có củ và các con đường sinh tổng hợp, cấu trúc hóa học của các phân tử anthocyanins trong khoai lang tím.

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết địa điểm, thời gian, điều kiện thổ nhưỡng của đất thí nghiệm tại Vĩnh Long (đất phù sa ven sông) và Sóc Trăng (Bảng 3.1); danh mục hóa chất, vật tư, trang thiết bị; quy trình bố trí 6 thí nghiệm chuyên đề và 1 mô hình tổng hợp 1.000 m²; phương pháp ghi nhận các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất, phẩm chất; các công thức tính toán và phương pháp xử lý thống kê sinh học.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

4.1. Đặc tính sinh trưởng, đặc tính di truyền, năng suất và phẩm chất của 10 dòng/giống khoai lang tím

  • Đặc điểm hình thái và giải phẫu: 10 dòng/giống thể hiện sự phân hóa rõ về hình dạng lá (từ nguyên hình tim đến chia thùy sâu), màu sắc đọt non (xanh, tím ở gốc lá hoặc tím toàn phần), màu sắc thân dây và mật độ khí khổng trên bề mặt lá (Hình 4.1, Hình 4.2).
  • Đa dạng di truyền phân tử: Kết quả khuếch đại DNA bằng các cặp chỉ thị vi vệ tinh SSR (IBSSR14, IBSSR21, IbN18) cho thấy 10 dòng/giống có hệ số tương đồng di truyền dao động từ 42% đến 100% (Hình 4.3, Hình 4.4). Giản đồ phân nhóm đã phân tách rõ các dòng/giống thành các phân nhóm di truyền tương ứng với nguồn gốc xuất xứ.
  • Năng suất và phẩm chất: Trong tập đoàn khảo sát tại Vĩnh Long năm 2015, giống KLT Malaysia đạt tổng năng suất và năng suất thương phẩm cao nhất; KLT Nhật Lord nổi trội về tỷ lệ chất khô và hàm lượng tinh bột; giống KLT HL491 có hàm lượng anthocyanins và flavonoids cao nhất (Bảng 4.8, Bảng 4.9). Trên cơ sở đó, 03 giống KLT HL491, KLT Nhật Lord và KLT Malaysia được chọn để tiếp tục nghiên cứu sâu ở các nội dung tiếp theo.
Dòng/Giống KLT Năng suất thương phẩm (tấn/ha) Tổng năng suất (tấn/ha) Hàm lượng tinh bột (mg/g KLCT) Anthocyanins (%) Flavonoids (mg QE/100g KLCT)
KLT HL491 (ĐC) Khá Khá Trung bình Cao nhất Cao nhất
KLT Nhật Lord Khá - Cao Khá - Cao Cao nhất Trung bình Trung bình
KLT Malaysia Cao nhất Cao nhất Khá Khá Khá
7 dòng/giống còn lại Trung bình Trung bình Biến động Thấp - Trung bình Thấp - Trung bình

(Nguồn: Tổng hợp từ Bảng 4.8 và Bảng 4.9 của luận án)

4.2. Ảnh hưởng của thời điểm thu hoạch đến năng suất và phẩm chất ba giống khoai lang tím

  • Động thái sinh khối và năng suất: Khối lượng thân lá đạt đỉnh ở giai đoạn 90–120 ngày sau khi trồng (SKT), sau đó giảm dần do chuyển hóa vật chất nuôi củ (Hình 4.6).
  • Năng suất thương phẩm của cả 3 giống đạt giá trị cao nhất tại thời điểm 140 ngày SKT (Bảng 4.10).
  • Phẩm chất theo thời gian thu hoạch: Khi kéo dài thời gian đến 160 ngày SKT, hàm lượng tinh bột và tỷ lệ chất khô tiếp tục tích lũy gia tăng, hàm lượng anthocyanins đạt đỉnh cao nhất (Bảng 4.11, Hình 4.10, Hình 4.11). Tuy nhiên, việc thu hoạch ở 160 ngày SKT làm giảm tỷ lệ củ thương phẩm do xuất hiện hiện tượng củ phát triển quá cỡ, nứt củ và gia tăng tỷ lệ củ bị bọ hà (sùng) gây hại (Hình 4.8, Hình 4.9).

4.3. Đặc tính sinh trưởng, năng suất và phẩm chất ba giống khoai lang tím tại Vĩnh Long và Sóc Trăng

  • Khảo nghiệm so sánh tại xã Thành Lợi (Bình Tân, Vĩnh Long) và thị trấn Cù Lao Dung (Cù Lao Dung, Sóc Trăng) cho thấy điều kiện đất đai và khí hậu tại Vĩnh Long thích hợp hơn cho sự sinh trưởng thân lá, phát triển củ và tích lũy chất lượng thương phẩm của cả 3 giống khoai lang tím (Bảng 4.12 đến Bảng 4.20).
  • Giống KLT Malaysia thích nghi tốt ở cả hai vùng sinh thái, đạt năng suất vượt trội so với giống HL491 và Nhật Lord (Hình 4.12).

4.4. Ảnh hưởng của các liều lượng phân kali đến năng suất và phẩm chất ba giống khoai lang tím

  • Bổ sung phân hữu cơ sinh học Đại Hùng 323 (liều lượng 1,1 tấn/ha) kết hợp với công thức phân khoáng NPK cân đối 100-80-200 kg/ha (hoặc mức cung cấp kali từ 200 đến 250 kg $\text{K}_2\text{O}$/ha) đem lại hiệu quả cao nhất (Bảng 4.21 đến Bảng 4.31).
  • Nghiệm thức này làm tăng chỉ số SPAD, tăng khối lượng thân lá, tăng số củ thương phẩm/$m^2$, nâng cao năng suất thương phẩm và tổng năng suất, đồng thời làm tăng rõ rệt hàm lượng chất khô, đường tổng số, tinh bột, anthocyanins, flavonoids cũng như tỷ lệ tích lũy N-P-K trong mô củ và thân lá.

4.5. Hiệu quả của việc sử dụng màng phủ đến năng suất và phẩm chất của ba giống khoai lang tím

  • Sử dụng màng phủ nông nghiệp màu đen giúp giữ ẩm, ổn định nhiệt độ tầng đất mặt và kiểm soát hoàn toàn cỏ dại (Bảng 4.32 đến Bảng 4.39).
  • Kết quả ghi nhận nghiệm thức che màng phủ đen giúp tăng diện tích lá, tăng khối lượng trung bình củ thương phẩm, tăng năng suất củ thương phẩm và tổng năng suất củ; đồng thời gia tăng tỷ lệ chất khô và hàm lượng tinh bột trong củ của cả 3 giống so với đối chứng không sử dụng màng phủ.

4.6. Ảnh hưởng của hexaconazole đến đặc tính sinh trưởng, khả năng hình thành củ, năng suất và phẩm chất

  • Phun chất ức chế sinh trưởng hexaconazole giúp hạn chế chiều dài thân chính, giảm chiều dài lóng thân và cuống lá, tăng chỉ số diệp lục tố SPAD trên lá (Bảng 4.40 đến Bảng 4.44).
  • Xử lý hexaconazole ở nồng độ 15 mg/L (dạng Hexaconazole nguyên chất Sigma) hoặc 100 mg/L (dạng chế phẩm thương mại Anvil 5SC của Syngenta) tại các thời điểm 40, 55 và 70 ngày SKT (hoặc xử lý hai lần ở 40 và 70 ngày SKT) kích thích mạnh quá trình hình thành củ, làm tăng số lượng củ/cây, năng suất thương phẩm đạt trên 26 tấn/ha, tổng năng suất đạt trên 30 tấn/ha, đồng thời làm tăng hàm lượng anthocyanins và flavonoids trong thịt củ so với đối chứng không phun (Bảng 4.45 đến Bảng 4.50, Hình 4.13).

4.7. Kết quả xây dựng mô hình canh tác cho giống khoai lang tím

  • Mô hình trình diễn 1.000 m²: Ứng dụng quy trình kỹ thuật tổng hợp (màng phủ đen, bón lót phân hữu cơ 1,1 tấn/ha + NPK 100-80-200 kg/ha, phun Anvil 5SC nồng độ 100 mg/L ở 40 và 70 ngày SKT, thu hoạch lúc 140 ngày SKT) trong mùa khô tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long.
  • Kết quả: Năng suất của cả 3 giống đều vượt 30 tấn/ha, trong đó giống KLT Malaysia đạt năng suất kỷ lục trên 60 tấn/ha, hai giống HL491 và Nhật Lord đạt trên 35 tấn/ha (Bảng 4.51, Bảng 4.52).
  • Ảnh hưởng của lượng mưa: Luận án chỉ ra rằng canh tác trong mùa khô cho năng suất củ cao hơn mùa mưa. Lượng mưa trung bình và đặc biệt là lượng mưa lớn trong tháng thứ 2 sau khi trồng (thời kỳ phân hóa rễ củ) có mối tương quan nghịch với năng suất củ do gây ứ đọng nước, thiếu khí và ức chế sự phình to của rễ củ (Hình 4.14, Hình 4.15).
  • Hiệu quả kinh tế: Mô hình canh tác mới mang lại lợi nhuận và tỷ suất lợi nhuận trên chi phí cao hơn hẳn so với mô hình canh tác truyền thống của nông dân địa phương (Bảng 4.53).
Giống khoai lang tím Năng suất mô hình ($1.000\text{ m}^2$) Tỷ lệ chất khô (%) Tinh bột (mg/g KLCT) Anthocyanins (%)
KLT Malaysia $> 60\text{ tấn/ha}$ Cao Cao Khá
KLT HL491 (ĐC) $> 35\text{ tấn/ha}$ Khá Khá Cao nhất
KLT Nhật Lord $> 35\text{ tấn/ha}$ Cao nhất Cao nhất Khá

(Nguồn: Dữ liệu tổng hợp từ Bảng 4.51 và Bảng 4.52 của luận án)

Chương 5: Kết luận và đề xuất

Chương 5 tóm tắt các phát hiện chính của luận án về sự đa dạng di truyền của tập đoàn giống, tiềm năng của các giống mới (Malaysia, Nhật Lord), các mốc kỹ thuật cốt lõi (thu hoạch 140 ngày SKT, bón NPK 100-80-200 kết hợp 1,1 tấn hữu cơ/ha, che màng phủ đen, phun hexaconazole 15 mg/L nguyên chất hoặc 100 mg/L Anvil 5SC) và đưa ra các đề xuất cụ thể nhằm nhân rộng mô hình ra sản xuất đại trà.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học

  • Đã cung cấp dữ liệu khoa học có hệ thống về đặc điểm nông sinh học, hình thái và tính đa dạng di truyền ở mức độ phân tử thông qua các chỉ thị SSR (IBSSR14, IBSSR21, IbN18) của 10 dòng/giống khoai lang tím tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, xác định biên độ đồng dạng di truyền từ 42% đến 100%.
  • Làm sáng tỏ quy luật tích lũy sinh khối, tinh bột, chất khô và động thái tích lũy các hoạt chất sinh học (anthocyanins, flavonoids) theo các giai đoạn sinh trưởng của khoai lang tím.
  • Xác lập cơ chế tác động tích cực của hoạt chất ức chế sinh trưởng hexaconazole trong việc làm giảm chiều dài thân lá, chuyển dịch chất đồng hóa kích thích hình thành rễ củ, tăng năng suất và gia tăng hàm lượng anthocyanins trong mô củ.
  • Cung cấp bằng chứng thực nghiệm về ảnh hưởng bất lợi của lượng mưa cao trong giai đoạn tháng thứ hai sau khi trồng đối với quá trình phân hóa và hình thành rễ củ khoai lang.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất

  • Đã tuyển chọn và đề xuất được 02 giống khoai lang tím mới có triển vọng vượt trội đưa vào cơ cấu sản xuất tại Đồng bằng sông Cửu Long bên cạnh giống truyền thống HL491:
    • Giống KLT Malaysia: Cho số lượng củ/cây nhiều, năng suất thương phẩm và tổng năng suất rất cao (đạt $> 60\text{ tấn/ha}$ trong mô hình vụ khô).
    • Giống KLT Nhật Lord: Sinh trưởng khỏe, củ có hàm lượng chất khô và hàm lượng tinh bột cao nhất, đáp ứng yêu cầu chế biến công nghiệp.
  • Xây dựng quy trình kỹ thuật canh tác đồng bộ nâng cao năng suất và chất lượng củ khoai lang tím:
    • Thời vụ và thời điểm thu hoạch: Ưu tiên canh tác trong mùa khô; thời điểm thu hoạch tối ưu cho năng suất thương phẩm cao nhất là 140 ngày sau khi trồng.
    • Chế độ bón phân: Bón lót phân hữu cơ sinh học Đại Hùng 323 với liều lượng 1,10 tấn/ha trước khi đặt dây giống; bón phân vô cơ theo tỷ lệ NPK cân đối ở mức 100-80-200 kg/ha (bổ sung kali ở mức 200–250 kg $\text{K}_2\text{O}$/ha).
    • Kỹ thuật che phủ: Sử dụng màng phủ nông nghiệp màu đen giúp gia tăng tỷ lệ chất khô, hàm lượng tinh bột và năng suất củ.
    • Xử lý điều hòa sinh trưởng: Phun hexaconazole nồng độ 15 mg/L ở dạng hoạt chất nguyên chất hoặc 100 mg/L ở dạng chế phẩm Anvil 5SC vào các giai đoạn 40, 55 và 70 ngày sau khi trồng (hoặc ở 40 và 70 ngày SKT) để hạn chế vươn dây, kích thích củ phình to, đạt năng suất thương phẩm trên 26 tấn/ha và tăng hàm lượng sắc tố anthocyanins.
  • Chuyển giao thành công mô hình canh tác thực nghiệm quy mô 1.000 m²/giống tại huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long đạt năng suất $> 60\text{ tấn/ha}$ đối với giống KLT Malaysia và $> 30-35\text{ tấn/ha}$ đối với các giống còn lại, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho người trồng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án

  • Khảo nghiệm đồng ruộng và mô hình ứng dụng mới chỉ được thực hiện tập trung tại hai địa bàn thuộc tỉnh Vĩnh Long (vùng chuyên canh đất phù sa) và Sóc Trăng (vùng đất giồng/cù lao ven sông), chưa mở rộng khảo nghiệm trên các vùng đất phèn nhẹ hoặc các tiểu vùng sinh thái khác của Đồng bằng sông Cửu Long.
  • Tập đoàn giống khảo sát ban đầu gồm 10 dòng/giống, số lượng chỉ thị phân tử SSR sử dụng còn giới hạn ở một số cặp mồi đặc trưng (IBSSR14, IBSSR21, IbN18).
  • Nghiên cứu xử lý hóa chất hexaconazole mới đánh giá hiệu quả sinh học trên đồng ruộng và phẩm chất củ, chưa đi sâu khảo sát chi tiết động thái suy giảm dư lượng thuốc bảo vệ thực vật theo các khoảng thời gian cách ly khác nhau trước thu hoạch.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Tiếp tục khảo nghiệm diện rộng 02 giống KLT Malaysia và Nhật Lord trên các vùng đất và mùa vụ khác nhau tại các tỉnh ĐBSCL để đánh giá tính ổn định năng suất và khả năng chống chịu sâu bệnh hại.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình bảo quản tươi và công nghệ sau thu hoạch nhằm giảm thiểu tổn thất củ sau 140 ngày SKT.
  • Nghiên cứu quy trình công nghệ trích ly, tinh sạch và đa dạng hóa các sản phẩm giá trị gia tăng từ nguồn hoạt chất anthocyanins có trong củ khoai lang tím HL491 và các giống mới.
  • Khảo sát sâu hơn về dư lượng hoạt chất bảo vệ thực vật và an toàn nông sản khi sử dụng chế phẩm triazoles trong canh tác cây có củ theo tiêu chuẩn VietGAP/GlobalGAP.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho nhiều đối tượng trong lĩnh vực nông nghiệp và khoa học cây trồng:

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Cây trồng, Nông học, Sinh lý - Sinh hóa thực vật, Công nghệ Sinh học: Luận án cung cấp phương pháp luận chuẩn xác về bố trí thí nghiệm cây có củ, quy trình ứng dụng chỉ thị phân tử SSR phân tích đa dạng di truyền loài lục bội, các kỹ thuật hóa sinh định lượng anthocyanins, flavonoids, tinh bột và phân tích mối quan hệ sinh lý nguồn - bồn (source - sink).
  • Đối với cán bộ khuyến nông và nhà quản lý nông nghiệp: Cung cấp luận cứ khoa học để quy hoạch cơ cấu giống khoai lang tím, giảm thiểu rủi ro độc canh giống HL491 tại Vĩnh Long và các tỉnh lân cận; hướng dẫn chuyển giao quy trình kỹ thuật canh tác tiên tiến (màng phủ đen, phân bón cân đối K-hữu cơ, kiểm soát sinh trưởng) cho nông dân.
  • Đối với các doanh nghiệp chế biến thực phẩm và dược liệu: Luận án cung cấp các thông số chi tiết về hàm lượng tinh bột, chất khô và hàm lượng sắc tố anthocyanins/flavonoids của từng giống tại từng thời điểm thu hoạch, phục vụ trực tiếp cho việc lựa chọn nguyên liệu chế biến bột dinh dưỡng hoặc trích ly hoạt chất màu tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã tuyển chọn được những giống khoai lang tím nào từ 10 dòng/giống ban đầu và ưu thế của từng giống là gì?
Luận án đã tuyển chọn được 03 giống để nghiên cứu chuyên sâu, bao gồm giống đối chứng KLT HL491 và 02 giống mới là KLT Malaysia và KLT Nhật Lord. Ưu thế nổi bật của từng giống:

  • KLT Malaysia: Năng suất củ thương phẩm và tổng năng suất cao nhất trong tập đoàn giống (đạt trên 60 tấn/ha trong mô hình mùa khô).
  • KLT Nhật Lord: Có hàm lượng chất khô và hàm lượng tinh bột trong thịt củ cao nhất, phù hợp cho chế biến.
  • KLT HL491: Có hàm lượng sắc tố anthocyanins tổng số và hàm lượng flavonoids trong thịt củ cao nhất.

2. Thời điểm thu hoạch nào cho năng suất thương phẩm tối ưu và thời điểm nào củ đạt hàm lượng anthocyanins cao nhất?
Năng suất thương phẩm của cả 03 giống khoai lang tím đạt cao nhất tại thời điểm 140 ngày sau khi trồng (SKT). Trong khi đó, hàm lượng anthocyanins, tinh bột và tỷ lệ chất khô trong thịt củ tiếp tục tích lũy và đạt đỉnh cao nhất ở thời điểm 160 ngày SKT. Tuy nhiên, thu hoạch ở 160 ngày SKT làm giảm giá trị thương phẩm do củ bị nứt, quá cỡ và tăng tỷ lệ gây hại của bọ hà (sùng).

3. Công thức phân bón nào được luận án xác định là tối ưu cho sinh trưởng và chất lượng khoai lang tím?
Công thức bón lót phân hữu cơ sinh học Đại Hùng 323 với liều lượng 1,10 tấn/ha kết hợp với phân vô cơ theo tỷ lệ NPK là 100-80-200 kg/ha (bổ sung kali ở mức 200 đến 250 kg $\text{K}_2\text{O}$/ha) cho hiệu quả cao nhất. Công thức này giúp nâng cao số lượng củ thương phẩm, tăng năng suất củ, tăng hàm lượng đường tổng số, anthocyanins, flavonoids và hàm lượng dưỡng chất N-P-K tích lũy trong củ và thân lá.

4. Hoạt chất hexaconazole được sử dụng với nồng độ và thời điểm nào để kích thích tạo củ khoai lang tím?
Hexaconazole được khuyến nghị phun ở nồng độ 15 mg/L (dạng hoạt chất nguyên chất Sigma) hoặc 100 mg/L (dạng thương phẩm Anvil 5SC) tại các thời điểm 40, 55 và 70 ngày sau khi trồng (hoặc phun 2 lần vào thời điểm 40 và 70 ngày SKT). Xử lý này giúp khống chế chiều dài thân dây, tăng chỉ số SPAD lá, kích thích hình thành củ, giúp năng suất thương phẩm đạt trên 26 tấn/ha, tổng năng suất trên 30 tấn/ha và gia tăng tích lũy anthocyanins, flavonoids trong củ.

5. Yếu tố khí tượng nào trong thời gian canh tác ảnh hưởng bất lợi nhất đến năng suất củ khoai lang tím?
Lượng mưa lớn trong thời gian canh tác, đặc biệt là mưa nhiều vào tháng thứ hai sau khi trồng (giai đoạn cây phân nhánh và phân hóa hình thành rễ củ), có tương quan nghịch rõ rệt với năng suất củ. Mưa nhiều gây thừa ẩm, làm giảm độ thoáng khí trong đất, cản trở quá trình hình thành rễ củ và kích thích thân lá phát triển quá mức làm giảm năng suất củ. Do đó, canh tác trong mùa khô mang lại năng suất cao hơn mùa mưa.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Phương Thảo đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu đặt ra, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc về nguồn gen và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai lang tím tại Đồng bằng sông Cửu Long. Công trình đã đánh giá thành công đa dạng di truyền của 10 dòng/giống khoai lang tím bằng chỉ thị SSR và tuyển chọn được 02 giống triển vọng mới là KLT Malaysia (năng suất cao) và KLT Nhật Lord (tinh bột và chất khô cao) bổ sung cho giống HL491. Đồng thời, luận án đã xây dựng hoàn chỉnh gói kỹ thuật đồng bộ bao gồm thời vụ mùa khô, thu hoạch ở 140 ngày sau khi trồng, bón lót phân hữu cơ Đại Hùng (1,1 tấn/ha) kết hợp NPK 100-80-200 kg/ha, che phủ màng phủ đen và xử lý hexaconazole (Anvil 5SC 100 mg/L), giúp mô hình trình diễn đạt năng suất vượt trội từ 35 đến trên 60 tấn/ha. Kết quả nghiên cứu có giá trị ứng dụng thực tiễn cao, đóng góp quan trọng vào sự phát triển bền vững của ngành sản xuất khoai lang tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.