Tổng quan nghiên cứu

Cây ngô (Zea mays L.) giữ vị trí là cây lương thực quan trọng thứ hai tại Việt Nam sau lúa nước, đóng vai trò then chốt trong việc bảo đảm an ninh lương thực và cung cấp nguyên liệu công nghiệp chế biến. Theo thống kê của Tổng cục Thống kê, diện tích trồng ngô cả nước năm 2014 đạt 1.177,5 nghìn ha với năng suất 44,1 tạ/ha và sản lượng đạt trên 5,19 triệu tấn. Tại tỉnh Phú Thọ, diện tích canh tác ngô cùng năm đạt 18,7 nghìn ha, năng suất đạt 45,8 tạ/ha với tổng sản lượng đạt 85,6 nghìn tấn. Tuy nhiên, phần lớn diện tích ngô nếp truyền thống tại địa phương vẫn sử dụng các giống thụ phấn tự do cũ hoặc giống địa phương đã thoái hóa, bộc lộ nhiều nhược điểm như năng suất thấp chỉ dao động từ 20 đến 30 tạ/ha, thời gian sinh trưởng kéo dài và khả năng chống chịu sâu bệnh kém.

Trước yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao giá trị kinh tế trên một đơn vị diện tích canh tác, đề tài nghiên cứu tập trung đánh giá, so sánh các đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của 10 tổ hợp ngô nếp lai mới chọn tạo nhằm tuyển chọn những tổ hợp lai ưu tú nhất có triển vọng đưa vào sản xuất đại trà. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trong vụ Xuân và vụ Đông năm 2016 tại xã Sơn Vy, huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện ở việc bổ sung nguồn cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho công tác chọn tạo giống ngô nếp, đồng thời xác định các giống lai mới có năng suất bắp tươi đạt trên 70 tạ/ha, rút ngắn thời gian sinh trưởng xuống 92 - 95 ngày, góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho người sản xuất từ 25% đến 35% so với các giống ngô nếp thông thường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết ưu thế lai (Heterosis) kinh điển trong di truyền học cây trồng do George Harrison Shull khởi xướng từ năm 1909, chứng minh rằng sự kết hợp giữa các dòng tự phối thuần nhất sẽ tạo ra con lai F1 có sức sống vượt trội, độ đồng đều cao và tiềm năng năng suất vượt xa bố mẹ. Cơ sở sinh hóa và di truyền của ngô nếp (Zea mays L. ceratina) dựa trên sự biểu hiện của đơn gen lặn wx (waxy gene) định vị trên nhiễm sắc thể số 5, có tác dụng ức chế tổng hợp enzyme liên kết tinh bột hạt, khiến nội nhũ tích lũy gần như 100% tinh bột dạng amylopectin phân nhánh liên kết alpha-1,6 gluco thay vì chứa 25% amylose như ngô tẻ thông thường. Cấu trúc đặc thù này mang lại độ dẻo mềm, khả năng tiêu hóa cao và hàm lượng axit amin thiết yếu như lysine và tryptophan phong phú. Nghiên cứu cũng vận dụng mô hình đánh giá tương tác kiểu gen với môi trường (GxE Interaction) theo tiêu chuẩn của Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mì Quốc tế (CIMMYT), kết hợp các nguyên lý chọn lọc kiểu hình lý tưởng dựa trên 12 tính trạng nông sinh học chính nhằm xác định khả năng thích ứng sinh thái và tiềm năng thương phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Vật liệu nghiên cứu gồm 10 tổ hợp ngô nếp lai mới ký hiệu từ THL1 đến THL10 do Phòng Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Cây trồng thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam chọn tạo, đối chứng với 2 giống thương mại phổ biến trên thị trường là HN88 (Công ty Cổ phần Giống cây trồng Trung ương) và Fancy 111 (Công ty Advanta Việt Nam).

Thí nghiệm đồng ruộng được thiết kế theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD - Randomized Complete Block Design) với 12 công thức giống, 3 lần nhắc lại, tổng số 36 ô thí nghiệm trên nền đất phù sa sông Hồng. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 14 m2. Mật độ gieo trồng duy trì chuẩn 57.000 cây/ha với khoảng cách 70 x 25 cm. Công thức bón phân áp dụng định mức 120 kg N : 60 kg P2O5 : 60 kg K2O kết hợp 5 - 10 tấn phân chuồng/ha, chia thành các giai đoạn bón lót và bón thúc lúc cây 3 - 5 lá, 7 - 9 lá và xoắn nõn.

Cỡ mẫu quan trắc được thu thập ngẫu nhiên trên 10 cây mẫu ở mỗi ô thí nghiệm để đo đếm chính xác các chỉ tiêu về chiều cao cây cuối cùng, chiều cao đóng bắp, đường kính thân, diện tích lá và các yếu tố cấu thành năng suất. Toàn bộ số liệu thực nghiệm được xử lý thống kê phương sai (ANOVA) bằng phần mềm chuyên dụng IRRISTAT 5.0. Phương pháp này được lựa chọn nhằm bảo đảm tính chuẩn xác cao trong việc kiểm định sai khác giữa các giá trị trung bình qua chỉ số LSD ở mức xác suất tin cậy 95% (P = 0,05) và hệ số biến động CV%, phản ánh đúng bản chất di truyền của các tổ hợp lai. Thời gian theo dõi bao quát trọn vẹn hai vụ sinh thái: vụ Xuân (gieo đầu tháng 3, thu hoạch đầu tháng 6/2016) và vụ Đông (gieo giữa tháng 9, thu hoạch giữa tháng 12/2016).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm đồng ruộng đã mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

  1. Thời gian sinh trưởng ngắn và tập trung: Các tổ hợp lai thí nghiệm có thời gian sinh trưởng từ 92 đến 95 ngày ở cả hai vụ, ngắn hơn giống đối chứng HN88 từ 5 đến 8 ngày. Khoảng cách giữa thời gian tung phấn và phun râu đạt độ đồng pha lý tưởng từ 1 đến 2 ngày, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thụ phấn, thụ tinh đạt tỷ lệ kết hạt trên 90%.
  2. Kiến trúc thân lá cân đối và chống đổ vững chắc: Chiều cao cây của các tổ hợp lai biến động từ 173,1 đến 254,7 cm. Ba tổ hợp lai ưu tú gồm THL4 (197,5 - 235,2 cm), THL7 (222,6 - 254,7 cm) và THL8 (199,3 - 236,6 cm) có tỷ lệ chiều cao đóng bắp phân bố hợp lý ở mức 33,2% - 41,6%, đường kính thân đạt 1,8 - 2,2 cm, giúp cây cứng vững với tỷ lệ gãy thân và đổ rễ thực tế dưới 3%.
  3. Năng suất bắp tươi và năng suất hạt khô vượt trội: THL4, THL7 và THL8 cho năng suất bắp tươi cao nhất toàn thí nghiệm. Cụ thể, THL7 đạt năng suất bắp tươi 71,2 - 75,3 tạ/ha; THL8 đạt 70,9 - 75,0 tạ/ha; THL4 đạt 70,8 - 74,9 tạ/ha, vượt trội hơn các tổ hợp lai còn lại từ 8% đến 15%. Năng suất thực thu hạt khô đạt mức cao từ 55,9 đến 61,5 tạ/ha.
  4. Tính chống chịu sinh học và phẩm chất thương phẩm cao: Mức độ nhiễm sâu đục thân và rệp cờ của 3 tổ hợp lai triển vọng chỉ ở mức điểm 1 (tỷ lệ hại dưới 5%), mức nhiễm bệnh đốm lá lớn và đốm lá nhỏ rất nhẹ ở mức điểm 1 - 2. Đánh giá cảm quan bắp tươi luộc đạt điểm tối ưu về độ dẻo quánh, vị ngọt đậm và mùi thơm tự nhiên.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội về năng suất của THL4, THL7 và THL8 bắt nguồn từ ưu thế lai rõ rệt ở các tính trạng số hàng trên bắp (đạt 12 - 14 hàng) và số hạt trên hàng (đạt 32 - 36 hạt). Chỉ số diện tích lá (LAI) của các dòng này phát triển mạnh ở giai đoạn xoắn nõn và trỗ cờ, tạo diện tích quang hợp lớn giúp tăng cường tích lũy chất khô về bắp. So với năng suất ngô bình quân toàn tỉnh Phú Thọ (45,8 tạ/ha), năng suất bắp tươi của 3 tổ hợp lai này (70,8 - 75,3 tạ/ha) cao hơn từ 54,5% đến 64,4%, đồng thời vượt xa năng suất các giống ngô nếp truyền thống tại miền Bắc.

Trong công tác trình bày học thuật, các dữ liệu sinh trưởng và năng suất được trực quan hóa thông qua hệ thống bảng số liệu phân tích phương sai ANOVA hai nhân tố kết hợp biểu đồ cột so sánh biến động năng suất bắp tươi giữa vụ Xuân và vụ Đông. Biểu đồ đường thể hiện động thái tăng trưởng diện tích lá từ giai đoạn 7 - 9 lá đến chín sữa đã chứng minh rõ ràng khả năng thích ứng nhiệt độ của THL7 và THL8 trong điều kiện thời tiết phức tạp của vùng Trung du Bắc Bộ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Mở rộng khảo nghiệm sản xuất thử nghiệm đa vùng: Triển khai gieo trồng thử nghiệm 3 tổ hợp lai THL4, THL7 và THL8 trên quy mô 10 - 20 ha tại các vùng sinh thái đại diện của tỉnh Phú Thọ (Lâm Thao, Phù Ninh, Thanh Sơn) và các tỉnh lân cận trong giai đoạn 2017 - 2019. Chủ thể thực hiện là Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Phú Thọ.
  2. Chuẩn hóa gói kỹ thuật thâm canh nông nghiệp: Xây dựng quy trình hướng dẫn canh tác chuẩn với mật độ 57.000 cây/ha, tỷ lệ bón phân 120 kg N : 60 kg P2O5 : 60 kg K2O kết hợp 8 - 10 tấn phân chuồng ủ hoai mục/ha, chia làm 3 lần bón thúc kết hợp vun gốc chống đổ nhằm nâng mức lãi thuần đạt trên 35 triệu đồng/ha/vụ. Trung tâm Khuyến nông các cấp chịu trách nhiệm tập huấn cho nông dân từ quý I năm 2018.
  3. Hoàn thiện hồ sơ công nhận giống quốc gia: Tiến hành khảo nghiệm DUS (tính khác biệt, tính đồng nhất, tính ổn định) và khảo nghiệm VCU (giá trị canh tác và sử dụng) đối với THL7 và THL8 trong khung thời gian 24 tháng theo quy định hiện hành để đưa vào cơ cấu bộ giống quốc gia, do Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và Cục Trồng trọt thẩm định.
  4. Xây dựng chuỗi liên kết bao tiêu nông sản: Thiết lập mô hình liên kết bốn nhà (Nhà nước - Nhà khoa học - Doanh nghiệp - Nhà nông), kết nối các hợp tác xã nông nghiệp với doanh nghiệp chế biến thực phẩm và chuỗi cung ứng nông sản tươi nhằm bảo đảm tiêu thụ 100% sản lượng ngô nếp thương phẩm với giá thu mua ổn định từ năm 2018.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà khoa học và chuyên gia chọn tạo giống cây trồng: Tham khảo phương pháp đánh giá ưu thế lai, kỹ thuật chọn lọc dòng tự phối và phân tích tương quan giữa các chỉ tiêu nông sinh học với năng suất ngô nếp lai.
  2. Cán bộ khuyến nông và nhà quản lý nông nghiệp địa phương: Khai thác dữ liệu thực chứng để xây dựng quy hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng, bố trí mùa vụ Xuân - Đông hợp lý nhằm tăng hệ số sử dụng đất tại các huyện trung du và đồng bằng.
  3. Doanh nghiệp kinh doanh giống cây trồng và chế biến thực phẩm: Đánh giá tiềm năng thương mại hóa của các tổ hợp lai THL4, THL7, THL8 để hợp tác nhận chuyển giao bản quyền giống, tổ chức sản xuất hạt lai F1 và chế biến ngô nếp ăn tươi đóng hộp.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Nông học: Sử dụng làm tài liệu học thuật chuẩn mực về phương pháp bố trí thí nghiệm khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), kỹ thuật đo đếm chỉ tiêu hình thái và quy trình phân tích phương sai thống kê bằng phần mềm IRRISTAT 5.0.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao tổ hợp lai THL7 và THL8 lại được đánh giá là có triển vọng nhất? Hai tổ hợp lai THL7 và THL8 đạt năng suất bắp tươi cao nhất toàn thí nghiệm (71,2 - 75,3 tạ/ha và 70,9 - 75,0 tạ/ha), thời gian sinh trưởng ngắn 92 - 95 ngày, tỷ lệ chiều cao đóng bắp thấp (33,2% - 41,6%) giúp chống đổ ngã vượt trội và tỷ lệ nhiễm sâu bệnh thực tế dưới 5%.

Thời gian sinh trưởng 92 - 95 ngày mang lại lợi thế gì trong cơ cấu luân canh? Thời gian sinh trưởng ngắn hơn các giống đối chứng từ 5 đến 8 ngày giúp giải phóng đất sớm, tạo quỹ đất thuận lợi để gieo cấy lúa Mùa hoặc bố trí ngô vụ Đông sớm, tăng hệ số sử dụng đất lên 3 vụ/năm và hạn chế rủi ro gặp rét hại ở cuối vụ.

Đặc tính dẻo ngọt của các tổ hợp ngô nếp lai này do yếu tố di truyền nào quyết định? Chất lượng dẻo ngọt đặc thù được kiểm soát bởi gen lặn wx trên nhiễm sắc thể số 5, giúp nội nhũ hạt tích lũy gần như tuyệt đối tinh bột amylopectin phân nhánh. Dạng tinh bột này tạo độ dẻo quánh, giữ nước tốt và mềm hạt khi luộc ăn tươi.

Mật độ gieo trồng và lượng phân bón tối ưu được xác định trong nghiên cứu là bao nhiêu? Nghiên cứu xác định mật độ gieo trồng tối ưu là 57.000 cây/ha (khoảng cách 70 x 25 cm) kết hợp bón 120 kg N : 60 kg P2O5 : 60 kg K2O và 5 - 10 tấn phân chuồng/ha, chia bón thúc 3 lần vào các giai đoạn sinh trưởng then chốt.

Khả năng chống chịu sâu bệnh của các tổ hợp lai trên đồng ruộng Phú Thọ như thế nào? Các tổ hợp lai THL4, THL7, THL8 thể hiện tính kháng cao với sâu đục thân và rệp cờ ở mức điểm 1 (dưới 5% cây bị hại). Mức độ nhiễm bệnh đốm lá chỉ ở điểm 1 - 2, sinh trưởng xanh tốt trong cả 2 vụ mà không cần phun thuốc hóa học nhiều lần.

Kết luận

  • Đề tài đã đánh giá toàn diện 10 tổ hợp ngô nếp lai mới chọn tạo trong hai vụ Xuân và Đông năm 2016 tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ.
  • Tuyển chọn thành công 3 tổ hợp lai triển vọng nhất gồm THL4, THL7 và THL8 với thời gian sinh trưởng ngắn từ 92 đến 95 ngày.
  • Năng suất bắp tươi đạt mức kỷ lục từ 70,8 đến 75,3 tạ/ha, năng suất thực thu hạt khô đạt từ 55,9 đến 61,5 tạ/ha, vượt trội so với các giống đối chứng.
  • Các tổ hợp lai có kiến trúc cây vững chắc, tỷ lệ đóng bắp thấp (33,2% - 41,6%), chống chịu sâu bệnh tốt và chất lượng ăn tươi thơm dẻo đặc trưng.
  • Đóng góp chính của luận văn là cung cấp cơ sở khoa học và vật liệu giống ưu tú để tiến tới công nhận giống quốc gia trong vòng 24 tháng tới, mở ra hướng đi bền vững nâng cao thu nhập cho nông dân vùng Trung du Bắc Bộ.