1. Theo đặc tính thực vật học
Lúa là cây hằng niên có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24. Về mặt phân loại thực vật, cây lúa thuôc họ Gramineae (hòa thảo), tộc Oryzeae, chi Oryza. Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Úc Châu (Chang, 1976 theo De Datta, 1981). Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại là lúa hoang hằng niên và đa niên. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Loài nầy hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sườn núi, từ vùng xích đạo, nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù xa nước ngọt đến vùng đất cát sỏi ven biển nhiễm mặn phèn … Một loài lúa trồng nữa là Oryza glaberrima Steud., chỉ được trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Phi Châu và hiện đang bị thay thế dần bởi Oryza sativa L. (De Datta, 1981).
Tateoka (1963, 1964) (trong Oka, 1988) lại phân biệt 22 loài, trong đó, cũng thống nhất 2 loài lúa trồng O. sativa L. và O. glaberrima Steud. Ông xem dạng lúa Châu Phi (O. perennis Moench) như là một loài riêng, O. barthii A. Chev., và dạng lúa Châu Á và Châu Mỹ thuộc về loài O. rufipogon Griff. Ông cũng bổ sung 2 loài mới: O. longiglumis Jansen và O. angustifolia Hubbard (Bảng 2.1).
Bảng 2.1. Các loài Oryza theo Takeoka (1963) với số nhiễm sắc thể, kiểu gien và phân bố địa lý
| Nhóm loài | 2n | Kiểu gen | Phân bổ địa lý |
| Nhóm Oryzae | |||
| Sativa L | 24 | AA | Khắp thế giới, lúa trồng |
| Rufipogon Griff. (=perennis Moench) | 24 | AA | Châu Á, Châu Mỹ |
| Barthii A. Chev. (=longistaminata) | 24 | AA | Châu Phi |
| glaberrima Steud. | 24 | AA | Châu Phi, lúa trồng |
| breviligulata A. Chev. et Roehr. (=barthii theo Clayton, 1968) | 24 | AA | Châu Phi |
| australiensis Domin | 24 | EE | Châu Úc |
| eichingeri A. Peter | 24 | CC | Châu Phi |
| punctata Kotschy | 24,48 | BB, BBCC | Châu Phi |
| officinalis Wall | 24 | CC | Châu Á |
| minuta J.S. Presl | 48 | BBCC | Châu Á |
| latifolia Desv | 48 | CCDD | Châu Mỹ |
| alta Swallen | 48 | CCDD | Châu Mỹ |
| grandiglumis Prod | 48 | CCDD | Châu Mỹ |
| Nhóm Schlechterianae | |||
| schlechteri Pilger | New Guinea | ||
| Nhóm Granulatae | |||
| meyeriana Baill. (=granulata theo Nees et Arn | 24 | Châu Á | |
| Nhóm Ridleyanae | |||
| ridleyi Hook. F | 48 | Châu Á | |
| longiglumis Jansen | 48 | New Guinea | |
| Nhóm Angustifoliae | |||
| brachyantha A. Chev. et Roehr. | 24 | FF | Châu Phi |
| angustifolia Hubbard | 24 | Châu Phi | |
| perrieri A. Camus | 24 | Malagasy | |
| tisseranti A. Chev | 24 | Châu Phi | |
| Nhóm Coarctatae | |||
| Coarctata Roxb. | 48 | Châu Á |
Nguồn: Oka, 1988
Trong giáo trình này, chúng ta chỉ thảo luận về loài lúa trồng phổ biến Oryza sativa L. mà thôi.
2. Theo sinh thái địa lý
Từ 200 năm trước công nguyên, các giống lúa ở Trung Quốc được phân thành 3 nhóm: “Hsien”, “Keng” và nếp. Năm 1928 – 1930, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã đưa lúa trồng thành 2 loại phụ: “indica” và “japonica” trên cơ sở phân bố địa lý, hình thái cây và hạt, độ bất dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh (Serological reaction).
Nhóm Indica (= “ Hsien” = lúa tiên) bao gồm các giống lúa từ Sri Lanka, Nam và Trung Trung Quốc, Ấn Độ, Pakistan, Indinesia, Philippines, Đài Loan và nhiều nước khác ở vùng nhiệt đới. Trong khi nhóm Japonica (= “Keng” = lúa cánh) bao gồm các giống lúa từ miền Bắc và Đông Trung Quốc, Nhật Bản và Triều Tiên, nói chung là tập trung ở các vùng á nhiệt đới và ôn đới. Các nhà nghiên cứu Nhật Bản sau đó đã thêm một nhóm thứ 3 “javanica” để đặt tên cho giống lúa cổ truyền của Indonesia là “bulu” và “gundil”. Từ “Janvanica” có gốc từ chữ Java là tên của một đảo của Indonesia. Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên nước Nhật Bản. Còn “Indica” có lẽ có nguồn gốc từ India (Ấn Độ). Như vậy, tên gọi của 3 nhóm thể hiện nguồn gốc xuất phát của các giống lúa từ 3 vùng địa lý khác nhau. Bảng 2.2 so sánh đặc tính của 3 nhóm này
Bảng 2.2. Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa
| Đặc tính | INDICA | JAVANICA | JAPONICA |
| Thân | Thân cao | Thân cao trung bình | Thân thấp |
| Chồi | Nở bụi mạnh | Nở bụi thấp | Nở bụi trung bình |
| Lá | Lá rộng, xanh nhạt | Lá rộng, cứng, xanh nhạt | Lá hẹp, xanh đậm |
| Hạt |
Hạt thon dài, dẹp Hạt hầu như không có đuôi Trấu ít lông và lông ngắn Hạt dễ rụng |
Hạt to, dầy Hạt không có đuôi hoặc có đuôi dài Trấu có lông dài Ít rụng hạt |
Hạt tròn, ngắn Hạt không đuôi tới có đuôi dài Trấu có lông dài và dầy Ít rụng hạt |
| Sinh học | Tính quang cảm rất thay đổi | Tính quang cảm rất yếu | Tính quang cảm rất thay đổi |
Nguồn: Chang, 1965
Hình 2.3. Phân bố lúa trồng trên thế giới
3. Theo đặc tính sinh lý: Tính quang cảm
Lúa, nói chung, là loại cây ngày ngắn, tức là loại thực vật chỉ cảm ứng ra hoa trong điều kiện quang kỳ ngắn.
Trong điều kiện nhiệt đới ở Bắc bán cầu, độ dài ngày thay đổi có chu kỳ trong năm tùy theo vị trí tương đối của trái đất và mặt trời, khi trái đất quay trên quỹ đạo của nó. Chúng ta có thể căn cứ vào 4 thời điểm quan trọng nhất trong năm để đánh dấu sự chuyển đổi của độ dài chiếu sáng trong ngày:
– Ngày Xuân phân (khoảng 21/3 dl) khi đường đi biểu kiến của mặt trời ở ngay xích đạo của trái đất, ngày và đêm dài bằng nhau. Sau ngày này đường đi biểu kiến của mặt trời lệch dần lên phía Bắc cho nên ở Bắc bán cầu, ngày sẽ dần dần dài hơn đêm.
– Ngày Hạ chí (khoảng 22/6 dl) khi đường đi biểu kiến của mặt trời lên đến giới hạn trên cùng ở phía Bắc của trái đất, còn gọi là Bắc chí tuyến. Ngày này dài nhất trong năm ở Bắc bán cầu. Sau ngày này, đường đi biểu kiến của mặt trời lệch dần về phía Nam, ngày trở nên ngắn lại (nhưng ngày vẫn còn dài hơn đêm) ở Bắc bán cầu.
– Ngày Thu phân (khoảng 23/9 dl) khi đường đi biểu kiến của mặt trời đã về ngay xích đạo, ngày và đêm lại bằng nhau. Sau ngày này mặt trời tiếp tục lệch dần về phía Nam, ngày ngắn dần lại hơn nữa ở Bắc bán cầu (ngày ngắn hơn đêm) vì phần nhận được ánh sáng mặt trời ở Bắc bán cầu nhỏ hơn phần tối.
– Ngày Đông chí (khoảng 22/12 dl) khi đường đi biểu kiến của mặt trời trùng với Nam chí tuyến thì ở Bắc bán cầu ngày sẽ ngắn nhất trong năm. Sau ngày này mặt trời lệch dần về phía Bắc trở về xích đạo đúng ngày xuân phân và tái lập lại chu kỳ mới.
Phản ứng đối với quang kỳ (độ dài chiếu sáng trong ngày) thay đổi tuỳ theo giống lúa. Dựa vào mức độ cảm ứng đối với quang kỳ của từng giống lúa, người ta phân biệt 2 nhóm lúa chính: nhóm quang cảm và nhóm không quang cảm.
• Nhóm lúa quang cảm
Nhóm lúa quang cảm là nhóm giống lúa có cảm ứng với quang kỳ, chỉ ra hoa trong điều kiện ánh sáng ngày ngắn thích hợp, nên gọi là lúa mùa, tức lúa chỉ trổ và chín theo mùa. Tùy mức độ mẫn cảm với quang kỳ nhiều hay ít, mạnh hay yếu người ta phân biệt: lúa mùa sớm, mùa lỡ hoặc mùa muộn. Phần lớn các giống lúa cổ truyền của ta đều là giống lúa quang cảm.
Các giống lúa cảm ứng yếu với quang kỳ sẽ bắt đầu ra hoa khi ngày bắt đầu ngắn dần sau ngày thu phân, tức tháng 9 – 10 dl và cho thu hoạch tháng 10 – 11 dl như các giống lúa Tiêu, Sóc so, Sa mo, Sa quay (ở ĐBSCL), Ba trăng, Bát ngoạt, Dự, Hẻo, Muối (miền Trung), Tẻ tép, Chanh, Gié nòi, Cà cuống, Cao phú xuyên, Bần (miền Bắc) khi trồng trong điều kiện của ĐBSCL. Các giống này được gọi là lúa mùa sớm. Như vậy, lúa mùa sớm là nhóm giống lúa có quang cảm yếu, trồng trái vụ vẫn trổ được nhưng thời gian sinh trưởng thay đổi không nhiều.
Nhóm giống lúa mùa lỡ là những giống lúa có phản ứng trung bình đối với quang kỳ, trổ vào tháng 11 dl và chín vào tháng 12 dl. Trong điều kiện ĐBSCL, lúa mùa lỡ trồng trái vụ có thể trổ được nhưng thời gian sinh trưởng thay đổi nhiều và lúa phát dục không bình thường. Ba thiệt, Nàng nhuận, Một bụi, Trắng hòa bình, Nàng co đỏ, Bông đinh, Tất nợ, Lúa phi, Trái mây … thuộc nhóm này.
Nhóm giống lúa mùa muộn là những giống lúa có phản ứng rất mạnh đối với quang kỳ. Các giống lúa này chỉ trổ trong khoảng thời gian nhất định trong năm, khi quang kỳ ngắn nhất vào tháng 12 hoặc có khi đến đầu tháng 1 dl. Thời gian sinh trưởng của các giống này thay đổi rất lớn tùy theo thời điểm gieo cấy sớm hay muộn. Một số giống không thể trổ được nếu trồng trái vụ (gieo vào tháng 11 – 12 dl). Tiêu biểu cho nhóm này là các giống Tài nguyên, Nanh chồn, Tàu hương, Nàng thơm muộn, Nếp vỏ gừa, Tàu lai, Thềm đìa, Nàng nghiệp, Tám sanh, Lòng tong, Ngọc chồn,… Hầu hết các giống này phân bố ở các vùng trũng nước ngập sâu và rút muộn.
Đặc tính quang cảm rất hữu ích trong công tác chọn giống lúa thích nghi với chế độ nước ở một khu vực sản xuất cụ thể. Ở những vùng đất cao, ven biển canh tác nhờ nước mưa, các giống lúa mùa sớm và lỡ tỏ ra rất thích hợp vì chúng trổ và chín khi dứt mưa và nước ngọt đã cạn. Mặn có thể xâm nhập làm thiệt hại các ruộng lúa nếu sử dụng các giống lúa muộn. Ngược lại, ở những vùng trũng, nước ngập sâu và rút muộn khi mùa mưa chấm dứt, các giống lúa mùa muộn mới thích hợp. Các giống lúa mùa sớm trồng trong những vùng nầy sẽ trổ bông khi mực nước trên ruộng còn cao và cho thu hoạch khi ruộng còn nhiều nước gây thất thoát rất lớn.
Tuy nhiên, đặc tính quang cảm sẽ gây trở ngại rất lớn cho việc thâm canh tăng vụ vì các giống lúa này chỉ có thể trồng được 1 vụ/năm mà thôi.
• Nhóm lúa không quang cảm
Hầu như các giống lúa mới lai tạo phục vụ cho việc thâm canh tăng vụ hiện nay đều không quang cảm. Các giống lúa này lại ngắn ngày (90 – 120 ngày) hoặc trung mùa (120-150 ngày) có thời gian sinh trưởng hầu như không thay đổi khi trồng trong các thời vụ khác nhau nên có thể trồng được nhiều vụ 1 năm và có thể trồng bất cứ lúc nào trong năm, miễn bảo đảm đủ nước tưới và yêu cầu dinh dưỡng. IR8, IR20, IR26, TN73 – 2, NN3A, NN6A, các giống lúa MTL250, MTL322, MTL384, MTL392,…. hoặc OMCS2000, OM1490, OM3536… IR42 (NN4B), MTL83 đều thuộc nhóm không quang cảm.