Giống cây trồng là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm giống cây trồng

Giống cây trồng là tập hợp các cá thể thực vật cùng loài có đặc tính di truyền ổn định, giữ được sự khác biệt với các giống khác và duy trì được các đặc điểm kinh tế – kỹ thuật qua nhiều thế hệ. Giống là yếu tố nền tảng trong sản xuất nông nghiệp, quyết định năng suất, chất lượng nông sản, khả năng chống chịu dịch hại và mức độ thích nghi với các điều kiện sinh thái. Mọi chương trình sản xuất hoặc cải tiến cây trồng đều bắt đầu từ việc xác định và đánh giá giống.

Giống đạt chuẩn theo quy định quốc tế phải đảm bảo các tiêu chí khác biệt (Distinctness), đồng nhất (Uniformity) và ổn định (Stability). Bộ ba tiêu chí này là căn cứ chính trong hệ thống bảo hộ giống cây trồng của UPOV, giúp phân biệt giống mới với giống đã tồn tại. Ngoài ra, giống cây trồng cần có giá trị sử dụng rõ ràng, thể hiện ở năng suất cao hơn, phẩm chất tốt hơn hoặc khả năng chống chịu vượt trội so với giống đối chứng.

Trong sản xuất thực tế, giống cây trồng đóng vai trò quyết định đến 30–50% tổng năng suất. Sự lựa chọn giống phù hợp có thể giúp giảm nhu cầu phân bón, thuốc bảo vệ thực vật hoặc tưới nước, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm tác động đến môi trường. Khi điều kiện khí hậu biến động, giống có khả năng thích ứng cao càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong các hệ thống canh tác bền vững.

Phân loại giống cây trồng

Giống cây trồng có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí nhằm phục vụ nghiên cứu, sản xuất hoặc quản lý giống. Việc phân loại giúp xác định nguồn gốc, đặc điểm sinh học và mục đích sử dụng của giống, từ đó hỗ trợ lựa chọn giống phù hợp với từng hệ thống canh tác. Một trong những cách phân loại phổ biến là dựa trên nguồn gốc hình thành.

Phân loại theo nguồn gốc:

• Giống địa phương: tồn tại lâu đời, thích nghi tốt nhưng năng suất thấp.
• Giống nhập nội: du nhập từ quốc gia khác, mang đặc tính mới.
• Giống lai tạo: được tạo ra bằng cách lai hai hoặc nhiều dòng có ưu điểm khác nhau.

Giống cũng được phân loại theo phương pháp nhân giống, bao gồm giống nhân giống hữu tính bằng hạt và giống nhân giống vô tính qua giâm cành, chiết ghép hoặc nuôi cấy mô. Bên cạnh đó, phân loại theo thời gian sinh trưởng như giống ngắn ngày, trung ngày và dài ngày thường được dùng trong quy hoạch mùa vụ. Các cách phân loại này hỗ trợ cả nghiên cứu lẫn quản lý sản xuất.

Đặc điểm di truyền của giống

Mỗi giống cây trồng mang một bộ gen đặc trưng, quy định các tính trạng nông học chính như năng suất, phẩm chất, khả năng chống chịu và mức độ thích nghi. Những đặc điểm này duy trì ổn định qua nhiều thế hệ nếu quy trình nhân giống đảm bảo độ thuần. Các tính trạng có tính di truyền cao như chiều cao cây, dạng lá, màu sắc hoặc độ cứng thân thường dễ duy trì hơn so với các tính trạng phức tạp như năng suất hoặc chống chịu bệnh.

Trong chọn giống hiện đại, các công cụ sinh học phân tử như marker SSR, SNP, QTL mapping và GWAS được sử dụng để xác định vị trí gen điều khiển các tính trạng quan trọng. Việc kết hợp thông tin di truyền với dữ liệu hiện trường giúp tăng độ chính xác trong chọn giống, rút ngắn thời gian tạo giống mới. Công nghệ “marker-assisted selection” cũng cho phép sàng lọc các cá thể mang gen mong muốn ngay từ giai đoạn cây con.

Một số tính trạng được mô hình hóa để dự đoán năng suất hoặc biểu hiện sinh lý theo môi trường. Ví dụ, mô hình tốc độ sinh trưởng có thể được biểu diễn đơn giản bằng công thức:

$Tốc\ độ\ tăng\ trưởng = \frac{\Delta Sinh\ khối}{\Delta Thời\ gian}$

Hiểu rõ nền tảng di truyền cho phép các nhà chọn giống xây dựng chiến lược lai tạo hợp lý, từ cải tiến giống địa phương đến phát triển giống lai hoặc giống chỉnh sửa gen. Tính di truyền ổn định là yêu cầu tiên quyết để giống có thể được công nhận và đưa vào sản xuất thương mại.

Các phương pháp chọn tạo giống

Các phương pháp chọn tạo giống ngày nay đã phát triển từ những kỹ thuật truyền thống như chọn lọc tự nhiên hoặc chọn lọc nhân tạo đến những công nghệ tiên tiến của sinh học phân tử và công nghệ gen. Mỗi phương pháp phù hợp với từng mục tiêu, từng loài cây trồng và nguồn lực của chương trình chọn giống.

Các phương pháp chính:

• Chọn lọc cá thể: thu thập và chọn các cây ưu tú từ giống địa phương.
• Lai tạo: kết hợp hai dòng bố mẹ để tạo tổ hợp ưu thế lai hoặc giống mới.
• Đột biến nhân tạo: sử dụng hóa chất hoặc chiếu xạ để tạo biến dị di truyền.
• Công nghệ sinh học: sử dụng marker phân tử, nuôi cấy mô hoặc chỉnh sửa gen.

Trong chương trình lai tạo quy mô lớn, các bước thường bao gồm chọn bố mẹ, lai, tạo quần thể phân ly, sàng lọc tính trạng, đánh giá ngoài đồng ruộng, khảo nghiệm năng suất và ổn định trước khi đề xuất công nhận giống. Với giống nhân giống vô tính như khoai lang hoặc chuối, phương pháp chọn lọc dòng vô tính thường được ưu tiên.

Bảng dưới đây minh họa sự khác biệt giữa các nhóm phương pháp:

Phương pháp	Ưu điểm	Nhược điểm
Chọn lọc cá thể	Đơn giản, chi phí thấp	Hiệu quả hạn chế, phụ thuộc biến dị tự nhiên
Lai tạo	Kết hợp ưu điểm bố mẹ	Thời gian dài, cần khảo nghiệm nhiều
Đột biến nhân tạo	Tạo biến dị mới	Khó kiểm soát tính ổn định
Công nghệ sinh học	Chính xác, rút ngắn thời gian chọn giống	Chi phí cao, yêu cầu trang thiết bị

Tiêu chuẩn công nhận giống

Việc công nhận một giống cây trồng mới đòi hỏi đánh giá nghiêm ngặt theo các tiêu chí quốc tế và quốc gia nhằm đảm bảo giống đó có giá trị thực tiễn và đáp ứng yêu cầu thương mại. Ba tiêu chí cơ bản được áp dụng rộng rãi trên thế giới là DUS: khác biệt (Distinctness), đồng nhất (Uniformity) và ổn định (Stability). Đây là bộ tiêu chí chuẩn do UPOV thiết lập và được nhiều quốc gia áp dụng trong quản lý giống.

Ngoài DUS, nhiều quốc gia yêu cầu giống phải đạt thêm tiêu chí VCU (Value for Cultivation and Use) nhằm đánh giá giá trị sử dụng và khả năng thích nghi. VCU phản ánh hiệu quả kinh tế của giống, thông qua năng suất, chất lượng sản phẩm và khả năng chống chịu với sâu bệnh hoặc điều kiện khí hậu bất lợi. Những dữ liệu này thu được qua khảo nghiệm nhiều vụ, nhiều vùng sinh thái khác nhau.

Các cơ quan quản lý giống trên thế giới:

• ARS – USDA: quản lý và khảo nghiệm giống tại Hoa Kỳ
• DAWE – Australia
• Cục Trồng trọt – Việt Nam: thực hiện khảo nghiệm DUS/VCU trước khi công nhận giống

Bảng minh họa các tiêu chí công nhận giống:

Tiêu chí	Mô tả	Ý nghĩa
Distinctness	Khác biệt rõ ràng với giống đã tồn tại	Đảm bảo nhận diện giống mới
Uniformity	Các cá thể đồng nhất về đặc điểm chính	Ổn định trong sản xuất thương mại
Stability	Tính trạng được duy trì ổn định qua thế hệ	Bền vững trong nhân giống lâu dài
VCU	Năng suất, chất lượng, chống chịu	Đảm bảo giá trị kinh tế

Tác động của giống đến năng suất và chất lượng

Giống cây trồng là nhân tố quyết định trong việc hình thành năng suất và chất lượng nông sản. Nghiên cứu cho thấy giống có thể đóng góp đến 50% vào tổng năng suất, trong khi phần còn lại phụ thuộc điều kiện canh tác và môi trường. Giống tốt không chỉ giúp tăng năng suất mà còn nâng cao phẩm chất hạt, độ ngọt, hàm lượng vitamin, độ thơm hoặc thời gian bảo quản.

Các chỉ số quan trọng thường dùng để đánh giá giống:

• NUE (Nitrogen Use Efficiency): hiệu quả sử dụng phân đạm
• WUE (Water Use Efficiency): hiệu quả sử dụng nước
• Năng suất sinh học và năng suất kinh tế

Năng suất sinh học được mô tả bằng công thức:

$Năng\ suất\ sinh\ học = \frac{Tổng\ sinh\ khối}{Đơn\ vị\ diện\ tích}$

Những giống có NUE và WUE cao giúp giảm chi phí nông nghiệp, đồng thời hạn chế tác động môi trường từ phân bón hóa học hoặc nhu cầu nước tưới. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu và yêu cầu phát triển nông nghiệp bền vững.

Bảo tồn và quản lý nguồn giống

Nguồn gen thực vật (plant genetic resources) là tài sản quan trọng của ngành nông nghiệp, quyết định tiềm năng lai tạo trong tương lai. Việc bảo tồn, đánh giá và lưu trữ nguồn giống có ý nghĩa chiến lược nhằm ứng phó với dịch bệnh, biến đổi khí hậu và nhu cầu đa dạng hóa sản phẩm.

Các ngân hàng gen trên thế giới đóng vai trò lưu trữ lâu dài, cung cấp giống gốc và duy trì đa dạng di truyền. Hình thức bảo tồn gồm bảo tồn lạnh, bảo tồn hạt, bảo tồn in vitro hoặc bảo tồn tại chỗ (on-farm). Mỗi phương pháp phù hợp với từng loài và mục tiêu nghiên cứu.

Một số ngân hàng gen lớn:

• Svalbard Global Seed Vault – Na Uy
• IRRI – International Rice Research Institute
• CIAT – International Center for Tropical Agriculture

Bảo tồn nguồn gen giúp duy trì khả năng lai tạo trong tương lai và ngăn chặn nguy cơ mất đa dạng di truyền do thâm canh hoặc biến đổi khí hậu. Nhiều giống địa phương quý hiếm đang được bảo tồn để phục vụ nghiên cứu và phục hồi trong trường hợp cần thiết.

Giống biến đổi gen (GMO) và các tranh cãi

Giống biến đổi gen được tạo ra bằng cách can thiệp vào cấu trúc DNA, cho phép bổ sung hoặc loại bỏ các gen mục tiêu nhằm tạo ra tính trạng mong muốn. GMO mang lại nhiều lợi ích như tăng năng suất, giảm nhu cầu thuốc bảo vệ thực vật, tăng giá trị dinh dưỡng hoặc cải thiện khả năng chịu hạn và mặn.

Một số tính trạng GMO phổ biến:

• Kháng sâu bằng gen Bt
• Chống chịu thuốc trừ cỏ
• Tăng cường vi chất dinh dưỡng

Mặc dù hiệu quả rõ rệt, GMO gây nhiều tranh luận liên quan đến an toàn thực phẩm, tác động sinh thái và quyền sở hữu trí tuệ. Một số khu vực như Hoa Kỳ và Brazil chấp nhận GMO rộng rãi, trong khi EU và nhiều quốc gia châu Á áp dụng kiểm soát nghiêm ngặt. Các đánh giá rủi ro GMO được thực hiện bởi các tổ chức uy tín như EFSA.

Xu hướng chọn giống bền vững trong nông nghiệp hiện đại

Trong thời kỳ biến đổi khí hậu và khan hiếm tài nguyên, các chương trình chọn giống ngày càng tập trung vào tiêu chí bền vững. Các giống chịu hạn, chịu ngập, chịu mặn hoặc sử dụng ít phân bón trở thành ưu tiên toàn cầu. Ngoài ra, phân tích đa dạng di truyền và trí tuệ nhân tạo đang được đưa vào quy trình chọn giống giúp tăng tốc quá trình tìm kiếm tổ hợp ưu tú.

Xu hướng hiện nay tập trung vào:

• Giống thích nghi khí hậu cực đoan
• Giống phục vụ nông nghiệp tái sinh (regenerative agriculture)
• Giống giảm phát thải khí nhà kính
• Giống tối ưu hóa dinh dưỡng

Các tổ chức như CGIAR và Crop Trust đang dẫn đầu trong việc hỗ trợ nghiên cứu và phát triển giống phù hợp với các hệ thống nông nghiệp bền vững, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển chịu ảnh hưởng mạnh từ biến đổi khí hậu.

Tài liệu tham khảo

1. FAO – Plant Genetic Resources
2. UPOV – International Union for the Protection of New Varieties of Plants
3. PMC – Crop breeding: past, present and future
4. ISAAA – Global Status of GM Crops
5. CGIAR – Research on Sustainable Agriculture