Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học Thực tiễn sản xuất nông nghiệp trên thế giới cũng như trong nước khẳng định giống cây trồng là một trong những nhân tố quyết định đến năng suất, chất lượng và hiệu quả của sản xuất nông nghiệp. Nhờ có bộ giống cây trồng phong phú đa dạng chúng ta đang thực hiện chuyển đổi cơ cấu cây trồng, mùa vụ nhằm khai thác hiệu quả hơn tiềm năng và khắc phục những hạn chế về đất đai, thời tiết khí hậu của nước ta, làm đa dạng hóa sản phẩm nông nghiệp theo hướng sản xuất hàng hóa, thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa nông nghiệp và nông thôn. Sản xuất nông nghiệp là đòn bẩy thúc đẩy các ngành khác phát triển như chăn nuôi, công nghiệp chế biến, dịch vụ hàng hóa…do vậy việc tăng năng suất, chất lượng cây trồng là rất cần thiết.
Tuy nhiên năng suất, chất lượng cây trồng ngoài phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh, kỹ thuật sản xuất, trình độ dân trí, đặc biệt là phụ thuộc chủ yếu vào giống. Do vậy, để có giống tốt đưa vào sản xuất phù hợp với điều kiện sinh thái của từng địa phương thì trước khi đưa vào sản xuất cần được khảo nghiệm ở các vùng sinh thái khác nhau để đánh giá tính khác biệt, độ đồng đều, độ ổn định, khả năng thích ứng với điều kiện ngoại cảnh bất thuận thì mới lựa chọn được giống phù hợp với điều kiện sinh thái của từng vùng. Những năm gần đây do áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật về cây trồng, các nhà khoa học Việt Nam đã chọn tạo được rất nhiều giống ngô lai có triển vọng làm cho diện tích ngô của cả nước tăng lên rất nhanh, năng suất và sản lượng được cải thiện rõ rệt. Nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng.
Một số nhà chọn giống đã bắt đầu chuyển sang hướng tạo giống ngô nếp lai và thu được một số kết quả đáng kể như các giống MX2, n 5 MX4, MX6, MX10 của công ty giống cây trồng Miền Nam, HN88 của công ty Cổ phần giống cây trồng Trung Ương chọn tạo, Bạch ngọc của Công ty Lương Nông… và rất nhiều các giống mới khác có triển vọng. Tình hình sản xuất và nghiên cứu ngô trên thế giới Ngô là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu, có thể nói rằng trong 3 cây ngũ cốc chính của loài người: lúa nước, lúa mì và ngô thì không có cây nào sánh kịp với cây ngô về tiềm năng năng suất, về quy mô và hiệu quả của ưu thế lai. Từ những năm cuối thế kỷ 20, nghề trồng ngô trên thế giới có những bước phát triển kỳ diệu nhờ ứng dụng rộng rãi ưu thế lai, kỹ thuật nông học tiên tiến và những thành tựu của công nghệ sinh học, công nghệ chế biến và bảo quản…. đưa sản lượng ngô thế giới vượt lên trên lúa mì và lúa nước.
Hiện nay trên thế giới có khoảng 140 nước trồng ngô, trong đó có 38 nước là các nước phát triển còn lại là các nước đang phát triển (Báo cáo tổng kết 29 của ISAAA) [1].1: Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, lúa mì và lúa nước của thế giới năm 2011 Loại cây Diện tích Năng suất Sản lượng trồng (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) Ngô 170,39 51,85 883,46 Lúa mì 220,39 31,95 704,08 Lúa nước 164,13 44,04 772,76 (Nguồn: FAOSTAT, 2012; USDA, 2012)[27,38] Ngành sản xuất ngô trên thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay, Năm 2011 diện tích ngô đã vượt qua lúa nước, với 170,39 triệu ha, năng suất 51,85 tạ/ha và sản lượng đạt kỷ lục 883,46 triệu tấn. Trong hơn 40 năm qua, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu. So với năm 1961, năm 2011 năng suất ngô trung bình n 6 của thế giới tăng thêm 32,6 tạ/ha (từ hơn 19,0 tạ/ha lên 51,85 tạ/ha), lúa nước tăng 25,04 tạ/ha (từ 19,0 lên 44,04 tạ/ha), còn lúa mì thêm 21,05 tạ/ha (từ 10,9 lên 31,95 tạ/ha) (FAOSTAT, 2012; USDA, 2011) [27,38]. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới trong 5 năm gần đây được thể hiện ở bảng 1.2: Tình hình sản xuất ngô của thế giới giai đoạn 2007- 2011 Năm Diện tích Năng suất Sản lượng (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 2007 159,90 49,50 791,60 2008 156,40 50,30 787,30 2009 155,70 51,90 809,00 2010 162,30 50,60 820,60 2011 170,39 51,85 883,46 (Nguồn FAOSTAT và USDA, 2012)[27,38] Số liệu bảng 1.2 cho thấy diện tích trồng ngô tăng từ 159,9 triệu ha (năm 2007) lên 170,39 triệu ha (năm 2011).
Năng suất ngô tăng giảm qua các năm nhưng không đáng kể, biến động từ 49,5 tạ/ha (năm 2007) đến 51,85 tạ/ha (năm 2011). Do diện tích và năng suất tăng nên năm 2011 sản lượng ngô đạt cao nhất trong 5 năm gần đây. Có được kết quả trên, trước hết là nhờ ứng dụng rộng rãi lý thuyết ưu thế lai trong chọn tạo giống, đồng thời không ngừng cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác. Đặc biệt từ năm 1996, cùng với những thành tựu mới trong chọn giống ngô lai nhờ kết hợp phương pháp truyền thống với công nghệ sinh học thì việc ứng dụng công nghệ cao trong canh tác ngô đã góp phần đưa sản lượng ngô thế giới vượt lên trên lúa mì và lúa nước, năng suất ngô đã tăng 1,83 lần trong vòng 30 năm (1960 - 1990), đặc biệt các nước có điều kiện thâm canh cao như Mỹ, Trung Quốc, Brazil.Tình hình sản xuất ngô của một số nước trên thế giới được trình bày ở bảng 1.3: Tình hình sản xuất ngô của một số nước trên thế giới năm 2012 Diện tích Năng suất Sản lượng Nước (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) Mỹ 35,360 77,44 273,832 Trung Quốc 34,969 59,56 208,258 Brazil 14,226 50,12 71,296 Mexico 6,924 31,87 22,069 Ấn Độ 8,400 25,07 21,060 Italia 0,981 83,58 8,195 Đức 0,510 97,86 4,991 Hy Lạp 0,175 114,29 2,000 Israel 0,334 255,56 0,854 (Nguồn FAOSTAT, 8/2013) [27] Số liệu bảng 1.4 cho thấy: Mỹ là nước trồng ngô nhiều nhất trên thế giới, năm 2012 diện tích trồng ngô đạt 35,360 triệu ha, với năng suất là 77,44 tạ/ha, sản lượng 273,832 triệu tấn, chiếm hơn 44,7% tổng sản lượng ngô thế giới.
Theo Rinke E (1979) [36] việc sử dụng các giống ngô lai ở Mỹ bắt đầu từ năm 1930. Hiện nay 100% diện tích ngô của Mỹ là trồng các giống ngô lai, trong đó hơn 90% là giống ngô lai đơn (Ngô Hữu Tình, 2009) [19]. Nhiều thí nghiệm ở Mỹ về các giống ngô lai đơn đã cho năng suất đạt 25 tấn/ha/vụ, Người ta đã tính được mức độ tăng năng suất ngô ở Mỹ trong giai đoạn 1930 - 1986 là 103 kg/ha/năm, trong đó sự đóng góp do cải tiến nền di truyền là 63 kg/ha/năm. Kết quả đó có được là nhờ ứng dụng công nghệ sinh học trong sản xuất.Theo Ming Tang Chang và cộng sự (2005) [34] cho biết: Ở Mỹ chỉ còn 48% giống ngô được chọn tạo theo công nghệ truyền thống, 52% là bằng công nghệ sinh học.
Năng suất ngô ở Mỹ đã tăng từ 1,5 tấn/ha vào năm 1930 đến 7 tấn/ha vào những năm 1990 (SK,Vasal et al, 1990) [41]. Năm 2012 tổng sản lượng ngô của Mỹ là 273,832 triệu tấn/ha, trên diện tích 35,360 triệu ha. n 8 Trung Quốc là nước đứng thứ 2 trên thế giới về diện tích trồng ngô, năm 2012 đạt 34,969 triệu ha, năng suất đạt 59,56 tạ/ha và sản lượng đạt 208,258 triệu tấn, chiếm 33,99% tổng sản lượng ngô thế giới, tuy nhiên diện tích ngô tăng không nhiều (tăng 1%). Braxin là nước đứng thứ 3 trên thế giới về diện tích trồng ngô, năm 2012 là 14,226 triệu ha, năng suất là 50,52 tạ/ha, sản lượng đạt 71,296 triệu tấn chiếm 11,639% tổng sản lượng thế giới.
Do có trình độ khoa học kỹ thuật và thâm canh cao nên Israel là nước đứng đầu về năng suất với 255,56 tạ/ha, tiếp đến là nước Hy Lạp đạt 114,29 tạ/ha. Năng suất ngô thấp nhất là nước Ấn Độ đạt 25,07 tạ/ha, tiếp đến là Mexico đạt 31,87 tạ/ha. Trong sản xuất hiện nay có sự khác biệt rõ ràng về năng suất giữa các nước phát triển và các nước đang phát triển. Năng suất ngô trung bình của các nước phát triển là 7,8 tấn/ha, các nước đang phát triển là 2,7 tấn/ha.
Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình Lương thực thế giới (IPRI, 2003) [30] vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn, trong đó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp. Ở các nước phát triển chỉ dùng 5% ngô làm lương thực nhưng ở các nước đang phát triển tỷ lệ này là 22%. Dự báo nhu cầu ngô trên thế giới năm 2020 được trình bày ở bảng 1.4: Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020 Năm 1997 Năm 2020 Vùng (triệu tấn) (triệu tấn) % thay đổi Thế giới 586 852 45 Các nước đang phát triển 295 508 72 Đông Á 136 252 85 Nam Á 14 19 36 Cận Sahara – Châu Phi 29 52 79 Mỹ Latinh 75 118 57 Tây và Bắc Phi 18 28 56 (Nguồn: IPRI 2003) [30] n 9 Số liệu bảng 1.4 cho thấy đến năm 2020, nhu cầu ngô thế giới tăng 45% so với năm 1997, chủ yếu tăng cao ở các nước đang phát triển (72%), riêng Đông Á nhu cầu tăng 85% so với năm 1997. Công tác nghiên cứu lai tạo giống ngô hiện nay đang có bước chuyển biến mới, đó là ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo dòng thuần.
những năm gần đây, việc nghiên cứu chọn ra dòng đơn bội kép (Double haploid), bằng nuôi cấy invitro đã giúp cho việc chọn tạo dòng thuần một cách nhanh chóng, tiết kiệm được hơn nửa thời gian so với việc tạo dòng bằng các phương pháp thông thường. Tạo dòng thuần bằng phương pháp invitro có thể dựa vào kỹ thuật nuôi cấy một trong 3 bộ phận sinh sản của ngô là bao phấn, hạt phấn tách rời và noãn chưa thụ tinh. Gần đây, người ta nghiên cứu thành công phương pháp mới tạo dòng thuần bằng dùng dòng kích tạo đơn bội. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về đơn bội ngô đã bắt đầu tại viện Di truyền nông nghiệp Việt Nam từ năm 1995, Viện đã xây dựng quy trình hoàn chỉnh nuôi cấy bao phấn ngô để tạo dòng đồng hợp tử phục vụ cho công tác chọn tạo giống ngô.
Hiện nay kỹ thuật kỹ thuật nuôi cấy bao phấn là một trong những hướng nghiên cứu tạo dòng thuần có nhiều triển vọng, phương pháp này cho kết quả khá ổn định và có hiệu quả, tuy nhiên còn phụ thuộc vào từng giống, Viện Di truyền Nông nghiệp đã phát triển các phương pháp khác để tạo dòng thuần, như phương pháp nuôi cấy noãn chưa thụ tinh và dùng dòng kích tạo đơn bội.