Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu khoảng 3,8 triệu ha đất chuyên trồng lúa với tổng diện tích gieo trồng hàng năm đạt trên 7,69 triệu ha, đóng góp hơn 44,48 triệu tấn lúa và giữ vững vị thế quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới với sản lượng từ 6 đến 8 triệu tấn mỗi năm. Riêng tại khu vực Đồng bằng sông Hồng, diện tích canh tác duy trì khoảng 1,09 triệu ha với 11 tỉnh thành trọng điểm, đóng vai trò bảo đảm an ninh lương thực và cung ứng gạo chất lượng cao cho thị trường nội địa. Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo phía Bắc đang đối mặt với thách thức lớn khi cơ cấu giống chủ lực như Khang dân 18, Q5 chỉ đạt chất lượng trung bình, trong khi các giống chất lượng cao như Bắc thơm 7 hay Hương thơm 1 lại bộc lộ hạn chế về khả năng chống chịu sâu bệnh, dễ nhiễm bạc lá và thoái hóa sau 3 đến 5 vụ gieo cấy.

Nhằm giải quyết bài toán cấp thiết trên, đề tài tập trung đánh giá toàn diện các đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và phẩm chất hạt của 10 dòng lúa thuần triển vọng so với 3 giống đối chứng phổ biến gồm Thiên ưu 8, TBR225 và Hương thơm 1. Mục tiêu trọng tâm là tuyển chọn thành công từ 1 đến 2 dòng lúa thuần ưu tú đạt ngưỡng năng suất tối thiểu 7,0 tấn/ha trong vụ Xuân và 6,0 tấn/ha trong vụ Mùa, mang kiểu hình đẹp, chất lượng cơm ngon và kháng tốt với bệnh bạc lá.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm đồng bộ tại 2 vùng sinh thái điển hình gồm Ba Vì (Hà Nội) và Khoái Châu (Hưng Yên) xuyên suốt vụ Mùa 2016 và vụ Xuân 2017. Kết quả đề tài không chỉ cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác về tương tác kiểu gen và môi trường mà còn mở ra triển vọng phát triển dòng lúa NSC15-8 đạt năng suất thực thu bình quân 6,87 đến 7,74 tấn/ha, bổ sung nguồn giống ưu tú vào hệ thống 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 mô hình cấu trúc kiểu cây lúa mới (New Rice Plant Type) do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) khởi xướng, kết hợp cùng lý thuyết tương tác kiểu gen và môi trường (GxE Interaction) trong chọn tạo giống cây trồng. Mô hình cây lúa lý tưởng định hướng các chỉ tiêu gồm chiều cao cây bán lùn từ 90 đến 105 cm, thân cứng chống đổ, lá đòng lòng mo đứng thẳng dày màu xanh đậm nhằm tối ưu hóa hiệu suất quang hợp, tỷ lệ bông hữu hiệu cao và số hạt chắc đạt từ 200 đến 250 hạt trên mỗi bông.

Bên cạnh đó, luận văn áp dụng hệ thống lý thuyết đánh giá chất lượng hạt toàn diện qua ba trục: chất lượng thương phẩm (tỷ lệ gạo xay, gạo xát, gạo nguyên và độ trắng trong), tính chất hóa lý nội nhũ (hàm lượng amylose, độ bền thể gel, nhiệt hóa hồ) và phẩm chất cảm quan mùi vị gắn liền với hợp chất 2-acetyl-1-pyrroline. Hệ thống phân loại độ dài hạt và tỷ lệ dài trên rộng được đối chiếu theo tiêu chuẩn IRRI năm 2002 nhằm định hình các dòng lúa đạt chuẩn xuất khẩu và thị hiếu tiêu dùng cao cấp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn vật liệu nghiên cứu gồm 10 dòng lúa thuần mới chọn tạo (NSC16-1, NSC16-14, SSC-TT15, NS1, NS2, NSC15-8, SSC-D23, NSC16-44, NSC16-46, NSC16-47) cùng 3 giống đối chứng đại trà là Hương thơm 1, Thiên ưu 8 và TBR225. Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 13 công thức giống được bố trí theo phương pháp khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại. Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 m2 (kích thước 5m x 2m), mật độ cấy chuẩn xác 50 khóm/m2. Phương pháp này đảm bảo triệt tiêu tối đa sai số do biến thiên độ phì của đất đai đồng ruộng.

Timeline nghiên cứu diễn ra liên tục qua 2 mùa vụ: vụ Mùa 2016 (từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2016) và vụ Xuân 2017 (từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2017) tại Trạm thực nghiệm Ba Vì (đất phù sa cổ, pH 6,2) và Khoái Châu (đất phù sa châu thổ, pH 5,7). Mức độ kháng bệnh bạc lá được xác định qua phương pháp lây nhiễm nhân tạo bằng kéo cắt nhúng dịch vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae ở nồng độ từ 10 mũ 6 đến 10 mũ 8 tế bào/ml với 4 mẫu phân lập thực tế (NSC58-1, NSC80-1, NSC6-3, NSC51-6) tại giai đoạn đứng cái làm đòng.

Các chỉ tiêu xay xát và cảm quan cơm được phân tích nghiêm ngặt theo các tiêu chuẩn quốc gia gồm TCVN 8370:2010, TCVN 8371:2010, TCVN 8372:2010 và TCVN 8373:2010. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý thống kê phương sai bằng phần mềm IRRISTAT 5.0 và phân tích độ ổn định năng suất qua chương trình DTSL-Diallel của Nguyễn Đình Hiền (1995).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, về thời gian sinh trưởng và hình thái sinh học, các dòng lúa thí nghiệm thể hiện tính cảm ôn rõ rệt, thời gian sinh trưởng vụ Mùa dao động từ 97 đến 109 ngày và vụ Xuân từ 127 đến 135 ngày. Nổi bật nhất là dòng NSC15-8 có thời gian sinh trưởng ngắn (100 đến 103 ngày trong vụ Mùa và 129 ngày trong vụ Xuân), tương đương giống đối chứng Hương thơm 1. Chiều cao cây của NSC15-8 đạt mức bán lùn lý tưởng từ 101,0 đến 108,5 cm, dạng hình gọn, lá đòng lòng mo đứng thẳng, độ cứng cây đạt điểm 1 tuyệt đối, không bị đổ ngã trong điều kiện giông bão.

Thứ hai, về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất, dòng NSC15-8 thể hiện tiềm năng vượt trội với số bông hữu hiệu đạt từ 5,2 đến 5,8 bông/khóm, tỷ lệ hạt chắc đạt trên 85% và khối lượng 1000 hạt ổn định ở mức 21,5 đến 22,3 gam. Năng suất thực thu của NSC15-8 đạt bình quân 6,87 tấn/ha trong vụ Mùa và 7,74 tấn/ha trong vụ Xuân, cao hơn đối chứng Hương thơm 1 từ 12,5% đến 18,2%, tương đương và có xu hướng vượt giống lúa năng suất cao Thiên ưu 8 (đạt 6,92 đến 7,68 tấn/ha).

Thứ ba, về chất lượng xay xát và thương phẩm, hạt gạo lật của dòng NSC15-8 thuộc nhóm hạt thon dài với chiều dài trung bình 6,75 mm, tỷ lệ dài trên rộng đạt 3,12. Tỷ lệ gạo xay đạt 81,2%, tỷ lệ gạo xát trắng đạt 71,5%, tỷ lệ gạo nguyên đạt 63,8% và tỷ lệ gạo trắng trong đạt trên 88%, vượt trội so với tiêu chuẩn thương phẩm thông thường. Đánh giá cảm quan theo TCVN 8373:2010 xếp hạng chất lượng cơm của NSC15-8 ở mức Tốt với tổng điểm 18,7/20, cơm mềm dẻo, đậm đà và có mùi thơm nhẹ đặc trưng.

Thứ tư, về khả năng kháng bệnh bạc lá, kết quả lây nhiễm nhân tạo với 4 mẫu vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae cho thấy dòng NSC15-8 biểu hiện tính kháng cao (chiều dài vết bệnh dưới 8,0 cm, cấp R) đối với 2 mẫu vi khuẩn phổ biến là NSC58-1 (thu tại Hưng Yên) và NSC80-1 (thu tại Nam Định), vượt trội hoàn toàn so với đối chứng Hương thơm 1 bị nhiễm nặng (vết bệnh trên 15 cm, cấp S).

Thảo luận kết quả

Sự sai khác về năng suất và thời gian sinh trưởng giữa hai điểm thí nghiệm Ba Vì và Khoái Châu chịu ảnh hưởng trực tiếp từ điều kiện tiểu khí hậu và thổ nhưỡng. Tại Ba Vì, lượng mưa tháng 8 năm 2016 đạt tới 718,4 mm gây ngập úng cục bộ giai đoạn làm đòng, kết hợp nền nhiệt trung bình vụ Mùa đạt 29,6 độ C (thấp hơn Khoái Châu 0,3 độ C), khiến thời gian sinh trưởng của các dòng bị kéo dài thêm từ 1 đến 3 ngày và năng suất bình quân giảm nhẹ từ 3,5% đến 5,2%.

Dữ liệu thực nghiệm khi biểu diễn qua biểu đồ phân tán hồi quy độ ổn định năng suất (hệ số bi và phương sai độ lệch S2di) đã chứng minh dòng NSC15-8 có hệ số bi xấp xỉ 1,0 và S2di tiệm cận 0. Điều này khẳng định NSC15-8 sở hữu phổ thích ứng sinh thái rất rộng, duy trì năng suất cao ổn định cả ở chân đất phù sa cổ lẫn phù sa màu mỡ. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với mục tiêu của Đề án Phát triển sản phẩm lúa gạo chất lượng cao của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, mở ra giải pháp thay thế hoàn hảo cho các giống lúa chất lượng nhưng mẫn cảm với sâu bệnh hiện nay.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, tiến hành hoàn thiện hồ sơ kỹ thuật và gửi dòng lúa thuần NSC15-8 tham gia mạng lưới Khảo nghiệm Quốc gia (khảo nghiệm VCU và DUS) do Trung tâm Khảo kiểm nghiệm Giống và Sản phẩm Cây trồng Quốc gia thực hiện trong giai đoạn 2018 - 2020 nhằm công nhận lưu hành giống chính thức.

Thứ hai, giao Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và Chuyển giao Công nghệ thuộc Công ty Cổ phần Giống cây trồng Trung ương chủ trì xây dựng gói quy trình kỹ thuật thâm canh chuẩn hóa cho dòng NSC15-8. Mục tiêu hoàn thiện quy trình trong 12 tháng, xác định mật độ cấy tối ưu từ 45 đến 50 khóm/m2 và lượng phân bón cân đối 100 đến 120 kg N/ha nhằm khai thác tối đa tiềm năng năng suất đạt ngưỡng 8,0 tấn/ha.

Thứ ba, khuyến nghị Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương và Thái Bình phối hợp cùng hệ thống khuyến nông địa phương xây dựng các mô hình trình diễn sản xuất thử nghiệm quy mô 50 đến 100 ha trong vụ Xuân 2019 và Mùa 2020. Hoạt động này giúp bà con nông dân tiếp cận giống lúa mới, đồng thời đánh giá phản ứng thực tế với dịch hại trên diện rộng.

Thứ tư, nhóm nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam cần tiếp tục duy trì, phục tráng dòng hạt siêu nguyên chủng NSC15-8, đồng thời khai thác tổ hợp lai của dòng NSC16-44 để tích hợp thêm các gen kháng đạo ôn và rầy nâu bằng công nghệ chỉ thị phân tử, bảo đảm tính bền vững lâu dài cho bộ giống lúa miền Bắc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các nhà khoa học và cán bộ chọn tạo giống cây trồng tại các viện nghiên cứu nông nghiệp: Luận văn cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về phương pháp đánh giá nông sinh học theo IRRI 2002, quy trình lây nhiễm nhân tạo vi khuẩn bạc lá và các tổ hợp lai phân ly triển vọng.

Thứ hai, học viên cao học, nghiên cứu sinh và sinh viên chuyên ngành Khoa học cây trồng, Di truyền và Chọn giống: Tài liệu đóng vai trò như một cẩm nang phương pháp luận hoàn chỉnh từ khâu bố trí thí nghiệm đồng ruộng RCBD, phân tích tương tác kiểu gen - môi trường đến kỹ thuật phân tích chất lượng lúa gạo theo tiêu chuẩn TCVN.

Thứ ba, ban lãnh đạo và chuyên viên phát triển sản phẩm tại các doanh nghiệp giống cây trồng: Cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để lựa chọn nguồn gen thương mại hóa, định hướng đầu tư phát triển sản phẩm lúa thuần năng suất - chất lượng cao thay thế các dòng giống thoái hóa.

Thứ tư, cán bộ quản lý ngành nông nghiệp và khuyến nông viên cấp tỉnh, huyện: Giúp nắm bắt đặc tính nông học, khung thời vụ và tính thích ứng sinh thái của dòng lúa mới để định hướng quy hoạch cơ cấu mùa vụ và chuyển đổi giống cây trồng tại địa phương.

Câu hỏi thường gặp

Dòng lúa thuần NSC15-8 có nguồn gốc từ đâu và sở hữu những ưu điểm nổi bật nào? Dòng NSC15-8 được chọn tạo bằng phương pháp chiếu xạ đột biến trên nguồn gen giống lúa VS1 (thế hệ M9) bởi Công ty Cổ phần Giống cây trồng Trung ương. Dòng sở hữu kiểu cây bán lùn cứng cáp, thời gian sinh trưởng ngắn từ 100 đến 129 ngày, năng suất thực thu đạt 6,87 đến 7,74 tấn/ha và chất lượng cơm thơm ngon đạt 18,7 điểm.

Khả năng kháng bệnh bạc lá của dòng NSC15-8 được kiểm chứng bằng phương pháp nào? Đề tài thực hiện lây nhiễm vi khuẩn nhân tạo bằng phương pháp cắt lá nhúng dịch vi khuẩn Xanthomonas oryzae nồng độ từ 10 mũ 6 đến 10 mũ 8 tế bào/ml với 4 mẫu phân lập thực tế. Kết quả đo sau 14 đến 18 ngày cho thấy NSC15-8 kháng tốt 2 mẫu NSC58-1 và NSC80-1 với chiều dài vết bệnh dưới 8,0 cm.

Thời gian sinh trưởng của dòng NSC15-8 có thích hợp cho việc bố trí cây vụ đông tại miền Bắc không? Hoàn toàn thích hợp. Với thời gian sinh trưởng cực ngắn trong vụ Mùa chỉ từ 100 đến 103 ngày, dòng lúa NSC15-8 giúp giải phóng đất sớm từ cuối tháng 9 đến đầu tháng 10, tạo quỹ đất và thời gian vô cùng lý tưởng để gieo trồng các loại cây vụ Đông ưa ấm và ưa lạnh.

Chất lượng xay xát và tỷ lệ gạo nguyên của dòng NSC15-8 đạt mức độ ra sao? Dòng NSC15-8 đạt tỷ lệ gạo xay 81,2%, tỷ lệ gạo xát trắng 71,5% và tỷ lệ gạo nguyên đạt 63,8% theo tiêu chuẩn TCVN 8370:2010 và TCVN 8371:2010. Hạt gạo có dạng thon dài 6,75 mm, độ bạc bụng thấp dưới 10%, đáp ứng tốt tiêu chuẩn gạo thương phẩm chất lượng cao.

Mô hình phân tích thống kê nào được sử dụng để đánh giá độ ổn định năng suất trong luận văn? Luận văn sử dụng phần mềm IRRISTAT 5.0 để phân tích phương sai ANOVA và áp dụng chương trình DTSL-Diallel của Nguyễn Đình Hiền (1995) để đánh giá hệ số thích ứng sinh thái bi và phương sai độ lệch S2di qua 4 môi trường sinh thái thực nghiệm.

Kết luận

  • Đề tài đã đánh giá toàn diện và có hệ thống 10 dòng lúa thuần mới cùng 3 giống đối chứng qua 2 vụ sản xuất tại 2 vùng sinh thái đặc trưng của miền Bắc.
  • Tuyển chọn thành công dòng lúa thuần ưu tú NSC15-8 mang kiểu hình bán lùn, lá đòng đứng, thời gian sinh trưởng ngắn (100 đến 129 ngày), năng suất bình quân đạt 6,87 đến 7,74 tấn/ha.
  • Xác định NSC15-8 có phẩm chất hạt vượt trội với hạt thon dài 6,75 mm, tỷ lệ gạo nguyên 63,8%, cơm mềm ngon đạt 18,7 điểm và kháng tốt với 2 mẫu vi khuẩn gây bệnh bạc lá.
  • Chứng minh độ ổn định năng suất và tính thích nghi sinh thái rộng của dòng NSC15-8 trên cả chân đất phù sa cổ Ba Vì và phù sa màu mỡ Hưng Yên.
  • Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy để đưa dòng lúa NSC15-8 tham gia khảo nghiệm quốc gia VCU/DUS trong giai đoạn 2018 - 2020.

Về lộ trình tiếp theo, các đơn vị liên quan cần khẩn trương phối hợp hoàn thiện khảo nghiệm sản xuất diện rộng từ năm 2018 đến 2020 để sớm đưa giống vào cơ cấu sản xuất đại trà. Hãy chủ động liên hệ các đơn vị nghiên cứu và chuyển giao giống để nắm bắt kịp thời các tiến bộ kỹ thuật mới, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho ngành lúa gạo Việt Nam.