Giống mía và các phương pháp lai tạo và tuyển chọn

1. Giống mía

1.1 Tầm quan trọng của giống mía

Trong sản xuất mía, giống mía giữ vai trò rất quan trọng, là biện pháp thâm canh hàng đầu. Bởi vì, một giống mía tốt không chỉ cho năng suất nông nghiệp cao, giàu đường mà còn khắc phục được nhiều nhược điểm của sản xuất, chế biến và những điều kiện bất lợi của tự nhiên, trong khi các biện pháp khác rất khó có thể thực hiện một cách thỏa đáng, chẳng hạn đối với các điều kiện tự nhiên như khả năng chống chịu sâu bệnh, khô hạn, úng ngập, gió bão, chua mặn,...

Cuộc cách mạng sinh học, trong đó có cách mạng giống cây trồng (cách mạng xanh) đã tạo ra sự biến đổi to lớn trong sản xuất nông nghiệp thế giới (trồng trọt). Đó là khả năng tăng năng suất và phẩm chất cây trồng bằng con đường giống nhằm thỏa mãn ngày một tốt hơn nhu cầu về vật chất của đời sống con người. Riêng vấn đề giống mía, hàng năm, nhiều quốc gia đã dành một khoản kinh phí lớn cho công tác này. Chỉ trong vòng hai thập kỷ trở lại đây, nhờ tạo ra được những giống mía mới, năng suất cao, giàu đường, chống chịu tốt các điều kiện của tự nhiên, kháng sâu bệnh,... Ngành trồng mía và chế biến đường ở nhiều nước như Cuba, An Độ, Trung Quốc, Đài Loan, Úc, Indonesia,... đã có những tiến bộ vượt bậc.

Theo Campo và ctv (1976), ở Cuba, từ năm 1964 trở lại đây, do chọn đựợc những giống mía tốt mà năng suất mía cây tăng lên từ 50 tấn/ha lên trên 70 tấn/ha và tỉ lệ đường trên mía thu hồi đạt trên 13,5% .

Theo S.I.I.S (1984), ở Úc, nhờ tạo được những giống mía tốt, đường cao nên hiệu suất tổng thu hồi ở các xí nghiệp chế biến đường của nước này đạt vào loại cao nhất thế giới hiện nay (tỷ lệ mía trên đường khoảng 7-8, thậm chí chỉ 6 mía thu hồi 1 đường - loại đường cát xuất khẩu). Mặt khác, cũng nhờ có một lượng lớn các giống mía kháng bệnh dự phòng mà nước Úc đã vượt qua bệnh Fiji - một bệnh hại nguy hiểm khi bệnh này xuất hiện trên đồng mía của họ.

Theo Krishnamurthi và Prasad (1980), để khắc phục tình trạng đất xấu, nghèo chất hữu cơ, lân, kali và sự xuất hiện những bệnh cây nguy hiểm như bệnh fiji, bệnh Cerospora sacchari và một số tuyến trùng gây hại, các nhà chọn giống ở Fiji đã tìm được một số giống mía tốt, có tỷ lệ đưòng thu hồi cao (7,2 - 7,5 mía thu 1 đường) và tỉ lệ xơ trung bình 12,5% .

Theo Glas và Miller (1980), ở Florida (Mỹ), chương trình chọn tạo giống mía là nhằm mục đích tìm giống kháng bệnh than (Ustilago scitaminea Sydow).

Theo Walker (1978), ở Barbados, mục đích chọn tạo giống mía kháng một số bệnh hại nguy hiểm như bệnh than Ustilago scitaminea, bệnh thân ngọn đâm chồi Xanthomonas albilineans,...

Đối với mỗi quốc gia trồng mía, cải thiện giống mía sản xuất là một việc làm thường xuyên mang tính chiến lược, lâu dài. Tùy theo tình hình của mỗi nước và yêu cầu nhiệm vụ của từng thời kỳ mà mục tiêu đặt ra có sự điều chỉnh cho phù hợp.

Nhìn lại tình hình sản xuất của ta, một nguyên nhân rất cơ bản làm cho năng suất mía cây thấp, chu kỳ kinh tế ngắn, đường thu hồi không cao,… vì chúng ta chưa có nhiều giống mía tốt. Những kết quả điều tra về giống mía sản xuất trên phạm vi cả nước thời gian vừa qua đã xác nhận điều đó. Chúng ta thiếu những giống mía năng suấtt nông nghiệp cao, giàu đường, nhất là những giống mía chín sớm (hay giống có tỉ lệ đường cao đầu vụ) và những giống mía khả năng tái sinh mạnh (để gốc tốt). Vùng miền núi phía Bắc thiếu những giống mía chịu các điều kiện lạnh, giá, gió bão. Vùng mía đồi (trung du Bắc Bộ), vùng đất cao (Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ) thiếu những giống mía chịu hạn và vùng đất thấp chua phèn (Tây Nam Bộ) cũng chưa có những giống mía trồng thích hợp. Đấy là chưa kể đến những đặc điểm khác cần thiết phải có của một giống mía sản xuất như khả năng chống chịu sâu bệnh, nhất là các bệnh hại quan trọng như: bệnh than (Ustilago scitaminea) có mầm mống ở hầu hết các vùng mía miền Nam, bệnh chảy gôm

(Xanthomonas vascularum), bệnh thân ngọn đâm chồi (Xanthomonas albilineans), bệnh rượu (Colletotrichum falcatum), bệnh xoắn cổ lá (Fusarium moniliforme),... mà ở vùng mía nào cũng thấy xuất hiện. Có thể nói, đặc điểm các vùng mía của ta rất da dạng (nhiều vùng sinh thái khác nhau), trong khi đó cơ sở vật chất kỹ thuật và đặc biệt là giống mía thì lại còn rất thiếu chưa đáp ứng được yêu cầu của sản xuất ngày càng mở rộng.

1.2 Bố trí cơ cấu giống hợp lý

Giống mía tốt chỉ là một khái niệm rất tương đối. Một giống mía có thể được xem là tốt ở nơi này nhưng lại không thích hợp ở nơi khác và ngược lại. Giống mía chịu hạn giỏi chưa hẳn đã chịu chua phèn hoặc ngập úng. Lại có giống chín sớm, giống chín muộn. Giống thích hợp với chế biến cơ giới, giống thích hợp với chế biến thủ công,... Ở những nước trồng mía có trình độ cơ giới hóa cao, tiêu chuẩn giống mía tốt còn đặt ra là giống mía đó có thích hợp với điều kiện cơ giới hóa bay không,... Như vậy có thể định nghĩa là: Trong từng trường hợp cụ thể của một vùng sinh thái, ở trình độ sản xuất và chế biến nhất định, một giống mía nào đó cho năng suất cao, phẩm chất tốt (đường nhiều) và thích hợp với những điều kiện của sản xuất và chế biến thì đó là giống mía tốt và ngược lại.

Trong thực tế của đời sống, rất khó có thể chọn được một giống mía gọi là lý tưởng, thỏa mãn tất cả những yêu cầu của con người. Thông thường, một giống mía có được ưu điểm này lại mắc nhược điểm khác. Chính vì vậy, với sản xuất, bao giờ cũng phải có vài ba giống mía được bố trí thành một cơ cấu để bổ sung cho nhau những ưu điểm, hạn chế nhược điểm. Trên đồng mía của chúng ta hiện nay, tình trạng độc canh một giống mía nào đó là hiện tượng phổ biên và đó là điều không hợp lý cần phải có sự thay đổi. Bởi vì, cây mía là nguyên liệu để chế biến đường. Hiệu quả của mỗi nhà máy đường được tính bằng hiệu suất tổng thu hồi và thời gian của mùa chế biến (dài hay ngắn). Do đó, một giống mía dù có ưu điểm như thế nào chăng nữa cũng không thể thỏa mãn được cả hai yêu cầu trên. Chưa kể vì một lẽ nào đó, do thiên tai, dịch họa gây ra, chẳng hạn bị sâu bệnh tấn công, nếu chỉ có một giống mía độc nhất thì có thể nhà máy phải đóng cửa vì không có nguyên liệu. Từ điều thực tế này, nhiều nước trồng mía trên thế giới đã rút ra được những bài học khá sâu sắc.

2. Các phương pháp tuyển chọn giống mía

Trong tuyển chọn giống cây trồng nói chung và giống mía nói riêng có nhiều phương pháp, nhiều cách làm. Ở mỗi phương pháp, mỗi cách làm đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Vấn đề đặt ra là chọn phương pháp và cách làm nào để có thể đạt được hiệu quả cao nhất (kể cả các mặt đầu tư trang thiết bị tài chính và sản phẩm thu được).

Theo Martin và ctv (1987), đối với cây mía, các phương pháp tuyển chọn giống được áp dụng là:

- Tuyển chọn từ nguồn giống có sẵn (trong nước và nhập từ nước ngoài).

- Lai hữu tính để tạo ra những dòng mía mới rồi tuyển chọn.

- Tạo giống bằng đột biến (tự nhiên và nhân tạo).

- Cấy mô đơn bội.

Tuy nhiên, cho đến nay, lai hữu vẫn là phương pháp được áp dụng rộng rãi và đạt hiệu quả cao trong công tác cải thiện giống mía.

2.1 Tuyển chọn từ nguồn có sẵn:

Ở những thời kỳ đầu, theo Martin và ctv (1987), giống mía sản xuất được chọn chủ yếu từ nguồn các loài mía có sẵn, như loài mía quí (S. officinarum). Các loài có hàm lượng đường khá như S. sinnense và S. barberi. Ngày nay, những giống mía đường thương phẩm (giống sản xuất) đều là con lai của các loài khác nhau như lai các nhóm trong loài S. officinarum với S. spontaneum, S. robustum,... Như vậy, công việc tuyển chọn này về thực chất là bước sau cùng của quá trình tạo giống mía mới bằng lai hữu tính để tìm giống thích hợp với điều kiện của mỗi vùng sản xuất nhất định.

Theo Skinner (1971), các chỉ tiêu chính của một giống mía tuyển chọn cho mục đích sản xuất là:

- Đặc điểm sinh học: Tỉ lệ mầm mọc cao, giao lá sớm, tái sinh mạnh, không hoặc ít ra hoa.

- Đặc điểm nông học: Năng suất mía cây cao.

- Đặc điểm công nghệ: Tỉ lệ đường cao, tỉ lệ xơ trung bình và tỉ lệ tinh bột thấp. Theo Martines (1985), tuyển chọn giống mía sản xuất từ nguồn có sẵn (trong nước và nhập nội) có lợi là:

- Kế thừa được những thành tựu khoa học trong nước và thế giới.

- Rút ngắn được thời gian nghiên cứu và giảm được những chi phí cần thiết. - Đáp ứng nhanh yêu cầu sản xuất.

Và những hạn chế là:

- Chỉ có thể lợi dụng những đặc tính có sẵn mà không tạo ra trong cơ thể của giống những đặc tính mới.

- Một giống mía thươmg phẩm được coi là tốt ở nơi này nhưng lại không thích hợp ở nơi khác và ngược lại. Như vậy, không phải tất cả những giống mía tốt của nước ngoài đều thỏa mãn được yêu cầu về giống mía sản xuất ở trong nước.

- Trong quá trình nhập giống, nếu công tác kiểm dịch làm không tốt có thể mang vào đồng mía mầm mống của những bệnh cây nguy hiểm mà hậu quả của nó khó có thể lường trước được.

2.2 Phương pháp lai hữu tính:

Theo Martin và ctv (1987), không phải đến năm 1888, Solweded ở Java và Harrison, Bowell ở Barbados công bố khả năng sinh sản của hoa mía mới tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực cải tiến giống mía sản xuất mà những việc làm như thu hoạch bông mía tự do rồi làm cho hạt nẩy mầm đã được thực hiện từ lâu. Tuy nhiên, mãi sau này, việc thụ phấn để tạo ra những giống mía lai mới được áp dụng rộng rãi (những năm đầu của thập kỷ XX) do nhu cầu của đời sống ngày một tăng, do giá trị kinh tế cao của cây mía, do sự nghèo đi của đất đai và sự xuất hiện những bệnh cây nguy hiểm.

Theo MINED (1963), thời kỳ từ 1920 - 1930 một loạt giống mía mới được tạo ra bằng phương pháp lai hữu tính đã đưa ngành mía đường thế giới bước vào giai đoạn phát triển mới với năng suất và tỉ lệ đường cao hơn, kháng sâu bệnh... đó là các giống mía nổi tiếng như POJ2878, POJ2883, POJ3016 (Java), Co213, Co281, Co285, Co290 (Coimbatore - Ấn Độ), H109 (Hawaii),...

Theo Lo và Chen (1988), giai đoạn những năm gần đây, một xu hướng chung trong chọn tạo giống mía mới là: Bố trí các cặp lai sao cho đưa được những gen quí của các loài mía có nguồn gốc địa phương vào cây mía thương phẩm nhằm làm tăng sức sống, tính chống chịu, năng suất nông nghiệp và tỉ lệ đường cao. Chẳng hạn:

- Đài Loan: Dùng S. spontaneum và Miscanthus sp.

- Nhật Bản: Chọn từ S. officinarum

- Malaysia: Lai S. officinarum với S. spontaneum

- Một số nơi khác: Tuyển chọn từ S. edule

Theo Viện Nghiên cứu Mía Đường Quốc gia Cuba - INICA (1982), các phương pháp lai được áp dụng trong cải tiến giống mía là:

- Giao phấn hở

- Giao phấn kín

- Lai đơn

- Lai hỗn hợp

- Tự giao

- Lai khác loài

Ở mỗi phương pháp trên đều có những ưu điểm và nhược điểm tùy thuộc cách đặt vấn đề của nhà chọn giống. Tuy nhiên, các phương pháp giao phấn kín, lai hỗn hợp và lai khác loài đang được áp dụng rộng rãi và đạt hiệu quả cao hơn cả.

2.3 Phương pháp đột biến:

Ở cây mía, một số tác giả đã sử dụng đột biến để cải tiến vật liệu lai như gây ra những biến dị ở các cây bố mẹ, chẳng hạn làm mất đi hoặc tạo ra sự ra hoa,… Đột biến nhân tạo có thể thực hiện nhờ tác dụng của hóa chất mạnh hoặc các tia phóng xạ.

Theo Hrishi (1968), những đột biến gây ra nhờ tác dụng của hóa chất mạnh như

Etil-Metano-Sulfonat (EMS) và Metil-Metano-Sulfonat (MMS) hiệu quả hơn là sử dụng các tia phóng xạ.

Theo Walker (1976), ở Barbados đã thực hiện đột biến nhờ hóa chất mạnh và đạt kết quả là làm mất khả năng ra hoa của một số giống mía.

Theo Jagatheaan (1976), ở Coimbatore (Ấn Độ) đã thực hiện một chương trình đột biến ở cây mía và đã tìm được một số dòng kháng bệnh.

Theo Martin và ctv (1987): Phương pháp đột biến ở cây mía để tìm ra những dòng mía mới ít được áp dụng và còn nhiều điều phải nghiên cứu để làm sáng tỏ.

2.4 Phương pháp cấy mô:

Gần đây, phương pháp cây mô cũng được đề cập trong việc nhân và chọn giống mía sản xuất. Theo Martin và ctv (1987) phương pháp này được sử dụng để bổ khuyết nhược điểm của phương pháp lai hữu tính ở sự mất đi hoặc không có khả năng kết hợp một số đặc tính di truyền của các cây bố mẹ. Phương pháp này gồm có cấy thể nguyên sinh, cấy bao phân và cấy hạt phấn.

Trong phương pháp cấy thể nguyên sinh, các tác giả Liu và Chen (1977) đã thực hiện công việc tách thể nguyên sinh của lá mía và đạt được một số kết quả đầu tiên. Tác giả Krishinamurthi (1980) cũng đã thảo luận về cấy thể nguyên sinh đồng thời nêu lên những khó khăn của công việc này với kính hiển vi điện tử.

Các tác giả Krishinamurthi và Tlaskal (1974) đã sử dụng kỹ thuật cấy mô phân sinh của giống Pindar thu được 38 dòng phụ và nhân thấy 4 trong số các dòng phụ đó kháng bệnh Fiji.

Ở Cuba, theo Alfonso và Capote (1979) thông báo, họ đã tạo được giống mía mới đầu tiên bằng phương pháp cấy mô trong ống nghiệm.

Việc sử dụng phương pháp cây mô trong công tác nhân và chọn tạo giống mía vẫn đang là những vấn đề mới mẻ mà các nhà chọn giống còn phải tiếp tục nghiên cứu và đi sâu.

2.5 Phương pháp biến đổi gen:

Ngoài các phương pháp cổ điển nêu trên, với sự phát triển như vũ bão của khoa học và công nghệ thế giới, đặc biệt là về công nghệ sinh học và công nghệ thông tin, gần đây nhiều nước phát triển trên thế giới đã tiến hành chuyển gen để tạo ra các giống mía biến đổi gen có khả năng cho năng suất, chất lượng cao hơn, hoặc kháng một số loài sâu, bệnh hại chính, hoặc kháng thuốc trừ cỏ, chống chịu đối với các điều kiện bất thuận như úng ngập, hạn hán,… đang ngày càng gia tăng do sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Từ năm 2010, Viện Lai tạo giống Coimbatore (Ấn Độ) đã đưa ra trồng thử nghiệm 10 dòng mía Co86032 chuyển gen kháng sâu đục thân (cry1Ab gene) gồm: Co 86032-Bt-7 (B), Co 86032-Bt-8 (B). Co 86032-Bt-10 (B), Co 86032-Bt-17(B), Co 86032-Bt-18(B), Co 86032-Apr-Bt-2(B), Co 86032-Apr-Bt-4(B), Co 86032-Apr-Bt-3(A), Co 86032-Bt-5(A) và Co 86032- Bt-6(A). Trong khu vực Đông Nam Á, 03 giống mía biến đổi gen (mang gen chịu hạn) gồm: NXI-1T, NXI-4T và NXI-6T của Viện Nghiên cứu Mía Đường Indonesia (P3GI) đã chính thức được phóng thích vào sản xuất từ cuối năm 2013, mang lại hy vọng lớn cho các vùng mía ở các khu vực khô hạn ở Indonesia nói riêng và trên thế giới nói chung như những gì giống POJ2878 (cũng của Indonesia) mang lại cho ngành mía đường thế giới.