Tổng quan nghiên cứu

Đất bị ảnh hưởng bởi độ mặn chiếm khoảng 380 triệu hecta, tương đương hơn 20% diện tích đất canh tác toàn cầu, với 60 triệu hecta là đất mặn do thủy cấp và thiếu nước tưới. Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), vùng trồng lúa bị nhiễm mặn ước khoảng 700 nghìn hecta, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất lúa. Đặc biệt, cây lúa (Oryza sativa) là loại cây lương thực dễ bị tổn thương bởi mặn, nhất là trong giai đoạn mạ non. Độ mặn làm tăng áp suất thẩm thấu, gây độc ion, thiếu hụt dinh dưỡng, ức chế sinh trưởng và giảm năng suất. Nghiên cứu này nhằm khảo sát cơ chế sinh lý đáp ứng mặn của bộ giống lúa NAR-SALMERIT trong điều kiện nhà lưới, tập trung vào giai đoạn mạ với các mức độ mặn 0 dS/m, 6 dS/m và 12 dS/m. Mục tiêu cụ thể là đánh giá khả năng sống sót, chiều dài thân và rễ, nồng độ Na+, K+ và tỉ lệ K+/Na+ trong thân, cùng mật độ khí khổng lá của các giống lúa. Thí nghiệm được thực hiện trong nhà lưới tại Viện Nghiên cứu Nông Nghiệp Lộc Trời, An Giang, từ tháng 9/2022 đến tháng 3/2023. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn lọc và phát triển giống lúa chống chịu mặn, góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa ở vùng đất nhiễm mặn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về tác động của độ mặn đến sinh trưởng cây trồng, đặc biệt là cây lúa, bao gồm:

  • Tác động thẩm thấu và độc tính ion: Độ mặn làm tăng áp suất thẩm thấu, gây hạn sinh lý và độc tính do tích tụ Na+ và Cl-, ảnh hưởng đến hấp thu nước và dinh dưỡng.
  • Cân bằng ion Na+ và K+: Khả năng chống chịu mặn của cây lúa liên quan đến việc duy trì tỉ lệ K+/Na+ trong thân, giúp giảm độc tính ion và duy trì hoạt động enzyme.
  • Khí khổng và điều tiết nước: Số lượng và hoạt động khí khổng ảnh hưởng đến khả năng điều tiết nước và quang hợp, với các giống chịu mặn có xu hướng duy trì số lượng khí khổng ổn định.
  • Mô hình đánh giá khả năng chống chịu mặn (SES): Sử dụng thang điểm từ 1 đến 9 để đánh giá mức độ tổn thương do mặn trên lá và thân cây.

Các khái niệm chính bao gồm: độ mặn (EC), khả năng sống sót, chiều dài thân và rễ, hàm lượng ion Na+, K+, tỉ lệ K+/Na+, và mật độ khí khổng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Bộ giống lúa NAR-SALMERIT gồm 20 giống và 4 giống đối chứng (chuẩn kháng và chuẩn nhiễm) được cung cấp bởi Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) và Viện Nghiên cứu Nông Nghiệp Lộc Trời.
  • Thiết kế thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên trong nhà lưới với 3 mức độ mặn (0, 6, 12 dS/m), mỗi mức lặp lại 3 lần. Mỗi khay chứa 24 giống, trồng thủy canh trong dung dịch Yoshida.
  • Chuẩn bị mẫu: Hạt lúa được khử trùng, ủ nảy mầm ở 30°C trong 48 giờ, sau đó trồng trên xốp nổi trong dung dịch dinh dưỡng.
  • Xử lý mặn: Sau 8 ngày phát triển, dung dịch được bổ sung NaCl để đạt mức EC tương ứng. Độ pH được duy trì ở 5,0 - 5,5.
  • Đo đạc và phân tích:
    • Khả năng sống sót được đánh giá theo thang điểm SES sau 7 và 14 ngày xử lý mặn.
    • Chiều dài thân và rễ được đo sau 14 ngày xử lý.
    • Hàm lượng Na+ và K+ trong thân được phân tích bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử.
    • Mật độ khí khổng lá được xác định bằng phương pháp sơn bóng và quan sát dưới kính hiển vi, đếm bằng phần mềm ImageJ.
  • Phân tích dữ liệu: Sử dụng phần mềm STAR và Microsoft Excel, so sánh trung bình bằng phép thử Duncan với mức ý nghĩa p < 0,05 hoặc p < 0,01.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng sống sót giai đoạn mạ:

    • Ở 6 dS/m, các giống G11, G12, G14, G15, G16, G22, G23 có khả năng chống chịu mặn tốt với điểm SES từ 3 đến 4,3.
    • Ở 12 dS/m, G11 và G23 thể hiện khả năng chống chịu mặn trung bình với điểm 4,67, trong khi giống chuẩn nhiễm IR64 chết hoàn toàn (điểm 9).
    • Sau 14 ngày xử lý, các giống chuẩn kháng FL478 và ST24 duy trì khả năng sống sót tốt hơn so với các giống nhiễm.

  2. Chiều dài thân và rễ:

    • Chiều dài thân giảm rõ rệt theo mức độ mặn. Ở 6 dS/m, G18 giảm ít nhất (0,93 cm), các giống G24, G23, G9 giảm thấp hơn so với chuẩn kháng ST24.
    • Ở 12 dS/m, G17 giảm chiều dài thân nhiều nhất (22,6 cm), trong khi G13, G16, G19 giảm tương đương giống chuẩn nhiễm IR50404.
    • Chiều dài rễ giảm theo độ mặn, với G14 và G11 giảm thấp hơn so với chuẩn kháng FL478 ở 6 dS/m (giảm 0,43 - 0,63 cm). Ở 12 dS/m, G11 và G18 giảm ít hơn FL478 (1,5 - 1,6 cm).

  3. Hàm lượng Na+, K+ và tỉ lệ K+/Na+ trong thân:

    • Hàm lượng Na+ tăng 1,8 - 2,3 lần ở 6 dS/m và 7,2 - 8,5 lần ở 12 dS/m so với không mặn. Các giống G10, G11, G14 duy trì hàm lượng Na+ thấp tương đương FL478.
    • Hàm lượng K+ giảm 1,2 - 1,3 lần ở 6 dS/m và 1,9 - 2 lần ở 12 dS/m. G10, G11, G13, G23 duy trì hàm lượng K+ cao, không khác biệt ý nghĩa so với chuẩn kháng.
    • Tỉ lệ K+/Na+ được duy trì tốt ở các giống chống chịu mặn, góp phần vào khả năng thích nghi với mặn.

  4. Mật độ khí khổng:

    • Các giống chống chịu mặn như G10, G11, G17, G22, G23 có sự giảm số lượng khí khổng ít và không khác biệt ý nghĩa so với chuẩn kháng FL478 và ST24 (p < 0,05).
    • Giống nhiễm mặn có xu hướng giảm > 50% số lượng khí khổng, ảnh hưởng đến khả năng điều tiết nước và quang hợp.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự đa dạng về khả năng chống chịu mặn trong bộ giống NAR-SALMERIT, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng và sinh lý cây lúa. Việc duy trì hàm lượng K+ cao và hạn chế tích tụ Na+ trong thân là cơ chế quan trọng giúp các giống chống chịu mặn duy trì hoạt động sinh lý bình thường. Sự giảm nhẹ mật độ khí khổng ở các giống chịu mặn giúp tối ưu hóa việc sử dụng nước và giảm tổn thương do stress mặn. Biểu đồ so sánh chiều dài thân và rễ giữa các giống ở các mức độ mặn khác nhau sẽ minh họa rõ sự khác biệt về khả năng thích nghi. Bảng phân tích hàm lượng ion và mật độ khí khổng cũng làm nổi bật cơ chế sinh lý của từng giống. Những phát hiện này góp phần làm rõ cơ chế sinh lý chống chịu mặn ở giai đoạn mạ, hỗ trợ cho việc chọn lọc giống phù hợp với điều kiện đất mặn tại ĐBSCL.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Phát triển và nhân rộng giống lúa chống chịu mặn G11 và G23

    • Tăng cường sản xuất và phổ biến hai giống này tại các vùng đất mặn ĐBSCL trong vòng 2 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Viện Nghiên cứu Nông Nghiệp Lộc Trời, Sở Nông nghiệp các tỉnh.

  2. Áp dụng kỹ thuật thủy canh và quản lý nước hợp lý

    • Sử dụng phương pháp thủy canh trong nhà lưới để thanh lọc mặn giai đoạn mạ, giảm thiểu tổn thương do mặn.
    • Chủ thể thực hiện: Các trung tâm nghiên cứu và nông dân vùng ĐBSCL.

  3. Giám sát và điều chỉnh nồng độ ion trong đất và nước tưới

    • Thường xuyên đo EC và điều chỉnh nồng độ muối trong nước tưới để duy trì dưới 6 dS/m trong giai đoạn mạ.
    • Chủ thể thực hiện: Các cơ quan quản lý tài nguyên nước, nông dân.

  4. Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh lý và gen chịu mặn

    • Tiếp tục phân tích gen và biểu hiện sinh lý của các giống chống chịu để hỗ trợ chọn tạo giống mới.
    • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và chuyên gia nông nghiệp

    • Lợi ích: Cung cấp dữ liệu khoa học về cơ chế sinh lý chống chịu mặn, hỗ trợ nghiên cứu chọn tạo giống mới.
    • Use case: Phát triển chương trình nhân giống lúa thích nghi với biến đổi khí hậu.

  2. Nông dân và hợp tác xã vùng đất mặn

    • Lợi ích: Hiểu rõ về giống lúa phù hợp và kỹ thuật canh tác trong điều kiện mặn.
    • Use case: Áp dụng giống G11, G23 và kỹ thuật thủy canh để tăng năng suất.

  3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp

    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng chính sách phát triển giống lúa và quản lý đất mặn.
    • Use case: Xây dựng kế hoạch phát triển nông nghiệp bền vững vùng ĐBSCL.

  4. Sinh viên và giảng viên ngành Khoa học cây trồng

    • Lợi ích: Tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu và cơ chế sinh lý cây trồng chịu mặn.
    • Use case: Học tập, nghiên cứu và giảng dạy chuyên sâu về stress mặn ở cây lúa.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao giai đoạn mạ lại nhạy cảm với độ mặn hơn các giai đoạn khác?
    Giai đoạn mạ là thời kỳ cây con non, hệ rễ chưa phát triển hoàn chỉnh, dễ bị tổn thương bởi áp suất thẩm thấu cao và độc tính ion. Do đó, mặn ảnh hưởng mạnh đến sự sinh trưởng và khả năng sống sót của cây.

  2. Làm thế nào để đánh giá khả năng chống chịu mặn của giống lúa?
    Sử dụng thang điểm SES từ 1 đến 9 dựa trên mức độ tổn thương lá và thân sau xử lý mặn, kết hợp đo chiều dài thân, rễ, hàm lượng ion Na+, K+ và mật độ khí khổng để đánh giá toàn diện.

  3. Tại sao tỉ lệ K+/Na+ quan trọng trong chống chịu mặn?
    Tỉ lệ K+/Na+ cao giúp duy trì cân bằng ion nội bào, giảm độc tính Na+ và duy trì hoạt động enzyme, từ đó tăng khả năng chống chịu mặn của cây.

  4. Mật độ khí khổng ảnh hưởng thế nào đến khả năng chịu mặn?
    Giữ ổn định hoặc giảm nhẹ mật độ khí khổng giúp cây tối ưu hóa việc sử dụng nước, giảm thoát hơi nước và duy trì quang hợp trong điều kiện mặn.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này vào sản xuất thực tế không?
    Có, các giống lúa như G11 và G23 đã được xác định có khả năng chống chịu mặn tốt, phù hợp để nhân rộng tại các vùng đất mặn, góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất.

Kết luận

  • Bộ giống lúa NAR-SALMERIT thể hiện đa dạng khả năng chống chịu mặn ở giai đoạn mạ với các mức độ mặn 6 dS/m và 12 dS/m.
  • Giống G11 và G23 nổi bật với khả năng sống sót và duy trì chiều dài thân, rễ tốt, cùng hàm lượng Na+, K+ và tỉ lệ K+/Na+ ổn định.
  • Mật độ khí khổng giảm nhẹ ở các giống chống chịu mặn giúp tối ưu hóa sử dụng nước và giảm stress mặn.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn lọc và phát triển giống lúa chống chịu mặn phù hợp với điều kiện ĐBSCL.
  • Đề xuất nhân rộng giống chống chịu mặn và áp dụng kỹ thuật quản lý nước nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất lúa trên đất mặn.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan nghiên cứu và nông dân áp dụng giống lúa G11, G23 và kỹ thuật thủy canh trong canh tác vùng đất mặn để tăng năng suất và bền vững sản xuất.