Đề tài Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lí của bốn giống ngô (Zea mays linnaeus) có năng suất khác nhau trồng tại Hiệp Hòa, Bắc Giang

ụng nhiều nhất là các nước thuộc khu vực châu Á và châu Mỹ La Tinh. Nói về vai trò của cây ngô chúng ta có thể kể ra như: ngô hạt dùng làm thức ăn cho người và gia súc, râu và thân cây ngô dùng làm thuốc chữa bệnh, ngô bao tử dùng làm rau cao cấp vì nó có hàm lượng dinh dưỡng cao. Bên cạnh đó ngô còn là nguồn nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy sản suất rượu, cồn, tinh bột, dầu, glucôza, bánh kẹo và là hàng hoá xuất khẩu đem lại giá trị kinh tế cao [24]. Nhờ đặc tính sinh lý và vị trí của cây ngô mà ngày nay cây ngô đã được trồng phổ biến ở tất cả các châu lục, thích nghi với các loại hình khí hậu ôn đới, cận nhiệt đới, nhiệt đới thấp và nhiệt đới cao. Trên thế giới ngô là một loại ngũ cốc quan trọng đứng thứ ba sau lúa mì và lúa gạo. Diện tích trồng ngô năm 2007 đạt 157 triệu ha, sản lượng 766,2 triệu tấn [35]. Ở Việt Nam trong những năm gần đây cây ngô cũng đã được chú ý, tuy nhiên sản xuất và trồng ngô ở nước ta vẫn còn nhiều vấn đề cần đặt ra: Năng suất thấp so với trung bình thế giới (khoảng 82%) và rất thấp so với năng suất thí nghiệm. Giá thành sản xuất còn cao, nhu cầu sử dụng ngô của nước ta ngày càng tăng, việc sản xuất ngô trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ nên hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn ngô cho tiêu dùng [23]. Theo số liệu của Hiệp hội thức ăn chăn nuôi Việt Nam, ước tính năm 2010 nước ta phải nhập 1,6 triệu tấn ngô, tăng 350 nghìn tấn so với năm 2009 [43]. Sản phẩm từ ngô còn đơn điệu, công nghệ sau thu hoạch chưa được chú ý đúng mức... Năng suất cây trồng là kết quả tổng hợp giữa kiểu gen (giống) với các yếu tố môi trường được thể hiện ra bên ngoài bằng các chỉ tiêu hình thái, sinh lí và cuối cùng là các chỉ tiêu cấu thành năng suất. Hướng nghiên cứu này cũng đã được một số tác giả Nguyễn Văn Mã và CS [17], Nguyễn Văn Đính, Nguyễn Như Khanh [7], Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Đạt Kiên [9] tiến hành trên đối tượng là cây lạc, khoai tây, đậu xanh... các kết quả nghiên cứu của các tác giả đã góp phần đánh giá được sự khác biệt về sinh lí của các giống có năng suất cao, thấp hay giống có khả năng chống chịu tốt làm phong phú thêm về hướng nghiên cứu này, đồng thời giúp cho các nhà chọn giống, người sản xuất dựa vào các chỉ tiêu sinh lí để đánh giá chọn lọc được các giống có năng suất cao. Tuy nhiên, đối với cây ngô còn rất ít tài liệu nghiên cứu về vấn đề này. Xuất phát từ thực tế đó chúng tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lí của bốn giống ngô (Zea mays linnaeus) có năng suất khác nhau trồng tại Hiệp Hòa, Bắc Giang”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu sự khác biệt về một số chỉ tiêu sinh lí của bốn giống ngô (Zea mays linnaeus) có năng suất khác nhau, làm cơ sở cho các nhà chọn, khảo nghiệm giống nhanh chóng chọn ra được các giống có triển vọng năng suất cao để đưa vào sản xuất. Xác định được giống ngô có năng suất cao trên địa bàn thực nghiệm để khuyến cáo cho người sản xuất. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Các chỉ tiêu nghiên cứu bao gồm: 3.1. Chỉ tiêu về sinh trưởng, phát triển 3.2. Chỉ tiêu về trao đổi nước 3.3. Chỉ tiêu về quang hợp 3.4. Các yếu tố cấu thành năng suất 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Thí nghiệm được tiến hành trên các giống ngô lai: LVN4, HN45, C919, CP999 có năng suất khác nhau được trồng ở điều kiện khí hậu và đất đai huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang. Phạm vi nghiên cứu Thời gian nghiên cứu: từ tháng 11/2010 đến 11/2011 Thời gian gieo trồng: Vụ xuân (gieo 20/01/2011) Số liệu: phân tích các chỉ tiêu sinh lí tại Bắc Giang và phòng thí nghiệm khoa Sinh - KTNN, Trung tâm hỗ trợ NCKH&CGCN trường ĐHSP Hà Nội 2 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thực nghiệm [4][15] 6. Giả thuyết khoa học Ở ngô, các giống cây trồng có năng suất cao có thể biểu hiện qua các chỉ tiêu sinh lí như sinh trưởng phát triển, trao đổi nước, quang hợp và các chỉ tiêu năng suất đặc trưng. Chính vì vậy, nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lí, năng suất của các giống ngô có năng suất khác nhau sẽ đóng góp các cơ sở giúp cho công tác chọn tạo, khảo nghiệm giống nhanh chóng. Ý nghĩa khoa học: Bổ sung các dẫn liệu về chỉ tiêu sinh lí giữa các giống ngô có năng suất khác nhau. Ý nghĩa thực tiễn: Xác định được giống có triển vọng cho năng suất cao để đưa vào sản xuất từ tập hợp các dòng, giống ngô ban đầu. NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về cây ngô Cây ngô có tên khoa học là Zea mays linnaeus thuộc chi Maydeae, họ hoàng thảo Gramineae. Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n = 20). Cây ngô có nguồn gốc từ một loại cây hoang dại ở miền trung nước Mêhicô, trên độ cao 1500m của vùng nước khô hạn, có lượng mưa trung bình vào khoảng 350mm vào mùa hè [52]. Nguồn gốc này ảnh hưởng tới một số đặc điểm sinh trưởng phát triển của cây ngô. Cây ngô gắn bó chặt chẽ với cuộc sống của người dân Trung Mỹ. Ở đó ngô được coi trọng, thậm chí còn được thần thánh hoá. Ngô là biểu tượng của nền văn minh “May ca” [24]. So với nhiều loại cây trồng khác ngô là cây có tính lịch sử trồng trọt tương đối trẻ. Mãi đến thế kỷ XV ngô mới được nhập vào châu Âu. Người châu Âu biết đến ngô sau khi tìm ra châu Mỹ. Vào những năm đầu của thế kỷ XVI, các tàu biển của các nước châu Âu theo đường thuỷ đã từng bước đưa cây ngô ra khắp các lục địa trên thế giới. Sau khi xâm nhập vào châu Á ngô đã phát triển và toả rộng với tốc độ rất nhanh. Đến nay ngô đã vươn lên đứng hàng thứ 3 trong các cây lương thực, sau lúa mì và lúa nước. Cây ngô được đưa vào nước ta khoảng thế kỷ XVII, thiên niên kỷ trước, cách đây khoảng 300 năm [24]. 1.2. Đặc điểm sinh học của cây ngô [5] 1. 2.1. Hệ rễ Rễ ngô thuộc loại rễ chùm, rễ ngô có 3 loại: - Rễ mầm: Còn gọi là rễ tạm thời, sau khi gieo có đầy đủ các điều kiện cần thiết hạt ngô sẽ nảy mầm. Cơ quan đầu tiên xuất hiện là rễ mầm sơ sinh (rễ chính, rễ phôi) - Rễ đốt: Còn gọi là rễ phụ cố định, đó là các rễ mọc xung quanh các đốt thân ở dưới đất. Khi cây được 3 - 4 lá, rễ đốt bắt đầu phát triển, sau đó mọc rất nhanh và dần chiếm ưu thế trong việc thay thế bộ rễ mầm. Đây là loại rễ chủ yếu cung cấp nước và chất khoáng trong suốt quá trình sinh sống của cây ngô. - Rễ chân kiềng: Đó là những rễ mọc xung quanh các đốt thân trên mặt đất, loại rễ này to nhẵn ít rễ nhánh. Rễ chân kiềng thực chất là rễ đốt khác là chúng mọc ở các đốt thân trên mặt đất. Vì vậy có một phần rễ nằm trong không khí, ở phần rễ này không có rễ con và lông hút. Rễ chân kiềng nếu đâm được vào đất thì cũng phát triển thành rễ nhánh, rễ con, lông hút như rễ đốt. Vì thế rễ chân kiềng có nhiệm vụ chủ yếu là giữ cho cây đứng vững, bám chặt vào đất. Khi có điều kiện và cắm được vào đất loại rễ này có thể hút nước và dinh dưỡng cung cấp cho cây. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của rễ ngô chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, độ tơi xốp của đất... Thân Thân cây ngô được chia thành nhiều lóng. Thân to, nhỏ, cao, thấp, số lóng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống, vào điều kiện thời tiết khí hậu và hệ thống các biện pháp kỹ thuật được áp dụng. Trung bình cây ngô có thân cao từ 1,8 - 2,0m. Có giống ngô trong điều kiện canh tác tốt có thể cao đến 7m. Nhưng cũng có trường hợp ngô chỉ cao 0,3 - 0,5m. Số lóng trên thân cây ngô thay đổi từ 8 - 20 lóng tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống. Điều kiện thời tiết, khí hậu, đất đai và kỹ thuật canh tác ảnh hưởng rất rõ rệt đến sinh trưởng phát triển của ngô. Các thí nghiệm cho thấy chỉ thay đổi chế độ tưới hoặc chế độ phân bón đã làm cho chiều cao của cây ngô chênh lệch nhau đến 40 - 50cm và hơn nữa. Trên thân cây, chiều dài các lóng không đều nhau. Ở gần gốc lóng thường ngắn hơn, càng lên cao lóng càng to và dài ra. Phát triển nhất là các lóng mang bắp, các lóng gần ngọn lại ngắn và bé dần. Ngô là cây thuộc họ hòa thảo nhưng có thân khá vững chắc. Đường kính thay đổi trong phạm vi từ 2 - 4cm, tuỳ thuộc vào giống, điều kiện sinh thái và quá trình chăm sóc. Thân chính của cây ngô có nguồn gốc từ chồi mầm, có lá mầm bao phủ nằm trong phôi của hạt ngô. Từ thân chính phát sinh ra nhánh hay thân phụ từ các đốt dưới mặt đất. Số nhánh thường biến động từ 1 - 10, nhánh có hình dạng tương tự thân chính. Số lóng và chiều dài lóng trên thân ngô là chỉ tiêu quan trọng trong việc phân loại các giống ngô, thường các giống ngô ngắn ngày có số lóng ít hơn các giống dài ngày. Qua các thời kỳ phát triển của cây, thân ngô phát triển với tốc độ khác nhau. Thời gian đầu thân phát triển chậm, về sau phát triển nhanh dần cho đến thời kỳ 6 - 7 lá, tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống. Sau đó chiều cao lớn chậm trong 6 - 7 ngày. Tiếp theo thân, lá phát triển nhanh nhất là trong khoảng thời gian 15 - 20 ngày trước khi trổ cờ cho đến khi phơi màu, thời gian này tốc độ tăng trưởng của thân vượt hẳn tất cả các thời kỳ trước đó. 1.2.3. Lá Lá phát sinh từ các mắt mọc đối xứng và xen kẽ trên thân. Người ta chia lá ngô thành 4 loại: - Lá mầm: Những lá ra đầu tiên được tạo thành khi cây còn nhỏ - Lá thân: Những lá có mầm nách ở kẽ chân lá - Lá ngọn: Những lá từ phía trên bắp cho đến ngọn cây - Lá bi: Những lá bao bắp Đặc điểm nổi bật của lá ngô là trên phiến lá có rất nhiều khí khổng. Trung bình 1 lá có đến 20 - 30 triệu khí khổng, trên 1mm2 phiến lá có đến 300 khí khổng. Tế bào đóng mở khí khổng rất nhạy nên rất mẫn cảm với thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài. Khi gặp hạn các khí khổng có thể khép lại rất nhanh làm hạn chế một phần sự tiêu hao nước trong cây. Trên mặt lá có nhiều lông tơ, lá cong hình lòng máng nên có thể dẫn nước từ ngoài vào gốc, ngay cả khi trời mưa rất nhỏ, lá hứng được lượng nước rất lớn. Chiều dài của lá tăng dần từ gốc lên đến 2/3 thân cây, từ đó lên đến ngọn chiều dài của lá lại giảm dần. Những lá ở giữa thân phát triển nhất, chúng có tác dụng rất lớn trong việc nuôi bắp phát triển. Diện tích lá tăng dần qua các thời kỳ sinh trưởng và đạt mức tối đa vào khoảng từ khi trỗ cờ đến khi hạt ngậm sữa, sau đó giảm dần do các lá ở dưới thân bị chết dần. Diện tích của lá của cây ngô có ý nghĩa lớn đối với việc hình thành năng suất ngô. Số lá, độ lớn của lá là những yếu tố tạo nên diện tích lá. Các giống ngắn ngày, chín sớm thường có lá ít và lá nhỏ hơn so với các giống dài ngày. 1.2.4. Hoa Hoa ngô thuộc loại hoa đơn tính đồng chu. Chùm hoa được phát sinh ở đầu ngọn thân thường gọi là bông cờ. Hoa cái hình thành ở bắp lá và được gọi là bắp. Hoa đực và bông cờ: Chùm hoa đực được gọi là bông cờ nằm ở đỉnh cây. Bông cờ gồm một trụ chính, trụ phân thành nhiều nhánh, nhánh lại phân thành nhiều nhánh nhỏ. Hoa cái và bắp ngô: Hoa cái được hình thành từ chồi nách của các lá. Hoa có cuống gồm nhiều đốt ngắn, mỗi đốt trên cắm một lá bi bao bọc bắp ngô. Chính giữa là bầu hoa, trên bầu hoa có núm và vòi nhụy vươn dài thành râu ngô. Trên râu có nhiều lông tơ và chất tiết ra làm cho hạt phấn dễ bám vào và nảy mầm. 1.2.5. Bắp Bắp ngô gồm những bộ phận chính là: - Cuống bắp: gồm những đốt rất ngắn, mỗi đốt lại có một lá bi bao bọc xung quanh bắp ngô. - Lõi bắp: Đó là trục của hoa tự cái, màu sắc của lõi khác nhau tuỳ theo đặc điểm của giống. - Hoa cái được đính thành từng dãy trên lõi, giữa bầu là hoa, trên bầu có vòi hoa vươn dài ra (nhụy hoa cái) thành râu. - Hạt ngô được đính xếp thành dãy trên lõi. Hạt ngô được tạo thành sau khi bầu hoa cái được thụ tinh, số hàng trên một bắp, số hạt trên một hàng tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống, điều kiện ngoại cảnh và kỹ thuật canh tác. 1.3. Một số yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng tới sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây ngô [5] 1.3.1. Nhiệt độ Ngô là cây ưa nóng, có yêu cầu về tổng lượng nhiệt cao hơn nhiều loài cây khác. Cây ngô cần nhiệt lượng là 1700 - 37000C, tuỳ thuộc vào đặc điểm của giống, các giống chín muộn thường có yêu cầu về nhiệt lượng cao hơn các giống chín sớm. Nhu cầu về nhiệt độ của cây ngô còn được thể hiện ở các giới hạn nhiệt độ mà ngô đòi hỏi như nhiệt độ tối thấp, tối cao và tối ưu. Yêu cầu đối với nhiệt độ của các thời kỳ sinh trưởng của cây ngô rất khác nhau, ngô có thể nảy mầm ở nhiệt độ 10 - 120C. Nhưng ở nhiệt độ này cây con phát triển rất chậm, khi nhiệt độ cao hơn 120C cây con mới phát triển, nhiệt độ càng cao cây phát triển càng nhanh. Cây ngô phát triển thích hợp nhất ở nhiệt độ khoảng 25 - 300C. 1.3.2. Nước Nhu cầu của ngô đối với nước rất lớn. Ở vùng khí hậu nóng, quá trình bốc hơi thoát nước của cây thường cao. Các nhà khoa học đã tính ra là cây ngô trong 1 ngày nóng có thể bốc thoát từ 2 - 4 lít nước. Tuy vậy, ngô là cây trồng cạn có bộ rễ phát triển rất mạnh nên có khả năng hút nước từ đất rất khoẻ. Khả năng sử dụng nước của ngô cũng tiết kiệm hơn nhiều loài cây khác, cho nên lượng nước cần để tạo ra một đơn vị chất khô thấp. Nhu cầu về nước và khả năng chịu hạn của cây ngô qua từng thời kỳ sinh trưởng có khác nhau, ngô là cây cần nhiều nước nhưng cũng rất nhạy cảm với độ ẩm trong đất. Trong các thời kỳ sinh trưởng thời kỳ cây con tuy có khả năng chịu hạn cao nhưng rất mẫn cảm với độ ẩm trong đất, thời kỳ này nếu cây bị ngập nước 1 - 2 ngày có thể bị chết. Nếu độ ẩm đất quá cao, nhất là khi bị úng, rễ ngô không phát triển được cây bị vàng. 1.3.3. Ánh sáng Ngô là cây ngày ngắn, rút ngắn thời gian chiếu sáng trong ngày vào khoảng 8 - 12 giờ làm cho phát triển của cây ngô cũng ngắn lại. Nếu kéo dài số giờ chiếu sáng trong ngày, ngô sinh trưởng kéo dài ra và quá trình phát triển chậm lại. Cường độ và chất lượng ánh sáng cũng có ý nghĩa quan trọng không kém so với độ dài chiếu sáng. Năng lượng ánh sáng mặt trời được chuyển hoá và cố định vào các chất hữu cơ do cây tạo ra nhờ vào quá trình quang hợp, về phương diện này ngô là loài cây có quang hợp kiểu C4. 1.3.4. Đất, pH và các chất dinh dưỡng Đất thích hợp nhất với cây ngô là đất có độ phì nhiêu cao, giữ nước và thoát nước tốt, tầng canh tác sâu, có độ ẩm từ 70 - 80%, pH thích hợp cho cây ngô là từ 6,5 - 7. Tuy nhiên, phạm vi chịu được độ pH của ngô là từ 5 - 8. Cây ngô hút các chất dinh dưỡng cần thiết để sinh trưởng và phát triển từ đất thông qua các hợp chất vô cơ như các loài sinh vật tự dưỡng khác. Cây không hút được các chất hữu cơ mà chỉ hút được các chất khoáng trong đất chủ yếu nhờ vào hoạt động của bộ rễ. Các chất dinh dưỡng rất cần thiết cho sự phát triển của cây ngô là: N, P205, K20, Mg, S, chất khô... ngoài ra còn gồm các chất khoáng (đa lượng, vi lượng) 1.4. Thời vụ gieo trồng [6][10] Ngô là giống cây trồng có thể gieo vào mọi thời vụ trong năm. Tuy nhiên để tạo mọi điều kiện tốt nhất về dinh dưỡng và các điều kiện ngoại cảnh thì chúng ta nên gieo trồng đúng thời vụ và theo hướng dẫn, khuyến cáo của các nhà sản xuất giống. 1.5. Giá trị kinh tế của cây ngô [12] 1.5.1. Giá trị về dinh dưỡng Hạt ngô có giá trị dinh dưỡng cao, trong hạt ngô có chứa tương đối đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết cho con người và gia súc. Hạt ngô có hàm lượng prôtêin và lipit cao hơn hạt gạo. Prôtêin chính của ngô là zein một loại prolamin gần như không có ly sin và tryptophan, lipit trong hạt ngô toàn phần từ 4 - 5%, phần lớn tập trung ở mầm. Gluxít trong ngô khoảng 69% chủ yếu là tinh bột. Ở hạt ngô non có thêm một số đường đơn và đường kép. Trong phôi có các chất khoáng, vitamin và khoảng 30 - 45% dầu. Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm, ngô có nhiều vitamin B1, vitamin PP, ngô vàng có chứa nhiều caroten (tiền vitamin A). Thành phần hóa học của hạt ngô và hạt gạo được so sánh qua bảng 1.1 Bảng 1.1. Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g) Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng Tinh bột (g) 65,00 68,20 Protein (g) 8,00 9,60 Lipid (g) 2,50 5,20 Vitamin A (mg) 0 0,03 Vitamin B1 (mg) 0,20 0,28 Vitamin B2 (mg) 0 0,08 Vitamin C (mg) 0 7,70 Nhiệt lượng (Kalo) 340 350 (Cao Đắc Điểm, 1998) [8] 1.5.2. Giá trị về kinh tế Xuất phát từ giá trị về dinh dưỡng của hạt ngô mà cây ngô có giá trị kinh tế rất cao trong mọi lĩnh vực của cuộc sống: Ngô làm lương thực cho con người: 1/3 số dân trên thế giới dùng ngô làm lương thực chủ yếu. Ngô làm thức ăn cho gia súc: Hiện nay ngô là cây thức ăn quan trọng nhất để phát triển chăn nuôi, trên 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là ngô. Ngô dùng trong công nghiệp và các lĩnh vực khác: ngô là loại lương thực được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Trong những năm gần đây ngô bao tử còn dùng làm rau ăn cao cấp, râu ngô dùng làm thuốc để chữa bệnh... Ngô là cây trồng đem lại giá trị về kinh tế cao nhất là trong lĩnh vực xuất khẩu các sản phẩm được chế biến từ ngô. 1.5.3. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và khả năng phát triển, mở rộng trồng ngô ở nước ta Trên thế giới Trong những năm gần đây diện tích ngô trên toàn thế giới đã tăng lên gấp 1,5 lần; năng suất tăng gấp 2,5 lần. Diện tích ngô hàng năm khoảng 139 triệu ha, năng suất bình quân khoảng 3,8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng ngô trên 525 triệu tấn/ ha. Ngô là cây có địa bàn phân bố vào loại rộng nhất thế giới, trải rộng hơn 90 vĩ tuyến: Từ 400N lên gần đến 550B, từ độ cao 1 - 2 m đến 400 m so với mực nước biển [5]. Do đó, ngô được trồng ở hầu hết các nơi trên thế giới như Châu Mĩ, Châu Âu, Châu Úc, Châu Phi. Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới (IPRI, 2003), vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn. Đại học Tổng hợp Iowa (2006) [44], trong những năm gần đây khi thế giới cảnh báo nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt, thì ngô đã và đang được chế biến ethanol, thay thế một phần nhiên liệu xăng dầu chạy ô tô tại Mĩ, Braxin, Trung Quốc... Riêng ở Mĩ, năm 2002 - 2003 đã dùng 25,2 triệu tấn ngô để chế biến ethanol, năm 2005 - 2006 dùng 40,6 triệu tấn và dự kiến năm 2012 dùng 190,5 triệu tấn ngô (Oxfarm, 2004). Diện tích, năng suất, sản lượng ngô giữa các châu lục trên thế giới có sự chênh lệch tương đối lớn được thể hiện qua bảng sau: Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô một số khu vực trên thế giới Khu vực Diện tích ( Triệu ha ) Năng suất ( Tạ/ha ) Sản lượng ( Triệu tấn ) 2005 2006 2007 2005 2006 2007 2005 2006 2007 Châu Âu 11,9 15,6 13,9 46,5 61,3 59,1 69,1 96,1 82,6 Châu Á 43,7 45,0 46,4 38,3 40,7 39,9 167,3 183,3 185,4 Bắc và Trung Mỹ 39,9 40,9 41,3 72,6 81,6 75,7 289,6 333,7 312,0 Thế giới 144,3 146,9 147,0 44,5 49,9 41,7 642,5 724,2 692,0 (Nguồn: Số liệu thống kê của FAOSTAT, 2008) [35][37][39] Trong sản xuất ngô của thế giới, Mĩ là nước sản xuất gần 50% tổng sản lượng, còn lại là do các nước khác sản xuất. Sản lượng ngô xuất khẩu trên thế giới trung bình hàng năm khoảng trên 80 triệu tấn. Năm 2009, Mĩ xuất 53,5 triệu tấn trong tổng số 85 triệu tấn ngô xuất khẩu trên thế giới, còn lại là Nhật Bản, Mêhicô, Hàn Quốc, Đài Loan và một số nước khác [46] Sự tăng trưởng nhanh chóng về mặt năng suất là nguyên nhân làm tăng tổng sản lượng ngô trên toàn thế giới. Ở Việt Nam Ở Việt Nam, cây ngô đã được trồng cách đây khoảng 300 năm và được trồng trên những vùng sinh thái khác nhau của cả nước [24]. Ngô, cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa là cây trồng chính để phát triển ngành chăn nuôi. Năng suất ngô ở nước ta trước đây rất thấp so với năng suất ngô thế giới do sử dụng giống ngô địa phương và áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất còn hạn chế [19]. Phải tới năm 1991 cây ngô lai mới bắt đầu được đưa vào sản xuất ở nước ta, tỷ lệ trồng giống ngô lai từ 0,1% năm 1990, năm 2006 đã tăng lên 80% và đưa Việt Nam trở thành nước sử dụng giống lai nhiều và có năng suất cao của khu vực Đông Nam Á [29] [30][31]. Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát hơi nước. Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung [5][45]. Trong đó, khu vực miền núi phía Bắc trồng chủ yếu là các giống ngô địa phương. Năng suất của các giống ngô địa phương thường thấp, tuy nhiên các giống ngô địa phương vẫn tiếp tục được quan tâm nghiên cứu vì các ưu điểm như khả năng chịu hạn, kháng sâu bệnh tốt và có thể gieo trồng trên nhiều loại đất khác nhau. Đặc biệt, những năm gần đây do kỹ thuật canh tác, môi trường, sự xuất hiện các giống ngô lai và nhiều nguyên nhân khác dẫn đến sự cạn kiệt về nguồn gen giống ngô địa phương [1]. Vì vậy việc sưu tập, nghiên cứu và đánh giá nguồn gen các giống ngô địa phương là hết sức cần thiết. Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam, giai đoạn 2000 - 2009 Năm Diện tích (1000 ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (1000 tấn) 2000 730,2 2,75 2005,1 2001 729,5 2,96 2161,7 2002 816,4 3,07 2511,2 2003 912,7 3,44 3136,3 2004 990,4 3,48 3430,9 2005 995,0 3,60 3787,1 2006 1031 3,73 3854,5 2007 1150 3,85 4107,5 2008 1125 4,02 4531,2 2009 1170 4,30 5031,0 theo http//www.vaas.org.vn. [46] 1.6. Các kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh lý của các giống cây trồng có năng suất khác nhau 1.6.1. Các kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh lý của các giống cây trồng có năng suất khác nhau trên thế giới Trên thế giới, hướng nghiên cứu đặc điểm sinh lý của các giống cây trồng đã được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Trong đó điển hình là các công trình nghiên cứu về đặc điểm sinh lý của thực vật chống lại các điều kiện bất lợi của môi trường như hạn hán, nhiệt độ tăng cao, khả năng quang hợp, khả năng tích lũy sinh khối, các yếu tố cấu thành năng suất của các giống có năng suất khác nhau. Sau đây là một số công trình tiêu biểu: Theo Khan và CS (1970) [50], nghiên cứu về cường độ quang hợp và thoát hơi nước của 6 giống lúa thương phẩm vùng nam Pakistan cho thấy các giống lúa khác nhau có cường độ quang hợp, thoát hơi nước khác nhau. Các giống có khả năng cho năng suất cao có cường độ quang hợp và thoát hơi nước cao hơn giống có năng suất thấp. Nghiên cứu chỉ tiêu phát triển bộ lá của 2 giống cà phê khác nhau, trồng ở Ấn Độ, tác giả Vasudeva và CS (1981) [51] cho rằng các giống có tán lá phát triển nhanh thì khả năng sẽ cho năng suất cao hơn. Theo Kuzushko (1984) [14] để đánh giá khả năng chịu hạn của các cây lấy hạt có thể sử dụng sự biến đổi thông số chế độ nước như: khả năng giữ nước, khả năng hút nước, độ thiếu hụt bão hòa hơi nước, cường độ thoát hơi nước của lá. Trên đối tượng cây lúa, Ishii và Cs (1977) [49] cho thấy năng suất thực thu của lúa có liên quan đến số hạt trên bông, chiều dài bông, số hạt chắc, trọng lượng 1000 hạt... Các giống có năng suất cao thường có số bông dài, số hạt trên bông nhiều, tỷ lệ hạt chắc cao. Cũng trên cây lúa, kết quả nghiên cứu của Akita (1987) [33] cũng đã khẳng định các giống lúa có năng suất cao đều có đặc điểm sinh lý và các yếu tố cấu thành năng suất đặc trưng về số lượng bông, số hạt trên bông cao hơn giống có năng suất thấp. 1.6.2. Các kết quả nghiên cứu đặc điểm sinh lý của các giống cây trồng có năng suất khác nhau ở Việt Nam Theo kết quả nghiên cứu của Đỗ Thị Bích Nga, Trương Văn Hộ (1990) [20] nghiên cứu trên đối tượng là cây khoai tây cho thấy: trong thời gian 8 năm từ 1982 - 1989 đã khảo sát 104 giống khoai tây, chọn được 77 giống có triển vọng. Những giống có triển vọng cho năng suất cao thường có tán lá phát triển, độ che phủ tốt. Ngô Đức Thiệu (1990) [21] nhận xét một số chỉ tiêu hình thành năng suất khoai tây vùng đồng bằng sông Hồng cho rằng năng suất củ khoai tây có quan hệ mật thiết đến diện tích lá. Vì vậy, cần giữ cho bộ lá lâu tàn nhất là khi trồng được 60 ngày cho đến khi thu hoạch. Tiến hành chọn tạo trên các giống khoai tây từ 1991-1995, Lê Thị Thuần và cộng sự (1995) [22] cũng khẳng định: Giống KT2 có triển vọng năng suất cao cũng có độ che phủ của tán lá tốt nhất trong 7 giống nghiên cứu. Nguyễn Văn Đính, Nguyễn Như Khanh (2004) [7] đánh giá khả năng thích ứng của một số giống khoai tây trồng trên nền đất Vĩnh Phúc cho thấy: giống KT3, 171.1 có năng suất cao trên vùng sinh thái Vĩnh Phúc thì huỳnh quang diệp lục, số củ trung bình/khóm, khối lượng củ trung bình/khóm đều cao hơn hẳn các giống có năng suất thấp HH2, Thường Tín. Qua các kết quả nghiên cứu trên, chúng ta dễ dàng nhận thấy những giống cây trồng có năng suất khác nhau thì đều biểu hiện những dấu hiệu về sinh trưởng, trao đổi nước, quang hợp và các yếu tố cấu thành năng suất hơn hẳn những giống cho năng suất thấp. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trên đối tượng cây ngô còn ít và chưa cụ thể. Chính vì vậy cần có các hướng nghiên cứu hệ thống hơn để xác định được sự khác biệt giữa giống cho năng suất cao và giống có năng suất thấp. 1.7. Các kết quả nghiên cứu trên đối tượng cây ngô 1.7.1. Các kết quả nghiên cứu về cây ngô trên thế giới Với hơn 7000 năm tiến hoá và phát triển, bắt đầu từ miền trung Mêhicô, ngô đã phát triển sang Châu Âu, châu Á, châu Phi và trở thành một trong những cây lương thực quan trọng nhất của loài người. Ngô lai là một thành tựu khoa học nông nghiệp cực kì quan trọng trong nền kinh tế thế giới, ngô lai chính là “ cuộc cách mạng xanh ” của nửa đầu thế kỉ XX [24]. Charles Darwin (1871) người đầu tiên quan sát phát hiện ra hiện tượng ưu thế lai ở ngô [28]. Năm 1877, W.J.Beal tiến hành việc lai có kiểm soát giữa các giống ngô với mục đích tăng năng suất bởi ưu thế lai đã thấy được sự khác biệt về năng suất của các giống ngô lai vượt năng suất của các giống bố mẹ chúng bình quân là 25% [47]. G.H.Shull (1904) đã tạo được dòng thuần của ngô và những giống ngô lai có năng suất cao [13]. Năm 1917, D.J.Jones đã đề xuất sử dụng phương pháp lai kép trong sản xuất để giảm giá thành hạt giống (khi lai kép giá thành chỉ bằng 3 - 4 lần so với hạt bình thường, còn lai đơn bằng 10 - 15 lần) từ đó lai kép được áp dụng nhanh ở Mĩ, Canada và châu Âu [11]. Vào giai đoạn những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển được nhiều dòng thuần khoẻ và năng suất cao tạo cơ hội cho việc sử dụng lai đơn vào sản xuất thay thế cho lai kép vì lai đơn đồng đều hơn lai kép [11]. Các tiến bộ kĩ thuật về ngô lai đã phát triển mạnh ở Mĩ sau đó lan sang các nước tiên tiến khác. Năm 1933 ngô lai ở vùng vành đai ngô ở Mĩ chỉ chiếm 1% diện tích thì sau 10 năm con số đã là 75% và đến năm 1965 là 100%. Hiện nay các giống ngô lai phổ biến và thông dụng ở các nước ôn đới là ngô lai đơn. Khả năng tổ hợp chung và riêng đã đóng vai trò đáng kể trong thành tựu các giống ngô lai tốt nhất và chính điều đó đã làm tăng năng suất và sản lượng ngô ở các nước: Pháp, Italia, Nam tư năng suất ở vùng này xấp xỉ 6 tấn/ha [46] Theo kết quả nghiên cứu của Hallauer (1994) [36] các giống ngô lai mới tạo ra hiện nay có khả năng chịu được mật độ cao gấp 2 - 3 lần so với các giống lai tạo ra trước đó và có tiềm năng năng suất cao hơn hẳn. Trong những năm gần đây các nhà khoa học trên thế giới tập trung chủ yếu vào hướng nghiên cứu về tính đa dạng và di truyền của các giống ngô để tiếp tục nâng cao năng suất của giống cây này. Các nhà khoa học cũng dự đoán thế kỉ XXI năng suất ngô có thể đạt 30 tấn/ha ở các thí nghiệm và sẽ đạt 20 tấn/ha trong sản xuất. Vì vậy, cây ngô sẽ là cây lương thực hứa hẹn nhiều hi vọng của loài người ở thế kỉ XXI và các năm tiếp theo [48]. 1.7.2. Các kết quả nghiên cứu về cây ngô ở Việt Nam Cây ngô trong thời gian đầu đưa vào Việt Nam còn chưa được chú ý đúng mức song thời gian gần đây Đảng và nhà nước ta đã đặc biệt quan tâm nhất là trong lĩnh vực nâng cao năng suất và sản lượng của cây lương thực này. Các nghiên cứu khoa học về cây ngô ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào hướng sử dụng các biện pháp kĩ thuật để nâng cao năng suất của giống trên những điều kiện sinh thái cụ thể, nghiên cứu để phát triển tạo ra các giống ngô mới hay làm thay đổi các đặc điểm của giống còn rất hạn chế [34]. Nguyễn Văn Liêm và CS (2005) [40] nghiên cứu trên một số giống ngô trồng ở Bắc Hà, Lào Cai cho rằng: thiệt hại do các loại mọt gây ra trên ngô ở vùng Bắc Hà, Lào Cai sau 12 tháng bảo quản tới 38,95% Khuất Hữu Trung, Bùi Mạnh Cường, Nguyễn Minh Công (2008) [3] nghiên cứu sự đa dạng di truyền ở mức hình thái tập đoàn ngô thuần bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn đã chỉ ra rằng tính trạng hình thái số lượng và tính trạng chất lượng của 77 dòng ngô nghiên cứu là rất khác nhau. Đỗ Hữu Quyết (2009) [41] nghiên cứu phát triển công nghệ bón phân nén cho ngô tại huyện Quảng uyên, Cao Bằng: đã lựa chọn được loại phân viên nén và quy trình sử dụng phù hợp là 108N + 90K20 + 90P205/ha, bón vào cùng lúc gieo hạt ngô. Nguyễn Xuân Cự (2010) [42] nghiên cứu khả năng thuỷ phân bằng axit loãng và bước đầu đánh giá hiệu quả sản xuất ethanol sinh học từ thân cây ngô đã cho thấy thân cây ngô là nguyên liệu để sản xuất ethanol sinh học với tỉ lệ 12kg nguyên liệu thô/1lít ethanol tinh khiết. Các nghiên cứu về cây ngô có lẽ đáng phải kể ra nhất là kết quả của Viện nghiên cứu ngô [26][32][38] đã lai tạo ra được các giống ngô lai LVN cho năng suất cao và thích hợp với điều kiện sinh thái và khí hậu Việt Nam. Theo Dương Hoa Xô - Giám đốc Trung tâm Công nghệ sinh học Thành phố Hồ Chí Minh [48] thì Việt Nam sẽ có cây ngô chuyển gen vào cuối năm 2012 và đây cũng là một bước đột phá mới trong việc nâng cao năng suất cũng như trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học về cây ngô ở Việt Nam. Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là bốn giống ngô lai cho năng suất khác nhau, bao gồm: C919 do công ty