Tổng quan nghiên cứu

Lúa gạo là nguồn lương thực chủ lực nuôi sống hơn hai phần ba dân số thế giới và đóng góp tới 37% tổng sản phẩm quốc nội trong khu vực nông nghiệp Việt Nam. Tại vùng Đồng bằng sông Hồng với tổng diện tích tự nhiên 23.336 km² (chiếm 7,1% diện tích cả nước), diện tích gieo cấy lúa có xu hướng thu hẹp liên tục, giảm từ 1.144,5 nghìn ha năm 2011 xuống còn 1.110,4 nghìn ha năm 2015. Cùng với áp lực đô thị hóa, sản xuất lúa thuần và lúa lai tại đây đang phải đối mặt với thiệt hại nghiêm trọng do rầy nâu (Nilaparvata lugens Stål) gây ra, vừa gây hiện tượng cháy rầy làm mất trắng năng suất, vừa là môi giới truyền các bệnh virus nguy hiểm như vàng lùn và lùn xoắn lá.

Thực tế canh tác cho thấy hơn 90% diện tích lúa vùng Đồng bằng sông Hồng đang sử dụng các giống lúa thuần và lúa lai mới có năng suất cao nhưng hầu hết đều nhiễm rầy nâu từ trung bình đến nặng. Việc người nông dân phụ thuộc quá lớn vào biện pháp hóa học với hơn 627 loại thuốc bảo vệ thực vật đăng ký trên thị trường khiến chi phí giống, phân bón và thuốc trừ sâu chiếm tới 46,5% tổng giá thành sản xuất, đồng thời làm suy giảm nghiêm trọng hệ sinh thái thiên địch và gia tăng nguy cơ bộc phát dịch hại.

Luận văn thạc sĩ của tác giả Đinh Thị Tâm, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Huy Chung tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Bảo vệ thực vật, được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng chống chịu rầy nâu của các giống lúa chủ lực trong sản xuất, xác định nguồn gen kháng hiệu lực cao, từ đó tuyển chọn và đề xuất các dòng lúa triển vọng cho vùng Đồng bằng sông Hồng. Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu thực nghiệm tại Hà Nội, Nam Định, Vĩnh Phúc và Viện Bảo vệ thực vật, kết hợp chuỗi số liệu thống kê giai đoạn 2011 - 2016. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc định hướng cơ cấu lại bộ giống lúa, cắt giảm chi phí bảo vệ thực vật từ 20% đến 30%, hướng tới xây dựng một nền nông nghiệp thâm canh bền vững và an toàn sinh thái.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tính kháng của cây ký chủ đối với côn trùng hại (Host-Plant Resistance Theory) và nguyên lý quản lý dịch hại tổng hợp (IPM). Tính kháng di truyền của cây lúa đối với rầy nâu được kiểm soát bởi các gen kháng đơn hoặc cụm gen đa tác tử, trải dài từ gen Bph1 đến Bph26. Cơ chế tương tác ký chủ - ký sinh xác định rằng khi một giống lúa mang gen kháng được gieo trồng trên diện rộng, áp lực chọn lọc sẽ thúc đẩy quần thể rầy nâu biến đổi độc tính để hình thành các biotype mới có khả năng bẻ gãy tính kháng sẵn có.

Bên cạnh đó, lý thuyết sinh thái học côn trùng chỉ ra vai trò điều hòa tự nhiên của quần thể thiên địch gồm 56 loài côn trùng, nhện và nấm ký sinh trên đồng ruộng, tiêu biểu như nhóm nhện lớn bắt mồi (chiếm 30,3%) và bọ cánh cứng (chiếm 26,8%). Khung nghiên cứu tập trung vào 4 khái niệm trung tâm:

  • Biotype rầy nâu: Dạng biến dị sinh học của loài Nilaparvata lugens có khả năng phá hại các giống lúa mang gen kháng tương ứng.
  • Độc tính quần thể (Population Virulence): Mức độ gây hại và khả năng thích nghi của rầy nâu ngoài đồng ruộng đối với các bộ giống chỉ thị.
  • Khả năng chống chịu nhân tạo: Phản ứng tự vệ của cây lúa non trước mật độ lây nhiễm rầy có kiểm soát trong điều kiện nhà lưới.
  • Thang tiêu chuẩn SES (Standard Evaluation System for Rice): Hệ thống phân cấp mức độ hại từ điểm 0 đến điểm 9 do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) ban hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ số liệu thống kê nông nghiệp chính thức của Tổng cục Thống kê, Chi cục Bảo vệ thực vật các tỉnh Nam Định, Hà Nội, Vĩnh Phúc giai đoạn 2011 - 2015, kết hợp dữ liệu thực nghiệm thu thập trực tiếp tại Viện Bảo vệ thực vật từ tháng 7/2015 đến tháng 7/2016.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 133 giống lúa đang lưu hành tại Đồng bằng sông Hồng (gồm 61 giống lúa tẻ thuần chiếm 75% diện tích, 55 giống lúa lai chiếm 18% diện tích và 17 giống lúa nếp), tập trung đánh giá sâu 10 giống lúa tẻ chủ lực chiếm 63,4% - 70% tổng diện tích gieo trồng; bộ giống chuẩn mang gen kháng quốc tế (Mudgo, ASD7, Rathu Heenati, Babawee...); và tập đoàn 60 dòng/giống lúa nhập nội từ IRRI. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu phân tầng ngẫu nhiên ngoài sản xuất kết hợp thu thập mẫu rầy nâu sống bằng máy hút chuyên dụng tại các vùng sinh thái đại diện.

Về phương pháp phân tích, tác giả lựa chọn phương pháp đánh giá tính kháng rầy nâu trên khay mạ trong nhà lưới theo quy chuẩn IRRI (Standard Evaluation System for Rice, 2002). Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng chuẩn hóa tuyệt đối điều kiện thử nghiệm, loại trừ hoàn toàn các yếu tố nhiễu từ biến động thời tiết ngoại cảnh và mật độ thiên địch tự nhiên. Mạ lúa ở giai đoạn 3 đến 4 lá thật được bố trí ngẫu nhiên 3 lần lặp lại (15 - 20 hạt/ô), lây nhiễm nhân tạo rầy non tuổi 2-3 với mật độ 5-8 con/dảnh, đối chứng bằng giống nhiễm chuẩn TN1. Điểm đánh giá ghi nhận chính xác tại thời điểm giống TN1 bị cháy rầy hoàn toàn. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý và phân tích phương sai bằng phần mềm thống kê Microsoft Excel 2007.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả điều tra thực trạng cho thấy sự đồng nhất di truyền nguy hiểm trong cơ cấu giống lúa vùng Đồng bằng sông Hồng. Top 3 giống lúa tẻ thuần chiếm diện tích gieo trồng lớn nhất năm 2015 gồm Khang dân 18 (190,42 nghìn ha), Bắc thơm 7 (161,19 nghìn ha) và BC15 (148,51 nghìn ha) cùng các giống lúa lai chủ lực như Nhị ưu 838 đều phản ứng từ nhiễm trung bình đến nhiễm nặng (điểm 7 đến điểm 9 theo thang IRRI) với quần thể rầy nâu bản địa.

Thứ hai, nghiên cứu đã định danh chính xác các nguồn gen kháng rầy nâu còn hiệu lực cao tại Đồng bằng sông Hồng. Quần thể rầy nâu tại đây đã bẻ gãy hoàn toàn tính kháng của gen Bph1bph2 (vốn có trong các giống CR203, IR26 trước đây). Ngược lại, các gen kháng Bph3, bph4, Bph10, Bph25Bph26 duy trì tính kháng cao (điểm 1 - 3). Các gen Bph6, Bph18Bph20 biểu hiện mức kháng trung bình (điểm 5).

Thứ ba, sàng lọc tập đoàn lúa nhập nội từ IRRI đã phát hiện 18 dòng/giống có tính kháng cao (chiếm 30%) và 42 dòng/giống nhiễm vừa (chiếm 70%) đối với quần thể rầy nâu Đồng bằng sông Hồng, hoàn toàn không có dòng nào bị cháy rầy. Đây là nguồn vật liệu khởi đầu vô cùng giá trị cho các chương trình lai tạo giống mới.

Thứ tư, công trình đã tuyển chọn và giới thiệu thành công dòng lúa triển vọng RN 40. Dòng RN 40 thể hiện tính kháng rầy nâu vượt trội (đạt điểm 3), kháng tốt bệnh bạc lá, có thời gian sinh trưởng ngắn (vụ mùa 90-105 ngày, vụ xuân 110-120 ngày), khả năng chịu rét tốt, năng suất thực tế tại Hà Nội và Nam Định đạt trung bình 51,36 tạ/ha, hạt gạo trắng, cơm mềm dẻo.

Thảo luận kết quả

Thực trạng bùng phát rầy nâu những năm qua bắt nguồn từ việc nông dân mở rộng ồ ạt các giống lúa thuần chất lượng cao và lúa lai có nguồn gốc nhập nội nhưng chưa qua sàng lọc tính kháng rầy. Khi gặp điều kiện thời tiết ấm và ẩm độ 70-80%, quần thể rầy tích lũy mật độ từ lứa 1 sang lứa 3 gấp tới 130-136 lần, đạt đỉnh 700 - 2.000 con/khóm, dẫn đến hiện tượng cháy rầy cục bộ trên diện tích hàng chục nghìn hecta.

So sánh với các nghiên cứu kinh điển của Viện Bảo vệ thực vật và IRRI, sự thay đổi độc tính rầy nâu tại miền Bắc diễn ra chậm hơn Đồng bằng sông Cửu Long khoảng 10 năm nhưng đang có xu hướng phức tạp hóa tương tự. Việc rầy vượt qua gen Bph1bph2 khẳng định việc tiếp tục phục tráng hoặc duy trì các giống lúa cũ như CR203 hay IR42 không còn mang lại hiệu quả phòng dịch.

Toàn bộ hệ thống dữ liệu thực nghiệm của luận văn được trực quan hóa sinh động qua 28 bảng số liệu và 4 biểu đồ hình ảnh khoa học. Các bảng phân loại tần suất cấp hại, bảng so sánh năng suất thực nghiệm giữa dòng RN 40 với giống đối chứng TBR 225 và Khang dân 18 cùng các hình ảnh chụp khay mạ lây nhiễm nhân tạo đã minh chứng thuyết phục cho giá trị sinh học và nông học của các dòng tuyển chọn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp mang tính chiến lược và khả thi cao cho sản xuất lúa vùng Đồng bằng sông Hồng:

  1. Cơ cấu lại tỷ lệ các giống lúa thương phẩm: Các Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tại Hà Nội, Nam Định, Vĩnh Phúc và các tỉnh lân cận cần chủ động giảm từ 20% đến 35% diện tích gieo cấy các giống mẫn cảm cao như Khang dân 18, Bắc thơm 7; từng bước thay thế bằng các giống có khả năng kháng rầy hoặc dòng triển vọng RN 40; mục tiêu đưa tỷ lệ diện tích lúa nhiễm rầy nặng xuống dưới 3% trong giai đoạn 2017 - 2020.
  2. Đẩy mạnh ứng dụng chọn giống bằng chỉ thị phân tử (MAS): Viện Bảo vệ thực vật phối hợp với Học viện Nông nghiệp Việt Nam đưa các nguồn gen kháng hữu lực cao như Bph3, Bph10, Bph25, Bph26 vào các tổ hợp lai lúa thuần và lúa lai chất lượng; đặt mục tiêu tạo ra từ 2 đến 3 giống lúa mới kháng rầy kép được công nhận sản xuất thử trước năm 2022.
  3. Mở rộng mô hình khảo nghiệm và trình diễn dòng RN 40: Trung tâm Khuyến nông Quốc gia phối hợp với Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật các địa phương xây dựng các mô hình trình diễn quy mô 50 - 100 ha cho dòng RN 40 ở cả hai vụ xuân và vụ mùa; hoàn thiện quy trình thâm canh đạt năng suất kỳ vọng 52 - 58 tạ/ha, đồng thời kiểm tra tính bền vững của gen kháng trên các chân đất khác nhau.
  4. Kiểm soát chặt chẽ việc kinh doanh và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật: Cục Bảo vệ thực vật tăng cường thanh tra, cắt giảm ít nhất 30% danh mục các loại thuốc trừ rầy nhóm cúc tổng hợp (Pyrethroid như Decamethrin) vốn có độc tính cao tiêu diệt thiên địch; hướng dẫn người dân kỹ thuật phun thuốc đúng thời điểm khi rầy non tuổi 1-2 nở rộ, giữ vững cân bằng hệ sinh thái đồng ruộng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng đa tầng, là tài liệu tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Các nhà khoa học và chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Khai thác trực tiếp danh mục 18 dòng lúa IRRI kháng cao và hệ thống nguồn gen Bph3, Bph25, Bph26 để làm vật liệu bố mẹ phục vụ công tác lai tạo giống lúa kháng sâu bệnh thế hệ mới.
  • Cán bộ quản lý nông nghiệp và khuyến nông: Lãnh đạo các Sở NN&PTNT, Chi cục Trồng trọt & BVTV tại 11 tỉnh thành vùng Đồng bằng sông Hồng sử dụng dữ liệu thực trạng 133 giống lúa để xây dựng lịch thời vụ và định hướng cơ cấu giống phòng tránh dịch hại hàng năm.
  • Các doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh giống cây trồng: Tiếp cận hồ sơ nông học của dòng triển vọng RN 40 (thời gian sinh trưởng 90-120 ngày, năng suất 51,36 tạ/ha) để đầu tư khảo nghiệm diện rộng, liên kết sản xuất và thương mại hóa sản phẩm lúa chất lượng cao.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Bảo vệ thực vật, Nông học: Tham khảo phương pháp luận chuẩn quốc tế của IRRI về sàng lọc tính kháng côn trùng trong nhà lưới và phương pháp xử lý số liệu điều tra dịch tễ học thực vật.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao các giống lúa chủ lực như Khang dân 18, Bắc thơm 7 và BC15 lại nhiễm rầy nâu nặng tại Đồng bằng sông Hồng?
Các giống lúa này được chọn lọc chủ yếu dựa trên ưu thế về thời gian sinh trưởng, năng suất hoặc chất lượng cảm quan mà không mang các gen kháng rầy đặc hiệu. Khi được gieo cấy tập trung trên diện tích hơn 500.000 ha, sự đồng nhất di truyền đã tạo điều kiện cho quần thể rầy tích lũy mật độ và bùng phát thành dịch.

Biotype rầy nâu tại vùng Đồng bằng sông Hồng có điểm gì khác biệt so với các vùng khác?
Rầy nâu tại Đồng bằng sông Hồng đã hoàn toàn bẻ gãy tính kháng của gen Bph1bph2. Mặc dù tốc độ biến đổi độc tính chậm hơn Đồng bằng sông Cửu Long, quần thể rầy miền Bắc hiện nay mang độc tính tương đương Biotype 2 và đang hình thành các chủng mới có khả năng gây hại trên các giống kháng cũ.

Dòng lúa triển vọng RN 40 có những ưu điểm nông học nào nổi bật?
Dòng RN 40 có thời gian sinh trưởng rất ngắn (90-105 ngày trong vụ mùa, 110-120 ngày trong vụ xuân), khả năng chịu rét tốt, kháng rầy nâu đạt điểm 3 theo chuẩn IRRI, kháng bệnh bạc lá, cho năng suất trung bình 51,36 tạ/ha và hạt gạo có chất lượng cơm mềm, thơm dẻo.

Thang điểm 9 cấp của IRRI đánh giá mức độ kháng rầy nâu như thế nào?
Thang đo phân cấp dựa trên tỷ lệ tổn thương của mạ: Điểm 0-1 là kháng cao (cây không bị hại hoặc hại rất nhẹ); điểm 3 là kháng (lá hơi vàng); điểm 5 là nhiễm trung bình (10-25% cây héo hoặc còi cọc); điểm 7 là nhiễm nặng (trên 50% cây chết); điểm 9 là nhiễm đặc biệt nặng (100% cây chết rụi).

Vì sao việc phun thuốc bảo vệ thực vật hóa học nhiều khi lại làm dịch rầy bùng phát mạnh hơn?
Nhiều loại thuốc hóa học như Decamethrin không diệt được trứng rầy nằm sâu trong bẹ lá nhưng lại tiêu diệt 56 loài thiên địch tự nhiên như nhện săn mồi Lycosa pseudoannulata. Điều này làm mất cân bằng sinh thái, kích thích rầy sống sót đẻ trứng nhiều hơn và phục hồi quần thể nhanh gấp nhiều lần.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện thực trạng sử dụng 133 giống lúa trên 1,11 triệu ha đất canh tác vùng Đồng bằng sông Hồng, chỉ rõ nguy cơ bùng phát dịch hại khi hơn 90% diện tích gieo trồng các giống nhiễm rầy.
  • Xác định chính xác nhóm gen kháng rầy nâu hữu hiệu cho vùng Đồng bằng sông Hồng gồm Bph3, bph4, Bph10, Bph25, Bph26 cùng các gen kháng trung bình Bph6, Bph18, Bph20.
  • Sàng lọc và phân loại thành công 18 dòng/giống kháng cao và 42 dòng/giống nhiễm vừa từ tập đoàn 60 vật liệu nhập nội của IRRI, tạo nguồn vật liệu di truyền phong phú cho công tác chọn giống.
  • Chọn tạo và khảo nghiệm thành công dòng lúa thuần triển vọng RN 40 với năng suất 51,36 tạ/ha, sinh trưởng 90-120 ngày, kháng rầy điểm 3 và kháng bệnh bạc lá tốt.
  • Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc để giảm thiểu việc sử dụng 627 loại thuốc hóa học, chuyển hướng sang chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp IPM bền vững.

Trong giai đoạn 2017 - 2020, các cơ quan nghiên cứu và khuyến nông cần tiếp tục mở rộng khảo nghiệm sản xuất dòng RN 40 và ứng dụng chỉ thị phân tử để tích hợp các gen Bph3, Bph25 vào bộ giống lúa quốc gia. Độc giả và các đơn vị nghiên cứu quan tâm có thể liên hệ trực tiếp với Viện Bảo vệ thực vật hoặc Học viện Nông nghiệp Việt Nam để tiếp cận nguồn vật liệu và chuyển giao quy trình kỹ thuật.