CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết Hầu hết các vùng lúa nước sâu ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là đất phèn, nồng độ sắt và nhôm cao, gây độc hại cho cây lúa nhất là ở giai đoạn mạ trước khi ngập, đặc biệt trong điều kiện mưa nắng thất thường. Những năm gần đây, hạn hán xuất hiện với tần suất dày hơn, làm cho những vùng đất sử dụng nước để ém phèn, nay lại xì phèn. Hạn hán làm cho hiện tượng xâm nhập mặn ở một số vùng đất ven biển, thậm chí những vùng xa cửa sông trở nên trầm trọng hơn (mùa khô năm 2015, ở ĐBSCL chỉ có tỉnh Đồng Tháp là không bị nhiễm mặn), tạo nên quá trình mặn trong đất, ảnh hưởng rất lớn lên canh tác lúa. Cây lúa sống trong điều kiện có độc chất sắt, nhôm hoặc mặn trong đất sẽ chịu nhiều tác động cùng lúc, chẳng hạn như sự thiếu hụt lân, thừa sắt nhôm, và các hợp chất có chứa lưu huỳnh (S), lá teo tóp, khô, cây lúa có thể ngừng sinh trưởng… Các biểu hiện về triệu chứng gây độc này rất phức tạp, vì tác động và tính chất tổng hợp của nó.
Vài thập niên trở lại đây, trong công tác chọn giống ở Việt Nam, các nhà chọn giống đã cố gắng để chọn tạo ra nhiều giống lúa mới có khả năng canh tác được trên vùng đất phèn, phèn mặn, điều này càng phù hợp với nhu cầu hiện nay, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu, mặn xâm nhập nhiều, ảnh hưởng nặng nề đến canh tác lúa, khi những vùng trước đây vốn có khả năng ém phèn lại trở thành vùng phèn hoạt động, vùng đất không mặn lại trở thành vùng nhiễm mặn; hay quá trình khai thác các vùng đất phèn cũng có nhu cầu cao về các giống lúa này. Các nhà chọn giống đã sử dụng nhiều công cụ như lai tạo, xử lý đột biến bằng các tác nhân vật lý hoặc hoá học, khai thác nguồn gen của các giống lúa bản địa… để tạo ra những giống lúa mới cho mục tiêu trên. Trong các phương pháp chọn giống đó, xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt nhằm tạo ra những biến đổi nhất định trên hệ thống tái sinh của thực vật (đối với lúa là giai đoạn hạt nảy mầm) cũng được quan tâm. Song song đó, việc kết hợp thanh lọc khả năng chống chịu phèn và mặn trong môi trường dung dịch dinh dưỡng cũng như kết hợp các phương pháp để đánh giá và chọn lọc các đặc tính về phẩm chất trong quá trình chọn lọc giống mới là một bước đi quan trọng và cần thiết trong công tác chọn các giống lúa chống chịu phèn, mặn này.
Đó là cơ sở để đánh giá khả năng chống chịu trước khi có những thí nghiệm trong điều kiện canh tác tại các vùng phèn, mặn điển hình ở Đồng bằng sông Cửu Long cũng như duy trì và phát huy những đặc tính tốt về phẩm chất của các giống mới chọn lọc. 1 Xuất phát từ các yêu cầu trên, hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu giống lúa thơm trong điều kiện phèn và phèn mặn” được đặt ra, nhằm chọn lọc được các giống lúa canh tác tốt trong điều kiện phèn và phèn mặn mà vẫn duy trì được tính thơm cũng như giữ được những đặc tính tốt của giống.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu chung Chọn lọc được giống/dòng lúa thơm phát triển được trong điều kiện phèn và phèn mặn.2 Mục tiêu cụ thể Chọn được giống/dòng lúa thơm ngắn ngày (≤ 110 ngày), chịu phèn, chống chịu mặn (≤ 9 dSm-1), năng suất cao (≥ 5 tấn/ha), hàm lượng amylose (< 20%).3 Đối tượng nghiên cứu Sử dụng giống lúa mùa Nàng Thơm Chợ Đào thu thập tại Long An làm vật liệu nghiên cứu.4 Phạm vi nghiên cứu Chọn lọc ra giống, dòng lúa thơm mới, có khả năng phát triển được trong điều kiện đất bị nhiễm phèn, phèn mặn bằng biện pháp xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt vào giai đoạn nảy mầm. Quá trình chọn lọc kết hợp phân tích các chỉ tiêu phẩm chất, sử dụng chỉ thị protein liên kết với tính thơm để tăng hiệu quả chọn lọc. Khảo nghiệm ở điều kiện canh tác thực tế khi các dòng lúa mới chọn tạo có biểu hiện thuần.
Xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt trên vật liệu ban đầu nhằm tạo ra những biến đổi nhất định, từ đó chọn lọc các dòng lúa mới theo các mục tiêu đặt ra (từ thế hệ M1 đến thế hệ M5), đồng thời thanh lọc khả năng chống chịu phèn và mặn của các dòng trong dung dịch dinh dưỡng. Khảo nghiệm cơ bản các dòng lúa mới chọn lọc ưu tú tại vùng đất nhiễm phèn và phèn mặn Mộc Hoá và Thị xã Kiến Tường, tỉnh Long An. Thời gian thực hiện các thí nghiệm từ tháng 1/2015 đến tháng 9/2017.5 Nội dung nghiên cứu Xử lý đột biến trên vật liệu ban đầu bằng phương pháp xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt, chọn dòng đột biến (từ thế hệ M1 đến thế hệ M5), đồng thời thanh lọc khả năng chống chịu phèn và mặn của các dòng trong dung dịch dinh dưỡng. Xác định chỉ thị protein (là polypeptide liên kết với tính thơm của lúa) để áp dụng trong quá trình chọn lọc các giống lúa thơm nhằm rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả chọn lọc.
2 Phân tích các chỉ tiêu phẩm chất, nông học và thành phần năng suất của các dòng lúa mới chọn lọc để có cơ sở chọn dòng khảo nghiệm thực tế ngoài đồng. Khảo nghiệm cơ bản các dòng lúa mới chọn lọc tại vùng đất nhiễm phèn và phèn mặn ở Long An.6 Ý nghĩa khoa học của luận án Chỉ thị protein (polypeptide liên kết với tính thơm của lúa) có thể sử dụng như một công cụ trong việc xác định nhanh những giống/dòng lúa thơm, tăng hiệu quả và rút ngắn được thời gian chọn lọc. Qui trình hoàn chỉnh chọn lọc dòng lúa mới qua các thế hệ được xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt vào giai đoạn nảy mầm, áp dụng trên giống lúa mùa bị ảnh hưởng bởi quang kỳ là một công cụ hữu hiệu, có thể áp dụng trên những nghiên cứu khác với giống lúa mùa.7 Ý nghĩa thực tiễn của luận án Chọn được giống/dòng lúa thơm mới không bị ảnh hưởng bởi quang kỳ, có năng suất cao, chất lượng tốt, phù hợp với điều kiện canh tác ở những vùng khó khăn, bị nhiễm phèn và phèn mặn ở đồng bằng sông Cửu Long.8 Điểm mới của luận án Tính mới của nghiên cứu này là: + Ứng dụng kỹ thuật điện di protein SDS-PAGE xác định được marker phân tử liên kết với tính thơm của các giống lúa thơm, làm cơ sở để nhanh chóng phát hiện và chọn lọc được giống lúa thơm. + Qui trình chọn lọc dòng lúa mới bằng phương pháp xử lý nhiệt độ gây sốc nhiệt qua các thế hệ, có thể chọn lọc được các dòng lúa mới với năng suất và phẩm chất phù hợp mục tiêu chọn lọc, áp dụng cho các giống lúa mùa (bị ảnh hưởng bởi quang kỳ).
3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Thực trạng nghiên cứu và canh tác lúa thơm ở ĐBSCL Không kể hải đảo, ĐBSCL có diện tích tự nhiên là 3.132 ha, chia ra 3 nhóm đất chiếm diện tích lớn nhất là đất phèn và phèn nhiễm mặn (1.263 ha), đất phù sa (1.857 ha) và đất mặn (744.547 ha) (Nguyễn Bảo Vệ và ctv. Do có đường bờ biển dài nên diện tích trồng lúa bị nhiễm mặn và phèn ở Đồng Bằng Sông Cửu Long rất lớn, diện tích đất trồng lúa bị nhiễm phèn mặn này ngày càng gia tăng do ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, nước biển ngày càng xâm nhập sâu vào đất liền. Những vùng chịu ảnh hưởng nặng nề của phèn mặn có thể kể đến là Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang, Trà Vinh, Long An…đây là những vùng phát triển rất mạnh các mô hình canh tác trồng trọt hoặc nuôi thủy sản, với mô hình canh tác lúa - tôm phổ biến với tính khả thi cao đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt và có sức hấp dẫn mạnh đối với người dân, trở thành phương thức sản xuất của nhiều hộ nông dân (Nguyễn Thanh Tường và ctv. Sau một thời gian thực hiện mô hình lúa - tôm, một số vấn đề về môi trường bắt đầu nảy sinh và gây ra mối quan ngại về tính bền vững của mô hình này (Phan Minh Quang, 2009).
Sự gia tăng nhanh chóng diện tích canh tác lúa - tôm theo nhu cầu của nông dân, việc áp dụng kỹ thuật canh tác theo kinh nghiệm, giống lúa chống chịu phèn mặn còn thiếu, cũng như chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức (Nguyễn Văn Cường và Võ Công Thành, 2012) sẽ là những nguyên nhân gây ra sự mặn hóa của đất, vật liệu sinh phèn bị oxy hóa mạnh, làm đất bị nhiễm phèn, làm suy thoái môi trường đất canh tác, ảnh hưởng đến năng suất lúa và gây ra những tổn thất không nhỏ về kinh tế của hộ nông dân trong vùng canh tác lúa - tôm ở Bạc Liêu. Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các kỹ thuật chọn lọc giống chống chịu phèn mặn ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là kỹ thuật điện di ADN (microsatelite) để chọn được những giống có khả năng chống chịu phèn mặn (Nguyễn Thị Lang và ctv., 2001), đồng thời yêu cầu thực tiễn cũng đặt ra cần có sự kết hợp giữa sử dụng giống chống chịu phèn mặn với việc nghiên cứu để tìm biện pháp kỹ thuật canh tác thích hợp nhằm hạn chế tác hại của phèn mặn ảnh hưởng đến năng suất cây lúa, đồng thời duy trì được tính bền vững của môi trường đất canh tác. Các nhà khoa học cũng đánh giá rằng, trong tình trạng biến đổi khí hậu hiện nay, phèn mặn là một trong những yếu tố quan trọng làm giảm năng suất và sản lượng lúa hiện nay và trong những năm tới. Trong khi đó các giống lúa đang được sản xuất tại các vùng nhiễm phèn mặn Đồng bằng sông Cửu Long chưa được nghiên cứu sâu, chưa đáp ứng nhu cầu sản xuất.1 Phẫu diện đất phèn tại Long An và các đặc tính đi kèm (nguồn: Bảo tàng đất Việt Nam, 1997) Mặc khác, nhu cầu lúa gạo của thị trường trong những năm gần đây đặc biệt chú trọng đến các giống lúa có chất lượng cao.
Gạo có chất lượng cao được xác định bởi rất nhiều yếu tố như: hình dạng hạt, giá trị dinh dưỡng, hương thơm, chất lượng sau khi chế biến…Trong đó, hương thơm được xem là một trong những đặc tính quan trọng. Trong khi giá gạo của các giống lúa truyền thống suy giảm, các loại lúa gạo đặc sản, nhất là những loại gạo thơm vẫn giữ được giá cao và ổn định.
