Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Giống cây trồng là yếu tố sinh học có tính quyết định rất lớn trong việc tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Mỗi giống lúa đều có khả năng thích hợp với một điều kiện sinh thái nhất định.
Đặc biệt giống cho vùng đất nhiễm mặn đòi hỏi chặt chẽ về mức thích hợp và cũng là yêu cầu thực tế bức thiết cao. Mỗi một giống cây trồng thì trong cơ thể chúng được quy định bởi một hệ gen hoàn chỉnh nhất định phù hợp với một điều kiện môi trường nào đó. Chính vì vậy, trong điều kiện sản xuất cần phải nắm vững các đặc trưng, đặc tính của giống để tác động kỹ thuật thích hợp nhất. Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất qua nhiều năm, dưới sự tác động của các điều kiện ngoại cảnh, đặc biệt là tình hình xâm nhập mặn do nước biển dâng cao đã ảnh hưởng đến năng suất và phẩm chất cũng như khả năng chống chịu sâu bệnh của giống.
Đối với cây lúa, tính chống chịu mặn là một tiến trình sinh lý phức tạp, thay đổi theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của cây [26]. Tính trạng bất thụ của bông lúa khi bị stress do mặn được điều khiển bởi một số gen trội, nhưng các gen này không tiếp tục thể hiện ở các thế hệ sau. Theo Đặng Minh Tâm và Nguyễn Thị Lang [30], phân tích diallele về tính trạng chống chịu mặn, người ta ghi nhận cả hai hoạt động của gen cộng tính và gen không cộng tính với hệ số di truyền thấp (19,18%) và ảnh hưởng của môi trường rất lớn. Rất nhiều nghiên cứu cho rằng, yếu tố di truyền tính chống chịu mặn biến động rất khác nhau giữa các giống lúa.
Vì vậy, muốn chọn giống lúa chống chịu mặn có hiệu quả, cần nghiên cứu sâu về cơ chế di truyền tính chống chịu mặn, từ đó loại bỏ ngay từ những thế hệ đầu những dòng không đáp ứng được yêu cầu của nhà chọn giống. Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn cho thấy, cả hai ảnh hưởng hoạt động của gen cộng tính và gen không cộng tính đều có ý nghĩa trong di truyền tính chống chịu mặn. Hiện chúng ta có rất ít thông tin về kiểu hình chống chịu mặn ở giai đoạn trưởng thành của cây lúa. Hầu hết các thí nghiệm đều được tiến hành trên giai đoạn mạ với quy mô quần thể hạn chế và chỉ số Na/K thường được dùng như một giá trị chỉ thị [23], [26].
Cây lúa nhiễm mặn có xu hướng hấp thu Na nhiều hơn cây chống chịu. Ngược lại, cây chống chịu mặn hấp thu K nhiều hơn cây nhiễm. Ngưỡng chống chịu NaCl của cây lúa là EC = 4 dS/m [22]. Trong quá trình bị nhiễm mặn, nồng độ ion K+ trong tế bào được điều tiết tương thích với cơ chế điều tiết áp suất thẩm thấu và khả năng tăng trưởng tế bào.
Nhiều loài thực vật thuộc nhóm halophyte và một phần của nhóm glycophyte thực hiện hoạt động điều tiết áp suất thẩm thấu làm cản trở ảnh Luận văn thạc sĩ Nông nghiệp PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 5 hưởng gây hại của mặn. Hoạt động này sẽ giúp cây duy trì một lượng lớn K + và hạn chế hấp thu Na+. Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa được biết thông qua nhiều công trình nghiên cứu rất nổi tiếng, Korkor và Abdel-Aal 1974 [22], Maas và Hoffman 1977[22], Mori và cộng sự, 1987 [23]. Mặn ảnh hưởng đến hoạt động sinh trưởng của cây lúa dưới những mức độ thiệt hại khác nhau ở từng giai đoạn sinh trưởng phát triển khác nhau (Maas và Hoffman, 1997) [22].
Theo Pearson và cộng sự. 1966 [26] tính chống chịu mặn xảy ra ở giai đoạn hạt nẩy mầm, sau đó trở nên rất mẫn cảm trong giai đoạn mạ (tuổi lá 2-3), rồi trở nên chống chịu trong giai đoạn tăng trưởng, kế đến nhiễm trong thời kỳ thụ phấn và thụ tinh, cuối cùng thể hiện phản ứng chống chịu trong thời kỳ hạt chín. Tuy nhiên, một vài nghiên cứu ghi nhận ở giai đoạn lúa trổ, nó không mẫn cảm với stress do mặn (Kaddah và cộng sự, 1975) [21]. Do đó, người ta phải chia ra nhiều giai đoạn để nghiên cứu một cách đầy đủ cơ chế chống chịu mặn của cây trồng.
Ảnh hưởng gây hại do mặn trên cây lúa rất phức tạp, chúng ta không chỉ quan sát tính trạng hình thái, mà còn tính trạng sinh lý, sinh hóa, tương tác với môi trường. Do đó, việc chọn lọc cá thể chịu mặn không thể căn cứ trên một tính trạng riêng biệt nào đó (Murty KS, KV Janardhan (1971) [24]. Giống chịu mặn nổi tiếng Nona Bokra được ghi nhận tốt ở giai đoạn mạ và giai đoạn tăng trưởng, nhưng giống chuẩn kháng Pokkali được ghi nhận tốt ở giai đoạn phát dục (Senadhira, 1987) [28]. Giống Đốc Đỏ và Đốc Phụng đã được đánh giá như nguồn cho gen kháng ở ĐBSCL (B.Bửu và cs,1995)[15].
Chương trình chọn giống lúa chịu mặn tập trung khai thác nguồn tài nguyên di truyền địa phương, tính thích nghi với môi trường và tập quán canh tác. Theo Ohta M và cs [17], thiệt hại do mặn thể hiện trước hết là giảm diện tích lá. Trong điều kiện thiệt hại nhẹ, trọng lượng khô có xu hướng tăng lên trong một thời gian, sau đó giảm nghiêm trọng do suy giảm diện tích lá. Trong điều kiện thiệt hại nặng hơn, trọng lượng khô của chồi và của rễ suy giảm tương ứng với mức độ thiệt hại.
Ở giai đoạn mạ, lá già hơn sẽ mất khả năng sống sót sớm hơn lá non. Theo Ohta và Yasue, 1958[17], Murty và Janardhan, 1971[24] thiệt hại do mặn được gây ra bởi sự mất cân bằng áp suất thẩm thấu và sự tích tụ nhiều ion Cl-. Theo Ponnamperuma, 1984 [27] thiệt hại do mặn còn được ghi nhận bởi hiện tượng hấp thu một lượng quá thừa Na, và độc tính của Na làm cho Cl trở thành anion trơ (neutral), có tác dụng bất lợi với một phổ rộng về nồng độ. Sự mất cân bằng Na - K cũng là yếu tố làm hạn chế năng suất (Clarkson và Hanson 1980)[16].
Ion kali có một vai trò quan trọng làm kích hoạt enzyme và đóng mở khí khổng tương ứng với tính chống chịu mặn của cây trồng, thông qua hiện tượng tích lũy lượng kali trong chồi thân. Luận văn thạc sĩ Nông nghiệp PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 6 Yeo và Flower (1984) đã tổng kết cơ chế chống chịu mặn của cây lúa theo từng nội dung như sau: Hiện tượng ngăn chặn muối: Cây không hấp thu một lượng muối dư thừa nhờ hiện tượng hấp thu có chọn lọc. Hiện tượng tái hấp thu: Cây hấp thu một lượng muối thừa nhưng được tái hấp thu trong mô tự do. Na+ không chuyển vị đến chồi thân.
Chuyển vị từ rễ đến chồi: Tính trạng chống chịu mặn được phối hợp với một mức độ cao về điện phân ở rễ lúa, và mức độ thấp về điện phân ở chồi, làm cho sự chuyển vị Na+ trở nên ít hơn từ rễ đến chồi. - Hiện tượng ngăn cách từ lá đến lá: Lượng muối dư thừa được chuyển từ lá non sang lá già, muối được định vị tại lá già không có chức năng, không thể chuyển ngược lại. - Chống chịu ở mô: Cây hấp thu muối và được ngăn cách trong các không bào của lá, làm giảm ảnh hưởng độc hại của muối đối với hoạt động sinh trưởng của cây. - Ảnh hưởng pha loãng: Cây hấp thu muối nhưng sẽ làm loãng nồng độ muối nhờ tăng cường tốc độ phát triển nhanh và gia tăng hàm lượng nước trong chồi.
Theo Gregorio và Senadhira, 1993 [20] Tất cả những cơ chế này đều nhằm hạ thấp nồng độ Na+ trong các mô chức năng, do đó làm giảm tỉ lệ Na +/K+ trong chồi. Tỉ lệ Na+/K+ trong chồi được xem như là chỉ tiêu chọn lọc giống lúa chống chịu mặn. Mỗi một giống lúa đều có một hoặc hai cơ chế nêu trên, không phải có tất cả (Yeo và Flowers, 1984) [33]. Phản ứng của cây trồng đối với tính chống chịu mặn vô cùng phức tạp, đó là hiện tượng tổng hợp từ những yếu tố riêng lẻ.
Yeo và Flowers (1984) [33] kết luận rằng phản ứng tốt nhất làm gia tăng tính chống chịu mặn phải gắn liền với việc tối ưu hóa nhiều đặc điểm sinh lý, có tính chất độc lập tương đối với nhau. Do vậy, mục tiêu của chúng ta là phối hợp tất cả những cơ chế sinh lý ấy vào trong giống lúa cải tiến tính chống chịu mặn abscisic acid (ABA) được xem như một yếu tố rất quan trọng của cây trồng phản ứng với những stress gây ra do mặn và do nhiệt độ cao. Do đó ABA còn được xem như là gen cảm ứng (inducible genes) trong cơ chế chống chịu mặn của cây trồng. và cộng sự.
(2010) [23] đã đánh giá gen chịu mặn (saltol) của 30 giống lúa ở các điều kiện mặn khác nhau (0, 60, 100 mM NaCl) ở các giai đoạn sinh trưởng, phát triển. Kết quả cho thấy có sự tương tác giữa kiểu gen và nồng độ muối đến sức sống hạt phấn, tỷ lệ hạt lép và năng suất lúa. Năng suất lúa bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi độ mặn tăng từ 60 mM đến 100 mM NaCl. Chính vì vậy, công tác nghiên cứu và tuyển chọn các giống lúa mới đáp ứng được yêu cầu sản xuất của từng địa phương là rất cần thiết và cần duy trì liên tục.
Luận văn thạc sĩ Nông nghiệp PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.com to remove the waterma 7 1. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU - Ở nước ta có khoảng 1 triệu ha đất nhiễm mặn trong đó có 2 vùng nhiễm mặn tập trung chủ yếu là đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Ảnh hưởng của nước biển ở vùng cửa sông vào đất liền ở ĐBSH chỉ khoảng 15 km, nhưng ở vùng ĐBSCL lại có thể xâm nhập tới 40 – 50 km [36]. Dọc theo ven biển các tỉnh miền Trung đất cũng bị nhiễm mặn như Hà Tĩnh có khoảng 17.919 ha, Quảng Bình có hơn 9.300 ha, Ninh Thuận có gần 2.300 ha và Thừa Thiên Huế có khoảng 6.290 ha, Quảng Nam có khoảng 5.000 ha và Quảng Trị có 1.430 ha đất bị nhiễm mặn.
Các giống lúa địa phương thường được canh tác tại các vùng này là: X23, Khang Dân 18, HT1, P6.hầu hết những giống lúa này không có khả năng chịu mặn. - Tỉnh Quảng Trị có tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh có 474. Các loại đất chia theo mục đích sử dụng bao gồm: Đất nông nghiệp có diện tích là 301.993,75 ha, chiếm 63,62% tổng diện tích đất tự nhiên.