Luận án Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác để phát triển giống khoai môn Bắc Kạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRỊNH THỊ THANH HƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CANH TÁC ĐỂ PHÁT TRIỂN GIỐNG KHOAI MÔN BẮC KẠN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM -------------------------------------------------------------------- TRỊNH THỊ THANH HƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT CANH TÁC ĐỂ PHÁT TRIỂN GIỐNG KHOAI MÔN BẮC KẠN Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9.62.01.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ 2. GS. TS. Đỗ Năng Vịnh Hà Nội - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn, sử dụng trong luận án đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ đã đƣợc cảm ơn. Tác giả luận án Trịnh Thị Thanh Hương ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp. Tác giả luận án xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS,TS. Đỗ Năng Vịnh, PGS,TS. Nguyễn Thị Ngọc Huệ đã trực tiếp hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình trong suốt quá trình tác giả thực hiện nghiên cứu. Xin cảm ơn sự quan tâm, động viên khích lệ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án của Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam; Ban Đào tạo Sau Đại học; Ban Lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp; Phòng Khoa học và Hợp tác quốc tế; Ban Lãnh đạo và các đồng nghiệp Trung tâm Thực nghiệm Sinh học Nông nghiệp Công nghệ cao. Tác giả xin cảm ơn Lãnh đạo và bà con nông dân huyện Chợ Đồn, huyện Bạch Thông tỉnh Bắc Kạn đã cộng tác, giúp đỡ nhiệt tình trong quá trình tác giả điều tra, thu thập thông tin, thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng và xây dựng mô hình sản xuất để thu đƣợc số liệu tại địa phƣơng. Cuối cùng, xin cảm ơn sự cổ vũ động viên của bạn bè gần xa, đặc biệt là sự quan tâm tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất của gia đình, ngƣời thân, đã tạo động lực để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả luận án Trịnh Thị Thanh Hương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC GIẢI THÍCH CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... vi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 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 4. Những đóng góp mới của đề tài .............................................................................. 4 5. Đối tƣợng và Phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 5 5.1. Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................... 5 5.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 5 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................ 6 1.1. Nguồn gốc, phân bố và phân loại cây khoai môn sọ ........................................... 6 1.1.1. Nguồn gốc và phân bố ...................................................................................... 6 1.1.2. Phân loại nguồn gen khoai môn sọ ................................................................... 7 1.2. Yêu cầu sinh thái của cây khoai môn - sọ ............................................................ 9 1.2.1. Nhiệt độ ............................................................................................................. 9 1.2.2. Nƣớc .................................................................................................................. 9 1.2.3. Ánh sáng .......................................................................................................... 10 1.2.4. Đất và dinh dƣỡng ........................................................................................... 10 1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai môn - sọ trên thế giới và ở Việt Nam ...... 10 1.3.1. Sản xuất và tiêu thụ khoai môn - sọ trên thế giới ........................................... 10 1.3.2. Sản xuất và tiêu thụ khoai môn - sọ ở Việt Nam ............................................ 12 1.4. Tình hình nghiên cứu về cây khoai môn - sọ ..................................................... 13 1.4.1. Nghiên cứu bảo tồn nguồn gen cây khoai môn - sọ ........................................ 13 1.4.2. Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học, phân loại và đa dạng nguồn gen .......... 16 1.4.3. Nghiên cứu chọn tạo giống khoai môn - sọ .................................................... 23 1.4.4. Những nghiên cứu về nhân giống và bảo quản củ giống khoai môn - sọ ....... 27 iv 1.4.5. Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất khoai môn - sọ .. 32 1.5. Khái quát chung về tỉnh Bắc Kạn- địa bàn nghiên cứu ..................................... 41 Chƣơng 2.VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 44 2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................ 44 2.1.2. Nguyên, vật liệu khác ...................................................................................... 44 2.2. Nội dung nghiên cứu của đề tài.......................................................................... 45 2.2.1. Đánh giá thực trạng sản xuất khoai môn Bắc Kạn và xác định yếu tố hạn chế trong sản xuất khoai môn Bắc Kạn ........................................................................... 45 2.2.2. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất củ giống khoai môn Bắc Kạn từ cây nuôi cấy mô và phƣơng pháp bảo quản củ giống ........................ 45 2.2.3. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật sản xuất củ thƣơng phẩm giống khoai môn Bắc Kạn từ củ giống G1 cây nuôi cấy mô ........................................................ 45 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................................... 46 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 46 2.4.1. Phƣơng pháp điều tra khảo sát tình hình sản xuất khoai môn tại Bắc Kạn .... 46 2.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất củ giống khoai môn Bắc Kạn từ cây nuôi cấy mô............................. 48 2.4.3. Phƣơng pháp nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất khoai môn Bắc Kạn thƣơng phẩm từ củ giống G1 của cây nuôi cấy mô ................. 54 2.4.4. Xử lý số liệu .................................................................................................... 59 Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 61 3.1. Thực trạng sản xuất khoai môn tại Bắc Kạn ...................................................... 61 3.1.1. Đặc điểm khí hậu tỉnh Bắc Kạn ...................................................................... 61 3.1.2. Thực trạng sản xuất và tiêu thụ khoai môn tại tỉnh Bắc Kạn .......................... 61 3.1.3. Đặc điểm nông sinh học của giống khoai môn Bắc Kạn tại vùng nghiên cứu .... 65 3.1.4. Kỹ thuật canh tác khoai môn Bắc Kạn của ngƣời dân .................................... 69 3.1.5. Những thuận lợi, cơ hội và khó khăn, thách thức trong sản xuất khoai môn theo hƣớng hàng hóa ở Bắc Kạn ............................................................................... 72 3.2. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất củ giống khoai môn Bắc Kạn từ cây nuôi cấy mô và phƣơng pháp bảo quản củ giống ........................ 74 3.2.1. Nghiên cứu xác định thời điểm thích hợp đƣa cây nuôi cấy mô từ ống nghiệm ra giá thể trong vƣờn ƣơm ......................................................................................... 74 3.2.2. Nghiên cứu xác định loại giá thể thích hợp trong vƣờn ƣơm cho sự thích nghi cây nuôi cấy mô ngoài điều kiện tự nhiên ................................................................ 75 v 3.2.3. Nghiên cứu xác định loại giá thể đóng bầu thích hợp cho cây con nuôi cấy mô ................................................................................................................................... 76 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời vụ trồng và nguồn giống đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống .......... 78 3.2.5. Ảnh hƣởng của mật độ trồng và nguồn giống đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống ............................... 85 3.2.6. Ảnh hƣởng của mức đạm bón và nguồn giống đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống ............................... 93 3.2.7. Kết quả nghiên cứu một số phƣơng pháp bảo quản củ giống khoai môn Bắc Kạn ..........................................................................................................................101 3.2.8. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất củ giống khoai môn Bắc Kạn từ cây nuôi cấy mô ....................................107 3.3. Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật sản xuất củ thƣơng phẩm giống khoai môn Bắc Kạn từ củ giống G1 cây nuôi cấy mô ......................................................108 3.3.1. Ảnh hƣởng của thời vụ trồng và loại củ giống đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ thƣơng phẩm .................108 3.3.2. Ảnh hƣởng của mật độ trồng và loại củ giống đến sinh trƣởng, phát triển và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ thƣơng phẩm .................116 3.3.4. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật canh tác trong sản xuất khoai môn Bắc Kạn thƣơng phẩm bằng củ giống G1 từ cây nuôi cấy mô .................................................................................................................................130 3.3.5. Mô hình thực nghiệm giữa 2 loại kỹ thuật canh tác mới và cũ trong sản xuất khoai môn Bắc Kạn thƣơng phẩm bằng củ giống G1 của cây nuôi cấy mô và củ giống thông thƣờng .................................................................................................131 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................137 1. Kết luận ...............................................................................................................137 2. Đề nghị ................................................................................................................138 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...........................................................................................................................139 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................140 vi DANH MỤC GIẢI THÍCH CHỮ VIẾT TẮT ANOVA Analysis of variance - Phân tích phƣơng sai BIOVERSITY Bioversity international - Tổ chức sinh học quốc tế BPKT Biện pháp kỹ thuật CIAT International center for Tropical agriculture - Trung tâm Nông nghiệp nhiệt đới Quốc tế CT Công thức CV Coefficient of variation - Hệ số biến động ĐC Đối chứng ĐDSH Đa dạng sinh học FAO Food and Agricultutre organization Tổ chức Nông nghiệp và Lƣơng thực của Liên Hợp Quốc HCVS Hữu cơ vi sinh IPGRI International plant genetic resources institute - Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế KMBK Khoai môn Bắc Kạn LSD Giới hạn sai khác nhỏ nhất MBCR Marginal benefit cost ratio - Tỷ số giá trị lợi nhuận biên MĐ Mật độ trồng NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu PB Phân bón PRA Participatory rural Apraisal - Đánh giá nông thôn cùng tham gia STT Số thứ tự TB Trung bình TGST Thời gian sinh trƣởng TT Trung tâm TV Thời vụ vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lƣợng khoai môn - sọ tại một số châu lục trên thế giới giai đoạn 2009 - 2013 .................................................................................. 11 Bảng 3.1. Diện tích, năng suất và sản lƣợng khoai môn tại tỉnh Bắc Kạn và vùng nghiên cứu ................................................................................................................. 62 Bảng 3.2. Tỷ lệ số hộ trồng khoai môn trên một số chân đất ở huyện Chợ Đồn và huyện Bạch Thông (Bắc Kạn) ................................................................................... 63 Bảng 3.3. Đặc điểm của các giống khoai môn - sọ chính hiện có tại Bắc Kạn ........ 64 Bảng 3.4. Đặc điểm hình thái thân lá của quần thể khoai môn Bắc Kạn .................. 66 Bảng 3.5. Đánh giá hiện trạng khoai môn Bắc Kạn tại vùng nghiên cứu ................. 66 Bảng 3.6. Đặc điểm hình thái củ khoai môn Bắc Kạn .............................................. 67 Bảng 3.7. Đặc điểm chất lƣợng thử nếm củ khoai môn Bắc Kạn nấu chín .............. 68 Bảng 3.8. Nguồn giống khoai môn Bắc Kạn tại các điểm điều tra ........................... 69 Bảng 3.9. Các hình thức cung cấp giống khoai môn ở các điểm điều tra ................. 69 Bảng 3.10. Một số nguyên nhân chính hạn chế sản xuất khoai môn tại vùng nghiên cứu ............................................................................................................................. 71 Bảng 3.11. So sánh hiệu quả kinh tế trồng cây khoai môn với cây ngô ................... 72 tại huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn (tính cho 1ha/ năm) .................................................... 72 Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của thời điểm ra cây đến tỉ lệ sống và sinh trƣởng, phát triển của cây giống nuôi cấy mô từ ống nghiệm ra ngoài giá thể...................................... 75 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của loại giá thể đến sinh trƣởng, phát triển của cây khoai môn nuôi cấy mô sau 7 ngày và 14 ngày ra cây ....................................................... 76 Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của giá thể đóng bầu đến sự sinh trƣởng và phát triển của cây con nuôi cấy mô sau 15 và 30 ngày đóng bầu .................................................... 77 Bảng 3.15. Ảnh hƣởng của thời vụ và nguồn giống đến sinh trƣởng của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012-2014 ................... 78 Bảng 3.16. Ảnh hƣởng của thời vụ trồng và nguồn giống đến mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại Chợ Đồn, 2012-2014 ................................................................................................................................... 80 Bảng 3.17. Ảnh hƣởng của thời vụ trồng và nguồn giống đến kích thƣớc củ cái và hệ số nhân giống của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống (huyện Chợ Đồn, 2012-2014) ....................................................................................................... 81 viii Bảng 3.18a. Ảnh hƣởng của từng yếu tố thời vụ, nguồn giống đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn(2012-2014) ................................................................................ 83 Bảng 3.19. Ảnh hƣởng của mật độ trồng và nguồn giống đến sinh trƣởng của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại Chợ Đồn, 2012-2014 .................... 86 Bảng 3.20. Ảnh hƣởng của mật độ trồng và nguồn giống đến mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống, Chợ Đồn 2012-2014 ....... 87 Bảng 3.21. Ảnh hƣởng của mật độ trồng và nguồn giống đến kích thƣớc củ cái và hệ số nhân giống của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012 - 2014 ....................................................................................................... 89 Bảng 3.22a. Ảnh hƣởng của từng yếu tố mật độ, nguồn giống đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012 - 2014 .................................................................................... 90 Bảng 3.22b. Ảnh hƣởng tƣơng tác của mật độ trồng và nguồn giống đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012 - 2014 ..................................................................... 92 Bảng 3.23. Ảnh hƣởng của mức đạm bón và nguồn giống đến sinh trƣởng của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012-2014 ......... 94 Bảng 3.24. Ảnh hƣởng của mức đạm bón và nguồn giống đến mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của cây khoai môn Bắc Kạn tại huyện Chợ Đồn, 2012 - 2014 ...................... 96 Bảng 3.25. Ảnh hƣởng của mức đạm bón và nguồn giống đến kích thƣớc củ cái và hệ số nhân giống của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012-2014 ................................................................................................. 97 Bảng 3.26a. Ảnh hƣởng tƣơng tác của mức đạm bón và nguồn giống đến năng suất cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại Chợ Đồn, 2012 - 2014 ........... 98 Bảng 3.26b. Ảnh hƣởng của từng yếu tố, mức đạm bón và nguồn giống đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ giống tại huyện Chợ Đồn, 2012 - 2014 ..................................................................... 99 Bảng 3.27. Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp bảo quản đến củ giống khoai môn Bắc Kạn tại Hà Nội ........................................................................................................101 Bảng 3.28. Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp bảo quản đến hao tổn về khối lƣợng củ giống khoai môn Bắc Kạn, năm 2015 - 2016 tại Hà Nội ........................................103 Bảng 3.29. Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp bảo quản đến sự mọc mầm của củ giống khoai môn Bắc Kạn sau 90 ngày bảo quản và 20 ngày giâm trong cát ẩm ..105 ix Bảng 3.30. Hiệu quả kinh tế của các phƣơng pháp bảo quản củ giống khoai môn Bắc Kạn sau bảo quản 90 ngày ...............................................................................106 Bảng 3.31. Ảnh hƣởng của thời vụ trồng và loại củ giống đến sinh trƣởng, phát triển của cây khoai môn Bắc Kạn trong sản xuất củ thƣơng phẩm tại huyện Chợ Đồn (2013 - 2015) ...........................................................................................................109 Bảng 3.32. Ảnh hƣởng của thời vụ trồng, l