Báo cáo kết quả đề tài: Nghiên cứu cải thiện giống nhằm tăng năng suất, chất lượng cho một số loài cây trồng rừng chủ lực

Hà Huy Thịnh, Nguyễn Đức Kiên, Phí Hồng Hải,

Đoàn Thị Mai, Mai Trung Kiên, Lê Sơn và Đỗ Hữu Sơn

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong chương trình trồng mới 5 triệu ha rừng ở nước ta, có đến 3 triệu ha là rừng trồng sản xuất bao gồm 1 triệu ha cây công nghiệp dài ngày và 2 triệu ha là cây lâm nghiệp, trong số đó có đến 70% là các loài cây mọc nhanh bao gồm các loài Keo, Bạch đàn, Thông nên nhu cầu về giống, đặc biệt là giống có năng suất và chất lượng cao có nhu cầu rất lớn.

Các nội dung nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu cải thiện giống nhằm tăng năng suất, chất lượng cho một số loài cây trồng rừng chủ lực” là một sự tiếp nối các kết quả đã đạt được của các đề tài KHCN 08- 04 giai đoạn 1996 – 2000 và đề tài “Nghiên cứu chọn, tạo giống có năng suất và chất lượng cao cho một số loài cây trồng rừng chỉ yếu” giai đoạn 2001-2005 và chiến lược cải thiện giống đã vạch sẵn đối với từng loài cây và với những mục tiêu mới và các kết quả mới.

Về đối tượng nghiên cứu, đề tài chỉ tập trung vào một số loài cây trồng rừng chính đã được xác định là thích hợp với điều kiện đất đai, khí hậu ở Việt Nam và có diện tích gây trồng tương đối lớn trong các chương trình trồng rừng cụ thể là: Nhóm các loài Keo bao gồm: Keo tai tượng, Keo lá tràm, Keo lá liềm và Keo lai tự nhiên. Nhóm các loài Bạch đàn bao gồm: Bạch đàn uro, Bạch đàn camal, Bạch đàn pellita và Bạch đàn lai. Nhóm các loài Thông bao gồm: Thông caribaea, Thông nhựa, Thông ba lá và Thông đuôi ngựa.

Về mặt khoa học và công nghệ, một số ý tưởng khoa học và tiến bộ kĩ thuật mới như sử dụng các chỉ thị phân tử làm công cụ để nâng cao hiệu quả của các phương pháp chọn tạo giống truyền thống, kết hợp tạo đột biến với lai giống để tạo con lai bất thụ, sử dụng các biện pháp tác động bằng hoá chất, vật lí và chế độ dinh dưỡng để kích thích ra hoa kết quả sớm, chọn lọc cây trội dựa trên chỉ số chọn lọc và giá trị chọn giống…cũng đã được đề tài áp dụng và triển khai.

Về mặt thực tiễn, bên cạnh 15 giống mới chọn tạo và đã được công nhận để sử dụng trong sản xuất, đề tài cũng đã xác định được một số giống khác rất có triển vọng đang ở giai đoạn khảo nghiệm chứng minh để xin công nhận trong thời gian tới. Kĩ thuật nhân nhanh hàng loạt các giống mới bằng công nghệ Mô- Hom cũng đã được nghiên cứu và đang hoàn thiện để chuyển giao cho các cơ sở sản xuất.

II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu chung: Chọn tạo được một số giống mới có năng suất và/hoặc chất lượng cao góp phần nâng cao hiệu quả trồng rừng một số loài cây chủ lực

Mục tiêu cụ thể:

1. Chọn lọc được 10-15 giống mới có năng suất hoặc chất lượng vượt các giống đang dùng trong sản xuất từ 15 đến 20%.
2. Xác định được phương pháp nhân nhanh hàng loạt (mô-hom) cho các giống mới chọn tạo và xây dựng được các bản hướng dẫn kỹ thuật nhân giống (5-8 bản cho các loài Keo lai, Keo lá tràm, Keo lá liềm, Keo tai tượng, Bạch đàn urô, Bạch đàn Pellita, Thông caribe).
3. Xác định được đặc điểm di truyền cho một số tính trạng kinh tế quan trọng (sinh trưởng, chất lượng gỗ, tỷ trọng, hàm lượng cellulose, lignin)  nhằm rút ngắn chu kỳ chọn tạo giống cho một số đối tượng nghiên cứu của đề tài (Bạch đàn urô, Bạch đàn Pellita, Keo lá tràm, Keo tai tượng.v.v…).
4. Xây dựng được vườn tập hợp tập đoàn giống công tác có đủ tính đa dạng di truyền cần thiết ở thế hệ 2 cho các loài cây nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu:

1. Các nghiên cứu chọn tạo giống : bao gồm các nội dung như chọn lọc cây trội trong, thu thập vật liệu giống (dòng, hạt giống), xây dựng và đánh giá các khảo nghiệm giống nhằm chọn lọc các giống mới có năng suất và/hoặc chất lượng cao.
2. Nghiên cứu lai tạo giống : Xây dựng các sơ đồ lai và tiến hành các phép lai nhằm tạo ra giống lai có sinh trưởng nhanh đồng thời có tính chất gỗ phù hợp với các mục tiêu sử dụng và xây dựng quần thể phục vụ các nghiên cứu di truyền phân tử.
3. Nghiên cứu nhân giống sinh dưỡng cho các giống mới được chọn lọc và xây dựng các bản hướng dẫn kỹ thuật nhân giống nhằm đưa nhanh giống mới vào sản xuất.
4. Nghiên cứu ứng dụng các chỉ thị di truyền phân tử để đánh giá đa dạng di truyền trong các vườn giống, rừng giống.

III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các phương pháp nghiên cứu áp dụng trong chọn giống

Chọn lọc cây trội bằng phương pháp chọn lọc theo chỉ số (index selection) đối với các vườn giống và khảo nghiệm hậu thế; và theo Quy phạm QPN 15-93 đối với cây trội chọn lọc trong các rừng trồng.

Lai giống: Thu thập và bảo quản hạt phấn theo phương pháp của Moncur (1995). Lai giống bạch đàn theo phương pháp của Moncur (1995).

Bố trí thí nghiệm: Theo chương trình phần mềm Cycdesign 2.0 được sử dụng để thiết kế các thí nghiệm, khảo nghiệm giống tại hiện trường. Sơ đồ thiết kế được lựa chọn tuỳ thuộc vào  mục tiêu và qui mô của các khảo nghiệm.

Phương pháp thu thập số liệu: Các chỉ tiêu sinh trưởng như đường kính ngang ngực (D1,3), chiều cao vút ngọn (Hvn) và chiều cao dưới cành được đo đếm theo các phương pháp thông dụng trong điều tra rừng

Xử lý số liệu theo các phương pháp của Williams et al (2002) sử dụng các phần mềm thống kê thông dụng trong cải thiện giống bao gồm DATAPLUS 3.0 và Genstat 7.0 (CSIRO), SAS 8.0 (SAS Institute, 2002) và ASREML 1.0 (VSN International)

Phương pháp nhân giống bằng nuôi cấy mô

Khử trùng mẫu vật bằng Clorua thuỷ ngân (HgCl2) 0,05-0,1% hay Natrihypoclorit và Canxihypoclorit 2-2,5%, môi trường nuôi cấy là các môi trường MS cải tiến, môi trường Litvay và môi trường MWP

IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Trong giai đoạn 2006-2010 đề tài đã tiến hành các nội dung nghiên cứu và đạt được một số kết quả làm cơ sở cho các nghiên cứu cải thiện giống trong tương lai bao gồm:

• Đã công nhận được 19 giống quốc gia và tiến bộ kỹ thuật cho Keo lá tràm, Bạch đàn camal; công nhận được 10 vườn giống là vườn giống quốc gia cho một số loài cây nghiên cứu tại các vùng sinh thái chính; hoàn thiện quy trình nhân giống và xây dựng 8 hướng dẫn kỹ thuật nhân giống và xây dựng quản lý vườn giống; đã xây dựng 62ha khảo nghiệm giống và vườn giống thế hệ 2; 6ha vườn tập hợp tập đoàn giống công tác và 7 vườn vật liệu; đã chọn lọc thêm được 1200 cây trội, từ đó thu hái được 700 lô hạt và dẫn được 650 dòng vô tính; tạo lập và khảo nghiệm được 140 tổ hợp lai cho Bạch đàn UP, Keo lá tràm và Thông nhựa; đã tiến hành tỉa thưa di truyền cho các vườn giống, trên cơ sở đó xác định tỷ trọng gỗ cho 710 dòng/gia đình, tính chất cơ lý gỗ cho 225 dòng/gia đình và hàm lượng cellulose cho 100 gia đình của các loài cây nghiên cứu.
• Song song với đó trong quá trình triển khai đề tài cũng đã tham gia đào tạo thành công cho 3 nghiên cứu sinh và 7 thạc sỹ trong và ngoài nước; đề tài cũng đã công bố 16 bài báo trên các tạp chí khoa học trong nước và quốc tế.

Các kết quả nghiên cứu cụ thể cho từng đối tượng nghiên cứu như sau:

1. Đối với Bạch đàn uro:

Hàm lượng cellulose (mẫu nhỏ từ lõi khoan) có tương quan chặt với hiệu suất bột giấy (R = 0.83, p<0.001). Có thể sử dụng chỉ tiêu này để đánh giá nhanh và tương đối chính xác hiệu suất bột giấy của các cây cá thể phục vụ công tác chọn giống.

Biểu đồ 1. Tương quan giữa hàm lượng xenlulose (CC) từ lõi khoan và hiệu suất bột giấy (PY) từ thớt gỗ

Phương pháp chọn lọc theo năng suất bột giấy kết hợp giữa sinh trưởng, tỷ trọng gỗ và hiệu suất bột giấy có thể giúp tăng năng suất bột giấy ở rừng trồng Bạch đàn uro lên 42%. Thông qua các nghiên cứu, đề tài đã chọn lọc được 30 cây trội có năng suất bột giấy cao (110 – 260 kg/cây), vượt hơn so với trung bình vườn giống từ 65 đến 370%.

2. Đối với Bạch đàn pellita:

Các chỉ tiêu sinh trưởng và chỉ số pilodyn có sự sai khác rất rõ rệt và khác nhau cơ bản giữa các xuất xứ và gia đình Bạch đàn pellita trong cả hai vườn giống tại Bầu Bàng và Playku. Hệ số di truyền của các chỉ tiêu sinh trưởng ở Bạch đàn pellita dao động từ 0,17 đến 0,35 trong khi hệ số di truyền của pilodyn là từ 0,38 đến 0,42. Tương quan di truyền giữa hai lập địa Bầu Bàng và Playku về sinh trưởng là 0,42 và về pilodyn là 0,73. Chứng tỏ tính trạng sinh trưởng chịu ảnh hưởng mạnh của tương tác di truyền hoàn cảnh trong khi tỷ trọng gỗ ít chịu ảnh hưởng của tương tác này.

3. Đối với giống lai giữa Bạch đàn uro và Bạch đàn pellita

Kết quả đánh giá sinh trưởng của các tổ hợp lai trên các lập địa cho thấy một tổ hợp sinh trưởng tốt tại lập địa này có thể sẽ không sinh trưởng tốt tại lập địa khác và ngược lại. Lai giống và chọn lọc cá thể trong các tổ hợp lai để phát triển vào sản xuất có thể góp phần nâng cao năng suất rừng trồng. Kết quả chọn lọc cây trội trong các tổ hợp lai đã xác định được nhiều cây trội có độ vượt về thể tích so với các tổ hợp tốt nhất từ 100% đến 350% và từ 185% đến 530% so với công thức đối chứng tốt nhất là giống U6 và PN14.

4. Đối với các dòng vô tính Bạch đàn camal

Kết quả trên cho thấy Bạch đàn camal rất thích hợp với điều kiện đất cát, có lượng mưa tương đối thấp và mùa khô kéo dài như ở vùng Bình Thuận Thông qua các thí nghiệm chứng minh dòng, đã chọn lọc được 5 dòng tốt nhất bao gồm 159, 55, 9, 39 và BV22 có lượng tăng trưởng bình quân năm đạt đến 44,3 m3/ha/năm, vượt 3 lần giống đối chứng.

5. Đối với dòng vô tính Bạch đàn uro và Bạch đàn lai UP

Có sự sai khác rõ rệt về sinh trưởng giữa các dòng vô tính Bạch đàn uro cũng như  Bạch đàn lai UP trong tất cả các khảo nghiệm. Kết quả đã xác định được nhiều dòng Bạch đàn uro và UP có sinh trưởng tốt, vượt trội so với các giống đối chứng là U6, PN14 và các giống sản xuất đại trà.

6. Đối với Keo lá tràm

Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp của các chỉ tiêu sinh trưởng ở Keo lá tràm dao động từ 0,36 đến 0,39, thấp hơn so với tỷ trọng gỗ (0,42 – 0,61). Hệ số di truyền theo nghĩa rộng dao động từ 0,21 – 0,56 cho các chỉ tiêu sinh trưởng, từ 0,16 đến 0,38 cho chỉ tiêu độ co rút gỗ và từ 0,21 đến 0,57 cho chỉ tiêu độ bền uốn tĩnh và mô men đứt gãy. Giữa sinh trưởng và các chỉ tiêu tính chất gỗ tồn tại tương quan yếu cho thấy có thể cải thiện sinh trưởng ở Keo lá tràm mà không ảnh hưởng nhiều đến tính chất gỗ.

Đã chọn lọc được một số dòng ưu việt cho từng vùng sinh thái khác nhau trong cả nước. Đã công nhận cho 3 giống quốc gia và 16 giống TBKT cho Keo lá tràm. Năng suất của các dòng được công nhận có thể đạt 15 đến 30 m3/ha/năm, vượt 20 đến 150% so với giống đại trà.

7. Đối với Keo tai tượng và Keo lai

Giữa các gia đình trong vườn giống thế hệ 2 có sự sai khác rất rõ rệt về sinh trưởng. Tiếp tục theo dõi đánh giá và tỉa thưa di truyền, loại bỏ các gia đình và các cá thể có sinh trưởng kém, chỉ để lại những cá thể có sinh trưởng và chất lượng thân cây tốt nhất chắc chắn sẽ tạo được tăng thu lớn trong đời sau.

Kết quả đánh giá sinh trưởng của các dòng Keo lai cho thấy có sự sai khác rất rõ rệt về sinh trưởng và tỷ trọng gỗ của các dòng Keo lai ở giai đoạn 5 đến 9 tuổi. Các dòng Keo lai đã được công nhận giống quốc gia và giống tiến bộ kỹ thuật vẫn duy trì được khả năng sinh trưởng vượt trội trên các khảo nghiệm. Kết quả đánh giá cũng cho thấy có sự tương tác dòng và lập địa khá mạnh về sinh trưởng.

8. Đối với Keo lá liềm

Tại thời điểm 5 tuổi, sinh trưởng D1,3, chiều cao, thể tích của các xuất xứ Keo lá liềm ở vườn giống Cam Lộ đã có sự phân hóa rất rõ rệt. Ngược lại, tại vườn giống Phong Điền (4 tuổi) sự sai khác giữa các xuất xứ về các chỉ tiêu này là không đáng kể. Phương thức tỉa thưa di truyền hợp lý đối với cả 2 vườn giống là chọn lọc và giữ lại 50 gia đình có giá trị chọn giống cao nhất và tăng thu di truyền lý thuyết đạt được theo phương thức này ở mức thấp tương ứng với G = 3,79 – 4,50%.

9. Các kết quả về nhân giống sinh dưỡng bằng phương pháp ghép và giâm hom

Đã phát triển thành công phương pháp ghép nêm mầm non rất dễ áp dụng cho một số loài Keo và Bạch đàn với tỷ lệ ghép thành công cao hơn nhiều so với các phương pháp ghép thông thường. Giâm hom Keo lá liềm và Bạch đàn lai UP có tỷ lệ ra rễ từ 60-90%.

10. Các kết quả nghiên cứu nhân giống bằng nuôi cấy mô cho các giống mới chọn lọc

Có thể áp dụng phương pháp vi nhân giống thông qua phương thức tạo cụm chồi để nhân nhanh hàng loạt các giống mới chọn tạo của các loài Keo lá tràm, Bạch đàn camal và Bạch đàn lai UP, các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng có thể dùng HgCl2 0,1% làm hóa chất khử trùng với thời gian khác nhau cho từng dòng/gia đình. Môi trường nhân chồi thích hợp là môi trường MS* cộng với BAP và NAA với các nồng độ khác nhau cho từng dòng/gia đình.

V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu của các giai đoạn trước và thông qua việc phối hợp, hợp tác nghiên cứu với nhiều tổ chức ở trong và ngoài nước cũng như giữa các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, về cơ bản đè tài đã đạt được các mục tiêu đề ra và đã đạt được một số kết quả rất khả quan, không những có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có đóng góp nhất định vào việc nâng cao năng suất và chất lượng rừng trồng ở nước ta.

Dựa trên giá trị chọn giống xác định bằng phương pháp chọn lọc theo chỉ số và tương tác Di truyền-Hoàn cảnh, các cá thể tốt nhất trong các gia đình có sinh trưởng nhanh và chất lượng tốt đã được chọn lọc ở các cường độ khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích chọn giống: để thiết lâp khảo nghiệm dòng vô tính là khoảng 100 -120 cá thể; để thu hái hạt theo gia đình cho vườn giống thế hệ 2 là 60-80 cá thể; 20 cá thể tốt nhất được sử dụng để thiết lập quần thể chọn giống hạt nhân và chỉ khoảng 5-10 cá thể tốt nhất xây dựng vườn giống di động, tạo đột biến và làm cây bố-mẹ trong lai giống định hướng.

Bằng các phương thức nhân giống sinh dưỡng khác nhau như chiết, ghép, giâm hom và nuôi cấy mô tế bào cũng như thu hái hạt giống và hạt phấn, các vật liệu giống có giá trị này đã được dẫn và lưu giữ trong các vườn cây đầu dòng, kho hạt và trong phòng thí nghiệm.

Trên cơ sở các nghiên cứu cải thiện giống cho từng loài riêng biệt, đề tài đã có những nghiên cứu về lai giống giữa các cá thể có giá trị chọn giống cao nhất của các loài từ đó tạo ra giống lai có ưu thế lai vượt trội về sinh trưởng đồng thời có tính chất gỗ phù hợp cho các mục tiêu sử dụng gỗ khác nhau. Đã tạo ra được một số tổ hợp lai khác loài giữa Bạch đàn uro với Bạch đàn pellita có ưu thế lai về sinh trưởng rất lớn đồng thời đã chọn lọc được nhiều cá thể lai trong các tổ hợp lai tốt nhất để nghiên cứu phát triển vào sản xuất.

Về ý nghĩa thực tiễn, có 11 dòng vô tính Keo lá tràm và 4 dòng vô tính Bạch đàn camal đã qua tuyển chọn và đánh giá tại một số hiện trường được Hội đồng khoa học chuyên ngành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là giống tiến bộ kĩ thuật, trong đó có một giống Keo lá tràm được công nhận là giống quốc gia.

2. ĐỀ NGHỊ

Nghiên cứu cải thiện giống cho loài cây trồng nói chung và cây rừng nói riêng là một quá trình thường xuyên, liên tục và bao gồm nhiều bước đi và trải qua nhiều thế hệ và qua mỗi giai đoạn, mỗi thế hệ, năng suất và chất lượng của rừng trồng không ngừng được nâng cao. Vì vậy, việc tiếp tục đầu tư cho nghiên cứu về  giống đối với  các đối tượng đã được xác định là cây trồng rừng kinh tế chủ yếu là hết sức cần thiết.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TIẾNG VIỆT

1. Hà Huy Thịnh, Lê Đình Khả, Nguyễn Đức Kiên, Phí Hồng Hải, Đoàn Thị Mai, Trần Hồ Quang, 2009. Nghiên cứu chọn tạo giống có năng suất và chất lượng cao cho một số loài cây trồng rừng chủ yếu giai đoạn 2001 – 2005. Báo cáo Hội nghị KHCN lâm nghiệp khu vực phía Bắc. Trang 34 – 40.
2. Hà Huy Thịnh, Nguyễn Đức Kiên, Phí Hồng Hải, Đỗ Hữu Sơn, 2009. Nghiên cứu chọn tạo giống có năng suất và chất lượng cao cho một số loài cây trồng rừng chủ yếu giai đoạn  2006 – 2008. Báo cáo Hội nghị KHCN lâm nghiệp khu vực phía Bắc. Trang 41 – 53.
3. Nguyễn Đức Kiên, Hà Huy Thịnh, La Ánh Dương, Đỗ Hữu Sơn, Lê Anh Tuấn, 2009. Nghiên cứu biến dị về hàm lượng xenlulose của các gia đình và xuất xứ bạch đàn urô (Eucaluptus urophylla) làm cơ sở cho cải thiện giống theo hiệu suất bột giấy. Tạp chí Khoa học lâm nghiệp (Viện Khoa học lâm nghiệp Việt Nam),  số 1/2009, trang 860 – 864.

TIẾNG ANH

1. Harwood, C., Ha Huy Thinh, Tran Ho Quang, P. A. Butcher and E. R. Williams, 2005. The effect of Inbreeding on Early Growth of Acacia mangium in Vietnam. Silvae Genetica, No. 53, Heft 2, 2004, p 65 – 69.
2. Nguyen Duc Kien, Gunnar Jansson, Chris Harwood, Curt Almqvist, Ha Huy Thinh, 2007. Genetic variation in wood basic density and pilodyn penetration and their relationships with growth, stem straightness and branch size for eucalyptus urophylla in Northern Vietnam.
3. Phi Hong Hai, G. Jansson, C. Harwood, B. Hannrup, Ha Huy Thinh, 2007. Genetic variation in growth, stem straightness and branch thickness in clonal trials of Acacia auriculiformis at three contrasting sites in Vietnam. Forest Ecology and Management. Vol 255/1 pp 156-167.