Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -----------***------------ Trần Trung Kiên Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN -----------***------------ Trần Trung Kiên Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên Chuyên ngành: Trồng trọt Mã số: 62.62.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Phan Xuân Hào Viện Nghiên cứu Ngô 2. TS. Đỗ Tuấn Khiêm Sở KH&CN Bắc Kạn Thái Nguyên - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi thông tin trích dẫn trong luận án được chỉ rõ nguồn gốc. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Trần Trung Kiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Ban Sau đại học, Viện Khoa học Sự sống - Đại học Thái Nguyên; Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, Khoa Nông học, Trung tâm Thực hành Thực nghiệm, Bộ môn Cây trồng, Bộ môn Sinh lý Sinh hóa-Di truyền Giống - Khoa Nông học, cùng các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và sinh viên của Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên. Đồng thời, tôi cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Viện Nghiên cứu Ngô. Tôi xin trân trọng cảm ơn tới những sự quan tâm giúp đỡ quý báu đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới 2 thầy hướng dẫn khoa học: 1. TS. Phan Xuân Hào, Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Ngô. 2. TS. Đỗ Tuấn Khiêm, Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ Bắc Kạn. Hai thầy đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ của các thầy cô: GS.TS. Ngô Hữu Tình, TS. Mai Xuân Triệu, TS. Lương Văn Vàng - Viện Nghiên cứu Ngô; TS. Bùi Huy Hiền - Bộ NN&PTNT; PGS.TS. Nguyễn Văn Bộ - Viện KHNN VN; TS. Trần Thúc Sơn - Viện Thổ nhưỡng Nông hoá; PGS.TS. Vũ Văn Liết, PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng, PGS.TS. Nguyễn Tất Cảnh - Trường ĐHNN Hà Nội; GS.TS. Nguyễn Thế Đặng, PGS.TS. Nguyễn Ngọc Nông, PGS.TS. Đặng Văn Minh, PGS.TS. Luân Thị Đẹp, PGS.TS. Trần Ngọc Ngoạn, PGS.TS. Nguyễn Hữu Hồng, PGS.TS. Dương Văn Sơn, PGS.TS. Trần Văn Phùng, TS. Phan Thị Vân - Trường ĐHNL TN. Các thầy cô đã tận tình giúp đỡ và góp ý kiến cho tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Phòng NN&PTNT huyện Yên Minh - Hà Giang; Phòng NN&PTNT huyện Hàm Yên - Tuyên Quang; Phòng NN&PTNT huyện Phổ Yên - Thái Nguyên. Tôi vô cùng biết ơn sự động viên, giúp đỡ về tinh thần và vật chất của gia đình, bạn bè trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn! NGHIÊN CỨU SINH Trần Trung Kiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan .................................................................................................................................................................................................................... i Lời cảm ơn .......................................................................................................................................................................................................................... ii Mục lục .................................................................................................................................................................................................................................. iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ..................................................................................................................... viii Danh mục các bảng ........................................................................................................................................................................................ ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị ......................................................................................................................................................xiv 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 ................................................................................................................... 4 3.1. Ý nghĩa khoa học................................................................................................................................................................................ 4 3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................................................................................................. 4 Chƣơng 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 ở Việt Nam ........................................................................ 7 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ............................................................................................................. 7 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam .............................................................................................................. 9 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô ở vùng Đông Bắc....................................................................................... 11 1.2.4. Tình hình sản xuất ngô ở Thái Nguyên ............................................................................................... 13 1.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới và ở Việt Nam ........ 15 1.3.1. Lợi ích dinh dưỡng và kinh tế của ngô QPM............................................................................. 15 1.3.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới.................................... 17 1.3.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM ở Việt Nam ..................................... 27 1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng và chất lượng protein ở ngô................ 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iv 1.4. Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới và ở Việt Nam ............ 33 1.4.1. Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới ................................................ 33 1.4.2. Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô ở Việt Nam .................................................. 40 1.4.3. Tình hình nghiên cứu phân bón đến chất lượng ngô thường và ngô QPM............................................................................................................................................................................................ 49 Chƣơng 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 52 2.1. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................................................................................................... 52 2.1.1. Thí nghiệm khảo nghiệm giống ....................................................................................................................... 52 2.1.2. Thí nghiệm phân bón ......................................................................................................................................................... 53 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................................................................................... 53 2.2.1. Địa điểm tiến hành đề tài ............................................................................................................................................ 53 2.2.2. Thời gian tiến hành đề tài ........................................................................................................................................... 54 2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................................................................................ 54 2.3.1. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................................................................................... 54 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................................................. 56 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu......................................................................................................................................... 64 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................................................................ 65 3.1. Kết quả khảo nghiệm giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên............ 65 3.1.1. Khả năng sinh trưởng và phát triển của các giống ngô chất lượng protein cao vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ...................................................................................................................................................................................................... 65 3.1.2. Khả năng chống chịu của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên....................................................................... 73 3.1.3. Trạng thái cây, độ bao bắp, trạng thái bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ................................................................................................................................................................................................... 78 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên v 3.1.4. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ......... 80 3.1.5. Hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm. ........... 87 3.2. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng đạm đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên ..................................................................................................................................................................... 90 3.2.1. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến thời gian sinh trưởng qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 ................................................... 91 3.2.2. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các đặc điểm hình thái của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................................................................ 93 3.2.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến khả năng chống chịu của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................................................................ 96 3.2.4. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................. 99 3.2.5. Tương quan giữa liều lượng đạm và năng suất của giống QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................. 104 3.2.6. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................... 106 3.2.7. Tương quan giữa liều lượng đạm và chất lượng của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................................................................................................ 110 3.2.8. Hiệu quả kinh tế của các liều lượng đạm với giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................. 111 3.2.9. Hiệu quả nông học của N với giống ngô QP4 và LVN10 ................................ 113 3.2.10. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 ......................................................................................................................................................... 114 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vi 3.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng lân đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên ..................................................................................................................................................................... 115 3.3.1. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến thời gian sinh trưởng qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10............................................................... 115 3.3.2. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các đặc điểm hình thái của giống ngô QP4 và LVN10 .................................................................................................................................... 117 3.3.3. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến khả năng chống chịu của giống ngô QP4 và LVN10 .................................................................................................................................... 120 3.3.4. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................... 122 3.3.5. Tương quan giữa liều lượng lân và năng suất của giống QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................... 126 3.3.6. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................................................. 128 3.3.7. Tương quan giữa liều lượng lân và chất lượng của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................................................................................................ 131 3.3.8. Hiệu quả kinh tế của các liều lượng lân với giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................... 132 3.3.9. Hiệu quả nông học của P với giống ngô QP4 và LVN10 .................................. 133 3.3.10. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 ......................................................................................................................................................... 135 3.4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của liều lượng kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao tại Thái Nguyên ................................................................................................................................................................... 136 3.4.1. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến thời gian sinh trưởng qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10............................................................... 136 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vii 3.4.2. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các đặc điểm hình thái của giống ngô QP4 và LVN10 .................................................................................................................................... 138 3.4.3. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến đến khả năng chống chịu của giống ngô QP4 và LVN10 .................................................................................................................................... 141 3.4.4. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................... 143 3.4.5. Tương quan giữa liều lượng kali và năng suất của giống QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................... 147 3.4.6. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................................................. 149 3.4.7. Tương quan giữa liều lượng kali và chất lượng của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................................................................................................ 152 3.4.8. Hiệu quả kinh tế của các liều lượng kali với giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................................................................... 153 3.4.9. Hiệu quả nông học của K với giống ngô QP4 và LVN10 ................................ 155 3.4.10. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 ......................................................................................................................................................... 156 3.5. Kết quả xây dựng mô hình.. .............................................................................................................................................. 160 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .............................................................................................................................................................. 163 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ ............................................................................................................................................... 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................................................................. 166 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASI : Anthesis Silking Interval (khoảng cách tung phấn – phun râu) CIMMYT : Trung tâm Cải lương Ngô và Lúa mì quốc tế CS : Cộng sự CSDTL : Chỉ số diện tích lá CT : Công thức CTV : Cộng tác viên D. tích : Diện tích đ/c : Đối chứng ĐP : Địa phương HH/bắp : Hàng hạt/bắp HTX : Hợp tác xã NS : Năng suất NC : Nghiên cứu NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn NSTT : Năng suất thực thu NXB : Nhà xuất bản PC : Phân chuồng QPM : Quality Protein Maize (ngô chất lượng protein cao) SI : Index selection (chỉ số chọn lọc) TB : Trung bình TCN : Tiêu chuẩn ngành TĐ.04 : Vụ Thu Đông 2004 TĐ.05 : Vụ Thu Đông 2005 TGST : Thời gian sinh trưởng TPTD : Thụ phấn tự do Tr. : Trang X.04 : Vụ Xuân 2004 X.05 : Vụ Xuân 2005 X.06 : Vụ Xuân 2006 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ix DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Sản xuất ngô, lúa mì, lúa nước thế giới giai đoạn 1961- 2007 .................................................................................................................................................................... 8 Bảng 1.2. Sản xuất ngô Việt Nam giai đoạn 1961 – 2008 ........................................ 10 Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2000 - 2008...................................................................................... 14 Bảng 1.4. Nhu cầu dinh dưỡng của cây ngô trong giai đoạn sinh trưởng (%). ............................................................................................................................................. 41 Bảng 2.1. Nguồn gốc của các giống tham gia thí nghiệm ......................................... 52 Bảng 3.1a. Thời gian sinh trưởng của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ................................................................ 65 Bảng 3.1b. Thời gian sinh trưởng của các giống ngô thí nghiệm vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên .................................................. 66 Bảng 3.2. Chiều cao cây và chiều cao đóng bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ......................................................................................................................................... 70 Bảng 3.3. Số lá/cây và chỉ số diện tích lá của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ......................................................................................................................................... 72 Bảng 3.4. Tỷ lệ đổ rễ và gãy thân của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên............... 74 Bảng 3.5. Mức độ nhiễm sâu của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên............... 75 Bảng 3.6. Mức độ nhiễm bệnh của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên............... 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên x Bảng 3.7a. Trạng thái cây, độ bao bắp, trạng thái bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ......... 78 Bảng 3.7b. Trạng thái cây, độ bao bắp, trạng thái bắp của các giống ngô thí nghiệm vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ........................................................................................................................................................ 79 Bảng 3.8a. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông (2004 và 2005). ............................................................................................................................................................ 82 Bảng 3.8b. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông (2004 và 2005) .............................................................................................................................................................. 83 Bảng 3.9. Hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân (2004 và 2005) và Thu Đông 2004 ................................................................................................................................................................. 88 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến thời gian sinh trưởng qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 ............ 92 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến chiều cao cây và chiều cao đóng bắp của giống QP4 và LVN10 ......................................... 94 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến số lá trên cây và chỉ số diện tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................ 95 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến đến tỷ lệ đổ rễ, gẫy thân của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................ 97 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến tỷ lệ nhiễm sâu bệnh của giống ngô QP4 và LVN10 ...................................................................................... 98 Bảng 3.15a. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 100 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xi Bảng 3.15b. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 101 Bảng 3.16. Sử dụng mô hình phân tích tương quan để dự đoán năng suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng đạm ....... 105 Bảng 3.17. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô vụ Xuân và Thu Đông 2005 ........................................................................................................................................... 107 Bảng 3.18 Mô hình phân tích tương quan giữa liều lượng đạm với hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................................................................................... 111 Bảng 3.19. Hiệu quả kinh tế của liều lượng đạm đến giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) ......................................................................................... 112 Bảng 3.20 Hiệu quả nông học của N qua các liều lượng đạm đến giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................................................. 113 Bảng 3.21. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 3 vụ) ................................................................ 114 Bảng 3.22. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến thời gian sinh trưởng qua các thời kỳ phát dục của giống ngô QP4 và LVN10 ........ 116 Bảng 3.23. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến chiều cao cây, chiều cao đóng bắp của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................ 118 Bảng 3.24. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến số lá và chỉ số diện tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................. 119 Bảng 3.25. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến tỷ lệ đổ rễ, gãy thân của giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................. 120 Bảng 3.26. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến tỷ lệ bị nhiễm sâu đục thân và bệnh khô vằn của giống ngô QP4 và LVN10 .................. 121 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xii Bảng 3.27a. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 123 Bảng 3.27b. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 124 Bảng 3.28 Sử dụng mô hình phân tích tương quan để dự đoán năng suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng lân ........... 126 Bảng 3.29. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông 2005 ................................................................................................... 129 Bảng 3.30. Mô hình phân tích tương quan giữa liều lượng lân với hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ........................................................................................... 131 Bảng 3.31. Hiệu quả kinh tế của liều lượng lân đến giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) ......................................................................................... 132 Bảng 3.32. Hiệu quả nông học của P qua các liều lượng lân đến giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................................................. 134 Bảng 3.33. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 3 vụ) ................................................................ 136 Bảng 3.34. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến thời gian sinh trưởng của giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................. 137 Bảng 3.35. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến chiều cao cây và chiều cao đóng bắp của giống ngô QP4 và LVN10 ........................ 139 Bảng 3.36. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến số lá và chỉ số diện tích lá của giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................. 140 Bảng 3.37. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến tỷ lệ đổ rễ, gãy thân của giống ngô QP4 và LVN10 ................................................................................. 141 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xiii Bảng 3.38. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến tỷ lệ bị nhiễm sâu đục thân và bệnh khô vằn của giống ngô QP4 và LVN10 .................. 142 Bảng 3.39a. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 144 Bảng 3.39b. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống ngô QP4 và LVN10............... 145 Bảng 3.40 Sử dụng mô hình phân tích tương quan để dự đoán năng suất giống ngô QP4 và LVN10 dựa trên liều lượng kali ......... 147 Bảng 3.41. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm vụ Xuân và Thu Đông 2005 ................................................................................................... 150 Bảng 3.42 Mô hình phân tích tương quan giữa liều lượng kali với hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QP4 và LVN10 ..................................................................................................................................................... 152 Bảng 3.43. Hiệu quả kinh tế của liều lượng kali đến giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) ....................................................................................... .153 Bảng 3.44. Hiệu quả nông học của K qua các liều lượng kali đến giống ngô QP4 và LVN10 ............................................................................................. 155 Bảng 3.45. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến năng suất protein của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 3 vụ) ................................................................ 156 Bảng 3.46. Ảnh hưởng của mức 240N so với 0N; 160P2O5 - 0P2O5; 160K2O - 0K2O ở một số chỉ tiêu chính đối với giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình ba vụ) .......................................................... 157 Bảng 3.47. So sánh các chỉ tiêu năng suất và chất lượng của ba tổ hợp đã chọn từ 3 thí nghiệm phân đạm, lân, kali ............................... 159 Bảng 3.48. Một số đặc điểm sinh trưởng phát triển và năng suất của giống ngô QP4 vụ Xuân 2006 tại Hà Giang ........................................... 161 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xiv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Biểu đồ 3.1. Năng suất thực thu của các giống ngô thí nghiệm trung bình vụ Xuân và vụ Thu Đông (2004 và 2005) tại Thái Nguyên ...........................................................................................................................................................................86 Biểu đồ 3.2. Hàm lượng protein, lysine và methionine của các giống ngô thí nghiệm tại Thái Nguyên (trung bình 3 vụ) ................................89 Biểu đồ 3.3. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến năng suất của giống QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) .................................................................................. 103 Biểu đồ 3.4. Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng đạm ....................................... 105 Biểu đồ 3.5. Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng đạm ............................ 105 Biểu đồ 3.6. Ảnh hưởng của liều lượng đạm đến hàm lượng protein, lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ)................................................................................................................................................................................ 109 Biểu đồ 3.7. Hiệu quả kinh tế của liều lượng đạm đến giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) ................................................................................................... 112 Biểu đồ 3.8. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến năng suất của giống QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ) .................................................................................. 126 Biểu đồ 3.9. Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng lân ......................................... 127 Biểu đồ 3.10. Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng lân ................................ 127 Biểu đồ 3.11. Ảnh hưởng của liều lượng lân đến hàm lượng protein, lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ) ............................................................................................................................................................................. 130 Biểu đồ 3.12. Hiệu quả kinh tế của liều lượng lân đến giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình 3 vụ).................................................................................................. 133 Biểu đồ 3.13. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến năng suất của giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình ba vụ) ............................................................... 146 Biểu đồ 3.14. Đồ thị năng suất QP4 theo các liều lượng kali ......................................... 148 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xv Biểu đồ 3.15. Đồ thị năng suất LVN10 theo các liều lượng kali .............................. 148 Biểu đồ 3.16. Ảnh hưởng của liều lượng kali đến hàm lượng protein, lysine và methionine của giống ngô QP4 và LVN10 (TB 2 vụ)................................................................................................................................................................................ 151 Biểu đồ 3.17. Hiệu quả kinh tế qua liều lượng kali của giống ngô QP4 và LVN10 (trung bình ba vụ) ............................................................................................... 154 Biểu đồ 3.18. Ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến năng suất giống ngô QP4 và LVN10 ......................................................................................... 158 Biểu đồ 3.19. Ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến hàm lượng protein (Pr), lysine (Lys) và methionine (Met) của giống ngô QP4 và LVN10 ......................................................................................................... 158 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây ngô (Zea mays L.) là một trong ba cây cốc quan trọng cung cấp lương thực cho con người và thức ăn cho vật nuôi. Ngô còn là nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp lương thực - thực phẩm - dược phẩm và công nghiệp nhẹ. Hiện nay, ngô đang được quan tâm đặc biệt với vai trò là nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học. Với ý nghĩa quan trọng trong nền kinh tế, cùng với tính thích ứng rộng và tiềm năng năng suất cao, cây ngô được hầu hết các quốc gia trên thế giới gieo trồng (166 nước) và diện tích ngày càng mở rộng. Năm 2007, sản xuất ngô thế giới đạt kỷ lục cả 3 chỉ tiêu: Diện tích 158,0 triệu ha (chỉ sau lúa mì - 214,2 triệu ha, vượt qua lúa nước - 155,8 triệu ha), năng suất 50,1 tạ/ha (lúa nước 42,3 tạ/ha, lúa mì 28,3 tạ/ha) và sản lượng 791,8 triệu tấn - chiếm gần 40% trong tổng sản lượng 3 cây lương thực hàng đầu trên thế giới (lúa nước: 659,6 triệu tấn, lúa mì: 606 triệu tấn) (FAOSTAT, 2009) [67]. Hạn chế về mặt dinh dưỡng của ngô là một số axit amin không thay thế như lysine, triptophan, methionine có hàm lượng thấp. Cải thiện chất lượng protein ở ngô là một trong những hướng được đầu tư nghiên cứu nhiều của các nhà chọn tạo giống trên thế giới. Với sự nỗ lực của các nhà khoa học ở Trung tâm Cải lương Ngô và Lúa mì quốc tế (CIMMYT), các giống ngô chất lượng protein cao (QPM - Quality Protein Maize) với nội nhũ cứng có năng suất và các đặc tính nông sinh học tương đương nhưng hàm lượng các axit amin không thay thế cao gấp đôi ngô thường đã được tạo ra và đang trở thành một xu hướng chính trong chọn tạo giống ngô của thế giới hiện nay. Ở Việt Nam, ngô tuy chỉ chiếm 12,9% diện tích cây lương thực có hạt, nhưng có ý nghĩa quan trọng thứ hai sau cây lúa. Gần 30 năm qua, nhất là từ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 những năm sau 1990, sản xuất ngô nước ta đã đạt được những thành tựu đáng ghi nhận. Năm 2008 là năm đạt diện tích (1125,9 nghìn ha), năng suất (40,2 tạ/ha) và sản lượng (4531,2 nghìn tấn) cao nhất từ trước đến nay. So với năm 1990, diện tích và năng suất tăng 2,6 lần, còn sản lượng tăng 7 lần (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]. Đạt được những kết quả trên là nhờ sự định hướng đúng đắn và đầu tư cao độ của Nhà nước đối với ngành ngô, cũng như sự nỗ lực vượt bậc của những người làm công tác nghiên cứu và khuyến nông đối với cây ngô. Đó cũng là kết quả từ sự giúp đỡ có hiệu quả của các tổ chức quốc tế, trong đó có CIMMYT. Chương trình phát triển ngô QPM đã được CIMMYT tạo mọi điều kiện để Việt Nam tiếp nhận được những kết quả mới nhất. Viện Nghiên cứu Ngô đã nghiên cứu lai tạo, thử nghiệm một số giống ngô lai QPM và thành công bước đầu tạo ra được giống ngô lai HQ2000. Giống HQ2000 là sản phẩm khởi đầu của chương trình tạo giống ngô QPM ở nước ta. Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất ở các vùng miền khác nhau trong cả nước, cần thiết phải chọn tạo ra được nhiều giống ngô QPM mới, trong đó có giống ngô QPM thụ phấn tự do (TPTD) cho vùng Trung du và miền núi phía Bắc. Mặc dầu đã đạt được những thành tựu quan trọng, nhưng sản lượng ngô nước ta vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước ngày một tăng nhanh. Hiện nay, nước ta phải nhập khoảng 600.000 – 800.000 tấn/năm để làm nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi. Để đáp ứng nhu cầu về ngô, có thể giải quyết bằng hai hướng: Một là mở rộng diện tích và đầu tư thâm canh các giống ngô lai có năng suất cao; hai là tăng diện tích các giống ngô có hàm lượng và chất lượng protein cao (QPM). Thái Nguyên là một tỉnh đại diện cho vùng Trung du và miền núi phía Bắc có điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội còn nhiều khó khăn. Nhiều vùng sản xuất ngô đã trồng bằng các giống ngô lai, nhưng do điều kiện đất đai, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 nước tưới, khả năng đầu tư, trình độ của người dân chưa đáp ứng được yêu cầu thâm canh nên hiệu quả của các giống ngô lai không cao. Trong những điều kiện như vậy, các giống ngô TPTD cải tiến sẽ phù hợp hơn. Đặc biệt là các giống ngô QPM TPTD sẽ rất có ý nghĩa khi mà một bộ phận đáng kể đồng bào dân tộc thiểu số đang sử dụng ngô làm lương thực chính. Tuy nhiên, cho đến nay các giống ngô QPM TPTD thích hợp cho vùng miền núi phía Bắc là chưa có. Điều kiện môi trường và các biện pháp kỹ thuật canh tác khác nhau ảnh hưởng đến năng suất ngô nhưng có làm thay đổi hàm lượng và chất lượng protein (các axit amin không thay thế) của giống ngô QPM hay không. Yếu tố phân bón có góp phần cải thiện chất lượng protein của giống ngô QPM và ngô thường hay không. Đây là những vấn đề chưa được nghiên cứu sâu trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Đã có nhiều nghiên cứu về phân bón trên ngô thường ở nước ta và trên ngô QPM cũng mới chỉ bắt đầu. Cho đến nay, nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali qua các mùa vụ khác nhau đến năng suất hạt, hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QPM TPTD so sánh với ngô lai thường chưa có kết quả được công bố trên thế giới và ở Việt Nam. Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của giống ngô chất lượng protein cao có triển vọng tại Thái Nguyên". 2. Mục tiêu của đề tài - Xác định được giống ngô QPM TPTD triển vọng cho tỉnh Thái Nguyên cũng như các tỉnh miền núi phía Bắc. - Xác định lượng phân đạm, lân và kali tối ưu cho giống ngô QPM TPTD triển vọng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 - Xác định được ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến năng suất, hàm lượng và chất lượng protein đối với giống ngô QPM TPTD so sánh với giống ngô lai thường. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Đề tài đã bổ sung thêm dữ liệu khoa học về các giống ngô QPM TPTD ở điều kiện miền núi phía Bắc. - Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến sinh trưởng, phát triển và năng suất ngô QPM TPTD so sánh với giống ngô lai thường. - Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của các liều lượng đạm, lân, kali đến hàm lượng và chất lượng protein của giống ngô QPM TPTD so sánh với giống ngô lai thường. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài đã chọn được một giống ngô QPM TPTD có khả năng sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao và ổn định, có hàm lượng và chất lượng protein cao, thích nghi với điều kiện Thái Nguyên và miền núi phía Bắc. - Đề tài đã xác định được công thức phân bón thích hợp cho giống ngô QPM TPTD QP4 và giống ngô lai thường LVN10 trồng tại Thái Nguyên và miền núi phía Bắc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài Với vai trò làm lương thực cho người (17%), thức ăn cho chăn nuôi (gần 70%) và làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và công nghiệp nhẹ khác (khoảng 10%) (Ngô Hữu Tình, 2009) [42], ngô đã được hầu hết các quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới gieo trồng và liên tục mở rộng sản xuất. Tất cả các nước trồng ngô nói chung đều ăn ngô với các mức độ khác nhau. Toàn thế giới (giai đoạn 1995 - 1997) sử dụng 17% sản lượng ngô làm lương thực cho người, trong đó ở các nước đang phát triển là 30%, các nước phát triển khoảng 4%. Các nước ở Trung Mỹ, Nam Á và châu Phi sử dụng ngô làm lương thực chính. Các nước Đông Nam Phi sử dụng 72% sản lượng ngô làm lương thực cho người, Tây Trung Phi 66%, Bắc Phi 45%, Tây Á 23%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 43%, Đông Á 12%, Trung Mỹ và vùng Caribe 56%, Nam Mỹ 9%, Đông Âu và Liên Xô cũ 7%, Tây Âu, Bắc Mỹ và các nước phát triển khác 4% (Ngô Hữu Tình, 2009) [42]. Vì vậy, ngô là một cây trồng rất quan trọng đảm bảo an ninh lương thực trên phạm vi toàn thế giới. Việt Nam là quốc gia có truyền thống lúa nước lâu đời, lương thực chính là gạo, song người dân cũng rất thích ăn ngô dưới dạng ngô luộc, ngô nướng, ngô rang, bỏng ngô. Trước kia còn nghèo đói và do mất mùa, nông dân vẫn thường ăn ngô dưới dạng độn với cơm hoặc ngô bung. Hiện nay, đồng bào một số dân tộc thiểu số vùng cao như H'mông, Dao... vẫn ăn ngô như nguồn lương thực chính theo truyền thống và vì điều kiện kinh tế còn nghèo dưới dạng mèn mén. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 Do chất lượng protein ở ngô không cao vì hàm lượng một số axit amin không thay thế như lysine, triptophan, methionine thấp nên việc sử dụng ngô nhiều có ảnh hưởng đến dinh dưỡng cho người và vật nuôi. Trước thực tế đó, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu chọn tạo ra các giống ngô QPM với hàm lượng protein cao hơn và đặc biệt có hàm lượng lysine, triptophan, methionine gấp đôi ngô thường. Hiện nay có nhiều giống ngô lai QPM đã được đưa vào sản xuất, còn giống TPTD QPM ít hơn. Giống lai QPM có năng suất cao chủ yếu phù hợp cho các vùng trồng ngô thâm canh, còn đối với các vùng đồi núi còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng, kỹ thuật canh tác, giống ngô TPTD QPM khả thi hơn. Miền núi phía Bắc nước ta là vùng khó khăn về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội. Người dân vùng này còn rất nghèo, thiếu vốn đầu tư cho sản xuất nông nghiệp. Ở một số vùng khó khăn những người dân nghèo đói vẫn phải sử dụng ngô làm lương thực và một số đồng bào dân tộc có tập quán sử dụng ngô làm lương thực chính từ lâu đời. Vì vậy, việc sử dụng giống ngô QPM là một nhu cầu thiết thực và cấp bách, góp phần giảm chi phí đầu tư cho sản xuất, đồng thời đạt được năng suất và chất lượng protein cao, đem lại hiệu quả kinh tế, đặc biệt có thể giảm tỷ lệ suy dinh dưỡng cho người dân miền núi, đảm bảo an ninh lương thực, nâng cao chất lượng dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi, đẩy mạnh công cuộc xoá đói giảm nghèo, phát triển kinh tế - xã hội nông thôn miền núi. Đất canh tác ở vùng miền núi rất ít, vì vậy việc mở rộng diện tích trồng ngô là rất khó khăn đồng thời việc tăng năng suất ngô gặp trở ngại do dinh dưỡng đất ở vùng này nghèo kiệt và khả năng thâm canh đầu tư của người dân thấp. Cho nên việc sử dụng giống ngô TPTD QPM vừa cho năng suất cao vừa đạt chất lượng protein cao là rất phù hợp và hiệu quả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 Hiện nay, việc nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, môi trường canh tác đến chất lượng của ngô QPM trên thế giới còn rất ít. Ở Việt Nam, nghiên cứu về vấn đề này mới chỉ bắt đầu. Vấn đề được đặt ra là giống ngô QPM có chất lượng protein cao nhưng liệu nó có thay đổi chất lượng ở những điều kiện ngoại cảnh, môi trường canh tác khác nhau không. Liệu trong cùng một điều kiện môi trường canh tác giống nhau, sự thay đổi về chất lượng protein của giống ngô QPM so với ngô thường có khác nhau không. Ở nước ta đến nay những nghiên cứu về phân bón ảnh hưởng đến năng suất thì nhiều nhưng chưa có nghiên cứu nào về ảnh hưởng của phân đạm, lân, kali đến năng suất và chất lượng protein của giống ngô TPTD QPM và so sánh với giống ngô lai thường. Xuất phát những cơ sở khoa học trên, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài này. 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Ngô là cây ngũ cốc lâu đời và phổ biến trên thế giới, không cây nào sánh kịp với cây ngô về tiềm năng năng suất hạt, về quy mô, hiệu quả ưu thế lai. 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. Ngành sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay. Theo số liệu của Tổ chức Nông - Lương Liên Hợp Quốc (FAO), năm 2007 diện tích ngô đã vượt qua lúa nước, với 158,0 triệu ha, năng suất 50,1 tấn/ha và sản lượng đạt kỷ lục 791,8 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 2007 năng suất ngô trung bình của thế giới tăng thêm hơn 31,1 tạ/ha (từ 19 lên 50,1 tạ/ha), lúa nước tăng hơn 23,3 tạ/ha (từ 19 lên 42,3 tạ/ha), còn lúa mì thêm 17,3 tạ/ha (từ 11 lên 28,3 tạ/ha) (FAOSTAT, 2009) [67]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 Bảng 1.1. Sản xuất ngô, lúa mì, lúa nƣớc thế giới giai đoạn 1961-2007 Năm Ngô Lúa mì Lúa nƣớc D. tích (triệu ha) NS (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) D. tích (triệu ha) NS (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) D. tích (triệu ha) NS (tạ/ha) Sản lƣợng (triệu tấn) 1961 104,8 19,0 204,2 200,9 11,0 219,2 115,3 19,0 215,3 2004 145,0 49,0 714,8 217,2 29,0 625,1 150,6 40,0 595,8 2005 145,6 48,0 696,3 218,5 28,0 621,5 152,6 41,0 622,1 2006 148,6 47,0 704,2 212,3 28,0 593,2 153,0 41,0 622,2 2007 158,0 50,1 791,8 214,2 28,3 606,0 155,8 42,3 659,6 Nguồn: FAOSTAT, 2009 [67] Kết quả trên có được, 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 10 năm nay cùng với những thành tựu trong chọn tạo giống lai nhờ kết hợp phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học thì việc ứng dụng công nghệ cao trong canh tác đã góp phần đưa sản lượng ngô thế giới vượt lên trên lúa mì và lúa nước. Những thành tựu mà ngành ngô thế giới đạt được trong những năm gần đây có thể nói là đã vượt ngoài mọi dự đoán lạc quan nhất. Năm 1995, sản lượng ngô thế giới là 517 triệu tấn, năm 1998 đã đạt 615 triệu tấn, năm 2000 do điều kiện khí hậu khó khăn giảm xuống còn 593 triệu tấn, vậy mà vào năm 2007 đã đạt tới 792 triệu tấn. Tức là chỉ sau có 12 năm, sản lượng ngô thế giới đã tăng thêm hơn 50%. Riêng 7 năm gần đây đã tăng thêm gần 300 triệu tấn. Và giá ngô thế giới vẫn ở mức cao. Trong khi đó, vào năm 2003, Viện Nghiên cứu Chương trình lương thực thế giới (IFPRI) dự báo nhu cầu ngô trên thế giới vào năm 2020 chỉ lên đến 852 triệu tấn (dẫn theo Ngô Hữu Tình, 2009) [42]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, trong khi đó diện tích đất canh tác ngày càng thu hẹp do sa mạc hóa và xu thế đô thị hóa. Nền nông nghiệp thế giới ngày nay luôn phải trả lời làm thế nào để giải quyết đủ năng lượng cho 8 tỷ người vào năm 2021 và 16 tỷ người vào năm 2030. Để giải quyết được câu hỏi này, ngoài biện pháp phát triển nền nông nghiệp nói chung thì phải nhanh chóng chọn ra những giống cây trồng trong đó có các giống ngô năng suất cao, ổn định có khả năng chống chịu tốt với điều kiện khí hậu ngày càng biến đổi phức tạp. Một trong những thành tựu quan trọng trong chọn tạo giống sinh vật nói chung và cây ngô nói riêng là việc nghiên cứu thành công và phát triển nhanh giống biến đổi gen. Với cây ngô, chỉ sau 12 năm áp dụng, năm 2008, diện tích trồng ngô chuyển gen trên thế giới đã đạt 37,3 triệu ha, riêng ở Mỹ đã lên đến 30 triệu ha, chiếm 85% trong tổng số 35,2 triệu ha ngô của nước này (GMO-COMPASS, 2009) [68]. Nhờ chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ và kháng sâu đục thân, việc sản xuất ngô được thuận tiện hơn, giảm thuốc bảo vệ thực vật từ đó giảm sự ô nhiễm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế. Những nghiên cứu về chuyển gen chịu hạn, chịu rét, chịu chua, chịu mặn, chịu đất nghèo đạm và kháng một số bệnh do virut ở ngô cũng đã những kết quả bước đầu. Khi những nghiên cứu trên được ứng dụng vào thực tiễn sẽ góp phần khai thác tối đa tiềm năng năng suất ở ngô. Điều đó sẽ có một ý nghĩa vô cùng lớn đối với ngành sản xuất ngô thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển việc sản xuất ngô phụ thuộc chủ yếu vào thiên nhiên, trong đó có Việt Nam. 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Ngô là cây lương thực quan trọng thứ 2 sau cây lúa ở nước ta. Ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm (Ngô Hữu Tình, 2009) [42]. Do có vai trò quan trọng đối với kinh tế xã hội cộng với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa nên ngô đã nhanh chóng được mở rộng, trồng khắp các vùng miền cả nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Cùng với sự tiến bộ của toàn thế giới, việc phát triển sản xuất ngô ở Việt Nam trong vài thập kỷ cuối thế kỷ 20 cũng đã thu được những kết quả quan trọng. Đạt được thành tựu lớn trong sản xuất ngô ở nước ta trong những năm gần đây là nhờ có những chính sách khuyến khích của Đảng và Nhà nước trong việc áp dụng thành công những tiến bộ khoa học kỹ thuật về giống, kỹ thuật canh tác vào sản xuất nên cây ngô đã có những bước tiến mạnh về diện tích, năng suất và sản lượng. Năng suất ngô Việt Nam đến cuối những năm 1970 chỉ đạt 10 tạ/ha do trồng các giống ngô địa phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ giữa những năm 1980, nhờ hợp tác với CIMMYT, nhiều giống ngô cải tiến đã được trồng ở nước ta, góp phần đưa năng suất lên gần 15 tạ/ha vào đầu những năm 1990. Tuy nhiên, ngành sản xuất ngô nước ta thực sự có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc mở rộng giống lai và cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác. Năm 1991, diện tích trồng giống lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn ha trồng ngô, năm 2007 giống lai đã chiếm khoảng 95% trong số hơn 1 triệu ha. Năm 1994, sản lượng ngô Việt Nam vượt ngưỡng 1 triệu tấn, năm 2000 vượt ngưỡng 2 triệu tấn và năm 2008 có diện tích, năng suất và sản lượng cao nhất từ trước đến nay: Diện tích 1.125,9 nghìn ha, năng suất 40,2 tạ/ha, sản lượng vượt ngưỡng 4 triệu tấn - 4,5 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]. Bảng 1.2. Sản xuất ngô Việt Nam giai đoạn 1961 – 2008 Năm Chỉ tiêu 1961 1975 1990 1994 2000 2005 2007 2008 Diện tích (1000 ha) 229,20 267,0 432,0 534,6 730,2 1052,6 1096,1 1125,9 Sản lượng (1000 tấn) 260,10 280,60 671,0 1143,9 2005,9 3787,1 4303,2 4531,2 Năng suất (tạ/ha) 11,4 10,5 15,5 21,4 27,5 36,0 39,3 40,2 Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2009 [45] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 Năm 1961, năng suất ngô nước ta bằng 60% trung bình thế giới (11,4/ 19 tạ/ha). Suốt gần 20 năm sau đó, trong khi năng suất ngô thế giới tăng liên tục thì năng suất của ta lại giảm, và vào năm 1979 chỉ còn bằng 29% so với trung bình thế giới (9,9/33,9 tạ/ha). Mặc dầu là cây lương thực thứ hai sau lúa nước, song do truyền thống lúa nước, cây ngô không được chú trọng nên chưa phát huy hết tiềm năng ở Việt Nam. Từ năm 1980 đến nay, năng suất ngô nước ta tăng nhanh liên tục với tốc độ cao hơn trung bình của thế giới. Năm 1980, bằng 34% so với trung bình thế giới (11/32 tạ/ha); năm 1990 bằng 42% (15,5/37 tạ/ha); năm 2000 bằng 65,5% (27,5/42 tạ/ha); năm 2005 bằng 75% (36/48 tạ/ha) và năm 2007 đã đạt 78,4% (39,3/50,1 tạ/ha). Cây ngô có khả năng thích ứng rộng, có thể được trồng nhiều vụ trong năm và trồng ở hầu hết các địa phương trong cả nước. Tiềm năng phát triển cây ngô ở nước ta là rất lớn cả về diện tích và thâm canh tăng năng suất. 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, có thuỷ lợi, những vùng đất tốt như: Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Đông Nam Bộ, Tây Nguyên để đạt năng suất cao. Tuy nhiên, ở các tỉnh miền núi, những vùng khó khăn, canh tác chủ yếu nhờ nước trời, đất xấu, đầu tư thấp thì giống ngô thụ phấn tự do chiến ưu thế và chiếm một diện tích khá lớn. 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô ở vùng Đông Bắc Đông Bắc là vùng núi và trung du, nó được phân cách với vùng Tây Bắc bởi dãy Hoàng Liên Sơn, bao gồm 10 tỉnh (Hà Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Lào Cai, Yên Bái, Thái Nguyên, Lạng Sơn, Bắc Giang, Phú Thọ). Ở vùng Đông Bắc, ngô là cây lương thực chính chỉ đứng sau cây lúa. Năm 2008, diện tích lúa là 498,4 nghìn ha, diện tích ngô là 243,9 nghìn ha. Trong vùng có khoảng 115 nghìn ha ruộng bậc thang hàng năm trồng 1 vụ lúa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 mùa nhờ nước trời - bỏ hoá vụ Xuân (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]. Đây là quỹ đất cần được khai thác để trồng ngô vụ Xuân bằng giống ngắn ngày chịu hạn. Nhìn chung, vụ ngô chính trong vùng là vụ Xuân Hè, gieo cuối tháng 2 hoặc đầu tháng 3 và thu hoạch vào cuối tháng 6 hoặc đầu tháng 7. Vụ ngô này chiếm 65 – 70% tổng diện tích gieo trồng ngô. Ngô Thu Đông trong vùng được gieo vào cuối tháng 7 hoặc đầu tháng 8 và thu hoạch vào tháng 11 chiếm 10 – 15%. Ngoài hai vụ trên thì còn vụ ngô Đông được trồng sau khi thu hoạch lúa mùa sớm. Diện tích trồng ngô vụ này chiếm khoảng 15 – 20% (được trồng nhiều ở các tỉnh Thái Nguyên, Bắc Giang, Phú Thọ) Ba tỉnh Hà Giang, Cao Bằng và Lào Cai có diện tích ngô lớn hơn diện tích lúa. Tại Hà Giang, năm 2008 diện tích ngô là 46,4 nghìn ha trong khi diện tích lúa là 36,7 nghìn ha; tương tự Cao Bằng có diện tích ngô là 38,4 nghìn ha trong khi diện tích lúa chỉ có 31,2 nghìn ha; Lào Cai có diện tích ngô là 28,8 nghìn ha, diện tích lúa là 28,5 nghìn ha (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]. Nghĩa là ở ba tỉnh này, ngô là cây trồng quan trọng số một. Khác với cây lúa, cây ngô có thể phát triển ở cả những vùng đất có độ dốc 15 – 20% nên nó có vị trí quan trọng, góp phần tích cực thay đổi cơ cấu cây trồng trên đất dốc, thay thế nhanh chóng diện tích trồng cây lúa nương và cây sắn trong sản xuất nông nghiệp. Ngô là cây trồng truyền thống của đồng bào các dân tộc miền núi, mặt khác do dễ trồng, dễ bảo quản và tiêu thụ hơn các cây trồng khác nên diện tích ngô vùng Đông Bắc tăng dần hàng năm (diện tích ngô năm 2000 là 160 nghìn ha, năm 2008 là 243,9 nghìn ha). Diện tích ngô tăng chủ yếu do tăng vụ trên đất một vụ lúa mùa (ruộng bậc thang) và tăng diện tích trồng ngô vụ 2. Do sử dụng giống ngô lai và tăng đầu tư phân bón đã giúp năng suất ngô tăng và lợi nhuận của nông dân trồng ngô tăng dần (năng suất ngô năm 2000 là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 24,9 tạ/ha, năm 2008 là 34,3 tạ/ha). Sản lượng ngô trong vùng cũng tăng dần hàng năm, năm 2000 đạt 412,6 nghìn tấn, năm 2008 đạt 798 nghìn tấn. Tỉnh Lạng Sơn có năng suất ngô đạt cao nhất 46 tạ/ha (năm 2008). Hà Giang là tỉnh có sản lượng ngô lớn nhất trong vùng, đạt 112,9 nghìn tấn (năm 2008) (Tổng cục Thống kê, 2009) [45]. Việc mở rộng diện tích được tưới chủ động cho cây trồng ở vùng núi cao là vấn đề khó khăn vì địa hình canh tác trên nền đất dốc, nương rẫy và sườn núi, nguồn nước tưới ở xa; nông dân nghèo thiếu vốn đầu tư; chi phí xây dựng công trình tưới nước lớn hơn nhiều so với vùng đồng bằng. Như vậy, chủ yếu diện tích ngô trong vùng được trồng ở vùng cao nhờ nước trời, chỉ có một phần nhỏ diện tích ở vùng thấp là có tưới. Vì vậy, giải pháp tối ưu cho việc nâng cao năng suất và sản lượng ngô ở vùng này là sử dụng các giống ngô chịu hạn, các giống ngô TPTD QPM và áp dụng các biện pháp kỹ thuật mới, trong đó có kỹ thuật bón phân. 1.2.4. Tình hình sản xuất ngô ở Thái Nguyên Cùng với sự phát triển ngô trong cả nước, tỉnh Thái Nguyên trong những năm gần đây cũng rất quan tâm phát triển sản xuất ngô và đã thu được nhiều kết quả khả quan. Nhờ có các thành tựu khoa học kỹ thuật mới, được nông dân ứng dụng mạnh mẽ vào sản xuất ngô nên diện tích, năng suất và sản lượng ngô ở Thái Nguyên tăng nhanh trong những năm gần đây. Qua bảng 1.3 cho thấy: Từ năm 2000 đến 2004, diện tích ngô của tỉnh Thái Nguyên tăng từ 10,7 nghìn ha lên 15,9 nghìn ha, năm 2005 diện tích không tăng, đến năm 2006 thì diện tích giảm nhẹ (15,3 nghìn ha). Nhưng đến năm 2008 diện tích trồng ngô của tỉnh tăng vọt, đạt 20,6 nghìn ha. Năng suất ngô của tỉnh tăng đều từ năm 2000 đến năm 2006 (28,8 - 35,2 tạ/ha). Năm 2007, năng suất ngô của tỉnh đạt cao nhất từ trước đến nay, đạt 42,0 tạ/ha cao hơn trung bình cả nước (39,3 tạ/ha). Năm 2008 do thời tiết khí hậu bất thường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 (ngô bị ngập lụt trong vụ Đông) nên năng suất giảm hơn so với năm 2007 (đạt 41,1 tạ/ha). Sản lượng ngô năm 2008 đạt cao nhất từ trước đến nay (84,7 nghìn tấn). Điều này chứng tỏ ở tỉnh Thái Nguyên, cây ngô đã được Đảng và Chính quyền địa phương chú trọng đầu tư phát triển. Và đạt được thành tựu như vậy là nhờ áp dụng tốt các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất ngô như giống mới, kỹ thuật canh tác. Tuy nhiên, sản xuất ngô ở tỉnh cần được đầu tư phát triển nhiều hơn nữa như tăng vụ, mở rộng diện tích, sử dụng giống mới, giống TPTD QPM, thâm canh tăng năng suất nhằm khai thác tối đa tiềm năng sẵn có của tỉnh. Bảng 1.3. Diện tích, năng suất và sản lƣợng ngô của tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2000 - 2008 Năm Diện tích (1000 ha ) Năng suất ( tạ/ha) Sản lƣợng (1000 tấn ) 2000 10,7 28,8 30,8 2001 9,7 30,6 29,7 2002 11,6 32,8 38,0 2003 13,4 32,6 43,7 2004 15,9 34,3 54,6 2005 15,9 34,7 55,1 2006 15,3 35,2 53,9 2007 17,8 42,0 74,9 2008 20,6 41,1 84,7 Nguồn: Tổng cục Thống kê, 2009 [45] Ngoài việc thâm canh ngô lai ở những vùng thuận lợi, cần tăng cường sử dụng các giống ngô thụ phấn tự do cải tiến ở những vùng khó khăn, nhằm tăng năng suất, sản lượng và chất lượng ngô, nâng cao hiệu quả kinh tế, góp phần xoá đói giảm nghèo cho nông dân. Đặc biệt phải tiến hành nghiên cứu khả năng thích ứng của các giống ngô TPTD có chất lượng protein cao và mở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 rộng các giống mới ra sản xuất nhằm đảm bảo nhu cầu lương thực, đồng thời nâng cao được chất lượng lương thực cho đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao và góp phần giảm giá thành sản phẩm ngành chăn nuôi, nâng cao hiệu quả kinh tế. Ở những vùng thuận lợi trong tỉnh thì thâm canh sản xuất những giống ngô lai chất lượng protein cao. Còn những vùng khó khăn, vùng cao thì cần tiến hành nghiên cứu thử nghiệm, xây dựng mô hình trình diễn để xác định những giống ngô TPTD QPM thích hợp nhất. Đồng thời việc xác định các biện pháp kỹ thuật chính, trong đó có chế độ phân bón thích hợp cho giống ngô TPTD QPM triển vọng là rất cần thiết. 1.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới và ở Việt Nam 1.3.1. Lợi ích dinh dưỡng và kinh tế của ngô QPM Hiện nay trên hành tinh của chúng ta có hàng tỷ người đang thiếu đói: Đói tinh bột, đói dinh dưỡng protein và vitamin. Ngô là nguồn lương thực chính cho người nghèo đói. Người đã nghèo khó thường chẳng được ăn nhiều, khẩu phần ăn thường ngày của họ thiếu protein và những dinh dưỡng quan trọng khác, ảnh hưởng tới sức khoẻ và sự phát triển. Trong vài thập kỷ gần đây, các nhà khoa học của CIMMYT đã tạo ra các giống ngô QPM có hình dạng và mùi vị giống như ngô thường, năng suất bằng hoặc cao hơn, khả năng chống chịu sâu, bệnh tương đương hoặc khá hơn, đồng thời hàm lượng lysine, triptophan và methionine gần như gấp hai lần ngô thường, các axit amin thiết yếu khác cho dinh dưỡng con người tương đương ngô thường (CIMMYT, 2001) [62]. Sử dụng ngô QPM có ý nghĩa to lớn đối với dinh dưỡng con người và động vật – đặc biệt là động vật dạ dày một khoang. Đối với con người, ngô QPM đóng vai trò rất quan trọng, nhất là ở những nước đang phát triển và ở những nơi sử dụng ngô làm lương thực chính. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Sự nổi bật về ý nghĩa sinh học và dinh dưỡng của ngô QPM đã được chứng minh nhiều ở chuột, lợn, trẻ em ở lứa tuổi nhỏ, vị thành niên và người lớn. Từ kết quả nghiên cứu thí nghiệm ở lợn, Maner đã rút ra kết luận rằng chỉ dùng ngô opaque-2 cũng cung cấp đủ protein cho lợn trong giai đoạn vỗ béo, trước và trong thời kỳ có chửa. Ở Guatemala, Bressani đã chỉ ra rằng, ngô opaque-2 đạt 90% giá trị dinh dưỡng của protein trong sữa ở trẻ nhỏ. Ở Colombia, trẻ em mắc bệnh thiếu protein trầm trọng (Kwashiorkor) được chữa khỏi và có lại được sức khoẻ bình thường bằng những bữa ăn mà chỉ có ngô opaque-2 là nguồn protein duy nhất (Vasal, 2001) 94. Giống như trẻ em, người lớn cũng có thể có lợi rất lớn khi sử dụng QPM do hàm lượng lysine và triptophan cao. Graham và CS đã trình bày những kết quả rất thú vị là trẻ từ tuổi thứ hai được nuôi bằng QPM – nguồn protein duy nhất trong thành phần bữa ăn mà vẫn phát triển bình thường (Vasal, 2001) 94. QPM ưu việt hơn ngô thường là có giá trị sinh học và mức sử dụng protein thực. Bressani đã tổng kết lại những nghiên cứu ở trẻ em đã khỏi bệnh suy dinh dưỡng và thấy rằng QPM là nguồn protein cho những đứa trẻ đó. Điều này đã dẫn đến sự cân bằng đạm và cải thiện điều kiện về sức khoẻ. Tác giả đã đưa ra lời khuyên: QPM là giải pháp có tính thực tế đối với thức ăn được chế biến tại nhà cho trẻ mới cai sữa (Vasal, 2001) 94. Theo lời của Norman Borlaug – Nguyên Tổng giám đốc CIMMYT, “Tôi cho rằng đã đến lúc phải có những nỗ lực nghiêm túc để đưa ngô này vào việc sử dụng thương mại để phục vụ nhu cầu của con người”. QPM có thể đóng vai trò quan trọng hơn nhiều khi được sử dụng làm thức ăn cho động vật. Tăng cường việc sử dụng ngô làm thức ăn trong chăn nuôi trên toàn cầu có thể có lợi gián tiếp đối với con người và tạo nên ảnh hưởng lớn (Vasal, 2001) 94]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 Sử dụng ngô QPM thay thế cho ngô thường làm tăng được chiều cao và trọng lượng của trẻ em: 12% (95% IC: 7 - 18%) tăng thêm trọng lượng cơ thể, 9% (95% IC: 6 - 15%) tăng thêm chiều cao (Pixley, 2008) [80]. Việc phát triển sản xuất các giống ngô QPM đặc biệt có ý nghĩa trong việc xoá đói giảm nghèo ở những nước đang phát triển và những vùng khó khăn. Khi đời sống của các nước đang phát triển trong những thập kỷ tới được cải thiện, thì nhu cầu protein động vật sẽ tăng nhanh chóng, đòi hỏi nguồn nguyên liệu ngô làm thức ăn gia súc ngày một lớn. 1.3.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM trên thế giới 1.3.2.1. Lịch sử phát triển ngô mang gen opaque-2 nội nhũ xốp a. Khái niệm gen opaque-2 Gen opaque-2 được phát hiện đầu tiên bởi Emerson và cộng sự (1935). Nhưng đến năm 1963, Mertz (1964) (Đại học Tổng hợp Purdue) mới phát hiện ra gen đột biến opaque-2 quy định hàm lượng lysine, triptophan cao trong nội nhũ ngô. Các nhà khoa học đã liên tục có sự tìm tòi các cặp alen đột biến mới có thể quy định chất lượng protein tốt hơn, tăng hàm lượng lysine và triptophan (2 axit amin cần thiết có hàm lượng hạn chế trong protein nội nhũ của ngô) (Vasal, 2002) [95]. Trong hơn 30 năm qua, nhiều nhà khoa học đã phát hiện ra vài gen đột biến khác có thể thay đổi theo hướng có lợi về đặc tính protein nội nhũ của ngô nhưng chưa tìm thấy thể đột biến nào tốt hơn opaque-2. Các đột biến khác như floury-2 (fl2), opaque-7 (o7), opaque-6 (o6), floury-3 (fl3), mucronate (Mc) và nội nhũ khuyết thiếu (De-B30). Hai thể đột biến như vậy được tìm ra bởi Nelson (1981) là opaque 7749 và opaque 7455 (o11). Opaque 7749 là một dạng quý vì lysine trong đó không cao bằng opaque-2 nhưng cao hơn một cách đáng kể so với dạng ngô thường và tỷ lệ prolamin cao hơn (Vasal, 2002) [95]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 Ngày nay, ngô mang gen opaque-2 có hàm lượng protein là 11 - 13%, lysine/protein là 4% và triptophan/protein từ 0,8 - 0,9% trong khi ngô thường tương ứng là 9%, 2 - 2,2% và 0,4 - 0,5% (Vasal, 2002) [95]. b. Thành phần hoá sinh Ở hầu hết các loại ngô thương phẩm, nội nhũ chiếm 80 - 85%, còn phôi chiếm khoảng 8 - 10% tổng khối lượng chất khô của hạt. Mặc dù có sự dao động giữa các lớp ngô, kiểu gen và môi trường, nhưng ước tính lượng protein trong nội nhũ chiếm tới 80% tổng hàm lượng protein trong hạt. Protein trong nội nhũ bao gồm các dạng khác nhau. Dựa vào độ bền vững của nó mà chúng có thể phân loại thành albumin (tan trong nước), globulin (tan trong dung dịch muối), zein hoặc prolamine (tan trong rượu mạnh) và glutelin (tan trong kiềm). Trong nội nhũ ngô thường, tỷ lệ trung bình của các dạng protein như sau: Albumin 3%, globulin 3%, zein 60% và glutelin 34%. Trái lại, protein trong phôi có nhiều albumin hơn (60% tổng protein của phôi). Dạng tan trong rượu chỉ chiếm một phần nhỏ (5 - 10%). Hàm lượng lysine trong prolamine (zein trong ngô) thấp, chỉ khoảng 0,1g/100g protein, không đủ nuôi sống chuột. Nếu thêm vào lượng triptophan và lysine (0,5%) thì sẽ làm cho chuột sinh trưởng gần như bình thường. Tương tự, triptophan cũng chiếm tỷ lệ rất ít trong zein. Lysine trong glutelin của ngô cao hơn đáng kể, chiếm khoảng 3 đến 2g/100g protein, thậm chí cao hơn (Vasal, 2001) [94]. Dạng đột biến opaque-2 có hàm lượng lysine và triptophan tăng lên là do sự tổng hợp zein bị ức chế. Tỷ lệ các dạng protein có mặt trong protein của ngô đột biến gen opaque-2 thay đổi thành 13,2% albumin, 3,9% globumin, 22,8% zein và 50,0% glutein. Vậy khi tỷ lệ zein giảm (thành phần chứa ít lysine) thì tỷ lệ những thành phần khác có lysine và triptophan cao hơn được tăng lên (Vasal, 2001) [94]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 c. Cơ sở di truyền của ngô mang gen opaque-2 Đột biến opaque-2 nằm trên nhiễm sắc thể số 7 (vị trí 16), floury-2 nằm trên nhiễm sắc thể số 4 (vị trí 63), opaque-7 nằm trên nhiễm sắc thể số 10 (vị trí 87), floury-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 8 (cánh dài) và De-B30 trên nhiễm sắc thể số 7 (cánh ngắn). Các dạng đột biến o2, o6, o7 và o11 chỉ gây ảnh hưởng sinh hoá đối với sự tổng hợp của zein chỉ khi thể hiện trong điều kiện đồng hợp tử lặn. Đây là thuận lợi căn bản để chọn lọc các dạng ngô mang gen opaque ở các thế hệ tự phối cũng như backcrossing. Hai thể đột biến (fl2 và fl3) trội không hoàn toàn và có biểu hiện không cố định đối với chất lượng protein và tính dục của hạt phụ thuộc vào sự có mặt của một hay nhiều gen lặn trong nội nhũ tứ bội. Vì vậy, ngày nay fl2 và fl3 không được sử dụng nữa. Đột biến De-B30 tác động như một gen trội về ảnh hưởng liều lượng đối với tính dục và hàm lượng zein trong hạt. Trừ opaque-6 được coi là gen cấu trúc, các dạng khác là gen điều tiết. Tất cả những biến thể này có một đặc tính chung là thành phần prolamine thấp, nội nhũ dạng bột phấn xốp và sự thiếu hụt lượng chất khô được tạo ra, vì vậy cũng không được quan tâm hơn (Vasal, 2002) [95]. d. Những hạn chế của giống ngô opaque-2 nội nhũ xốp Vào giai đoạn 1964 - 1970, các nhà chọn tạo giống ngô trên thế giới cố gắng truyền các gen đột biến opaque-2 và floury-2 vào những giống ngô có nền di truyền rộng. Khi các gen đột biến được truyền thành công vào giống ngô nào đó thì giống đó được gọi là giống ngô opaque-2. Đầu năm 1970, các giống ngô opaque-2 nội nhũ xốp đã sẵn sàng để đưa vào sản xuất thương mại tại Braxin, Columbia, Ấn độ và một số nước khác. Sau đó những nước này cùng với Mỹ đã có xu hướng tăng trưởng trong việc sản xuất ngô opaque-2. Tiếp đến là Nga và Hungary cũng tiến hành sản xuất ngô opaque-2 nhưng chưa có một thống kê chính xác nào về diện tích gieo trồng. Vào giữa năm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 1970, mặc dù sản xuất ngô opaque-2 mới bắt đầu ở những nước trên nhưng đã gặp phải những hạn chế của ngô mang gen opaque-2 so với ngô không mang gen opaque-2 (ngô thường) như sau: Năng suất hạt giảm 10 - 15% so với các giống ngô thường cùng gốc do sự ngừng tích luỹ chất khô vào hạt sớm hơn so khoảng 7 – 10 ngày; dạng hạt khó chấp nhận: Tất cả những đột biến chất lượng protein cao (bao gồm cả opaque-2) có đặc tính chung là có kiểu hình hạt đục, dạng bột phấn xốp. Theo Bjarnason và Vasal (1992) [60] rất có thể nguyên nhân của dạng hạt xốp là do sự sắp xếp lỏng lẻo của các hạt tinh bột gây ra các khoảng trống không khí, sự phân bố khác nhau của protein và sự tăng các chất cơ bản không kết tinh của protein; bệnh thối bắp nặng hơn do sử dụng nguồn cung cấp gen o2 dễ nhiễm bệnh thối bắp. Ngoài ra, loại ngô này còn bị nứt vỏ hạt và chín chậm hơn; côn trùng trong kho gây hại mạnh hơn; ẩm độ cao khi thu hoạch; nảy mầm kém ở những khu vực khí hậu lạnh, vào thời điểm gieo trồng nhiệt độ thấp thì ngô mang gen opaque-2 có thể nảy mầm kém và cây con sinh trưởng yếu; hạt dễ vỡ: Trong điều kiện nhiệt đới ẩm, hạt dễ vỡ là một trong những nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ nhiễm bệnh cao (Alexander (1966) [56]; Harstead (1969) [69]; Vasal (1975) [93]; Vasal (2001) [94]; Vasal và CS (1980) [96]; Vasal và CS (1984) [97]). 1.3.2.2. Lịch sử phát triển ngô opaque-2 nội nhũ cứng a. Phát hiện về ngô opaque-2 nội nhũ cứng Trong khi các vấn đề trở ngại của opaque-2 đang được tìm cách khắc phục, các nhà nghiên cứu ở CIMMYT thấy trong chương trình biến đổi có nhiều hạt ngô được sửa chữa từng phần, nghĩa là nội nhũ của một số hạt trở nên cứng không hoàn toàn. Lúc đó ý nghĩa của các hạt kiểu như vậy chưa được hiểu rõ và hầu hết các nhà chọn giống loại bỏ. Vào năm 1969, Paez và cộng sự đã công bố tầm quan trọng của các loại hạt như vậy, John Longquist và Asnani tách riêng gửi về phân tích nghiên cứu ảnh hưởng của việc sửa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 chữa đến các đặc tính sinh hoá. Nhưng các hạt được sửa chữa như vậy lại nghèo dinh dưỡng đến 25% so với khi chưa biến đổi. Các nhà khoa học đã phát hiện ra một số quần thể đang chuyển đổi thành opaque-2 và các tổ hợp lai giữa những quần thể như vậy có tần số cao các hạt sửa chữa và giữ được đặc tính chất lượng protein như ngô opaque-2 (Vasal, 2002) [95]. b. Khái niệm về ngô QPM QPM là ngô mang gen lặn opaque-2 nhưng đã được sửa chữa một số đặc tính như sau: Nội nhũ cứng, có tính chống chịu sâu bệnh và các điều kiện bất thuận như hạn, đổ, úng như ngô thường, phẩm chất dinh dưỡng hạt thương phẩm tốt, ít bị sâu mọt phá hại khi bảo quản và nảy mầm như ngô bình thường. Việc sửa chữa này thành công nhờ sử dụng hệ gen biến đổi trong quá trình lai truyền opaque-2. Như vậy, ngô QPM có đầy đủ ưu điểm như ngô thường về năng suất và chống chịu nhưng hàm lượng protein cao hơn và chất lượng protein, đặc biệt hàm lượng lysine và triptophan gấp đôi ngô thường. Có được giống ngô QPM như hiện nay là nhờ có thêm một hệ gen gọi là hệ gen biến đổi (modifying gene system). Hệ gen biến đổi là một loạt các gen mà bản thân chúng không quy định một tính trạng nào nhưng khi tương tác với gen đột biến opaque-2 thì làm thay đổi sự biểu hiện kiểu hình của đột biến này. Hiệu quả của tương tác này có thể ảnh hưởng đến bất kỳ tính trạng nào nhưng rõ nhất là thay đổi dạng hạt. Một số nghiên cứu đã tổng kết rằng cấu trúc hạt ngô sửa chữa do hệ gen di truyền số lượng với hiệu ứng gen cộng giữ vai trò quan trọng (Bjarnason, Vasal, 1992) [60]. Theo kinh nghiệm của các nhà khoa học CIMMYT, chất lượng protein và sự thay đổi dạng hạt nhờ hệ gen biến đổi nhìn chung có tương quan nghịch với nhau. Tức là các hạt càng được sửa chữa nội nhũ thì chất lượng protein càng giảm. Ta chỉ có thể chờ đợi trường hợp ngoại lệ (hạt sửa chữa nhưng duy trì chất lượng protein) nhờ những phân tích chất lượng mẫu. Nghĩa là nhà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 chọn giống phải luôn dung hoà giữa nội nhũ của hạt được sửa chữa và chất lượng thay đổi đến mức nào. Trong một chu kỳ chọn lọc đầu tiên của quá trình cải tạo, lai truyền gen opaque-2, số lượng mẫu cần loại bỏ nhiều, tiếp theo khi có sự tích luỹ các gen cải tiến có lợi thì số mẫu cần loại sẽ ít đi. Trong quá trình chọn lọc, nhà chọn giống thu được kiểu gen mong muốn phụ thuộc vào các vật liệu khác nhau. Sự biểu hiện kiểu hình của hệ gen biến đổi có thể bị ảnh hưởng của cây mẹ. Vì mô nội nhũ ngô ở dạng tam bội, cây mẹ đóng góp 2 alen trong nội nhũ, cây bố đóng góp 1 alen, nên ta có thể chờ đợi cây mẹ góp phần ảnh hưởng nhiều hơn cây bố (Vasal, 2002) [95]. 1.3.2.3. Thực trạng về áp dụng tiến bộ kỹ thuật ngô QPM trên thế giới Từ 1963 đến 1969, ngô mang gen opaque-2 nội nhũ xốp không mang lại hiệu quả trong sản xuất đã gây cho nhiều chương trình ngô ở các quốc gia thất vọng, chán nản. Sau đó những thành công của CIMMYT trong việc phát hiện, phát triển QPM đã tái tạo lại mối quan tâm và làm sống lại những hoạt động tạo giống QPM ở một số nước. Có hơn 20 nước đang phát triển (Benin, Braxin, Burkina Faso, Colombia, Ấn Độ, El Sanvadorr, Peru, Ethiopia, Ghana, Guatemala, Guinea, Mali, Mehico, Nam Phi, Nicaragoa, Trung Quốc, Việt Nam) phụ thuộc vào các hoạt động tạo giống QPM ở CIMMYT. Những nước này đã và đang sử dụng các quần thể QPM, các dòng, các giống hỗn hợp và tổng hợp được phát triển tại CIMMYT. Thậm chí ở Mỹ, một số trường đại học theo đuổi về QPM cũng đã sử dụng nguyên liệu của CIMMYT làm nguyên liệu ban đầu để tăng cường việc tạo những dòng và giống lai QPM. Đặc biệt ở trường Đại học Illinois, Urbana, Texas, Công ty hạt giống lai Crow, một số nước Braxin, Trung Quốc, Cộng hòa Nam Phi và những nước khác chủ yếu sử dụng nguyên liệu QPM của CIMMYT chứ chưa nghiên cứu tạo nguồn nguyên liệu QPM của mình. Bên cạnh nguồn nguyên liệu ban đầu (vốn gen và quần thể QPM) có sự thích nghi, thời gian sinh trưởng, màu sắc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 và kết cấu hạt khác nhau, CIMMYT đã tạo ra hàng trăm giống thí nghiệm tổng hợp. Từ năm 1985, sự phát triển giống lai QPM đã được tiến hành và đã tạo ra các giống tổng hợp, dòng tự thụ và giống lai. Nhiều tổ hợp lai đã được mở rộng diện tích ở các nước khác nhau. Các nước rất quan tâm đến trồng ngô QPM. Ở Trung Mỹ thử nghiệm QPM làm thức ăn cho người và gia súc. Guatemala đã mở rộng giống TPTD QPM tên là Nutricta từ Tuxpeno QPM. Chương trình quốc gia ở Guatemala và các nước Trung Mỹ khác đang đánh giá những dòng và giống lai QPM vàng và trắng của CIMMYT và thử nghiệm riêng ngô vàng làm thức ăn gia súc. Một số nước ở Nam Mỹ đã được mở rộng giống QPM. Năm 1988, Braxin tạo ra giống thụ phấn tự do BR 451 – giống này tỏ ra thích ứng tốt với môi trường Braxin và rất thuận lợi cho việc sản xuất ngô bột. Năm 1990, 1410 tấn hạt giống đã được cung cấp cho nông dân, đủ trồng cho 70.500 ha (Magnavaca, 1992) [74]. Ở Ghana năm 1997, ba giống ngô lai QPM đã được công nhận là: GH-110-5, GH-2328-88. Thành công trong việc đưa ra giống của Ghana vào sản xuất đã dấy lên mối quan tâm của các nước lân cận của Châu Phi như Benin, Togo và các nước miền Nam và miền Đông châu Phi. Nhiệm vụ toàn cầu năm 2001 là phải thúc đẩy sản xuất loại ngô QPM ở Ghana và các nước Châu Phi khác. Hiện nay các nước này đang trong quá trình nhân nhanh hạt giống cho vài nghìn ha sản xuất. Ở châu Á, Trung Quốc có chương trình tạo giống ngô QPM mạnh nhất. Một số giống thụ phấn tự do và giống lai đã được tạo ra như Zhongdan 206, Zhongdan 3850, Zhongdan 3710 đang được trồng ở phía Bắc. Năm 1998, chương trình ngô ở Ấn độ đã cho ra đời giống Shaski-1 năng suất cao, dạng hạt cải tiến chấp nhận được. Trong 2 năm 1999 - 2000, 14 nước đang phát triển đã phối hợp với CIMMYT nghiên cứu và đưa ra sản xuất rộng những giống ngô lai và ngô thụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 phấn tự do QPM và một số nước đã nâng chương trình phát triển QPM thành chương trình trọng điểm. Năm 2000, hơn 730.000 ha ở những nước đang phát triển gieo trồng QPM và tiềm năng cho việc đẩy mạnh sử dụng QPM là rất lớn (CIMMYT, 2001) 62]. Về năng suất, các giống ngô lai và ngô thụ phấn tự do QPM ưu tú đã được xác định qua khảo nghiệm ở nhiều địa điểm đã được đánh giá tại 40 nước ở châu Phi, châu Á và châu Mỹ - La Tinh. Kết quả các giống lai QPM cho năng suất cao hơn ít nhất 1 tấn/ha so với các giống ngô lai thường tốt nhất, năng suất của các giống thụ phấn tự do QPM đã và đang được đánh giá là tương đương hoặc lớn hơn các giống thụ phấn tự do thường. Các chuyên gia CIMMYT đã và đang thiết lập hàng ngàn thí nghiệm cải tạo các giống thụ phấn tự do QPM để khảo nghiệm và sử dụng trong tương lai. Việc chuẩn bị đã được đặt ra bằng việc sử dụng những phân tử đánh dấu ADN giúp cho việc chuyển những gen chất lượng protein vào những giống ngô thường ưu tú. Các giống ngô tổng hợp QPM có những tính trạng đặc biệt đặc trưng như độ cao đóng bắp đều và thấp, chống chịu sâu đục bắp và đổ rễ và đáng chú ý nhất là hàm lượng tryptophan (0,11% toàn hạt), lysine (0,475% toàn hạt) và protein (11,0% toàn hạt) cao hơn rất nhiều so với hàm lượng của những chất này trong ngô thường (0,05; 0,225 và 9,0%). Những đặc trưng này làm cho các giống tổng hợp QPM trở lên hấp dẫn với nông dân, sẽ giúp họ tăng năng suất và giảm tỷ lệ suy dinh dưỡng (CIMMYT, 2001) [62]. Với những ưu điểm của giống QPM và với những thành tựu mà các nhà khoa học đã đạt được trong những thập kỷ qua trong nghiên cứu tạo giống QPM, ngày 12 tháng 10 năm 2000, Tổ chức lương thực thế giới đã trao giải thưởng cho CIMMYT và nhà tạo giống ngô Surinder Kumar Vasal, nhà hoá sinh ngũ cốc Evangelina của CIMMYT ghi nhận về những cống hiến của họ tại CIMMYT suốt từ năm 1970 đến những năm 80 trong việc tạo giống QPM. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 Hàng năm giải thưởng được trao cho những cá nhân đã thúc đẩy sự phát triển của loài người bằng việc cải tiến số lượng, chất lượng hoặc tạo thêm nguồn lương thực cho thế giới. Tiến sĩ Vasal tập trung vào phương pháp tạo giống truyền thống để tuyển một loạt những gen đặc biệt, loại bỏ ảnh hưởng không mong muốn của gen opaque-2. Để khẳng định giá trị gia tăng của protein vẫn được duy trì trong quá trình lai tạo và chọn lọc, Villegas và nhóm cộng sự đã tiến hành phân tích hàm lượng axit amin trong protein của khoảng 20.000 mẫu ngô hạt mỗi năm (CIMMYT, 2001) 62. Về chất lượng protein, đã phân tích các enzime trong việc tạo giống ngô QPM ở Trung Quốc, Ấn Độ và Zimbabwe cho thấy các giống lai QPM có hàm lượng lysine và triptophan cao hơn các giống ngô thường làm đối chứng từ 70 - 100%. Vài giống ngô lai mới có chứa protein cao đến 13,5% và tryptophan cao đến 4,5%. Qua vài năm thử nghiệm trên đồng ruộng cho thấy sự lẫn phấn từ ngô thường sang ngô QPM là không đáng kể, chỉ ở những hàng biên của cánh đồng QPM trồng cạnh cánh đồng ngô thường chỉ bị giảm 10%. Còn ở giữa ruộng QPM thì chất lượng protein giảm rất ít hoặc không bị giảm. Do vậy, khi chọn hạt giống để gieo những vụ sau thì nên chọn những ô giữa cánh đồng (CIMMYT, 2001) 62. Những giống QPM cả thụ phấn tự do lẫn giống lai đều có thể tạo ra cho sản xuất thương mại trên đồng ruộng của nông dân. Sự chọn lựa các giống thụ phấn tự do hoặc giống lai thay đổi từ nước này sang nước khác phụ thuộc một số yếu tố bao gồm sức mạnh của chương trình quốc gia, lực lượng con người được đào tạo và hạ tầng cơ sở của việc sản xuất hạt giống của cả tư nhân lẫn Nhà nước. Nhìn chung các giống lai thông dụng hơn ở các nước phát triển. Ở những nước đang phát triển, gieo trồng cả giống lai lẫn giống thụ phấn tự do; riêng một số nước như Argentina, Brazil, El Salvadol, Ai Cập, Thổ Nhĩ Kỳ, Thái Lan, Trung Quốc và Zimbabwe hầu hết trồng giống lai. Vấn đề trồng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 giống QPM opaque xốp và opaque kết cấu nội nhũ cải tiến đều quan trọng như nhau. Ở những nước ngô được trồng làm thức ăn cho chăn nuôi thì có thể sử dụng ngô nội nhũ cứng hoặc xốp. Còn ở những nước đang phát triển, nơi mà ngô được sử dụng chủ yếu làm lương thực cho người, thì dạng ngô đá và răng ngựa cứng được ưa chuộng hơn. Vì vậy nhu cầu về ngô nội nhũ cứng hay xốp phụ thuộc vào mục đích sử dụng (làm lương thực, thức ăn chăn nuôi hoặc các mục đích công nghiệp) (Vasal, 2001) 94. Với một số lượng lớn vật liệu QPM, CIMMYT tạo ra hàng trăm giống thí nghiệm tổng hợp bằng cách tái tổ hợp 10 gia đình tốt nhất được chọn lọc trên cơ sở thí nghiệm quốc tế thử nghiệm đời con cháu. Bắt đầu từ năm 1985, sự phát triển giống lai QPM đã được chú trọng và đã tạo ra được các giống tổng hợp, dòng tự thụ và giống lai. Đa số các nguồn nguyên liệu này đã được đánh giá trong các thí nghiệm giống thí nghiệm chuẩn (EVT) hoặc thí nghiệm giống lai. Gần đây, những dòng tự thụ QPM có kí hiệu từ CML140 đến CML194 đã được công bố và có sự thích ứng cả ở vùng nhiệt đới lẫn cận nhiệt đới. Trong những năm gần đây việc thử nghiệm những giống ngô QPM đã được tăng cường và kết quả là đã xác định được những giống tốt nhất cho một số nước đang phát triển. Hoạt động phát triển QPM đã và đang được chú trọng, quan tâm với mức độ tăng dần ở nhiều nước trong những năm gần đây. Thành tích có thể chấp nhận được của các nguồn nguyên liệu QPM với chất lượng protein như là một phần thưởng thúc đẩy các chương trình quốc gia thay thế ngô thường trong nhu cầu lương thực cho con người và làm thức ăn cho chăn nuôi ở Mỹ và các nước sản xuất ngô khác để giảm giá thành protein động vật. Sự khích lệ sản xuất thương mại và sử dụng QPM nên được ưu tiên; ít nhất là những nước mà QPM đã cho kết quả tốt (Vasal, 2001) 94. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 Một số giống ngô QPM mới được đưa vào sản xuất ở châu Phi những năm gần đây: Lishe-K1, Lishe-H1, Lishe-H2 (2000); BHQP-542 Longe-5 (Nalongo) (2001), WSQ104, KH500Q, KH631Q (2005), TAN611 (2007), BHYQP-545, Pool15QPM, NASECO (2008). Một số giống ngô QPM mới được đưa vào sản xuất ở các nước châu Á: IPB Var 6 của Philippin năm 2008; Jawari Mughazi-08 của Ápganixtan - 2008; 2 OPVs của Indonesia - 2004; BHM5 của Băngladet - 2007; HQPM-1 (2005), Shaktiman-3, -4 (2006), HQPM-5 (2007), HQPM-7 & Vivek-9 QPM (2008) của Ấn độ (Pixley, 2008) [80]. Tại Indonesia, Giống QPM Srikandi Putih-1 cho năng suất 7,91 tấn/ha hay tăng 13,4% so với ngô thường tốt nhất (MS-2) và giống QPM Srikandi Kuning-1 cho năng suất 7,92 tấn/ha hay tăng 2% so với đối chứng ngô thường Bisma. Ngô trắng và Ngô vàng QPM có hàm lượng lysine 0,36% và 0,459%; hàm lượng tryptophan 0,071% và 0,085% (Yasin và CS, 2007) [101]. Hai giống ngô QPM mới của Indonesia là Srikandi Kuning-1 và Srikandi Putih-1 có những đặc điểm sau: Giống Srikandi Kuning-1 có hàm lượng protein là 10,38%, lysine 0,477%, triptophan 0,093%, năng suất 7,9 tấn/ha; giống Srikandi Putih-1 có hàm lượng protein là 10,44%, lysine 0,41%, triptophan 0,087%, năng suất 8,1 tấn/ha. So sánh với giống ngô thường Lamuru thì số liệu tương ứng là 8,49%; 0,278%; 0,064%; 7,6 tấn/ha (Made và CS, 2008) [73]. 1.3.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô QPM ở Việt Nam Ở Việt Nam, vào năm 1989, giống ngô QPM nội nhũ cứng Pop63 đã được khu vực hoá và một số địa phương đã trồng, tuy nhiên do năng suất không cao bằng giống thường (VM1) và hạt trắng nên đã không mở rộng được. Mặc dù còn nhiều khó khăn về tài chính, cơ sở vật chất song xuất phát từ những nhu cầu sử dụng và lợi ích của ngô QPM, Viện Nghiên cứu Ngô đã nhập nội một số nguyên liệu QPM (1998) và hợp tác với CIMMYT lai tạo thành công giống lai đơn, đặt tên là HQ2000, có năng suất cao tương đương Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 với ngô lai thường nhưng hàm lượng protein cao hơn ngô thường. Hàm lượng protein là 11,0% (ngô thường 8,5 – 9,0%), trong đó lysine/protein là 4,0%, triptophan/protein là 0,82% (ngô thường là 2,0% và 0,5%) (Lê Quý Kha, Trần Hồng Uy, 2002) 21. Tháng 4/2004, giống HQ2000 đã được Hội đồng khoa học - Bộ NN&PTNT cho phép công nhận chính thức (Lê Quý Kha và CS, 2004) [22]. Vào năm 2004, diện tích sử dụng giống HQ2000 trên toàn quốc đã lên tới hơn 10 ngàn ha. Năm 2003, giống HQ2000 đã tham gia thị trường xuất khẩu Băngladet và Lào được 30 tấn. Giống ngô HQ2000 đã được triển khai mô hình ở các vùng sinh thái khác nhau trên toàn quốc, thích nghi tốt, cũng như LVN10, đạt năng suất 5 -7 tấn/ha là không khó khăn nếu áp dụng đúng quy trình kỹ thuật. Hạt ngô thịt HQ2000 đã được đưa vào sử dụng thử như: Cho người ăn, làm mèn mén ở Bắc Hà – Lào Cai, chất lượng ngon (được người H'Mông chấp nhận); thử nghiệm chăn nuôi lợn sữa xuất khẩu ở HTX Trung Châu – Đan Phượng – Hà Nội đạt kết quả tốt; thử nghiệm chăn nuôi gà ở Trạm Thử nghiệm thức ăn gia súc Thụy Phương – Viện Chăn nuôi; thử nghiệm chăn nuôi gà ở Lạc Thuỷ - Hoà Bình; bước đầu thử nghiệm chăn nuôi bò sữa ở Trung tâm Bò sữa và Đồng cỏ Ba Vì – Hà Tây và HTX Nông nghiệp Phù Đổng – Gia Lâm – Hà Nội. Các mô hình sử dụng HQ2000 làm lương thực đã được thử nghiệm tại Lào Cai, Hà Giang, Cao Bằng đều cho thấy mèn mén bằng ngô HQ2000 có vị đậm và ngậy hơn, bột mịn – dễ ăn hơn các loại ngô lai thường khác. Trong năm 2001, Viện Nghiên cứu Ngô cũng đã xác định được 2 tổ hợp lai QPM mới cho năng suất cao hơn HQ2000 đó là: CML166 x CML168 x CML172 cho năng suất vượt HQ2000 18% và tổ hợp lai CLQ6601 x CML172 vượt HQ2000 11% (Phan Xuân Hào, Vũ Đức Quang, 2002) [15]. Hiện nay, Viện đang gửi các giống ngô QPM đi khảo nghiệm quốc gia để đánh giá khả năng thích ứng, sinh trưởng phát triển, chống chịu, năng suất và chất lượng của các giống ngô QPM ở nhiều địa phương, nhiều vùng trong cả nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Từ năm 2001 - 2005, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên phối hợp với Viện Nghiên cứu Ngô đã tiến hành khảo nghiệm một số giống ngô chất lượng protein cao và thu được kết quả như sau: Thí nghiệm ở vụ Xuân và vụ Thu Đông 2002 cho kết quả hai giống QP2 và QP3 khá đồng đều và ổn định qua hai vụ, có thời gian sinh trưởng ngắn, có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt, có năng suất thực thu tương đương với hai giống đối chứng (Q2 và HQ2000). Đặc biệt, hai giống này có hàm lượng protein đạt 11,1 và 11,4% tương đương HQ2000 (11,3%) và cao hơn hẳn Q2 (8,2%); hàm lượng lysine/protein đạt 4,1 và 4,3% cao hơn hẳn hai đối chứng (2,6 và 3,9%) (Phan Xuân Hào, Trần Trung Kiên, 2004) [16]. So sánh 6 giống ngô TPTD QPM với đối chứng HQ2000 vụ Xuân 2005 tại Tuyên Quang cho kết quả giống QP4 có thời gian sinh trưởng trung bình, thấp cây, cho năng suất cao nhất (đạt 39,22 tạ/ha) nhưng thấp hơn đối chứng (57,29 tạ/ha) (Dương Văn Sơn, 2007) [37]. Trong số 60 dòng QPM đánh giá ở vụ Thu Đông 2007 tại Đan Phượng - Hà Nội chọn ra được 10 dòng (D3, D6, D8, D21, D22, D24, D42, D58 và D59) có năng suất khá cao (23,37 - 45 tạ/ha), chống đổ, ít nhiễm bệnh ở thân và bắp, trong đó 3 dòng đạt năng suất vượt đối chứng 2 (32,3 tạ/ha) là D2 (38,6 tạ/ha), D24 (37,6 tạ/ha), D31 (44,7 tạ/ha) (Châu Ngọc Lý và CS, 2008) [25]. 90 dòng thuần QPM được phát triển từ 8 dòng ngô thường (C2, C4, C135, C154, C164, C172, T2, T5) và 4 giống lai thường (SC1614, SC18161, SC7114, C919) và HQ2000 (giống lai QPM) có khả năng kết hợp chung cao đã lai với phôi và cây trồng tái tạo phản ứng dây chuyền dòng AC24 và CML161 (QPM). Sau 4 vụ chọn lọc, sử dụng SSR primers phi057 và phi112 phát hiện ra 30 dòng thuần có gen o2o2. Bằng phương pháp chuyển đổi backerossing truyền thống với dòng CML161 và CML165 (QPM) cùng với sự chọn lọc dưới đèn huỳnh quang, 8 dòng ngô thuần QPM mới được phát Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 triển từ hai dòng ngô thuần thường (TCH1 và DF7) có năng suất và khả năng kết hợp chung cao (Chau Ngoc Ly và CS, 2008) [61]. Ba mươi tám dòng QPM mới phát triển, 6 dòng QPM từ CYMMYT và 1 dòng ngô thường (đối chứng) được đánh giá năng suất và đặc điểm nông sinh học vụ Xuân 2008 tại Đan Phượng - Hà Nội. Thông qua đánh giá và áp dụng chỉ số chọn lọc (SI), 6 dòng QPM thể đơn bội kép: V62, V64, V66, V68, V72 và C141 (SI = 14,34 - 17,52), 7 dòng QPM chuyển đổi theo phương pháp truyền thống: Q1, Q5, Q11, Q16, Q18, Q21, KQ1 (SI = 15,0 - 17,85), CML161 và CML161/422 đã được chọn. Những dòng này có khả năng chống chịu tốt với bệnh thối bắp (8,3 - 33,7%), lá xanh bền, trạng thái cây và bắp tốt (điểm 2 - 3), năng suất từ 25,48 - 46,89 tạ/ha. Những dòng này tạo ra nhiều giống lai nhiều triển vọng (Chau Ngoc Ly và CS, 2008) [61]. Trong điều kiện Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng ngô QPM và chọn tạo được nhiều giống ngô QPM phục vụ sản xuất. Chương trình tạo giống và triển khai ngô QPM sẽ phát triển nhanh chóng và có hiệu quả ở Việt Nam, vì nó là xu hướng tất yếu của khoa học công nghệ thế kỷ XXI, vì nó có lợi cho dân và hợp lòng dân. 1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng và chất lượng protein ở ngô Tổng hợp protein liên quan chặt chẽ với việc thu nhận và tích lũy N trong cây ngô, hai quá trình này không cùng tốc độ như nhau trong quá trình sinh trưởng phát triển của cây ngô. Tốc độ tổng hợp protein cao nhất trong cây ngô ở giai đoạn đầu cho đến khi ngô được 6 lá, protein trong mô ở giai đoạn này đạt 24 – 25% trong tổng số chất khô. Giai đoạn tiếp theo hình thành mạnh nhất sinh khối chung thì hàm lượng protein giảm nhanh (còn 12%). Giai đoạn trỗ cờ phun râu đến cuối giai đoạn sinh trưởng của cây ngô thì hàm lượng protein gần như ở mức ổn định trong khoảng 5 – 7%. Trong hạt ngô cũng biến động tương tự như các cơ quan sinh dưỡng khác, ở giai đoạn đầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 protein 15 – 18%. Cùng với sự phát triển của hạt tăng tích lũy cacbonhydrat thì hàm lượng protein ở giai đoạn chín hoàn toàn hạ xuống còn 8 – 9%, trong một số giống lai còn thấp hơn (Tomov, 1984) [90]. Hàm lượng protein cũng như các thành phần axit amin bị thay đổi bởi những tác động của các yếu tố di truyền, môi trường canh tác. Thường những thay đổi về lượng protein thì cũng thay đổi thành phần axit amin. Tác động mạnh nhất đến hàm lượng và chất lượng ptotein của ngô là những yếu tố di truyền (giống), tiếp đến là yếu tố môi trường gồm khí hậu (ẩm độ, nhiệt, ánh sáng) và kỹ thuật nông học (phân bón, tưới nước, mật độ). Trong nhiều trường hợp, môi trường tương quan với giống ảnh hưởng đến hàm lượng và chất lượng protein. Vì vậy, về mặt tổng hợp protein cần thiết ngô được trồng trong điều kiện tối ưu về giống và kỹ thuật canh tác (Tomov, 1984) [90]. - Yếu tố di truyền (giống): Nhiều nghiên cứu cho thấy đồng thời với việc tăng hàm lượng protein thì năng suất giảm. Giống lai có năng suất cao thì hàm lượng protein thấp, giảm từ 9 - 10% còn 7 - 8% so với giống gốc ban đầu. Lý do là trong các giống lai tốc độ tích luỹ cacbonhydrat nhanh hơn tích luỹ protein. Từ đó nảy sinh ra vấn đề khó khăn, khi đưa được những giống lai năng suất cao thì cũng khó nâng cao được hàm lượng lysine và triptophan, ngay cả khi Mezt phát hiện ra gen opaque (Zuber và CS, 1980) [102]. - Yếu tố khí hậu: Ảnh hưởng cúa các giống lai khác nhau đến thay đổi hàm lượng protein phụ thuộc vào tổng lượng mưa. Những năm ít mưa thì hàm lượng protein cao hơn. Yếu tố nước là tác động nghịch, cùng với tăng lượng mưa thì hàm lượng protein giảm. Yếu tố nhiệt độ là tác động thuận, tăng tổng tích ôn hữu hiệu thì hàm lượng protein tăng. Như vậy, hàm lượng protein thay đổi khác nhau ở những điều kiện khí hậu khác nhau, protein tăng ở vùng phía Nam, giảm ở vùng phía Bắc do lạnh hơn (Zuber và CS, 1980) [102]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 - Yếu tố kỹ thuật canh tác: + Tưới nước: Tác động bằng tưới nhân tạo cung cấp nước tối ưu làm tăng năng suất nhưng làm giảm protein trong hạt. Các nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng protein giảm trong điều kiện có tưới mạnh hơn trong điều kiện đất xấu, không đảm bảo dinh dưỡng cho cây ngô. Trong trường hợp đủ nước nhưng thiếu đạm hay dinh dưỡng nói chung thì năng suất chung có thể tăng nhưng lại giảm hàm lượng protein (dẫn theo Tomov, 1984) [90]. Trong điều kiện có tưới, hàm lượng protein trong mô giảm đồng thời giảm hàm lượng zein (thành phần chứa ít lysine) và tăng tương đối hàm lượng albumin, globumin và glutein (có chứa nhiều lysine và triptophan). Với kết quả đó, chất lượng protein được cải thiện. Như vậy, trong điều kiện mưa nhiều hoặc có tưới đầy đủ thì hàm lượng protein có thể giảm nhưng làm tăng chất lượng protein (Mertz, 1964) [76]. + Mật độ: Mật độ tác động đến chất lượng protein tương tự như tưới nước, tăng mật độ làm giảm hàm lượng protein, đồng thời giảm zein và tăng hàm lượng albumin, globumin và glutein, tức là tăng chất lượng protein (Mertz, 1969) [75]. + Phân bón: Phân N ảnh hưởng lớn nhất đến tích lũy protein trong ngô. Cùng với việc tăng liều lượng phân bón, đặc biệt là phân N thì sẽ giảm tỷ suất năng suất ngô trên đơn vị phân N nhưng làm tăng khối lượng protein trong hạt cũng như trong tổng sinh khối nói chung, dẫn đến tăng nồng độ protein trong các mô của cây và đảm bảo tăng năng suất protein trên đơn vị diện tích gieo trồng (Tomov, 1984) [90]. Bón N tăng làm tăng sản lượng protein, nhưng chủ yếu là tăng zein. Với liều lượng phân bón trung bình thì không thay đổi đáng kể hàm lượng zein và vẫn đảm bảo tăng chất lượng protein. Khi bón không cân đối các loại phân, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 với liều lượng 300N làm giảm chất lượng (khối lượng axit amin không thay thế) và một số chất khác trên đơn vị diện tích (Tomov, 1984) [90]. Vấn đề nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng protein là rất phức tạp. Vì hàm lượng protein bị ảnh hưởng rất nhiều nhân tố di truyền và không di truyền, tác động của những nhân tố đó rất phức tạp và trong một số trường hợp theo các hướng khác nhau. Thực tế cho thấy thông qua chọn giống và điều kiện kỹ thuật nông học có thể tác động để thu được những giống lai năng suất cao, đồng thời nâng cao được hàm lượng protein với các thành phần axit amin được cải thiện. Vì vậy, nghiên cứu các yếu tố riêng rẽ ảnh hưởng đến hàm lượng protein phải được nghiên cứu một cách đồng bộ. Tóm lại, tăng năng suất và chất lượng protein bằng chọn giống và kỹ thuật canh tác là khả thi và mở ra triển vọng lớn trong tương lai (Tomov, 1984) [90]. 1.4. Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1.4.1. Tình hình nghiên cứu phân bón cho ngô trên thế giới Cây ngô là một cây ngũ cốc quang hợp theo chu trình C4, là cây ưa nhiệt, có hệ thống rễ chùm phát triển (FAO, 1995) [66]. Cây ngô là cây có tiềm năng năng suất lớn. Trong các biện pháp thâm canh tăng năng suất ngô, phân bón giữ vai trò quan trọng nhất. Theo Berzeni và Gyorff (1996) [5] thì phân bón ảnh hưởng tới 30,7% năng suất ngô còn các yếu tố khác như mật độ, phòng trừ cỏ dại, đất trồng có ảnh hưởng ít hơn. Sự hút các chất dinh dưỡng thay đổi theo các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của ngô. Dựa vào biến đổi hình thái của cây để xác định nhu cầu dinh dưỡng từng thời kỳ cho ngô. Viện Kỹ thuật Cây ngũ cốc và Thức ăn gia súc (Pháp) chia quá trình sinh trưởng phát triển của cây ngô ra làm 4 giai đoạn: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 - Giai đoạn tăng trưởng chậm: Từ khi mọc đến khi 7 – 8 lá: Đây là giai đoạn hình thành và phát triển bộ rễ. Đây cũng là giai đoạn phân hoá tạo bông cờ. Giai đoạn này lượng dinh dưỡng cây hút không lớn chỉ bằng 1 – 4% tổng lượng dinh dưỡng so với cả vòng đời cây hút. Sự hút chất dinh dưỡng ở thời kỳ đầu tuy chậm nhưng rất quan trọng cho ngô, bao gồm các dạng dễ hấp thu của các hợp chất chứa NPK so với tổng lượng dinh dưỡng và tổng chất khô đã tích luỹ được. Sau mọc 20 – 30 ngày ngô tích luỹ được 4% chất khô, 9% lân, 10% đạm, 14% kali; sau 60 ngày: 45% chất khô, 57% lân, 66% đạm, 92% kali. - Giai đoạn tăng trưởng nhanh: Từ 7 – 8 lá đến sau trỗ 15 ngày: Ở giai đoạn này các bộ phận trên mặt đất (thân lá) và dưới mặt đất đều tăng trưởng rất nhanh. Các cơ quan sinh trưởng phát triển mạnh, lượng tinh bột và chất khô trong bắp tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây hấp thu tối đa dinh dưỡng bằng 75 – 95% tổng lượng dinh dưỡng so với cả vòng đời cây hút. Thiếu chất dinh dưỡng ở thời kỳ 8 – 11 lá sẽ cản trở sinh trưởng của lá và giảm từ 10 – 20% năng suất, đặc biệt ở thời kỳ trỗ cờ phun râu cây đòi hỏi dinh dưỡng rất gay gắt, nếu thời kỳ này một nửa số lá héo khô lúc này sẽ làm giảm 25 – 30% năng suất. - Thời kỳ nở hoa, ngô đã hút gần như toàn bộ số kali cần thiết và lượng lớn đạm và lân. - Giai đoạn chín: Quá trình tích luỹ chất k