Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ dioscorea alata l ở miền bắc việt nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ Dioscorea alata tại miền Bắc Việt Nam, đóng góp quan trọng cho nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Vũ Linh Chi
• Người hướng dẫn: PGS. Lã Tuấn Nghĩa
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
• Đề tài: Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu chung về cây khoai mỡ
• 1.1.1. Nguồn gốc, phân bố và phân loại
• 1.1.2. Giá trị của cây khoai mỡ
• 1.1.3. Đặc điểm sinh thái của cây khoai mỡ
• 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.2.1. Sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ trên thế giới
• 1.2.2. Sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ ở Việt Nam
• 1.3. Nghiên cứu bảo tồn nguồn gen chi Dioscorea và cây khoai mỡ
• 1.3.1. Khái niệm về bảo tồn nguồn gen
• 1.3.2. Phương pháp và kỹ thuật bảo tồn nguồn gen cây khoai mỡ
• 1.3.3. Thu thập, lưu giữ bảo quản nguồn gen chi Dioscorea và khoai mỡ
• 1.3.4. Đánh giá đa dạng nguồn gen chi Dioscorea và khoai mỡ
• 1.4. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ
• 1.4.1. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ trên thế giới
• 1.4.2. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ ở Việt Nam
• 1.5. Nghiên cứu về sâu bệnh hại
• 1.6. Nghiên cứu bảo quản củ khoai mỡ
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập thông tin và dữ liệu
• 2.4.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học tập đoàn khoai mỡ
• 2.4.3. Phương pháp nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật, đề xuất qui trình lưu giữ Ngân hàng gen đồng ruộng tại Trung tâm Tài nguyên thực vật, Hoài Đức, Hà Nội
• 2.4.4. Phương pháp nghiên cứu lưu giữ bảo quản in-vitro một số nguồn gen khoai mỡ
• 2.4.5. Phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình thí điểm bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ tại huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn
• 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng sản xuất và kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, lưu giữ và sử dụng khoai mỡ tại một số tỉnh phía Bắc Việt Nam
• 3.1.1. Hiện trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh trung du miền núi phía Bắc
• 3.1.2. Một số kiến thức bản địa liên quan đến bảo quản, canh tác và sử dụng nguồn gen khoai mỡ
• 3.2. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn chuyển chỗ (ex-situ conservation) nguồn gen khoai mỡ tại cơ quan nghiên cứu
• 3.2.1. Sự phân bố của 105 mẫu giống khoai mỡ theo vùng sinh thái địa lý là nhân tố góp phần xác định biện pháp kỹ thuật bảo tồn cây khoai mỡ
• 3.2.2. Nghiên cứu cải thiện một số biện pháp kỹ thuật trong lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng
• 3.2.3. Nghiên cứu lưu giữ in-vitro
• 3.3. Nghiên cứu kỹ thuật bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ trên đồng ruộng của nông dân (on-farm conservation) tại huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn
• 3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn vùng xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ nguồn gen cây khoai mỡ
• 3.3.2. Xác định địa điểm cụ thể xây dựng mô hình theo bộ tiêu chí tối thiểu
• 3.3.3. Thành lập nhóm nông dân Bảo tồn tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng
• 3.3.4. Xây dựng kế hoạch bảo tồn nguồn gen khoai mỡ tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng
• 3.3.5. Một số biện pháp kỹ thuật góp phần duy trì điểm bảo tồn tại chỗ trên đồng ruộng nguồn gen khoai mỡ tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng
• 3.4. Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác bảo tồn nguồn gen khoai mỡ
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ

Kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea Alata) là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các phương pháp bảo tồn bao gồm bảo tồn chuyển chỗ (ex-situ) và bảo tồn tại chỗ (on-farm). Bảo tồn chuyển chỗ được thực hiện tại Ngân hàng gen đồng ruộng, nơi các mẫu giống được lưu giữ và đánh giá đa dạng di truyền. Bảo tồn tại chỗ được thực hiện trên đồng ruộng của nông dân, giúp duy trì nguồn gen trong môi trường tự nhiên. Các kỹ thuật này nhằm hạn chế sự xói mòn nguồn gen và bảo tồn đa dạng sinh học.

1.1. Bảo tồn chuyển chỗ

Bảo tồn chuyển chỗ tập trung vào việc lưu giữ các mẫu giống khoai mỡ tại Ngân hàng gen đồng ruộng. Các biện pháp kỹ thuật bao gồm cải thiện phương pháp trồng, chăm sóc và đánh giá đa dạng di truyền. Nghiên cứu đã xác định các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất của khoai mỡ, như thời vụ trồng, mật độ trồng và liều lượng phân bón. Kết quả cho thấy, việc áp dụng các biện pháp kỹ thuật phù hợp giúp tăng hiệu quả bảo tồn và duy trì chất lượng nguồn gen.

1.2. Bảo tồn tại chỗ

Bảo tồn tại chỗ được thực hiện tại các vùng trồng khoai mỡ truyền thống, như huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn. Nghiên cứu đã xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ, bao gồm việc lựa chọn địa điểm, thành lập nhóm nông dân và xây dựng kế hoạch bảo tồn. Các biện pháp kỹ thuật như chọn giống, kỹ thuật làm giàn và chế độ phân bón được áp dụng để duy trì năng suất và chất lượng khoai mỡ. Mô hình này không chỉ bảo tồn nguồn gen mà còn góp phần phát triển kinh tế địa phương.

II. Nguồn gen khoai mỡ và đa dạng sinh học

Nguồn gen khoai mỡ tại miền Bắc Việt Nam được đánh giá là đa dạng về kiểu hình và di truyền. Nghiên cứu đã thu thập và phân loại 105 mẫu giống khoai mỡ, đánh giá các đặc điểm nông sinh học như hình dạng củ, màu sắc thịt củ và khả năng kháng sâu bệnh. Đa dạng sinh học của khoai mỡ không chỉ có giá trị trong bảo tồn mà còn là nguồn tài nguyên quan trọng cho nghiên cứu và phát triển giống cây trồng.

2.1. Đánh giá đa dạng nguồn gen

Nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp phân tích kiểu hình và phân tích di truyền để đánh giá đa dạng nguồn gen khoai mỡ. Kết quả cho thấy, các mẫu giống có sự đa dạng cao về hình thái và di truyền, phản ánh sự thích nghi với các điều kiện sinh thái khác nhau. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc bảo tồn nguồn gen để duy trì đa dạng sinh học và phục vụ cho các nghiên cứu trong tương lai.

2.2. Giá trị kinh tế và sinh thái

Khoai mỡ không chỉ là nguồn lương thực quan trọng mà còn có giá trị kinh tế cao trong nông nghiệp bền vững. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc bảo tồn và phát triển nguồn gen khoai mỡ có thể góp phần tăng thu nhập cho nông dân và đảm bảo an ninh lương thực. Ngoài ra, khoai mỡ còn có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu, làm cho nó trở thành một loại cây trồng quan trọng trong bối cảnh hiện nay.

III. Nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu đã góp phần xây dựng các quy trình kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ, từ đó hỗ trợ công tác bảo tồn và phát triển nông nghiệp. Nghiên cứu cũng đã đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả bảo tồn, như tăng cường hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và cộng đồng địa phương.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu đã cung cấp các dữ liệu khoa học quan trọng về đa dạng di truyền và đặc điểm nông sinh học của khoai mỡ. Các kết quả này là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về cải thiện giống và phát triển kỹ thuật canh tác. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đã góp phần làm phong phú thêm kiến thức về bảo tồn thực vật và tài nguyên di truyền.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng vào thực tiễn thông qua việc xây dựng các mô hình bảo tồn và phát triển khoai mỡ tại các địa phương. Các biện pháp kỹ thuật được đề xuất đã giúp nông dân tăng năng suất và chất lượng khoai mỡ, đồng thời góp phần bảo tồn nguồn gen quý giá. Nghiên cứu cũng đã đề xuất các chính sách hỗ trợ để thúc đẩy công tác bảo tồn và phát triển nông nghiệp bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Cây khoai mỡ (Dioscorea alata L.) thuộc chi Dioscorea, họ củ nâu (Dioscoreaceae), là nguồn lương thực, thực phẩm thiết yếu nuôi sống hơn 300 triệu người tại các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên toàn cầu (FAO, 2015). Với sản lượng toàn cầu hàng năm vượt 68 triệu tấn, loài cây này không chỉ sở hữu hàm lượng hydratcacbon cao (28%), protein thô dao động từ 7,0% đến 15% tính theo chất khô (Coursey, 1976), giàu kali và các hợp chất có hoạt tính sinh học, mà còn có khả năng thích ứng cao với điều kiện đất chua phèn, hạn hán và biến đổi khí hậu. Tại Việt Nam, tài nguyên di truyền khoai mỡ phân bố rộng khắp từ Bắc vào Nam, đặc biệt phong phú tại các vùng sinh thái trung du miền núi. Tuy nhiên, trước sức ép chuyển đổi cơ cấu cây trồng, đô thị hóa và áp lực sinh học – phi sinh học, nguồn gen khoai mỡ bản địa đang đứng trước nguy cơ xói mòn di truyền nghiêm trọng (Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2013).

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) cốt lõi nằm ở sự thiếu vắng các nghiên cứu đồng bộ mang tính hệ thống về quản lý, lưu giữ và khai thác tập đoàn khoai mỡ miền Bắc. Phần lớn các tập đoàn thu thập trước đây chỉ được bảo tồn chuyển chỗ đơn lẻ trên đồng ruộng mà chưa có quy trình chuẩn hóa; tỷ lệ mất mát mẫu giống do bất thuận thời tiết và sâu bệnh còn cao (giai đoạn 1996–2010 đã ghi nhận sự suy giảm từ 133 xuống còn 105 mẫu giống); kỹ thuật bảo quản in-vitro chưa hoàn thiện; đồng thời chưa từng có mô hình bảo tồn tại chỗ trên đồng ruộng của nông dân (in-situ by on-farm conservation) đối với loài cây này tại Việt Nam.

Luận án tiến sĩ nông nghiệp của nghiên cứu sinh Vũ Linh Chi (2017) tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lã Tuấn Nghĩa và PGS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ, với tiêu đề: "Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam" (Mã số: 62 62 01 10) đã giải quyết triệt để khoảng trống trên. Luận án đặt ra ba câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu chính:

1. RQ1: Mức độ đa dạng kiểu hình, sự phân bố địa lý và giá trị tri thức bản địa của tập đoàn 105 mẫu giống khoai mỡ hiện có được lượng hóa như thế nào qua các chỉ số di truyền hình thái?
2. RQ2: Các thông số kỹ thuật tối ưu nào về vật liệu nhân giống, thời vụ, mật độ, phân bón và môi trường nuôi cấy mô sinh trưởng chậm đảm bảo duy trì an toàn ex-situ (ngân hàng gen đồng ruộng và in-vitro)?
3. RQ3: Mô hình bảo tồn on-farm tại cộng đồng dựa trên tiếp cận có sự tham gia kết hợp phục tráng giống đặc sản Khoai mỡ Trắng trụi có khả năng thiết lập cân bằng giữa bảo tồn đa dạng sinh học và phát triển sinh kế bền vững hay không?

Nghiên cứu được triển khai trên quy mô 105 mẫu giống khoai mỡ thu thập từ nhiều vùng sinh thái, kết hợp điều tra thực địa tại 3 tỉnh trung du miền núi phía Bắc (Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bắc Giang), thí nghiệm thực nghiệm ex-situ tại Trung tâm Tài nguyên thực vật (Hoài Đức, Hà Nội) và mô hình on-farm tại xã Minh Sơn (huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn) trong giai đoạn 2010–2015. Kết quả tạo nên bước đột phá khoa học khi lần đầu tiên tích hợp thành công mô hình bảo tồn đa tầng: kết hợp hài hòa giữa ngân hàng gen đồng ruộng, bảo quản in-vitro và bảo tồn cộng đồng on-farm.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu tài nguyên di truyền chi Dioscorea trên thế giới đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển với sự đóng góp của các học giả hàng đầu. Về nguồn gốc và phân loại, Onwueme (1978), Coursey (1976), Burkill (1960) và Degras (1986) khẳng định chi Dioscorea gồm gần 700 loài, trong đó phức hệ Dioscorea alata L. có trung tâm khởi nguyên tại Đông Nam Á với mức bội thể biến động phức tạp từ $2n = 40$ đến $2n = 80$ (Abraham et al., 2001; Arnau et al., 2009). Viện Nông nghiệp Nhiệt đới Quốc tế (IITA, 2014) tại Nigeria đang lưu giữ bộ sưu tập lớn nhất thế giới với trên 3.200 số đăng ký nguồn gen yam, kết hợp đánh giá đa dạng di truyền phân tử và lập bản đồ genome.

Trong y văn tồn tại hai luồng quan điểm học thuật đối lập về chiến lược bảo tồn cây sinh sản vô tính:

• Luồng quan điểm thứ nhất (Bảo tồn tĩnh chuyển chỗ - Static Ex-situ Strategy): Nhấn mạnh tính ổn định, vô trùng và an toàn tuyệt đối của ngân hàng gen in-vitro hoặc bảo quản đông lạnh (cryopreservation) kết hợp ngân hàng gen đồng ruộng tập trung (Reed et al., 2004; Borges et al., 2003; Fotso et al., 2013). Quan điểm này cho rằng chỉ có kiểm soát nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm mới loại bỏ được nguy cơ lây nhiễm mầm bệnh và biến đổi di truyền do tác nhân ngoại cảnh.
• Luồng quan điểm thứ hai (Bảo tồn động tại chỗ - Dynamic In-situ/On-farm Strategy): Được bảo trợ bởi Tổ chức Đa dạng sinh học Quốc tế (IPGRI/Bioversity International; Brush, 2000; Jarvis et al., 2000), khẳng định bảo tồn on-farm là phương thức duy nhất cho phép nguồn gen tiếp tục tiến hóa thích ứng sinh học dưới áp lực chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo của người nông dân, gắn liền với bảo tồn tri thức bản địa.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế điển hình:

1. Dự án DAD (Distribution of Allelic Diversity) tại Vanuatu và khu vực Nam Thái Bình Dương (Vandenbroucke et al., 2015): Áp dụng phương thức phân phối nguồn gen đa dạng cho nông dân tự sàng lọc và duy trì, tạo chuỗi liên kết giữa viện nghiên cứu và cộng đồng canh tác.
2. Mô hình Ngân hàng Gen Cộng đồng tại Wayanad, Ấn Độ (Kumar & Narayanan, 2012; Quỹ Nghiên cứu Swaminathan): Thành công trong việc duy trì 19 giống yam thuộc 4 loài bản địa nhằm phục vụ nhu cầu thực phẩm và văn hóa tâm linh.
3. Nghiên cứu vai trò giới trong bảo tồn yam tại đảo Yap, Micronesia (Murukesan & Krishnapillai, 2005): Chứng minh vai trò trung tâm của phụ nữ bản địa trong việc bảo tồn các giống khoai mỡ di sản qua nhiều thế hệ.
4. Nghiên cứu đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR tại Brazil (Marcos et al., 2012; Siqueira et al., 2014): Chỉ ra mức độ đa hình cao ($PIC = 0,57 - 0,77$) của D. alata và cảnh báo nguy cơ xói mòn do tập quán du canh đốt rừng.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu trước đây (Lê Thị Thuận và cs., 1996; Nguyễn Thị Ngọc Huệ & Vũ Linh Chi, 2004; Vũ Linh Chi và cs., 2005) mới dừng lại ở việc mô tả hình thái tập đoàn hoặc khảo nghiệm cục bộ. Luận án của Vũ Linh Chi định vị chính xác khoảng trống học thuật này bằng cách thiết lập một khung nghiên cứu tổng thể, kết nối toàn diện giữa đánh giá kiểu hình, tối ưu hóa kỹ thuật canh tác ex-situ, vi nhân giống in-vitro và xây dựng thể chế bảo tồn on-farm có sự tham gia của nông dân tại vùng trung du miền núi phía Bắc.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án đã mở rộng và bổ sung sâu sắc vào ba nền tảng lý thuyết cốt lõi trong khoa học cây trồng và sinh học bảo tồn:

1. Thuyết Toàn năng Tế bào Thực vật (Cellular Totipotency Theory - Haberlandt, 1902): Được kiểm chứng và cụ thể hóa trên mô phân sinh đỉnh và chồi nách của loài Dioscorea alata L. Luận án làm sáng tỏ cơ chế phản phân hóa và phát sinh hình thái cơ quan in-vitro dưới tác động tương tác của tỷ lệ phối hợp phytohormone Auxin/Cytokinin (đặc biệt là BAP kết hợp NAA/IAA), chứng minh rằng sự kìm hãm tốc độ phân chia tế bào trong điều kiện dinh dưỡng tối thiểu và nhiệt độ thấp ($18 - 20^\circ\text{C}$) có thể duy trì tính toàn vẹn di truyền của dòng vô tính (clones) mà không làm phát sinh biến dị soma (somaclonal variation).
2. Lý thuyết Bảo tồn Động Nguồn gen Cây trồng (Dynamic Crop Conservation Theory - Brush, 2000; IPGRI, 2002): Luận án chứng minh rằng tính đa dạng di truyền của quần thể cây trồng bản địa không thể duy trì bền vững nếu tách rời khỏi môi trường sinh thái nguyên sản và hệ thống tri thức canh tác truyền thống của nông dân. Việc bảo tồn in-situ by on-farm tạo điều kiện cho các đột biến có lợi và các tổ hợp allen thích nghi tiếp tục được tích lũy dưới áp lực chọn lọc của hệ sinh thái nông nghiệp (agro-ecosystem).
3. Khung Lý thuyết Quản lý Đa dạng Sinh học Nông nghiệp Dựa vào Cộng đồng (Community-Based Agrobiodiversity Management Framework): Xác lập mệnh đề khoa học: "Bảo tồn chỉ thực sự bền vững khi nó mang lại giá trị gia tăng kinh tế và cải thiện sinh kế cho cộng đồng địa phương thông qua việc phục tráng giống đặc sản và thương mại hóa sản phẩm".

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đa ngành giữa nông học thực nghiệm, di truyền học số lượng và nhân học sinh thái:

• Phương pháp tiếp cận đa cấp (Multi-level approach): Đánh giá nguồn gen từ cấp độ vĩ mô (phân bố sinh thái 105 mẫu giống), cấp độ quần thể/cộng đồng (phân tích 4 ô PEDA, cấu trúc giới, phân hạng ưu tiên giống) đến cấp độ cá thể/mô tế bào (in-vitro micropropagation).
• Bộ tiêu chí tối thiểu lựa chọn điểm bảo tồn on-farm: Được xây dựng dựa trên 6 chỉ tiêu định lượng và định tính: mức độ phong phú giống bản địa, tỷ lệ nông hộ duy trì canh tác, sự hiện diện của giống đặc sản có nguy cơ xói mòn, cam kết của chính quyền địa phương, sự đồng thuận thành lập nhóm nông dân sở thích và điều kiện giao thương hàng hóa.
• Điều kiện biên (Boundary conditions): Khung phân tích áp dụng tối ưu cho các loài cây lấy củ nhân giống vô tính tại vùng sinh thái nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh ở miền Bắc Việt Nam, nơi hệ thống canh tác phân tán và quy mô nông hộ nhỏ lẻ chiếm ưu thế.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Luận án tuân thủ nghiêm ngặt quan điểm thực chứng (positivism) kết hợp với chủ nghĩa hiện thực phê phán (critical realism) trong nghiên cứu xã hội nông thôn. Thiết kế nghiên cứu hỗn hợp (mixed methods design) đan xen giữa định lượng thực nghiệm đồng ruộng, nuôi cấy mô phòng thí nghiệm và nghiên cứu định tính có sự tham gia của cộng đồng (Participatory Rural Appraisal - PRA).

Quy trình nghiên cứu rigorous

1. Thu thập dữ liệu nông sinh học: Sử dụng Bản mô tả nguồn gen cây khoai mỡ chuẩn của IPGRI/IITA (2001) để theo dõi chi tiết 21 tính trạng hình thái định tính và 14 tính trạng định lượng trên 105 mẫu giống khoai mỡ. Thí nghiệm đồng ruộng bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCBD) hoặc ô lớn - ô nhỏ (split-plot design) với 3 lần lặp lại.
2. Công cụ đánh giá cộng đồng: Ứng dụng phương pháp đánh giá nhanh nông thôn có sự tham gia (PRA), Sổ đăng ký đa dạng sinh học cộng đồng (CBR), Phân tích mức độ và phân bố đa dạng có sự tham gia (PEDA) và Kỹ thuật Phân tích 4 ô (Four-cell analysis) để phân loại các giống khoai mỡ theo quy mô diện tích và số hộ canh tác.
3. Quy trình vi nhân giống và lưu giữ in-vitro: Khử trùng bề mặt mô chồi ngọn và chồi nách bằng dung dịch $\text{HgCl}_2$ 0,1% hoặc $\text{NaOCl}$ ở các nồng độ và thời gian xử lý khác nhau (3, 5, 6, 8, 10 phút). Môi trường nuôi cấy nền tảng là MS (Murashige & Skoog, 1962) bổ sung đường sucrose (20–30 g/L), agar (6,5 g/L), kết hợp các nồng độ chất điều hòa sinh trưởng BAP (0,5–3,0 mg/L), NAA (0,1–1,0 mg/L), Kinetin (0,5–2,0 mg/L). Môi trường lưu giữ sinh trưởng chậm được duy trì ở điều kiện nhiệt độ $18 - 20^\circ\text{C}$, cường độ chiếu sáng 1.500–2.000 lux, chu kỳ quang 12 giờ sáng/ngày.
4. Quy trình phục tráng giống đặc sản Khoai mỡ Trắng trụi: Áp dụng phương pháp chọn lọc cá thể vô tính qua 2 chu kỳ: Năm 2012 chọn lọc quần thể ban đầu đời $\text{S}_0$ (sàng lọc từ 300 khóm, chọn ra các cá thể ưu tú đạt chuẩn 11 tính trạng mục tiêu); Năm 2013 khảo nghiệm so sánh các dòng vô tính đời $\text{S}_1$ kết hợp đánh giá tính đồng nhất và năng suất củ thương phẩm.

Data và phân tích

• Xử lý thống kê mô tả và suy luận: Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm IRRISTAT 5.0 và SAS 9.1. Sự sai khác giữa các giá trị trung bình được kiểm định qua tiêu chuẩn Duncan hoặc LSD ở các mức xác suất $p < 0,05$ và $p < 0,01$.
• Phân tích đa dạng di truyền kiểu hình: Chỉ số đa dạng kiểu hình Shannon-Weaver ($H'$) được tính toán cho từng tính trạng theo công thức: $$H' = -\sum_{i=1}^{n} P_i \ln(P_i)$$ Trong đó $P_i$ là tần suất xuất hiện của trạng thái kiểu hình thứ $i$, $n$ là số trạng thái biểu hiện của tính trạng. Chỉ số $H'$ chuẩn hóa dao động từ 0 đến 1 thể hiện mức độ đa dạng từ thấp đến rất cao.
• Phân tích tương đồng và phân nhóm di truyền: Sử dụng ma trận khoảng cách di truyền và thuật toán UPGMA trong phần mềm NTSYS-pc phiên bản 2.1 để thiết lập sơ đồ phân nhóm kiểu hình (dendrogram) của 105 mẫu giống.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Cấu trúc đa dạng kiểu hình vượt trội của tập đoàn khoai mỡ miền Bắc: Phân tích 105 mẫu giống đang lưu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia cho thấy hệ số biến thiên ($CV%$) của các tính trạng định lượng biến động rất lớn: khối lượng củ/khóm đạt $CV = 45,2%$, số củ/khóm đạt $CV = 38,6%$, năng suất lý thuyết dao động từ 8,2 tấn/ha đến 42,5 tấn/ha. Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver trung bình của tập đoàn đạt mức cao ($H' = 0,76$), trong đó các tính trạng có $H'$ cao nhất gồm: hình dạng củ ($H' = 0,89$), màu sắc thịt củ ($H' = 0,84$ với 7 kiểu màu từ trắng tinh, trắng ngà, vàng nhạt đến tím đậm) và dạng lá ($H' = 0,81$). Phân tích UPGMA đã phân chia 105 mẫu giống thành 16 nhóm kiểu hình đặc thù.
2. Xác lập thông số kỹ thuật tối ưu cho Ngân hàng gen đồng ruộng tại Hoài Đức:
   • Vật liệu trồng: Mảnh củ đầu mầm (khối lượng 100–150g) cho tỷ lệ mọc mầm đạt $96,5%$, thời gian nảy mầm nhanh hơn 12–15 ngày so với mẩu củ giữa và đuôi củ, sức sống cây con cao nhất và năng suất thực thu đạt 24,8 tấn/ha (cao hơn mẩu củ thân $18,4%$ và mẩu củ đuôi $35,2%$, $p < 0,01$).
   • Thời vụ: Trồng vào tiết lập xuân (từ 15/02 đến 05/03) giúp cây sinh trưởng đón đầu nhiệt độ ấm, rút ngắn thời gian sinh trưởng sinh dưỡng và đạt năng suất củ cao nhất (26,3 tấn/ha). Trồng muộn vào tháng 4 làm giảm năng suất $28,5%$.
   • Mật độ và dinh dưỡng: Mật độ tối ưu là 4,0–4,7 cây/$\text{m}^2$ ($80 \times 30\text{ cm}$ hoặc $70 \times 30\text{ cm}$). Công thức phân bón khoáng tối ưu cho lưu giữ an toàn đạt chất lượng củ giống: $120\text{ kg N} + 90\text{ kg P}_2\text{O}_5 + 120\text{ kg K}_2\text{O} + 15\text{ tấn phân chuồng/ha}$.
3. Chuẩn hóa quy trình khử trùng và nuôi cấy in-vitro bảo tồn trung hạn:
   • Quy trình khử trùng hiệu quả nhất đối với đoạn thân mang chồi nách là xử lý cồn $70^\circ$ trong 30 giây, tiếp theo bằng dung dịch $\text{HgCl}_2$ 0,1% trong 6 phút, cho tỷ lệ mẫu sống sạch khuẩn đạt $78,3%$, tỷ lệ mẫu nhiễm chỉ $13,4%$ và mẫu chết $8,3%$.
   • Môi trường tái sinh chồi tối ưu: $\text{MS} + 1,0\text{ mg/L BAP} + 0,2\text{ mg/L NAA} + 30\text{ g/L sucrose}$ cho tỷ lệ nảy chồi $94,5%$, số chồi trung bình đạt 4,2 chồi/mẫu sau 6 tuần.
   • Môi trường lưu giữ sinh trưởng chậm: $\text{MS giảm 1/2 khoáng vi lượng} + 20\text{ g/L sucrose} + 1,0\text{ mg/L Kinetin}$ ở nhiệt độ $18 - 20^\circ\text{C}$ cho phép kéo dài chu kỳ cấy chuyển lên 9–12 tháng mà cây vẫn duy trì tỷ lệ sống $> 85%$ khi phục hồi.
4. Thành công của mô hình bảo tồn on-farm và phục tráng giống Khoai mỡ Trắng trụi tại Lạng Sơn:
   • Khảo sát PRA tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng xác định giống Khoai mỡ Trắng trụi là giống đặc sản địa phương có phẩm chất ăn nấu ngon (chất khô 28,4%, protein 7,8%, củ mềm dẻo, vị đậm) nhưng đang bị thoái hóa và giảm diện tích nghiêm trọng.
   • Qua 2 năm phục tráng (2012–2013), quần thể giống Trắng trụi phục tráng $\text{S}_1$ đã đồng nhất 100% về 11 tính trạng hình thái chủ chốt; tỷ lệ củ loại 1 tăng từ $62,0%$ lên $88,5%$; năng suất thực thu bình quân đạt 28,6 tấn/ha, vượt $24,3%$ so với quần thể chưa phục tráng ($p < 0,01$).
   • Hiệu ứng làm giàn: Thí nghiệm so sánh kỹ thuật làm giàn (LG) leo cao 2m so với không làm giàn (KG) chứng minh: làm giàn làm tăng diện tích lá hữu hiệu, giảm $65%$ tỷ lệ bệnh cháy lá do nấm Colletotrichum gloeosporioides, tăng năng suất củ từ 18,2 tấn/ha lên 29,4 tấn/ha (tăng $61,5%$). Sau khi trừ chi phí giàn tre/nứa và công lao động, lãi thuần của công thức làm giàn đạt 142,5 triệu đồng/ha, cao hơn 58,3 triệu đồng/ha so với không giàn.

Chỉ tiêu nông sinh học & kinh tế	Giống Trắng trụi chưa phục tráng	Dòng phục tráng đời $\text{S}_0$ (2012)	Dòng phục tráng đời $\text{S}_1$ (2013)	Không làm giàn (KG)	Có làm giàn leo 2m (LG)
Tỷ lệ mọc mầm (%)	82,4	91,2	97,6	88,5	96,8
Tỷ lệ củ thương phẩm loại 1 (%)	62,0	74,5	88,5	58,2	87,4
Năng suất thực thu (tấn/ha)	23,0	25,8	28,6	18,2	29,4
Mức độ nhiễm bệnh cháy lá (Điểm 1-5)	3,8	2,5	1,5	3,9	1,4
Lợi nhuận thuần (Triệu VNĐ/ha)	65,4	82,1	115,8	84,2	142,5

Implications đa chiều

• Về mặt lý luận: Khẳng định tính khả thi của mô hình bảo tồn tích hợp (Tri-layer Conservation Model: Field Genebank – In-vitro – On-farm), giải quyết mâu thuẫn tồn tại lâu năm giữa bảo tồn tĩnh bảo vệ nguồn gen và bảo tồn động gắn với sinh kế.
• Về mặt phương pháp luận: Cung cấp bộ công cụ đánh giá nông thôn có sự tham gia (PRA/PEDA) kết hợp phân tích 4 ô chuyên biệt cho cây có củ sinh sản vô tính, có thể chuyển giao áp dụng cho các nguồn gen cây trồng củ khác như khoai môn sọ (Colocasia esculenta), khoai từ (Dioscorea esculenta) và khoai mài (Dioscorea persimilis).
• Về mặt thực tiễn sản xuất: Cung cấp quy trình canh tác thâm canh và phục tráng giống khoai mỡ chuẩn xác, giúp nông dân vùng cao tăng thu nhập gấp 3–5 lần so với trồng lúa trên đất đồi gò, mở ra hướng sản xuất nông sản sạch đạt tiêu chuẩn hàng hóa.
• Về mặt chính sách nông nghiệp: Cung cấp cơ sở khoa học để các Sở NN&PTNT vùng trung du miền núi xây dựng đề án bảo tồn nguồn gen đặc sản địa phương gắn với Chương trình Mỗi xã một sản phẩm (OCOP) và chiến lược thích ứng biến đổi khí hậu.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả mang tính đột phá, luận án thẳng thắn thừa nhận một số hạn chế nội tại:

1. Hạn chế về chỉ thị phân tử: Việc đánh giá đa dạng di truyền của tập đoàn 105 mẫu giống chủ yếu dựa trên 35 chỉ thị hình thái nông học (morphological markers). Mặc dù các tính trạng này có tính di truyền cao, nhưng vẫn chịu tác động nhất định của tương tác kiểu gen $\times$ môi trường ($G \times E$). Nghiên cứu chưa áp dụng đồng bộ các chỉ thị phân tử hiện đại như SSR, SNP hay giải trình tự gen toàn hệ gen (whole-genome sequencing) do giới hạn về kinh phí tại thời điểm thực hiện.
2. Giới hạn thời gian bảo tồn in-vitro: Thí nghiệm lưu giữ sinh trưởng chậm in-vitro mới đánh giá qua 2 chu kỳ cấy chuyển (12–18 tháng). Cần tiếp tục theo dõi độ ổn định di truyền của cây tái sinh qua nhiều chu kỳ liên tiếp để loại trừ hoàn toàn nguy cơ biến dị soma.
3. Phạm vi không gian của mô hình on-farm: Mô hình bảo tồn tại chỗ mới được thiết lập tập trung tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn. Cần mở rộng thử nghiệm tại các vùng sinh thái đặc thù khác như vùng đất phèn mặn Đồng bằng sông Cửu Long hoặc vùng cao Tây Bắc.

Chương trình nghiên cứu 10 năm tiếp theo (2018–2028):

• Ứng dụng công nghệ sinh học phân tử: Giải trình tự hệ gen và xây dựng bản đồ liên kết di truyền (QTL mapping) nhằm xác định các gen quy định tính trạng hàm lượng chất khô cao, kháng bệnh than thư (anthracnose) và chịu hạn.
• Nghiên cứu công nghệ bảo quản đông lạnh (cryopreservation) đỉnh sinh trưởng ở nhiệt độ nitơ lỏng ($-196^\circ\text{C}$) để lưu giữ nguồn gen vô thời hạn.
• Nghiên cứu phát triển chuỗi giá trị và công nghệ chế biến sâu sau thu hoạch: Sản xuất tinh bột biến tính, thực phẩm chức năng và dược chất từ sapogenin/diosgenin của khoai mỡ.

Tác động và ảnh hưởng

• Ảnh hưởng học thuật: Công trình của luận án là tài liệu tham khảo nền tảng trong hệ thống đào tạo sau đại học chuyên ngành Khoa học cây trồng, Di truyền và Chọn giống thực vật tại Việt Nam; cung cấp nguồn số liệu gốc giá trị cao cho các công bố quốc tế trên các tạp chí thuộc danh mục ISI/Scopus chuyên ngành tài nguyên thực vật.
• Tác động kinh tế - xã hội: Mô hình bảo tồn on-farm tại huyện Hữu Lũng đã trực tiếp nâng cao thu nhập cho hơn 120 hộ nông dân tham gia nhóm bảo tồn; năng suất khoai mỡ Trắng trụi tăng từ 23 tấn lên 28,6 tấn/ha, tạo nguồn thu nhập thuần đạt trên 140 triệu đồng/ha/năm, góp phần xóa đói giảm nghèo bền vững tại địa phương.
• Tác động bảo tồn đa dạng sinh học: Ngăn chặn nguy cơ tuyệt chủng của giống khoai mỡ đặc sản Trắng trụi và lưu giữ an toàn tuyệt đối 105 nguồn gen quý của quốc gia, đóng góp tích cực vào việc thực hiện Công ước Đa dạng Sinh học (CBD) và Kế hoạch Hành động Quốc gia về Bảo tồn Tài nguyên Di truyền Thực vật.

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tiếp cận phương pháp luận nghiên cứu tài nguyên di truyền thực vật chuẩn quốc tế, quy trình đánh giá chỉ số đa dạng Shannon-Weaver ($H'$) và kỹ thuật nuôi cấy mô bảo tồn sinh trưởng chậm.
• Các nhà chọn tạo giống cây trồng: Khai thác bộ cơ sở dữ liệu 105 mẫu giống khoai mỡ với 16 nhóm kiểu hình đặc thù để làm vật liệu khởi đầu cho các chương trình lai tạo giống năng suất cao, phẩm chất tốt và chống chịu sâu bệnh.
• Doanh nghiệp nông nghiệp và Hợp tác xã: Ứng dụng quy trình kỹ thuật nhân giống sạch bệnh, quy trình canh tác làm giàn thâm canh và tiếp nhận nguồn giống Khoai mỡ Trắng trụi phục tráng để phát triển vùng nguyên liệu thương phẩm quy mô lớn.
• Cơ quan quản lý nhà nước và khuyến nông: Sử dụng bộ tiêu chí lựa chọn điểm bảo tồn và mô hình tổ chức Nhóm Nông dân Bảo tồn làm cẩm nang hướng dẫn triển khai bảo tồn nguồn gen tại các địa phương trên cả nước.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào? Luận án đã mở rộng Lý thuyết Bảo tồn Động Nguồn gen Cây trồng (Dynamic In-situ Conservation Theory của Brush và IPGRI) bằng cách chứng minh thành công rằng đối với cây sinh sản vô tính, bảo tồn tại chỗ on-farm chỉ có thể thành công khi được tích hợp đồng bộ với công nghệ phục tráng giống chọn lọc vô tính ($\text{S}_0 \rightarrow \text{S}_1$) và giải pháp gia tăng giá trị kinh tế qua kỹ thuật canh tác tiên tiến (làm giàn leo, bón phân cân đối).
2. Đổi mới phương pháp luận của luận án so với các nghiên cứu quốc tế trước đây? So với mô hình bảo tồn on-farm của IITA (Tây Phi) vốn tập trung vào quy mô trang trại lớn hoặc mô hình DAD tại Vanuatu (Vandenbroucke et al., 2015) chỉ phân phối giống thụ động, luận án đã thiết kế quy trình tiếp cận 5 bước có sự tham gia sâu của cộng đồng (PRA, CBR, PEDA, phân tích 4 ô và thành lập Nhóm Nông dân Bảo tồn có quy chế hoạt động chính thức), tạo nên cơ chế tự duy trì bền vững ngay cả khi dự án kết thúc.
3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì? Kết quả thực nghiệm về kỹ thuật làm giàn: Mặc dù chi phí làm giàn tre leo cao 2m làm tăng chi phí đầu tư ban đầu thêm $35,8%$, nhưng lại làm giảm tới $65%$ tỷ lệ nhiễm bệnh cháy lá do nấm Colletotrichum, kéo dài thời gian quang hợp của bộ lá thêm 45 ngày, giúp năng suất củ tăng vọt $61,5%$ (từ 18,2 lên 29,4 tấn/ha), đem lại tỷ suất lợi nhuận trên chi phí ($\text{VCR} > 2,8$), đảo ngược hoàn toàn quan niệm truyền thống cho rằng trồng khoai mỡ không làm giàn đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn do tiết kiệm chi phí.
4. Quy trình nghiên cứu có cung cấp đầy đủ thông số để nhân rộng và lặp lại không? Quy trình được chuẩn hóa chi tiết từng bước: từ kích thước mẫu củ giống (đầu mầm 100–150g), công thức khử trùng ($\text{HgCl}_2$ 0,1% trong 6 phút), nồng độ môi trường nuôi cấy ($\text{MS} + 1,0\text{ mg/L BAP} + 0,2\text{ mg/L NAA}$), đến quy trình phục tráng 11 tính trạng đời $\text{S}_0/\text{S}_1$, đảm bảo độ tin cậy và khả năng tái lập 100% tại bất kỳ phòng thí nghiệm nuôi cấy mô và trạm khuyến nông nào.
5. Kế hoạch nghiên cứu dài hạn 10 năm đã định hình những hướng đi nào? Định hình 3 hướng đi chiến lược: (i) Đánh giá đa dạng di truyền mức độ phân tử bằng chỉ thị SNP và lập bản đồ gen QTL; (ii) Hoàn thiện công nghệ bảo tồn lạnh đông siêu sâu (cryopreservation) trong nitơ lỏng; (iii) Phát triển chuỗi giá trị sau thu hoạch chiết xuất hợp chất có hoạt tính sinh học cao phục vụ công nghiệp dược phẩm.

Kết luận

Công trình nghiên cứu của Tiến sĩ Vũ Linh Chi đã mang lại 5 đóng góp học thuật và thực tiễn cốt lõi:

1. Hệ thống hóa toàn diện cơ sở dữ liệu: Xây dựng thành công bộ cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh về nguồn gốc, phân bố địa lý, đặc điểm nông sinh học và tri thức bản địa của 105 mẫu giống khoai mỡ miền Bắc, phân loại chính xác thành 16 nhóm kiểu hình đặc thù bằng phần mềm NTSYS-pc2.1.
2. Chuẩn hóa quy trình bảo tồn ex-situ đồng ruộng: Xác lập chính xác các thông số kỹ thuật tối ưu về vật liệu đầu mầm (100–150g), thời vụ lập xuân (tháng 2–3), mật độ (4,0–4,7 cây/$\text{m}^2$) và chế độ bón cân đối ($120\text{N} - 90\text{P}_2\text{O}_5 - 120\text{K}_2\text{O}$), giúp tỷ lệ suy hao nguồn gen hàng năm giảm về mức $0%$.
3. Đột phá trong công nghệ bảo quản in-vitro sinh trưởng chậm: Tối ưu hóa môi trường $\text{MS} + 1,0\text{ mg/L BAP}$ cho tái sinh chồi ($94,5%$) và môi trường giảm khoáng ở nhiệt độ $18 - 20^\circ\text{C}$ kéo dài chu kỳ cấy chuyển lên 9–12 tháng.
4. Tiên phong xây dựng mô hình bảo tồn on-farm bền vững: Thiết lập thành công mô hình bảo tồn cộng đồng tại xã Minh Sơn (Hữu Lũng, Lạng Sơn), phục tráng thành công giống đặc sản Khoai mỡ Trắng trụi đời $\text{S}_1$ đạt năng suất 28,6 tấn/ha, nâng cao thu nhập cho nông dân vùng trung du miền núi.
5. Xác lập mô hình bảo tồn đa tầng tích hợp: Kết hợp nhuần nhuyễn giữa Ngân hàng gen đồng ruộng, Bảo quản In-vitro và Bảo tồn On-farm, tạo tiền đề khoa học vững chắc cho chiến lược bảo tồn và phát triển bền vững các loài cây có củ tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây có củ với sự phong phú về chủng loại sản phẩm sẽ còn là nguồn thức ăn nuôi sống toàn nhân loại trong những thập kỷ tới. Các nhà khoa học nhận định, đến năm 2020 cây có củ sẽ được hợp nhất mạnh mẽ vào thị trường nông sản thế giới, thông qua hệ thống sản xuất có hiệu quả và thân thiện với môi trường của các sản phẩm hết sức đa dạng, chất lượng cao, có tính cạnh tranh làm lương thực, thức ăn chăn nuôi và cho công nghiệp chế biến (Gregory et al. Chính vì thế, việc quan tâm khai thác tiềm năng của nguồn gen cây có củ, đặc biệt các loài cây hiện ít được sử dụng như khoai môn sọ, khoai sáp, khoai mỡ, khoai từ,… sẽ góp phần làm đa dạng nguồn lương thực, thực phẩm; phong phú mặt hàng nông sản xuất khẩu và đảm bảo an ninh lương thực bền vững cho tương lai.

Khoai mỡ (Dioscorea alata L.) tên gọi chung tiếng Anh là yam, loài cây của chi Dioscorea, thuộc họ củ nâu (Dioscoreaceae). Thế giới hàng năm sản xuất trên 68 triệu tấn yam ở 3 vùng chính: Tây Phi, khu vực biển Thái Bình Dương (kể cả Nhật Bản) và các nước trong vùng biển Caribê (FAO, 2015). Đây là nguồn lương thực cơ bản đảm bảo sự an toàn lương thực cho hơn 300 triệu người ở các nước đang phát triển của vùng nhiệt đới. Khoai mỡ không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng hydratcacbon mà còn là nguồn dồi dào kali, giúp cơ thể duy trì huyết áp ổn định.

Ngày nay với khoa học công nghệ phát triển, cây khoai mỡ được khai thác sử dụng rất đa dạng: làm lương thực thực phẩm, làm thức ăn gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến (thạch, kem, kẹo, chip,.), làm dược liệu cho cả Đông y và Tây y, được coi là nguồn thu nhập chính của người nông dân nghèo ở vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, cây khoai mỡ còn gọi là khoai vạc, củ mỡ, củ cái,. được trồng tại hầu hết các tỉnh từ Bắc vào Nam, tập trung nhiều ở các vùng trung du, miền núi và các vùng mới khai hoang có đất chua phèn. Khoai mỡ là loại cây lấy củ có chất lượng ăn nấu ngon, tiềm năng chế biến lớn và là một nguồn lương thực quan trọng cho nhân dân vùng bán sơn địa những năm mất mùa, những khi giáp hạt,.

Cây khoai mỡ dễ trồng, thích nghi với nhiều loại đất (kể cả đất phèn, mặn), chịu hạn tốt, ít sâu bệnh hại cho năng suất củ cao, thời gian bảo quản dài. Vì vậy, trước sự thay đổi của môi trường theo hướng bất lợi cho sản xuất lúa nước và một số cây trồng khác trong thời gian tới, các loại cây lấy củ nói chung và cây khoai mỡ nói riêng, 2 đang dần được quan tâm phát triển như một loại lương thực an toàn, thích ứng với biến đổi khí hậu. Việt Nam có nguồn gen khoai mỡ đa dạng và phong phú, chúng đa dạng cả về tiềm năng năng suất, chất lượng ăn nấu, khả năng kháng sâu bệnh và các đặc điểm hình thái như hình dạng củ, kích thước củ, màu sắc thịt củ,… (Lê Văn Tú và cs. Đây là nguồn vật liệu di truyền quí để khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau phục vụ phát triển nông nghiệp và an ninh lương thực.

Tuy nhiên, những năm gần đây nguồn gen cây khoai mỡ cũng như những nguồn gen cây trồng còn ít được quan tâm sử dụng, đã và đang bị mất đi với tốc độ nhanh chóng do nhiều nguyên nhân, trong đó sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất, cây trồng khác thay thế, do bất thuận sinh học và phi sinh học và chưa được quan tâm đầu tư khai thác sử dụng,. là những nguyên nhân chính (Lã Tuấn Nghĩa và cs. Do đó, nhiệm vụ bảo tồn tài nguyên di truyền cây khoai mỡ cần được quan tâm đầu tư nghiên cứu. Hơn nữa, việc quan tâm khôi phục, bảo tồn và phát triển các nguồn gen thực vật bản địa đang có nguy cơ bị xói mòn nhanh chóng bởi việc thay thế cây trồng truyền thống bằng loại cây có hiệu quả kinh tế cao là rất cấp thiết cần được ưu tiên trong điều kiện của sản xuất hàng hoá và góp phần bảo tồn đa dạng sinh học.

Trong khi đó, ở nước ta từ trước tới nay cũng như các nguồn gen cây có củ phụ khác, cây khoai mỡ chưa được tập trung nghiên cứu hệ thống. Tập đoàn khoai mỡ tuy đã được mô tả các tính trạng hình thái, bước đầu đã phân loại, phân nhóm, đánh giá sự đa dạng kiểu hình của tập đoàn nguồn gen thu thập qua một số năm, nhưng do số lượng và chủng loại mẫu giống có sự thay đổi thường xuyên (bị mất và thu thập mới) nên bộ dữ liệu về đặc điểm nông sinh học chưa đầy đủ đối với 105 mẫu giống đến thời điểm 2010. Tập đoàn khoai mỡ thu thập những năm qua mới chỉ được lưu giữ chuyển chỗ (ex-situ conservation) trên đồng ruộng (còn gọi là Ngân hàng gen đồng ruộng) sử dụng kỹ thuật trồng, chăm sóc của Trung tâm TNTV, đúc kết từ những thông tin trong các phiếu thu thập. Đến nay, chưa có nghiên cứu nào về xây dựng qui trình kỹ thuật lưu giữ, bảo quản cho nguồn gen này cả về lưu giữ chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại cơ sở bảo tồn, cũng như tại chỗ – trên đồng ruộng của nông dân (on-farm conservation).

Tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, trong quá trình lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng, một số nguồn gen khoai mỡ vẫn bị mất do ảnh hưởng của thiên tai; sự kém thích nghi với điều kiện sống chuyển chỗ và có hiện tượng chất lượng củ của một số nguồn gen bản địa bị giảm dần theo thời gian. Để góp phần 3 giải quyết những tồn tại nêu trên, việc nghiên cứu xác định các biện pháp kỹ thuật cơ bản phù hợp, góp phần bảo tồn an toàn nguyên trạng, hạn chế xói mòn nguồn gen khoai mỡ là công việc vô cùng cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Xuất phát từ lý luận và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam”. Mục tiêu của đề tài Đánh giá được thực trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh vùng trung du miền núi phía Bắc; sự phân bố và tư liệu hóa kiến thức bản địa liên quan đến 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010; Xác định được một số biện pháp kỹ thuật phù hợp trong bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội; Nghiên cứu lựa chọn địa điểm để xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ; xác định một số biện pháp kỹ thuật thích hợp để duy trì và phát triển giống khoai mỡ đặc sản trong mô hình tại huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 3. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài là những dẫn liệu khoa học có giá trị bổ sung vào cơ sở lý luận, cơ sở khoa học về xây dựng các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ chuyển chỗ (ex-situ) bao gồm ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro; lựa chọn địa điểm và kỹ thuật duy trì các nguồn gen tại chỗ trên đồng đất của nông dân (in-situ by on-farm), góp phần bảo tồn và sử dụng bền vững loại cây trồng này ở miền Bắc Việt Nam. Luận án là tài liệu tham khảo tốt cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn và phát triển nguồn gen cây khoai mỡ Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn Bộ dữ liệu đầy đủ về 105 mẫu giống trong tập đoàn khoai mỡ thu thập giai đoạn 1991 – 2010 là những thông tin giá trị phục vụ bảo tồn và khai thác phát triển cây khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam.

Xây dựng được 01 qui trình kỹ thuật lưu giữ chuyển chỗ tập đoàn khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội và bước đầu xác định được kỹ thuật bảo quản in-vitro cho một số nguồn gen khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng, góp phần chuẩn hóa phương pháp bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ của Trung tâm Tài nguyên thực vật. 4 Xây dựng được mô hình bảo tồn tại chỗ cho một số nguồn gen khoai mỡ bản địa của tỉnh Lạng Sơn tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, tạo cơ hội cho người dân nâng cao nhận thức và năng lực bảo tồn nguồn gen cây trồng bản địa phục vụ sinh kế. Các biện pháp kỹ thuật về phục tráng giống Khoai mỡ Trắng trụi đặc sản, tuyển chọn giống cùng tham gia và thâm canh Khoai mỡ Trắng trụi của đề tài luận án đã góp phần duy trì và phát triển nguồn gen bản địa đặc sản của địa phương, giảm nguy cơ xói mòn nguồn gen, bảo tồn đa dạng sinh học. Những đóng góp mới của đề tài Xây dựng được bộ dữ liệu khá hoàn chỉnh giá trị về nguồn gốc, sự phân bố, đặc điểm nông sinh học, kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, bảo quản và sử dụng của tập đoàn 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010 phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng cây khoai mỡ.

Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống và đồng bộ các biện pháp kỹ thuật trong lưu giữ, bảo quản chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại Hoài Đức, Hà Nội và bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn, cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho công tác bảo tồn và sử dụng các loài cây có củ giàu tiềm năng nhưng chưa được quan tâm khai thác. Khẳng định giải pháp kỹ thuật bảo tồn an toàn, nguyên trạng nguồn gen khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam gồm: lưu giữ tập đoàn khoai mỡ trên đồng ruộng tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia theo qui trình kỹ thuật hoàn thiện là biện pháp chính, kết hợp với kỹ thuật bảo tồn trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn và bảo quản in-vitro như biện pháp hỗ trợ với những mẫu giống khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5. Đối tượng nghiên cứu Nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) và kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, sử dụng; các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ.