Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Sinh Trưởng Và Năng Suất Các Dòng Lúa Cạn Nhập Nội Tại Phú Thọ

• Tác giả: Hoàng Mai Thảo
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hữu Hồng - Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên
• Trường học: Đại học Thái Nguyên - Trường Đại học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Trồng trọt
• Đề tài: Nghiên cứu sinh trưởng, phát triển, năng suất của một số dòng, giống lúa cạn nhập nội tại Phú Thọ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Yêu cầu của đề tài
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
• 2.1.1. Khái niệm về lúa cạn
• 2.1.2. Đặc tính chống chịu hạn ở cây lúa
• 2.2. Tình hình sản xuất và nghiên cứu lúa cạn trong nước và trên thế giới
• 2.2.1. Tình hình sản xuất lúa cạn trên thế giới
• 2.2.2. Tình hình nghiên cứu lúa cạn trên thế giới
• 2.2.2.1. Phương pháp đánh giá tính chịu hạn
• 2.2.2.2. Nghiên cứu về chọn tạo giống lúa chịu hạn
• 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu, địa điểm, thời gian nghiên cứu
• 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.2.1. Khảo sát tập đoàn lúa cạn nhập nội
• 3.2.2. Đánh giá một số dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 3.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 3.3.1.1. Khảo sát tập đoàn lúa cạn nhập nội (vụ Xuân năm 2010)
• 3.3.1.2. Chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp theo dõi
• 3.3.1.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả khảo sát tập đoàn lúa cạn nhập nội
• 4.1.1. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển tập đoàn lúa cạn nhập nội
• 4.1.2. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất
• 4.1.3. Khả năng chống chịu
• 4.2. Kết quả thí nghiệm đánh giá các dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 4.2.1. Đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 4.2.2. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của các dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 4.2.3. Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và chất lượng gạo của các dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 4.2.4. Khả năng chống chịu của các dòng, giống lúa cạn triển vọng
• 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên cứu sinh trưởng lúa cạn

Nghiên cứu sinh trưởng của các dòng lúa cạn nhập nội tại Phú Thọ đã chỉ ra rằng các yếu tố sinh thái như độ ẩm đất và nhiệt độ ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển của cây lúa. Đặc biệt, các dòng lúa cạn cho thấy khả năng sinh trưởng tốt hơn trong điều kiện hạn hán. Theo nghiên cứu, các dòng lúa cạn có bộ rễ phát triển mạnh, giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng hiệu quả hơn. Điều này cho phép chúng duy trì sinh trưởng ngay cả trong những giai đoạn khô hạn. Các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao cây, số nhánh hữu hiệu và thời gian sinh trưởng cũng được ghi nhận có sự khác biệt rõ rệt giữa các dòng lúa cạn. Những dòng lúa cạn có khả năng sinh trưởng tốt thường có khả năng chống chịu hạn cao, điều này rất quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.

1.1 Đặc điểm sinh trưởng

Đặc điểm sinh trưởng của các dòng lúa cạn nhập nội cho thấy sự đa dạng về khả năng phát triển. Một số dòng lúa cạn có khả năng sinh trưởng vượt trội, với chiều cao cây đạt từ 90 đến 120 cm, trong khi một số dòng khác chỉ đạt khoảng 70 cm. Sự khác biệt này không chỉ phụ thuộc vào giống mà còn vào điều kiện thổ nhưỡng và khí hậu tại Phú Thọ. Các dòng lúa cạn có khả năng đẻ nhánh tốt thường cho năng suất cao hơn. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, những dòng lúa cạn có khả năng chịu hạn tốt thường có thời gian sinh trưởng ngắn hơn, giúp chúng né tránh được các giai đoạn khô hạn cuối vụ.

II. Năng suất lúa cạn

Năng suất của các dòng lúa cạn nhập nội tại Phú Thọ được đánh giá dựa trên nhiều yếu tố cấu thành như số bông hữu hiệu, số hạt chắc/bông và khối lượng 1.000 hạt. Kết quả cho thấy, năng suất lý thuyết của các dòng lúa cạn có thể đạt từ 4 đến 6 tấn/ha, tùy thuộc vào điều kiện canh tác. Các dòng lúa cạn có khả năng chống chịu tốt thường cho năng suất thực thu cao hơn, điều này cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa khả năng chống chịu và năng suất. Việc lựa chọn giống lúa cạn phù hợp không chỉ giúp tăng năng suất mà còn đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

2.1 Các yếu tố cấu thành năng suất

Các yếu tố cấu thành năng suất của lúa cạn bao gồm số bông hữu hiệu, số hạt chắc/bông và khối lượng 1.000 hạt. Nghiên cứu cho thấy, số bông hữu hiệu trên mỗi mét vuông có sự khác biệt rõ rệt giữa các dòng lúa cạn, với một số dòng đạt tới 300 bông/m2. Số hạt chắc/bông cũng là một yếu tố quan trọng, với các dòng lúa cạn có thể đạt từ 20 đến 30 hạt chắc/bông. Khối lượng 1.000 hạt của các dòng lúa cạn cũng được ghi nhận có sự khác biệt, với khối lượng từ 20 đến 30 gram. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến năng suất mà còn đến chất lượng gạo, điều này rất quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường.

III. Khả năng chống chịu của lúa cạn

Khả năng chống chịu của các dòng lúa cạn nhập nội tại Phú Thọ là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu này. Các dòng lúa cạn cho thấy khả năng chống chịu hạn và sâu bệnh tốt, điều này giúp chúng tồn tại và phát triển trong điều kiện khắc nghiệt. Nghiên cứu cho thấy, những dòng lúa cạn có khả năng chống chịu tốt thường có bộ rễ phát triển mạnh, giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng hiệu quả hơn. Điều này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn đảm bảo sự bền vững trong sản xuất nông nghiệp.

3.1 Đánh giá khả năng chống chịu

Đánh giá khả năng chống chịu của các dòng lúa cạn được thực hiện thông qua các chỉ tiêu như khả năng chịu hạn, khả năng chống sâu bệnh và khả năng phục hồi sau hạn. Kết quả cho thấy, một số dòng lúa cạn có khả năng chịu hạn lên đến 80%, trong khi một số dòng khác chỉ đạt khoảng 50%. Khả năng chống sâu bệnh cũng được ghi nhận, với một số dòng lúa cạn có khả năng chống lại bệnh đạo ôn và sâu đục thân. Những dòng lúa cạn có khả năng chống chịu tốt không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm thiểu rủi ro trong sản xuất nông nghiệp.

Tổng quan nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu đã làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, bão và mưa lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là cây lúa. Việt Nam, nằm trong số 5 quốc gia chịu tác động nặng nề nhất tại châu Á, đang đối mặt với thiệt hại về năng suất lúa do hạn hán có thể lên tới 20-30%. Với khoảng 4,36 triệu ha đất trồng lúa nước, trong đó 2,1 triệu ha phụ thuộc hoàn toàn vào nước trời, năng suất lúa canh tác nhờ nước trời chỉ đạt khoảng trên 10 tạ/ha, thấp hơn nhiều so với vùng có tưới chủ động (khoảng 30 tạ/ha). Tỉnh Phú Thọ và các vùng Trung du, miền núi phía Bắc có điều kiện sinh thái đặc thù, thường xuyên chịu ảnh hưởng của hạn hán, đòi hỏi phát triển các giống lúa cạn có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt, năng suất cao và chịu hạn hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là xác định các dòng, giống lúa cạn nhập nội phù hợp với điều kiện sinh thái tại Phú Thọ, có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt, năng suất cao và khả năng chịu hạn tốt. Nghiên cứu được thực hiện trong các vụ Xuân và Mùa năm 2010, vụ Xuân năm 2011 tại Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc. Kết quả nghiên cứu góp phần đa dạng hóa bộ giống lúa cạn, nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa trong điều kiện hạn hán, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững nông nghiệp vùng Trung du, miền núi phía Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về sinh trưởng phát triển cây trồng và khả năng chống chịu hạn, trong đó:

• Khái niệm lúa cạn: Lúa cạn là loại lúa trồng trên đất cao, không tích nước trong ruộng, hoàn toàn dựa vào nước mưa, có bộ rễ phát triển mạnh, ăn sâu, giúp cây chịu hạn tốt hơn so với lúa nước.
• Đặc tính chống chịu hạn: Bao gồm khả năng giảm bốc thoát hơi nước qua khí khổng, duy trì cung cấp nước nhờ bộ rễ phát triển sâu, khả năng duy trì cấu trúc tế bào và chức năng sinh lý trong điều kiện thiếu nước, thời gian sinh trưởng ngắn giúp né tránh hạn cuối vụ.
• Mô hình đánh giá sinh trưởng và năng suất: Các chỉ tiêu sinh trưởng như sức sinh trưởng giai đoạn mạ, khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây, độ cứng cây, thời gian sinh trưởng; các yếu tố cấu thành năng suất như số bông hữu hiệu/m2, số hạt chắc/bông, khối lượng 1000 hạt; và các chỉ tiêu đánh giá khả năng chống chịu hạn, sâu bệnh.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: 61 dòng, giống lúa cạn nhập nội từ Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI), Trung Quốc và CIRAD (Pháp), cùng giống đối chứng LC93-1.
• Địa điểm và thời gian: Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền núi phía Bắc, vụ Xuân và Mùa năm 2010, vụ Xuân năm 2011.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm:
  • Khảo sát tập đoàn lúa cạn nhập nội: phương pháp tuần tự, không nhắc lại, diện tích ô thí nghiệm 2,5 m².
  • Đánh giá dòng, giống triển vọng: bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh, 3 lần nhắc lại, diện tích ô 10 m².
• Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn: Đánh giá ngoài đồng ruộng và trong điều kiện nhân tạo qua tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ rễ mầm đen, rễ mạ héo sau xử lý KClO3, độ ẩm cây héo, cường độ thoát hơi nước.
• Chỉ tiêu nghiên cứu: Sức sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây, độ cứng cây, thời gian sinh trưởng, các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất thực thu, chất lượng gạo, khả năng chống chịu hạn, sâu bệnh và chịu lạnh.
• Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Excel và IRRI STAT 5, cỡ mẫu 61 dòng, phương pháp chọn mẫu theo chương trình hợp tác quốc tế, phân tích thống kê mô tả và hồi quy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Sức sinh trưởng giai đoạn mạ: 60,7% dòng, giống có sức sinh trưởng trung bình, 4,9% dòng sinh trưởng rất mạnh, đại diện là IR55419A0#36, IR788751-3-3. 16,4% dòng sinh trưởng yếu, như BP234E-MR-11.
2. Khả năng đẻ nhánh: 75,4% dòng có khả năng đẻ nhánh rất thấp (dưới 5 nhánh/cây), chỉ 24,6% có khả năng đẻ nhánh ở mức thấp (5-6,9 nhánh/cây), ví dụ Luyin46, Yunlu103-1.
3. Chiều cao cây và độ cứng cây: Chiều cao dao động từ 80 đến 141 cm, 45,9% dòng có chiều cao rất cao (>120 cm). Độ cứng cây chủ yếu ở mức cứng (68,9%), một số dòng có độ cứng yếu, dễ đổ như IR82098-B-B-23-B.
4. Thời gian sinh trưởng: 93,4% dòng có thời gian sinh trưởng ngắn (115-135 ngày), thuận lợi cho né tránh hạn cuối vụ, đại diện DR5, DR4, CIRAD141.
5. Các yếu tố cấu thành năng suất:
   • Số bông hữu hiệu/m2 dao động từ 80 đến 276 bông, 9,8% dòng có số bông trên 250 bông/m2 (DR4 đạt 276 bông/m2).
   • Số hạt chắc/bông từ 24 đến 101,8 hạt, 4,9% dòng có trên 90 hạt/bông (Yunlu100A đạt 101,8 hạt).
   • Mối tương quan giữa số bông hữu hiệu/m2 và năng suất lý thuyết được xác định qua phương trình hồi quy:
     [ Y = 0.1358x + 4.8084 ] với $Y$ là năng suất (tạ/ha), $x$ là số bông hữu hiệu/m2, cho thấy số bông hữu hiệu/m2 ảnh hưởng tích cực đến năng suất.
6. Khả năng chống chịu hạn và sâu bệnh: Các dòng có khả năng chịu hạn tốt thể hiện qua độ cuốn lá thấp, tỷ lệ phục hồi sau hạn cao (trên 70%), khả năng chống chịu sâu bệnh như rầy nâu, sâu cuốn lá và bệnh đạo ôn ở mức trung bình đến tốt.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy đa số dòng, giống lúa cạn nhập nội có sức sinh trưởng và khả năng đẻ nhánh còn hạn chế, ảnh hưởng đến số bông hữu hiệu và năng suất. Chiều cao cây cao và độ cứng cây chưa đồng đều, cần chọn lọc để tránh đổ ngã. Thời gian sinh trưởng ngắn của phần lớn dòng giúp cây né tránh hạn cuối vụ, phù hợp với điều kiện sinh thái Phú Thọ. Mối tương quan chặt chẽ giữa số bông hữu hiệu/m2 và năng suất lý thuyết nhấn mạnh vai trò của việc tăng số bông hữu hiệu trong chọn giống và kỹ thuật canh tác.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng chọn tạo giống lúa cạn chịu hạn có bộ rễ phát triển, thời gian sinh trưởng ngắn và khả năng chống chịu sâu bệnh tốt. Tuy nhiên, khả năng đẻ nhánh thấp là điểm cần cải thiện để nâng cao năng suất. Việc đánh giá khả năng chịu hạn qua các chỉ tiêu sinh lý và sinh trưởng cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn lọc giống phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố sức sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh, chiều cao cây, thời gian sinh trưởng và biểu đồ hồi quy mối quan hệ số bông hữu hiệu với năng suất lý thuyết, giúp trực quan hóa các đặc điểm quan trọng của dòng, giống.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường chọn lọc và phát triển giống lúa cạn có khả năng đẻ nhánh cao nhằm nâng cao số bông hữu hiệu/m2, từ đó tăng năng suất, ưu tiên các dòng có thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp với điều kiện sinh thái Phú Thọ. Thời gian thực hiện: 3-5 năm, chủ thể: Viện nghiên cứu và các trung tâm giống cây trồng.
2. Áp dụng kỹ thuật canh tác tối ưu như điều chỉnh mật độ gieo trồng, bón phân hợp lý để kích thích sinh trưởng và đẻ nhánh, giảm thiểu đổ ngã, nâng cao năng suất thực thu. Thời gian: ngay trong các vụ tiếp theo, chủ thể: nông dân, cán bộ kỹ thuật.
3. Phát triển chương trình đánh giá khả năng chịu hạn kết hợp phương pháp nhân tạo và ngoài đồng ruộng để sàng lọc nhanh các giống có khả năng chống chịu hạn tốt, giảm thời gian chọn tạo giống. Thời gian: 2-3 năm, chủ thể: Viện nghiên cứu, trường đại học.
4. Tăng cường nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học và chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa cạn chịu hạn nhằm xác định các gen và QTL liên quan đến tính trạng chịu hạn, nâng cao hiệu quả chọn lọc. Thời gian: 5 năm, chủ thể: Viện nghiên cứu, các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học.
5. Tuyên truyền, đào tạo kỹ thuật cho nông dân vùng Trung du, miền núi về sử dụng giống mới và kỹ thuật canh tác thích hợp để nâng cao năng suất và ổn định sản xuất. Thời gian: liên tục, chủ thể: Sở Nông nghiệp, các tổ chức hỗ trợ nông dân.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và cán bộ khoa học trong lĩnh vực nông nghiệp và trồng trọt: Sử dụng kết quả để phát triển chương trình chọn tạo giống lúa cạn chịu hạn, nghiên cứu sinh trưởng và năng suất cây trồng trong điều kiện hạn hán.
2. Các trung tâm giống cây trồng và viện nghiên cứu nông nghiệp: Áp dụng phương pháp đánh giá và kết quả chọn lọc giống để phát triển bộ giống lúa cạn phù hợp với điều kiện sinh thái miền núi và Trung du.
3. Cán bộ kỹ thuật và quản lý nông nghiệp địa phương: Tham khảo để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển giống lúa cạn, hướng dẫn kỹ thuật canh tác và phòng trừ sâu bệnh cho nông dân.
4. Nông dân và hợp tác xã sản xuất lúa cạn: Áp dụng các giống lúa cạn có năng suất cao, chịu hạn tốt và kỹ thuật canh tác phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và ổn định thu nhập.

Câu hỏi thường gặp

1. Lúa cạn là gì và khác gì so với lúa nước?
   Lúa cạn là loại lúa trồng trên đất cao, không tích nước trong ruộng, hoàn toàn dựa vào nước mưa, có bộ rễ phát triển sâu và khả năng chịu hạn tốt hơn lúa nước. Lúa nước thường trồng trong ruộng ngập nước và cần nguồn nước tưới chủ động.

2. Tại sao chọn giống lúa cạn có thời gian sinh trưởng ngắn lại quan trọng?
   Thời gian sinh trưởng ngắn giúp cây lúa né tránh được các đợt hạn cuối vụ, giảm thiểu thiệt hại do thiếu nước, đồng thời phù hợp với điều kiện khí hậu biến động, giúp ổn định năng suất.

3. Các chỉ tiêu nào được sử dụng để đánh giá khả năng chịu hạn của lúa cạn?
   Các chỉ tiêu gồm độ cuốn lá, mức độ khô lá, tỷ lệ phục hồi sau hạn, tỷ lệ nảy mầm và rễ mầm đen sau xử lý KClO3, độ ẩm cây héo, cường độ thoát hơi nước, cùng khả năng chống chịu sâu bệnh.

4. Làm thế nào để tăng năng suất lúa cạn trong điều kiện hạn hán?
   Cần chọn giống có khả năng đẻ nhánh cao, số bông hữu hiệu nhiều, áp dụng kỹ thuật canh tác hợp lý như điều chỉnh mật độ gieo trồng, bón phân cân đối, phòng trừ sâu bệnh và sử dụng giống chịu hạn tốt.

5. Vai trò của công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa cạn chịu hạn là gì?
   Công nghệ sinh học giúp xác định các gen và QTL liên quan đến tính trạng chịu hạn, hỗ trợ chọn lọc nhanh và chính xác các giống có khả năng chống chịu hạn, rút ngắn thời gian tạo giống mới.

Kết luận

• Đã xác định được các dòng, giống lúa cạn nhập nội có sức sinh trưởng trung bình đến mạnh, thời gian sinh trưởng ngắn, phù hợp với điều kiện sinh thái Phú Thọ.
• Khả năng đẻ nhánh của phần lớn dòng còn thấp, ảnh hưởng đến số bông hữu hiệu và năng suất, cần cải thiện qua chọn lọc và kỹ thuật canh tác.
• Các yếu tố cấu thành năng suất như số bông hữu hiệu/m2 và số hạt chắc/bông có mối tương quan chặt chẽ với năng suất lý thuyết, là cơ sở để chọn giống và điều chỉnh kỹ thuật.
• Khả năng chịu hạn và chống chịu sâu bệnh của các dòng được đánh giá ở mức trung bình đến tốt, phù hợp với điều kiện khô hạn tại địa phương.
• Đề xuất phát triển chương trình chọn tạo giống, áp dụng kỹ thuật canh tác tối ưu và ứng dụng công nghệ sinh học để nâng cao năng suất và ổn định sản xuất lúa cạn.

Next steps: Tiếp tục đánh giá sâu hơn các dòng triển vọng, mở rộng thử nghiệm trên diện rộng, đồng thời triển khai đào tạo kỹ thuật cho nông dân.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và cán bộ quản lý nông nghiệp cần phối hợp triển khai các giải pháp chọn tạo giống và kỹ thuật canh tác nhằm ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu và nâng cao an ninh lương thực vùng Trung du, miền núi phía Bắc.