Luận án tiến sĩ khoa học cây trồng tuyển chọn giống mía saccharum officinarum l nhập nội có năng suất cao thích hợp tại tỉnh tây ninh và khánh hòa

Luận án tiến sĩ khoa học cây trồng về tuyển chọn giống mía Saccharum officinarum L. nhập nội năng suất cao, thích hợp tại Tây Ninh và Khánh Hòa. Nghiên cứu chuyên sâu về giống mía.

• Tác giả: Đoàn Thị Hồng Điểm
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Văn Hiền
• Trường học: Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học Cây trồng
• Đề tài: Tuyển chọn giống mía (Saccharum officinarum L.) nhập nội có năng suất cao, thích hợp tại tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa
• Loại tài liệu: Luận án Tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Điều kiện tự nhiên khu vực thí nghiệm
• 2.3. Các hóa chất dùng trong nghiên cứu
• 2.4. Nội dung 1: Sơ tuyển và đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn 32 giống mía nhập nội bằng chỉ thị phân tử SSR
• 2.5. Nội dung 2: Khảo nghiệm cơ bản 8 giống mía tiềm năng được chọn lọc từ sơ tuyển 32 giống mía nhập nội tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa
• 2.6. Nội dung 3: Nghiên cứu khả năng chống chịu với điều kiện khô hạn của 5 giống mía triển vọng
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Sơ tuyển và đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn 32 giống mía nhập nội sử dụng chỉ thị phân tử SSR
• 3.2. Một số đặc điểm hình thái của các giống mía nhập nội được khảo sát
• 3.3. Kết quả đánh giá đa dạng di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội
• 3.4. Phân tích tương đồng di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội và 2 giống đối chứng
• 3.5. Khảo nghiệm cơ bản 8 giống mía tiềm năng được chọn lọc từ sơ tuyển 32 giống mía nhập nội tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa
• 3.6. Đặc điểm sinh trưởng ở giai đoạn đẻ nhánh, tái sinh của 8 giống mía trong khảo nghiệm cơ bản tại tỉnh Tây Ninh
• 3.7. Diễn biến mật độ cây qua các giai đoạn sinh trưởng chính của các giống mía khảo nghiệm tại tỉnh Khánh Hòa
• 3.8. Khả năng mọc mầm, tái sinh và đẻ nhánh của các giống mía
• 3.9. Năng suất mía, chữ đường (CCS) và năng suất đường của các giống mía khảo nghiệm
• 3.10. Nghiên cứu đặc tính chống chịu với điều kiện khô hạn của 5 giống mía triển vọng
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Giống Mía Năng Suất Cao Nghiên Cứu Tây Ninh KH

Nghiên cứu tuyển chọn giống mía năng suất cao là một yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả sản xuất mía đường, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và yêu cầu ngày càng cao về chất lượng. Luận án này tập trung vào việc tuyển chọn giống mía nhập nội có năng suất cao, phù hợp với điều kiện canh tác tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa. Việc lựa chọn các giống mía mới không chỉ dựa trên năng suất mía mà còn xem xét đến khả năng thích ứng với điều kiện địa phương, khả năng chống chịu sâu bệnh và chất lượng mía đường. Mục tiêu cuối cùng là cung cấp cho người nông dân những giống mía tốt nhất, góp phần tăng thu nhập và phát triển ngành mía đường bền vững. Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 1 năm 2016 đến tháng 12 năm 2021, đánh giá 32 giống mía nhập nội, từ đó chọn ra những giống mía triển vọng nhất. Theo Đoàn Thị Hồng Điểm, tác giả luận án, "kết quả nghiên cứu này có thể đóng vai trò làm nền tảng quan trọng, cung cấp cơ sở dữ liệu về thông tin di truyền và các tính trạng nông học cho các chương trình chọn tạo giống mía sau này."

1.1. Tổng Quan Về Tình Hình Sản Xuất Mía Đường Hiện Nay

Tình hình sản xuất mía đường hiện nay đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm biến động giá cả thị trường, biến đổi khí hậu và sự cạnh tranh từ các loại đường thay thế. Việc sử dụng các giống mía năng suất cao là một giải pháp quan trọng để giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm mía đường. Nghiên cứu và phát triển các giống mía mới, có khả năng thích ứng với các điều kiện canh tác khác nhau, là yếu tố then chốt để duy trì và phát triển ngành mía đường. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (BNN & PTNT), năng suất mía trung bình của Việt Nam còn thấp so với nhiều nước trong khu vực, do đó việc tuyển chọn giống có vai trò hết sức quan trọng. Cần có những chính sách hỗ trợ để khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng các giống mía tiên tiến vào sản xuất, đồng thời nâng cao trình độ kỹ thuật canh tác cho người nông dân.

1.2. Vai Trò Của Giống Mía Năng Suất Cao Trong Nông Nghiệp

Giống mía năng suất cao đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất và hiệu quả kinh tế cho người trồng mía. Những giống mía này thường có khả năng sinh trưởng tốt, chống chịu sâu bệnh tốt hơn và cho năng suất mía cao hơn so với các giống mía truyền thống. Việc sử dụng giống mía năng suất cao cũng giúp giảm chi phí sản xuất, tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường. Ngoài ra, các giống mía mới thường có chất lượng mía đường tốt hơn, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường. Nghiên cứu và phát triển các giống mía có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu là một ưu tiên hàng đầu, giúp đảm bảo năng suất và ổn định sản xuất trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Đồng thời, cần chú trọng đến việc bảo tồn và phát huy các giống mía địa phương, có giá trị văn hóa và lịch sử.

II. Thách Thức Trong Tuyển Chọn Giống Mía Năng Suất Cao Tại VN

Việc tuyển chọn giống mía năng suất cao ở Việt Nam đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là sự đa dạng về điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng giữa các vùng trồng mía. Điều này đòi hỏi các giống mía phải có khả năng thích ứng rộng, hoặc cần tuyển chọn các giống mía phù hợp với từng vùng cụ thể. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của các loại sâu bệnh hại mới, cùng với biến đổi khí hậu, cũng gây khó khăn cho việc tuyển chọn giống. Các giống mía cần có khả năng chống chịu sâu bệnh và chịu hạn tốt để đảm bảo năng suất mía ổn định. Theo PGS. Phạm Văn Hiền, một trong những người hướng dẫn luận án, "cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, các doanh nghiệp và người nông dân để đẩy nhanh quá trình tuyển chọn và đưa các giống mía mới vào sản xuất". Ngoài ra, việc thiếu nguồn lực tài chính và cơ sở vật chất cũng là một trở ngại lớn đối với công tác nghiên cứu và tuyển chọn giống.

2.1. Khó Khăn Về Điều Kiện Khí Hậu Và Thổ Nhưỡng Vùng Miền

Sự khác biệt về khí hậu Tây Ninh và khí hậu Khánh Hòa, cũng như sự đa dạng về thổ nhưỡng Tây Ninh và thổ nhưỡng Khánh Hòa, tạo ra những thách thức lớn trong việc tuyển chọn giống mía. Các giống mía phải có khả năng thích ứng với các điều kiện thời tiết khác nhau, từ hạn hán đến ngập úng, cũng như các loại đất khác nhau, từ đất cát đến đất sét. Việc đánh giá khả năng thích ứng của các giống mía trong các điều kiện khác nhau đòi hỏi các thí nghiệm và khảo nghiệm quy mô lớn, kéo dài trong nhiều năm. Điều này đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian, công sức và nguồn lực tài chính. Cần có các phương pháp đánh giá nhanh và chính xác để tuyển chọn các giống mía phù hợp với từng vùng, giúp người nông dân giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả sản xuất.

2.2. Tình Trạng Sâu Bệnh Hại Mía Và Biến Đổi Khí Hậu Tiêu Cực

Sự gia tăng của các loại sâu bệnh hại mới và tác động của biến đổi khí hậu và mía gây ra những thiệt hại lớn cho sản xuất mía đường. Các giống mía cần có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt để giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Đồng thời, các giống mía cần có khả năng chịu hạn, chịu úng và chịu nhiệt tốt để đảm bảo năng suất mía ổn định trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Việc nghiên cứu và phát triển các giống mía kháng bệnh và giống mía chịu hạn là một ưu tiên hàng đầu, giúp người nông dân giảm thiểu rủi ro và thích ứng với biến đổi khí hậu. Cần có các chương trình giám sát và cảnh báo sớm về sâu bệnh hại, cũng như các biện pháp phòng trừ hiệu quả để bảo vệ sản xuất mía đường.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Giống Mía Năng Suất Tây Ninh KH

Luận án sử dụng một phương pháp tiếp cận toàn diện để tuyển chọn giống mía năng suất cao. Đầu tiên, 32 giống mía nhập nội được đánh giá về đặc điểm nông học và di truyền. Sau đó, 8 giống mía tiềm năng được chọn lọc và khảo nghiệm cơ bản tại Tây Ninh và Khánh Hòa. Các thí nghiệm được bố trí theo kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD), với các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất mía được thu thập và phân tích. Ngoài ra, khả năng chịu hạn của các giống mía triển vọng được đánh giá dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn. Các phương pháp phân tích di truyền như SSR được sử dụng để đánh giá sự đa dạng di truyền và mối quan hệ giữa các giống mía. Theo TS. Lê Quang Tuyền, đồng hướng dẫn luận án, "việc kết hợp các phương pháp đánh giá nông học và di truyền giúp tuyển chọn được các giống mía có tiềm năng cao và ổn định trong các điều kiện khác nhau".

3.1. Đánh Giá Đặc Điểm Nông Học Của Các Giống Mía Nhập Nội

Việc đánh giá đặc điểm nông học của các giống mía nhập nội là bước quan trọng để tuyển chọn các giống mía có tiềm năng cao. Các chỉ tiêu được đánh giá bao gồm: thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, đường kính thân, số lượng lóng, khả năng đẻ nhánh, khả năng chống chịu sâu bệnh và khả năng chống đổ ngã. Các chỉ tiêu này được thu thập và so sánh với các giống mía đối chứng để xác định các giống mía có ưu điểm vượt trội. Việc đánh giá đặc điểm nông học được thực hiện trong nhiều vụ, tại các địa điểm khác nhau để đảm bảo tính chính xác và khách quan. Các kết quả đánh giá nông học được sử dụng để lựa chọn các giống mía tiềm năng cho các bước khảo nghiệm tiếp theo. Cần có các phương pháp đánh giá nhanh và hiệu quả để tuyển chọn các giống mía có tiềm năng cao trong thời gian ngắn.

3.2. Phân Tích Di Truyền Bằng Chỉ Thị Phân Tử SSR Cho Độ Chính Xác Cao

Phân tích di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR (Simple Sequence Repeats) là một công cụ mạnh mẽ để đánh giá sự đa dạng di truyền và mối quan hệ giữa các giống mía. SSR là các đoạn DNA ngắn, lặp lại nhiều lần và phân bố rộng rãi trong hệ gen của cây mía. Các chỉ thị SSR có tính đa hình cao, dễ dàng phát hiện và phân tích, giúp xác định các giống mía có nguồn gốc khác nhau. Phân tích SSR được sử dụng để xây dựng cây phân nhóm di truyền, xác định các nhóm giống mía có đặc điểm di truyền tương đồng. Các kết quả phân tích SSR được kết hợp với các kết quả đánh giá nông học để tuyển chọn các giống mía có tiềm năng cao và đa dạng về mặt di truyền. Việc sử dụng chỉ thị phân tử giúp tăng độ chính xác và hiệu quả của công tác tuyển chọn giống.

3.3. Khảo Nghiệm Khả Năng Chịu Hạn Dựa Trên Biểu Hiện Gen P5CS

Khả năng chịu hạn là một đặc tính quan trọng đối với các giống mía trồng ở các vùng khô hạn. Việc đánh giá khả năng chịu hạn của các giống mía được thực hiện bằng cách theo dõi sự biểu hiện gen P5CS (Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase) trong điều kiện khô hạn. Gen P5CS là một gen quan trọng trong quá trình tổng hợp proline, một chất bảo vệ tế bào trong điều kiện stress. Các giống mía có khả năng chịu hạn tốt thường có sự biểu hiện gen P5CS cao hơn trong điều kiện khô hạn so với các giống mía kém chịu hạn. Việc đánh giá sự biểu hiện gen P5CS được thực hiện bằng phương pháp PCR (Polymerase Chain Reaction), một kỹ thuật nhân bản DNA cho phép xác định mức độ biểu hiện gen. Các kết quả đánh giá sự biểu hiện gen P5CS được sử dụng để tuyển chọn các giống mía chịu hạn tốt, phù hợp với các vùng khô hạn.

IV. Kết Quả Tuyển Chọn Giống Mía Tiềm Năng Tại Tây Ninh KH

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự đa dạng di truyền đáng kể trong tập đoàn 32 giống mía nhập nội. Qua sơ tuyển, 8 giống mía tiềm năng đã được lựa chọn, với năng suất đường cao (từ 11,5 tấn/ha đến 16,3 tấn/ha). Khảo nghiệm cơ bản tại Tây Ninh xác định các giống mía ECU0I, FG05-088, FG05-623 và MPT97-004 có năng suất đường tương đương hoặc vượt trội so với đối chứng K95-84. Đặc biệt, giống mía FG05-623 có năng suất mía cây và năng suất đường cao nhất ở cả hai vụ tơ và gốc I. Tại Khánh Hòa, giống mía FG05-256 nổi trội, cho năng suất mía và năng suất đường trung bình vượt trội so với đối chứng K95-84 và có khả năng chống chịu sâu đục thân tốt, thích ứng với điều kiện khô hạn. Kết quả nghiên cứu khả năng chịu hạn cho thấy các giống mía FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và KK3 có biểu hiện gen P5CS gia tăng trong điều kiện khô hạn. Hai giống mía FG05-623 và FG05-256 được khuyến cáo trồng tại Tây Ninh và Khánh Hòa.

4.1. Giống Mía FG05 623 Năng Suất Vượt Trội Tại Tỉnh Tây Ninh

Giống mía FG05-623 thể hiện năng suất mía vượt trội tại Tây Ninh. Giống này không chỉ cho năng suất mía cây cao nhất (119,6 tấn mía/ha) mà còn đạt năng suất đường cao nhất (12,8 tấn đường/ha) ở vụ tơ. Trong vụ gốc I, năng suất mía và năng suất đường của giống mía FG05-623 vẫn duy trì ở mức cao (82,7 tấn mía/ha và 7,3 tấn đường/ha). Khả năng chịu hạn của giống mía FG05-623 cũng được đánh giá cao, với sự gia tăng biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn. Giống mía FG05-623 được khuyến cáo trồng rộng rãi tại Tây Ninh, góp phần nâng cao năng suất mía và thu nhập cho người nông dân.

4.2. Giống Mía FG05 256 Ưu Thế Tại Khánh Hòa Chống Chịu Tốt

Giống mía FG05-256 thể hiện ưu thế vượt trội tại Khánh Hòa, không chỉ về năng suất mía mà còn về khả năng chống chịu sâu bệnh và thích ứng với điều kiện khô hạn. Năng suất mía và năng suất đường trung bình của giống mía FG05-256 (114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha) vượt trội so với đối chứng K95-84. Khả năng chống chịu sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hubner) của giống mía FG05-256 cũng được đánh giá cao, giúp giảm thiểu thiệt hại do sâu bệnh gây ra. Sự gia tăng biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn cho thấy khả năng chịu hạn tốt của giống mía FG05-256. Giống mía FG05-256 được khuyến cáo trồng rộng rãi tại Khánh Hòa, góp phần nâng cao năng suất mía và ổn định sản xuất.

V. Bí Quyết Chọn Giống Mía Năng Suất Cao Hướng Dẫn Chi Tiết

Việc chọn giống mía năng suất cao đòi hỏi sự hiểu biết về đặc điểm của từng giống mía và điều kiện canh tác của từng vùng. Cần xem xét các yếu tố như thời gian sinh trưởng, khả năng đẻ nhánh, khả năng chống chịu sâu bệnh, khả năng chịu hạn và chất lượng mía đường. Nên ưu tiên chọn các giống mía đã được khảo nghiệm và chứng minh năng suất mía cao, ổn định tại địa phương. Nên tham khảo ý kiến của các chuyên gia và những người trồng mía có kinh nghiệm để có được sự lựa chọn tốt nhất. Cần chú ý đến nguồn gốc và chất lượng của giống mía, đảm bảo giống mía được mua từ các cơ sở uy tín, có giấy chứng nhận chất lượng. Trước khi trồng, nên tìm hiểu kỹ về kỹ thuật trồng và chăm sóc của từng giống mía, để đảm bảo năng suất mía cao nhất.

5.1. Tiêu Chí Đánh Giá Và Lựa Chọn Giống Mía Phù Hợp Vùng

Các tiêu chí đánh giá và lựa chọn giống mía phù hợp với từng vùng bao gồm: năng suất mía, chất lượng mía đường (CCS), khả năng chống chịu sâu bệnh, khả năng chịu hạn, thời gian sinh trưởng và khả năng thích ứng với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng của vùng. Năng suất mía là yếu tố quan trọng nhất, cần xem xét năng suất mía trung bình trong nhiều vụ và so sánh với các giống mía đối chứng. Chất lượng mía đường (CCS) cũng cần được quan tâm, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá bán mía đường. Khả năng chống chịu sâu bệnh giúp giảm thiểu chi phí phòng trừ và bảo vệ môi trường. Khả năng chịu hạn là yếu tố quan trọng đối với các vùng khô hạn. Thời gian sinh trưởng cần phù hợp với điều kiện thời tiết và thời vụ của vùng. Khả năng thích ứng với điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng của vùng giúp đảm bảo năng suất mía ổn định.

5.2. Kinh Nghiệm Thực Tiễn Từ Nông Dân Trồng Mía Thành Công

Kinh nghiệm thực tiễn từ nông dân trồng mía thành công là nguồn thông tin quý giá để chọn giống mía phù hợp. Nên tìm hiểu và học hỏi kinh nghiệm từ những người trồng mía có kinh nghiệm, có uy tín tại địa phương. Hỏi họ về các giống mía mà họ đã trồng thành công, về kỹ thuật trồng và chăm sóc, về các vấn đề thường gặp và cách giải quyết. Tham gia các hội thảo, các lớp tập huấn về trồng mía để trao đổi kinh nghiệm và học hỏi kiến thức mới. Liên hệ với các chuyên gia và cán bộ khuyến nông để được tư vấn và hỗ trợ. Luôn cập nhật thông tin về các giống mía mới, các kỹ thuật canh tác tiên tiến để nâng cao năng suất mía và hiệu quả kinh tế.

VI. Tương Lai Tuyển Chọn Giống Mía Năng Suất Ứng Dụng Công Nghệ

Tương lai của công tác tuyển chọn giống mía năng suất cao gắn liền với việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến. Công nghệ sinh học phân tử, công nghệ thông tin và tự động hóa sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian tuyển chọn giống. Việc sử dụng chỉ thị phân tử (MAS) giúp tuyển chọn các giống mía có các đặc tính mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác. Công nghệ chỉnh sửa gen (CRISPR) mở ra khả năng tạo ra các giống mía có các đặc tính ưu việt, như năng suất mía cao, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt và chất lượng mía đường cao. Công nghệ cảm biến và viễn thám giúp theo dõi và đánh giá năng suất mía trên diện rộng, từ đó tuyển chọn các giống mía phù hợp với từng vùng. Theo các nhà khoa học, "việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp tạo ra các giống mía siêu việt, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường và thích ứng với biến đổi khí hậu".

6.1. Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học Phân Tử Trong Chọn Giống Mía

Công nghệ sinh học phân tử đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn giống mía. Các kỹ thuật như phân tích DNA, phân tích gen, chỉ thị phân tử (MAS) giúp xác định các gen liên quan đến các đặc tính quan trọng của cây mía, như năng suất mía, chất lượng mía đường, khả năng chống chịu sâu bệnh và khả năng chịu hạn. Việc sử dụng chỉ thị phân tử (MAS) giúp chọn các cây mía có các gen mong muốn trong giai đoạn sớm, giảm thiểu thời gian và chi phí chọn giống. Công nghệ chỉnh sửa gen (CRISPR) cho phép tạo ra các đột biến gen có lợi, cải thiện các đặc tính của cây mía. Công nghệ sinh học phân tử giúp đẩy nhanh quá trình chọn giống và tạo ra các giống mía có các đặc tính ưu việt.

6.2. Vai Trò Của Dữ Liệu Lớn Big Data Và AI Trong Nông Nghiệp Mía

Dữ liệu lớn (Big Data) và trí tuệ nhân tạo (AI) đang ngày càng được ứng dụng trong nông nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất mía đường. Các cảm biến, thiết bị bay không người lái (drone), vệ tinh và các nguồn dữ liệu khác cung cấp một lượng lớn thông tin về cây mía, đất đai, thời tiết và các yếu tố khác. AI được sử dụng để phân tích dữ liệu này, phát hiện các mô hình và xu hướng, dự đoán năng suất mía và đưa ra các quyết định quản lý tối ưu. AI cũng có thể được sử dụng để tự động hóa các quy trình chọn giống, như phân tích hình ảnh, đánh giá đặc điểm cây và dự đoán năng suất mía. Việc ứng dụng dữ liệu lớn và AI giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác của công tác chọn giống, đồng thời giảm thiểu chi phí và rủi ro.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Cây mía (Saccharum officinarum L.) giữ vai trò là cây nguyên liệu chủ lực cho ngành công nghiệp sản xuất đường tại Việt Nam. Vùng Đông Nam Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ là hai địa bàn sản xuất trọng điểm; trong đó, tỉnh Tây Ninh có khoảng 15.600 ha mía cung cấp nguyên liệu cho ba nhà máy đường Thành Thành Công Tây Ninh, Biên Hòa và Nước Trong với tổng công suất trên 15.000 tấn mía/ngày (TCD), còn tỉnh Khánh Hòa có khoảng 23.180 ha đất trồng mía. Tuy nhiên, diện tích canh tác tại các vùng này suy giảm liên tục dưới tác động của biến đổi khí hậu, khô hạn kéo dài, thiếu nước tưới và đất đai cằn cỗi, dẫn đến năng suất và chất lượng mía ở mức thấp so với mặt bằng chung. Cơ cấu sản xuất phụ thuộc nặng nề vào các giống nhập nội thương phẩm (giống Thái Lan chiếm trên 48%, Đài Loan chiếm hơn 20,4%, giống nội địa chỉ chiếm khoảng 2,1%), trong khi các giống mía này chủ yếu được chọn lọc dựa trên điều kiện bản địa của nước xuất khẩu, chưa qua đánh giá khả năng thích nghi và chống chịu khô hạn tại từng vùng sinh thái cụ thể của Việt Nam. Xuất phát từ thực tế đó, luận án tiến sĩ nông nghiệp của tác giả Đoàn Thị Hồng Điểm với đề tài "Tuyển chọn giống mía (Saccharum officinarum L.) nhập nội có năng suất cao, thích hợp tại tỉnh Tây Ninh và Khánh Hoà" (chuyên ngành Khoa học Cây trồng, Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, năm 2023) đã được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống trong việc tuyển chọn giống mía năng suất cao, chữ đường tốt và chống chịu khô hạn thông qua tích hợp nông học thực địa và chỉ thị sinh học phân tử.

Luận án xác định mục tiêu tổng quát là tuyển chọn được giống mía nhập nội có năng suất, chất lượng cao và chống chịu hạn, phù hợp với điều kiện canh tác tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa.

Các mục tiêu cụ thể được đánh số theo văn bản bao gồm:

1. Đánh giá đặc điểm nông học, di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội làm cơ sở chọn ra các giống mía triển vọng để nghiên cứu phục vụ sản xuất;
2. Tuyển chọn các giống mía có năng suất cao hơn đối chứng 10-15%, chữ đường > 10%; ít trổ cờ, ít đỗ ngã, kháng sâu, bệnh cho hai vùng canh tác là hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa;
3. Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống mía triển vọng dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là các đặc điểm nông học, năng suất, chất lượng và khả năng chịu hạn của tập đoàn 32 giống mía nhập nội, cùng các giống đối chứng và so sánh.

Phạm vi nghiên cứu:

• Không gian nghiên cứu: Thí nghiệm sơ tuyển và phân tích di truyền tập đoàn giống được triển khai tại Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Mía đường Thành Thành Công (xã Thái Bình, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh). Các khảo nghiệm cơ bản được bố trí tại huyện Châu Thành (tỉnh Tây Ninh) và huyện Ninh Hòa (tỉnh Khánh Hòa). Thí nghiệm hạn trong chậu và phân tích sinh học phân tử được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường thuộc Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
• Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 01 năm 2016 đến tháng 12 năm 2021.
• Quy chuẩn áp dụng: Đánh giá sinh trưởng, năng suất và chất lượng dựa trên Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống mía (QCVN 01-131:2013/BNN & PTNT).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan hệ thống các nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến chọn tạo giống mía, đa dạng di truyền và cơ chế chống chịu stress khô hạn:

Về tình hình sản xuất và công tác chọn giống mía quốc tế: Tác giả dẫn số liệu của FAOSTAT (2020) và Tổng cục Thống kê (2023) phản ánh năng suất mía Việt Nam chỉ đạt khoảng 62,20 tấn/ha vào năm 2020, thấp hơn 11,9% so với mức trung bình thế giới và chỉ bằng một nửa so với Peru. Trên thế giới, các quốc gia sản xuất mía hàng đầu đều xây dựng các chương trình giống nội địa quy mô lớn: Brazil với hệ thống giống RB chiếm 68% diện tích canh tác (Gazaffi và ctv, 2016; Rossetto, 2015); Ấn Độ với các giống chín sớm CoS8436, CoS08272, Co0238 (Singh và ctv, 2016a; Rajeswari và ctv, 2016); Trung Quốc phát triển 170 giống kết hợp nhập nội; Thái Lan phát triển các giống chủ lực KK3, LK92-11, K95-84, Suphanburi 7 và U-thong 12 (Machado, 2015; Sukyai và ctv, 2016); Đài Loan với bộ giống ROC chịu hạn và chín sớm (Taiwan Sugarcane Research Institute, 2001); và Cuba với các bộ giống chuyên biệt hóa theo vùng sinh thái (Ismael và Ayala, 2003). Về công nghệ chuyển gen và đột biến, các nghiên cứu của Bower và Birch (1992), Gallo-Meagher và Irvine (1996), Cao Anh Đương (2015), Nguyễn Văn Dự và ctv (2016), Budeguer và ctv (2021) ghi nhận các hướng tiếp cận nâng cao khả năng chống chịu sâu bệnh và khô hạn.

Về công tác nghiên cứu giống mía tại Việt Nam: Tác giả điểm lại giai đoạn 1990 - 2019, cả nước có 68 giống được công nhận sản xuất thử nhưng chỉ có 16 giống (chiếm 23,5%) được công nhận chính thức (Viện Quy hoạch và Thiết kế Nông nghiệp, 2016; Lê Quang Tuyền, 2019). Các tác giả Cao Anh Đương (2012, 2013a, 2017), Lê Quang Tuyền (2007, 2019), Nguyễn Đức Quang và ctv (2011, 2016, 2017), Đoàn Lệ Thủy và Nguyễn Thị Bạch Mai (2007, 2009a, 2009b, 2012) đã tiến hành khảo nghiệm nhiều tổ hợp giống tại các vùng sinh thái Bắc Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ, xác định được một số giống tiềm năng như VN84-422, VN85-1427, K88-92, K95-84, KK3 và LK92-11. Nguồn gen mía tại Viện Nghiên cứu Mía đường (SRI) lưu giữ 917 mẫu giống vào năm 2011 (Cao Anh Đương, 2013b).

Về ứng dụng chỉ thị phân tử trong đánh giá đa dạng di truyền mía: Nguyễn Văn Trữ và ctv (2012) sử dụng 20 cặp mồi SSR trên 42 giống mía tại Việt Nam, thu được 85 alen và phát hiện cặp mồi M12 có tính đa hình gắn với hàm lượng đường; Thân Thị Thu Hạnh và ctv (2019) dùng 45 chỉ thị SSR trên 30 giống mía, xác định hệ số tương đồng dao động từ 0,52 đến 0,90.

Về cơ chế khô hạn và tích lũy proline: Tác động của hạn đến sinh trưởng, diện tích lá, đóng khí khổng và suy giảm quang hợp được tổng kết từ Ramesh và Mahadevaswamy (2000), Inman-Bamber và Smith (2005), Basnayake và ctv (2012, 2015), Abbas và ctv (2014), Marcos và ctv (2018), Devi và ctv (2018). Han và Hwang (2003), Kavi Kishor và ctv (2005), Iqbal và ctv (2014) chỉ rõ enzyme chủ chốt trong con đường sinh tổng hợp proline từ glutamate là delta-1-pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) và pyrroline-5-carboxylate reductase (P5CR). Radha và ctv (2014), Balestro và ctv (2017), Li và ctv (2018a) chứng minh sự gia tăng mức độ biểu hiện gen P5CS tỷ lệ thuận với khả năng tích lũy proline và mức độ chịu hạn ở mía.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết là: Thiếu các nghiên cứu sàng lọc có hệ thống từ tập đoàn giống mía nhập nội kết hợp đồng thời giữa khảo nghiệm nông học hai vụ (mía tơ và mía gốc I) tại hai vùng sinh thái khó khăn (Tây Ninh và Khánh Hòa), phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR, và kiểm chứng cơ chế chịu hạn ở cấp độ phân tử thông qua định lượng mức độ biểu hiện gen P5CS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng trên nền tảng lý thuyết sinh lý thực vật C4, di truyền học cây trồng đa bội và sinh học phân tử:

• Khung lý thuyết di truyền: Cây mía hiện đại là con lai phức tạp giữa Saccharum officinarum (2n = 80, tích lũy đường cao) và loài hoang dại Saccharum spontaneum (2n = 40 đến 128, chịu ngoại cảnh bất lợi và hàm lượng xơ cao). Bộ gen cây mía mang tính dị bội cao (53 đến 143 nhiễm sắc thể, dung lượng trên 10 Gb), trong đó khoảng 80% nhiễm sắc thể kế thừa từ S. officinarum, 10% từ S. spontaneum và 10% tái tổ hợp (Piperidis và ctv, 2010; D'Hont và ctv, 1996).
• Khung lý thuyết sinh lý và hóa sinh chịu hạn: Thiếu nước gây ức chế phân chia, kéo dài tế bào, đóng khí khổng và suy giảm quang hợp. Để chống chịu stress mất nước, tế bào thực vật điều hòa thẩm thấu bằng cách tích lũy các chất hòa tan tương thích, tiêu biểu là proline. Quá trình sinh tổng hợp proline bắt đầu từ glutamate chuyển hóa thành glutamate-semialdehyde (GSA) nhờ enzyme P5CS, sau đó tự phát đóng vòng thành P5C và chuyển thành L-proline nhờ P5CR. Sự tăng cường phiên mã gen P5CS là cơ chế phản ứng phòng vệ then chốt nhằm duy trì tính toàn vẹn màng tế bào.

Phương pháp nghiên cứu thực tế gồm các hợp phần định tính và định lượng:

• Phương pháp ly trích và phân tích DNA: Sử dụng phương pháp CTAB để tách chiết DNA tổng số từ lá mía non của 32 giống nhập nội và 2 giống đối chứng (KK3, K94-2-483). Kiểm tra chất lượng và đo mật độ quang học (OD). Sử dụng 14 cặp primer SSR để thực hiện phản ứng PCR (điện di gel agarose 2%, hiệu điện thế 100 V, cường độ dòng điện 400 mA). Tính toán số alen tổng số, số alen đa hình và hệ số thông tin đa hình (PIC).
• Phương pháp phân tích quan hệ di truyền: Dữ liệu nhị phân (có/không vạch khuếch đại) được xử lý bằng phương pháp UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) trên phần mềm NTSYSpc 2.1 để thiết lập cây phân nhóm quan hệ di truyền.
• Phương pháp khảo nghiệm đồng ruộng:
  • Thí nghiệm sơ tuyển 32 giống mía nhập nội tại Tây Ninh: Bố trí theo phương pháp tuần tự, không lặp lại, đối chứng là KK3 và K94-2-483.
  • Thí nghiệm khảo nghiệm cơ bản 8 giống tiềm năng (FG05-623, FG05-088, FG07-320, FG05-300, FG05-256, VMC96-161, MPT97-004, ECU01): Bố trí theo khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD), 1 yếu tố, 3 lần lặp lại tại Tây Ninh và Khánh Hòa; gồm 2 giống đối chứng (K95-84, Suphanburi 7) và 2 giống so sánh (CoSi8 của Ấn Độ, U1/U4 của Úc). Theo dõi 2 chu kỳ: vụ mía tơ và vụ mía gốc I.
• Phương pháp đánh giá hình thái lá và khí khổng: Đánh giá bề mặt lá và đếm mật độ khí khổng của 5 giống mía triển vọng.
• Phương pháp nghiên cứu biểu hiện gen P5CS: Thí nghiệm chậu gồm 6 nghiệm thức (5 giống triển vọng: FG05-088, FG05-256, FG05-623, FG07-320, VMC96-161 và giống KK3 đối chứng). Gây hạn bằng cách ngừng tưới nước; lấy mẫu lá tại thời điểm 2 tuần và 6 tuần sau ngừng tưới so với đối chứng tưới đủ ẩm. Tách chiết mRNA tổng số, xử lý DNase I, tổng hợp cDNA. Thiết kế mồi cho gen nội chuẩn ACT (Actin-like protein) và gen mục tiêu P5CS. Nhân dòng sản phẩm PCR vào vector pGEM-T Easy, biến nạp vào tế bào khả biến Escherichia coli DH5α, giải trình tự kiểm tra sản phẩm. Xây dựng đường chuẩn định lượng dựa trên nồng độ pha loãng plasmid (10^-3 đến 10^-7) để xác định mức độ biểu hiện tương đối qua phản ứng real-time PCR.
• Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu nông học được xử lý phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình nghiệm thức theo kiểm định Ducan qua phần mềm SAS 9.1 hoặc các công cụ phân tích thống kê chuyên ngành.

Nguồn tư liệu và dữ liệu: Dữ liệu khí tượng và lý hóa tính đất đai thu thập tại huyện Châu Thanh (Tây Ninh) và huyện Ninh Hòa (Khánh Hòa). Vật liệu là tập đoàn 32 giống mía nhập nội được bảo tồn và nhân giống tại Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng Mía đường Thành Thành Công cùng các giống chuẩn địa phương.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan tài liệu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và các công trình nghiên cứu về cây mía trong và ngoài nước. Tác giả trình bày nguồn gốc phân loại học, các đặc điểm giải phẫu hình thái học (thân, lá, mắt mầm, bộ rễ phân bố đến độ sâu 60 cm), yêu cầu sinh thái (quang hợp C4, nhiệt độ thích hợp 25-26°C, lượng mưa cần thiết 1500-2500 mm/năm, ẩm độ đất các giai đoạn 60-80%, pH đất 5,5-7,5). Chương này phân tích chi tiết thực trạng sản xuất mía đường Việt Nam giai đoạn 2002 - 2020: năng suất bình quân đạt đỉnh năm 2018 với 66,64 tấn/ha, nhưng đến năm 2020 giảm còn 62,20 tấn/ha và sản lượng tụt xuống 11,535 triệu tấn (giảm 26% so với năm trước). Tác giả tổng hợp cơ cấu giống cả nước năm 2016, chỉ ra sự chiếm ưu thế tuyệt đối của giống Thái Lan (KK3, SUP7, Uthong, K84-200) và Đài Loan (ROC16, ROC22), đồng thời phân tích cơ cấu cụ thể tại Tây Ninh và Khánh Hòa niên vụ 2015 - 2016 (giống Suphanburi 7 và K95-84 chiếm tỷ lệ lớn).

Tiếp đó, chương phân tích tiêu chuẩn chọn giống công nghiệp tại Brazil (Rossetto, 2015) và Việt Nam (Viện Nghiên cứu Mía đường, 2014b), đối chiếu các phương pháp chọn giống: tuyển chọn nguồn giống sẵn có/nhập nội, chọn lọc với sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử (MAS), gây đột biến thực nghiệm (chiếu xạ Cobalt-60 hoặc tia gamma liều 20-30 Gy), và chuyển gen chịu hạn (NXI-1T, NXI-4T, NXI-6T tại Indonesia). Phần cuối của chương tập trung vào cơ chế sinh lý - hóa sinh chịu hạn ở mía: tổn thất sinh khối tại hai giai đoạn mẫn cảm nhất là đẻ nhánh và vươn lóng; các chỉ tiêu sinh lý đánh giá hạn (độ mở khí khổng, bốc thoát hơi nước ET, chỉ số diệp lục SPAD/SCMR, huỳnh quang diệp lục Fv/Fm, hàm lượng nước tiềm tàng RWC); và con đường sinh tổng hợp, thoái dưỡng của proline gắn liền với sự điều hòa phiên mã của enzyme P5CS dưới điều kiện thiếu nước.

Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết địa bàn, điều kiện đất đai, thời tiết và quy trình thực hiện của 3 nội dung nghiên cứu lớn thông qua 6 thí nghiệm cụ thể:

• Nội dung 1: Sơ tuyển và đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn 32 giống mía nhập nội bằng chỉ thị phân tử SSR. Gồm Thí nghiệm 1 (sơ tuyển 32 giống mía tại Tây Ninh về tỷ lệ mọc mầm, khả năng đẻ nhánh, mật độ cây hữu hiệu, chiều cao, đường kính thân, khả năng chống chịu sâu đục thân, trổ cờ, đỗ ngã, năng suất và chữ đường CCS so với 2 đối chứng KK3, K94-2-483) và Thí nghiệm 2 (ly trích DNA bằng CTAB, kiểm tra OD, khuếch đại bằng 14 cặp mồi SSR, tính toán PIC và phân nhóm di truyền UPGMA trên NTSYSpc 2.1).
• Nội dung 2: Khảo nghiệm cơ bản 8 giống mía tiềm năng (FG05-623, FG05-088, FG07-320, FG05-300, FG05-256, VMC96-161, MPT97-004, ECU01) được chọn ra từ sơ tuyển. Gồm Thí nghiệm 3 tại Tây Ninh và Thí nghiệm 4 tại Khánh Hòa, theo bố trí RCBD 1 yếu tố với 3 lần lặp lại, so sánh với 2 giống đối chứng (K95-84, Suphanburi 7) và 2 giống so sánh ngoại nhập (CoSi8 của Ấn Độ, U1/U4 của Úc), theo dõi xuyên suốt vụ mía tơ và vụ mía gốc I.
• Nội dung 3: Nghiên cứu khả năng chống chịu khô hạn của 5 giống mía triển vọng (FG05-088, FG05-256, FG05-623, FG07-320, VMC96-161 và đối chứng KK3). Gồm Thí nghiệm 5 (đánh giá cấu trúc bề mặt lá, mật độ khí khổng) và Thí nghiệm 6 (nghiên cứu mức độ biểu hiện gen P5CS sau 2 tuần và 6 tuần ngừng tưới bằng phương pháp định lượng PCR đường chuẩn dựa trên vector tái tổ hợp pGEM-T Easy mang đoạn gen mục tiêu trong chủng E. coli DH5α, giải trình tự xác nhận đoạn gen ACT và P5CS).

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và thảo luận khoa học:

• Kết quả sơ tuyển 32 giống mía nhập nội tại Tây Ninh: Tác giả ghi nhận các chỉ tiêu sinh trưởng biến động lớn giữa các giống. Về năng suất và phẩm chất, năng suất đường biến thiên từ thấp đến cao, trong đó chọn được 8 giống tiềm năng đạt năng suất đường từ 11,5 đến 16,3 tấn/ha. Phân tích tương quan chỉ ra rằng năng suất đường tương quan thuận rất chặt với năng suất mía hơn là với chữ đường (CCS), và năng suất mía có mối tương quan thuận cao nhất với mật độ cây hữu hiệu.
• Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR: Phân tích 14 cặp mồi SSR trên 34 mẫu giống (32 giống nhập nội và 2 giống đối chứng) thu được các dải băng rõ nét, hệ số thông tin đa hình (PIC) trung bình đạt 0,37. Hệ số tương đồng di truyền dao động từ 35% đến 89%. Ở ngưỡng tương đồng di truyền 63%, tập đoàn giống được phân tách thành 5 nhóm di truyền riêng biệt. Tám giống mía được lựa chọn bước đầu phân bố thuộc các nhóm di truyền I, III và V, bảo đảm khoảng cách di truyền phong phú phục vụ lai tạo.
• Kết quả khảo nghiệm cơ bản tại Tây Ninh: Trong 8 giống khảo nghiệm, các giống ECU01, FG05-088, FG05-623 và MPT97-004 thể hiện năng suất đường tương đương hoặc vượt trội so với giống đối chứng K95-84 ở cả 2 vụ. Nổi bật nhất là giống FG05-623 với năng suất mía và năng suất đường cao nhất ở cả vụ mía tơ (119,6 tấn mía/ha; 12,8 tấn đường/ha) và vụ mía gốc I (82,7 tấn mía/ha; 7,3 tấn đường/ha).
• Kết quả khảo nghiệm cơ bản tại Khánh Hòa: Điều kiện đất đai và thời tiết khắc nghiệt tại Ninh Hòa cho thấy sự phân hóa rõ về tính chống chịu. Giống FG05-256 tỏ ra thích ứng vượt trội, đạt năng suất mía và năng suất đường trung bình 2 vụ (mía tơ và mía gốc I) lần lượt là 114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha, vượt đối chứng K95-84. Đồng thời, giống FG05-256 có khả năng đề kháng sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hubner) khá tốt, ít đổ ngã và chịu hạn tốt ngoài đồng ruộng.
• Đánh giá khả năng chịu hạn qua biểu hiện gen P5CS: Kết quả định lượng biểu hiện gen bằng real-time PCR dựa trên đường chuẩn plasmid pha loãng cho thấy, sau 2 tuần ngừng tưới nước, mức độ biểu hiện gen P5CS tăng lên rõ rệt ở 4 trong 5 giống mía triển vọng gồm FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và giống đối chứng KK3 so với nghiệm thức tưới đủ nước. Sản phẩm PCR giải trình tự DNA đã khẳng định kích thước và độ tương đồng chính xác với trình tự gen ACT và P5CS.

Dưới đây là bảng tổng hợp các chỉ số nông học và năng suất của hai giống mía nổi bật được tuyển chọn so với đối chứng qua khảo nghiệm cơ bản:

Giống mía	Vùng khảo nghiệm nổi trội	Năng suất mía vụ tơ (tấn/ha)	Năng suất đường vụ tơ (tấn/ha)	Năng suất mía vụ gốc I (tấn/ha)	Năng suất đường vụ gốc I (tấn/ha)	Năng suất mía TB 2 vụ (tấn/ha)	Năng suất đường TB 2 vụ (tấn/ha)	Phản ứng gen P5CS sau 2 tuần hạn	Khả năng chống chịu chính
FG05-623	Tây Ninh	119,6	12,8	82,7	7,3	-	-	Gia tăng biểu hiện	Năng suất sinh khối và đường cao nhất ở cả 2 vụ tại Tây Ninh
FG05-256	Khánh Hòa	-	-	-	-	114,0	12,4	Gia tăng biểu hiện	Kháng sâu đục thân (P. castaneae), thích ứng khô hạn
K95-84 (Đối chứng)	Tây Ninh & Khánh Hòa	Thấp hơn FG05-623	Thấp hơn FG05-623	Thấp hơn FG05-623	Thấp hơn FG05-623	Thấp hơn FG05-256	Thấp hơn FG05-256	-	Nhiễm sâu đục thân trung bình, năng suất thấp hơn ở Khánh Hòa

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã nêu các đóng góp mới về mặt học thuật và thực tiễn sản xuất như sau:

Về mặt lý luận và khoa học:

• Luận án đã xác lập dẫn liệu khoa học về mối tương quan giữa các yếu tố cấu thành năng suất: năng suất đường có tương quan chặt chẽ hơn với năng suất mía cây so với chữ đường (CCS), và năng suất mía phụ thuộc lớn nhất vào mật độ cây hữu hiệu trong điều kiện canh tác tại Việt Nam.
• Đánh giá và xác định được hiệu quả ứng dụng của bộ 14 chỉ thị phân tử SSR trong phân tích đa dạng di truyền mía, với giá trị PIC trung bình đạt 0,37; xác định hệ số tương đồng di truyền của tập đoàn dao động từ 35% đến 89% và phân chia thành 5 nhóm di truyền ở ngưỡng tương đồng 63%.
• Lần đầu tiên ghi nhận và phân tích sự liên hệ giữa tính chống chịu khô hạn với sự gia tăng mức độ biểu hiện của gen P5CS ở cấp độ phân tử sau 2 tuần xử lý khô hạn ở 4 giống mía (FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và KK3), cung cấp cơ sở dữ liệu phân tử về cơ chế chống chịu stress thiếu nước ở cây mía.

Về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

• Tuyển chọn thành công hai giống mía nhập nội có ưu điểm nổi trội phù hợp cho hai vùng sinh thái canh tác:
  • Giống mía FG05-623: Khuyến cáo phát triển tại tỉnh Tây Ninh nhờ ưu thế năng suất thân cây và năng suất đường vượt trội ở cả vụ mía tơ và vụ mía gốc I.
  • Giống mía FG05-256: Khuyến cáo phát triển tại tỉnh Khánh Hòa nhờ năng suất trung bình 2 vụ đạt 114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha, khả năng chống chịu sâu đục thân (Phragmataecia castaneae Hubner) và khả năng thích ứng khô hạn cao.
• Thiết lập cơ sở dữ liệu chi tiết về đặc điểm hình thái học, đặc tính nông học và thông tin di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội, đóng vai trò là nguồn vật liệu khởi đầu và bố mẹ tiềm năng cho các chương trình lai tạo giống mía của Việt Nam trong tương lai.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo tự nhận định trong văn bản luận án tại phần giới hạn đề tài:

• Hạn chế về địa bàn và điều kiện khảo nghiệm: Đề tài chỉ bố trí trong điều kiện tự nhiên tại hai địa bàn đại diện là huyện Châu Thành (tỉnh Tây Ninh) và huyện Ninh Hòa (tỉnh Khánh Hòa) trong chu kỳ 2016 - 2021, chưa mở rộng ra các tiểu vùng sinh thái khác của miền Đông Nam Bộ và Duyên hải Nam Trung Bộ.
• Hạn chế về chỉ tiêu theo dõi ở bước sơ tuyển: Ở giai đoạn sơ tuyển 32 giống mía nhập nội, nghiên cứu chủ yếu tập trung đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất, chưa thể theo dõi đầy đủ và có hệ thống toàn bộ các chỉ tiêu chất lượng công nghiệp chi tiết cũng như các chỉ tiêu bảo vệ thực vật chuyên sâu đối với tất cả các giống.
• Hạn chế về đánh giá tính chịu hạn: Việc nghiên cứu tính chống chịu hạn của 5 giống mía triển vọng chủ yếu tập trung định lượng sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện hạn chậu nhân tạo, chưa theo dõi đồng bộ, đầy đủ các chỉ tiêu biến đổi hình thái và chỉ tiêu sinh lý song hành trong cùng thí nghiệm phân tử.

Hướng nghiên cứu tiếp xuất phát từ các hạn chế trên: Mở rộng khảo nghiệm sản xuất trên diện rộng cho hai giống FG05-623 và FG05-256 tại các vùng đất chuyên biệt; tiếp tục theo dõi khả năng lưu gốc qua các vụ mía gốc II, gốc III; và nghiên cứu chuyên sâu về sự tích lũy sinh hóa proline kết hợp với biểu hiện của các họ gen chịu hạn khác dưới các ngưỡng stress ẩm độ khác nhau.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều đối tượng trong nghiên cứu và quản lý ngành nông nghiệp:

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Khoa học Cây trồng, Di truyền và Chọn giống thực vật, Công nghệ Sinh học Nông nghiệp: Luận án cung cấp quy trình hoàn chỉnh kết hợp giữa phương pháp khảo nghiệm đồng ruộng theo quy chuẩn quốc gia (QCVN 01-131:2013/BNN & PTNT) và phương pháp sinh học phân tử hiện đại (chỉ thị SSR, phân tích chùm UPGMA, định lượng phiên mã gen bằng PCR đường chuẩn dựa trên plasmid tái tổ hợp).
• Đối với các nhà lai tạo giống mía tại các viện nghiên cứu (như Viện Nghiên cứu Mía đường - SRI): Dữ liệu phân nhóm di truyền của 32 giống mía nhập nội là cơ sở dữ liệu chuẩn để lựa chọn các cặp lai khác nhóm di truyền nhằm tối ưu hóa ưu thế lai.
• Đối với cán bộ kỹ thuật, trung tâm khuyến nông và các công ty, nhà máy mía đường (đặc biệt tại Tây Ninh, Khánh Hòa và các tỉnh lân cận): Báo cáo cung cấp đầy đủ thông số nông học thực tế, khả năng kháng sâu đục thân và đặc tính chịu hạn của các giống FG05-623 và FG05-256, giúp định hướng cơ cấu lại bộ giống vùng nguyên liệu, giảm thiểu rủi ro thiếu nước trong bối cảnh khô hạn ngày càng gia tăng.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án tuyển chọn và khuyến cáo những giống mía cụ thể nào cho hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa? Qua các bước sơ tuyển và khảo nghiệm cơ bản 2 vụ (mía tơ và mía gốc I), luận án tuyển chọn và khuyến cáo đưa vào sản xuất giống FG05-623 cho tỉnh Tây Ninh (đạt năng suất mía 119,6 tấn/ha, năng suất đường 12,8 tấn/ha ở vụ tơ; 82,7 tấn mía/ha và 7,3 tấn đường/ha ở vụ gốc I) và giống FG05-256 cho tỉnh Khánh Hòa (năng suất trung bình 2 vụ đạt 114,0 tấn mía/ha và 12,4 tấn đường/ha, kháng sâu đục thân tốt, thích ứng khô hạn).

2. Đánh giá đa dạng di truyền bằng 14 chỉ thị phân tử SSR trên tập đoàn 32 giống mía nhập nội đem lại kết quả gì? Kết quả phân tích cho thấy giá trị thông tin đa hình (PIC) trung bình của 14 chỉ thị SSR là 0,37. Hệ số tương đồng di truyền giữa các giống dao động trong khoảng từ 35% đến 89%. Ở mức tương đồng 63%, 32 giống nhập nội và 2 giống đối chứng được phân tách thành 5 nhóm di truyền riêng biệt. Tám giống mía được chọn vào khảo nghiệm cơ bản thuộc các nhóm di truyền I, III và V.

3. Mức độ biểu hiện của gen P5CS ở các giống mía triển vọng thay đổi như thế nào dưới điều kiện hạn? Trong thí nghiệm hạn ở chậu, sau 2 tuần ngừng tưới nước, mức độ biểu hiện của gen P5CS (gen mã hóa enzyme xúc tác tổng hợp proline) gia tăng rõ rệt ở 4 giống mía gồm FG05-256, FG05-623, VMC96-161 và giống đối chứng KK3 so với mẫu được tưới nước đầy đủ. Sản phẩm PCR khuếch đại đã được giải trình tự để xác nhận chính xác các đoạn gen mục tiêu là ACT và P5CS.

4. Mối tương quan giữa năng suất đường với các yếu tố cấu thành năng suất mía được xác định ra sao? Kết quả xử lý số liệu tại Tây Ninh chứng minh năng suất đường có mối tương quan thuận chặt chẽ với năng suất mía cây hơn là với chữ đường (CCS). Đồng thời, năng suất mía cây lại có mối tương quan thuận cao nhất với mật độ cây hữu hiệu. Điều này cho thấy trong công tác tuyển chọn giống mía, việc ưu tiên mật độ cây hữu hiệu cao và khối lượng thân là yếu tố quyết định để nâng cao sản lượng đường/ha.

5. Cơ cấu giống mía thực tế tại Việt Nam cũng như tại Tây Ninh và Khánh Hòa trước thời điểm nghiên cứu có đặc điểm gì? Theo số liệu thống kê trong luận án, cơ cấu giống mía của Việt Nam năm 2016 chủ yếu là giống Thái Lan (chiếm 48,0%) và giống Đài Loan (chiếm 20,4%), trong khi giống nội địa chỉ chiếm 2,1%. Tại Tây Ninh và Khánh Hòa niên vụ 2015 - 2016, các giống nhập nội như Suphanburi 7 (chiếm 32,13%) và K95-84 (chiếm 7,5%) chiếm diện tích lớn, trong khi diện tích các giống do Việt Nam lai tạo (như VN84-4137 tại Tây Ninh) chiếm tỷ lệ rất thấp (5,52%).

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Đoàn Thị Hồng Điểm đã đánh giá toàn diện đặc điểm nông học, năng suất và quan hệ di truyền của tập đoàn 32 giống mía nhập nội thông qua 14 chỉ thị phân tử SSR. Đề tài đã tuyển chọn thành công hai giống mía ưu tú gồm FG05-623 cho vùng mía tỉnh Tây Ninh và FG05-256 cho vùng khô hạn tỉnh Khánh Hòa với năng suất mía và đường vượt đối chứng K95-84. Đồng thời, nghiên cứu đã bước đầu làm sáng tỏ mối liên hệ giữa sự gia tăng biểu hiện gen P5CS với phản ứng chống chịu khô hạn ở cấp độ phân tử của các giống mía triển vọng, cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng phục vụ công tác nghiên cứu và lai tạo giống mía tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Đặt vẫn đề Cây mía (Saccharum officinarum L.) là cây nguyên liệu chủ lực cho ngành công nghiệp sản xuất đường. Đông Nam Bộ là một trong những vùng trồng mía lớn với diện tích mía nguyên liệu hàng năm trên 20. Trong đó, tỉnh Tây Ninh có 15.600 ha mía cung cấp nguyên liệu cho ba nhà máy đường Thành Thành Công Tây Ninh, Biên Hòa va Nước Trong, với tổng công suất 15. Tuy nhiên, diện tích mía trong những năm gan đây liên tục giảm do biến đổi khí hậu gây nên hạn hán, không có nước tưới, nhiều diện tích mía bị khô hạn nên hiệu quả từ cây mía không cao so với các cây trồng khác như sắn, rau màu và cây ăn quả.

Khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ, tỉnh Khánh Hòa là một trong những vùng mía trọng điểm, toàn tỉnh có khoảng 23.180 ha đất trồng mía. Đây là khu vực có điều kiện tự nhiên không thuận lợi, đất xấu, thường gặp hạn nên năng suất, chất lượng mía thấp nhất trong cả nước (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2017). Trong sản xuất mía đường, giống luôn giữ vai trò quan trọng. Giống mía tốt không chỉ cho năng suất sinh khối cao, hàm lượng đường cao mà còn khắc phục được nhiều nhược điểm của sản xuất, chế biến và chống chịu được những điều kiện bat lợi.

Tuy nhiên, các giống mía đang phô biến trong sản xuất hiện nay phan lớn là các giống thương mại nhập nội từ các nước sản xuất mía khác như Trung Quốc, Thái Lan và chủ yếu được chọn dựa vào năng suất thương mại được công bố ở các nước bản địa. Thêm vào đó, biến đổi khí hậu đang ngày càng trở nên gay gắt. Các khu vực trồng mía đang chịu sự thay đổi bat thường của điều kiện môi trường như các dot hạn, mặn, ngập úng và sâu, bệnh với tần suất ngày càng dày hơn. Đặc biệt là vấn đề hạn đang ngày càng trở nên nghiêm trọng, nhất là đối với cây mía vì đây là loài cây có sinh trưởng, năng suất và chất lượng phụ thuộc rất lớn vào lượng nước được cung cấp (Saliendra & Singh, 2002; Balasubramanian & Mohanty, 2011; Ahmad & Khaliq, 2011; Mwale va ctv.

Điều này dang đặt ra những rủi ro rat lớn cho người nông dân và các doanh nghiệp mía đường trong đâu tư canh tác và sản xuât. Do đó, điêu cấp thiết hiện nay là tuyên chọn được các giống mía tiềm năng từ những tập đoàn giống mía tốt trên thé giới. Trong đó, cần lưu ý xác định các giống mía phù hợp với điều kiện sinh thái của từng vùng sản xuất mía khác nhau tại Việt Nam. Mặt khác, cần cân nhắc tuyên chon ra các giống mía, vừa có năng suất và phâm chất cao trong điều kiện canh tác bình thường, vừa có khả năng chống chịu tốt, duy trì năng suất và phẩm chất trong điều kiện khô hạn bất lợi để ôn định sản xuất và giảm rủi ro cho người nông dân và doanh nghiệp trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày càng gay gắt hiện nay.

Trong công tác chọn giống, hiện nay cần thiết phải áp dụng kết hợp kỹ thuật truyền thong (theo dõi ngoài đồng) và các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại (phân tích DNA, các thành phan protein, thiết lập môi quan hệ di truyền). Dé đáp ứng nhu cầu cấp thiết trên và góp phan nâng cao năng suất, chất lượng, và ôn định sản xuất mía trong vùng Đông Nam Bộ cũng như Duyên hải Nam Trung bộ nói riêng và cả nước nói chung, đề tài “Tuyển chọn giống mía (Saccharum officinarum L.