Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu hơn 3,8 triệu ha đất chuyên trồng lúa với tổng diện tích gieo trồng hàng năm vượt 7,7 triệu ha. Ngành lúa gạo đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an ninh lương thực quốc gia và khẳng định vị thế xuất khẩu hàng đầu thế giới với sản lượng xuất khẩu đạt 6,57 triệu tấn vào năm 2015, chiếm khoảng 18,3% thị phần thương mại gạo toàn cầu. Tuy nhiên, phần lớn lượng gạo xuất khẩu và tiêu thụ nội địa vẫn tập trung ở phân khúc chất lượng trung bình. Tại khu vực Đồng bằng sông Hồng với diện tích canh tác hơn 1,1 triệu ha, nhu cầu tiêu dùng gạo chất lượng cao của cư dân đô thị ngày càng tăng mạnh. Mặc dù cả nước gieo cấy hơn 155 giống lúa tẻ khác nhau, bộ giống lúa thuần chất lượng cao phục vụ các tỉnh phía Bắc vẫn còn bộc lộ nhiều hạn chế về khả năng chống chịu sâu bệnh và tính thích nghi sinh thái.

Nhiều giống lúa thuần chất lượng hiện hành như Bắc thơm 7 hay Hương thơm 1 thường bị nhiễm nặng bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae và bệnh đạo ôn, dẫn đến hiện tượng thoái hóa giống nhanh chóng chỉ sau 3 đến 5 vụ gieo trồng. Nhằm giải quyết điểm nghẽn này, đề tài tập trung đánh giá toàn diện đặc điểm nông sinh học, năng suất và phẩm chất hạt của 10 dòng lúa thuần mới chọn tạo so với 3 giống đối chứng phổ biến gồm Thiên ưu 8, TBR225 và Hương thơm 1.

Nghiên cứu được triển khai thực địa trong vụ Mùa 2016 và vụ Xuân 2017 tại hai tiểu vùng sinh thái đại diện là Ba Vì (Hà Nội) và Khoái Châu (Hưng Yên). Kết quả thực nghiệm đã tuyển chọn thành công dòng lúa thuần triển vọng NSC15-8 đạt năng suất trung bình 6,87 đến 7,74 tấn/ha, thời gian sinh trưởng ngắn từ 100 đến 129 ngày, kháng tốt bệnh bạc lá và sở hữu chất lượng cơm thơm mềm vượt trội, đáp ứng hoàn hảo tiêu chí khảo nghiệm quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết mô hình kiểu cây lúa mới (New Plant Type) do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) khởi xướng và được các nhà khoa học cây trồng hoàn thiện. Kiểu cây lúa lý tưởng có chiều cao cây từ 90 đến 100 cm, số dảnh hữu hiệu đạt từ 3 đến 4 dảnh/khóm, thân cây cứng cáp chống đổ ngã, lá đòng đứng lòng mo màu xanh đậm, bông to mang từ 200 đến 250 hạt chắc và tiềm năng năng suất đạt từ 10 đến 13 tấn/ha.

Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng lý thuyết di truyền học chọn giống đột biến và lai tích lũy gen. Phương pháp gây tạo đột biến phóng xạ kết hợp chọn lọc cá thể qua nhiều thế hệ (đến thế hệ M9) giúp tạo ra các đột biến có lợi về tính trạng ngắn ngày, kiểu hình bán lùn mang gen lặn sd1 và khả năng kháng chịu bệnh bạc lá.

Trong đánh giá chất lượng nông sản, nghiên cứu vận dụng hệ thống khái niệm chuẩn mực gồm:

  • Năng suất lý thuyết (tính toán từ số bông/khóm, số hạt chắc/bông và khối lượng 1000 hạt);
  • Năng suất thực thu (khối lượng thóc hạt sạch đạt độ ẩm tiêu chuẩn 13%);
  • Hàm lượng amylose (chỉ số quyết định độ dẻo mềm của cơm, trong đó mức 2% đến 20% đặc trưng cho nhóm gạo dẻo);
  • Nhiệt hóa hồ và độ bền thể gel (phản ánh đặc tính lý hóa của tinh bột khi nấu nướng);
  • Hợp chất thơm 2-acetyl-1-pyrroline (chất tạo hương thơm tự nhiên của hạt gạo).

Phương pháp nghiên cứu

Thí nghiệm đồng ruộng được thiết kế theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) gồm 13 công thức giống (10 dòng thuần mới và 3 giống đối chứng) với 3 lần nhắc lại. Quy mô mỗi ô thí nghiệm có diện tích 10 m2 (kích thước 5 m x 2 m), cấy với mật độ tiêu chuẩn 50 khóm/m2. Phương pháp bố trí này giúp triệt tiêu tối đa sai số do độ phì đất không đồng đều giữa các dải đất thực nghiệm.

Nghiên cứu áp dụng đồng bộ các quy chuẩn đánh giá:

  • Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá cây lúa (SES) của IRRI ban hành năm 2002 để theo dõi các giai đoạn sinh trưởng, chiều cao cây, chiều dài bông và mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên;
  • Bộ Tiêu chuẩn Quốc gia gồm TCVN 8370:2010 đến TCVN 8373:2010 để xác định tỷ lệ gạo lật, gạo xát, gạo nguyên, kích thước hạt và đánh giá cảm quan chất lượng cơm qua hội đồng 5 chuyên gia;
  • Phương pháp cắt kéo lây nhiễm nhân tạo vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae theo quy trình của Furuya với nồng độ huyền phù vi khuẩn đạt 10^6 đến 10^8 tế bào/ml, đánh giá vết bệnh sau 14 đến 18 ngày trên 4 chủng vi khuẩn thu thập từ thực tế gồm NSC58-1, NSC80-1, NSC6-3 và NSC51-6.

Toàn bộ dữ liệu được phân tích phương sai (ANOVA) qua phần mềm chuyên dụng IRRISTAT 5.0 và Excel 2010. Tính thích ứng và độ ổn định sinh thái của năng suất được xác định bằng mô hình hồi quy tuyến tính DTSL-Diallel của Nguyễn Đình Hiền (1995), cho phép bóc tách chính xác hệ số hồi quy thích nghi sinh thái và phương sai sai lệch của từng giống lúa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu đã phát hiện dòng lúa thuần NSC15-8 có thời gian sinh trưởng ngắn và độ cảm ôn lý tưởng. Trong vụ Mùa 2016, dòng NSC15-8 đạt thời gian sinh trưởng từ 100 đến 103 ngày (trỗ sau 70 đến 73 ngày gieo), ngắn hơn giống đối chứng Thiên ưu 8 và TBR225 từ 2 đến 3 ngày. Trong vụ Xuân 2017, thời gian sinh trưởng của dòng này là 129 ngày, ngắn hơn giống đối chứng Thiên ưu 8 (133 đến 135 ngày) tới 4 đến 6 ngày, rất phù hợp với cơ cấu luân canh trà Xuân muộn - Mùa sớm tại miền Bắc.

Thứ hai, tiềm năng năng suất thực thu của dòng NSC15-8 đạt mức vượt trội và ổn định cao. Tại Khoái Châu (Hưng Yên), năng suất thực thu vụ Mùa đạt 6,87 tấn/ha và vụ Xuân đạt 7,74 tấn/ha. Năng suất này tương đương với giống đối chứng Thiên ưu 8 (đạt 6,95 đến 7,81 tấn/ha) và cao hơn giống Hương thơm 1 từ 12,4% đến 15,8%. Dòng NSC15-8 sở hữu cấu trúc bông to, số hạt chắc trên bông đạt từ 165 đến 182 hạt và khối lượng 1000 hạt đạt khoảng 21,5 đến 22,3 gram.

Thứ ba, khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ ngã của dòng NSC15-8 đạt kết quả xuất sắc. Khi lây nhiễm nhân tạo 4 chủng vi khuẩn bạc lá, dòng NSC15-8 thể hiện tính kháng cao với 2 chủng NSC58-1 và NSC80-1 (chiều dài vết bệnh trung bình dưới 8,0 cm, đạt cấp R), vượt trội hơn hẳn so với giống Hương thơm 1 bị nhiễm nặng (vết bệnh dài trên 14,0 cm, cấp S). Về độ cứng cây, dòng NSC15-8 đạt điểm 1 (thân cứng, không đổ ngã) nhờ chiều cao cây hợp lý dao động từ 102,5 đến 110,3 cm.

Thứ tư, chất lượng thương phẩm và chất lượng nấu nướng của NSC15-8 được đánh giá rất cao. Hạt gạo lật thon dài (chiều dài trung bình 6,75 đến 6,92 mm), tỷ lệ dài/rộng đạt trên 3,1 lần, tỷ lệ gạo nguyên sau xay xát đạt trên 68,5% và tỷ lệ trắng trong đạt trên 82,0%. Đánh giá cảm quan chất lượng cơm đạt 18,5/20 điểm, cơm mềm dẻo, có mùi thơm đặc trưng, vị ngọt đậm tương đương với giống lúa chất lượng Hương thơm 1.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt về năng suất và thời gian sinh trưởng giữa hai điểm nghiên cứu bắt nguồn từ sự tương tác giữa kiểu gen và môi trường (GxE). Tại Ba Vì (Hà Nội), vùng bán sơn địa có nền nhiệt độ trung bình toàn vụ Mùa đạt 29,6 độ C và vụ Xuân đạt 23,6 độ C (thấp hơn Khoái Châu từ 0,1 đến 0,3 độ C), kèm theo lượng mưa tháng 8/2016 lên tới 718,4 mm gây ngập úng nhẹ, đã kéo dài thời gian sinh trưởng của các dòng lúa thêm 1 đến 3 ngày và làm năng suất thực thu giảm nhẹ từ 3,2% đến 5,1% so với Khoái Châu.

Để trực quan hóa các kết luận khoa học, dữ liệu về mối tương quan giữa kiểu gen và môi trường có thể được trình bày thông qua biểu đồ phân tán hai chiều (Biplot) biểu diễn hệ số ổn định năng suất (bi) trên trục hoành và phương sai sai số (S^2di) trên trục tung. Qua đó, dòng NSC15-8 nằm sát tọa độ lý tưởng (bi xấp xỉ 1,0 và S^2di tiến về 0), khẳng định khả năng thích nghi rộng tại nhiều tiểu vùng sinh thái khác nhau. Đồng thời, bảng ma trận phân loại phản ứng kháng vi khuẩn Xanthomonas oryzae thể hiện rõ ưu thế miễn dịch của NSC15-8 đối với các nguồn bệnh thu thập từ các tỉnh Hưng Yên và Nam Định.

So với các nghiên cứu trước đây về giống lúa Bắc thơm 7 kháng bạc lá (BT7 KBL) chỉ đạt năng suất 5,0 đến 5,5 tấn/ha, dòng NSC15-8 đã tạo ra bước đột phá khi vừa duy trì được phẩm chất cơm ngon vừa nâng trần năng suất lên trên 7,5 tấn/ha trong vụ Xuân, giải quyết triệt để mâu thuẫn lâu năm giữa tính trạng năng suất cao và chất lượng gạo ngon trong công tác chọn giống lúa thuần.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, đẩy mạnh đưa dòng lúa thuần NSC15-8 vào hệ thống Khảo nghiệm Giống cây trồng Quốc gia (bao gồm khảo nghiệm giá trị canh tác - sử dụng VCU và tính khác biệt, đồng nhất, ổn định - DUS) ngay trong 2 vụ tiếp theo. Mục tiêu cụ thể là hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật để được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận giống cho sản xuất thử trước năm 2020. Cơ quan chủ trì thực hiện là Công ty Cổ phần Giống cây trồng Trung ương phối hợp với Trung tâm Khảo kiểm nghiệm giống cây trồng Quốc gia.

Thứ hai, hoàn thiện quy trình kỹ thuật thâm canh đồng bộ cho dòng NSC15-8 nhằm phát huy tối đa tiềm năng di truyền. Khuyến cáo mật độ cấy tối ưu từ 45 đến 50 khóm/m2, mức phân bón cân đối cho 1 ha gồm 110 đến 120 kg N, 80 đến 90 kg P2O5 và 90 đến 100 kg K2O. Áp dụng kỹ thuật rút nước phơi ruộng ở giai đoạn cuối đẻ nhánh để hạn chế chồi vô hiệu và tăng cường độ cứng cây. Đơn vị chuyển giao là Trung tâm Khuyến nông các tỉnh phía Bắc trong lộ trình từ 12 đến 24 tháng.

Thứ ba, tiếp tục ứng dụng công nghệ chỉ thị phân tử (MABC) để quy tụ thêm các gen kháng đạo ôn đa dòng (như Pi2, Pi54) và gen chịu ngập úng (Sub1) vào nền di truyền của dòng NSC15-8. Mục tiêu trong 36 tháng tạo ra dòng lúa siêu kháng có khả năng thích ứng linh hoạt với tình trạng ngập lụt cục bộ và dịch hại biến đổi do hiện tượng thời tiết cực đoan. Chủ thể thực hiện là Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

Thứ tư, xây dựng mô hình liên kết sản xuất thương phẩm lúa gạo chất lượng cao gắn với chuỗi giá trị tại các vùng trọng điểm lúa như Hưng Yên, Hải Dương, Thái Bình và Nam Định. Thiết lập vùng sản xuất cánh đồng lớn quy mô ban đầu từ 500 đến 1.000 ha, cam kết bao tiêu sản phẩm với giá trị gia tăng cao hơn từ 15% đến 20% so với thóc thương phẩm thông thường, do các hợp tác xã nông nghiệp và doanh nghiệp chế biến gạo phối hợp triển khai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các nhà khoa học, chuyên gia chọn tạo giống cây trồng tại các viện nghiên cứu và trường đại học. Luận văn cung cấp nguồn tư liệu học thuật phong phú về quy trình chọn giống đột biến, phương pháp lây nhiễm nhân tạo vi khuẩn bạc lá theo Furuya và kỹ thuật phân tích độ ổn định kiểu gen bằng mô hình toán học DTSL-Diallel.

Thứ hai, các doanh nghiệp kinh doanh giống cây trồng và chế biến xuất khẩu lúa gạo. Tài liệu này đóng vai trò là căn cứ kỹ thuật quan trọng để các đơn vị lựa chọn, tiếp nhận chuyển giao quyền khai thác thương mại các dòng lúa triển vọng, phục vụ mục tiêu đa dạng hóa danh mục sản phẩm hạt giống chất lượng cao.

Thứ ba, cán bộ quản lý nông nghiệp, khuyến nông viên tại các Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật cấp tỉnh/huyện. Luận văn cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn giúp các địa phương định hình lại cơ cấu giống lúa, bố trí lịch thời vụ hợp lý cho trà Xuân muộn - Mùa sớm nhằm né tránh thiên tai và giảm thiểu rủi ro dịch bệnh.

Thứ tư, giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Nông học, Khoa học cây trồng, Công nghệ sinh học nông nghiệp. Công trình là tài liệu tham khảo chuẩn mực về cấu trúc một nghiên cứu thực nghiệm đồng ruộng, phương pháp xử lý số liệu bằng IRRISTAT và cách trình bày báo cáo khoa học theo chuẩn quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

Dòng lúa thuần NSC15-8 có nguồn gốc chọn tạo như thế nào? Dòng lúa thuần NSC15-8 được nghiên cứu chọn tạo bằng phương pháp xử lý đột biến phóng xạ trên nguồn gen giống lúa VS1, trải qua quá trình chọn lọc cá thể khắt khe liên tục qua 9 thế hệ (M9) do Công ty Cổ phần Giống cây trồng Trung ương thực hiện. Dòng mang các ưu thế vượt trội về khả năng sinh trưởng, chiều cao cây bán lùn và khả năng chống chịu sâu bệnh.

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn hai điểm thí nghiệm tại Ba Vì và Khoái Châu? Ba Vì (Hà Nội) đại diện cho tiểu vùng sinh thái bán sơn địa với đất phù sa cổ không được bồi hàng năm và chịu tác động của khí hậu vùng núi cao, trong khi Khoái Châu (Hưng Yên) đại diện cho vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với đất phù sa màu mỡ. Việc thử nghiệm song song tại hai vùng có biên độ nhiệt chênh lệch 0,1 đến 0,3 độ C và lượng mưa biến động giúp đánh giá chính xác độ ổn định sinh thái của các giống lúa.

Phương pháp lây nhiễm bệnh bạc lá nhân tạo trong luận văn được thực hiện ra sao? Phương pháp được tiến hành theo quy trình chuẩn của Furuya bằng cách dùng kéo tiệt trùng nhúng vào dung dịch huyền phù vi khuẩn Xanthomonas oryzae có mật độ từ 10^6 đến 10^8 tế bào/ml rồi cắt từ 2 đến 5 cm đầu lá lúa ở giai đoạn đứng cái làm đòng. Sau 14 đến 18 ngày, chiều dài vết bệnh được đo đạc để phân loại mức độ kháng (dưới 8,0 cm), kháng trung bình (8,0 đến 12,0 cm) hoặc nhiễm (trên 12,0 cm).

Làm thế nào để đánh giá tính thích nghi và độ ổn định năng suất của giống lúa? Nghiên cứu sử dụng chương trình phân tích DTSL-Diallel dựa trên mô hình hồi quy tuyến tính của Eberhart và Russell. Giống lúa đạt độ ổn định cao và thích nghi rộng phải thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: hệ số hồi quy thích ứng (bi) xấp xỉ bằng 1,0 và phương sai sai lệch hồi quy (S^2di) có giá trị càng nhỏ càng tốt hoặc tiệm cận bằng 0.

Chất lượng cơm của dòng lúa NSC15-8 có đạt tiêu chuẩn xuất khẩu không? Dòng NSC15-8 hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn gạo thương phẩm cao cấp nhờ dạng hạt thon dài với tỷ lệ chiều dài/chiều rộng đạt trên 3,1 lần, hàm lượng amylose đạt mức dẻo mềm lý tưởng, tỷ lệ bạc bụng thấp (dưới cấp 1), cơm thơm đậm đà và đạt điểm đánh giá cảm quan 18,5/20 theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8373:2010.

Kết luận

  • Đề tài đã hoàn thành xuất sắc việc đánh giá toàn diện đặc tính nông sinh học, khả năng chống chịu sâu bệnh, năng suất và phẩm chất gạo của 10 dòng lúa thuần mới cùng 3 giống đối chứng qua 2 vụ sản xuất tại 2 vùng sinh thái đặc trưng miền Bắc.
  • Tuyển chọn thành công dòng lúa thuần đột biến NSC15-8 sở hữu kiểu hình đẹp, chiều cao cây hợp lý (102,5 đến 110,3 cm), thời gian sinh trưởng cực ngắn (100 đến 103 ngày vụ Mùa và 129 ngày vụ Xuân), đáp ứng xuất sắc cơ cấu mùa vụ thâm canh cao.
  • Dòng NSC15-8 thể hiện tiềm năng năng suất thực thu vượt trội từ 6,87 đến 7,74 tấn/ha, độ ổn định năng suất cao, kháng tốt 2 chủng vi khuẩn bạc lá phổ biến NSC58-1 và NSC80-1, độ cứng cây cấp 1 chống đổ ngã tuyệt đối.
  • Chất lượng gạo xay xát và phẩm chất nấu nướng của NSC15-8 đạt tiêu chuẩn thương phẩm chất lượng cao với tỷ lệ gạo nguyên trên 68,5%, hạt thon dài trắng trong, cơm dẻo dai, thơm ngon đạt 18,5/20 điểm cảm quan.
  • Kiến nghị các cơ quan chức năng và doanh nghiệp khẩn trương hoàn thiện thủ tục khảo nghiệm VCU và DUS cấp Quốc gia cho dòng NSC15-8 trong giai đoạn 2018 - 2020 nhằm nhanh chóng đưa giống mới vào cơ cấu sản xuất đại trà, nâng cao thu nhập cho nông dân trồng lúa phía Bắc.