Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở khoa học của đề tài Cây lúa là một trong những cây lương thực quan trọng đối với đời sống của con người nên được gieo trồng phổ biến trên thế giới. Sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo.
Bên cạnh các loại cây lương thực chính như ngô, lúa mì và khoai tây, lúa là cây lương thực quan trọng hàng đầu, nuôi sống khoảng 1/2 dân số và khoảng 3/4 người nghèo của thế giới (Theo bài phát biểu “Rice: Why it deserves special attention”, của Tiến sĩ Ronald P. Cantrell, Viện trưởng Viện nghiên cứu lúa quốc tế). Điều này cho thấy ngành lúa gạo có vị trí đặc biệt quan trọng trong đảm bảo an ninh lương thực thế giới. Song, vấn đề hiện nay là trong khi dân số thế giới tiếp tục gia tăng thì diện tích đất dành cho việc trồng lúa lại không tăng, nếu không muốn nói là giảm theo thời gian.
Do đó, vấn đề lương thực từng được đặt ra như là một mối đe dọa đến sự an ninh và ổn định của thế giới trong tương lai. Theo dự đoán của các chuyên gia về dân số học, nếu dân số thế giới tiếp tục gia tăng trong vòng 20 năm tới, thì sản lượng lúa gạo phải tăng 80% mới đáp ứng cho nhu cầu sống còn của cư dân mới. Mặt khác, những tác động của biến đổi khí hậu đang diễn ra có thể dẫn đến giảm sản lượng các loại lương thực nói chung và giảm sản lượng lúa gạo nói riêng. Xuất phát từ các điều kiện trên, người ta phải suy nghĩ đến một chiến lược để tăng sản lượng lúa gạo nhằm đáp ứng yêu cầu đảm bảo an ninh lương thực thế giới.
Nghiên cứu đặc điểm nông học của cây lúa Nghiên cứu về những đặc điểm nông học của cây lúa là cây trồng đa dạng kiểu hình, mỗi giống có những đặc điểm riêng mà ta có thể dựa vào đó để nhận biết, đó là: thời gian sinh trưởng, cao cây, kích thước lá, màu sắc thân lá, dạng bông, dạng hạt, màu sắc hạt. Công tác chọn tạo và khảo nghiệm giống lúa, các nhà khoa học cần có những thông tin đầy đủ về các đặc điểm nguồn vật liệu khởi đầu của 4 giống. Do đó, việc nghiên cứu đặc điểm hình thái, đặc điểm nông học, khả năng chống chịu của các giống lúa đã thu được nhiều kết quả có ý nghĩa. * Thời gian sinh trưởng của cây lúa: Theo Yosida (1981), TGST cây lúa được tính từ lúc nảy mầm cho đến khi chín có thời gian từ 80 ngày đến 180 ngày, tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh.
Trong canh tác lúa hiện đại, các nhà nông học hết sức quan tâm đến thời gian sinh trưởng của các giống lúa, vì đây là yếu tố có tương quan chặt đến năng suất và bố trí thời vụ cơ cấu thời vụ sản xuất của người nông dân. Theo Yosida (1981), khi nghiên cứu về thời gian sinh trưởng các giống lúa cho rằng những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá ngắn thì không thể cho năng suất cao do sinh trưởng dinh dưỡng bị hạn chế. Ngược lại, những giống lúa có thời gian sinh trưởng quá dài thì cũng cho năng suất thấp vì dễ bị lốp đổ, và chịu nhiều tác động của điều kiện ngoại cảnh bất lợi, các giống có thời gian trong khoảng 120 ngày có khả năng cho năng suất cao. Trong điều kiện ở miền Bắc nước ta, do ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ thấp, thời gian sinh trưởng của cùng một giống lúa nếu gieo cấy vào vụ Xuân sẽ dài hơn gieo cấy trong vụ Mùa.
Nếu năm nào thời vụ gieo cấy ở vụ Đông Xuân nhiệt độ thấp, cây lúa sẽ kéo dài thời gian sinh trưởng và trỗ muộn; năm nào nắng ấm, nhiệt độ cao thì ngược lại. * Chiều cao cây lúa: Là một trong những tính trạng quan trọng liên quan đến khả năng chống đổ, khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chịu phân bón của giống. Chiều cao cây lúa là một chỉ tiêu về hình thái có liên quan đến các chỉ tiêu khác, đặc biệt là khả năng chống đổ ngã của lúa. Thân cây lúa thấp và cứng có khả năng kháng đổ tốt.
Theo các nhà nghiên cứu của IRRI (1984), chiều cao cây được đánh giá theo thang điểm, như sau: - Điểm 1: bán lùn (vùng trũng < 110 cm; vùng cao < 90 cm); - Điểm 5: trung bình (vùng trũng 110-130 cm; vùng cao 90-125 cm); - Điểm 9: cao (vùng trũng > 110 cm; vùng cao > 125 cm). Hiện nay, các giống lúa mới thấp cây đang dần thay thế các giống lúa cao cây, vì chúng có khả năng chống đổ tốt hơn khi đầu tư thâm canh để đạt năng suất cao. 5 * Khả năng đẻ nhánh cây lúa: Đặc điểm này có ảnh hưởng đến năng suất lúa. Khả năng đẻ nhánh sớm là một đặc tính tốt của cây lúa.
Số nhánh mang đặc tính di truyền số lượng, khả năng đẻ nhánh sớm liên quan với khả năng sinh trưởng mạnh và sớm của các giống lúa lùn cải tiến, nhưng nó lại di truyền độc lập với nhiều đặc tính quan trọng khác. Đối với giống lúa cải tiến, người ta thường chọn cá thể đẻ nhánh sớm. * Bộ lá lúa: Vừa là cơ quan quang hợp vừa là một đặc trưng hình thái giúp phân biệt các giống khác nhau. Vì vậy, màu sắc, kích thước, độ dày và góc độ lá có ảnh hưởng lớn đến năng suất sinh vật học và năng suất kinh tế.
Theo Nguyễn Văn Hiển (2000), tính trạng lá đứng thẳng được kiểm tra bởi một gen lặn có hệ số di truyền cao, cặp gen này có tác động đa hiệu vừa gây nên thân ngắn, vừa làm cho bộ lá đứng thẳng cứng và ngắn. Các giống lúa thấp cây, lá đứng có thể tăng mật độ cấy để nâng cao hệ số diện tích lá. Nghiên cứu các yếu tố cấu thành năng suất của cây lúa Năng suất lúa được tạo thành bởi các yếu tố, đó là: số bông/đơn vị diện tích, số hạt/bông, tỷ lệ hạt chắc/bông và khối lượng 1000 hạt. * Số bông trên một đơn vị diện tích: hình thành bởi 3 yếu tố: số nhánh hữu hiệu, điều kiện ngoại cảnh và biện pháp kỹ thuật (mật độ cấy, tưới nước, bón phân.
Theo Nguyễn Hữu Tề và cs (1997), để khai thác số nhánh đẻ tối đa, tăng số bông trên đơn vị diện tích cần có biện pháp kỹ thuật tốt tác động vào giai đoạn đẻ nhánh và sinh trưởng thân lá. Trên ruộng lúa cấy, số bông/m2 phụ thuộc nhiều vào năng lực đẻ nhánh, chỉ tiêu này xác định chủ yếu vào khoảng 10 ngày sau khi đẻ nhánh tối đa. Theo Nguyễn Văn Hoan (2006), sự tương quan giữa năng suất và số bông/khóm ở mỗi giống lúa là khác nhau, ở những giống thuộc nhóm bán lùn có tương quan chặt (r = 0,85), nhóm lùn có tương quan vừa (r = 0,62) và nhóm cao cây có tương quan vừa (r = 0,54). 6 * Số hạt trên bông: Số hạt trên bông nhiều hay ít tuỳ thuộc vào số gié, số hoa phân hoá, số hoa thoái hoá.
Toàn bộ quá trình này nằm trong thời kỳ sinh trưởng sinh thực (từ làm đòng đến trỗ). Điều kiện nhiệt độ và cường độ ánh sáng quá thấp ở giai đoạn này sẽ làm tăng số hạt lép và làm giảm năng suất hạt. Tổng số hạt trên bông do tổng số hoa phân hoá và số hoa thoái hoá quyết định. Số hoa phân hoá càng nhiều, số hoa thoái hoá càng ít thì tổng số hạt trên bông sẽ nhiều.
Tỷ lệ hoa phân hoá có liên quan chặt chẽ với chế độ chăm sóc. Số gié cấp 1, đặc biệt là số gié cấp 2 nhiều thì số hoa trên bông cũng nhiều. Số hoa trên bông nhiều là điều kiện cần thiết để đảm bảo cho tổng số hạt trên bông lớn. Theo Yoshida (1981), việc tổng hợp carbohydrate ở thân lá cũng như việc vận chuyển tổng hợp những chất khô vào hạt đòi hỏi ưu tiên trước hết trong việc làm chắc hạt.
Muốn có sự vận chuyển tổng hợp tốt hơn thì bộ lá có cấu tạo dày, xanh đậm hơn, tuổi thọ lá kéo dài là một đặc tính rất quan trọng và cần thiết. Bộ lá thẳng đứng thì cây lúa sử dụng ánh sáng hữu hiệu tốt hơn. * Tỷ lệ hạt chắc trên bông: Được quyết định ở thời kỳ sau trỗ, nếu gặp điều kiện bất thuận ở thời kỳ này tỷ lệ hạt lép sẽ rất cao. Tỷ lệ hạt chắc có ảnh hưởng đến năng suất lúa rõ rệt, ngoài ra tỷ lệ hạt chắc còn phụ thuộc vào lượng tinh bột được tích luỹ trên cây và đặc điểm giải phẫu của cây.
Theo Nguyễn văn Hoan (2006), trước khi trỗ bông, nếu cây lúa sinh trưởng tốt, quang hợp thuận lợi thì hàm lượng tinh bột được tích luỹ và vận chuyển lên hạt nhiều, làm cho tỷ lệ hạt chắc cao. Tỷ lệ hạt chắc còn chịu ảnh hưởng của quá trình quang hợp sau khi trỗ bông. Sau khi trỗ bông, quang hợp ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tích luỹ tinh bột trong phôi nhũ; ở giai đoạn này, nếu điều kiện khí hậu không thuận lợi cho quá trình quang hợp thì tỷ lệ hạt chắc giảm rõ rệt.000 hạt của một giống tương đối ổn định do kích thước hạt, kích thước của vỏ trấu khống chế rất nghiêm ngặt. Tuy nhiên, kích thước vỏ trấu có phụ thuộc vào sự biến đổi chút ít bởi bức xạ mặt trời trong 2 tuần trước khi nở hoa.
Theo Uga Y (2007), khối lượng 1.000 hạt là yếu tố cuối cùng tạo năng suất lúa, yếu 7 tố này ít biến động so với các yếu tố khác, ít chịu tác động của điều kiện môi trường và phụ thuộc chủ yếu vào giống. Nghiên cứu về mối quan hệ giữa năng suất và các yếu tố liên quan năng suất Dựa trên cơ sở những kết quả đạt được Khush (1994) [87], đã tổng kết mô hình kiểu cấu trúc cây lúa mới (New Rice Plant Type) có năng suất cao như sau: 1) Số dảnh/khóm từ 3 - 4 dảnh; 2) Thời gian sinh trưởng từ 100 - 130 ngày; 3) Không có bông vô hiệu; 4) Thân cứng chống đổ tốt; 5) Lá thẳng, dày và xanh đậm; 6) Số hạt chắc trên bông từ 200 - 250 hạt; 7) Hệ thống rễ khỏe; 8) Chống chịu được nhiều loại sâu bệnh; 9) Chiều cao cây từ 90 - 100cm; 10) Tiềm năng năng suất 10 - 13 tấn/ha. Các kết luận này mang tính chiến lược lâu dài và là mục tiêu trong công tác nghiên cứu chọn giống lúa trong những năm qua.