Tài liệu Luận án tiến sĩ đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số tổ hợp ngô lai và biện pháp kỹ thuật cho tổ hợp lai triển vọng phục vụ sản xuất ngô vùng đông bắc

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn trong luận án đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Dương Thị Nguyên iii MỤC LỤC Lời cam đoan............................................................................................................ i Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii Mục lục .................................................................................................................. iii Tài liệu tham khảo ................................................................................................. vii Phụ lục .................................................................................................................. vii Danh mục các chữ viết tắt..................................................................................... viii Danh mục các bảng ................................................................................................ ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 3 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ....................................................................... 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ........................................................................ 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................... 4 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................... 5 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài .............................................................................. 5 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam .......................................... 6 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ........................................................ 6 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ......................................................... 8 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô vùng Đông Bắc ................................................... 9 1.3. Ưu thế lai và giống ngô lai .......................................................................... 11 1.3.1. Khái niệm ưu thế lai .............................................................................. 11 1.3.2. Phân loại giống ngô lai .......................................................................... 12 1.3.2.1. Giống lai không qui ước (Non- conventional hybrid) ...................... 12 1.3.2.2. Giống ngô lai qui ước (Conventional hybrid) .................................. 13 1.3.3. Khái niệm và phương pháp đánh giá khả năng kết hợp .......................... 14 1.3.3.1. Khái niệm dòng tự phối ................................................................... 14 1.3.3.2. Khái niệm dòng thuần ..................................................................... 14 iv 1.3.3.3. Khái niệm về khả năng kết hợp ....................................................... 15 1.3.3.4. Các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp .................................. 16 1.3.4. Những tiến bộ trong chọn tạo giống ngô ở Việt Nam ............................ 19 1.4. Tình hình nghiên cứu về mật độ và khoảng cách trồng ngô trên thế giới và Việt Nam ................................................................................................ 21 1.4.1. Tình hình nghiên cứu về mật độ và khoảng cách trồng ngô trên thế giới ...... 21 1.4.2. Tình hình nghiên cứu về mật độ và khoảng cách trồng ngô ở Việt Nam....... 23 1.5. Tình hình nghiên cứu về thời vụ gieo trồng ngô trên thế giới và Việt Nam ......... 25 1.5.1. Tình hình nghiên cứu về thời vụ gieo trồng ngô trên thế giới................. 25 1.5.2. Tình hình nghiên cứu về thời vụ gieo trồng ngô ở Việt Nam ................. 32 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 36 2.1. Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 36 2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 36 2.2.1. Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học của các THL tạo ra bằng phương pháp luân giao trong điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc ............ 36 2.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ khoảng cách đến sinh trưởng phát triển và năng suất của giống ngô lai NL36 (tên gọi mới của THL IL3 x IL6) trong điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc ............................... 37 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời vụ trồng đến sinh trưởng - phát triển và năng suất của giống ngô lai NL36 trong điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc ....................................................................................... 37 2.2.4. Xây dựng mô hình trình diễn cho giống ngô lai NL36 tại vùng Đông Bắc..... 37 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 37 2.3.1. Thí nghiệm 1: Nghiên cứu một số đặc điểm nông sinh học của 15 THL tạo ra bằng phương pháp luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên và huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ .............................. 37 2.3.2. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ khoảng cách đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống ngô lai NL36 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc............................................................................ 39 v 2.3.3. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời vụ trồng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của giống ngô lai NL36 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ................................................................................ 40 2.3.4. Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp theo dõi.................................. 40 2.3.5. Xây dựng mô hình trình diễn giống ngô lai NL36 tại vùng Đông Bắc ....... 44 2.4. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................... 44 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 45 3.1. Kết quả nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai (THL) tạo ra bằng phương pháp luân giao tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ............. 45 3.1.1. Các giai đoạn sinh trưởng và phát dục chính của các THL luân giao vụ Xuân 2009 và vụ Thu 2008, 2009 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ........... 45 3.1.1.1. Thời gian từ gieo đến trỗ cờ của các THL luân giao ........................ 45 3.1.1.2. Thời gian từ gieo đến tung phấn của các THL luân giao.................. 47 3.1.1.3. Thời gian từ gieo đến phun râu của các THL luân giao ................... 48 3.1.1.4. Thời gian sinh trưởng (TGST) của các THL luân giao .................... 49 3.1.2. Một số đặc điểm hình thái của các THL luân giao vụ Xuân 2009 và vụ Thu 2008, 2009 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ................................. 50 3.1.2.1. Chiều cao cây của các THL luân giao ............................................. 50 3.1.2.2. Chiều cao đóng bắp của các THL luân giao..................................... 53 3.1.2.3. Số lá/cây của các THL luân giao ..................................................... 53 3.1.2.4. Chỉ số diện tích lá (CSDTL) của các THL luân giao ....................... 54 3.1.3. Khả năng chống chịu của các THL luân giao vụ Xuân 2009 và Thu 2008, 2009 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc............................................... 54 3.1.3.1. Khả năng chống chịu sâu bệnh của các THL luân giao .................... 57 3.1.3.2. Khả năng chống đổ rễ, gãy thân của các THL luân giao .................. 58 3.1.4. Trạng thái cây, trạng thái bắp và độ bao bắp của các THL luân giao vụ Xuân 2009 và vụ Thu 2008, 2009 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ...... 59 3.1.5. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các THL luân giao vụ Xuân 2009 và vụ Thu 2008, 2009 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ...... 61 vi 3.1.5.1. Chiều dài bắp .................................................................................. 61 3.1.5.2. Đường kính bắp .............................................................................. 62 3.1.5.3. Số hàng hạt/bắp ............................................................................... 62 3.1.5.4. Số hạt/hàng ..................................................................................... 63 3.1.5.5. Khối lượng 1000 hạt ....................................................................... 63 3.1.5.6. Năng suất thực thu của các THL luân giao ....................................... 66 3.1.6. Kết quả đánh giá khả năng kết hợp (KNKH) tính trạng năng suất của các dòng tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ........................................................ 68 3.2. Kết quả nghiên cứu về mật độ khoảng cách trồng cho giống NL36 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc..................................................................... 71 3.2.1. Ảnh hưởng của mật độ khoảng cách gieo trồng đến các giai đoạn sinh trưởng chính của giống ngô lai NL36 ...................................... 72 3.2.2. Một số đặc điểm hình thái của giống NL36 ........................................ 73 3.2.3. Khả năng chống chịu của giống NL36 ............................................... 75 3.2.4. Các yếu tố cấu thành năng suất của giống NL36 ................................ 78 3.2.5. Năng suất thực thu của giống NL36 vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ....................................................... 81 3.3. Kết quả nghiên cứu về thời vụ gieo trồng cho giống NL36 vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ................................... 84 3.3.1. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến các thời kỳ sinh trưởng và phát dục chính của giống NL36 vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc.............................................................. 84 3.3.2. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến đặc điểm hình thái của giống ngô lai NL36 vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ....................................................................... 86 3.3.3. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến tỷ lệ nhiễm sâu bệnh và đổ gãy của giống ngô lai NL36 ........................................................... 89 3.3.4. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống ngô lai NL36 ........................................................... 92 vii 3.3.5. Ảnh hưởng của thời vụ trồng đến năng suất thực thu của giống ngô lai NL36 trong vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc .............................................................................. 94 3.4. Kết quả xây dựng mô hình tại một số tỉnh vùng Đông Bắc .......................... 96 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 101 1. Kết luận........................................................................................................ 101 2. Đề nghị ........................................................................................................ 101 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ được viết tắt CCC Chiều cao cây CCĐB Chiều cao đóng bắp CIMMYT International Maize and Wheat improvement centre (Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế) cs Cộng sự CSDTL Chỉ số diện tích lá CV Coefficient of variation (Hệ số biến động) FAO Food Agriculture Oganization (Tổ chức Nông Lương thực) GCA General Combining Ability (Khả năng kết hợp chung) KL1000 Khối lượng 1000 hạt LAI Leaf area index (chỉ số diện tích lá) LSD Leat significant difference (sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa) NL36 Nông lâm 36 NSTT Năng suất thực thu PTNT Phát triển nông thôn RCBD Randomized Complete Block Design (Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh) THL Tổ hợp lai TGST Thời gian sinh trưởng SCA Specific Combining Ability (Khả năng kết hợp riêng) USDA United State Department of Agriculture (Bộ Nông nghiệp Mỹ) ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, lúa mì, lúa nước của thế giới giai đoạn 1961 - 2010 ............................................................................. 6 Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam giai đoạn 1975 - 2010 ...................... 9 Bảng 1.3. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô vùng Đông Bắc từ 2008 - 2010 ...... 10 Bảng 2.1. Các THL được tạo ra bằng phương pháp lai luân giao ........................... 36 Bảng 3.1. Các giai đoạn sinh trưởng của các THL luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên .................................................................. 46 Bảng 3.2. Các giai đoạn sinh trưởng của các THL luân giao tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ ............................................................................... 47 Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái của các THL luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên ........................................................................ 51 Bảng 3.4. Đặc điểm hình thái của các THL luân giao tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ ......................................................................................... 52 Bảng 3.5. Tỷ lệ nhiễm sâu bệnh và đổ gãy của các THL luân giao tại Đại học Nông lâm Thái Nguyên ........................................................................ 55 Bảng 3.6. Tỷ lệ nhiễm sâu bệnh và đổ gãy của các THL luân giao tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ ....................................................................... 56 Bảng 3.7. Trạng thái cây, trạng thái bắp và độ bao bắp của các THL luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên ........................................... 60 Bảng 3.8. Trạng thái cây, trạng thái bắp và độ bao bắp của các THL luân giao tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ ........................................................ 61 Bảng 3.9. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các THL luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên ............................ 64 Bảng 3.10. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các THL luân giao tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ ................................ 65 Bảng 3.11. Giá trị khả năng kết hợp chung (ĝi), riêng (ŝij) và phương sai
2sij ) về tính trạng năng suất tại trường Đại học KNKH riêng ( σ Nông lâm Thái Nguyên ........................................................................ 69 Bảng 3.12. Giá trị khả năng kết hợp chung (ĝi), riêng (ŝij) và phương sai
2sij) về tính trạng năng suất tại huyện Lâm Thao, KNKH riêng ( σ tỉnh Phú Thọ ......................................................................................... 70 x Bảng 3.13. Ảnh hưởng của mật độ khoảng cách trồng đến các giai đoạn sinh trưởng của giống NL36 năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ........ 72 Bảng 3.14. Đặc điểm hình thái của giống NL36 với mật độ khoảng cách khác nhau năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ..................................... 74 Bảng 3.15. Tỷ lệ nhiễm sâu bệnh và đổ gãy của giống NL36 với mật độ khoảng cách khác nhau năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ........ 77 Bảng 3.16. Các yếu tố cấu thành năng suất của giống NL36 với mật độ khoảng cách khác nhau năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ........ 80 Bảng 3.17. Năng suất thực thu của giống NL36 với mật độ khoảng cách khác nhau năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc ..................................... 83 Bảng 3.18. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến các giai đoạn sinh trưởng của giống NL36 trong vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc .............................................................................. 85 Bảng 3.19. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến đặc điểm hình thái của giống ngô lai NL36 trong vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh Đông Bắc....................................................................................... 87 Bảng 3.20. Ảnh hưởng của thời vụ trồng đến tỷ lệ nhiễm sâu bệnh và đổ gãy của giống NL36 .................................................................................... 90 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến các yếu tố cấu thành năng suất của giống ngô lai NL36 trong vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc.............................................................. 93 Bảng 3.22. Ảnh hưởng của thời vụ gieo trồng đến năng suất thực thu của giống ngô lai NL36 trong vụ Xuân và vụ Thu năm 2010 tại một số tỉnh vùng Đông Bắc...................................................................................... 94 Bảng 3.23. Đặc điểm hình thái, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống NL36 tại huyện Võ Nhai, tỉnh Thái Nguyên ........................ 97 Bảng 3.24. Đặc điểm hình thái, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống lai NL36 tại huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang .............. 98 Bảng 3.25. Đặc điểm hình thái, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống lai NL36 tại huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn .......................... 99 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây ngô (Zea may L.) là một trong những cây cốc quan trọng nhất cung cấp lương thực cho loài người và thức ăn cho gia súc. Ngô là nguyên liệu cho các nhà máy chế biến lương thực - thực phẩm - dược phẩm và là nguyên liệu lý tưởng để tạo ra năng lượng sinh học. Ngô là mặt hàng nông sản xuất khẩu thu về ngoại tệ cho nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ. Với giá trị kinh tế cao và khả năng thích ứng rộng, cây ngô đã được trồng ở hầu hết các vùng trên trái đất. Năm 2010, diện tích trồng ngô trên thế giới đạt 162,32 triệu ha, năng suất trung bình đạt 5,06 tấn/ha, tổng sản lượng đạt 820,62 triệu tấn. Trong đó, Mỹ là nước có diện tích lớn nhất với 32,45 triệu ha, năng suất đạt 9,59 tấn/ha, sản lượng đạt 316,17 triệu tấn, đứng thứ hai là Trung Quốc với diện tích 32,45 triệu ha, năng suất 5,33 tấn/ha và sản lượng 173,0 triệu tấn (USDA, 2011) [112]. Nhu cầu ngô của thế giới được dự báo là sẽ là 852 triệu tấn vào năm 2020 (IFPRI, 2003) [76], tăng 45% so với năm 1997, riêng Đông Nam Á nhu cầu tăng 70% so với năm 1997 (CIMMYT, 2008) [62] và sẽ là 1 tỷ tấn vào năm 2020. Hơn 80% nhu cầu ngô của thế giới tăng tập trung ở các nước đang phát triển và chỉ khoảng 10% từ các nước công nghiệp (FAOSTAT, 2007) [107]. Các nước đang phát triển sẽ phải tự đáp ứng nhu cầu của mình trên diện tích ngô hầu như không tăng (James, 2010) [77]. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa. Tại một số tỉnh miền núi phía bắc như Sơn La, Hà Giang, Cao Bằng và Lào Cai ngô là cây lương thực số 1 (Năm 2010 Sơn La có diện tích trồng lúa là 42.400 ha và ngô là 132.700 ha; Hà Giang diện tích trồng lúa là 36.500 ha và ngô là 47.600 ha; Cao Bằng diện tích trồng lúa là 30.400 ha, ngô là 38.400 ha; Lào Cai diện tích trồng lúa là 29.900 ha, ngô là 31.100 ha) (Tổng cục thống kê, 2011) [34]. Do ưu thế của các giống ngô lai về năng suất và hiệu quả kinh tế cao nên từ năm 1990 Việt Nam bắt đầu trồng các giống ngô lai và phát triển liên tục cho đến ngày nay. Năm 2010 diện tích ngô lai đã chiếm 2 hơn 90% diện tích trồng ngô cả nước. Đây là một tốc độ phát triển nhanh so với các nước có nghề trồng ngô trên thế giới. Những năm gần đây, sản xuất ngô ở nước ta đã có nhiều thay đổi. Việc sử dụng các giống ngô lai trong sản xuất, đồng thời áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến đã góp phần đưa năng suất và sản lượng ngô tăng cao. Tuy nhiên năng suất ngô trung bình ở nước ta vẫn còn thấp so với trung bình trên thế giới và trong khu vực. Năm 2010 năng suất ngô của Việt Nam đạt 40,9 tạ/ha (Tổng cục thống kê, 2011) [34] chỉ bằng 81,3% năng suất ngô của Trung Quốc, 42,6% của Mỹ và 80,8% năng suất trung bình của thế giới (FAOSTAT, 2011) [109]. Theo chiến lược của Bộ Nông nghiệp & PTNT đến năm 2020 sản lượng ngô của Việt Nam cần đạt 8 - 9 triệu tấn/năm để đảm bảo cung cấp đầy đủ cho nhu cầu sử dụng trong nước và từng bước tham gia xuất khẩu. Trong các vùng sinh thái nông nghiệp của Việt Nam, Đông Bắc là vùng có diện tích trồng ngô lớn nhất Việt Nam (năm 2010 là 196.200 ha chiếm 17,41% diện tích trồng ngô cả nước) nhưng năng suất bình quân vùng này đạt thấp (34,23 tạ/ha) bằng 83,7% năng suất bình quân chung của cả nước (Tổng cục thống kê, 2011) [34]. Sản xuất ngô vùng Đông Bắc gặp khá nhiều khó khăn, vì phần lớn diện tích ngô được trồng trên đất dốc, phụ thuộc chủ yếu vào nước trời, đầu tư thâm canh thấp, một số tỉnh sử dụng giống địa phương và giống thụ phấn tự do còn cao (35 55%) đây là nguyên nhân làm cho năng suất ngô thấp hơn một số vùng sinh thái khác (Sở NN & PTNT Hà Giang, 2011; Sở NN & PTNT Cao Bằng, 2011) [19], [20]. Những nghiên cứu về các yếu tố sinh học, sinh thái, biện pháp kỹ thuật canh tác cho việc phát triển ngô ở vùng Đông Bắc đến nay còn ít và rất tản mạn, không có hệ thống, ít được ứng dụng vào thực tiễn sản suất. Công tác khuyến nông, chuyển giao tiến bộ kỹ thuật về giống mới và các biện pháp canh tác thiếu đồng bộ, chưa thật phù hợp với điều kiện sinh thái và kinh tế của vùng, dẫn đến hiệu quả chưa cao. Để đáp ứng nhu cầu về ngô ngày càng tăng của vùng và các vùng khác trong cả nước và tiến tới cho xuất khẩu, cần thiết phải đưa thêm vào sản xuất các giống 3 ngô lai mới có năng suất cao, có thời gian sinh trưởng trung bình sớm để phù hợp với điều kiện sinh thái và cơ cấu mùa vụ của vùng Đông Bắc. Đồng thời cần nghiên cứu và áp dụng những biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến như thời vụ, mật độ gieo trồng, phân bón và phòng trừ sâu bệnh… Trong đó việc xác định thời vụ gieo trồng thích hợp, tránh được hạn đầu vụ Xuân, rét và hạn cuối vụ Thu; xác định được mật độ và khoảng cách gieo trồng phù hợp là vấn đề cần thiết, ít chi phí đầu tư, dễ được người dân chấp nhận và có tính khả thi cao. Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên tôi tiến hành đề tài “Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của một số tổ hợp ngô lai và biện pháp kỹ thuật cho tổ hợp lai triển vọng phục vụ sản xuất ngô vùng Đông Bắc” là có tính cấp thiết và thời sự, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhằm đưa giống ngô lai mới của Việt Nam kết hợp với một số biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp có tính khả thi vào sản xuất, góp phần nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất ngô vùng Đông Bắc. 2. Mục tiêu của đề tài 1. Xác định được THL ưu tú có thời gian sinh trưởng trung bình sớm, cho năng suất cao và ổn định, thích nghi với điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc. 2. Xác định được một số biện pháp kỹ thuật canh tác như: Mật độ khoảng cách và thời vụ gieo trồng cho THL được lựa chọn ở một số tỉnh vùng Đông Bắc. 3. Xây dựng mô hình trình diễn THL ưu tú với biện pháp kỹ thuật phù hợp, nhằm giới thiệu cho người trồng ngô, nâng cao hiệu quả kinh tế sản xuất ngô. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho công tác chọn tạo giống ngô lai đạt hiệu quả cao hơn. - Bổ sung thêm dữ liệu khoa học về các giống ngô lai và một số biện pháp kỹ thuật canh tác phù hợp với điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Xác định được 2 dòng ngô thuần là IL3 và IL6 có khả năng kết hợp chung và phương sai khả năng kết hợp riêng cao làm vật liệu tạo giống ngô lai cho vùng Đông Bắc. 4 - Xác định được THL IL3 x IL6, bước đầu đặt tên là Nông Lâm 36 (NL36) có thời gian sinh trưởng trung bình sớm; có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt; khả năng chống chịu với một số loại sâu bệnh hại ngô chính khá; chống đổ gãy tốt; cho năng suất cao và ổn định; thích nghi với điều kiện sinh thái vùng Đông Bắc. - Xác định được mật độ 7 vạn cây/ha với khoảng cách 50 x 28 cm và thời vụ gieo trồng trong vụ Xuân là từ đầu đến cuối tháng 2 dương lịch; vụ Thu từ đầu đến trung tuần tháng 8 dương lịch phù hợp cho giống NL36 ở các tỉnh vùng núi Đông Bắc. - Góp phần bổ sung thêm vào tập đoàn giống ngô lai, chuyển đổi cơ cấu cây trồng cho các tỉnh vùng Đông Bắc. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu, đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất của 15 THL được tạo ra từ 6 dòng thuần theo phương pháp luân giao tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, huyện Lâm Thao tỉnh Phú Thọ. - Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác cho giống NL36 thực hiện tại trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên; huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn; huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang. - Xây dựng mô hình trình diễn giống NL36 được thực hiện tại huyện Võ Nhai tỉnh Thái Nguyên; huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn; huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang. - Thời gian nghiên cứu: Từ vụ Thu 2008 đến vụ Xuân 2011. 5 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài Cây ngô có những đóng góp to lớn cho con người, bởi cây ngô cũng được con người chọn làm đối tượng và đầu tư nghiên cứu toàn diện, đặc biệt về di truyền, chọn tạo giống và các biện pháp thâm canh. Đầu thế kỷ 20 đánh dấu một bước ngoặt lịch sử trong nghề trồng ngô với sự xuất hiện của ngô lai - một tiến bộ kỹ thuật thành công nhất trong việc ứng dụng thuyết ưu thế lai vào sản xuất. Các nhà khoa học đã thành công trong việc lai tạo ra những giống ngô lai mới có năng suất cao, chất lượng tốt. Đặc biệt là những giống ngô lai mới có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất thuận như hạn, rét, mật độ dày, thiếu đạm, sâu bệnh… Tuy nhiên việc tăng cường khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận thông qua quá trình lai tạo là một vấn đề không dễ dàng vì phải thay đổi đặc điểm sinh lý, sinh hóa cũng như đặc điểm hình thái liên quan đến khả năng chống chịu của cây. Ở Việt Nam cũng như các nước đang phát triển đánh giá khả năng cho năng suất, khả năng chống chịu của các vật liệu tạo giống và các giống mới chủ yếu theo phương pháp truyền thống, phương pháp này tuy tốn nhiều thời gian nhưng không đòi hỏi chi phí lớn mà vẫn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Đông Bắc là vùng có diện tích trồng ngô lớn nhất Việt Nam nhưng năng suất bình quân lại đạt thấp hơn năng suất bình quân chung của cả nước. Hiện nay, một số tỉnh sử dụng giống địa phương và giống thụ phấn tự do còn cao. Các giống ngô lai được trồng nhiều ở vùng này lại chủ yếu là các giống ngô lai của các công ty giống nước ngoài như Monsanto, Syngenta, Bioseed... được nhập nội hoặc sản xuất tại Việt Nam và không phải tất cả các giống nhập nội đều có khả năng thích ứng tốt với điều kiện sinh thái của Việt Nam. Tuy nhiên, các giống ngô lai được tạo ra trong nước chiếm diện tích không đáng kể (< 10%). Vì vậy, việc lai tạo và khảo sát tổ hợp lai ngay tại một số tỉnh vùng Đông Bắc nhằm chọn ra những giống ngô lai có năng suất cao và thích ứng với điều kiện sinh thái của vùng là yêu cầu thiết thực và cấp bách nhằm phát triển sản xuất ngô vùng Đông Bắc. Đồng thời cần nghiên cứu các 6 biện pháp kỹ thuật tiên tiến, đặc biệt là cần nghiên cứu xác định thời vụ và mật độ khoảng cách gieo trồng phù hợp với điều kiện đất đai và truyền thống canh tác của vùng là vấn đề cần thiết có tính khả thi cao vì hai biện này đơn giản dễ thực hiện, chi phí thấp phù hợp với điều kiện kinh tế của bà con nông dân miền núi mà vẫn cho năng suất cao nên dễ dàng được họ chấp nhận. 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Ngô là cây cốc lâu đời và phổ biến nhất trên thế giới, không cây nào có thể sánh kịp với cây ngô về tiềm năng năng suất hạt, về quy mô, hiệu quả ưu thế lai (Ngô Hữu Tình và cs, 1997) [32]. Ngô còn là cây điển hình được ứng dụng nhiều thành tựu khoa học về các lĩnh vực di truyền học, chọn giống, công nghệ sinh học, cơ giới hoá, điện khí hoá và tin học... vào công tác nghiên cứu và sản xuất (Ngô Hữu Tình, 1997) [31]. Do vậy diện tích, năng suất ngô liên tục tăng trong những năm gần đây. Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, lúa mì, lúa nước của thế giới giai đoạn 1961 - 2010 Ngô Năm D.tích (triệu ha) Lúa mì Sản N.suất lượng (tấn/ha) (triệu tấn) D.tích (triệu ha) Lúa nước Sản N.suất lượng (tấn/ha) (triệu tấn) D.tích (triệu ha) Sản N.suất lượng (tấn/ha) (triệu tấn) 1961 104,8 1,9 204,2 200,9 1,1 219,2 115,3 1,9 215,3 2004 145,0 4,9 714,8 217,2 2,9 625,1 150,6 4,0 595,8 2005 145,6 4,8 696,3 218,5 2,8 621,5 152,6 4,1 622,1 2006 148,6 4,7 704,2 212,3 2,8 593,2 153,0 4,1 622,2 2007 159,9 4,95 791,6 217,9 2,8 609,7 154,7 4,2 646,7 2008 156,4 5,03 787,3 224,9 3,03 682,2 155,7 4,3 661,7 2009 155,7 5,19 809,0 225,6 3,01 679,9 155,1 4,3 659,1 2010 162,3 5,06 820,6 222,39 2,91 648,21 158,32 4,3 680,7 Nguồn: FAOSTAT, 2010; USDA, 2011 [108][112] 7 Ngành sản xuất ngô trên thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay. Năm 2010, diện tích ngô đã vượt qua lúa nước, với 162,3 triệu ha, năng suất 5,06 tấn/ha và sản lượng đạt kỷ lục 820,6 triệu tấn. Trong hơn 40 năm qua, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu. So với năm 1961, năm 2010, năng suất ngô trung bình của thế giới tăng thêm 31,6 tạ/ha (từ hơn 19,0 tạ/ha lên 50,6 tạ/ha), lúa nước tăng 24 tạ/ha (từ 19,0 lên 43 tạ/ha), còn lúa mỳ thêm 19 tạ/ha (từ 10,9 lên 29,1 tạ/ha) (FAOSTAT, 2010; USDA, 2011) [108], [112]. Có được kết quả trên, trước hết là nhờ ứng dụng rộng rãi lý thuyết ưu thế lai trong chọn tạo giống, đồng thời không ngừng cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác. Đặc biệt, từ năm 1996 đến nay, cùng với những thành tựu mới trong chọn tạo giống ngô lai nhờ kết hợp phương pháp truyền thống với công nghệ sinh học thì việc ứng dụng công nghệ cao trong canh tác cây ngô đã góp phần đưa sản lượng ngô thế giới vượt lên trên lúa mì và lúa nước. Trong những năm gần đây cây trồng biến đổi gen đặc biệt là cây ngô đã mang lại những lợi ích ổn định và bền vững về kinh tế, môi trường, làm tăng sản lượng nông nghiệp, cải thiện đời sống người nông dân cho nên ngày càng được nhiều quốc gia ủng hộ và phát triển. Diện tích trồng cây biến đổi gen trên toàn cầu năm 2009 đạt 134 triệu ha trên tổng số 25 quốc gia, trong đó diện tích trồng ngô biến đổi gen đạt 42,0 triệu ha trên tổng số 16 quốc gia. Từ năm 1996 đến năm 2009, diện tích trồng ngô biến đổi gen trên toàn thế giới liên tục gia tăng và đạt 26,4% trong năm 2009 (James, 2010) [77]. Năm 2009 đánh dấu sự chuyển đổi từ thế hệ cây trồng biến đổi gen thế hệ thứ nhất sang thế hệ thứ 2, lần đầu tiên nâng cao năng suất thu hoạch một cách thực chất trong đó đậu tương RReady2 YieldTM là một trong những giống cây trồng biến đổi gen thế hệ mới đầu tiên. Ngô SmartStax ở Mỹ và Canada có chứa 8 gen qui định 3 tính trạng, dự đoán sẽ đạt 1,0 - 1,5 triệu ha trong năm 2010 (James, 2010) [77]. Năm 2009, Trung Quốc đã cấp giấy an toàn sinh học cho giống ngô phytase được phát triển trong nước. Ngô phytase giúp cho lợn hấp thu được nhiều photpho hơn, giúp chúng lớn nhanh đồng thời giảm lượng photpho còn tồn tại trong chất thải 8 của động vật. Ngô phytase có tiềm năng đem lại lợi ích trực tiếp cho 100 triệu hộ nông dân trồng ngô ở Trung Quốc. Với 92,8% diện tích trồng các giống được tạo ra bằng công nghệ sinh học, năng suất ngô nước Mỹ năm 2009 đạt hơn 10,34 tấn/ha trên diện tích 32,21 triệu ha (USDA, 2009) [111]. 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Năng suất ngô Việt Nam những năm 1960 - 1970 đạt 0,8 - 1,0 tấn/ha, với diện tích chưa đến 300 nghìn ha; đến đầu những năm 1980 năng suất cũng chỉ đạt khoảng 1,1 tấn/ha và sản lượng hơn 400.000 tấn, do vẫn trồng các giống ngô địa phương năng suất thấp với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ năm 1980, nhờ hợp tác với Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT), nhiều giống ngô cải tiến đã được đưa vào trồng ở nước ta, góp phần nâng năng suất lên gần 1,55 tấn/ha vào năm 1990. Ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay do không ngừng mở rộng diện tích trồng giống ngô lai trong sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác đáp ứng theo nhu cầu của giống mới. Năm 1991, diện tích trồng giống ngô lai chỉ chiếm chưa đến 1% trong 430 nghìn ha ngô thì năm 2005, giống ngô lai đã chiếm khoảng 90% diện tích trong hơn 1 triệu ha ngô của cả nước, trong đó giống được cung cấp do các cơ quan nghiên cứu trong nước chọn tạo và sản xuất chiếm khoảng 50 - 55%, còn lại là của các công ty hạt giống ngô lai hàng đầu thế giới. Một số giống ngô lai được dùng chủ yếu ở vùng núi hiện nay như LVN99, LVN4, LVN61, DK888, DK999, B9698, NK54, NK4300, NK66, NK67, VN8960... Năm 2010 diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam đạt khá cao: Diện tích trồng ngô là 1.126.900 ha, năng suất 40,9 tạ/ha, sản lượng 4.606.800 tấn (Tổng cục thống kê, 2011) [34]. Mặc dù thế Việt Nam vẫn phải nhập khẩu ngô do nhu cầu dùng ngô để chế biến thức ăn chăn nuôi tăng mạnh trong những năm gần đây. Các giống ngô lai có tiềm năng năng suất cao đã và đang được phát triển ở những vùng ngô trọng điểm, vùng thâm canh, tưới tiêu chủ động, những vùng đất phì nhiêu như: Đồng bằng sông Hồng, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Đồng bằng sông Cửu Long. Ở Việt Nam, những năm gần đây cây ngô chuyển gen cũng đã được quan tâm và nghiên cứu, chủ yếu tập trung vào gen kháng sâu đục thân và kháng thuốc trừ cỏ. 9 Năm 2010, Việt Nam đã chính thức cho phép công ty TNHH Syngenta Việt Nam và công ty Monsanto Thái Lan được khảo nghiệm hạn chế, đánh giá rủi ro đối với đa dạng sinh học và môi trường của cây ngô chuyển gen (Bộ Nông nghiệp & PTNT, 2010) [2]. Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam giai đoạn 1975 - 2010 Năm 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Diện tích (nghìn ha) 267,6 389,6 392,2 431,8 556,8 730,2 1.052,6 1.033,1 1.096,1 1.125,9 1.086,8 1.126,9 Năng suất (tạ/ha) 10,42 11,00 14,90 15,50 21,30 27,50 36,00 37,30 39,30 40,20 40,80 40,90 Sản lượng (nghìn tấn) 278,4 428,8 584,9 671,0 1.184,2 2.005,9 3.787,1 3.854,6 4.303,2 4.531,2 4.431,8 4.606,8 Nguồn: Tổng cục thống kê, 2011 [34] 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô vùng Đông Bắc Vùng Đông Bắc bao gồm 9 tỉnh (Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Thái Nguyên, Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bắc Giang và Phú Thọ), là vùng trồng ngô có diện tích lớn nhất Việt Nam. Diện tích trồng ngô năm 2010 của vùng Đông Bắc là 196.200 ha, tuy diện tích lớn nhưng phân bố rải rác, đất trồng ngô có địa hình phức tạp, chủ yếu là đất phiêng bãi, thung lũng, thềm sông suối, độ cao so với mặt nước biển thay đổi từ vài trăm mét (Lạng Sơn) đến hơn nghìn mét (cao nguyên Đồng Văn - Hà Giang). Khí hậu của vùng Đông Bắc thường khắc nghiệt, hạn và rét kéo dài, lượng mưa không phân bố đều trong năm, đã ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất ngô của vùng. Mặc dù sản lượng ngô của vùng Đông Bắc chiếm tới 15,3% sản lượng ngô cả nước nhưng mới chỉ cung cấp được cho nhu cầu ngô của vùng, sản xuất ngô 10 hàng hóa chưa nhiều. Phần lớn diện tích trồng ngô của vùng là trồng trên đất dốc và nhờ nước trời, đầu tư thâm canh thấp, một số tỉnh tỷ lệ giống địa phương và giống thụ phấn tự do chiếm 35 - 55%, là nguyên nhân làm cho năng suất ngô đạt thấp hơn các vùng khác. Các giống ngô địa phương và giống thụ phấn tự do tuy năng suất thấp nhưng lại có chất lượng và khả năng chống chịu tốt. Mặt khác đồng bào miền núi vẫn canh tác theo tập quán cũ không thu hoạch ngô khi chín mà để “treo đèn” ngoài đồng, nên các giống ngô lai tuy có năng suất cao nhưng lại không thích hợp với tập quán canh tác này do dễ bị sâu bệnh sau thu hoạch tấn công, gây hại. Tình hình sản xuất ngô của các tỉnh vùng Đông Bắc được trình bày ở bảng 1.3. Bảng 1.3. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô vùng Đông Bắc từ 2008 - 2010 TT Tỉnh Diện tích Năng suất Sản lượng (1.000 ha) (tạ/ha) (nghìn tấn) 2008 2009 2010 2008 2009 2010 2008 2009 2010 1 Hà Giang 46,4 46,8 47,6 24,1 25,9 28,0 111,8 121,2 133,3 2 Cao Bằng 38,4 37,2 38,4 29,3 29,8 29,6 112,5 110,9 113,7 3 Bắc Kạn 16,7 16,0 15,9 35,0 34,9 36,7 58,5 55,8 58,4 4 Tuyên Quang 16,2 14,8 16,6 41,2 42,3 42,3 66,7 62,6 70,2 5 Thái Nguyên 20,6 17,4 17,9 41,1 38,6 42,1 84,7 67,2 75,4 6 Lạng Sơn 20,7 20,2 20,2 45,8 46,0 47,9 94,8 92,9 96,8 7 Quảng Ninh 6,8 6,3 6,6 35,0 36,7 36,4 23,8 23,1 24,0 8 Bắc Giang 15,6 12,0 12,3 32,7 34,1 36,5 51,0 40,9 44,9 9 Phú Thọ 23,1 16,4 20,7 38,7 38,7 43,7 89,4 63,5 90,5 Vùng Đông Bắc 204,5 187,1 196,2 32,29 32,70 34,32 693,2 638,1 707,0 Nguồn: Số liệu 2008 - 2009 của Tổng cục Thống kê, 2011[34]; số liệu 2010 của Sở Nông nghiệp & PTNT các tỉnh miền núi Đông Bắc [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27]. Hà Giang và Cao Bằng là hai tỉnh có diện tích và sản lượng ngô lớn nhất của vùng Đông Bắc, với diện tích trồng ngô năm 2010 tương ứng là 47.600 ha và 38.400 ha, sản lượng đạt 133.300 và 113.700 tấn. Năng suất ngô của Hà Giang và 11 Cao Bằng vẫn còn thấp, do diện tích trồng các giống ngô thụ phấn tự do còn chiếm tỷ lệ lớn trong sản xuất. Diện tích trồng ngô lai của hai tỉnh này chỉ đạt 44,26 và 65,8% (Sở NN & PTNT Hà Giang, 2011; Sở NN & PTNT Cao Bằng, 2011) [19], [20]. Tại vùng Đông Bắc các tỉnh đạt năng suất ngô cao là những tỉnh có diện tích trồng ngô lai trên 95% như Tuyên Quang, Thái Nguyên, Lạng Sơn, Phú Thọ (Sở NN & PTNT Tuyên Quang, 2011, Sở NN & PTNT Thái Nguyên, 2011 Sở NN & PTNT Lạng Sơn, 2011, Sở NN & PTNT Phú Thọ, 2011) [22], [23], [24], [27]. Tuy nhiên các tỉnh này lại ít có khả năng mở rộng diện tích, do đó sản xuất ngô của vùng Đông Bắc đã và đang phát triển chậm hơn so với các vùng ngô khác. 1.3. Ưu thế lai và giống ngô lai 1.3.1. Khái niệm ưu thế lai Charles Darwin trong tác phẩm “Tác động của giao phối và tự phối trong thế giới thực vật” lần đầu tiên (1876) đã đưa ra lý thuyết về ưu thế lai. Qua nghiên cứu những cá thể giao phối và tự phối ở các loài khác nhau như ngô và đậu đỗ, ông nhận thấy sự hơn hẳn của cây giao phối so với cây tự phối về chiều cao cây, tốc độ nảy mầm của hạt, số quả, sức chịu đựng và năng suất. Qua kiểm chứng các nhà khoa học đều nhất quán rằng ưu thế lai là hiện tượng con lai có sức sống mạnh hơn bố mẹ, sinh trưởng và phát triển nhanh hơn, cho năng suất và phẩm chất cao hơn bố mẹ chúng (Taktajan, 1977) [28]. Nhà khoa học đi tiên phong trong lĩnh vực chọn tạo giống ngô lai qui ước là G.H. Shull. Năm 1904 Shull tiến hành tự phối cưỡng bức ở ngô để thu được các dòng thuần và đã tạo ra những giống ngô lai đơn từ những dòng thuần này. Ông là người đầu tiên công bố về năng suất cao hơn hẳn của các giống ngô lai đơn so với các giống ngô khác thời bấy giờ. Những công trình nghiên cứu về ngô lai Shull công bố vào năm 1908 và 1909 đã đánh dấu sự bắt đầu thực sự của chương trình chọn tạo giống ngô lai. Thuật ngữ “heterosis” để chỉ ưu thế lai được Shull sử dụng lần đầu tiên vào năm 1914 trong các tài liệu khoa học (Sprague, 1953) [100]. Ngày nay ưu thế lai được nghiên cứu khá chi tiết từ khái niệm, đến giả thuyết giải thích hiện tượng, đánh giá và duy trì ưu thế lai cũng như việc áp dụng ưu thế lai trong sản xuất.