CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Giống mới có vai trò hết sức quan trọng trong việc nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng. Mỗi một giống khác nhau thì có phản ứng với điều kiện sinh thái ở mỗi vùng khác nhau. Vì vậy để phát huy hiệu quả của giống cần phải sử dụng chúng hợp lý, phù hợp với điều kiện sinh thái, khí hậu đất đai, kinh tế xã hội.
Để có những giống có năng suất chất lượng cao, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất lợi thì công tác chọn giống đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Vavilop đã nói “Chọn giống có thể coi như một khoa học nhưng là một nghệ thuật như một lĩnh vực sản xuất của nền sản xuất nông nghiệp”. Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ 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.
Nhưng với trang thiết bị kỹ thuật của chúng ta hiện nay thì việc áp dụng các phương pháp tạo giống trên còn 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. Nếu các giống mới chưa được khảo nghiệm kỹ lưỡng và chưa được công nhận là đạt tiêu chuẩn mà đã đưa ra sản xuất ở diện rộng thì sẽ gây tình trạng rối loạn giống, gây khó khăn cho việc sản xuất, thâm canh tăng năng suất cây trồng. Như vậy khảo nghiệm là việc làm cần thiết quyết định sự thành công của giống nhập nội.
Mặt khác Việt Nam là một nước nằm trong khu vực châu Á, thuộc khu vực nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều, lượng mưa không phân bố đều giữa các tháng trong năm nên có thể nói hạn là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh n 5 hưởng đến sinh trưởng phát triển và năng suất của hầu hết các loại cây trồng. Hàng năm diện tích trồng lúa nước bị hạn cục bộ khoảng 0,4 triệu ha. Cao lương là cây trồng có khả năng chịu hạn cao thích nghi với điều kiện khí hậu Việt Nam. 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.
Đặc điểm thực vật học Cao lương ngọt 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 dài 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) [49]. Những giống có hàm lượng nước trong thân cao thường có thân màu xanh xám, gân lá màu tối.
Rễ cao lương là cây 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. 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) [16]. 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 n 6 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.
Cao lương 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 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 sung các gen có lợi khác từ mía, và là một trong những cây trồng tạo sinh khối hiệu quả nhất trên thế giới hiện nay. Nguồn gốc, phân bố và điều kiện ngoại cảnh Trung tâm khởi nguyên chính của cao lương là ở châu Phi, vùng đất khô hạn có 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) [31]. 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 khác nghiệt và trình độ thâm canh hạn chế (Rohman và cs, 2004) [40]. Cao lương rất thích nghi với vùng đất nóng, khô hạn và bán khô hạn 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 chủ lực ở 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 phát triển. Ngưỡng nhiệt phát triển 15 - 370C, tuy nhiệt nhiệt độ tối thích là 270C. Đa n 7 số các giống cao lương hiện nay không phản ứng với ánh sáng, tuy nhiên cao lương là cây trồng ngày ngắn.
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 nếu trồng muộn. Cách phân loại này dựa trên 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) [48]. Dưới đây là cách phân loại giống các giống cao lương căn cứ theo thời gian từ gieo đến 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 1. Một số giống cao lương trồng phổ biến hiện nay Mặc dù hiện nay có rất nhiều giống cao lương ngọt được trồng phục vụ cho sản xuất đường hay rỉ đường tuy nhiên xuất phát từ mục đích chiết xuất mà người ta chọn những giống có hàm lượng đường phù hợp. Bộ Nông nghiệp Mỹ đã chọn lọc được nhiều giống cao lương ngọt có năng suất thân lá cao. Những giống này có thời gian sinh trưởng, trọng lượng hạt, hàm lượng đường và các đặc tính sinh lý khác nhau.
Có thể chia thành 2 nhóm chính: - Nhóm 1: thân chứa nhiều đường kết tinh (saccarozse) giống đại diện Keller, Rio, Cowley… n 8 - Nhóm 2: thân chứa nhiều đường khử (fructozo), các giống chính: Theis, Tracy, M-81E. Tổ chức ICRISAT đang chọn tạo và phát triển các giống cao lương ngọt phục vụ sản xuất ethanol. Dale là giống chín trung bình được tạo ra bởi Trung tâm chọn giống cây lấy đường (SCFS) ở Mississippi, Mỹ. Hạt nhỏ, màu nâu vàng, tỷ lệ nảy mầm cao, có khả năng chống đổ tốt, kháng bệnh thán thư.
Thân cây có kích thước trung bình, có chất lượng đường tốt. M8IE là giống chín trung bình muộn được SCFS tạo ra. Chiều cao và khả năng chống đổ tương đương giống Dale. Có khả năng kháng bệnh thán thư nhưng lại dễ mắc bệnh lùn khảm.
Hàm lượng đường khử cao hơn giống Dale, rỉ mật màu hổ phách chất lượng tốt. Brandes được công nhận năm 1968 của SCFS, là giống chín muộn, bộ rễ rất phát triển, cứng cây. Có khả năng kháng bệnh thán thư, chịu hán tốt. Chất lượng đường tốt nhưng lượng đường giảm sau thu hoạch rất nhanh.
Hạt nhỏ, màu trắng, độ nảy mầm cao. Giống Tracy được công nhận năm 1953, thân cao đến 3,5m, thân ngon ngọt nhưng năng suất thấp. Trong điều kiện thuận lợi phát triển, giống này tạo ra chất lượng rỉ mật rất tốt, nhưng dễ bị các bệnh như bệnh thán thư lá, đốm lá và bệnh rỉ sắt. Tình hình nghiên cứu và sản xuất cao lương trên thế giới 1.
Tình hình sản xuất cao lương trên thế giới Cao lương là một trong những loại cây ngũ cốc hàng đầu thế giới, cung cấp thực phẩm, thức ăn, chất xơ, nhiên liệu, sợi…. Cung cấp lương thực cho 750 triệu người trên hành tinh đặc biệt là ở những vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới của châu Phi, châu Á và châu Mỹ La Tinh (Borrell, 2000) [11]. Hiện nay có hơn 50 quốc gia trồng cao lương phân bố ở cả 6 châu lục tập trung chủ yếu ở châu Phi Và châu Mỹ.