Đặt vấn 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 và Nước Trong, với tổng công suất 15. Tuy nhiên, diện tích mía trong những năm gần 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 bất lợi.
Tuy nhiên, các giống mía đang phổ biến trong sản xuất hiện nay phần 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 bất thường của điều kiện môi trường như các đợt 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 và ctv.
Điều này đang đặt ra những rủi ro rất lớn cho người nông dân và các doanh nghiệp mía đường trong đầu tư canh tác và sản xuất. Do đó, điều 2 cấp thiết hiện nay là tuyển chọn được các giống mía tiềm năng từ những tập đoàn giống mía tốt trên thế 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 tuyển chọn ra các giống mía, vừa có năng suất và phẩm 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 ổn 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 thống (theo dõi ngoài đồng) và các kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại (phân tích DNA, các thành phần protein, thiết lập mối quan hệ di truyền). Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết trên và góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, và ổn 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.) nhập nội có năng suất cao, thích hợp tại tỉnh Tây Ninh và Khánh Hoà” được thực hiện nhằm khảo sát các giống mía nhập nội có năng suất cao, tuyển chọn ra một số giống chống chịu tốt, thích nghi với hai vùng sinh thái trồng mía khác nhau là hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát 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. Mục tiêu cụ thể - 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; - Tuyển chọn các giống mía có năng suất cao hơn đối chứng 10-15%, chữ đường ≥ 10%; ít trổ cờ, ít đổ ngã, kháng sâu, bệnh cho hai vùng canh tác là hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa; - Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống mía triển vọng dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn.
3 Yêu cầu của đề tài Đánh giá tiềm năng về năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu hạn của các giống mía nhập nội theo quy phạm khảo nghiệm giống mía (QCVN 01- 131:2013/BNN & PTNT) của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2013). Sử dụng 14 primers SSR đánh giá đa dạng di truyền, và phân tích biểu hiện gen P5CS. Các giống mía được chọn phải đồng thời đáp ứng các yêu cầu sau: năng suất mía nguyên liệu cao hơn ít nhất 10% so với giống đối chứng và chữ đường (CCS) cao hơn hoặc bằng 10%. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Các đặc điểm nông học, năng suất, chất lượng, khả năng chịu hạn của 32 giống mía nhập nội tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa.
Phạm vi nghiên cứu - Đánh giá các chỉ tiêu sinh trưởng, các yếu tố cấu thành năng suất và sự đa dạng di truyền của 32 giống mía nhập nội được bố trí tại Trung tâm Nghiên cứu và ứng dụng mía đường Thành Thành Công (xã Thái Bình, huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh). - Khảo nghiệm cơ bản các giống mía tiềm năng thích nghi với điều kiện khí hậu được bố trí tại hai tỉnh Tây Ninh và Khánh Hòa được chọn ra từ thí nghiệm sơ tuyển. - Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống mía triển vọng dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn. Giới hạn đề tài Đề tài được bố trí trong điều kiện tự nhiên tại huyện Châu Thành, tỉnh Tây Ninh và huyện Ninh Hoà, tỉnh Khánh Hoà từ tháng 01/2016 đến 12/2021.
Đề tài chỉ theo dõi các chỉ tiêu sinh trưởng, năng suất của 32 giống mía nhập nội mà không theo dõi đầy đủ các chỉ tiêu chất lượng và chỉ tiêu bảo vệ thực vật một cách hệ thống. 4 Đề tài đánh giá tính chống chịu hạn của 5 giống mía dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn. Tuy nhiên, không theo dõi các chỉ tiêu liên quan đến đặc điểm hình thái và sinh lý. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu đã cho thấy sự tương quan giữa năng suất đường với năng suất mía có tương quan chặt hơn so với chữ đường, và năng suất mía có mối tương quan cao nhất với mật độ cây hữu hiệu.
Các kết quả này tạo tiền đề cho định hướng chọn tạo giống mía nói chung trong điều kiện trồng mía ở Việt Nam. Các kết quả đã cho thấy bộ chỉ thị phân tử SSR (Simple Sequence Repeat) sử dụng trong nghiên cứu có tiềm năng sử dụng hiệu quả cho việc đánh giá đa dạng di truyền của tập đoàn giống khảo nghiệm, với giá trị PIC (Polymorphism Information Content) trung bình là 0,37. Kết quả phân tích của luận án cũng ghi nhận sự gia tăng biểu hiện gen P5CS sau 2 tuần xử lý khô hạn ở 4 trong tổng số 5 giống mía chịu hạn tốt đã tuyển chọn được từ khảo nghiệm cơ bản, cũng như ở giống đối chứng KK3. Các kết quả này cho thấy sự liên hệ giữa mức độ biểu hiện gen P5CS với khả năng chống chịu đối với điều kiện khô hạn ở một số giống mía.
Nghiên cứu đã cung cấp cơ sở dữ liệu về sự biểu hiện gen P5CS của 5 giống mía triển vọng trong điều kiện khô hạn. Ý nghĩa thực tiễn Thông qua các bước sơ tuyển và khảo nghiệm, kết quả nghiên cứu cho phép chọn lọc được hai giống mía năng suất cao và chất lượng tốt phù hợp điều kiện vùng canh tác thuộc tỉnh Tây Ninh và tỉnh Khánh Hòa, có tiềm năng đưa vào sản xuất. Thông qua sơ tuyển và phân tích đa dạng di truyền, nghiên cứu đã xây dựng được cơ sở dữ liệu về hình thái, năng suất và đa dạng di truyền của 32 giống mía nhập nội, làm cơ sở cho công tác lai tạo giống trong tương lai. 5 Tính mới của đề tài Nghiên cứu đã ứng dụng một cách hiệu quả kỹ thuật sinh học phân tử trong đánh giá tính chống chịu hạn của 5 giống mía triển vọng FG05-088, FG05-256, FG05- 623, FG07-320, VMC96-161 và giống đối chứng là KK3 dựa trên sự biểu hiện gen P5CS trong điều kiện khô hạn.
Kết quả đã giúp xác định được các giống FG05-256, FG05-623, VMC96-161 có mức độ biểu hiện của gen P5CS cao trong điều kiện khô hạn. Nghiên cứu đã giúp chọn được hai giống mía FG05-623 và FG05-256 có nhiều ưu điểm vượt trội, phù hợp với từng điều kiện của hai tỉnh Tây Ninh và tỉnh Khánh Hòa, thích hợp để đưa vào sản xuất diện rộng. 6 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu sơ lược cây mía 1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển Mía thuộc ngành có hạt (Spermatophyta), lớp một lá mầm (Monocotyledoneae), họ hòa thảo (Poaceae), chi Saccharum, trong đó mía trồng hiện đại trong sản xuất có tên khoa học là Saccharum officinarum L. Trên thế giới hiện nay có khoảng 30 loài mía, phần lớn phân bố ở vùng Nhiệt đới và Á Nhiệt đới.
Trong đó, 5 loài mía có tầm quan trọng trong sản xuất và lai tạo giống là: Loài Nhiệt đới (Saccharum officinarum L.), loài Trung Quốc (Saccharum sinence Roxb Emend Jesw.), loài Ấn Độ (Saccharum barberi Jesw), loài mía dại thân nhỏ (Saccharum spontaneum L.), loài mía dại thân to (Saccharum robustum Bround and Jesw). Các giống mía hiện đại là giống lai có nguồn gốc từ sự giao thoa khác loài giữa Saccharum officinarum (2n = 80), là loài tích tụ lượng đường cao và các nhóm loài hoang dã Saccharum spontaneum (bộ máy di truyền dao động từ 2n = 40 đến 2n = 128) thường có hàm lượng chất xơ cao đồng thời khả năng chịu các điều kiện bất lợi rất tốt (Piperidis và ctv, 2010; Vieira và ctv, 2018). Các giống lai có mức độ đa bội cao, có những giống bộ nhiễm sắc thể dị bội gồm từ 53 đến 143 nhiễm sắc thể (Ingelbrecht và ctv, 1999), với tổng kích thước bộ gen lên tới trên 10 gigabase. Các nghiên cứu di truyền đã chỉ ra rằng bộ gen các giống mía lai xa chứa khoảng 80% nhiễm sắc thể từ S.
officinarum, 10% nhiễm sắc thể từ S.