MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây có củ với sự phong phú về chủng loại sản phẩm sẽ còn là nguồn thức ăn nuôi sống toàn nhân loại trong những thập kỷ tới. Các nhà khoa học nhận định, đến năm 2020 cây có củ sẽ được hợp nhất mạnh mẽ vào thị trường nông sản thế giới, thông qua hệ thống sản xuất có hiệu quả và thân thiện với môi trường của các sản phẩm hết sức đa dạng, chất lượng cao, có tính cạnh tranh làm lương thực, thức ăn chăn nuôi và cho công nghiệp chế biến (Gregory et al. Chính vì thế, việc quan tâm khai thác tiềm năng của nguồn gen cây có củ, đặc biệt các loài cây hiện ít được sử dụng như khoai môn sọ, khoai sáp, khoai mỡ, khoai từ,… sẽ góp phần làm đa dạng nguồn lương thực, thực phẩm; phong phú mặt hàng nông sản xuất khẩu và đảm bảo an ninh lương thực bền vững cho tương lai.
Khoai mỡ (Dioscorea alata L.) tên gọi chung tiếng Anh là yam, loài cây của chi Dioscorea, thuộc họ củ nâu (Dioscoreaceae). Thế giới hàng năm sản xuất trên 68 triệu tấn yam ở 3 vùng chính: Tây Phi, khu vực biển Thái Bình Dương (kể cả Nhật Bản) và các nước trong vùng biển Caribê (FAO, 2015). Đây là nguồn lương thực cơ bản đảm bảo sự an toàn lương thực cho hơn 300 triệu người ở các nước đang phát triển của vùng nhiệt đới. Khoai mỡ không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng hydratcacbon mà còn là nguồn dồi dào kali, giúp cơ thể duy trì huyết áp ổn định.
Ngày nay với khoa học công nghệ phát triển, cây khoai mỡ được khai thác sử dụng rất đa dạng: làm lương thực thực phẩm, làm thức ăn gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến (thạch, kem, kẹo, chip,.), làm dược liệu cho cả Đông y và Tây y, được coi là nguồn thu nhập chính của người nông dân nghèo ở vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, cây khoai mỡ còn gọi là khoai vạc, củ mỡ, củ cái,. được trồng tại hầu hết các tỉnh từ Bắc vào Nam, tập trung nhiều ở các vùng trung du, miền núi và các vùng mới khai hoang có đất chua phèn. Khoai mỡ là loại cây lấy củ có chất lượng ăn nấu ngon, tiềm năng chế biến lớn và là một nguồn lương thực quan trọng cho nhân dân vùng bán sơn địa những năm mất mùa, những khi giáp hạt,.
Cây khoai mỡ dễ trồng, thích nghi với nhiều loại đất (kể cả đất phèn, mặn), chịu hạn tốt, ít sâu bệnh hại cho năng suất củ cao, thời gian bảo quản dài. Vì vậy, trước sự thay đổi của môi trường theo hướng bất lợi cho sản xuất lúa nước và một số cây trồng khác trong thời gian tới, các loại cây lấy củ nói chung và cây khoai mỡ nói riêng, 2 đang dần được quan tâm phát triển như một loại lương thực an toàn, thích ứng với biến đổi khí hậu. Việt Nam có nguồn gen khoai mỡ đa dạng và phong phú, chúng đa dạng cả về tiềm năng năng suất, chất lượng ăn nấu, khả năng kháng sâu bệnh và các đặc điểm hình thái như hình dạng củ, kích thước củ, màu sắc thịt củ,… (Lê Văn Tú và cs. Đây là nguồn vật liệu di truyền quí để khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau phục vụ phát triển nông nghiệp và an ninh lương thực.
Tuy nhiên, những năm gần đây nguồn gen cây khoai mỡ cũng như những nguồn gen cây trồng còn ít được quan tâm sử dụng, đã và đang bị mất đi với tốc độ nhanh chóng do nhiều nguyên nhân, trong đó sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất, cây trồng khác thay thế, do bất thuận sinh học và phi sinh học và chưa được quan tâm đầu tư khai thác sử dụng,. là những nguyên nhân chính (Lã Tuấn Nghĩa và cs. Do đó, nhiệm vụ bảo tồn tài nguyên di truyền cây khoai mỡ cần được quan tâm đầu tư nghiên cứu. Hơn nữa, việc quan tâm khôi phục, bảo tồn và phát triển các nguồn gen thực vật bản địa đang có nguy cơ bị xói mòn nhanh chóng bởi việc thay thế cây trồng truyền thống bằng loại cây có hiệu quả kinh tế cao là rất cấp thiết cần được ưu tiên trong điều kiện của sản xuất hàng hoá và góp phần bảo tồn đa dạng sinh học.
Trong khi đó, ở nước ta từ trước tới nay cũng như các nguồn gen cây có củ phụ khác, cây khoai mỡ chưa được tập trung nghiên cứu hệ thống. Tập đoàn khoai mỡ tuy đã được mô tả các tính trạng hình thái, bước đầu đã phân loại, phân nhóm, đánh giá sự đa dạng kiểu hình của tập đoàn nguồn gen thu thập qua một số năm, nhưng do số lượng và chủng loại mẫu giống có sự thay đổi thường xuyên (bị mất và thu thập mới) nên bộ dữ liệu về đặc điểm nông sinh học chưa đầy đủ đối với 105 mẫu giống đến thời điểm 2010. Tập đoàn khoai mỡ thu thập những năm qua mới chỉ được lưu giữ chuyển chỗ (ex-situ conservation) trên đồng ruộng (còn gọi là Ngân hàng gen đồng ruộng) sử dụng kỹ thuật trồng, chăm sóc của Trung tâm TNTV, đúc kết từ những thông tin trong các phiếu thu thập. Đến nay, chưa có nghiên cứu nào về xây dựng qui trình kỹ thuật lưu giữ, bảo quản cho nguồn gen này cả về lưu giữ chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại cơ sở bảo tồn, cũng như tại chỗ – trên đồng ruộng của nông dân (on-farm conservation).
Tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, trong quá trình lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng, một số nguồn gen khoai mỡ vẫn bị mất do ảnh hưởng của thiên tai; sự kém thích nghi với điều kiện sống chuyển chỗ và có hiện tượng chất lượng củ của một số nguồn gen bản địa bị giảm dần theo thời gian. Để góp phần 3 giải quyết những tồn tại nêu trên, việc nghiên cứu xác định các biện pháp kỹ thuật cơ bản phù hợp, góp phần bảo tồn an toàn nguyên trạng, hạn chế xói mòn nguồn gen khoai mỡ là công việc vô cùng cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Xuất phát từ lý luận và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam”. Mục tiêu của đề tài Đánh giá được thực trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh vùng trung du miền núi phía Bắc; sự phân bố và tư liệu hóa kiến thức bản địa liên quan đến 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010; Xác định được một số biện pháp kỹ thuật phù hợp trong bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội; Nghiên cứu lựa chọn địa điểm để xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ; xác định một số biện pháp kỹ thuật thích hợp để duy trì và phát triển giống khoai mỡ đặc sản trong mô hình tại huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 3. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài là những dẫn liệu khoa học có giá trị bổ sung vào cơ sở lý luận, cơ sở khoa học về xây dựng các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ chuyển chỗ (ex-situ) bao gồm ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro; lựa chọn địa điểm và kỹ thuật duy trì các nguồn gen tại chỗ trên đồng đất của nông dân (in-situ by on-farm), góp phần bảo tồn và sử dụng bền vững loại cây trồng này ở miền Bắc Việt Nam. Luận án là tài liệu tham khảo tốt cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn và phát triển nguồn gen cây khoai mỡ Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn Bộ dữ liệu đầy đủ về 105 mẫu giống trong tập đoàn khoai mỡ thu thập giai đoạn 1991 – 2010 là những thông tin giá trị phục vụ bảo tồn và khai thác phát triển cây khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam.
Xây dựng được 01 qui trình kỹ thuật lưu giữ chuyển chỗ tập đoàn khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội và bước đầu xác định được kỹ thuật bảo quản in-vitro cho một số nguồn gen khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng, góp phần chuẩn hóa phương pháp bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ của Trung tâm Tài nguyên thực vật. 4 Xây dựng được mô hình bảo tồn tại chỗ cho một số nguồn gen khoai mỡ bản địa của tỉnh Lạng Sơn tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, tạo cơ hội cho người dân nâng cao nhận thức và năng lực bảo tồn nguồn gen cây trồng bản địa phục vụ sinh kế. Các biện pháp kỹ thuật về phục tráng giống Khoai mỡ Trắng trụi đặc sản, tuyển chọn giống cùng tham gia và thâm canh Khoai mỡ Trắng trụi của đề tài luận án đã góp phần duy trì và phát triển nguồn gen bản địa đặc sản của địa phương, giảm nguy cơ xói mòn nguồn gen, bảo tồn đa dạng sinh học. Những đóng góp mới của đề tài Xây dựng được bộ dữ liệu khá hoàn chỉnh giá trị về nguồn gốc, sự phân bố, đặc điểm nông sinh học, kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, bảo quản và sử dụng của tập đoàn 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010 phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng cây khoai mỡ.
Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống và đồng bộ các biện pháp kỹ thuật trong lưu giữ, bảo quản chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại Hoài Đức, Hà Nội và bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn, cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho công tác bảo tồn và sử dụng các loài cây có củ giàu tiềm năng nhưng chưa được quan tâm khai thác. Khẳng định giải pháp kỹ thuật bảo tồn an toàn, nguyên trạng nguồn gen khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam gồm: lưu giữ tập đoàn khoai mỡ trên đồng ruộng tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia theo qui trình kỹ thuật hoàn thiện là biện pháp chính, kết hợp với kỹ thuật bảo tồn trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn và bảo quản in-vitro như biện pháp hỗ trợ với những mẫu giống khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5. Đối tượng nghiên cứu Nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) và kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, sử dụng; các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ.