Luận án Tuyển chọn và nghiên cứu kỹ thuật canh tác giống lúa nếp địa phương chất lượng cao phù hợp với điều kiện vùng núi Tây bắc Việt Nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐOÀN THANH QUỲNH TUYỂN CHỌN VÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CANH TÁC GIỐNG LÚA NẾP ĐỊA PHƯƠNG CHẤT LƯỢNG CAO PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VÙNG NÚI TÂY BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ĐOÀN THANH QUỲNH TUYỂN CHỌN VÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT CANH TÁC GIỐNG LÚA NẾP ĐỊA PHƯƠNG CHẤT LƯỢNG CAO PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VÙNG NÚI TÂY BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành : Khoa học cây trồng Mã số : 9.62.01.10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Văn Quang PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền HÀ NỘI - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận án Đoàn Thanh Quỳnh ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS.TS. Trần Văn Quang và PGS.TS. Vũ Thị Thu Hiền đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và chọn giống cây trồng, Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng – Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu, cán bộ, giảng viên và sinh viên Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Điện Biên, Trường Cao đẳng Nghề Điện Biên đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017 Nghiên cứu sinh Đoàn Thanh Quỳnh iii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................... vi Danh mục bảng ............................................................................................................... vii Danh mục hình .................................................................................................................. x Danh mục sơ đồ và đồ thị ................................................................................................. x Trích yếu luận án ............................................................................................................. xi Thesis abstract ................................................................................................................ xiii Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 3 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3 1.4. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................... 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 4 1.5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài .................................................................................. 4 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................................................................. 4 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 5 2.1. Vai trò, giá trị của cây lúa nếp .............................................................................. 5 2.1.1. Vai trò, giá trị của cây lúa nếp trên thế giới .......................................................... 5 2.1.2. Vai trò, giá trị của cây lúa nếp ở Việt Nam .......................................................... 7 2.2. Nguồn gốc và đa dạng di truyền ở cây lúa ............................................................ 8 2.2.1. Nguồn gốc cây lúa ................................................................................................ 8 2.2.2. Đa dạng di truyền nguồn gen cây lúa và lúa nếp ................................................ 10 2.3. Một số nghiên cứu chọn tạo giống lúa nếp ở Việt Nam ..................................... 20 2.4. Những nghiên cứu về kỹ thuật canh tác lúa ........................................................ 24 2.4.1. Những nghiên cứu về kỹ thuật canh tác lúa trên thế giới ................................... 24 2.4.2. Những nghiên cứu về kỹ thuật canh tác cây lúa và lúa nếp ở Việt Nam ............ 31 iv 2.5. Điều kiện tự nhiên và hiện trạng sản xuất lúa của tỉnh Điện Biên...................... 40 2.5.1. Điều kiện tự nhiên của tỉnh Điện Biên................................................................ 40 2.5.2. Hiện trạng sản xuất lúa của tỉnh Điện Biên ........................................................ 41 Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 44 3.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu ......................................................... 44 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 44 3.1.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 44 3.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 44 3.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 46 3.3.1. Nội dung 1: Đánh giá thực trạng sản xuất lúa của tỉnh Điện Biên ..................... 46 3.3.2. Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp thu thập dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử. ........................................................................ 46 3.3.3. Nội dung 3: Tuyển chọn giống lúa nếp địa phương ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt, nhiễm nhẹ sâu bệnh. ............................................................ 49 3.3.4. Nội dung 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kỹ thuật canh tác đến sinh trưởng và năng suất của giống lúa nếp địa phương mới tuyển chọn .................. 50 3.3.5. Nội dung 5: Xây dựng mô hình trình diễn kỹ thuật cho giống lúa nếp địa phương mới tuyển chọn tại tỉnh Điện Biên ......................................................... 55 3.4. Phương pháp phân tích số liệu ............................................................................ 55 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................... 57 4.1. Đánh giá hiện trạng sản xuất lúa của tỉnh Điện Biên .......................................... 57 4.1.1. Hiện trạng sử dụng đất ........................................................................................ 57 4.1.2. Hiện trạng cơ cấu diện tích, năng suất và giống trong sản xuất lúa ................... 59 4.1.3. Hiện trạng canh tác lúa ....................................................................................... 62 4.2. Kết quả đánh giá nguồn gen lúa nếp ................................................................... 64 4.2.1. Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp dựa trên kiểu hình .................... 64 4.2.2. Ðánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa nếp bằng chỉ thị phân tử .................. 75 4.3. tuyển chọn giống lúa nếp địa phương ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt, nhiễm nhẹ sâu bệnh ............................................................................ 79 4.3.1. Kết quả tuyển chọn các mẫu giống lúa nếp có triển vọng .................................. 79 4.3.2. Kết quả đánh giá các mẫu giống lúa nếp có triển vọng ...................................... 81 4.4. Nghiên cứu kỹ thuật canh tác cho giống lúa nếp cẩm mới ĐH6 ........................ 93 v 4.4.1. Ảnh hưởng của thời vụ và mật độ gieo thẳng đến giống lúa nếp cẩm ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ....................................................................... 93 4.4.2. Ảnh hưởng của mức bón phân Đạm, Lân và Kali đến năng suất giống lúa nếp cẩm ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ................................................ 97 4.4.3. Ảnh hưởng của phân hữu cơ vi sinh đến sinh trưởng, năng suất và chất lượng giống lúa nếp cẩm ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2015 .................... 105 4.5. Kết quả trình diễn giống nếp cẩm mới ĐH6 ..................................................... 111 4.5.1. Kết quả trình diễn giống nếp cẩm mới ĐH6 ..................................................... 111 4.5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế của giống lúa nếp cẩm ĐH6 ................................... 114 Phần 5. Kết luận và đề nghị ....................................................................................... 117 5.1. Kết luận ............................................................................................................. 117 5.2. Đề nghị .............................................................................................................. 118 Danh mục các công trình công bố có liên quan đến luận án ........................................ 119 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 120 Phụ lục .......................................................................................................................... 133 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ADN Axit dezoxyribo nucleic CV% Hệ số biến động (Coefficient of variation) CGR Tốc độ tích luỹ chất khô (Crop growth rate) D/R Dài/rộng đ/c Đối chứng FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) IRRI Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (International Rice Research Institute) IPGRI Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế (International Plant Genetic Resources Institute) KL Khối lượng LAI Chỉ số diện tích lá (Leaf area index) LSD0,05 Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa với mức ý nghĩa 0,05 (Least Significant Difference) MĐ Mật độ NST Nhiễm sắc thể NC&PTCT Nghiên cứu và Phát triển cây trồng PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase Chain Reaction) PIC Hàm lượng thông tin đa hình (Polymorphic Information Content) QTL Locus tính trạng số lượng (Quantitative trait loci) RAPD Ða hình các đoạn AND khuếch đại ngẫu nhiên (Randomly Amplified Polymorphic DNAs) SSR Những trình tự lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeats) STS Vị trí được đánh dấu bởi trình tự (Sequence Tagged Site) SPAD Chỉ số ước tính hàm lượng diệp lục trong lá (Soil and Plant Analyzer Development) TB Trung bình TV Thời vụ TGST Thời gian sinh trưởng TTTNTV Trung tâm tài nguyên thực vật vii DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1. Số NST, genome và phân bố địa lý của các loài trong chi Oryza .................... 11 3.1. Phân nhóm hàm lượng anthocyanin ................................................................. 55 4.1. Hiện trạng sử dụng đất tỉnh Điện Biên năm 2015 ............................................ 57 4.2. Diện tích, sản lượng cây lương thực lấy hạt của tỉnh Điện Biên (giai đoạn 2013-2015) ............................................................................................... 58 4.3. Diện tích lúa của các địa phương thuộc tỉnh Điện Biên năm 2015 .................. 59 4.4. Diện tích, năng suất lúa cả năm của tỉnh Điện Biên (2013-2015) .................... 60 4.5. Cơ cấu diện tích gieo trồng lúa của tỉnh Điện Biên (2013-2015) ..................... 61 4.6. Hiện trạng cơ cấu sản xuất giống lúa nếp tại Điện Biên năm 2015 .................. 62 4.7. Cơ cấu mùa vụ ở tỉnh Điện Biên ...................................................................... 63 4.8. Mật độ cấy, gieo thẳng và mức phân bón cho lúa ở tỉnh Điện Biên................. 64 4.9. Kết quả phân loại mẫu giống lúa cảm ôn, cảm quang trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên ............................................................................................ 65 4.10. Kết quả phân loại nhóm lúa nếp/lúa tẻ và loài phụ của các mẫu giống lúa thu thập trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên ................................................ 66 4.11. Phân nhóm các mẫu giống lúa nếp theo thời gian sinh trưởng ......................... 67 4.12. Một số đặc điểm hình thái và nông sinh học của các mẫu giống lúa nếp trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên .................................................................... 68 4.13. Phân nhóm chiều cao cây và số nhánh hữu hiệu của các mẫu giống lúa nếp trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên ............................................................. 71 4.14. Phân nhóm các mẫu giống lúa nếp theo khối lượng 1000 hạt trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên .................................................................................. 71 4.15. Phân nhóm một số tính trạng hình dạng hạt của các mẫu giống lúa nếp trong vụ Xuân 2013 tại Điện Biên ....................................................... 72 4.16. Một số đặc điểm hình dạng hạt gạo của các mẫu giống lúa nếp ...................... 73 4.17. Số alen và hệ số PIC của 38 cặp mồi SSR ........................................................ 75 4.18. Kết quả chọn các mẫu giống lúa nếp bằng chỉ số chọn lọc .............................. 79 viii 4.19. Một số đặc điểm tính trạng của các mẫu giống lúa nếp tuyển chọn trong vụ Xuân 2013 .................................................................................................... 80 4.20. Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các mẫu giống lúa nếp tuyển chọn trong vụ Mùa 2013 và vụ Xuân 2014 ............................................ 82 4.21. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống lúa nếp tuyển chọn trong vụ Mùa 2013 và vụ Xuân 2014 ............................................................... 84 4.22. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống lúa nếp tuyển chọn .................. 86 4.23. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu giống lúa nếp triển vọng vụ Mùa 2013 và vụ Xuân 2014 ............................................................... 88 4.24. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các mẫu giống lúa nếp triển vọng trong vụ Mùa 2013 và vụ Xuân 2014 .............................................. 90 4.25. Chỉ tiêu chất lượng gạo của các mẫu giống lúa nếp triển vọng ........................ 92 4.26. Ảnh hưởng của thời vụ và mật độ đến một số đặc điểm nông học của giống ĐH6 trong vụ Xuân và vụ Mùa năm 2014 ............................................. 94 4.27. Ảnh hưởng của thời vụ và mật độ gieo trồng đến mức độ nhiễm sâu bệnh của giống ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ................................... 95 4.28. Ảnh hưởng của thời vụ và mật độ đến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ........................... 96 4.29. Ảnh hưởng của mức bón phân Đạm, Lân, Kali đến một số đặc điểm nông học của giống ĐH6 trong vụ Xuân và vụ Mùa năm 2014 ....................... 99 4.30. Ảnh hưởng của mức bón phân Đạm, Lân, Kali đến mức độ nhiễm sâu bệnh của giống ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ................................. 100 4.31. Ảnh hưởng của mức bón phân Đạm đến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống ĐH6 trong vụ Xuân và vụ Mùa năm 2014 ........... 101 4.32. Ảnh hưởng của mức bón phân Lân đến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ................ 103 4.33. Ảnh hưởng của mức bón phân Kali đến năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của giống ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2014 ......... 104 4.34. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến một số đặc điểm nông sinh học của giống nếp cẩm ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2015 ............... 105 ix 4.35. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến chỉ số diện tích lá (LAI) ở các thời kỳ sinh trưởng giống nếp cẩm ĐH6 trong vụ Xuân và Mùa năm 2015 ................................................................................................ 106 4.36. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến chất khô tích lũy của giống nếp cẩm ĐH6 qua các thời kỳ sinh trưởng..................................... 107 4.37. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của giống nếp cẩm ĐH6 ............................................ 108 4.38. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến một số chỉ tiêu cơ lý và màu sắc hạt gạo của giống nếp cẩm ĐH6 .................................................. 109 4.39. Ảnh hưởng của liều lượng phân hữu cơ vi sinh đến một số chỉ tiêu hóa sinh của giống nếp cẩm ĐH6 .......................................................................... 110 4.40. Kết quả xây dựng mô hình trình diễn giống lúa nếp cẩm ĐH6 tại huyện Điện Biên trong vụ Xuân và Mùa năm 2016 .................................................. 112 4.41. Kết quả xây dựng mô hình trình diễn giống lúa nếp cẩm ĐH6 tại huyện Tuần Giáo trong vụ Xuân và Mùa năm 2016 ................................................. 113 4.42. Kết quả xây dựng mô hình trình diễn giống lúa nếp cẩm ĐH6 tại huyện Mường Chà trong vụ Xuân và Mùa năm 2016 ............................................... 114 4.43. Hiệu quả kinh tế của giống nếp cẩm ĐH6 tại các điểm trình diễn sản xuất lúa vụ Xuân 2016 .................................................................................... 115 4.44. Hiệu quả kinh tế của giống nếp cẩm ĐH6 tại các điểm trình diễn sản xuất lúa vụ Mùa 2016 ..................................................................................... 116 x DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Mô tả tóm tắt tiến hóa của lúa dại thành lúa trồng ............................................. 9 4.1. Phân nhóm di truyền 42 mẫu giống lúa nếp địa phương dựa trên các tính trạng kiểu hình .................................................................................................. 74 4.2. Phân nhóm di truyền của 42 mẫu giống lúa nếp dựa trên phân tích ADN với 35 chỉ thị phân tử SSR ................................................................................ 77 4.3. Sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi RM316 ......... 78 4.4. Sản phẩm PCR của các mẫu giống lúa nghiên