Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:248

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm đánh giá được thực trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh vùng trung du miền núi phía Bắc; sự phân bố và tư liệu hóa kiến thức bản địa liên quan đến 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010; Xác định được một số biện pháp kỹ thuật phù hợp trong bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội;

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------------------------------------------- VŨ LINH CHI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT BẢO TỒN NGUỒN GEN KHOAI MỠ (Dioscorea alata L.) Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------------------------------------------------------ VŨ LINH CHI NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT BẢO TỒN NGUỒN GEN KHOAI MỠ (Dioscorea alata L.) Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số : 62 62 01 10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Lã Tuấn Nghĩa 2. PGS. TS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ HÀ NỘI – 2017
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Lã Tuấn Nghĩa và PGS. TS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ, sự giúp đỡ của lãnh đạo, cán bộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Tài nguyên thực vật. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực. Một số kết quả đã được công bố riêng hoặc đồng tác giả, phần còn lại chưa sử dụng để bảo vệ luận án tiến sĩ. Các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án đều được ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Vũ Linh Chi
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Lã Tuấn Nghĩa và PGS. TS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án. Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban lãnh đạo, các cán bộ nghiên cứu Trung tâm Tài nguyên thực vật, Ban Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm nghiên cứu và phát triển Cây có củ, Viện Cây Lương thực Cây thực phẩm; Phòng Kinh tế, UBND huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn; UBND xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn; các ban, ngành địa phương đã cung cấp những số liệu cần thiết và giúp đỡ tôi trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu tại địa bàn. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên khích lệ, giúp đỡ về vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Vũ Linh Chi
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii MỤC LỤC............................................................................................................ iii DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ................................................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................viii DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... xii 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 luận án ................................................. 3 3.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................................ 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn............................................................................................................. 3 4. Những đóng góp mới của đề tài ........................................................................... 4 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 4 5.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................................... 4 5.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................................ 4 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU...................................... 6 1.1. Giới thiệu chung về cây khoai mỡ..................................................................... 6 1.1.1. Nguồn gốc, phân bố và phân loại ................................................................................ 6 1.1.2. Giá trị của cây khoai mỡ .............................................................................................. 8 1.1.3. Đặc điểm sinh thái của cây khoai mỡ .......................................................................... 9 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ trên thế giới và ở Việt Nam .............. 10 1.2.1. Sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ trên thế giới ............................................................... 10 1.2.2. Sản xuất và tiêu thụ khoai mỡ ở Việt Nam................................................................ 11 1.3. Nghiên cứu bảo tồn nguồn gen chi Dioscorea và cây khoai mỡ ...................... 12 1.3.1. Khái niệm về bảo tồn nguồn gen ............................................................................... 12 1.3.2. Phương pháp và kỹ thuật bảo tồn nguồn gen cây khoai mỡ...................................... 13 1.3.3. Thu thập, lưu giữ bảo quản nguồn gen chi Dioscorea và khoai mỡ ......................... 19 1.3.4. Đánh giá đa dạng nguồn gen chi Dioscorea và khoai mỡ......................................... 27 1.4. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ ....................... 31 1.4.1. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ trên thế giới ........... 31 1.4.2. Nghiên cứu về giống và biện pháp kỹ thuật canh tác khoai mỡ ở Việt Nam............ 34
iv 1.4.3. Nghiên cứu về sâu bệnh hại ....................................................................................... 38 1.4.4. Nghiên cứu bảo quản củ khoai mỡ ............................................................................ 41 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 2.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................................... 43 2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 44 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................... 44 2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 44 2.4.1. Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập thông tin và dữ liệu.................................... 44 2.4.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học tập đoàn khoai mỡ ......................... 46 2.4.3. Phương pháp nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật, đề xuất qui trình lưu giữ Ngân hàng gen đồng ruộng tại Trung tâm Tài nguyên thực vật, Hoài Đức, Hà Nội .................... 46 2.4.4. Phương pháp nghiên cứu lưu giữ bảo quản in-vitro một số nguồn gen khoai mỡ .... 49 2.4.5. Phương pháp nghiên cứu xây dựng mô hình thí điểm bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ tại huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn.................................................................... 52 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................................... 58 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 59 3.1. Hiện trạng sản xuất và kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, lưu giữ và sử dụng khoai mỡ tại một số tỉnh phía Bắc Việt Nam ................................................. 59 3.1.1. Hiện trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh trung du miền núi phía Bắc ............... 59 3.1.2. Một số kiến thức bản địa liên quan đến bảo quản, canh tác và sử dụng nguồn gen khoai mỡ .............................................................................................................................. 65 3.2. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn chuyển chỗ (ex-situ conservation) nguồn gen khoai mỡ tại cơ quan nghiên cứu .................................... 71 3.2.1. Sự phân bố của 105 mẫu giống khoai mỡ theo vùng sinh thái địa lý là nhân tố góp phần xác định biện pháp kỹ thuật bảo tồn cây khoai mỡ .................................................... 71 3.2.2. Nghiên cứu cải thiện một số biện pháp kỹ thuật trong lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng .................................................................................................................................... 82 3.2.3. Nghiên cứu lưu giữ in-vitro ....................................................................................... 94 3.3. Nghiên cứu kỹ thuật bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ trên đồng ruộng của nông dân (on-farm conservation) tại huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn ................. 100 3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn vùng xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ nguồn gen cây khoai mỡ ...................................................................................................................................... 101 3.3.2. Xác định địa điểm cụ thể xây dựng mô hình theo bộ tiêu chí tối thiểu ................... 111 3.3.3. Thành lập nhóm nông dân Bảo tồn tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng ............................ 116
v 3.3.4. Xây dựng kế hoạch bảo tồn nguồn gen khoai mỡ tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng ..... 116 3.3.5. Một số biện pháp kỹ thuật góp phần duy trì điểm bảo tồn tại chỗ trên đồng ruộng nguồn gen khoai mỡ tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng............................................................. 120 3.3.6. Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác bảo tồn nguồn gen khoai mỡ ........................................................................................................................................... 141 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 144 1. Kết luận ........................................................................................................... 144 2. Đề nghị ............................................................................................................ 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...................................................................................................................... 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 147 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 159
vi DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT ADN Acid Deoxyribonucleic ANOVA Analysis of variance – Phân tích phương sai BAP 6 – Benzylaminnopurine Bioversity International – BIOVERSITY Tổ chức Đa dạng sinh vật Quốc tế BVTV Bảo vệ thực vật Community Biodiversity Registration – CBR Sổ đăng ký đa dạng sinh học cộng đồng CT Công thức CV Coefficient of variation – Hệ số biến thiên ĐC Đối chứng Food and Agriculture Organization – FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hiệp quốc IAA Indole-3-acetic acid Institute Agricultural Campinas – IAC Viện Nông nghiệp Campinas International Institute of Tropical Agriculture – IITA Viện Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế International Plant Genetic Resources Institute – IPGRI Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế Kin Kinetin - 6-furfurylaminopurine KL Khối lượng KLTB Khối lượng trung bình KG Không giàn LG Làm giàn MĐ Mật độ MS Murashige và Skooq, 1962 NAA Naphthalene Acetic Acid NN & PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn NPK Phân Nitơ – Phôtpho – Kali tổng hợp NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu
vii PB Phân bón PC Phân chuồng Participatory extent and distribution analysis – Phân tích PEDA cùng tham gia về mức độ và phân bố đa dạng cây trồng Participatory Rural Appraisal – PRA Phương pháp điều tra nông thôn cùng tham gia SSR Simple Sequence Repeat Strengths – Weaknesses – Opportunities – Threats SWOT Điểm mạnh – Điểm yếu – Cơ hội – Thách thức TDMNPB Trung du miền núi phía Bắc TGST Thời gian sinh trưởng TN Thí nghiệm TNDTTV Tài nguyên di truyền thực vật TNTV Tài nguyên thực vật TV Thời vụ UBND Ủy ban nhân dân United Nations Conference on Environment and UNCED Development – Hội nghị Liên Hiệp quốc về môi trường và phát triển Vietnam Academy of Agricultural Sciences – VAAS Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vietnam Agricultural Sciences Institute – VASI Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam
viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Các loài thuộc chi Dioscorea được sử dụng phổ biến làm lương 7 thực, thực phẩm trên thế giới 1.2. Diễn biến số lượng mẫu giống trong quá trình lưu giữ nguồn gen 22 khoai mỡ giai đoạn 1996 – 2010 3.1. Diện tích và năng suất khoai mỡ tại vùng điều tra, năm 2011 60 3.2. Một số nguyên nhân chính làm giảm diện tích trồng khoai mỡ của 63 các nông hộ tại vùng nghiên cứu (kết quả điều tra 2010 – 2011) 3.3. Một số thông tin về hiện trạng sản xuất cây khoai mỡ tại các điểm 64 điều tra (kết quả điều tra 2010 – 2011) 3.4. Tên gọi địa phương của các mẫu giống trong tập đoàn khoai mỡ 66 đang lưu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia 3.5. Kiến thức bản địa về canh tác và sử dụng với nguồn gen khoai mỡ 68 đang bảo quản tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia 3.6. Sự phân bố theo vùng sinh thái địa lý của 105 mẫu giống khoai mỡ 74 đang được bảo tồn tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia 3.7. Phân nhóm 105 mẫu giống khoai mỡ theo một số tính trạng định 77 tính quan trọng, trồng năm 2010 – 2011, Hoài Đức, Hà Nội 3.8. Sự biến động thể hiện qua các tham số thống kê của một số tính 79 trạng định lượng tại Hoài Đức, Hà Nội, năm 2011 3.9. So sánh các tham số thống kê một số tính trạng định lượng của 59 81 mẫu giống có nguồn gốc thu thập ở vùng trung du miền núi phía bắc, lưu giữ trên đồng ruộng tại Hoài Đức, Hà Nội 3.10. Ảnh hưởng của loại vật liệu trồng đến tỷ lệ mọc, sức sống, độ đồng 83 đều và mức độ nhiễm bệnh hại của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.11. Ảnh hưởng của loại vật liệu trồng đến năng suất và yếu tố cấu 84 thành năng suất của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.12. Ảnh hưởng của thời vụ trồng đến khả năng sinh trưởng và mức độ 86 nhiễm bệnh hại của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.13. Ảnh hưởng của thời vụ trồng đến năng suất và các yếu tố cấu 87 thành năng suất của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại
ix TT Tên bảng Trang Bảng Hoài Đức, Hà Nội 3.14. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trưởng và mức độ 88 nhiễm bệnh hại của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.15. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất và các yếu tố cấu thành 89 năng suất của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.16. Ảnh hưởng của liều lượng phân bón đến khả năng sinh trưởng và 91 mức độ nhiễm bệnh hại của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.17. Ảnh hưởng của liều lượng phân bón đến năng suất và các yếu tố 92 cấu thành năng suất của một số nguồn gen khoai mỡ năm 2013 tại Hoài Đức, Hà Nội 3.18. Mức độ hoàn thiện của một số biện pháp kỹ thuật lưu giữ trên 93 đồng ruộng nguồn gen khoai mỡ tại Hoài Đức, Hà Nội 3.19a. Ảnh hưởng của phương pháp khử trùng đến hiệu quả khử trùng bề 95 mặt mẫu khoai mỡ (sau 10 ngày nuôi cấy) 3.19b. Ảnh hưởng của chế độ khử trùng đến các mẫu giống khoai mỡ 95 khác nhau 3.20. Ảnh hưởng của BAP đến khả năng tái sinh chồi của mẫu khoai mỡ 96 (sau 6 tuần nuôi cấy) 3.21. Ảnh hưởng của loại môi trường nuôi cấy đến tỷ lệ nảy chồi và hệ 97 số nhân sau 3 tháng nuôi cấy đoạn thân khoai mỡ 3.22. Ảnh hưởng của loại môi trường đến hệ số nhân và chất lượng mẫu 99 khoai mỡ sau 6 tuần nuôi cấy 3.23. Phân tích chỉ số đa dạng kiểu hình H’ của tập đoàn 105 mẫu giống 102 khoai mỡ đang có tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hà Nội. 3.24. Hiện trạng trồng khoai mỡ tại Hữu Lũng, Lạng Sơn năm 2010 103 3.25. Sự phân bố và đặc điểm hình thái chính của các giống khoai mỡ 104 hiện có tại Hữu Lũng, năm 2011 3.26. Phân tích 4 ô theo số giống, số hộ và diện tích trồng khoai mỡ tại 105 vùng nghiên cứu 3.27. Sự đóng góp của giới (%) trong sản xuất cây khoai mỡ tại Hữu 106 Lũng, Lạng Sơn, năm 2011
x TT Tên bảng Trang Bảng 3.28. Phương thức canh tác khoai mỡ tại Hữu Lũng, Lạng Sơn 107 3.29. Cơ cấu và đa dạng giống cây trồng tại Hữu Lũng năm 2010 110 3.30. Biến động cây trồng theo thời gian tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng 112 3.31. Phân hạng mức độ ưu tiên của một số loại cây trồng tại xã Minh 113 Sơn, Hữu Lũng 3.32. Bộ tiêu chí tối thiểu để chọn xã Minh Sơn, Hữu Lũng là điểm bảo 115 tồn on-farm nguồn gen khoai mỡ 3.33. Một số đặc điểm về củ khoai mỡ trong ruộng trình diễn đa dạng tại 123 xã Minh Sơn, Hữu Lũng 3.34. Đánh giá tiềm năng phát triển các giống khoai mỡ tại cộng đồng 124 bằng phương pháp phân hạng tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng (Phương pháp PRA) 3.35. Bộ tiêu chí chọn lọc để phục tráng giống Khoai mỡ Trắng trụi 125 3.36. Biểu hiện của 11 tính trạng trong chọn lọc quần thể giống Khoai 126 mỡ Trắng trụi năm 2012-2013 tại Hữu Lũng, Lạng Sơn 3.37. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống Khoai mỡ 128 Trắng trụi chọn lọc đời S0, năm 2012 3.38. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống Khoai mỡ 129 Trắng trụi phục tráng (S1), năm 2013 3.39. Ảnh hưởng của thời vụ đến tỷ lệ mọc chồi, thời gian sinh trưởng 130 và mức độ nhiễm bệnh hại của giống Khoai mỡ Trắng trụi tại Hữu Lũng, Lạng Sơn năm 2013 – 2014 3.40. Ảnh hưởng của thời vụ đến năng suất và các yếu tố cấu thành năng 131 suất của Khoai mỡ Trắng trụi tại Hữu Lũng, Lạng Sơn, 2013 – 2014 3.41. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến tỷ lệ mọc, thời gian sinh trưởng 133 và mức độ nhiễm bệnh hại của Khoai mỡ Trắng trụi, năm 2013 – 2014 3.42. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất và các yếu tố cấu thành 134 năng suất của Khoai mỡ Trắng trụi tại Hữu Lũng, năm 2013 – 2014 3.43. Ảnh hưởng của chế độ phân bón đến tỷ lệ mọc, thời gian sinh 136 trưởng và mức độ sâu bệnh hại của giống Khoai mỡ Trắng trụi tại Hữu Lũng, Lạng Sơn, năm 2013 – 2014
xi TT Tên bảng Trang Bảng 3.44. Ảnh hưởng của chế độ phân bón đến các yếu tố cấu thành năng 136 suất và năng suất của giống Khoai mỡ Trắng trụi tại Hữu Lũng, Lạng Sơn 3.45. Ảnh hưởng của kỹ thuật làm giàn đến tỷ lệ mọc mầm, thời gian 138 sinh trưởng và tình hình sâu bệnh hại Khoai mỡ Trắng trụi năm 2013 3.46. Ảnh hưởng của kỹ thuật làm giàn đến các yếu tố cấu thành năng 138 suất và năng suất của giống Khoai mỡ Trắng trụi năm 2013 tại Hữu Lũng, Lạng Sơn 3.47. So sánh hiệu quả kinh tế của kỹ thuật trồng khoai mỡ có làm giàn 140 với trồng không giàn năm 2013 tại Hữu Lũng, Lạng Sơn 3.48. Ưu điểm và hạn chế của hai kỹ thuật lưu giữ nguồn gen khoai mỡ 142
xii DANH MỤC CÁC HÌNH TT Trang Tên hình Hình 3.1. Bản đồ phân bố 105 mẫu giống khoai mỡ nghiên cứu đang 73 bảo tồn tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia 3.2. Biểu đồ phân bố 105 nguồn gen khoai mỡ nghiên cứu đang 75 bảo tồn tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia 3.3. Quá trình sinh trưởng, phát triển của nguồn gen khoai mỡ lưu 97 giữ in-vitro 3.4. Các giai đoạn tăng trưởng của đỉnh sinh trưởng nguồn gen 97 khoai mỡ trong phòng thí nghiệm 3.5. Hình ảnh lưu giữ in-vitro nguồn gen khoai mỡ 99
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây có củ với sự phong phú về chủng loại sản phẩm sẽ còn là nguồn thức ăn nuôi sống toàn nhân loại trong những thập kỷ tới. Các nhà khoa học nhận định, đến năm 2020 cây có củ sẽ được hợp nhất mạnh mẽ vào thị trường nông sản thế giới, thông qua hệ thống sản xuất có hiệu quả và thân thiện với môi trường của các sản phẩm hết sức đa dạng, chất lượng cao, có tính cạnh tranh làm lương thực, thức ăn chăn nuôi và cho công nghiệp chế biến (Gregory et al., 2000). Chính vì thế, việc quan tâm khai thác tiềm năng của nguồn gen cây có củ, đặc biệt các loài cây hiện ít được sử dụng như khoai môn sọ, khoai sáp, khoai mỡ, khoai từ,… sẽ góp phần làm đa dạng nguồn lương thực, thực phẩm; phong phú mặt hàng nông sản xuất khẩu và đảm bảo an ninh lương thực bền vững cho tương lai. Khoai mỡ (Dioscorea alata L.) tên gọi chung tiếng Anh là yam, loài cây của chi Dioscorea, thuộc họ củ nâu (Dioscoreaceae). Thế giới hàng năm sản xuất trên 68 triệu tấn yam ở 3 vùng chính: Tây Phi, khu vực biển Thái Bình Dương (kể cả Nhật Bản) và các nước trong vùng biển Caribê (FAO, 2015). Đây là nguồn lương thực cơ bản đảm bảo sự an toàn lương thực cho hơn 300 triệu người ở các nước đang phát triển của vùng nhiệt đới. Khoai mỡ không chỉ là nguồn cung cấp năng lượng hydratcacbon mà còn là nguồn dồi dào kali, giúp cơ thể duy trì huyết áp ổn định. Ngày nay với khoa học công nghệ phát triển, cây khoai mỡ được khai thác sử dụng rất đa dạng: làm lương thực thực phẩm, làm thức ăn gia súc, làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến (thạch, kem, kẹo, chip,...), làm dược liệu cho cả Đông y và Tây y, được coi là nguồn thu nhập chính của người nông dân nghèo ở vùng nhiệt đới. Ở Việt Nam, cây khoai mỡ còn gọi là khoai vạc, củ mỡ, củ cái,... được trồng tại hầu hết các tỉnh từ Bắc vào Nam, tập trung nhiều ở các vùng trung du, miền núi và các vùng mới khai hoang có đất chua phèn. Khoai mỡ là loại cây lấy củ có chất lượng ăn nấu ngon, tiềm năng chế biến lớn và là một nguồn lương thực quan trọng cho nhân dân vùng bán sơn địa những năm mất mùa, những khi giáp hạt,... Cây khoai mỡ dễ trồng, thích nghi với nhiều loại đất (kể cả đất phèn, mặn), chịu hạn tốt, ít sâu bệnh hại cho năng suất củ cao, thời gian bảo quản dài. Vì vậy, trước sự thay đổi của môi trường theo hướng bất lợi cho sản xuất lúa nước và một số cây trồng khác trong thời gian tới, các loại cây lấy củ nói chung và cây khoai mỡ nói riêng,
2 đang dần được quan tâm phát triển như một loại lương thực an toàn, thích ứng với biến đổi khí hậu. Việt Nam có nguồn gen khoai mỡ đa dạng và phong phú, chúng đa dạng cả về tiềm năng năng suất, chất lượng ăn nấu, khả năng kháng sâu bệnh và các đặc điểm hình thái như hình dạng củ, kích thước củ, màu sắc thịt củ,… (Lê Văn Tú và cs., 2011). Đây là nguồn vật liệu di truyền quí để khai thác sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau phục vụ phát triển nông nghiệp và an ninh lương thực. Tuy nhiên, những năm gần đây nguồn gen cây khoai mỡ cũng như những nguồn gen cây trồng còn ít được quan tâm sử dụng, đã và đang bị mất đi với tốc độ nhanh chóng do nhiều nguyên nhân, trong đó sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất, cây trồng khác thay thế, do bất thuận sinh học và phi sinh học và chưa được quan tâm đầu tư khai thác sử dụng,... là những nguyên nhân chính (Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2013). Do đó, nhiệm vụ bảo tồn tài nguyên di truyền cây khoai mỡ cần được quan tâm đầu tư nghiên cứu. Hơn nữa, việc quan tâm khôi phục, bảo tồn và phát triển các nguồn gen thực vật bản địa đang có nguy cơ bị xói mòn nhanh chóng bởi việc thay thế cây trồng truyền thống bằng loại cây có hiệu quả kinh tế cao là rất cấp thiết cần được ưu tiên trong điều kiện của sản xuất hàng hoá và góp phần bảo tồn đa dạng sinh học. Trong khi đó, ở nước ta từ trước tới nay cũng như các nguồn gen cây có củ phụ khác, cây khoai mỡ chưa được tập trung nghiên cứu hệ thống. Tập đoàn khoai mỡ tuy đã được mô tả các tính trạng hình thái, bước đầu đã phân loại, phân nhóm, đánh giá sự đa dạng kiểu hình của tập đoàn nguồn gen thu thập qua một số năm, nhưng do số lượng và chủng loại mẫu giống có sự thay đổi thường xuyên (bị mất và thu thập mới) nên bộ dữ liệu về đặc điểm nông sinh học chưa đầy đủ đối với 105 mẫu giống đến thời điểm 2010. Tập đoàn khoai mỡ thu thập những năm qua mới chỉ được lưu giữ chuyển chỗ (ex-situ conservation) trên đồng ruộng (còn gọi là Ngân hàng gen đồng ruộng) sử dụng kỹ thuật trồng, chăm sóc của Trung tâm TNTV, đúc kết từ những thông tin trong các phiếu thu thập. Đến nay, chưa có nghiên cứu nào về xây dựng qui trình kỹ thuật lưu giữ, bảo quản cho nguồn gen này cả về lưu giữ chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại cơ sở bảo tồn, cũng như tại chỗ – trên đồng ruộng của nông dân (on-farm conservation). Tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, trong quá trình lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng, một số nguồn gen khoai mỡ vẫn bị mất do ảnh hưởng của thiên tai; sự kém thích nghi với điều kiện sống chuyển chỗ và có hiện tượng chất lượng củ của một số nguồn gen bản địa bị giảm dần theo thời gian. Để góp phần
3 giải quyết những tồn tại nêu trên, việc nghiên cứu xác định các biện pháp kỹ thuật cơ bản phù hợp, góp phần bảo tồn an toàn nguyên trạng, hạn chế xói mòn nguồn gen khoai mỡ là công việc vô cùng cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Xuất phát từ lý luận và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật bảo tồn nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) ở miền Bắc Việt Nam”. 2. Mục tiêu của đề tài Đánh giá được thực trạng sản xuất khoai mỡ tại một số tỉnh vùng trung du miền núi phía Bắc; sự phân bố và tư liệu hóa kiến thức bản địa liên quan đến 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010; Xác định được một số biện pháp kỹ thuật phù hợp trong bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội; Nghiên cứu lựa chọn địa điểm để xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ; xác định một số biện pháp kỹ thuật thích hợp để duy trì và phát triển giống khoai mỡ đặc sản trong mô hình tại huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài là những dẫn liệu khoa học có giá trị bổ sung vào cơ sở lý luận, cơ sở khoa học về xây dựng các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ chuyển chỗ (ex-situ) bao gồm ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro; lựa chọn địa điểm và kỹ thuật duy trì các nguồn gen tại chỗ trên đồng đất của nông dân (in-situ by on-farm), góp phần bảo tồn và sử dụng bền vững loại cây trồng này ở miền Bắc Việt Nam. Luận án là tài liệu tham khảo tốt cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn và phát triển nguồn gen cây khoai mỡ Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Bộ dữ liệu đầy đủ về 105 mẫu giống trong tập đoàn khoai mỡ thu thập giai đoạn 1991 – 2010 là những thông tin giá trị phục vụ bảo tồn và khai thác phát triển cây khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam. Xây dựng được 01 qui trình kỹ thuật lưu giữ chuyển chỗ tập đoàn khoai mỡ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia, Hoài Đức, Hà Nội và bước đầu xác định được kỹ thuật bảo quản in-vitro cho một số nguồn gen khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng, góp phần chuẩn hóa phương pháp bảo tồn chuyển chỗ nguồn gen khoai mỡ của Trung tâm Tài nguyên thực vật.
4 Xây dựng được mô hình bảo tồn tại chỗ cho một số nguồn gen khoai mỡ bản địa của tỉnh Lạng Sơn tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, tạo cơ hội cho người dân nâng cao nhận thức và năng lực bảo tồn nguồn gen cây trồng bản địa phục vụ sinh kế. Các biện pháp kỹ thuật về phục tráng giống Khoai mỡ Trắng trụi đặc sản, tuyển chọn giống cùng tham gia và thâm canh Khoai mỡ Trắng trụi của đề tài luận án đã góp phần duy trì và phát triển nguồn gen bản địa đặc sản của địa phương, giảm nguy cơ xói mòn nguồn gen, bảo tồn đa dạng sinh học. 4. Những đóng góp mới của đề tài Xây dựng được bộ dữ liệu khá hoàn chỉnh giá trị về nguồn gốc, sự phân bố, đặc điểm nông sinh học, kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, bảo quản và sử dụng của tập đoàn 105 mẫu giống khoai mỡ đã thu thập đến năm 2010 phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng cây khoai mỡ. Đây là công trình đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu một cách hệ thống và đồng bộ các biện pháp kỹ thuật trong lưu giữ, bảo quản chuyển chỗ (Ngân hàng gen đồng ruộng và bảo quản in-vitro) tại Hoài Đức, Hà Nội và bảo tồn tại chỗ nguồn gen khoai mỡ trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn, cung cấp cơ sở lý luận và thực tiễn cho công tác bảo tồn và sử dụng các loài cây có củ giàu tiềm năng nhưng chưa được quan tâm khai thác. Khẳng định giải pháp kỹ thuật bảo tồn an toàn, nguyên trạng nguồn gen khoai mỡ ở miền Bắc Việt Nam gồm: lưu giữ tập đoàn khoai mỡ trên đồng ruộng tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia theo qui trình kỹ thuật hoàn thiện là biện pháp chính, kết hợp với kỹ thuật bảo tồn trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, huyện Hữu Lũng, Lạng Sơn và bảo quản in-vitro như biện pháp hỗ trợ với những mẫu giống khoai mỡ khó lưu giữ trên đồng ruộng. 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5.1. Đối tượng nghiên cứu Nguồn gen khoai mỡ (Dioscorea alata L.) và kiến thức bản địa liên quan đến canh tác, sử dụng; các biện pháp kỹ thuật trong bảo tồn nguồn gen khoai mỡ. 5.2. Phạm vi nghiên cứu Bảo tồn tài nguyên di truyền cây khoai mỡ chịu tác động của chính sách, cơ chế quản lý, đầu tư kinh phí của nhà nước, sự tự nguyện của người dân và các giải pháp kỹ thuật. Trong khuôn khổ Đề tài luận án, chỉ tập trung vào lĩnh vực khoa học công nghệ với giải pháp kỹ thuật là chính.
5 Phân tích thực trạng sản xuất và tài liệu hóa kiến thức bản địa liên quan đến quản lý nguồn gen khoai mỡ của nông dân tại 03 tỉnh trung du miền núi: Lạng Sơn, Quảng Ninh và Bắc Giang. Nghiên cứu xác định một số biện pháp kỹ thuật phù hợp trong lưu giữ ngân hàng gen đồng ruộng tập trung vào các khâu chủ yếu: vật liệu trồng, thời vụ, mật độ trồng; liều lượng phân vô cơ. Nghiên cứu bảo quản in-vitro, tập trung vào xác định phương pháp khử trùng, môi trường tái sinh, nhân chồi và môi trường lưu giữ sinh trưởng chậm ở nhiệt độ thấp. Nghiên cứu chọn địa điểm xây dựng mô hình bảo tồn tại chỗ thông qua xác định chỉ số đa dạng kiểu hình của các vùng sinh thái địa lý; tìm hiểu quá trình quản lý nguồn gen khoai mỡ của nông dân và xác định bộ tiêu chí tối thiểu của vùng nghiên cứu. Góp phần duy trì mô hình bảo tồn tại chỗ trên đồng ruộng của nông dân tại xã Minh Sơn, Hữu Lũng, Lạng Sơn; tập trung vào một số biện pháp kỹ thuật chính như thời vụ, mật độ, mức phân bón và kỹ thuật làm giàn; phục tráng giống bản địa đặc sản; tuyển chọn giống cùng tham gia từ Vườn trình diễn đa dạng cây khoai mỡ. Đề tài được thực hiện từ năm 2010 – 2015, có sử dụng dữ liệu trong 105 Phiếu điều tra thu thập nguồn gen khoai mỡ của Trung tâm TNTV.
6 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu chung về cây khoai mỡ 1.1.1. Nguồn gốc, phân bố và phân loại Yam là tên tiếng Anh để gọi chung các loài thuộc chi củ nâu Dioscorea, một chi lớn với gần 700 loài (Onwueme, 1978). Nguồn gốc của các loài trong chi Dioscorea vẫn còn là vấn đề tranh cãi của các nhà khoa học. Tuy nhiên có thể khẳng định, các loài thuộc chi này hầu hết phân bố ở các vùng có độ ẩm cao giữa hai chí tuyến và được phân thành hai nhóm: (i) Nhóm sử dụng làm lương thực với khoảng 40 – 50 gồm các loài trồng trọt và một số loài hoang dại có quan hệ gần gũi với chúng; (ii) Nhóm sử dụng để làm thuốc, với khoảng 50 loài được xác định bởi hàm lượng sapogenin của chúng với steroid trong thành phần (IITA, 2014). Trên thế giới hiện nay có 11 loài được trồng khá phổ biến (Bảng 1.1), trong số này 6 loài đại diện cho nhóm sử dụng làm lương thực gồm (Dioscorea alata, D. cayenensis – Dioscorea rotundata phức hợp, Dioscorea bulbifera, Dioscorea dumetorum, Dioscorea esculenta và Dioscorea trifida), 3 loài Dioscorea alata, Dioscorea esculenta và Dioscorea bulbifera phân bố rải rác ở các vùng nhiệt đới ẩm giữa hai chí tuyến, trong khi phức hợp hai loài Dioscorea cayenensis – Dioscorea rotundata được trồng ở Tây Phi và một số nơi ở khu vực Caribe. Các loài khác được trồng ở khu vực khởi nguyên của chúng (Degras, 1986; Trimanto and Lia Hapsar, 2015). Khoai mỡ (Dioscorea alata L.) là một trong những loài phổ biến nhất của chi Dioscorea, một loài đa bội với nhiều mức bội thể và số lượng nhiễm sắc thể cơ bản của nó thay đổi từ 2n = 40 đến 2n = 80 (Abraham et al., 2001; Arnau et al., 2009). Khoai mỡ có nguồn gốc ở Đông Nam Á, có thể từ Myanma (Burma). Đầu tiên, cây khoai mỡ được đưa tới Ấn Độ, Malaysia, rồi được sử dụng như một loại lương thực cho những nhà thám hiểm và từ đó mở rộng tới các khu vực khác của vùng nhiệt đới (Burkill, 1960; Coursey, 1976; Martin, 1970). Ở Tây Phi, mức độ phổ biến của nó chỉ sau D. rotundata (IITA, 2013). Cho đến nay, thông tin về nguồn gốc cụ thể của cây khoai mỡ còn chưa thống nhất. Nhiều tác giả nhận định, khoai mỡ có nguồn gốc ở miền Nam châu Á, nhưng một số nghiên cứu di truyền gần đây lại cho thấy Malaysia là trung tâm xuất xứ của Dioscorea alata L. và hiện nay, đây vẫn là một trung tâm dạng của loài này (Lebot, 2009). Theo Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI, 2004), yam châu Á bao gồm hai loài D. alata và D. esculenta, có nguồn gốc ban đầu ở Myanma, sau đó