Tài liệu Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của một số giống diêm mạch (chenopodium quinoa willd.) nhập nội trồng tại huyện sơn hòa, tỉnh phú yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ THOA ẢNH HƯỞNG CỦA MẬT ĐỘ TRỒNG ĐẾN SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN VÀ NĂNG SUẤT CỦA MỘT SỐ GIỐNG DIÊM MẠCH (Chenopodium quinoa Willd.) NHẬP NỘI TRỒNG TẠI HUYỆN SƠN HÒA, TỈNH PHÚ YÊN Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 8420114 Người hướng dẫn: TS. HUỲNH THỊ THANH TRÀ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi đã thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Huỳnh Thị Thanh Trà. Các tài liệu được trích dẫn trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu và kết quả trình bày là trung thực và chưa được công bố trong bất kì công trình nào khác. Bình Định, ngày 25 tháng 8 năm 2022 Tác giả Nguyễn Thị Thoa LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô là giảng viên lớp cao học Sinh học thực nghiệm khóa 23 đã luôn tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và động viên trong quá trình học tập cùng với sự giúp đỡ, chia sẻ của bạn bè và đồng nghiệp để tôi có thể hoàn thành khóa học cũng như đề tài nghiên cứu này. Đồng thời, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Huỳnh Thị Thanh Trà, người đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn chỉnh luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm Khoa KHTN, ban giám hiệu Trường THPT Trần Suyền (Phú Yên) đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Quy Nhơn từ năm 2020 đến 2022. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người thân trong gia đình, đặc biệt là chồng và 2 con tôi, đã luôn đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Bình Định, tháng 8 năm 2022 Người thực hiện Nguyễn Thị Thoa DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng của hạt diêm mạch so với các nguồn dinh dưỡng khác ............................................................................................................ 12 Bảng 1.2. Các loại khoáng chất của hạt diêm mạch so với các loại ngũ cốc ............. 13 Bảng 1.3. Diện tích gieo trồng diêm mạch hàng năm tại một số quốc gia Nam Mỹ từ 2016 - 2020 ............................................................................................... 16 Bảng 1.4. Sản lượng diêm mạch sản xuất hàng năm tại một số quốc gia Nam Mỹ giai đoạn 2016 - 2020 ..................................................................................... 16 Bảng 1.5. Năng suất diêm mạch hàng năm tại một số quốc gia Nam Mỹ giai đoạn 2016 - 2020 ......................................................................................................... 17 Bảng 2.1. Đặc điểm của hai giống diêm mạch nghiên cứu........................................ 33 Bảng 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm .............................................................................. 35 Bảng 3.1. Diễn biến thời tiết tại xã Sơn Long, huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên trong vụ hè năm 2022 .............................................................................................. 41 Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu trong đất trước và sau khi trồng thí nghiệm ..................... 42 Bảng 3.3. Tỷ lệ nảy mầm của 2 giống diêm mạch ..................................................... 43 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của giống và mật độ trồng đến thời gian của các giai đoạn sinh trưởng của 2 giống diêm mạch .................................................................. 44 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao cây của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................... 46 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến đường kính thân của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................... 50 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số lá trên thân của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................... 53 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số cành hữu hiệu của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 55 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều dài chùm bông chính của 2 giống diêm mạch ............................................................................................... 58 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số bông trên cây của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 60 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khối lượng 1.000 hạt của 2 giống diêm mạch ........................................................................................................ 61 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất cá thể của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 63 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất thực tế của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 64 Bảng 3.14. Các khoản chi phí trong quá trình gieo trồng, chăm sóc và theo dõi trên diện tích nghiên cứu (A) và theo đơn vị hecta (B) .................................. 69 Bảng 3.15. Lợi nhuận và hiệu quả sản xuất của 2 giống diêm mạch ......................... 70 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của diêm mạch theo thang BBCH ......................... 11 Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển của chùm hoa diêm mạch theo thang BBCH ......... 11 Hình 1.3. Sâu hại trên cây diêm mạch .......................................................................... 27 Hình 1.4. Biểu hiện của bệnh sương mai trên lá cây diêm mạch .................................. 29 Hình 3.1. Chiều cao cây của 2 giống diêm mạch sau 70 ngày gieo trồng .................... 49 Hình 3.2. Thân và giải phẫu cắt ngang thân của 2 giống diêm mạch ........................... 52 Hình 3.3. Chùm bông chính của 2 giống diêm mạch ở giai đoạn chín sáp .................. 59 Hình 3.4. Triệu chứng lở cổ rễ gây héo rũ (damping off) ở diêm mạch ....................... 67 Hình 3.5. Bệnh héo rũ ở cây diêm mạch 40- 55 ngày sau gieo .................................... 67 Hình 3.6. Bệnh đốm nâu gây vàng lá ở cây diêm mạch................................................ 68 Biểu đồ 1.1. Sản lượng và năng suất diêm mạch sản xuất hàng năm tại một số quốc gia Nam Mỹ giai đoạn 2016 - 2020 .............................................................. 17 Biểu đồ 3.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều dài chùm bông chính của 2 giống diêm mạch ............................................................................................... 59 Biểu đồ 3.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số bông trên cây của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 60 Biểu đồ 3.3. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khối lượng 1.000 hạt của 2 giống diêm mạch ........................................................................................................ 62 Biểu đồ 3.4. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất cá thể của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 64 Biểu đồ 3.5. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất thực tế của 2 giống diêm mạch ................................................................................................................. 65 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 1 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ..................................................................... 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 3 3.1. Ý nghĩa khoa học.................................................................................. 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 3 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................... 4 1.1. Giới thiệu chung về cây diêm mạch ............................................................... 4 1.1.1. Nguồn gốc và phân bố cây diêm mạch .............................................. 4 1.1.2. Vị trí phân loại của cây diêm mạch ................................................... 6 1.1.3. Đặc điểm thực vật học của cây diêm mạch ........................................ 7 1.1.4. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của diêm mạch.................... 9 1.1.5. Thành phần dinh dưỡng và giá trị sử dụng của diêm mạch ............. 12 1.2. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ diêm mạch trên thế giới và ở Việt Nam ................................................................................................................... 15 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất diêm mạch trên thế giới .............. 15 1.2.2. Tình hình nghiên cứu diêm mạch ở Việt Nam .................................. 18 1.2.3. Tình hình tiêu thụ diêm mạch .......................................................... 20 1.3. Điều kiện sinh thái cây diêm mạch .............................................................. 22 1.3.1. Yêu cầu về ánh sáng ........................................................................ 22 1.3.2. Yêu cầu về nhiệt độ ......................................................................... 22 1.3.3. Yêu cầu về nước .............................................................................. 23 1.3.4. Yêu cầu về đất ................................................................................. 23 1.4. Các biện pháp kỹ thuật ................................................................................ 23 1.4.1. Kĩ thuật gieo trồng .......................................................................... 23 1.4.2. Kỹ thuật bón phân ........................................................................... 24 1.4.3. Tưới tiêu ......................................................................................... 24 1.4.4. Làm cỏ ............................................................................................ 24 1.4.5. Phòng trừ sâu bệnh ......................................................................... 24 1.4.6. Thu hoạch và bảo quản ................................................................... 25 1.5. Một số loại sâu, bệnh hại thường gặp trên cây diêm mạch ........................... 26 1.5.1. Sâu hại diêm mạch .......................................................................... 26 1.5.2. Bệnh hại diêm mạch ........................................................................ 28 1.6. Tình hình nghiên cứu về mật độ trồng cây diêm mạch ................................. 29 1.7. Đặc điểm khí hậu và thỗ nhưỡng của huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên............ 31 1.7.1. Đặc điểm khí hậu ............................................................................ 31 1.7.2. Đặc điểm thổ nhưỡng ...................................................................... 32 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 33 2.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 33 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ................................................................ 33 2.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 34 2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ........................................................ 34 2.4.2. Quy trình trồng và chăm sóc......................................................... 35 2.4.3. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi ........................................... 37 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu và quy chuẩn áp dụng ............................ 40 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 41 3.1. Diễn biến điều kiện thời tiết trong thời gian nghiên cứu .............................. 41 3.2. Một số chỉ tiêu của đất trước và sau khi trồng thí nghiệm ............................ 42 3.3. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến các chỉ tiêu về thời gian sinh trưởng của 2 giống diêm mạch nghiên cứu .............................................................................. 43 3.3.1. Tỷ lệ nảy mầm ................................................................................. 43 3.3.2. Thời gian sinh trưởng...................................................................... 44 3.4. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến các chỉ tiêu về tốc độ sinh trưởng và phát triển của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ............................................................ 45 3.4.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao cây của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ....................................................................................... 45 3.4.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến đường kính thân của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ....................................................................................... 49 3.4.3. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số lá trên thân của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ....................................................................................... 52 3.4.4. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến số cành hữu hiệu của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ....................................................................................... 55 3.5. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến các yếu tố cấu thành năng suất của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ....................................................................................... 57 3.5.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều dài chùm bông chính và số bông trên cây của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ..................................... 58 3.5.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khối lượng 1000 hạt (P1000) của 2 giống diêm mạch nghiên cứu .................................................................... 61 3.6. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất của 2 giống diêm mạch nghiên cứu. .................................................................................................................... 63 3.6.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất cá thể của 2 giống diêm mạch ......................................................................................................... 63 3.6.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến năng suất thực tế của 2 giống diêm mạch ......................................................................................................... 64 3.7. Đánh giá mức độ nhiễm một số bệnh hại chính trên 2 giống diêm mạch nhập nội trồng tại xã Sơn Long, huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên ................................... 66 3.7.1. Bệnh héo rũ ................................................................................... 66 3.7.2. Bệnh sương mai............................................................................. 67 3.7.3. Bệnh đốm nâu ................................................................................. 68 3.8. Đánh giá và so sánh hiệu quả kinh tế mang lại của 2 giống diêm mạch nghiên cứu ..................................................................................................................... 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 71 1. Kết luận.......................................................................................................... 71 2. Kiến nghị ....................................................................................................... 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 73 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd.) là cây trồng đã được trồng ở vùng Andes cách đây hơn 7000 năm và đặc biệt quan trọng đối với người dân ở các nước Nam Mỹ [14]. Ở đây, hạt diêm mạch được sử dụng làm thức ăn chính thay thế cho các loại ngũ cốc thông thường khác. Hạt diêm mạch có chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng quan trọng như protein, lipid, carbonhydrate, các loại vitamin và khoáng chất. Với hàm lượng protein cao, chiếm từ 13,8 đến 21,9% (tương đương với trứng và thịt, gấp 2 lần so với gạo và ngô), protein của hạt diêm mạch còn chứa đầy đủ các amino acid thiết yếu, đặc biệt là lysine. Thành phần carbonhydrate có chứa đến 14,2% chất xơ [12]. Các loại vitamin B, C, E và các khoáng chất như Ca, Fe, P, K cũng chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong hạt diêm mạch. Đặc biệt trong hạt diêm mạch không chứa gluten chất gây hội chứng celiac (là một bệnh đường ruột tự miễn di truyền được kích hoạt bởi việc ăn các loại ngũ cốc có chứa gluten như lúa mì, lúa mạch, lúa mạch đen). Tất cả những điều này đã làm cho hạt diêm mạch trở thành một trong những loại thức ăn quan trọng dành cho con người đặc biệt với những người ăn kiêng hoặc mắc hội chứng celiac. Về giá trị kinh tế, diêm mạch hiện đang là một sản phẩm hàng hoá có giá trị cao, do đó đang và sẽ góp phần không nhỏ trong xoá đói, giảm nghèo và đảm bảo an ninh quốc gia [14]. Giá diêm mạch trung bình toàn cầu đã tăng đáng kể từ năm 2012 đến năm 2014, từ 3,21 lên 6,74 đô la Mỹ một kg và xấp xỉ 8 đô la Mỹ/kg diêm mạch hữu cơ. Mặc dù sau năm 2014, giá diêm mạch giảm mạnh và tính đến tháng 12 năm 2021, giá trung bình khoảng 1,64 đô la Mỹ/kg hạt (giá FOB, Free On Board) của các nhà sản xuất lớn bao gồm Bolivia và Peru [33], nhưng thị trường diêm mạch nhập khẩu vào Việt Nam dao động từ 15 đến 35 đô la Mỹ cho 1 kg. Cây diêm mạch có khả năng thích ứng rộng rãi với nhiều vùng sinh thái khác nhau trên thế giới, ngay cả ở những nơi có điều kiện khắc nghiệt mà các cây trồng 2 khác không thể canh tác được [10]. Diêm mạch có thể trồng trong các điều kiện khó khăn như đất chua nhiều, đất mặn, vùng khô hạn, bán khô hạn và vùng ở vĩ độ cao [6], [2], [29]. Diêm mạch thích nghi và phát triển ở điều kiện nhiệt độ từ -8oC đến 38oC và cần rất ít phân bón [27]. Những đặc điểm này cho thấy cây diêm mạch có thể phát huy tiềm năng to lớn của nó tại Việt Nam. Bertero và cs (2004) cho biết cây diêm mạch thích nghi khá tốt với điều kiện khí hậu, đất đai ở Việt Nam, thậm chí năng suất còn cao hơn so với một số vùng nguyên sản [11]. Là cây trồng mới ở Việt Nam và chưa được nghiên cứu nhiều, một số ít nghiên cứu chủ yếu tập trung nhằm khảo nghiệm giống, đánh giá và theo dõi sự sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng diêm mạch nhập nội dưới tác động của các biện pháp kỹ thuật, tại các địa điểm nghiên cứu thuộc Bắc bộ, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên. Trong số các biện pháp kỹ thuật quan trọng, mật độ trồng có ảnh hưởng đáng kể đến kiểu hình của diêm mạch đặc biệt là khả năng phân nhánh từ đó ảnh hưởng đến năng suất. Do đó việc nghiên cứu các mật độ phù hợp với các điều kiện sinh thái khác nhau, nhằm đảm bảo cho cây diêm mạch sinh trưởng và phát triển tốt nhất là rất cần thiết. Một số ít các nghiên cứu về mật độ trồng tại Việt Nam cho kết quả khác nhau trên các giống nhập nội như diêm mạch vụ đông tại Bắc bộ là 111.111 -166.666 cây/ha [1], tại Quảng Trị: 250.000 cây/ha [2] và 80.000 cây/ha ở Đăk Lăk [7]. Đối với các tỉnh khu vực Nam trung bộ hiện chưa có nghiên cứu nào trên cây diêm mạch. Để góp phần đa dạng hóa cây trồng và phát triển cây diêm mạch thành cây trồng đem lại giá trị kinh tế cao, công tác tuyển chọn giống và nghiên cứu các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, năng suất của giống phù hợp với điều kiện đất đai khí hậu tại Nam Trung bộ là điều hết sức cần thiết; trong đó mật độ trồng là một trong những biện pháp kỹ thuật quan trọng góp phần tăng năng suất cây trồng. Vì thế, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển và năng suất của một số giống diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd.) nhập nội trồng tại huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên” 3 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu - Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất của 2 giống diêm mạch nhập nội trồng trên nền đất đỏ bazan tại xã Sơn Long, huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên - Xác định mật độ trồng thích hợp cho 2 giống diêm mạch nhập nội trồng tại xã Sơn Long, huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Cung cấp tư liệu về khả năng sinh trưởng, phát triển và cho năng suất của cây diêm mạch nhập nội được trồng trên vùng đất đỏ bazan của huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên. - Góp phần cung cấp dẫn liệu về vai trò của mật độ trồng thích hợp đến sinh trưởng, phát triển và năng suất cây diêm mạch nhập nội trồng trong điều kiện sinh thái và thổ nhưỡng nhất định như huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Xác định được mật độ trồng thích hợp cho hai giống diêm mạch nhập nội trồng tại xã Sơn Long, huyện Sơn Hòa, tỉnh Phú Yên. - Góp phần đa dạng hóa cây trồng cho tỉnh Phú Yên, nhất là ở các vùng đồi núi. - Các nghiên cứu trong đề tài là cơ sở dữ liệu để hoàn thiện quy trình trồng diêm mạch tại Việt Nam và các vùng trồng khác có điều kiện khí hậu và đất đai ở độ cao 400 m so với mực nước biển ở các tỉnh duyên hải Nam Trung bộ. 4 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về cây diêm mạch 1.1.1. Nguồn gốc và phân bố cây diêm mạch Cây diêm mạch (Chenopodium quinoa Willd.) còn được gọi với nhiều tên khác nhau như quinoa, quinua hoặc kinwa. Cùng với ngô và khoai tây, diêm mạch được xem là một trong ba loại lương thực của nền văn minh Inca. Một số khai quật về khảo cổ đã chứng minh rằng diêm mạch có nguồn gốc ở vùng núi Andes, xung quanh khu vực hồ Titicaca ở Peru và Bolivia, được trồng và sử dụng bởi nền văn minh tiền Columbia. Người ta đã phát hiện di vật hóa thạch của cây và hạt diêm mạch tại vùng Ayacucho, gần hồ Titicaca thuộc Peru. Những di vật này được xác định có niên đại 5000 năm trước công nguyên. Tại Chinchorro, một tỉnh thuộc nước cộng hòa Chile, di vật hóa thạch của cây diêm mạch cũng đã được tìm thấy và xác định có niên đại 3000 năm trước công nguyên [14]. Diêm mạch là một trong những cây trồng lâu đời nhất ở vùng đất Andes, với xấp xỉ 7000 năm trồng trọt. Nó được xem là “hạt vàng” bởi giá trị dinh dưỡng, chữa bệnh và giá trị tâm linh của nó. Trong ngôn ngữ Inca, quinoa có nghĩa là “mẹ của các loại hạt”, là nguồn lương thực chính của những người sống trên các cao nguyên và các thung lũng của Peru, Bolivia, Ecuado và Chile. Từ thế kỷ thứ 15, 16 khi người Tây Ban Nha phát hiện và xâm chiếm Châu Mỹ, khai khẩn đất đai, lập đồn điền… diêm mạch đã trở thành một cây trồng quan trọng, được gieo trồng ở hầu khắp các nước Nam Mỹ và là cây lương thực chủ yếu của các bộ tộc da đỏ Inca, Maya…sống ở đây [10], [24]. Diêm mạch có khu vực địa lý phân bố rộng từ vĩ độ 5o Bắc ở Nam Colombia đến vĩ độ 43o Nam của Chile, và có thể phân bố ở các vùng đất thấp của Chile cho đến độ cao 4000 m ở Altiplano của Peru và Bolivia [27]. Viện nghiên cứu khả năng phát triển trên đất đai của Nam Mỹ đã phân loại diêm mạch dựa vào vị trí địa lý, theo đó các giống diêm mạch gieo trồng tại Nam Mỹ được chia thành 5 nhóm giống cơ bản sau: 5 + Nhóm diêm mạch Altiplano: Nhiều giống trong nhóm này hiện được gieo trồng tại nhiều nước Nam Mỹ như Peru, Bolivia, Colombia…Nhóm này có xuất xứ xung quanh hồ Titicaca, trên độ cao 4000 m so với mực nước biển. Khi thu hoạch cây cao từ 0,5-1,5 m, hầu hết các giống trong nhóm đều có thân thẳng, ít phân nhánh, có thời gian sinh trưởng từ 120-210 ngày và dễ nhiễm các bệnh do nấm mốc gây nên. + Nhóm diêm mạch Salar: Nhóm này gồm các giống diêm mạch được gieo trồng tại phía nam Altiplano thuộc Bolivia và phát triển trên nền đất kiềm (pH ≥ 8), có khả năng chịu hạn và chịu mặn tốt. Cây diêm mạch thuộc nhóm này được gieo trồng từ độ cao 3700-3800 m so với mực nước biển. Nhóm diêm mạch Salar có nhiều khả năng có nguồn gốc từ nhóm diêm mạch Altiplano. Hầu hết các giống có kích thước hạt lớn (đường kính > 2,2 mm), vỏ dày, màu đen, có hàm lượng saponin trong hạt cao. Hạt của nhóm này được mệnh danh là “Royal Quinoa - Hạt diêm mạch Hoàng gia”. + Nhóm giống diêm mạch thung lũng: Bao gồm tất cả các giống diêm mạch được gieo trồng trong các thung lũng ở vùng Andes. Các giống trong nhóm này được gieo trồng ở độ cao từ 2500-3500 m so với mực nước biển, phổ biến được trồng tại các thung lũng vùng núi thuộc trung tâm và phía bắc Peru. Đặc trưng của các giống diêm mạch trong nhóm này là chiều cao, khi thu hoạch, cây có thể đạt chiều cao từ 2-3 m, thân phân nhánh nhiều, chùm hoa lỏng lẻo. Thời gian sinh trưởng dài từ 210-220 ngày và có khả năng chống lại nấm mốc (Peronospora farinosa). + Nhóm diêm mạch cận nhiệt đới: Là giống diêm mạch thích nghi với điều kiện khí hậu vùng Yungas (cận nhiệt đới) thuộc Bolivia, phát triển ở độ cao 1500-2000 m so với mực nước biển. Đặc trưng của các giống trong nhóm này là khả năng phân nhánh mạnh, chiều cao khi thu hoạch có thể đạt 2,2 m. Cây màu xanh, khi chín toàn bộ cây và chùm bông chuyển sang màu vàng cam, hạt nhỏ. 6 + Nhóm diêm mạch ven biển: Nhóm diêm mạch này phổ biến ở vùng ven biển Nam Chile. Phân bố xung quanh vĩ độ 36o Nam và phát triển ở độ cao dưới 500 m so với mực nước biển. Khả năng sinh trưởng mạnh, chiều cao đạt khoản 1m đến 1,4 m, sinh trưởng theo nhánh, hạt bé, màu kem, hàm lượng saponin trong hạt cao. Một số trong nhóm này đã được sưu tập và gieo trồng tại Cambridge – Anh, khi thu hoạch có chiều cao khoảng 2 m [20], [28]. 1.1.2. Vị trí phân loại của cây diêm mạch Theo phân loại của ITIS (Integrated Taxonomic Information System) (2011) [35], vị trí của diêm mạch trong hệ thống phân loại như sau: - Kingdom: Plantae - Subdivision: Spermatophytina - Class: Magnoliopsida - Superorder: Caryophyllanae - Order: Caryophyllales - Family: Amaranthaceae - Genus: Chenopodium L. - Species: Chenopodium quinoa Willd. Diêm mạch được coi là một loài đơn lẻ trong họ Dền (Amaranthaceae), là thực vật 2 lá mầm nhưng hạt của chúng có chức năng và thành phần giống với ngũ cốc như lúa mì, gạo, lúa mạch, ngô là những loài cây một lá mầm. Tuy nhiên cấu trúc hạt diêm mạch có sự khác biệt đáng kể so với các loại ngũ cốc [13], vì vậy mà diêm mạch đã được phân loại là một loại cây giả ngũ cốc (pseudocereal crop). Người ta cho rằng tổ tiên gần nhất của diêm mạch có thể bắt nguồn từ một loài duy nhất là C. berlandieri var. nuttalliae Staff., phân bố rộng rãi ở Bắc Mỹ, hoặc có nguồn gốc đa loài bao gồm C. pallidicaule Aellen, C. pseudolare Kunth, C. 7 carnasolum Moq., và các loài tứ bội, C. hircinum Schard hoặc C. quinoa var. Melanospermum phát triển ở Nam bán cầu. Tất cả các loài này đều có nguồn gốc từ khu vực Andes [19]. Theo Wilson (1990) [10], có hơn 250 loài đã được tìm thấy trong chi Chenopodium. Một số loài thuộc chi Chenopodium được trồng phổ biến với các mục đích kinh tế quan trọng là: + Chenopodium quinua (2n = 36) được trồng để lấy hạt và hạt được sử dụng như một dạng ngũ cốc. + Chenopodium pallidicaule (2n = 18) và Chenopodium berlandieri (2n = 36) được trồng để sử dụng như một loại rau và hạt. + Chenopodium album (2n = 18, 36, 54) được trồng chủ yếu để làm cây rau và làm thức ăn cho gia súc. + Một số các loài từ dãy Himalayas (C. album và C. quinua) được trồng để lấy hạt và lá [14]. 1.1.3. Đặc điểm thực vật học của cây diêm mạch Diêm mạch là cây trồng hàng năm, cây thân thảo thuộc lớp hai lá mầm, mọc thành bụi rộng, thường có lớp lông bụi mịn bao phủ. Chiều cao từ 0,2-3,0 m; thân chính có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tùy thuộc vào loại giống, mật độ, cách trồng và các điều kiện sinh thái nơi mà nó được trồng. Tùy theo từng giống mà cây có màu sắc khác nhau, trước khi ra hoa màu sắc của cây thay đổi giữa màu xanh lá cây, màu tím pha trộn và đỏ. Khi trưởng thành, màu sắc cây biểu hiện một số màu trung gian giữa trắng, kem, vàng, cam, hồng, đỏ, tím, nâu và đen. Mật độ bông hoa khác nhau giữa đặc, rời và trung gian. Màu sắc của hạt thay đổi giữa trắng, kem, vàng, cam, hồng, đỏ, tím, nâu, đen. Chu kỳ sinh dưỡng thay đổi từ 110 đến 210 ngày [28]. Diêm mạch tăng trưởng chậm ở 30 ngày đầu tiên và sau đó tăng trưởng mạnh đến khi thu hoạch [17]. - Rễ: Rễ cây diêm mạch là rễ cọc, phân nhánh mạnh thành nhiều cấp. Độ ăn sâu của rễ phụ thuộc vào loại đất trồng, mùa vụ và tỷ lệ thuận với chiều cao của cây. Các giống có chiều cao cây từ 1,7-2 m rễ có thể ăn sâu 1,2-1,5 m. 8 - Thân: Diêm mạch là cây thân thảo, mềm, trương nước khi còn non, lúc chín rỗng ruột, khô và xốp. Thân do nhiều đốt hợp thành, phần gốc có hình tròn, có góc cạnh ở những nơi có lá và nhánh xuất hiện. Tùy thuộc vào giống, mật độ trồng và môi trường mà số nhánh trên thân, chiều dài thân khác nhau (từ 0,5 - 2 m). Thân có chứa chất lignine nên có nhiều màu sắc: Xanh, đỏ, vàng, hồng… hoặc màu xanh với nhiều sọc có màu khác nhau, khi chín thân có màu vàng nhạt hoặc màu đỏ ở một số giống. - Lá: Lá đơn, mọc cách, có nhiều hình dạng khác nhau, các lá ở bên dưới thường có dạng hình thoi hoặc hình tam giác, trong khi các lá phía trên xung quanh bông thì lại có dạng hình mũi mác. Đa số lá có màu xanh, một số giống có màu tía hoặc màu hồng tía,… Trên bề mặt lá non có lớp lông tơ bao phủ hoặc không tùy thuộc vào giống, khi chín lá chuyển sang màu vàng, đỏ hoặc hồng. Lá của diêm mạch thường có từ 3 đến 20 răng cưa ở mép lá, số răng cưa trên phiến lá phụ thuộc vào đặc tính của từng giống. Phiến lá mỏng, trên bề mặt có hệ thống gân lá nối liền với cuống, hệ thống gân lá có nhiều hình dạng. Cuống lá dài và hẹp, nối liền phần phiến và thân, lá mọc từ thân có cuống dài hơn lá mọc từ nhánh. - Hoa: Hoa diêm mạch là hoa lưỡng tính, trên bông có cả hoa đực và hoa cái, tỷ lệ hoa đực và hoa cái phụ thuộc vào giống. Cụm hoa có dạng hình chùy, trên trục chính có nhiều trục cấp 1, trên trục cấp 1 có nhiều trục cấp 2 mang hoa. Chiều dài bông dài từ 15-70 cm tùy thuộc vào giống, môi trường và thời vụ gieo trồng. Hoa không có cuống, màu sắc giống với đài hoa. Cấu tạo của hoa gồm 5 nhị ngắn để giữ bao phấn bao quanh nhụy [31]. Hoa có thể nở trong 1 thời gian dài từ 5 đến 7 ngày. Vì các hoa trên chùm bông không nở cùng lúc nên thời gian ra hoa của cây dao động từ 12 đến 15 ngày. - Ha ̣t: Hạt có thể hình nón, hình trụ, hình elip. Đường kính hạt từ 1,8-2,6 mm. Hạt có cấu tạo ngoài cùng là lớp vỏ, vỏ hạt có thể màu trắng, vàng, hồng, đỏ, đen… Trong vỏ là ngoại nhũ, có màu trắng, nâu, nâu đen. Phôi chứa 60% ngoại nhũ và 40% nội nhũ về mặt khối lượng. Vỏ hạt và phần ngoại nhũ có chứa saponin gây đắng vì thế có thể ngăn cản côn trùng, chim, thú ăn hạt. Saponin chủ yếu nằm ở vỏ 9 nên rất dễ loại bỏ bằng cách ngâm hạt và đãi sạch vỏ trước khi nấu ăn hoặc chế biến [6], [10], [15], [14]. 1.1.4. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của diêm mạch Sự phát triển hình thái học của diêm mạch theo thang điểm BBCH (Biologische Bundesanstalt, Bundessortenamt und CHemische Industrie). Đây là hệ thống thang điểm dùng để xác định các giai đoạn thay đổi về hình thái và các đặc điểm quan trọng trong chu trình sinh trưởng và phát triển của một loài thực vật. Theo BBCH, quá trình sinh trưởng và phát triển của diêm mạch được mô tả gồm 10 giai đoạn chính (0-9) [30]: - Giai đoạn nảy mầm (0): Giai đoạn này mô tả sự nảy mầm của hạt cho đến khi các lá mầm trồi lên khỏi bề mặt đất. Bao gồm các giai đoạn nhỏ: Phá vỡ sự ngủ nghỉ của hạt, hình thành chồi mầm trong hạt, bắt đầu sự nảy mầm và sau đó là sự xuất hiện và phát triển của 2 lá mầm, giai đoạn này kết thúc khi các lá mầm xuyên qua bề mặt đất. Có thể xem đây là giai đoạn sinh trưởng sơ cấp của cây. - Giai đoạn phát triển lá ở chồi chính (1): Là giai đoạn đầu tiên của sự sinh trưởng phát triển thứ cấp. Ở giai đoạn này xuất hiện các lá trên chồi chính, lá mọc thành cặp, giai đoạn bắt đầu từ lúc 2 lá mầm được tách nhau ra đến khi xuất hiện các lá thật trên thân chính có chức năng quang hợp (số 11, hình 1.1). Các cặp lá lần lượt xuất hiện cho đến cặp lá thứ 9. - Giai đoạn hình thành các chồi bên (2): Ở cây diêm mạch, sự xuất hiện các nhánh thứ cấp có thể xuất hiện trước hoặc sau khi phân hóa mầm hoa. Điều này phụ thuộc vào kiểu gen của diêm mạch. - Giai đoạn sinh trưởng kéo dài thân (3). - Giai đoạn phát triển các bộ phận sinh dưỡng (4): Đây là giai đoạn tăng trưởng số lá, số cành trên cây. - Giai đoạn xuất hiện chùm hoa (5): Lúc đầu, chồi hoa bị che lấp bởi các lá non bao quanh nên không nhìn thấy được. Sau khi lá dài và tách nhau ra, chùm hoa 10 chính xuất hiện. Giai đoạn này kết thúc khi cụm hoa lộ ra mà không có lá che phủ, mặc dù tất cả các hoa của nó vẫn đang khép lại. - Giai đoạn ra hoa (6): Giai đoạn này bắt đầu với bao phấn đầu tiên của các bông hoa được hình thành (số 20/60, 60a, 60b theo hình 1.1 và 1.2). Khi quá trình ra hoa tiến triển, màu sắc của chùm hoa thay đổi tùy thuộc vào kiểu gen. Giai đoạn này kết thúc khi tất cả các bao phấn của chùm hoa được nhìn thấy. - Giai đoạn phát triển quả (7): Sự phát triển của quả bắt đầu khi bầu nhụy dày lên và xuất hiện các hạt đầu tiên ở thân chính. - Giai đoạn chín (8): Trong quá trình chín, hạt diêm mạch thay đổi kết cấu, màu sắc; chuyển từ xanh lá cây sang màu be, đỏ hoặc đen tùy giống. Bên cạnh đó hàm lượng nước trong hạt cũng giảm dần. Đầu tiên là giai đoạn hạt sữa, dễ dàng nghiền nát bằng móng tay và giải phóng một lượng chất lỏng màu trắng, vỏ hạt màu xanh lá cây. Sau đó chuyển sang giai đoạn hạt dày, cũng dễ bị nát bằng móng tay, nhưng giải phóng một chất nhão trắng, vỏ hạt màu xanh lá cây, màu be, đỏ hoặc đen. Cuối cùng là giai đoạn hạt chín, khó dùng móng tay bóp nát, khô, vỏ hạt có màu be, đỏ hoặc đen và sẵn sàng để thu hoạch. - Giai đoạn già cỗi (9): Giai đoạn này mô tả sự già đi của cây sau khi quả chín. Quá trình này bắt đầu từ các lá ở gốc bị khô và chết, và già các lá dần theo hướng lên trên nhưng thân vẫn còn xanh. Sau đó, các lá còn lại bị chết và thân cây chuyển từ vàng sang nâu. Cuối cùng, toàn bộ cây chết và khô, đây cũng là lúc thu hoạch sản phẩm. 11 Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của diêm mạch theo thang BBCH Hình 1.2. Các giai đoạn phát triển của chùm hoa diêm mạch theo thang BBCH Sự xuất hiện chùm hoa (50), ra hoa hoàn toàn (60a), hạt mẩy dày ở chùm hoa chính (85a), chi tiết hoa (60b) và hạt mẩy dày (85b)