CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Cha ông ta có câu: "Nhất nước nhì phân tam cần tứ giống", sau năm 1977 vai trò của giống đã được thay đổi. Hiện nay trong bối cảnh diện tích đất bị thu hẹp, tác động của biến đổi khí hậu ngày càng rõ rệt để sản xuất ra một lượng lương thực lớn đáp ứng cho nhu cầu ngày càng tăng của con người thì việc nghiên cứu chọn tạo ra được các giống cây trồng mới có năng suất cao, chất lượng tốt là công việc rất cấp bách. Cây ngô là cây trồng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu.
Để sản xuất ngô phát triển bền vững, bên cạnh tác động các biện pháp kĩ thuật cần thiết trên đồng ruộng thì việc nghiên cứu các giống ngô mới rất quan trọng. Thành tựu khoa học nông nghiệp nổi bật nhất trong thế kỉ 20 là tạo ra ngô lai, đã góp phần thúc đẩy sản xuất ngô phát triển lên một tầm cao mới. Ở nước ta từ khi sử dụng ngô lai vào sản xuất diện tích năng suất và sản lượng ngô đã tăng lên rõ rệt. Tuy nhiên để có được một giống ngô lai tốt cần đầu tư nghiên cứu khảo nghiệm giống ở các vùng sinh thái, mùa vụ, chế độ canh tác khác nhau từ đó đánh giá và lựa chọn giống thích hợp nhất với từng vùng, đó là các giống sinh trưởng mạnh, chống chịu tốt với điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, cho năng suất cao.
Tình hình sản xuất, tiêu thụ và nghiên cứu ngô trên thế giới 1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Sản xuất ngô trên thế giới phát triển liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay, đặc biệt hơn 40 năm gần đây nhờ ứng dụng rộng rãi công nghệ ưu thế lai, kỹ thuật nông học tiên tiến và những thành tựu của các ngành khoa học khác như công nghệ sinh học, công nghệ chế biến và bảo quản, cơ khí hoá, công nghệ tin học,…vào sản xuất. Ngô là cây phân bố vào loại rộng rãi nhất trên Thế giới, trải rộng hơn 90 vĩ tuyến: từ dưới 400N (lục địa châu Úc, Nam châu Phi, Chi Lê,…) lên gần đến 550B (bờ biển Ban Tích, trung lưu sông Vônga,…), từ độ cao 1-2 mét đến gần 4.000m so với mặt nước biển (Nguyễn Đức Lương và cs, 2000) [5]. n 5 Theo số liệu của CIMMYT mức tăng trưởng bình quân hàng năm của cây ngô trên toàn thế giới về mặt diện tích là 0,7%, năng suất là 2,4% và sản lượng là 3,1%.1: Tình hình sản xuất ngô của các châu lục và thế giới giai đoạn 2010-2012 Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ /ha) Sản lượng (triệu tấn) Khu vực 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 Châu Á 55,2 56,5 57,6 46,1 48,1 50,2 259,3 271,8 288,8 Châu Âu 13,93 16,60 18,32 60,9 66,6 51,7 84.9 110,5 94,7 Châu Mĩ 62,9 64,1 67,7 70,8 68,4 61,8 445,2 438,5 418,2 Châu Phi 32,2 34,7 33,7 20,6 19,2 20,7 66,2 66,7 51,7 Châu Đại 0,81 0,86 0,94 65,4 68,1 71,9 0,53 0,58 0,68 Dương Thế giới 164,3 172 177,4 51,8 57,6 49,2 851,2 888 872,1 (Nguồn: FAOSTAT, 2014) [13].
Diện tích, năng suất và sản lượng ngô có sự chênh lệch tương đối lớn giữa các châu lục trên thế giới do sự khác nhau về điều kiện tự nhiên, tập quán canh tác, cũng như trình độ kĩ thuật. Châu Mĩ -quê hương của cây ngô là châu lục có diện tích trồng ngô lớn nhất với diện tích 67,7 triệu ha chiếm 38,2% tổng diện tích trồng ngô của thế giới (năm 2012). Đây cũng là châu lục có năng suất ngô tương đối lớn đạt 71,8 tạ /ha (năm 2009) và 61,8 tạ /ha (năm 2012). Trong khi đó châu Phi là châu lục có năng suất ngô rất thấp và có tốc độ tăng năng suất chậm, năng suất chỉ đạt 20,7 tạ /ha (năm 2012) nên mặc dù châu Phi có diện tích trồng ngô lớn thứ 3 sau châu Mĩ và châu Á nhưng sản lượng thu được còn ít chỉ đạt 51,7 triệu tấn vào năm 2012.
Sở dĩ châu Phi có năng suất ngô thấp nhất thế giới là do điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, cùng với đó là trình độ thâm canh thấp, chưa có điều kiện để áp dụng các tiến bộ kĩ thuật vào sản xuất. Châu Á có diện tích và sản lượng tương đối lớn đứng thứ 2 sau châu Mĩ với diện tích 57,6 triệu ha đạt sản lượng 288,8 triệu tấn (năm 2012). Châu Âu và châu Đại Dương có diện tích trồng ngô nhỏ nhưng do đây n 6 là nơi tập trung nhiều nước có trình độ phát triển cao nên có năng suất ngô tương đối cao, mặc dù đây là những khu vực có điều kiện tự nhiên không thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây ngô, năm 2012 năng suất ngô của châu Đại Dương đạt 71,9 tạ/ha cao nhất thế giới. Không những có sự chênh lệch lớn về diện tích, năng suất và sản lượng giữa các châu lục mà giữa các quốc gia khác nhau cũng có sự chênh lệch rất lớn (Bảng 1.
Tình hình sản xuất ngô của một số nước tiêu biểu trên thế giới năm 2012 Diện tích Năng suất Nước Sản lượng (triệu tấn) (triệu ha) (tạ/ha) Mĩ 35,4 77,4 273,8 Trung Quốc 34,96 59,6 208,2 Brasin 14,2 50,1 71,1 Isarel 0,033 256 0,85 Đức 0,51 97,9 4,99 (Nguồn: FAOSTAT, năm 2014) [13] Qua bảng số liệu ta thấy Mĩ là nước có diện tích và sản lượng ngô lớn nhất thế giới với diện tích 35,4 triệu ha, sản lượng đạt 273,8 triệu tấn chiếm 31,4% sản lượng ngô thế giới. Trung Quốc là nước có diện tích trồng ngô lớn thứ 2 trên thế giới với 34,96 triệu ha đạt sản lượng 208,2 triệu tấn chiếm 23,9% tổng sản lượng ngô của thế giới. Mặc dù có điều kiện tự nhiên khắc nghiệt, diện tích trồng ngô nhỏ (0,033 triệu ha) nhưng với trình độ khoa học cao, đầu tư lớn nên Isarel có năng suất ngô cao nhất thế giới đạt 256 tạ/ha cao hơn gấp 5,2 lần so với bình quân năng suất ngô thế giới (năm 2012). Tình hình sử dụng ngô lai trên thế giới Ngô có vai trò rất lớn trong việc cung cấp lương thực, thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu chế biến và là mặt hàng xuất khẩu đem lại nguồn lợi rất lớn cho các quốc gia.
Với sức ép của việc gia tăng dân số (khoảng trên 6,7 tỉ người trên trái đất hiện nay) làm cho diện tích trồng trọt giảm vì vậy để đảm bảo nhu cầu sử dụng ngô của xã hội cần tăng năng suất cây trồng, ngô lai n 7 đã đáp ứng được yêu cầu này. Do đó phát triển các giống ngô lai mới có năng suất, chất lượng cao và khả năng chống chịu tốt trong sản xuất là xu thế chung và tất yếu của toàn thế giới trong thế kỷ 21. Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực Thế giới, năm 2020 tổng nhu cầu ngô trên 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 tỉ lệ này là 22%.
Năm 2020, nhu cầu ngô thế giới tăng 45% so với nhu cầu năm 1997. Nhu cầu ngô tăng cao ở các nước đang phát triển (72%), do dân số tăng, nhu cầu sử dụng các sản phẩm của chăn nuôi như: thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh, dẫn đến đòi hỏi lượng ngô rất lớn dùng cho chăn nuôi. Thách thức lớn nhất là nhu cầu ngô tăng lại tập trung ở các nước đang phát triển, chưa đủ khả năng cung ứng nhu cầu trong khi đó chỉ khoảng 10% sản lượng ngô từ các nước công nghiệp có thể xuất sang các nước đang phát triển (IPRI, 2003) [12].3 Dự báo nhu cầu ngô Thế giới đến năm 2020 Năm 2007 Năm 2020 % thay Vùng (triệu tấn) (triệu tấn) 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) [12] Sản lượng ngô xuất khẩu đang có xu hướng giảm tại Mỹ, Brazin, Achentina,…một số nước như Trung Quốc không xuất khẩu ngô vì trong những năm gần đây khi thế giới cảnh báo nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt, thì ngô đã và đang được chế biến ethanol thay thế một phần nhiên liệu xăng, dầu chạy ô tô tại Mỹ, Braxin, Trung Quốc,… Năm 2002 - 2003 Mỹ đã dùng 25,2 n 8 triệu tấn ngô để chế biến ethanol, năm 2005 - 2006 dùng 40,6 triệu tấn và dự kiến năm 2012 dùng 190,5 triệu tấn ngô (Viện Nghiên cứu ngô, 2008) [11]. Tình hình nghiên cứu ngô trên thế giới Trong hai thế kỷ XVI và XVII, người Châu Âu đã tiếp thu cây ngô từ người da đỏ nhưng chưa có cơ sở đi xa hơn so với những gì mà người da đỏ làm được.
Đối với cây ngô những phát hiện khoa học quan trọng chủ yếu tập trung vào thế kỷ XVIII. Năm 1716, Cottin Matther là người đầu tiên nghiên cứu thí nghiệm về giới tính của ngô. Ông đã quan sát thấy sự thụ phấn chéo ở cây ngô tại Massachusettes. Tám năm sau Matther, Paul Dudly đã đưa ra nhận xét về giới tính của ngô và cho rằng gió đã giúp ngô thực hiện quá trình thụ phấn.
Năm 1876, Charles Darwin tiến hành thí nghiệm với hàng loạt cá thể giao phối và tự thụ phấn ở nhiều loài khác nhau như đậu đỗ, ngô, ông đã quan sát thấy sự hơn hẳn của các cây giao phấn với các cây tự thụ phấn về chiều cao, tốc độ nảy mầm của hạt, số bắp trên cây và cả sức chống chịu với điều kiện bất thuận và năng suất hạt. Trong quá trình nghiên cứu về ngô, hiện tượng ưu thế lai ở cây ngô được các nhà khoa học quan tâm từ rất sớm. Nhà nghiên cứu người Mỹ Bill tiến hành nghiên cứu từ năm 1876, ông đã thu được con lai có năng suất cao hơn bố mẹ từ 10-15%. Năm 1909, Shull đã đưa ra ý kiến sản xuất hạt giống ngô lai F1 bằng lai đơn nhằm tạo ra sự đồng đều cao nhất, các dòng bố mẹ càng thuần chủng, tạo ưu thế lai càng mạnh.
Đầu năm 1917, Jones đã đề xuất sử dụng hạt lai kép trong sản xuất để giảm giá thành hạt giống, tạo điều kiện cho cây ngô phát triển mạnh ở Mỹ và các nước có kỹ thuật trồng ngô tiên tiến.