Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất lúa gạo toàn cầu đạt sản lượng khoảng 741,44 triệu tấn trên diện tích 162,71 triệu ha, trong đó phân khúc gạo thơm và chất lượng cao chiếm khoảng 10% tổng kim ngạch thương mại quốc tế. Tại Việt Nam, ngành lúa gạo duy trì sản lượng bình quân từ 44,97 triệu tấn đến 45,20 triệu tấn mỗi năm, song phần lớn sản lượng xuất khẩu vẫn thuộc phân khúc giá trị trung bình thấp. Người tiêu dùng trong nước và quốc tế sẵn sàng chi trả mức giá cao gấp 2 đến 3 lần cho các dòng gạo thơm chất lượng cao, đòi hỏi hạt thon dài, hàm lượng amylose thấp đến trung bình và cơm mềm dẻo.

Tỉnh Hải Dương là địa bàn trọng điểm sản xuất lúa của vùng Đồng bằng sông Hồng với cơ cấu diện tích lúa thuần chất lượng cao chiếm khoảng 50% tổng diện tích gieo cấy. Tuy nhiên, cơ cấu giống lúa chất lượng của tỉnh còn đơn điệu, phụ thuộc chủ yếu vào giống Bắc thơm 7. Giống lúa này sau nhiều năm canh tác đã bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng như nhiễm nặng bệnh bạc lá, bệnh khô vằn và rầy nâu, làm suy giảm năng suất từ 15% đến 30% trong điều kiện thời tiết bất thuận.

Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm so sánh, đánh giá toàn diện 13 dòng lúa thuần chất lượng cao mới chọn tạo (ký hiệu từ GL1 đến GL13) so với giống đối chứng Bắc thơm 7. Mục tiêu trọng tâm là tuyển chọn ra 1 đến 2 dòng lúa thuần ngắn ngày, có tiềm năng năng suất đạt trên 55 tạ/ha, chống chịu sâu bệnh khá và thích ứng tốt với điều kiện sinh thái Hải Dương. Nghiên cứu được triển khai trong 2 vụ liên tiếp gồm vụ Mùa năm 2016 và vụ Xuân năm 2017 tại huyện Gia Lộc, kết hợp khảo nghiệm mô hình trình diễn tại 3 tiểu vùng sinh thái đại diện gồm Gia Lộc, Tứ Kỳ và Chí Linh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng mô hình cấu thành năng suất của Yoshida và Parao (1976) dựa trên phương trình tương quan $logY = logN + logM + logF + R$, trong đó số hạt trên một đơn vị diện tích đóng góp tới 60,2% vào biến động năng suất tổng thể, kết hợp cùng tỷ lệ hạt chắc và khối lượng 1000 hạt.

Hệ thống lý thuyết di truyền phẩm chất lúa gạo hiện đại được tích hợp để giải thích các chỉ tiêu chất lượng. Hàm lượng amylose được quy định bởi gen Wx, nhiệt độ hóa hồ chịu sự kiểm soát của locus gen Alk trên nhiễm sắc thể số 6, và mùi thơm đặc trưng do hợp chất 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP) kiểm soát bởi alen lặn badh2.1 trên nhiễm sắc thể số 8.

Về tính ổn định năng suất, đề tài áp dụng mô hình tương tác kiểu gen và môi trường (G x E) của Eberhart và Russell (1966). Mô hình này sử dụng hệ số hồi quy tuyến tính ($b_i$) và phương sai độ lệch ($S^2d_i$) để định lượng khả năng thích nghi rộng hoặc chuyên biệt của từng dòng lúa trên các vùng đất khác nhau. Các khái niệm chất lượng xay xát (tỷ lệ gạo lật, gạo nguyên), chất lượng thương phẩm (tỷ lệ dài/rộng > 3,0) và chất lượng nấu nướng được chuẩn hóa theo hệ thống phân loại của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng cỡ mẫu gồm 13 dòng lúa thuần triển vọng do Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm chọn tạo (GL1 đến GL13) cùng 1 giống đối chứng Bắc thơm 7. Thí nghiệm so sánh được bố trí theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần lặp lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 $m^2$, mật độ cấy chuẩn 40 khóm/$m^2$ (cấy 3 dảnh/khóm).

Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên định điểm được áp dụng để theo dõi 10 cây cố định trên mỗi ô thí nghiệm với chu kỳ 7 ngày/lần. Các chỉ tiêu nông sinh học, khả năng chống chịu sâu bệnh và cấu thành năng suất được đánh giá nghiêm ngặt theo Hệ thống Đánh giá Chuẩn cây lúa (SES) của IRRI (2002). Đánh giá chất lượng xay xát và cảm quan cơm thực hiện theo Tiêu chuẩn ngành 10-TCN 590-2004 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phương sai (ANOVA) qua phần mềm chuyên ngành IRRISTAT phiên bản 5.0 và Excel là nhằm loại trừ tối đa sai số ngẫu nhiên giữa các lần nhắc lại, kiểm định sự sai khác có ý nghĩa thống kê ở mức xác suất $p < 0,05$. Mô hình trình diễn diện rộng quy mô 1.000 $m^2$ mỗi giống được thực hiện trong vụ Xuân 2017 tại 3 huyện đại diện: Tứ Kỳ (đất chua trũng), Gia Lộc (đất phù sa cổ) và Chí Linh (đất đồi bán sơn địa).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Tất cả 13 dòng lúa thuần tham gia khảo nghiệm đều thể hiện đặc tính ngắn ngày, có thời gian sinh trưởng từ 105 đến 115 ngày trong vụ Mùa 2016 và từ 125 đến 135 ngày trong vụ Xuân 2017. Chiều cao cây cuối cùng đạt mức trung bình lý tưởng từ 95 cm đến 110 cm, thân cây cứng cáp (điểm cứng cây đạt cấp 1 đến cấp 3), khả năng đẻ nhánh gọn với số nhánh hữu hiệu đạt từ 5,2 đến 6,8 bông/khóm.

Về khả năng chống chịu sâu bệnh, các dòng thể hiện ưu thế vượt trội so với giống đối chứng. Giống Bắc thơm 7 bị nhiễm nặng bệnh bạc lá (điểm 5 đến 7) và bệnh khô vằn (điểm 5), trong khi phần lớn các dòng GL chỉ nhiễm nhẹ ở cấp điểm 1 đến 3 đối với rầy nâu, đạo ôn lá và bạc lá trong cả 2 vụ.

Về chất lượng thương phẩm và nấu nướng, 11 trên tổng số 13 dòng (tỷ lệ 84,6%) đạt tiêu chuẩn hạt thon dài với tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng (D/R) lớn hơn 3,0. Tỷ lệ gạo nguyên sau xay xát đạt trên 65%, hàm lượng amylose dao động ở mức tối ưu từ 16,5% đến 20,8%, cơm mềm, đậm vị và giữ được mùi thơm nhẹ đến thơm đậm.

Qua quá trình đánh giá toàn diện, đề tài đã tuyển chọn được 2 dòng lúa thuần ưu tú nhất là GL1 (nguồn gốc Limpopo/GiaLộc102//Myliang 261) và GL2 (nguồn gốc Tequing/PC6//RVT). Dòng GL1 đạt năng suất thực thu 55,8 tạ/ha ở vụ Mùa và 62,5 tạ/ha ở vụ Xuân. Dòng GL2 đạt năng suất thực thu 56,4 tạ/ha ở vụ Mùa và 64,2 tạ/ha ở vụ Xuân, vượt năng suất đối chứng Bắc thơm 7 từ 12,8% đến 18,5%.

Thảo luận kết quả

Ưu thế vượt trội về năng suất của dòng GL1 và GL2 bắt nguồn từ sự phối hợp hài hòa giữa các yếu tố di truyền bố mẹ cao sản và chất lượng. Dữ liệu bảng thống kê các yếu tố cấu thành năng suất cho thấy GL1 và GL2 sở hữu số hạt chắc trên bông cao vượt trội (đạt từ 142 đến 158 hạt/bông) và khối lượng 1000 hạt ổn định ở mức 21,5 g đến 23,2 g, cao hơn đối chứng Bắc thơm 7 khoảng 10% đến 15%.

Khi biểu diễn dữ liệu năng suất qua đồ thị đường hồi quy theo mô hình Eberhart và Russell trên 3 vùng sinh thái, dòng GL1 và GL2 đều có hệ số hồi quy $b_i$ xấp xỉ 1,0 ($b_{i(GL1)} = 0,98$; $b_{i(GL2)} = 1,03$) cùng độ lệch phương sai $S^2d_i$ tiệm cận 0. Điều này chứng minh 2 dòng lúa này sở hữu tính ổn định năng suất rất cao và phản ứng tích cực với điều kiện thâm canh tốt.

Kết quả này hoàn toàn nhất quán với các công trình nghiên cứu của Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm về chọn tạo giống lúa thuần chất lượng cao, đồng thời khắc phục triệt để hiện tượng rụng hạt sớm và mẫn cảm sâu bệnh của các dòng lúa thơm truyền thống. Tại các mô hình trình diễn, hiệu quả kinh tế của GL1 và GL2 mang lại lợi nhuận thuần cao hơn sản xuất đại trà từ 18,2 triệu đến 24,6 triệu đồng/ha nhờ giảm chi phí thuốc bảo vệ thực vật và năng suất thương phẩm tăng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận thực nghiệm vững chắc, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể:

  • Mở rộng diện tích khảo nghiệm và hoàn thiện hồ sơ công nhận giống: Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm chủ trì phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Hải Dương mở rộng diện tích sản xuất thử nghiệm dòng GL1 và GL2 lên quy mô 100 ha đến 200 ha tại các huyện chuyên canh lúa trong giai đoạn 2018 - 2020 nhằm hoàn thiện thủ tục công nhận lưu hành giống quốc gia.
  • Ban hành gói quy trình kỹ thuật thâm canh chuẩn: Trung tâm Khuyến nông tỉnh xây dựng và chuyển giao quy trình kỹ thuật gieo cấy vụ Xuân muộn và Mùa sớm cho 2 dòng GL1, GL2 trong vòng 6 tháng tới; chú trọng bón lót sâu, bón thúc sớm, giảm 15% đến 20% lượng phân đạm bón muộn và tăng cường 30% kali đón đòng nhằm nâng cao tỷ lệ gạo nguyên trên 68%.
  • Xây dựng chuỗi liên kết sản xuất và bao tiêu lúa gạo chất lượng cao: Các Hợp tác xã Nông nghiệp tại Gia Lộc, Tứ Kỳ, Chí Linh ký kết hợp đồng liên kết với các doanh nghiệp chế biến lúa gạo từ vụ Xuân 2018, thiết lập thương hiệu gạo thơm địa phương, cam kết thu mua thóc tươi với giá cao hơn thị trường 15% đến 20%, nâng cao thu nhập cho nông dân.
  • Bảo tồn nguồn gen và sản xuất hạt giống nguyên chủng: Bộ phận chọn giống cây trồng thuộc Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm duy trì quy trình sản xuất hạt giống siêu nguyên chủng và nguyên chủng định kỳ hàng vụ, kiểm soát độ thuần đồng ruộng đạt trên 99,8% để ngăn ngừa tuyệt đối nguy cơ thoái hóa giống.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  • Nhà khoa học và cán bộ chọn tạo giống cây trồng: Tiếp cận phương pháp luận chuẩn mực trong việc lai tạo hữu tính, đánh giá tương tác kiểu gen - môi trường (G x E), và ứng dụng các chỉ tiêu hóa sinh trong sàng lọc tính trạng chất lượng hạt gạo.
  • Cán bộ quản lý nông nghiệp và cơ quan khuyến nông: Sử dụng làm tài liệu căn cứ khoa học để hoạch định chiến lược chuyển đổi cơ cấu bộ giống lúa, từng bước thay thế các giống lúa cũ bị thoái hóa tại khu vực Đồng bằng sông Hồng.
  • Chủ nhiệm hợp tác xã và các doanh nghiệp nông nghiệp: Tham khảo dữ liệu kinh tế kỹ thuật của dòng GL1 và GL2 để xây dựng phương án sản xuất cánh đồng lớn, phát triển vùng nguyên liệu lúa gạo thương phẩm chất lượng cao đạt chuẩn VietGAP.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Nông học: Nắm vững phương pháp bố trí thí nghiệm nông học chuẩn RCBD, quy trình thu thập dữ liệu nông sinh học theo IRRI và kỹ thuật xử lý số liệu thống kê sinh học qua phần mềm IRRISTAT 5.0.

Câu hỏi thường gặp

Hai dòng lúa GL1 và GL2 có nguồn gốc di truyền từ những tổ hợp lai nào?

Dòng GL1 được chọn tạo từ tổ hợp lai phức hợp Limpopo/GiaLộc102//Myliang 261, trong khi dòng GL2 có nguồn gốc từ tổ hợp Tequing/PC6//RVT. Cả hai tổ hợp này đều tích hợp thành công gen quy định năng suất cao, thân cứng chống đổ cùng nguồn gen tạo mùi thơm và phẩm chất hạt gạo mềm dẻo đặc sản.

Năng suất thực thu của dòng GL1 và GL2 vượt trội ra sao so với giống Bắc thơm 7?

Qua khảo nghiệm tại Hải Dương, dòng GL1 đạt năng suất thực thu 55,8 tạ/ha (vụ Mùa) và 62,5 tạ/ha (vụ Xuân); dòng GL2 đạt 56,4 tạ/ha (vụ Mùa) và 64,2 tạ/ha (vụ Xuân). Cả hai dòng đều vượt năng suất đối chứng Bắc thơm 7 từ 12,8% đến 18,5% một cách vững chắc.

Chất lượng hạt gạo của các dòng chọn tạo mới có đáp ứng thị hiếu thương mại không?

Có tới 84,6% số dòng khảo nghiệm đạt dạng hạt thon dài với tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng lớn hơn 3,0. Tỷ lệ gạo nguyên đạt trên 65%, hàm lượng amylose trung bình từ 16,5% đến 20,8%, cho cơm mềm dẻo, đậm vị, có mùi thơm rõ rệt và không bị khô cứng khi để nguội.

Khả năng chống chịu sâu bệnh hại của dòng GL1 và GL2 trên đồng ruộng như thế nào?

Dòng GL1 và GL2 thể hiện khả năng kháng hoặc nhiễm rất nhẹ (điểm 1 đến 3 theo thang IRRI) đối với bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu. Đặc tính này vượt trội hoàn toàn so với giống Bắc thơm 7 vốn thường xuyên bị cháy lá và lụi do rầy nâu trong vụ Mùa.

Ý nghĩa của việc ứng dụng mô hình Eberhart và Russell trong nghiên cứu này là gì?

Mô hình Eberhart và Russell cho phép định lượng mức độ ổn định năng suất qua hệ số hồi quy $b_i$ và phương sai sai lệch $S^2d_i$. Kết quả cho thấy GL1 và GL2 có hệ số $b_i$ xấp xỉ 1,0 trên cả 3 vùng đất khác biệt (Gia Lộc, Tứ Kỳ, Chí Linh), khẳng định tính thích nghi rộng và độ tin cậy cao khi mở rộng sản xuất.

Kết luận

  • Đề tài đã đánh giá toàn diện 13 dòng lúa thuần chất lượng cao mới chọn tạo, xác định tất cả đều có thời gian sinh trưởng ngắn (105 đến 135 ngày) và dạng hình cây lý tưởng.
  • Khẳng định 84,6% số dòng khảo nghiệm đạt tiêu chuẩn hạt thon dài (tỷ lệ D/R > 3,0), hàm lượng amylose tối ưu (16,5% đến 20,8%) và cơm có mùi thơm đặc trưng.
  • Tuyển chọn thành công 2 dòng lúa thuần ưu tú nhất là GL1 và GL2 với năng suất thực thu đạt từ 55,8 tạ/ha đến 64,2 tạ/ha, vượt đối chứng từ 12,8% đến 18,5%.
  • Xác định dòng GL1 và GL2 có tính chống chịu sâu bệnh vượt trội (điểm 1 đến 3) và độ ổn định sinh thái cao trên các tiểu vùng thổ nhưỡng khác nhau tại Hải Dương.
  • Chứng minh hiệu quả kinh tế gia tăng từ 18,2 triệu đến 24,6 triệu đồng/ha so với giống Bắc thơm 7 thoái hóa.

Trong giai đoạn 2018 - 2020, các cơ quan chuyên môn cần khẩn trương hoàn thiện hồ sơ khảo nghiệm VCU và DUS cấp quốc gia cho dòng GL1 và GL2. Các địa phương và hợp tác xã hãy chủ động đưa hai giống lúa triển vọng này vào quy hoạch gieo cấy đại trà nhằm nâng cao giá trị gia tăng và thu nhập bền vững cho người nông dân.