XU HƯỚNG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG: KHẮC PHỤC CÁC THÁCH THỨC Ở THẾ KỶ 21

Huỳnh Kỳ*, Nguyễn Châu Thanh Tùng, Phạm Thị Bé Tư, Nguyễn Lộc Hiền, Trần In Đô

Trường Nông nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ

*Người chịu trách nhiệm về bài viết: Huỳnh Kỳ (email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.)

TÓM TẮT

Biến đổi khí hậu đã và đang tác động mạnh mẽ đến hoạt động sản xuất nông nghiệp của ngành nông nghiệp Việt Nam nói chung, của vùng Đồng bằng sông Cửu Long nói riêng. Do đó một trong những giải pháp chiến lược và có tiềm năng khắc phục những thách thức trên là công tác chọn tạo giống có thể sinh trưởng và phát triển được trong điều kiện bất lợi do môi trường gây ra là cấp bách và cần thiết. Việc áp dụng kỹ thuật hiện đại (chỉ thị phân tử) nhằm khai thác tiềm năng của giống bản địa trong công tác lai tạo và chọn giống mới đã và đang được thực hiện trong xu hướng chọn tạo giống hiện nay, nhằm đáp ứng và khắc phục các thách thức trong tương lai.

Từ khóa: Biến đổi khí hậu, chỉ thị phân tử, chọn tạo giống

ABSTRACT

Climate change has had a significant impact on agricultural production in Vietnam, particularly in the Mekong Delta. Consequently, one of the strategic and prospective answers for overcoming these issues is the urgent and essential effort of selecting and breeding varieties that can develop and survive in difficult environments. In the present trend of breeding, modern techniques (molecular marker) are being used to maximize the potential of indigenous varieties in hybridization and selection of new varieties to meet and overcome future difficulties.

Keywords: Breeding, climate change, molecular marker

1. GIỚI THIỆU

Biến đổi khí hậu (BĐKH) đã và đang tác động đến sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. Các ảnh hưởng phổ biến của BĐKH tác động trực tiếp lên nhà nông đó là hiện tượng hạn hán, xâm nhập mặn, ngập úng, sâu bệnh hại,… ngày càng phức tạp và ảnh hưởng nặng nề đến sản xuất nông nghiệp trong thời gian qua (Dasgupta et al., 2007; Đỗ Nam Thắng, 2009; Nguyễn Thế Chinh, 2020). Bên cạnh tác động của BĐKH, cũng như nhiều quốc gia khác trên thế giới, Việt Nam cũng đang đối mặt với vấn đề tăng trưởng dân số nhanh, đất nông nghiệp bị thu hẹp do đô thị hóa, công nghiệp hóa, từ đó ảnh hưởng đến sản lượng nông nghiệp. Theo kết quả tổng điều tra dân số trong vòng 10 năm, từ năm 2009 đến 2019, dân số Việt Nam đã tăng thêm khoảng 10,7 triệu người, từ 85,5 triệu người (2009) lên 96,2 triệu người năm (2019) (Tổng cục thống kê, 2019). Tính đến cuối năm 2020, Việt Nam là quốc gia đạt mốc có số dân đông thứ 15 trên thế giới và dự kiến dân số sẽ sớm đạt mốc 100 triệu người. Điều này đồng nghĩa với việc Việt Nam cần phải đảm bảo đủ lương thực cho số dân ngày một tăng này. Trong công tác giống, việc đảm bảo chất lượng hạt giống khi đưa vào sản xuất thực tế cũng là một trong những vấn đề cần quan tâm. Sự thoái hóa, lẫn tạp hoặc khả năng thích ứng của giống cây trồng không còn phù hợp trước BĐKH có thể gây giảm thiểu năng suất, chất lượng sản phẩm dẫn đến cơ hội gia tăng kinh tế đối với người nông dân và doanh nghiệp bị hạn chế (FAO, 2015). Do đó, nền nông nghiệp Việt Nam cần có một giải pháp, chiến lược phù hợp nhằm đáp ứng phát triển một nền nông nghiệp xanh bền vững, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và thế giới.

Để ứng phó với tình hình trên, trên cơ sở kết quả phân tích biến đổi khí hậu và đánh giá khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu của hệ thống cây trồng, nghiên cứu tập trung thảo luận về các quan điểm định hướng, chiến lược và giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu trong sản xuất nông nghiệp theo hướng vừa thích nghi với biến đổi khí hậu lại vừa giảm thiểu, né tránh các tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu. Vì vậy định hướng chọn tạo giống cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu là một trong những chiến lược tiên phong, một trong những giải pháp quan trọng của ngành trồng trọt.

2. ĐỊNH HƯỚNG CHIẾN LƯỢC TRONG CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG TRƯỚC THÁCH THỨC CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU

Trước những thách thức trên, ngành trồng trọt cần tập trung nghiên cứu và phát triển sớm theo những định hướng như sau:

1. Khai thác, bảo tồn và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên di truyền thực vật: Đây là vật liệu ban đầu để lai tạo giống mới và là hạt nhân của đa dạng sinh học nên giữ vai trò rất quan trọng trong chiến lược phát triển nông nghiệp của mỗi quốc gia. Bảo tồn và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên di truyền là chìa khoá để nâng cao sản lượng và phát triển nền nông nghiệp bền vững.
2. Chọn tạo giống cây trồng thích ứng với các điều kiện bất lợi: Phát triển giống cây trồng trên cơ sở khai thác tối đa nguồn gen cây trồng trong nước. Đồng thời, mở rộng trao đổi nguồn gen với các nước trên thế giới để chọn tạo giống mới đa dạng di truyền, thích hợp với các vùng sinh thái và đáp ứng nhu cầu thị trường, phù hợp với định hướng tái cơ cấu ngành nông nghiệp. Yêu cầu đặt ra là các giống của Việt Nam tạo ra phải có chất lượng tốt, năng suất cao, chống chịu với phần lớn các yếu tố bất lợi: rầy nâu, đạo ôn, bạc lá, virus, hạn, mặn, ngập, …
3. Chuyển đổi cơ cấu cây trồng thích hợp: đa dạng hóa cơ cấu cây trồng là biện pháp thích hợp để giảm thiểu thiệt hại khi có những tác động bất lợi cho sự sinh trưởng phát triển của các loại cây trồng, giúp ổn định hay duy trì nguồn lương thực và an toàn sản xuất.
4. Ứng dụng công nghệ cao trong nghiên cứu và sản xuất: Để phát triển, ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp, cần tập trung đẩy mạnh việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo và nhân giống cây trồng, nghiên cứu, cải tiến và áp dụng các công nghệ nhập nội mới phù hợp với điều kiện của từng khu vực cụ thể.

Thích ứng với BĐKH có mối quan hệ trực tiếp với việc giảm thiểu tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu thông qua phát triển các giống cây trồng có khả năng chống chịu trước điều kiện bất lợi, có thể giúp giảm thiểu một số thiệt hại có thể xảy ra và khắc phục điểm yếu quan trọng đó là giống trước điều kiện bất lợi gây ra bởi BĐKH. Công tác chọn giống cây trồng chủ yếu dựa vào sự hiện diện của các biến thể di truyền có trong nguồn tài nguyên đáng kể để giải quyết tiềm năng năng suất di truyền tối đa của các loại cây trồng và khai thác các biến thể này thông qua chọn lọc hiệu quả để cải thiện. Khả năng thích ứng về cơ bản là dựa vào sự sẵn có của sự biến đổi gen có trong quần thể của các giống và giữa các loài cây trồng. Những biến thể di truyền đóng vai trò quan trọng trong việc sử dụng nguồn gen này cho việc cải thiện các giống thích nghi với điều kiện môi trường trong xu thế biến BĐKH hiện nay. Việc khai thác và tận dụng các nguồn gen này đã và đang rất được quan tâm vì tính thích nghi ổn định của nó khi được đưa vào trong hệ thống cây trồng. Một trong những ví dụ điển hình mà các nhà chọn giống hay thực hiện là đưa nguồn gen thích nghi với môi trường nhiễm mặn, hạn, ngập úng trong giống cây trồng mới, từ đó tạo ra được giống mới có khả năng thích nghi với điều kiện măn đảm bảo được năng suất của chúng.

3. Ứng dụng kỹ thuật MAS trong chọn tạo giống đáp ứng biến đổi khí hậu

            Phát triển các giống mới là lựa chọn chính để thích ứng của nông nghiệp đến BĐKH. Sự thích ứng của nông nghiệp đối với BĐKH cần nhiều chiến lược bổ sung hơn phát triển các công nghệ ưu việt mới để làm cho nông nghiệp có khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu trong phạm vi hiện tại. Từ xưa, công tác chọn giống cây trồng thông thường phụ thuộc vào kiểu hình lựa chọn, sau đó cho lai với nhau và tiếp tục chọn lọc ở các thế hệ tiếp theo. Công tác này thường mất rất nhiều thời gian, công sức và đôi khi qua nhiều thế hệ sẽ mất đi một số đặc tính quan trọng vô tình xảy ra trong quá trình chọn lọc. Nhằm khắc phục các nhược điểm trên, việc áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại như: kỹ thuật hỗ trợ của chỉ thị phân tử trong chọn giống (MAS), kỹ thuật giải trình tự toàn bộ bộ gen (whole genome sequencing), kỹ thuật chuyển gen (transgenic), kỹ thuật chỉnh sửa gen (gen editing), etc… với những kỹ thuật này đã giúp vào công tác lai tạo và chọn giống mới rút ngắn được thời gian và chính xác hơn. Thông qua vận dụng các kỹ thuật này một số giống lúa chống chịu được mặn đã được tạo ra như việc tìm ra được bản đồ di truyền của QTL SKC1 nằm trên nhiễm sắc thể (NST) số 1 của cây lúa, vùng gen này giúp cho sự cân bằng ion K⁺ ở các giống lúa chịu mặn (Das et al. 2015). Kỹ thuật này đã rất hiệu quả khi nhận diện chính xác được sự hiện diện của con lai có mang gen chống chịu (Hình 1) ở cây lúa, cây đậu nành, vv…

Hình 1. Sơ đồ ứng dụng kỹ thuật MAS trong chọn tạo giống lúa chịu mặn

4. Ứng dụng chỉ thị phân tử là gen chức năng trong chọn tạo giống đáp ứng với thị hiếu người tiêu dùng

Song song với chọn tạo các giống cây trồng thích ứng với BĐKH, việc chọn tạo giống chất lượng cao đáp ứng với thị hiếu người tiêu dùng cũng được quan tâm. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu bộ gen của cây trồng ngày càng được thuận lợi hơn và các thông tin này rất quan trọng trong việc nhận diện các chỉ thị phân tử là gen chức năng. Chúng đóng vai trò quyết định đến một đặc tính một tính trạng cụ thể. Những biến thể của chúng làm thay đổi kiểu hình, vì vậy nhận diện, khai thác chỉ thị gen chức năng trong chọn tạo giống chất lượng cho kiểu hình hạt gạo dài đáp ứng với thị hiếu của người tiêu dùng đã và đang được thực hiện (Hình 2) (Huỳnh Kỳ và ctv, 2021).

Hình 2. Mô hình xây dựng chỉ thị phân tử là gen chức năng (FM) dựa trên biến thể allele ở exon 2 của gen GS3, trong đó GMM là dấu phân tử không mang gen chức năng và RDM dấu chỉ chị phân tử ngẫu nhiên (Huỳnh Kỳ và ctv., 2021)

5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Có thể nói, những thành tựu ban đầu đạt được trong lĩnh vực nông nghiệp đã khẳng định vai trò quan trọng của nghiên cứu và phát triển giống mới. Trong đó, việc ứng dụng công nghệ cao đã góp phần thúc đẩy sự thay đổi đáng kể của nền nông nghiệp Việt Nam. Điều này được nhận thấy rõ khi có những chuyển biến tích cực của một số chỉ tiêu như năng suất cây trồng được nâng cao, tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị, tiết kiệm chi phí cho người nông dân, góp phần đem lại sự ổn định và bền vững của ngành nông nghiệp trước những thách thức của BĐKH và sự bùng nổ dân số. Tuy nhiên, so với các nước trong khu vực và thế giới, công nghệ sinh học của Việt Nam vẫn đang ở tình trạng lạc hậu về năng lực nghiên cứu, về đầu tư, hợp tác và hội nhập quốc tế, tiếp cận và trao đổi thông tin cùng các vấn đề liên quan đến quyền sở hữu trí tuệ và chuyển giao công nghệ. Vì vậy, cần xây dựng các chính sách, định hướng chú trọng tăng cường ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả các nghiên cứu về công nghệ sinh học vào thực tiễn sản xuất và các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là ứng dụng trong ngành nông nghiệp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Das G., Rao G. J. N. (2015). Molecular marker assisted gene stacking for biotic and abiotic stress resistance genes in an elite rice cultivar. Front. Plant Sci. 6:698. 10.3389/fpls.2015.00698.

Dasgupta, S., B. Laplante et al. (2007). The impact of seal level rise on developing countries: A comparative analysis, the World Bank.

Đỗ Nam Thắng. (2009). Phân tích kinh tế về tác động của biến đổi khí hậu: các trường phái học thuật và định hướng nghiên cứu ở Việt Nam.

FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2015). Climate change and food security: risks and responses.

Huỳnh Kỳ, Nguyễn Châu Thanh Tùng, Nguyễn Lộc Hiền, Huỳnh Như Điền, Phạm Thị Bé Tư, Lê Thị Hồng Thanh, Nguyễn Văn Mạnh, Văn Quốc Giang, Trần In Đô, Chung Trương Quốc Khang. (2021). Chỉ thị gen chức năng trong chọn giống lúa. NXB Đại học Cần Thơ, trang 64.

Nguyễn Thế Chinh. (2020). Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với nước ta: Thực trạng, những vấn đề mới đặt ra và giải pháp.

Tổng cục thống kê (2019). Thông cáo báo chí kết quả tổng điều tra dân số và nhà ở năm 2019.