Tổng quan luận án

Cây thuốc lá (Nicotiana tabacum L.) là loại cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế trên thị trường thế giới và tại Việt Nam. Theo thống kê giai đoạn 2005–2012, diện tích trồng thuốc lá toàn cầu đạt khoảng 2,5–5,5 triệu hecta với sản lượng hạt nhân từ 4,9–8,5 triệu tấn nguyên liệu, trong đó thuốc lá vàng sấy lò chiếm tỷ trọng lớn nhất (khoảng 70–80%). Tại Việt Nam, diện tích trồng thuốc lá hàng năm duy trì ở mức 18.000–20.000 ha, mang lại sản lượng 30.000–45.000 tấn nguyên liệu. Giống K.326 là giống thuốc lá vàng sấy nhập nội từ Mỹ năm 1991 và được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận giống quốc gia năm 1996. Đây là giống chiếm tỷ trọng gieo trồng chủ lực tại các vùng chuyên canh nhờ đặc tính chất lượng cảm quan tốt, năng suất đạt 16–20 tạ/ha, hàm lượng nicotin 1,6–3,0% và đường khử 15–30%. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của giống K.326 khi gieo trồng trong điều kiện vụ Xuân tại các tỉnh miền Bắc là hiện tượng ra hoa sớm. Việc phân hóa mầm hoa và xuất hiện ngồng hoa sớm làm dừng quá trình sinh trưởng sinh dưỡng, giảm số lượng lá hữu hiệu trên cây, làm lá mỏng và suy giảm phẩm chất thương phẩm của thuốc lá nguyên liệu.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án chỉ ra là sự thiếu hụt các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng mang tính hệ thống về phản ứng sinh lý ra hoa của giống K.326 dưới tác động của các nhân tố ngoại cảnh (hạn, chế độ tưới, quang chu kỳ, quang gián đoạn) và nội sinh (chất điều hòa sinh trưởng, tuổi sinh học cơ quan). Đặc biệt, trước thời điểm thực hiện đề tài, chưa có công bố nào nghiên cứu về phản ứng ra hoa in vitro ở cây thuốc lá nhằm tìm hiểu cơ chế cảm ứng hoa trong điều kiện nhân tạo.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  • Xác định được ảnh hưởng của một số yếu tố nông sinh học đến sinh trưởng và ra hoa của giống thuốc lá K.326 để điều chỉnh quá trình ra hoa của chúng trong sản xuất thuốc lá nguyên liệu và trong lai tạo giống thuốc lá.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Giống thuốc lá K.326 (Nicotiana tabacum L.).
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm ra hoa in vitro được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Nuôi cấy mô thuộc Viện Sinh học Nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Các thí nghiệm đồng ruộng và nhà lưới được bố trí tại Chi nhánh Viện Kinh tế Kỹ thuật Thuốc lá tại Bắc Giang (xã Bảo Sơn, huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang).
  • Phạm vi thời gian: Thí nghiệm nuôi cấy in vitro thực hiện năm 2013; thí nghiệm cắt ngọn tạo thân mới từ chồi nách thực hiện trong vụ Xuân 2011; các thí nghiệm về tần suất tưới nước, chất điều hòa sinh trưởng ngoại sinh và quang chu kỳ thực hiện trong vụ Xuân 2013.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã hệ thống hóa các hướng nghiên cứu liên quan đến sinh lý phát triển, sinh dưỡng khoáng, cơ chế ra hoa và kỹ thuật canh tác cây thuốc lá:

Nguồn gốc, phân loại và tầm quan trọng kinh tế: Cây thuốc lá thuộc họ Cà (Solanaceae), chi Nicotiana với 66 loài, trong đó Nicotiana tabacum L. là loài tứ bội (2n = 48) quan trọng nhất (Wilson and Loomis, 1967; Smith, 1979; Gerstel, 1976). Tầm quan trọng của thuốc lá đối với nền kinh tế thế giới và các vùng trồng nguyên liệu tại Việt Nam được phân tích qua các công trình của Sarris (2003), Tso (1990), Collins and Hawks (1993), Daryl và cộng sự (2000), Lê Đình Thụy và Bùi Văn Tài (1987), cùng báo cáo của Universal Leaf Tobacco Company (2012, 2013).

Yêu cầu sinh thái và sinh dưỡng khoáng: Đất phù hợp với thuốc lá vàng là đất cát pha, thịt nhẹ, tơi xốp, thoát nước tốt, pH từ 5,8–6,3 (Leyten and Mark, 1999). Ảnh hưởng của các yếu tố đạm, lân, kali đến sinh trưởng và chất lượng lá thuốc lá được tổng hợp qua nghiên cứu của Raper and Cants (1967), Hawks (1970), Chouteau and Fauconnier (1988), và Akehurst (1981). Dinh dưỡng đạm dạng NO3- được chứng minh là phù hợp với thuốc lá hơn dạng NH4+, trong khi kali đóng vai trò tăng sức chịu hạn, cải thiện tốc độ cháy và màu sắc lá sấy.

Nghiên cứu ra hoa in vitro: Các dẫn liệu về cảm ứng ra hoa trong ống nghiệm trên nhiều đối tượng thực vật được điểm lại như cà chua (Dielen et al., 2001), cải dầu (Koh and Loh, 2000), hoa Bát Tiên (Dewir, 2006), Cyamopsis tetragonoloba (Gurusaravanan, 2012), hoa hồng (Wang, 2002; Kantamaht, 2001, 2010), cây Rotula aquatica (Chithra, 2004), và Kniphofia leucocephala (Taylor, 2007). Các chất cảm ứng thường được thử nghiệm gồm đường nồng độ cao tạo hạn sinh lý, paclobutrazol (PBZ), AgNO3, CoCl2 và phytohormon ngoại sinh.

Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng và ra hoa: Tác động tiêu cực của stress thiếu nước ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau được dẫn chứng qua các công trình trên cây lúa (Lafitte et al., 2006; Paled and Aspinall, 1981; Lê Thị Bích Thủy, 2010), ngô (Denmead et al., 1960; Bolanos and Edmeades, 1996), cỏ ngọt (Nguyễn Lam Điền, 2005) và vừng (Trần Thị Thanh Huyền, 2011).

Tuổi sinh học của thực vật: Học thuyết tuổi sinh học của Krenke (1940) chỉ rõ mối quan hệ giữa tuổi chung của cơ thể và tuổi riêng của cơ quan. Theo quy luật này, các bộ phận ở phía gốc cây có tuổi riêng lớn nhưng tuổi chung của cây tại thời điểm hình thành lại trẻ hơn, do đó việc kích hoạt chồi nách phía gốc sẽ tạo ra thân mới có trạng thái sinh lý trẻ, làm chậm quá trình già hóa và kìm hãm sự phân hóa mầm hoa.

Chất điều hòa sinh trưởng: Vai trò của auxin, gibberellin, cytokinin, ethrel và các chất làm chậm sinh trưởng (CCC, PBZ, Alar, PIX) đối với phân chia tế bào, kéo dài thân, ưu thế ngọn và sự hình thành mầm hoa được phân tích qua tài liệu của Amarjit and Basra (2000), Lincoln and Eduardo (1998), Lê Văn Tri (1998), Hoàng Minh Tấn và Nguyễn Quang Thạch (1993, 2006), Nguyễn Như Khanh (2011), Bùi Quang Đãng và cộng sự (2006), Đào Quang Nghị và cộng sự (2012a,b).

Quang chu kỳ và cơ chế phytochrom: Phát hiện kinh điển của Garner and Allard (1920, 1932) trên dòng đột biến Maryland Mammoth đã xác định thuốc lá là cây phản ứng với quang chu kỳ ngày ngắn. Borwicks và cộng sự (1952), Hamner and Bonner (1938), Hamner (1940), Zeevaart and Boyer (1987) đã làm sáng tỏ vai trò quyết định của độ dài đêm liên tục (cây ngày ngắn thực chất là cây đêm dài) và hiện tượng quang gián đoạn. Hendricks and Borthwick (1952) cùng Smith (1995), Aldel (1997), Millar và cộng sự (1994) đã xác lập cơ chế chuyển hóa thuận nghịch giữa hai dạng sắc tố P660 (hấp thu ánh sáng đỏ 660 nm) và P730 (hấp thu ánh sáng đỏ xa 730 nm). Các ứng dụng thực tiễn của quang chu kỳ và ngắt đêm tại Việt Nam đã được chứng minh trên cây hoa cúc (Đặng Văn Đông và Nguyễn Quang Thạch, 2002, 2005, 2006) và cây thanh long (Mai Văn Quyền, 2005; Nguyễn Văn Kế, 2006; Bùi Xuân Khôi, 2007).

Các nghiên cứu về cây thuốc lá tại Việt Nam: Công tác tuyển chọn, khảo nghiệm và công nhận giống thuốc lá K.326 được ghi nhận qua các công trình của Nguyễn Thị Loan và cộng sự (1996a,b), Đào Thị Xuân và cộng sự (1996), Hoàng Văn Phiệt và cộng sự (1996). Các hướng nghiên cứu lai tạo giống mới (C9-1, C7-1, VTL.1H, VTL.5H, GL2, GL7) và nhân giống in vitro duy trì dòng bất dục đực được thực hiện bởi Vũ Thị Bản và Tào Ngọc Tuấn (2005), Trần Thị Vui và cộng sự (1996b, 2001), Trần Đăng Kiên và cộng sự (2013).

Khoảng trống luận án giải quyết: Luận án là công trình nghiên cứu chuyên sâu về sự ra hoa in vitro trên cây thuốc lá K.326, đồng thời tích hợp đa chiều các yếu tố nông sinh học từ hạn sinh lý, can thiệp tuổi sinh học bằng chồi nách lá số 5, xử lý các nhóm chất điều hòa sinh trưởng, đến việc xác lập chế độ quang chu kỳ ngày dài và quang gián đoạn bằng ánh sáng đỏ/trắng nhằm kiểm soát hiện tượng ra hoa sớm của giống K.326 tại miền Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên ba trục lý thuyết sinh lý học thực vật:

  1. Lý thuyết tương quan ức chế giữa sinh trưởng sinh dưỡng và sinh dưỡng sinh thực: Khi các cơ quan thân lá sinh trưởng mạnh, sự phân hóa mầm hoa bị kìm hãm; ngược lại, khi sinh trưởng thân lá bị kìm hãm (do hạn, thiếu dinh dưỡng hoặc chất ức chế), cây sẽ nhanh chóng chuyển sang pha ra hoa.
  2. Học thuyết tuổi sinh học của Krenke (1940): Ứng dụng nguyên lý trẻ hóa sinh lý thông qua việc cắt ngọn để kích thích chồi nách vị trí thấp phát triển thành thân thay thế.
  3. Học thuyết quang chu kỳ và cơ chế phytochrom: Cây thuốc lá cần thời gian tối liên tục dài hơn thời gian tối tới hạn để P730 chuyển hóa hết thành P660, tạo điều kiện tích lũy hormon cảm ứng hoa. Chiếu sáng ngày dài hoặc chiếu sáng ngắt quãng ban đêm (quang gián đoạn) sẽ chuyển P660 thành P730, phá vỡ tín hiệu đêm dài và ức chế sự ra hoa.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế theo các khối nội dung:

Khối nội dung Điều kiện thí nghiệm Yếu tố và công thức xử lý Chỉ tiêu theo dõi chính
Khảo sát ra hoa in vitro Phòng thí nghiệm nuôi cấy mô - Bổ sung chất cảm ứng: NH4NO3, CoCl2, paclobutrazol (PBZ).
- Gây hạn sinh lý: bổ sung đường saccharose và glucose nồng độ cao.		 Động thái sinh trưởng chồi, tỷ lệ tạo ngồng hoa, tỷ lệ ra hoa in vitro sau 12 tuần nuôi cấy.
Biện pháp kỹ thuật canh tác Đồng ruộng / Nhà lưới - Tần suất tưới nước (khoảng thời gian giữa các lần tưới).
- Cắt ngọn thân chính tạo thân mới từ chồi nách các vị trí lá (đặc biệt nách lá số 5).		 Chiều cao cây, số lá, kích thước lá, khối lượng lá, đường kính thân, thời gian ra hoa, năng suất lá.
Xử lý chất điều hòa sinh trưởng Đồng ruộng / Nhà lưới - Chất kích thích: αNAA, GA3.
- Chất ức chế sinh trưởng: ethrel, PIX (mepiquat chloride), Alar (SADH).		 Động thái tăng trưởng chiều cao, tốc độ ra lá, diện tích lá, số ngày đến khi xuất hiện nụ hoa.
Quang chu kỳ và quang gián đoạn Nhà lưới kiểm soát ánh sáng - Quang chu kỳ ngày dài: 14h sáng/10h tối, 16h sáng/8h tối, 18h sáng/6h tối.
- Quang gián đoạn: chiếu sáng ngắt quãng đêm bằng ánh sáng đỏ (660 nm) và ánh sáng trắng.		 Động thái sinh trưởng thân lá, số ngày kìm hãm ra hoa so với đối chứng ngày tự nhiên.

Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được thu thập theo phương pháp theo dõi hình thái học thực vật, xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng trong nông học; đánh giá độ biến động CV(%) và so sánh sai khác giữa các công thức ở mức xác suất tin cậy 95% theo chuẩn LSD(0,05). Các sai khác không có ý nghĩa thống kê được ghi nhận bằng ký hiệu ns.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài

Chương 1 tổng hợp có hệ thống các dẫn liệu khoa học trong và ngoài nước về:

  • Lịch sử phân loại, địa lý sinh vật học và giá trị kinh tế của cây thuốc lá trên thế giới và tại Việt Nam.
  • Tình hình sản xuất, biến động diện tích, năng suất và cơ cấu sản phẩm thuốc lá nguyên liệu giai đoạn 2001–2012; nhu cầu tiêu thụ và đóng góp ngân sách nhà nước của ngành công nghiệp thuốc lá.
  • Đặc điểm sinh thái, yêu cầu nhiệt độ (20–30°C), bức xạ ánh sáng, độ ẩm và đặc điểm dinh dưỡng khoáng (N, P, K) đối với thuốc lá vàng Virginia sấy lò.
  • Các công trình thực nghiệm về nuôi cấy in vitro cảm ứng hoa, ảnh hưởng của stress thiếu nước, thuyết tuổi sinh học Krenke, tác động của phytohormon ngoại sinh và lý thuyết quang chu kỳ gắn liền với hệ sắc tố phytochrom.
  • Lịch sử khảo nghiệm, đặc điểm nông học, chất lượng nguyên liệu và hạn chế ra hoa sớm của giống thuốc lá K.326 khi canh tác tại các tỉnh phía Bắc.

Chương 2: Đối tượng, vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết vật liệu và quy trình bố trí thí nghiệm:

  • Đối tượng: Giống thuốc lá K.326.
  • Vật liệu thí nghiệm: Mô nuôi cấy in vitro, các hóa chất điều hòa sinh trưởng bao gồm nhóm kích thích (αNAA, GA3), nhóm ức chế sinh trưởng (ethrel, PIX - mepiquat chloride, Alar - susinic acid dymetyl hydrazid, paclobutrazol), các loại đường carbon (saccharose, glucose), muối khoáng (NH4NO3, CoCl2), hệ thống chiếu sáng nhân tạo (đèn ánh sáng đỏ bước sóng đỉnh 660 nm, đèn huỳnh quang ánh sáng trắng).
  • Thiết kế thí nghiệm: Trình bày chi tiết cách bố trí thí nghiệm in vitro trong ống nghiệm và các thí nghiệm in vivo theo khối ngẫu nhiên có lặp lại tại nhà lưới và đồng ruộng Chi nhánh Viện Thuốc lá tại Bắc Giang.
  • Phương pháp xác định các chỉ tiêu: Chiều cao cây (cm), số lá hữu hiệu (lá/cây), kích thước lá dài x rộng (cm), đường kính thân (cm), khối lượng chất tươi/khô của lá (g), thời gian xuất hiện nụ hoa, số ngày kìm hãm ra hoa, năng suất thuốc lá nguyên liệu (tạ/ha).
  • Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê mô tả, phân tích phương sai (ANOVA), kiểm định LSD(0,05) và hệ số biến động CV(%).

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm qua 4 nhóm nội dung chính:

1. Sự ra hoa in vitro của giống thuốc lá K.326 (Bảng 3.1 đến 3.5; Hình 3.1 đến 3.3):

  • Ảnh hưởng của NH4NO3: Thí nghiệm sau 12 tuần nuôi cấy cho thấy việc thay đổi nồng độ đạm NH4NO3 trong môi trường dinh dưỡng không tạo ra hiệu quả cảm ứng ra hoa in vitro rõ rệt đối với chồi cây thuốc lá K.326.
  • Ảnh hưởng của CoCl2 và Paclobutrazol (PBZ): Việc bổ sung CoCl2 không mang lại hiệu quả kích thích hoa, trong khi bổ sung PBZ ở nồng độ thích hợp có tác dụng làm chậm sinh trưởng chiều cao chồi, thúc đẩy phân hóa mầm hoa in vitro.
  • Tác động gây hạn sinh lý bằng đường: Bổ sung đường saccharose và đường glucose ở nồng độ cao vào môi trường nuôi cấy đã gây ra stress hạn sinh lý thẩm thấu. Kết quả cho thấy cả hai loại đường đều kích thích sự hình thành ngồng hoa và ra hoa in vitro của giống K.326, trong đó đường saccharose mang lại tỷ lệ ra hoa cao hơn so với glucose.

2. Ảnh hưởng của các biện pháp kỹ thuật đến sinh trưởng và ra hoa (Bảng 3.6 đến 3.15):

  • Tần suất tưới nước: Kéo dài khoảng thời gian giữa các lần tưới (gây stress hạn cho cây ngoài đồng ruộng/nhà lưới) làm giảm tốc độ tăng trưởng chiều cao cây, giảm số lượng và kích thước lá hữu hiệu, đồng thời rút ngắn thời gian sinh trưởng sinh dưỡng, kích thích cây thuốc lá ra nụ và nở hoa sớm hơn so với chế độ tưới ẩm đầy đủ.
  • Kỹ thuật cắt ngọn tạo thân mới từ chồi nách: Thí nghiệm vụ Xuân 2011 xác định biện pháp cắt bỏ ngọn thân chính và để lại chồi nách phát triển thành thân thay thế làm thay đổi sinh trưởng và thời gian ra hoa. Trong các vị trí chồi nách khảo sát, chồi nách phát sinh từ nách lá số 5 (vị trí thấp gần gốc) có trạng thái sinh lý trẻ hơn rõ rệt. Cây phát triển từ chồi nách lá số 5 có tốc độ sinh trưởng mạnh, kéo dài thời gian sinh trưởng sinh dưỡng, làm chậm thời gian xuất hiện nụ hoa so với đối chứng không cắt ngọn, đồng thời làm tăng kích thước lá, khối lượng lá và tăng năng suất thuốc lá nguyên liệu.

3. Ảnh hưởng của các chất điều hòa sinh trưởng (Bảng 3.16 đến 3.36):

  • Nhóm kích thích sinh trưởng (αNAA, GA3): Xử lý phun αNAA và GA3 làm gia tăng chiều cao cây, tăng tốc độ sinh trưởng kích thước lá và duy trì pha sinh dưỡng. GA3 thể hiện hiệu ứng ức chế quá trình hình thành nụ hoa, kéo dài thời gian ra hoa so với đối chứng.
  • Nhóm ức chế sinh trưởng (Ethrel, PIX, Alar): Phun các chất ức chế làm giảm tốc độ tăng trưởng chiều cao thân và kích thước lá. Đặc biệt, ethrel và PIX có tác dụng kích thích cây thuốc lá K.326 hình thành ngồng hoa và ra hoa sớm hơn so với công thức đối chứng không xử lý.

4. Ảnh hưởng của quang chu kỳ và quang gián đoạn (Bảng 3.37 đến 3.46; Hình 3.4 đến 3.10):

  • Quang chu kỳ ngày dài: Nuôi cây trong điều kiện chiếu sáng ngày dài nhân tạo (14 giờ sáng/10 giờ tối, 16 giờ sáng/8 giờ tối, 18 giờ sáng/6 giờ tối) làm gia tăng mạnh mẽ chiều cao cây, tăng số lượng lá trên cây, tăng kích thước và khối lượng lá tại thời điểm 70 ngày sau trồng. Thời gian ra hoa bị kìm hãm rõ rệt (số ngày đến khi nở hoa tăng so với đối chứng ngày tự nhiên).
  • Quang gián đoạn ban đêm: Chiếu sáng ngắt quãng ban đêm (chia đêm dài thành hai đêm ngắn) bằng cả ánh sáng đỏ (bước sóng 660 nm) và ánh sáng trắng đều thể hiện hiệu ứng phá vỡ cảm ứng ngày ngắn. Cây thuốc lá K.326 được xử lý quang gián đoạn có thời gian sinh trưởng thân lá kéo dài, kìm hãm mạnh mẽ sự ra hoa, tăng số lá thu hoạch và cải thiện các chỉ tiêu sinh khối thân lá.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt học thuật và thực tiễn được luận án xác lập gồm:

Về mặt lý luận khoa học:

  • Khẳng định giống thuốc lá K.326 có phản ứng mẫn cảm với quang chu kỳ ngày ngắn. Nghiên cứu thực nghiệm chứng minh quang chu kỳ ngày dài và quang gián đoạn bằng ánh sáng đỏ (660 nm) hoặc ánh sáng trắng có tác dụng ức chế sự ra hoa của giống K.326, giúp kéo dài thời gian sinh trưởng sinh dưỡng, làm tăng chiều cao cây và tăng số lượng lá hữu hiệu.
  • Xác định quy luật tương quan ức chế giữa sinh trưởng thân lá và sự ra hoa khi tác động bằng các chất điều hòa sinh trưởng ngoại sinh trên giống K.326: Các chất kích thích sinh trưởng (αNAA, GA3) kích thích sinh trưởng thân lá và có xu hướng kìm hãm ra hoa; ngược lại, các chất ức chế sinh trưởng (ethrel, PIX, Alar) ức chế sinh trưởng thân lá và kích thích cây ra hoa sớm.
  • Ứng dụng thuyết tuổi sinh học của Krenke xác định việc cắt ngọn cây thuốc lá để tạo thân mới từ chồi nách có tác động làm chậm quá trình già hóa sinh lý, trong đó thân mới mọc từ chồi nách lá số 5 kìm hãm thời gian ra hoa và làm tăng năng suất nguyên liệu của giống thuốc lá K.326.

Về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật:

  • Đề xuất hai hướng điều khiển ra hoa phục vụ mục tiêu sản xuất khác nhau:
    1. Hướng kìm hãm sự ra hoa (phục vụ sản xuất thuốc lá nguyên liệu): Áp dụng biện pháp cắt ngọn tạo thân mới từ chồi nách lá số 5, kéo dài thời gian chiếu sáng (quang chu kỳ ngày dài), áp dụng kỹ thuật quang gián đoạn vào ban đêm, hoặc xử lý chất kích thích sinh trưởng GA3 nhằm hạn chế hiện tượng ra hoa sớm vụ Xuân, tăng số lá thu hoạch và nâng cao năng suất lá.
    2. Hướng kích thích ra hoa sớm (phục vụ công tác chọn tạo và lai giống): Áp dụng biện pháp gây hạn nước hoặc xử lý các chất ức chế sinh trưởng (ethrel, PIX) để kích thích cây nhanh chóng ra hoa đồng loạt, rút ngắn chu kỳ sinh trưởng phục vụ công tác lai tạo giống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Đề tài tập trung nghiên cứu trên một đối tượng duy nhất là giống thuốc lá K.326, chưa mở rộng so sánh đối chứng với các giống thuốc lá vàng sấy khác hoặc các nhóm thuốc lá Burley, thuốc lá nâu.
  • Các thí nghiệm đồng ruộng và nhà lưới chỉ được thực hiện tại một điểm nghiên cứu duy nhất là Chi nhánh Viện Kinh tế Kỹ thuật Thuốc lá tại huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang; chưa tiến hành khảo nghiệm đa điểm trên các vùng sinh thái đặc trưng khác của miền Bắc (như vùng núi Cao Bằng, Lạng Sơn hoặc Trung du).
  • Thời gian thực nghiệm ngoài đồng ruộng bố trí trong vụ Xuân 2011 (thí nghiệm cắt ngọn) và vụ Xuân 2013 (các thí nghiệm còn lại); chưa theo dõi liên tục trong nhiều vụ liên tiếp để đánh giá tương tác năm x thời tiết.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Khảo nghiệm hoàn thiện quy trình kỹ thuật quang gián đoạn và kỹ thuật cắt ngọn chồi nách ở quy mô đồng ruộng rộng lớn tại các vùng nguyên liệu thuốc lá phía Bắc.
  • Tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về biến động sinh lý hóa sinh nội sinh (hàm lượng hormon nội sinh, cân bằng tỷ lệ C/N, hoạt tính enzym) và cơ chế biểu hiện gen điều khiển quá trình ra hoa in vitro ở cây thuốc lá.
  • Đánh giá toàn diện các chỉ tiêu hóa học của lá sau sấy (hàm lượng nicotin, đường khử, clo, tỷ lệ tro) và chất lượng cảm quan khói thuốc dưới tác động của các biện pháp xử lý kéo dài sinh trưởng.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị ứng dụng cho các đối tượng:

  • Cán bộ nghiên cứu, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học cây trồng, Sinh lý thực vật và Nông học: Tham khảo phương pháp luận nghiên cứu sự ra hoa, kỹ thuật thiết kế thí nghiệm cảm ứng ra hoa in vitro, và các dẫn liệu thực nghiệm về cơ chế quang chu kỳ, quang gián đoạn và phytochrom ở thực vật bậc cao.
  • Cán bộ kỹ thuật nông nghiệp tại Tổng công ty Thuốc lá Việt Nam, Viện Kinh tế Kỹ thuật Thuốc lá: Áp dụng giải pháp kỹ thuật cắt ngọn nuôi chồi nách lá số 5 và điều tiết chế độ nước tưới để khắc phục triệt để hiện tượng ra hoa sớm trên giống K.326 trong vụ Xuân tại các tỉnh phía Bắc.
  • Cán bộ chọn tạo giống cây trồng: Sử dụng các dẫn liệu về xử lý ethrel, PIX và biện pháp gây hạn để kích thích cây bố mẹ ra hoa sớm và tập trung, phục vụ công tác thụ phấn nhân tạo trong các chương trình lai tạo giống thuốc lá ưu thế lai.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Vì sao giống thuốc lá K.326 trồng vụ Xuân ở miền Bắc Việt Nam hay bị ra hoa sớm? Trả lời: Do giống K.326 là cây mẫn cảm với quang chu kỳ ngày ngắn. Trong vụ Đông Xuân tại miền Bắc, thời gian chiếu sáng ban ngày ngắn và đêm dài liên tục, kết hợp với các điều kiện stress nhiệt độ thấp ở giai đoạn vườn ươm và khô hạn đầu vụ, đã kích hoạt tín hiệu cảm ứng ra hoa sớm, khiến cây kết thúc pha sinh trưởng sinh dưỡng trước khi đạt số lượng lá tối đa.

Câu hỏi 2: Biện pháp cắt ngọn tạo thân mới từ chồi nách nào giúp kìm hãm sự ra hoa và tăng năng suất cho giống K.326? Trả lời: Luận án xác định việc cắt bỏ ngọn thân chính và nuôi chồi nách mọc từ nách lá số 5 (vị trí thấp gần gốc) giúp tạo ra thân cây mới có tuổi sinh học trẻ nhất theo học thuyết Krenke. Thân mới này có tốc độ sinh trưởng mạnh, làm chậm thời gian ra hoa và cho năng suất lá cao hơn so với đối chứng không cắt ngọn.

Câu hỏi 3: Thí nghiệm quang chu kỳ và quang gián đoạn đã tác động như thế nào đến sự ra hoa của giống K.326? Trả lời: Chiếu sáng bổ sung tạo ngày dài (14h, 16h, 18h sáng) và chiếu sáng ngắt quãng ban đêm (quang gián đoạn) bằng ánh sáng đỏ (660 nm) hoặc ánh sáng trắng đều có tác dụng phá vỡ tín hiệu đêm dài, ức chế mạnh mẽ quá trình ra hoa, kéo dài pha sinh trưởng thân lá, làm tăng chiều cao cây, số lá và khối lượng lá tại thời điểm 70 ngày sau trồng.

Câu hỏi 4: Nhóm chất điều hòa sinh trưởng nào có khả năng kích thích cây thuốc lá K.326 ra hoa sớm? Trả lời: Nhóm chất ức chế sinh trưởng, đặc biệt là ethrel và PIX (mepiquat chloride), có tác dụng ức chế sinh trưởng kéo dài thân lá, phá vỡ thế cân bằng sinh dưỡng và thúc đẩy cây hình thành nụ, nở hoa sớm hơn so với đối chứng không xử lý.

Câu hỏi 5: Yếu tố nào trong nuôi cấy in vitro đã cảm ứng thành công sự ra hoa của giống thuốc lá K.326? Trả lời: Việc gây hạn sinh lý bằng cách bổ sung đường saccharose hoặc đường glucose ở nồng độ cao vào môi trường nuôi cấy in vitro đã kích thích chồi cây thuốc lá K.326 phân hóa ngồng hoa và ra hoa trong ống nghiệm sau 12 tuần nuôi cấy, trong đó đường saccharose cho tỷ lệ cảm ứng hoa cao hơn glucose.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Vân đã giải quyết vấn đề hạn chế ra hoa sớm của giống thuốc lá K.326 trồng tại miền Bắc Việt Nam bằng việc làm sáng tỏ các cơ chế nông sinh học điều khiển pha sinh trưởng và pha phát triển. Các kết quả thực nghiệm từ phòng thí nghiệm nuôi cấy mô in vitro đến đồng ruộng đã chứng minh hiệu quả ức chế ra hoa của kỹ thuật quang chu kỳ ngày dài, quang gián đoạn bằng ánh sáng đỏ/trắng, kỹ thuật cắt ngọn nuôi chồi nách lá số 5 và xử lý chất kích thích sinh trưởng GA3. Đồng thời, luận án cũng xác lập các biện pháp gây hạn và sử dụng chất ức chế sinh trưởng (ethrel, PIX) để kích thích ra hoa sớm phục vụ mục tiêu lai tạo giống. Công trình cung cấp hệ thống dữ liệu sinh lý học thực nghiệm có độ tin cậy khoa học cao, đóng góp thiết thực cho công tác nghiên cứu và thực tiễn chỉ đạo sản xuất thuốc lá nguyên liệu tại Việt Nam.