BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN THỊ HIỀN ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA NGÔ NẾP CỒN HẾN, NGÔ NẾP VÀNG PHÚ YÊN VÀ CÁC TỔ HỢP LAI CỦA CHÚNG TẠI XÃ HƯƠNG LONG, TP.HUẾ, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ CHUYÊN NGÀNH: THỰC VẬT MÃ SỐ: 60.42.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS. NGUYỄN ĐÌNH SAN VINH – 2010 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, ngoài nổ lực của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ tận tình từ các quý thầy cô giáo. Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Đình San đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô giáo Khoa Sinh học, Khoa sau Đại học Trường Đại học Vinh cùng quý thầy cô các trường đã tham gia giảng dạy, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Hợp tác xã Hương Long, thành phố Huế đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành công tác nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn các học viên đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi tình cảm thân thiết đến gia đình, người thân, thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp đã hết sức ủng hộ động viên, giúp đỡ và đóng góp ý kiến để tôi có niềm tin và sự sáng tạo thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 20 tháng 11 năm 2010 Học viên Nguyễn Thị Hiền 2 MỤC LỤC Nội dung Trang Mở đầu…………………………………………………………………… .1 Chương 1. Tổng quan tài liệu …………………………………………… .3 1.1. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cây ngô………………… .….3 1.1.1. Nguồn gốc cây ngô…………………… ………………… .3 1.1.2. Đặc điểm sinh học…………………………………………… .4 1.1.2.1. Phân loại……………………………………………… .… .…4 1.1.2. 2. Hình thái……………………………………………………… .5 1.1. 2. 3. Sinh trưởng, sinh lý và phát triển ………………………… 5 1.1. 2. 4. Sinh thái .7 1.2.Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô ………………………………… 8 1.2.1.Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới………………….8 1.2.1.1. Tình hình nghiên cứu………………………………………………8 1.2.1.2. Tình hình sản xuất……………………………………………… .10 1.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô ở Việt Nam………………… 12 1.2.2.1. Tình hình nghiên cứu…………………………………………… .12 1.2.2.2. Tình hình sản xuất……………………………………………… 13 1.3. Điều kiện tự nhiên xã Hương Long- Thành phố Huế……………… .…15 1.3.1. Vị trí địa lí……………………………………………….…………… .15 1.3.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội……………………………… .….16 1.3.3. Đặc điểm khí tượng thuỷ văn tại tỉnh Thừa Thiên Huế………… .….16 1.3.4. Một vài nét về đối tượng nghiên cứu…………………………… .….17 1.3.4.1. Ngô nếp Cồn Hến………………………………………………… 17 1.3.4.2. Ngô nếp Phú Yên………………………………………………… 17 1.3.4.3. Các tổ hợp lai …………………………………………………… .18 Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu…………………19 2.1. Đối tượng nghiên cứu ………………………………………………… 19 3 2.2. Nội dung nghiên cứu ……………………………………………………19 2.2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ……………………………………19 2.2. 2. Nội dung nghiên cứu …………………………………………… .…19 2.3. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… . 20 2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm……………………………………….20 2.3.2. Phương pháp xử lí hạt giống, mật độ gieo trồng và lượng phân bón 20 2.3.3. Phương pháp xác định các chỉ tiêu………………….21 2. 3.4. Phương pháp xử lí số liệu ………………………………………… .21 Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận……………………………… 22 3.1.Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu sinh trưởng……………………… .22 3.1.1. Thời gian sinh trưởng và phát triển ………………… ………… … 22 3.1.2. Tăng trưởng chiều cao cây……………………………….… .…… . 25 3.1.3. Số lá, diện tích lá…………………………………………….… .27 3.2 Kết quả nghiên cứu các chỉ tiêu sinh lý…………………………………….30 3.2.1. Hàm lượng diệp lục …………………………………… ….…………30 3.2.2. Cường độ quang hợp…………………………………….………. … 31 3.2.3. Cường độ thoát hơi nước …………………………………….….……32 3.3. Đặc tính nông học…………………………………… …………… .……33 3.3.1. Đặc tính hình thái………………………………….………………33 3.3.2. Khả năng kháng sâu bệnh và chống lốp đổ…………… .…………. 35 3.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất …………………………….38 3.4.1. Các yếu tố cấu thành năng suất…………………………… .………….38 3.4.2. Năng suất …………………………… ……………………….……… 40 3.5. Đánh giá phẩm chất .………….……………………………………… 41 3.5.1. Đánh giá phẩm chất bằng phương pháp cảm quan………… ………….41 3.5.2. Đánh giá hàm lượng dinh dưỡng trong hạt khô ……………… .………43 3.5.3. Đánh giá hàm lượng axit amin trong hạt khô của đối chứng và tổ hợp …44 Kết luận và đề nghị…………………………………………………………… 46 1. Kết luận…………………………….………………………………….……46 4 2. Đề nghị……………………………… ……………………………… .… 47 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ H ÌNH Bảng Trang Bảng 1.1. Tình hình sản xuất ngô của một số nước trên thế giới năm 2008… 11 Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô trong nước năm 2001 – 2008…………… 14 Bảng 1.3. Tình hình sản xuất tại tỉnh Thừa thiên Huế năm 2001 – 2008 …….15 Bảng 1.4: Số liệu thời tiết từ tháng 11/2009 đến tháng 4/2010 tại Thừa Thiên Huế .16 Bảng 2.1: Đối chứng và các tổ hợp lai……………………………………… .19 Bảng 3.1: Thời gian hoàn thành các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của đối chứng và tổ hợp lai…………………………………………… 23 Bảng 3.2. Kết quả theo dõi sự tăng trưởng chiều cao cây………………….….26 Bảng 3.3: Số lá trên cây của đối chứng và tổ hợp lai……………………… . .28 Bảng 3.4: Diện tích lá của đối chứng và tổ hợp lai ……………………… . .29 Bảng 3.5:Hàm lượng sắc tố của đối chứng và tổ hợp lai(mg/g) ………………31 Bảng 3.6: Cường độ quang hợp của đối chứng và tổ hợp lai( mg chất hô/dm 2 /h.32 Bảng 3.7: Cường độ thoát hơi nước của đối chứng và tổ hợp lai(gH 2 O/dm 2 /h)33 Bảng 3.8: Một số chỉ tiêu về đặc tính hình thái của đối chứng và tổ hợp lai…34 Bảng 3.9: Khả năng kháng sâu bệnh và chống lốp đổ của đối chứng và tổ hợp lai .36 Bảng 3.10: Một số chỉ tiêu về năng suất của đối chứng và tổ hợp lai……… 38 Bảng 3.11: Năng suất của đối chứng và tổ hợp lai……………………… .… 40 Bảng 3.12: Đánh giá phẩm chất của đối chứng và tổ hợp lai …………………42 Bảng 3.13: Hàm lượng dinh dưỡng trong hạt khô của đối chứng và tổ hợp lai.43 Bảng 3.14: Thành phần và hàm lượng một số axit amin của đối chứng và tổ hợp i … .45 Hình Trang 5 Hình 3.1: Biểu đồ tăng trưởng chiều cao cây của đối chứng và tổ hợp lai……27 Hình 3.2: Biểu đồ động thái ra lá của đối chứng và tổ hợp lai……………… .28 Hình 3.3: Biểu đồ tăng trưởng diện tích lá của các tổ hợp lai…………………30 Hình 3.4: Biểu đồ năng suất của đối chứng và tổ hợp lai ………………… 41 MỞ ĐẦU Cây ngô (Zea mays L.) [3] thuộc họ hòa thảo (Gramineae) thường chỉ có một thân cao 1- 4m, lá mũi mác dài 35 - 40cm, hoa đơn tính mọc trên cùng một gốc. Hoa cái mọc ở nách lá, hoa đực nhóm thành thùy(cờ) ở ngọn cây . Ngô là cây lương thực được con người trồng hàng ngàn năm nay. Ngô có nguồn gốc từ Mêhicô và Pêru là loại cây lương thực quan trọng đối với nước ta và thế giới. Hiện nay trên thế giới ngô đứng thứ 3 về diện tích, đứng thứ hai về sản lượng và đứng thứ nhất về năng suất so với các cây lương thực khác. Ngô góp phần nuôi sống 1/3 dân số thế giới, nhiều nước coi ngô là cây lương thực chính không thể thiếu trong khẩu phần thức ăn hàng ngày, ngoài làm lương thực cho con người ngô còn làm thức ăn cho gia súc và có thể làm nguyên liệu trong công nghiệp chế biến như công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp nhẹ Ngô thuộc nhóm cây quang hợp theo chu trình C4 ( chu trình Hatch và Slack). Quang hợp theo chu trình C4 có nhiều ưu việt hơn so với các loại cây quang hợp theo chu trình C3.Vì nhóm cây này có hiệu suất sử dụng ánh sáng cao hơn (5- 6%) mặt khác cây quang hợp theo chu trình C4 không có hiện tượng hô hấp sáng có điểm bù CO 2 rất thấp và cường độ quang hợp cao. Ở Việt Nam, cuộc cách mạng về ngô lai đã được nhà nước đặc biệt quan tâm nên trong những năm gần đây nó đã làm thay đổi tận gốc rễ những tập quán canh tác lạc hậu góp phần đưa nghề trồng ngô ở nước ta, đưa người nông dân Việt Nam đứng trong hàng ngũ những nước tiên tiến ở châu Á. Các giống ngô lai đưa vào sản xuất đã tạo ra sự tăng trưởng kỳ diệu về năng suất.Chính vì vậy, người nông dân ít chú ý đến các giống ngô địa phương năng suất thấp mà dần dần thay 6 thế các giống ngô lai với diện tích gieo trồng ngày càng tăng. Thế nhưng, năng suất ngô của các vùng vẫn còn có sự chênh lệch khá lớn, trong thực tế sản xuất những vùng có năng suất cao là do sử dụng nhiều giống ngô lai và tăng khả năng đầu tư thâm canh. [1] Tuy nhiên, xu hướng hiện nay người ta bắt đầu quan tâm đến việc bảo tồn và sử dụng nguồn gen quý của các giống ngô địa phương có phẩm chất tốt: thơm ngon, ngọt dẻo, khả năng chống chịu: sâu bệnh, chịu hạn, chịu phèn… để làm vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống hoặc chuyển một số gen chất lượng của các loại cây trồng khác vào làm tăng giá trị các giống ngô địa phương. Ngoài những giống ngô có năng suất cao thì nước ta còn có rất nhiều giống ngô quý có chất lượng tốt, dẻo, thơm như ngô nếp Cồn Hến, ngô nếp vàng Phú Yên song do quá trình trồng trọt và giao phấn tự do lâu đời mà không được chọn lọc, phục tráng dẫn đến các giống này bị lẫn tạp, thoái hóa làm năng suất, phẩm chất ngày một giảm. Trước tình hình đó để giữ và duy trì được nguồn gen quý hiếm có nguy cơ bị mất cần tiến hành phục tráng giống để giữ lại những đặc tính quý như nguyên thủy của các giống. Việc chọn ra các dòng tự phối thuần có khả năng kết hợp cao và những đặc tính nông học tốt có vai trò quyết định thiết yếu quyết định đến sự thành bại của quá trình phục tráng, tuyển chọn các tổ hợp lai có năng suất chất lượng tốt. Xuất phát từ tình hình thiết thực đó năm 2010 chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Điều tra, đánh giá một số đặc điểm sinh học của Ngô nếp Cồn Hến, ngô nếp vàng Phú Yên và các tổ hợp lai của chúng tại Xã Hương Long,Thành phố Huế- Tỉnh Thừa Thiên Huế. Mục tiêu của đề tài: Qua việc đánh giá các đặc điểm thực vật, sinh lí, sinh hoá, năng suất và chất lượng để chọn ra tổ hợp lai tốt phục vụ công tác lai tạo và sản xuất . 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cây ngô 1.1.1. Nguồn gốc cây ngô Ngày nay, cây ngô được trồng ở tất cả các châu lục thích nghi với tất cả các loại hình sinh thái từ ôn đới, cận nhiệt đới đến nhiệt đới cao và nhiệt đới thấp trải rộng hơn 90 vĩ tuyến từ 38 0 N lên gần 58 0 B, từ độ cao 1-2 m đến 4000m so với mặt nước biển. [4, 9, 35, 36, 42]. Vùng phát sinh của cây ngô lại có nhiều quan điểm. Qua quá trình nghiên cứu lâu dài, quan điểm cho rằng ngô xuất hiện ở Đông Nam châu A ́ đã bị bác bỏ (Aderson -1945). [4, 9, 20]. Nếu lịch sử phát triển của các nước Đông Nam A ́ gắn liền với nền văn minh lúa nước thì đối với các bộ tộc dân da đỏ Châu Mỹ lịch sử phát triển của họ là nền văn minh cây ngô. Họ coi ngô không chỉ là nguồn lương thực bảo tồn sự sống mà còn là văn hoá, là niềm tin, là tín ngưỡng, là thần thánh, chúa trời bảo hộ cho cuộc sống an bình của họ. Vì vậy, quá trình thuần hoá và lan truyền cây ngô ở Châu Mỹ là hoàn toàn thuộc về các bộ tộc da đỏ cổ đại. [18]. Theo Vavilor (1926) cho rằng Mehico là trung tâm thứ nhất (trung tâm phát sinh) cu ̉ a cây ngô cách đây khoảng 5000 năm, vùng Andet (Peru) là trung tâm thứ 2 cách đây khoảng 3000 năm nơi mà cây ngô đã trải qua quá trình tiến hoá nhanh chóng .[17]. Ngày nay, các nhà khoa học trên thế giới hầu như đã công nhận và thống nhất Mehico là trung tâm phát sinh cây ngô, thậm chí người ta còn cho rằng cái nôi đầu tiên là thung lũng Tehuacan - nằm ở bang Puebla Đông Nam Mehico. Bằng chứng thuyết phục cho nhận định này là các di tích về cây ngô được tìm thấy ở đây là cổ nhất và biểu hiện chuỗi tiến hoá rõ rệt nhất.[16]. Người ta đã tìm thấy hoá thạch phấn ngô Teosinte, Tripsacum trong khi khai quật ở Bellas Artes - Thành phố ở Mehico đã tìm thấy mẫu phấn ngô cổ nhất ở độ sâu 70m . Những 8 khai quật ơ ̉ hang động Bat của nước Mehico đã tìm thấy cùi ngô dài 2-3cm vào khoảng 3600 năm trước công nguyên[17]. Mặt khác, vùng này cũng là nơi duy nhất còn tồn tại cây Teosinte, một cây họ hàng gần và được coi là thuỷ tổ của cây ngô trồng hiện nay [16]. Ở Việt Nam theo nhà bác học Lê Quý Đôn trong “Vân đài loại ngữ ” thì vào cuối thế kỉ XVII, Trần Thế Vinh người ở Sơn Tây đi sứ ơ ̉ Trung Quốc thấy loài cây mới này đã mang về trồng và gọi nó là “ngô”[4, 9, 10]. Theo Rumphius cho rằng năm 1946, người Bồ Đào Nha đã nhập ngô vào Java có thể trực tiếp từ Nam Mĩ. Sau đó từ Indonexia ngô được chuyển sang Đông Dương và Mianma [4, 9,10]. Có thể do hai con đường ngô vào nước ta đã tạo ra tập quán trồng ngô của đồng bào dân tộc ở Tây Nguyên là chọc lỗ, tra hạt còn đồng bào vùng núi phía Bắc lại gieo hàng. Riêng với ngô nếp thì trung tâm phát sinh là Miến Điện. Do ngô là cây trồng ít kén đất đã được hoan nghênh ở Miến Điện và trở thành cây trồng bổ sung khi thiếu gạo. Người ta trồng ngô ở những vùng đất xấu nhất. Ơ ̉ đây đã phát sinh một đột biến làm xuất hiện một thành phần tinh bột mới trong hạt ngô và những dạng có loại tinh bột đó được gọi là ngô nếp. Từ Miến Điện, ngô nếp phổ biến ra khắp vùng Đông Nam A ́ sau đó được đem sang châu Mỹ và châu Âu [16]. 1.1.2. Đặc điểm sinh học 1.1.2.1. Phân loại Tên khoa học: Zea mays L[3]; Họ hòa thảo: Graminaceae; Bộ hòa thảo: Graminales; Lớp một lá mầm: Liliopsida; Ngành hạt kín: Magnoliophyta. Người đầu tiên phân loại ngô là Keruika vào đầu thế kỷ XX, sau đó năm 1920 Sturtevantel đã đi sâu vào cấu trúc cơ quan sinh sản và kết hợp với phương pháp phân loại hình thái như: cấu tạo mày hạt ( có hay không có), cấu tạo bên ngoài hạt( dạng hạt ), cấu tạo bên trong hạt( tỷ lệ amilopectin và amiloza). Ông đã chia ngô thành 7 nhóm: ngô răng ngựa, ngô bột, ngô nổ, ngô đá răn, ngô đường, ngô đường bột, ngô bọc[9, 10]. 9 Những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XX Colins phát hiện thêm một nhóm ngô nếp có nguồn gốc ở Trung Quốc, năm 1956 Kutesovun( thuộc Liên Xô) bổ sung thêm một nhóm ngô bán răng ngựa đưa tổng số nhóm phát hiện được thành 9 nhóm: ngô răng ngựa: Zea mays L. var. indentata (Sturtev.) L. H. Bailey. Ngô đá răn hay còn gọi là ngô tẻ: Zea mays L. var. indurata (Sturtev.) L. H. Bailey. Ngô bột: Zea mays L. subsp. amylacea (Sturtev.) L. H. Bailey. Ngô nổ: Zea mays L. var. everta (Sturtev.) L. H. Bailey. Ngô đường: Zea mays L. var. saccharata (Sturtev.) L. H. Bailey. Ngô nếp: Zea mays L. subsp. ceratina (Kuleshov.) Zhuk. Ngô bọc: Zea mays L. var. tunicata Sturtev . Ngô đường bột: Zea mays L. var. amylacea Sturtev. Ngô bán răng ngựa: Zea mays L. subsp. semidentata Kuleshov [19]. 1.1. 2. 2. Hình thái Ngô là cây một lá mầm thân tròn chia thành nhiều lóng lá mọc cách xếp hai dãy dọc thân, lá chia thành phiến lá và bẹ lá. Bẹ lá to, dài, phiến lá hình dải có lưỡi nhỏ. Hoa nhỏ, mọc cụm. Tất cả các bộ phận đều có mạch. Hạt chứa nhiều tinh bột. [9] 1. 1. 2. 3. Sinh trưởng, sinh lý và phát triển Thời gian sinh trưởng của cây ngô tính từ khi gieo đến khi chín trung bình từ 90 – 160 ngày. Các thời kì sinh trưởng dài hay ngắn phụ thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh [ 5, 6, 8, 20, 38, 48]. - Thời kì mọc mầm và ra rễ: Giai đoạn này phôi mầm chủ yếu sống dựa vào chất dự trữ trong hạt. Hạt hút nước, trương phồng lên sau đó nảy mầm các chất hữu cơ bị tiêu biến ở giai đoạn nảy mầm là gluxit, lipid và prôtêin. Đây là một quá trình phức tạp trải qua các hình thức như: phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản dễ hòa tan tiến hành ôxy hóa các sản phẩm phân giải, giải phóng năng lượng và cung cấp các sản phẩm trung gian cho quá trình tiếp theo. Từ những sản phẩm được chuyển hóa sẽ tổng hợp nên các chất mới để hình thành nên phôi mầm. 10