CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Trong sản xuất nông nghiệp, giống có vai trò rất quan trọng trong việc góp phần nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng. Khả năng thích ứng của giống với các điều kiện sinh thái là rất khác nhau. Vì vậy, muốn phát huy hiệu quả tối đa của giống cần tiến hành nghiên cứu và đánh giá khả năng thích ứng cũng như tiềm năng năng suất của các giống mới trước khi đua ra sản xuất đại trà, từ đó tìm ra những giống thích hợp nhất đối với từng vùng sinh thái.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật có rất nhiều phương pháp để chọn tạo giống cây trồng mới như nhân giống vô tính gây đột biến, lai tạo, có thể rút ngắn được thời gian tạo giống, tạo ra được giống tốt, có năng suất cao ổn định, sức chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất thuận. Với trang thiết bị kỹ thuật của chúng ta hiện nay thì việc áp dụng các phương pháp tạo giống trên còn gặp nhiều hạn chế, do vậy nhập nội là phương pháp tạo giống mới nhanh nhất và hiệu quả nhất. Để chọn được giống nhập nội tốt, phù hợp với địa phương thì việc khảo nghiệm tìm hiểu khả năng sinh trưởng, khả năng chống chịu và năng suất chất lượng của giống trong vùng sinh thái khác nhau là rất quan trọng. Với sự phát triển của nền kinh tế kéo theo sự phát triển về nhu cầu năng lượng, trong khi những nguồn năng lượng đang sử dụng dần cạn kiệt và không có khả năng tái tạo, đòi hỏi có những giải pháp tìm ra nguồn năng lượng thay thế, có khả năng tái tạo và một vấn đề quan trọng là bảo vệ môi trường.
Nhiều nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam có lợi thế về nông nghiệp nhưng chưa được phát huy tối đa, nông thôn, nông nghiệp có "mỏ dầu" năng lượng sinh học từ lâu nhưng tiềm năng chưa được khai thác. Việt Nam là một nước nằm trong khu vực Châu Á, thuộc khu vực nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều nhưng lượng mưa lại không phân bố đều trong năm nên có thể nói hạn là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển và năng suất của hầu hết các loại cây trồng. Hàng năm diện tích lúa nước bị hạn cục bộ n 5 khoảng 0,4 triệu ha. Cao lương là cây trồng có khả năng chịu hạn cao thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
Cao lương đang được nghiên cứu nhằm thay thế các cây trồng khác như mía, ngô, sắn… trong việc sản xuất năng lượng sinh học, cao lương có hàm lượng đường cao hơn trong thân mía 9%. Đó là chưa nói cao lương có hàm lượng năng lượng khá cao, tương đương với mía và gần gấp 4 lần so với bắp mà không có phế phẩm.Venturi (2003) đã tiến hành so sánh tính khả thi trong việc sử lúa mỳ, lúa mạch, ngô, cao lương hạt, củ cải đường và cao lương ngọt làm nguyên liệu sản xuất chất đốt ở châu Âu. Công trình này đánh giá trên 34 quốc gia. Kết quả cho thấy cây cao lương ngọt là cây trồng có tiềm năng nhất do có hiệu suất quang hợp cao và khả năng thích nghi rộng.
Tuy nhiên, cao lương ngọt chỉ thực sự khả thi nhất khi có bộ giống phù hợp với từng điều kiện khí hậu, canh tác, thổ nhưỡng. Do vậy để mở rộng diện tích trồng cao lương trước tiên phải chọn được bộ giống phù hợp với từng vùng miền của Việt Nam, thích nghi với điều kiện khí hậu, có khả năng chống chịu bệnh, đồng thời cho năng suất thân lá cao phục vụ sản xuất ethanol là vấn đề trước mắt hiện nay. Xuất phát từ cơ sở trên chúng tôi đã tiến hành đề tài này. Nguồn gốc, phân bố và yêu cầu ngoại cảnh Trung tâm khởi nguyên chính của cao lương là ở châu Phi, vùng đất khô hạn lượng mưa hàng năm rất thấp.
Có thể cao lương được trồng đầu tiên ở Ethiopia sau đó lan rộng ra nhiều nước ở Châu Phi (Martin, 1970) [28]. Cao lương được trồng ở Hoa Kỳ vào năm 1850. Hiện nay cao lương được phân bố rộng khắp các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và các khu vực ôn đới ấm của thế giới. Cao lương là loại cây trồng nhiệt đới và bán nhiệt đới; cao lương thích nghi với khoảng điều kiện khí hậu rộng lớn từ những vùng có lượng mưa hàng năm cao đến những nơi khô hạn.
Mặc dù lượng mưa và các yếu tố khác quyết định mùa vụ và thời gian sinh trưởng của cao lương nhưng cao lương vẫn có thể trồng và phát triển ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt và trình độ thâm canh hạn chế (Rohman và cs, 2004). Cao lương rất thích nghi với vùng đất nóng, khô hạn và bán khô hạn n 6 và là cây trồng chính ở Châu Phi, Châu Á, Nam Mỹ và Châu Đại Dương nơi mà quá nóng và khô không phù hợp sản xuất ngô. Cao lương là cây trồng lấy hạt chính là những vùng khô hạn và bán khô hạn. Cây cao lương xuất xứ từ vùng nhiệt đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm là điều kiện thuận lợi cho cây phát triển.
Cao lương ngưỡng nhiệt phát triển 15 - 370C, tuy nhiên nhiệt độ tối thích là 270C (Wilson và Myer, 1954). Đa số các giống cao lương hiện nay không phản ứng với ánh sáng, tuy nhiên cao lương là cây trồng ngày ngắn. Đặc điểm thực vật học Cao lương ngọt (sweet sorghum) là một loại cây thuộc họ hòa thảo chiều cao từ 0,6 - 5m, đường kính thân 5 - 30mm tùy thuộc vào giống, điều kiện canh tác và môi trường. Đặc điểm thực vật học cũng như thời gian sinh trưởng của cây cao lương tương tự như cây ngô và các cây ngũ cốc khác.
Số lượng lá trên cây tương quan với thời gian sinh trưởng, thông thường trên thân có từ 7 - 18 lá hoặc hơn (Leonard và cs, 1963) [29]. Lá ngắn và rộng hơn lá ngô. Mỗi lá được sinh ra từ một đốt, số lá ở thời kỳ trưởng thành tương đương với số đốt trên thân. Thân gồm các lóng và đốt, lá mọc ra từ đốt, chồi có thể mọc ra từ các đốt thân.
Thời gian đẻ nhánh sớm hay muộn tùy thuộc vào giống, thời vụ và kỹ thuật canh tác, sau khi thu hoạch có thể cắt bỏ các nhánh tạo điều kiện cho cây đẻ nhánh vào vụ sau mà không cần phải trồng lại (Wilson, 1995). Những giống có hàm lượng nước trong thân cao thường có thân màu xanh xám, gân lá màu tối. Rễ cao lương là rễ chùm với rất nhiều rễ bên có khả năng hút nước hiệu quả, rễ đâm rộng nhờ đặc điểm này cao lương có thể sống ở những nơi khô hạn hơn ngô (Wlison, 1955)[30]. Rễ chính đâm sâu với nhiều rễ phụ và rễ bên, rễ chủ yếu xuất hiện ở tầng đất mặt, rễ chính có thể đâm sâu tới 1,5m.
Cao lương là cây tự thụ phấn, đôi khi xảy ra hiện tượng giao phấn, tỷ lệ giao phấn thường nhỏ hơn 6% (Conley, 2003) [19]. Hoa mọc thành chùm, chùm hoa có cả hoa đực và hoa cái, mỗi chùm gồm khoảng 6. Hạt cao lương nhỏ hơn hạt ngô và có một lớp vỏ ngoài. Một kg hạt giống chứa 25.
Hạt có nhiều màu sắc khác nhau từ màu vàng nhạt, màu nâu đỏ nhạt đến màu nâu sẫm tùy thuộc vào từng giống cây. Hạt càng sậm màu càng chứa nhiều tananh làm cho hạt có vị đắng. n 7 Cao lương là một loại cây trồng nhiệt đới, cao lương cùng họ với lúa. Nhưng quang hợp theo chu trình C4 đây chính là một ưu điểm vượt trội của cao lương.
Nhờ quang hợp theo đường hướng này mà cao lương ngọt có thể tổng hợp chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ cao và không xảy ra hiện tượng quang hô hấp. Ngược lại, lúa là đại diện của các loại cỏ ôn đới, sử dụng chu trình C3. Cao lương ngọt là sự kết hợp tuyệt vời giữa lúa với cây trồng nhiệt đới với bộ gen lớn hơn nhiều và sự bổ xung các gen có lợi khác từ mía, và là một trong những cây trồng hiệu quả nhất trên thế giới trong việc sản xuất sinh khối cây trồng hiện nay. Thời gian sinh trưởng Thời gian từ gieo đến thu hoạch hạt là một trong những yếu tố quan trọng để phân loại các giống cao lương, bố trí mùa vụ.
Thời gian sinh trưởng thường ít thay đổi tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, mùa vụ, cùng một giống nếu trồng sớm thường có thời gian sinh trưởng dài hơn so với trồng muộn. Sau đây là bảng phân loại giống căn cứ theo thời gian từ gieo đến hạt chín sinh lý Chín rất sớm ≤ 90 ngày Chín sớm 91 - 100 ngày Chín sớm trung bình 101 - 108 ngày Chín trung bình 109 - 114 ngày Chín muộn trung bình 115 - 120 ngày Chín muộn 121 - 124 ngày Chín rất muộn ≥125 ngày Cách phân loại trên dựa vào điều kiện thời tiết bình thường, dưới điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc rất thuận lợi có thể kéo dài hoặc rút ngắn thời gian sinh trưởng đến 25 ngày so với cách phân loại trên (Vinall, 1936). Tình hình sản xuất và nghiên cứu cao lương trên Thế giới và Việt Nam 1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất trên thế giới 1.
Tình hình nghiên cứu cao lương trên thế giới Theo trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng lượng của khu vực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020. Indonesia là nước có nguồn năng lượng lớn nhất trong các nước ASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm, khí đốt 60 năm và than đá là 150 năm. Nhận n 8 thức được vai trò quan trọng của cao lương trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng không ngừng tăng lên của con người nhiều nước đã đầu tư cho việc nghiên cứu trong việc năng cao năng suất và diện tích trồng cao lương, bằng cách sử dụng giống có tiềm năng năng suất cao và áp dụng các biện pháp kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất. Một số kết quả nghiên cứu về chọn giống Có 5 chủng cao lương canh tác cơ bản- Bicolor, Kafir, Guinea, Caudatum và Durra- dã được công nhận (Harlan và De Wet, 1972).
Chủng Bicolor được miêu tả là khoảng trống và chiều dài cụm hoa, mày hoa thường xuyên kèm theo hạt khi chín. Kafir Được tìm thấy ở nam xích đạo Châu Phi biểu hiện cân đối và sát góc cầu hạt với mày ngắn hơn hạt. Guinea chiếm ưu thế ở Tây Phi và dễ nhận ra bởi chiều dài và sự không cân xứng, mày mở ra nhìn thấy khi hạt chín.