Đặt vấn đề Đảm bảo an ninh lƣơng thực và chế độ ăn lành mạnh cho dân số thế giới ngày càng tăng vẫn là một thách thức. Nhu cầu toàn cầu đối với hàng hóa nông nghiệp – bao gồm cả làm thức ăn, chăn nuôi gia súc, nhiên liệu và vật tƣ công nghiệp – dự báo tăng trƣởng ở mức 1,2% mỗi năm trong thập kỷ tới. Vì vậy, việc làm cấp thiết là phải nghiên cứu loại cây trồng chứa nhiều dinh dƣỡng cho ngƣời tiêu dùng, có thể cung cấp nhiên liệu cho các ngành công nghiệp nhƣ chăn nuôi, thú ý,. và có khả năng cao thích nghi với nhiều điều kiện thời tiết.
Diêm mạch (quinoa) là cây lƣơng thực duy nhất có tất cả các axit amin cần thiết, các yếu tố vi lƣợng và vitamin, đồng thời có khả năng thích nghi với các môi trƣờng sinh thái và khí hậu khác nhau. Chịu hạn, đất nghèo dinh dƣỡng và độ mặn cao, quinoa có thể phát triển ở độ cao trên 4.000 mét so với mặt biển và có thể chịu đƣợc nhiệt độ từ -8 đến 38 độ C. Ở Kenya và Mali, quinoa cho năng suất cao, và các nghiên cứu của FAO cho thấy rằng trồng cây quinoa có thể phát triển đƣợc trên dãy Himalaya, vùng đồng bằng miền bắc Ấn Độ, Sahel, Yemen và các vùng khô cằn khác trên thế giới. Nhận thấy những phẩm chất đáng quy của cây diêm mạch, năm 2013 Tổ chức Nông lƣơng thế giới(FAO) phát động năm Quốc tế hạt diêm mạch nhằm tôn vinh nhƣng giá trị dinh dƣỡng của loại cây này cũng nhƣ thúc đẩy sự phổ biến của diêm mạch đến toàn thế giới.
Diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd.) là một loại cây giả ngũ cốc đã trở thành một phần quan trọng trong thực phẩm của ngƣời dân Andean trong hàng nghìn năm do giá trị dinh dƣỡng cao (Vega-Gálvez & cộng sự. Cây diêm mạch có khả năng thích nghi để phát triển với ít đầu vào hơn nhƣ nƣớc và chịu đựng nhiều loại điều kiện sinh học và phi sinh học (Jacobsen, 2003). Hạt có hàm lƣợng protein cao với sự hiện diện cân bằng của các axit amin thiết yếu nhƣ lysine và nhiều loại vitamin, khoáng chất và saponin (Koziol, 1992; Bilalis & cộng sự, 2012). Hạt diêm mạch thƣờng đƣợc sử dụng tƣơng tự nhƣ ngũ cốc, nhƣng 1 không giống nhƣ những loại cây trồng này, hạt diêm mạch có sự cân bằng tốt hơn trong thành phần axit amin và không chứa gluten (Thanapornpoonpong & cộng sự.
Hơn nữa, toàn bộ cây có thể đƣợc sử dụng làm thức ăn thô xanh cho động vật (Kakabouki & cộng sự. Là một loại cây trồng đa mục đích có tiềm năng sử dụng cho cả con ngƣời và động vật với hàm lƣợng dinh dƣỡng cao và phong phú, quinoa đã thu hút sự quan tâm nhƣ một loại cây an ninh lƣơng thực bắt đầu đƣợc giới thiệu và nghiên cứu rộng rãi trên thế giới để tăng năng suất và hàm lƣợng dinh dƣỡng cho hạt quinoa (Jacobsen, 2003; Benlhabib & cộng sự. Hiện nay trên thế giới hai nƣớc sản xuất điêm mạch nhiều nhất là Peru và Bolivia, các nƣớc nhƣ Hoa Kỳ, Brasil , Canada cũng bắt đầu trồng diêm mạch. Tại Việt Nam thì cây diêm mạch là cây trồng mới, hiện tại các nhà khoa học của Học viện Nông nghiệp Việt Nam nghiên cứu trồng thí điểm tại một số tỉnh miền Bắc nhƣ Hà Giang, Bắc Ninh, Gia Lâm - Hà Nội, Hải Dƣơng.
Do là cây trồng mới nên việc nghiên cứu kỹ thuật trồng và chăm sóc cây diêm mạch ở nƣớc ta còn nhiều hạn chế. Để có thể đƣa cây diêm mạch trở thành cây trồng phổ biến ở nƣớc ta đạt đƣợc năng suất và chất lƣợng tối ƣu, ngoài các yếu tố thời vụ gieo trồng , mật độ , giống. thì việc nghiên cứu diêm mạch trong các điều kiện bất thuận nhƣ hạn hán, ngập mặn, ngập úng,. cũng là một việc quan trọng để có thể tìm ra giống cây có thể thích nghi với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, biến đổi khí hậu.
Sự biến đổi di truyền của quinoa là rất lớn, với các giống quinoa thích nghi với sự phát triển từ mực nƣớc biển đến 4000 mét trên mực nƣớc biển, từ vĩ độ 40° Nam đến 2° Bắc, và từ khí hậu cao nguyên lạnh đến điều kiện cận nhiệt đới. Điều này giúp các nhà khoa học có thể chọn và lai tạo các giống cây trồng phù hợp với nhiều điều kiện môi trƣờng tại nhiều vùng ở Việt Nam. Hạt diêm mạch có một tiềm năng đáng kể trên toàn thế giới nhƣ một loài cây trồng mới. Ở 2 các nƣớc đang phát triển của Châu Phi và Châu Á, quinoa có thể là một loại cây trồng có thể cung cấp thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao.
Biến đổi khí hậu liên quan đến sự nóng lên toàn cầu dự kiến sẽ làm tăng nguy cơ lũ lụt ở các khu vực trên thế giới, bao gồm cả Trung Phi và Đông Nam Á (Hirabayashi & cộng sự, 2013; Kaur & cộng sự, 2019). Các loại cây trồng trên đồng ruộng nói chung dễ bị dƣ thừa độ ẩm, giảm sản lƣợng nông nghiệp trên toàn thế giới (Bailey-Serres & cộng sự, 2012; Perata & cộng sự, 2011), và giới thiệu, nhân giống cây trồng chịu úng là một vấn đề cấp bách (Pedersen & cộng sự, 2017). Hiểu cách cây chịu úng duy trì sự phát triển của chúng và tồn tại khi độ ẩm dƣ thừa là chìa khóa để chọn giống và cải tiến các giống cây trồng chịu úng (Sasidharan & cộng sự, 2021).Thiếu hụt oxy vùng rễ đƣợc xác định là yếu tố gây hại chính cho cây trồng trong môi trƣờng đất ngập nƣớc. Nguyên nhân là do sự hòa tan của oxy giảm 104 lần trong điều kiện ngập nƣớc so với điều kiện thông thƣờng (Armstrong, 1980; Armstrong & Drew, 2002).
Lƣợng oxy giảm nhanh trong đất ngập nƣớc do đƣợc sử dụng trong quá trình hô hấp của cây trồng và của vi sinh vật. Sự thiếu hụt oxy ở vùng rễ gây ra hiện tƣợng hô hấp yếm khí ở trong các tế bào (Drew, 1983; Perata & Alpi, 1993). Điều này làm giảm sự phát triển của bộ rễ (Bacanamwo & Purcell, 1999; Miura & cộng sự., 2012; Shimamura và cộng sự., 2003; 2010; Thomas & cộng sự. Sự sinh trƣởng của bộ rễ liên quan đến các bộ phận trên mặt đất.
Do đó, đánh giá đặc điểm phát triển hình thái của cây trồng trong điều kiện thiếu hụt oxy hoặc ngập úng là cơ sở quan trọng để chọn lọc ra các giống diêm mạch có khả năng phát triển ở những vùng đất ngập úng. Nghiên cứu này tập trung vào sự khác biệt của các giống quinoa về đặc điểm hình thái, quá trình sinh trƣởng phát triển khi chịu áp lực thiếu oxy ở vùng rễ giai đoạn cây con. Mục đích và yêu cầu 1. Mục đích Đánh giá ảnh hƣởng của điều kiện thiếu hụt oxy vùng rễ giai đoạn cây con tới sự biến đổi về hình thái, sinh trƣởng của diêm mạch.
Trong điều kiện thiếu hụt oxy vùng rễ giai đoạn cây con, đánh giá và sàng lọc những giống diêm mạch có khả năng chịu ngập úng để phát hiện các đặc điểm nông sinh học có lợi cho việc chọn tạo giống diêm mạch có khả năng chịu ngập úng. Yêu cầu Đánh giá đƣợc về ảnh hƣởng của điều kiện thiếu oxi vùng rễ đến đặc điểm hình thái của một số giống diêm mạch trồng và tiêu dùng phổ biến hiện nay. Đề xuất một số giống diêm mạch thích hợp cho vùng canh tác có điều kiện ngập úng gây thiếu hụt oxi vùng rễ. 4 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ NGHIÊN CỨU 2.
Giới thiệu về cây diêm mạch 2. Nguồn gốc và lịch sử hình thành phát triển của cây diêm mạch Diêm mạch (quinoa) là một loài thực vật có nguồn gốc ở Cao nguyên Andean, xung quanh Hồ Titicaca, cao 3800 m so với mực nƣớc biển ở biên giới Peru-Bolivia (Heiser & Nelson, 1974; Jacobsen, 2003). Quá trình thuần hóa quinoa đã bắt đầu ở Nam Mỹ khoảng 7000 năm trƣớc (Bazile & cộng sự, 2013), và làm tăng đáng kể sự đa dạng di truyền của các loài đƣợc trồng (Bhargava & cộng sự, 2007a, b). Sự đa dạng di truyền cao nhƣ vậy trong quinoa có liên quan chặt chẽ đến sự đa dạng về mục đích sử dụng của con ngƣời, điều này đã ảnh hƣởng đến quá trình chọn lọc các giống quinoa theo thời gian (Bazile & Negrete, 2009).
Sự lựa chọn do các cộng đồng địa phƣơng thực hiện đã dẫn đến nhiều giống diêm mạch đƣợc tìm thấy, đặc biệt là ở Bolivia và Peru (Risi & Galwey, 1984; Bazile & cộng sự, 2014; Bazile, 2015). Trong hàng nghìn năm, quinoa đã là thực phẩm chính của ngƣời dân Andean (Tagle và Planella, 2002; Planella và cộng sự, 2011; Martinez và cộng sự, 2015), đƣợc sử dụng chủ yếu nhƣ một loại hạt ngũ cốc (trong nhiều trƣờng hợp nó đƣợc coi là một loại ngũ cốc giả). Theo các tài liệu lịch sử, từ thế kỷ thứ 15, 16 khi ngƣời Tây Ban Nha phát hiện và xâm chiếm Châu Mỹ, khai khẩn đất đai, lập đồn điền… Diêm mạch đã trở thành một cây trồng quan trọng, đƣợc gieo trồng ở hầu khắp các nƣớc Nam Mỹ và là cây lƣơng thực chủ yếu của các bộ tộc da đỏ Inca, Maya… ở những nơi họ sinh sống (Alandia, S. Đặc điểm nông sinh học và sinh trưởng Diêm mạch là cây trồng hằng năm, cây mọc thành bụi rộng và thuộc họ rau muối, tùy theo từng giống mà cây có chiều cao từ 0,7 - 3,0 m, cây có nhiều màu sắc khác nhau.
Thân chính có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh, lá 5 mọc xen kẽ kế tiếp nhau trên thân và nhánh. Nhìn chung thời gian sinh trƣởng từ 130 -220 ngày. - Rễ: Rễ cọc, phân nhiều nhánh cấp 1, cấp 2, cấp 3 … độ ăn sâu của rễ có liên quan chặt, tỷ lệ thuận với chiều cao của cây. Theo Gardarill and Lecscano (1976) các giống có chiều cao cây từ 1,7 – 2 m rễ ăn sâu 1,2 – 1,5 m.
Cây diêm mạch có bộ rễ tập trung chủ yếu ở độ sâu 10 - 30 cm, sức chống chịu hạn của cây tỷ lệ thuận với độ sâu và bán kính hoạt động của rễ (Duran, 1980). Các giống diêm mạch có bán kính hoạt động của rễ từ 20-60 cm. - Thân: Thân do nhiều đốt hợp thành, phần gốc có hình tròn, có góc cạnh ở những nơi có lá và nhánh xuất hiện. Thân có chiều dài từ 0,5 - 2 m phụ thuộc vào giống và môi trƣờng.
Số nhánh trên thân phụ thuộc vào giống, mật độ gieo và diều kiên môi trƣờng. Diêm mạch là cây thân thảo, mềm, trƣơng nƣớc khi còn non, lúc chín khô và xốp (ruột rỗng).