Luận văn Nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chịu rét phù hợp với điều kiện sản xuất ở đồng bằng sông Hồng

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chịu rét phù hợp với điều kiện sản xuất ở đồng bằng sông Hồng

1. 1 BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO BỘ NÔNG NGHI ỆP VÀ PTNT VI ỆN KHOA H ỌC NÔNG NGHI ỆP VI ỆT NAM PH ẠM THANH TH ỦY NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI NĂNG SUẤT CAO, CHỊU RÉT PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN SẢN XUẤT Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG Chuyên ngành: Di truy ền và Ch ọn gi ống cây tr ồng Mã s ố: 96 20 111 TÓM T ẮT LU ẬN ÁN TI ẾN S Ĩ NÔNG NGHI ỆP Hà N ội - 2021
2. 2 Công trình được hoàn thành t ại: Vi ện Khoa h ọc Nông nghi ệp Vi ệt Nam Ng ười h ướng d ẫn khoa h ọc: GS.TSKH. Tr ần Đình Long Ph ản bi ện 1: Ph ản bi ện 2: Lu ận án ti ến s ĩ được b ảo v ệ tr ước H ội đồng ch ấm Lu ận án c ấp Vi ện họp t ại Vi ện Khoa h ọc Nông nghi ệp Vi ệt Nam Vào h ồi gi ờ . phút ngày tháng n ăm 2021 Có th ể tìm hi ểu Luận án t ại th ư vi ện: 1. Th ư vi ện Qu ốc gia Vi ệt Nam 2. Th ư vi ện Vi ện Khoa h ọc Nông nghi ệp Vi ệt Nam 3. Th ư vi ện Vi ện Nghiên c ứu Ngô
3. 1 MỞ ĐẦ U 1. Tính c ấp thi ết c ủa đề tài Ngô ( Zea mays L.) là m ột trong ba cây c ốc quan tr ọng nh ất cung c ấp lươ ng th ực cho loài ng ười và th ức ăn cho gia súc. Bên c ạnh đó ngô còn là cây th ực ph ẩm cung c ấp b ắp ngô bao t ử làm rau cao c ấp, b ắp n ếp, bắp đường cho ăn t ươ i, làm s ữa ngô, các lo ại đồ u ống và đồ h ộp. Ngoài ra ngô còn cung c ấp nguyên li ệu cho các nhà máy s ản xu ất các m ặt hàng c ủa ngành l ươ ng th ực, th ực ph ẩm, d ược ph ẩm và công nghi ệp nh ẹ, đặ c bi ệt là nguyên li ệu lý t ưởng cho n ăng l ượng sinh học. Ngô còn là m ặt hàng nông s ản xu ất kh ẩu có giá tr ị, mang l ại ngo ại t ệ cho nhi ều qu ốc gia và vùng lãnh th ổ. Cây ngô được đưa vào n ước ta cách đây kho ảng 300 n ăm (Ngô H ữu Tình, 2009) và trong s ố các cây l ươ ng th ực, ngô được x ếp hàng quan tr ọng th ứ hai sau cây lúa. Tuy nhiên, n ăng su ất ngô c ủa n ước ta v ẫn th ấp h ơn năng su ất trung bình của th ế gi ới, ví d ụ nh ư: N ăm 2013 đạt trung bình 4,43 t ấn/ha so v ới 5,52 t ấn/ha trung bình c ủa th ế gi ới, b ằng 80,25% (T ổng c ục Th ống kê, 2014); Năm 2018 đạt trung bình 4,72 tấn/ha so v ới 5,92 t ấn/ha, b ằng 79,7% (T ổng cục Th ống kê, 2019; FAO, 2018). V ề s ản l ượng ngô trong n ước, tuy t ốc độ tăng khá nhanh nh ưng v ẫn ch ưa đáp ứng đủ do nhu c ầu tiêu dùng t ăng cao, ví dụ niên v ụ 2016/2017 nhu c ầu v ề ngô ở nướ c ta là 12,9 tri ệu tấn, chúng ta đã ph ải nh ập kh ẩu 8,5 tri ệu t ấn; niên v ụ 2019/2020, nhu c ầu là 15,4 tri ệu t ấn, chúng ta đã ph ải nh ập kh ẩu 11,5 tri ệu t ấn (USDA, 2020). T ừ đó cho th ấy vi ệc tăng s ản l ượng ngô tr ồng trong n ước để đáp ứng n ội tiêu, h ạn ch ế nh ập kh ẩu là một thách th ức c ủa ngành nông nghi ệp. Tuy nhiên, v ề di ện tích, các vùng tr ồng ngô có di ện tích và s ản l ượng ngô l ớn hi ện nay đang b ị thu h ẹp do m ột s ố lo ại cây tr ồng khác có giá tr ị kinh t ế cao h ơn đã thay th ế m ột ph ần di ện tích ngô (điển hình nh ư ở S ơn La). Mu ốn vậy, ngoài vi ệc t ận d ụng tri ệt để vùng đất có th ể tr ồng ngô c ần áp d ụng c ơ gi ới hóa hi ện đạ i, đồ ng b ộ, c ơ c ấu l ại mùa v ụ, áp dụng ti ến b ộ k ỹ thu ật, ch ọn t ạo gi ống để có nh ững b ộ gi ống m ới phù h ợp v ới từng mùa v ụ, vùng sinh thái để có n ăng su ất cao, s ản l ượng ngô l ớn. Vụ Đông sau hai v ụ lúa ở đồ ng b ằng sông H ồng là m ột v ụ r ất đặ c thù. Sau khi k ết thúc v ụ lúa Mùa, m ột ph ần di ện tích chân lúa này được s ử d ụng để tr ồng cây rau màu, ph ần l ớn di ện tích còn l ại th ường để tr ống. Đây là c ơ h ội để tăng di ện tích tr ồng ngô, t ăng s ản l ượng ngô trên đất hai lúa t ại các t ỉnh phía Bắc; đặ c bi ệt hi ện nay B ộ Nông nghi ệp và PTNT đang có ch ủ tr ươ ng phát tri ển tr ồng ngô sinh kh ối làm th ức ăn xanh cho ch ăn nuôi trong v ụ Đông ở các tỉnh phía B ắc. Tuy nhiên trong quá trình s ản xu ất ở v ụ Đông, n ền nhi ệt độ gi ảm d ần vào nh ững tháng cu ối n ăm, có nh ững n ăm các đợ t l ạnh d ưới 15 oC kéo dài t ới vài tu ần làm ảnh h ưởng r ất l ớn đế n s ản xu ất cây tr ồng nói chung và cây ngô nói riêng. Do v ậy, để có th ể phát tri ển m ạnh v ụ ngô Đông c ần c ơ gi ới hóa t ừ khâu tr ồng, ch ăm sóc, thu ho ạch đế n ph ơi s ấy, b ảo qu ản và y ếu t ố quan tr ọng nh ất là ph ải có các gi ống ngô m ới ch ống ch ịu rét t ốt, cho n ăng su ất cao. Để khai thác h ết ti ềm n ăng đấ t v ụ Đông góp ph ần nâng cao n ăng su ất và tăng s ản l ượng ngô c ủa vùng đồng b ằng sông H ồng, đáp ứng nhu c ầu ngô cho th ức ăn ch ăn nuôi, đặ c bi ệt ngô sinh kh ối làm th ức ăn xanh cho đạ i gia súc trong mùa đông l ạnh ở mi ền B ắc, gi ải quy ết v ấn đề v ề b ố trí c ơ c ấu cây tr ồng
4. 2 thì vi ệc đẩ y m ạnh nghiên c ứu ch ọn t ạo các gi ống ngô m ới ng ắn ngày, ch ịu rét, có ti ềm n ăng n ăng su ất cao là r ất quan tr ọng. Do v ậy, đề tài khoa h ọc “Nghiên c ứu ch ọn t ạo gi ống ngô lai n ăng su ất cao, ch ịu rét phù h ợp v ới điều ki ện s ản xu ất ở đồng b ằng sông Hồng” là c ần thi ết. 2. M ục tiêu, yêu c ầu c ủa đề tài 2.1. M ục tiêu Tuy ển ch ọn được 1 - 2 t ổ hợp ngô lai tri ển v ọng để phát tri ển thành gi ống lai năng su ất cao, ch ịu rét, bổ sung vào b ộ gi ống ph ục v ụ sản xu ất ngô ở ĐBSH. 2.2. Yêu c ầu - Đánh giá được đặc tính sinh tr ưởng, phát tri ển và nông h ọc c ủa m ột s ố dòng ngô thuần nh ằm ch ọn t ạo thành công các dòng ngô nghiên c ứu chín sớm, ch ịu rét, n ăng su ất cao và có kh ả năng k ết h ợp cao ph ục v ụ cho công tác ch ọn t ạo gi ống ngô có kh ả năng ch ịu rét, cho n ăng su ất cao; - Đánh giá được đặc điểm nông sinh h ọc, đa d ạng di truy ền gi ữa các dòng, tạo được t ổ hợp lai có kh ả năng ch ịu rét, cho n ăng su ất cao; - Tuy ển ch ọn được 1 - 2 t ổ hợp ngô lai tri ển v ọng để phát tri ển thành gi ống lai có kh ả năng ch ịu rét, cho n ăng su ất cao ph ục v ụ sản xu ất ngô v ụ Đông ở các t ỉnh ĐBSH. 3. Ý ngh ĩa khoa h ọc và th ực ti ễn c ủa đề tài 3.1. Ý ngh ĩa khoa h ọc Cung c ấp thông tin khoa h ọc v ề các dòng ngô nghiên c ứu chín s ớm, ch ịu rét ph ục v ụ công tác ch ọn t ạo gi ống ngô phù h ợp v ới s ản xu ất ngô vụ Đông ở ĐBSH. 3.2. Ý ngh ĩa th ực ti ễn - Ch ọn l ọc được các dòng ngô nghiên c ứu tri ển v ọng ph ục v ụ công tác ch ọn t ạo gi ống ngô ng ắn ngày, ch ịu rét. - Xác định được t ổ h ợp lai VN158 chín trung bình s ớm, ch ịu rét khá, năng su ất cao, phù h ợp v ới điều ki ện s ản xu ất trong v ụ Đông t ại ĐBSH. 4. Đối t ượng và ph ạm vi nghiên c ứu 4.1. Đối tượng nghiên c ứu - Các dòng ngô nghiên c ứu thu ần được t ạo ra t ừ các ngu ồn v ật li ệu khác nhau. - Các t ổ h ợp lai đỉ nh, lai luân phiên, các t ổ h ợp lai tri ển v ọng. 4.2. Ph ạm vi nghiên c ứu - Thí nghi ệm đánh giá ch ọn l ọc dòng. - Thí nghi ệm phân tích đa d ạng di truy ền c ủa các dòng b ằng ch ỉ th ị SSR. - Thí nghi ệm kh ảo sát t ổ h ợp lai b ằng ph ươ ng pháp lai đỉnh (Top cross) và lai luân phiên (Diallel cross). - Thí nghi ệm kh ảo nghi ệm tác gi ả (so sánh các t ổ h ợp lai tri ển v ọng), kh ảo nghi ệm giá tr ị canh tác và giá tr ị s ử d ụng gi ống ngô (VCU).
5. 3 5. Nh ững đóng góp m ới c ủa lu ận án - Kết qu ả đánh giá đặ c tính sinh tr ưởng và phát tri ển, kh ả n ăng ch ống ch ịu, kh ả n ăng k ết h ợp và năng su ất đã tuy ển ch ọn được 11 dòng, g ồm: C352, C16, C431, C838, C769, C608, C801, C855, C628, C783, C252 gi ới thi ệu cho ch ươ ng trình ch ọn t ạo gi ống ngô ng ắn ngày, ch ịu rét. - Ch ọn t ạo được t ổ h ợp lai VN158 (C431 x B67CT) có th ời gian sinh tr ưởng trung bình s ớm, ch ịu rét, n ăng su ất cao phù h ợp v ới s ản xu ất ngô ở các vùng tr ồng ngô phía B ắc nói chung và ĐBSH nói riêng. 6. C ấu trúc lu ận án Lu ận án có 127 trang, g ồm: mở đầu (4 trang); 3 chươ ng nội dung: Ch ươ ng 1. T ổng quan tài li ệu và c ơ s ở khoa h ọc (41 trang), Ch ươ ng 2. Vật li ệu, n ội dung và ph ươ ng pháp nghiên c ứu (14 trang), Ch ươ ng 3. Kết qu ả và thảo lu ận (67 trang); K ết lu ận và đề ngh ị (1 trang); Tài li ệu tham kh ảo 13 trang, v ới 41 bảng (33 b ảng s ố li ệu), 10 hình, ảnh minh h ọa. Tham kh ảo 119 tài li ệu, trong đó có 31 tài li ệu ti ếng Vi ệt, 88 tài li ệu ti ếng nước ngoài và website. CH ƯƠ NG 1 TỔNG QUAN TÀI LI ỆU VÀ C Ơ S Ở KHOA H ỌC 1.1. Vai trò, v ị trí c ủa cây ngô Cây ngô được lan truy ền và tr ồng ở h ầu kh ắp các châu l ục trên th ế gi ới với vai trò là m ột trong nh ững cây ng ũ c ốc quan tr ọng c ủa loài ng ười. Có th ể nói ngô là cây ng ũ c ốc nuôi s ống g ần 1/3 dân s ố toàn c ầu. Vai trò đó th ể hi ện qua các m ặt chính: Làm l ươ ng th ực cho ng ười; Làm th ức ăn ch ăn nuôi; Làm th ực ph ẩm; Cung c ấp nguyên li ệu cho công nghi ệp; Là ngu ồn hàng hóa xu ất kh ẩu; Ngoài ra, trong điều ki ện n ước ta cây ngô còn giúp s ử d ụng đấ t đai có hi ệu qu ả, phá th ế độ c canh cây lúa. Bên c ạnh nh ững giá tr ị v ề v ật ch ất cây ngô còn có ý ngh ĩa trong đờ i s ống tâm linh, truy ện c ổ dân gian, ngh ệ thu ật trang trí, trong v ăn hóa ẩm th ực ở cả Vi ệt Nam và trên th ế gi ới. Nh ững d ẫn li ệu trên cho th ấy ngô có vai trò và v ị trí quan tr ọng đố i v ới kinh t ế, xã h ội, v ăn hóa th ế gi ới c ũng nh ư ở n ước ta, là cây cho s ự s ống c ủa loài ng ười c ả v ới ngh ĩa v ật ch ất l ẫn tinh th ần. 1.2. Tình hình tiêu th ụ, s ản xu ất ngô trên th ế gi ới và trong n ước 1.2.1. Tình hình tiêu th ụ và s ản xu ất ngô trên th ế gi ới Dự báo t ới n ăm 2050 dân s ố th ế gi ới là 9,73 t ỷ ng ười, v ới dân s ố ở khu v ực thành th ị s ẽ trên 75% (FAO, 2017) do đó nhu c ầu v ề ngô, lúa m ỳ và lúa n ước hàng n ăm c ủa th ế gi ới s ẽ c ần kho ảng 3,3 t ỷ t ấn, t ăng 800 tri ệu t ấn so v ới nhu c ầu hi ện nay (kho ảng 2,5 t ỷ t ấn), nhu c ầu v ề ngô s ẽ t ăng 50 - 60% (FAO, 2016). Sản lượng ngô niên v ụ 2017/2018 trên th ế gi ới đạ t 1.375,50 tri ệu t ấn, v ượt xa so v ới sản l ượng lúa m ỳ (763,18 tri ệu t ấn) và lúa n ước (495,07 tri ệu t ấn) (USDA, 2019).
6. 4 Cho đến nay, s ản xu ất ngô trên toàn th ế gi ới ngày càng phát tri ển m ạnh m ẽ và toàn di ện, ngô đã th ực s ự là m ột trong nh ững ngành hàng quan tr ọng c ủa n ền kinh tế th ế gi ới. Kết qu ả trên có được tr ước h ết nh ờ ứng d ụng r ộng rãi ƯTL trong ch ọn tạo gi ống, đồ ng th ời không ng ừng c ải thi ện các bi ện pháp k ỹ thu ật canh tác. 1.2.2. Tình hình tiêu th ụ và s ản xu ất ngô trong n ước Về tiêu th ụ, nhu c ầu ngô trong n ước t ăng m ạnh. Hàng n ăm n ước ta v ẫn ph ải nh ập kh ẩu m ột l ượng ngô l ớn, l ượng nh ập n ăm sau luôn cao h ơn n ăm tr ước, ví d ụ nh ư: Niên v ụ 2016/2017 nhu c ầu ngô trong n ước là 12,9 tri ệu t ấn và chúng ta đã ph ải nh ập kh ẩu 8,5 tri ệu t ấn; Niên v ụ 2019/2020 nhu c ầu ngô trong n ước là 15,4 tri ệu t ấn và chúng ta đã ph ải nh ập kh ẩu 11,5 tri ệu t ấn (USDA, 2020). 80% l ượng ngô nh ập v ề ch ủ y ếu s ử d ụng làm nguyên li ệu ch ế bi ến th ức ăn ch ăn nuôi, còn l ại làm b ột ngô dùng trong th ực ph ẩm và s ố ít s ử dụng trong công nghi ệp nh ư s ản xu ất bia, ph ụ gia trong d ược ph ẩm. Về s ản xu ất, di ện tích tr ồng ngô vài n ăm tr ở l ại đây có xu h ướng gi ảm nh ưng nh ững thành t ựu v ề gi ống, các ti ến b ộ k ỹ thu ật v ề canh tác và áp d ụng công ngh ệ sinh h ọc hi ện đạ i đã đư a n ăng su ất ngô n ước ta ngày m ột t ăng và ti ệm c ận d ần v ới n ăng su ất bình quân c ủa th ế gi ới [31]. 1.3. Kh ả n ăng k ết h ợp, c ơ s ở di truy ền ch ọn l ọc tính tr ạng và ch ươ ng trình ch ọn tạo gi ống ngô 1.3.1. Đa d ạng di truy ền và ngu ồn gen cây ngô Ngô là cây giao ph ấn, thông qua các tác độ ng c ủa quá trình ch ọn l ọc t ự nhiên và nhân t ạo đã giúp cho ngô có s ự đa d ạng di truy ền r ất r ộng, tr ở thành một trong nh ững cây tr ồng ph ổ bi ến nh ất trên thế gi ới (Zhang et al. , 2015). Cây ngô hi ện được tr ồng ở t ất c ả các châu l ục và thích ứng v ới h ầu h ết các lo ại hình sinh thái khí h ậu, t ừ ôn đớ i, c ận nhi ệt đớ i đế n nhi ệt đớ i cao và nhi ệt đớ i th ấp. 1.3.2. Ch ọn l ọc ngu ồn v ật li ệu t ạo dòng Hi ệu qu ả c ủa quá trình ch ọn l ọc và lai t ạo ph ụ thu ộc vào ngu ồn v ật li ệu kh ởi đầ u (Vasal và Srinivasan, 1999). Theo Ngô H ữu Tình và Phan Xuân Hào (2005), m ột trong nh ững ti ến b ộ c ủa ch ươ ng trình phát tri ển gi ống ngô lai ở Vi ệt Nam trong th ời gian qua là ch ọn l ọc được ngu ồn v ật li ệu ban đầ u phù h ợp, t ừ đó t ạo ra các gi ống lai th ươ ng m ại ph ục v ụ s ản xu ất. Trong nghiên c ứu ch ọn t ạo gi ống ngô thích ứng v ới BĐKH, đặc bi ệt có th ể tr ồng trong điều ki ện v ụ Đông t ại ĐBSH thì vi ệc đánh giá, sàng l ọc ngu ồn v ật li ệu kh ởi đầ u càng không thể thi ếu, nó là ti ền đề , là c ơ s ở cho vi ệc lai t ạo thành công các gi ống ngô lai có th ể thích ứng được v ới điều ki ện khí h ậu v ụ Đông c ủa vùng. 1.3.3. M ột s ố ph ươ ng pháp t ạo dòng thu ần Từ ngu ồn v ật li ệu kh ởi đầ u, có nhi ều ph ươ ng pháp khác nhau để tạo và phát tri ển dòng thu ần, đó là: T ự ph ối (Self pollination); Cận ph ối (Full sib/Half sib); lai tr ở l ại (Back cross); Tạo dòng đơ n b ội kép (Doubled haploid)
7. 5 1.3.4. Kh ả n ăng k ết h ợp và đánh giá kh ả n ăng k ết h ợp 1.3.4.1. Kh ả n ăng k ết h ợp Giữ l ại hay lo ại b ỏ dòng thu ần d ựa trên các k ết qu ả đánh giá KNKH. Đánh giá KNKH có th ể ti ến hành th ử ngay với ngu ồn nguyên li ệu ban đầ u t ự ph ối và đặ c điểm c ủa dòng v ề KNKH đượ c hình thành s ớm trong quá trình t ạo dòng, đượ c truy ền l ại th ế h ệ sau t ươ ng đố i ổn đị nh ( đờ i S2 và S3, S4 là nh ư nhau) (Ngô H ữu Tình, 2009). Vì v ậy, KNKH th ườ ng đượ c th ử ở đờ i S2 ho ặc tr ướ c S4. KNKH được xác đị nh thông qua đánh giá KNKHC và KNKHR. Trong ch ọn t ạo gi ống ngô lai, vi ệc t ạo dòng thu ần và đánh giá dòng được ti ến hành sớm, th ường xuyên s ẽ tránh được vi ệc lo ại m ất nh ững dòng tri ển v ọng. 1.3.4.2. Đánh giá kh ả n ăng k ết h ợp Dòng thu ần ch ỉ có giá tr ị khi có KNKH cao và m ột s ố đặ c điểm nông sinh học t ốt, đáp ứng được yêu c ầu c ủa nhà t ạo gi ống. Để đánh giá KNKH c ủa các dòng thu ần, ph ươ ng pháp th ường dùng nh ất là lai th ử b ằng lai đỉ nh và luân giao cộng v ới phân tích con lai (Zaidi và cs. , 2005; Ngô H ữu Tình và cs , 1996). a. Giai đoạn lai th ử và cây th ử: Theo Bauman, các nhà ch ọn gi ống đánh giá dòng b ằng ph ươ ng pháp lai th ử s ớm ở th ế h ệ S3, S4 kho ảng 60%; ở th ế h ệ S5 ho ặc mu ộn h ơn kho ảng 22% (Bauman, 1981). Các nhà t ạo gi ống th ường ch ấp nh ận ch ọn cây th ử không có quan h ệ h ọ hàng v ới các v ật li ệu đem th ử và t ốt nh ất là thu ộc nhóm ưu th ế lai đố i ứng. Để t ăng m ức độ tin c ậy th ường sử d ụng hai ho ặc nhi ều cây th ử có n ền di truy ền khác nhau. b. Ph ươ ng pháp lai đỉnh (Top cross), gồm: (1) Lai đỉnh toàn ph ần; (2) Lai đỉnh t ừng ph ần. c. Ph ươ ng pháp lai luân giao (Diallel): Để KNKHC, KNKHR c ủa dòng b ố mẹ đồng th ời thu được các thông tin v ề bản ch ất và ước l ượng các ch ỉ số di truy ền th ường dùng ph ươ ng pháp phân tích luân giao của Griffing (1956). Ph ươ ng pháp này giúp xác định các thành ph ần ph ươ ng sai KNKH chung và riêng. T ừ đó có th ể ước l ượng các thành ph ần bi ến động do hi ệu qu ả cộng tính, tr ội và siêu tr ội c ủa các gen (Alvarado et al. , 2014). 1.3.4.3. Đánh giá t ươ ng tác ki ểu gen v ới môi trường và KNKH b ằng GGE-Biplot Sử d ụng GGE-Biplot giúp ch ọn được dòng b ố m ẹ có KNKHC, KNKHR cao nh ất hay gi ống t ốt nh ất phù h ợp ở môi tr ường c ụ th ể. 1.3.5. Ch ọn t ạo gi ống ngô b ằng ph ươ ng pháp ch ọn l ọc truy ền th ống k ết hợp ứng d ụng công ngh ệ sinh h ọc Ứng d ụng ch ỉ th ị phân t ử trong ch ọn t ạo gi ống ngô thích ứng v ới điều ki ện bất thu ận; đánh giá đa d ạng di truy ền và d ự đoán nhóm ưu th ế lai ở ngô. Trong đó, ch ỉ th ị hình thái được s ử d ụng s ớm nh ất và là c ơ s ở ban đầ u trong đánh giá phân lo ại th ực v ật, còn ch ỉ th ị ADN hi ện nay được s ử d ụng r ộng rãi trong đánh giá đa d ạng di truy ền, là công c ụ h ữu hi ệu trong công tác ch ọn t ạo gi ống cây
8. 6 tr ồng. Các ch ỉ th ị phân t ử nh ư Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP), Random Amplified Polymorphism DNA (RAPD), Amplified Fragment Length polymorphism (AFLP), Simple Sequence Repeat (SSR) đã được ứng d ụng nhi ều trong ch ọn gi ống phân t ử. Trong đó, ch ỉ th ị SSR t ỏ ra hi ệu qu ả và đã được s ử d ụng ở nhi ều nghiên c ứu khoa h ọc trong vi ệc xác đị nh gi ống, ki ểu di truy ền, s ự phát sinh loài, đa d ạng di truy ền, tính kho ảng cách di truy ền để tiên đoán ưu th ế lai, xác đị nh độ thu ần di truy ền c ủa các dòng 1.3.6. Ch ỉ s ố ch ọn l ọc và ứng d ụng trong ch ọn t ạo gi ống ngô Kết qu ả tích s ố gi ữa đích ch ọn l ọc v ới c ường độ ch ọn l ọc cho bi ết m ức độ ch ọn l ọc c ần chú ý ch ọn l ọc. Ngày càng nhi ều nhà ch ọn gi ống áp d ụng ch ỉ s ố ch ọn l ọc trong ch ọn dòng và gi ống ngô lai (Ribaut et al. , 1997; Zaidi, 2000). Một s ố đặ c tính đã được CIMMYT t ổng k ết t ừ kinh nghi ệm c ủa các nhà ch ọn gi ống ngô v ới các giá tr ị c ường độ ch ọn l ọc, đó là: N ăng su ất h ạt có c ường độ: +5; s ố bắp trên cây: +3; chênh l ệch TP-PR: -2; s ố lá xanh: -2; kích th ước bông c ờ: -2; m ức độ héo lá: -1 (Ribaut et al. , 1997; Zaidi, 2000). 1.4. Nghiên c ứu và s ử dụng gi ống ngô lai chín s ớm, ch ịu rét 1.4.1. C ơ s ở khoa h ọc v ề tính chín s ớm Quá trình sinh tr ưởng, phát tri ển c ủa cây ngô liên quan đến nhi ệt độ trung bình ngày, chu k ỳ chi ếu sáng và nhi ệt độ là nhân t ố chính (Olsen và cs. , 1993). Tổng nhi ệt độ mà cây ngô c ần trong su ốt chu trình s ống t ừ gieo đế n chín cao hơn nhi ều so v ới các cây tr ồng khác, t ừ 1.700 oC đến 3.700 oC tùy thu ộc vào gi ống (Velican, 1956). Theo Derieux (1979), s ự can thi ệp c ủa nhà t ạo gi ống vào th ời điểm phân hóa đỉ nh sinh tr ưởng để ch ọn tính chín s ớm ở ngô th ường nhanh đạt hi ệu qu ả h ơn. Vì trong cùng điều ki ện gieo tr ồng v ới m ột s ố lá nh ất đị nh, đỉnh sinh tr ưởng c ủa ngô chín s ớm th ường có s ố lá phân hóa ít h ơn s ẽ thúc đẩ y nhanh quá trình phát tri ển s ớm c ủa cây để chuy ển ti ếp sang giai đoạn sinh th ực. 1.4.2. Tình hình nghiên c ứu, s ử d ụng gi ống ngô lai ng ắn ngày trên th ế gi ới và ở Vi ệt Nam 1.4.2.1. Tình hình nghiên c ứu, s ử d ụng gi ống ngô lai ng ắn ngày trên th ế gi ới Tính chín s ớm ở ngô đã được nhi ều nhà khoa h ọc và nhà t ạo gi ống quan tâm, trong đó hướng nghiên c ứu để ch ọn t ạo các gi ống ngô lai chín s ớm ph ục vụ s ản xu ất đặ c bi ệt được chú tr ọng. B ởi nh ững gi ống ngô lai chín s ớm th ường cho n ăng su ất cao, ổn đị nh h ơn các gi ống ngô chín mu ộn ở nh ững năm b ất ch ợt x ảy ra nh ững điều ki ện b ất thu ận (Kato A., 2002). Đặc bi ệt ở nh ững vùng hay x ảy ra các hi ện t ượng th ời ti ết, khí h ậu c ực đoan và nh ững vùng có th ời v ụ gieo tr ồng ng ắn, các gi ống ng ắn ngày được tr ồng để né tránh với điều ki ện b ất thu ận t ốt h ơn so v ới gi ống dài ngày. M ặt khác, nh ững gi ống ngô ng ắn ngày tr ồng ở mùa v ụ gieo tr ồng ng ắn s ẽ cho n ăng su ất cao, ổn đị nh hơn gi ống dài ngày (Troyer và Brown, 1976).
9. 7 Has I. (2012) khi đánh giá ngu ồn gen “Turda” ph ục v ụ cho ch ươ ng trình nghiên c ứu ch ọn t ạo gi ống ngô lai chín s ớm đã k ết lu ận, vi ệc đánh giá các ngu ồn gen ngô chín s ớm là r ất quan tr ọng trong ch ọn t ạo các dòng t ự ph ối và các gi ống ngô lai th ươ ng m ại m ới thích ứng v ới các vùng l ạnh h ơn. Vi ệc l ựa ch ọn các gi ống ngô ng ắn ngày r ất c ần thi ết cho ng ười tr ồng ngô ở nh ững vùng nhi ệt độ th ấp nh ưng không làm gi ảm n ăng su ất. 1.4.2.2. Tình hình nghiên c ứu và s ử d ụng gi ống ngô lai ng ắn ngày ở Vi ệt Nam Gi ống ngô th ụ ph ấn t ự do chín s ớm TSB2 đã được ch ọn t ạo t ừ qu ần th ể chín s ớm Suwan 2 lai v ới 6 qu ần th ể chín s ớm khác theo ph ươ ng pháp: Các cá th ể t ốt được ch ọn t ừ 6 qu ần th ể gieo thành hàng m ẹ và hàng b ố là h ạt tr ộn của các cá th ể t ốt ch ọn t ừ Suwan 2. Sau đó qu ần th ể TSB2 được ti ếp t ục ch ọn lọc theo ph ươ ng pháp b ắp/hàng c ải ti ến để t ạo ra gi ống ngô th ụ ph ấn t ự do chín s ớm TSB2 (Tr ần H ồng Uy và cs. , 2012). Bằng ph ương pháp n ội ph ối và t ự ph ối truy ền th ống v ới v ật li ệu là gi ống ngô lai th ươ ng m ại CP999 và Cargil777, Bùi M ạnh C ường và cs. Đã ch ọn t ạo ra gi ống ngô lai chín s ớm LVN885 đang được s ử d ụng r ộng rãi trong s ản xu ất (Bùi V ăn Hi ệu, 2019). 1.4.3. Vai trò c ủa gi ống chín s ớm trong s ản xu ất nông nghi ệp Gi ống chín s ớm có ý ngh ĩa đặ c bi ệt quan tr ọng trong s ản xu ất nông nghi ệp. Đó là gi ải quy ết v ấn đề t ăng v ụ ho ặc s ắp x ếp l ại c ơ c ấu mùa v ụ h ợp lý. M ặt khác, gi ống chín s ớm còn có th ể né tránh được nh ững r ủi ro, thiên tai, bất l ợi c ủa điều ki ện th ời ti ết. Gi ống ngô cho n ăng su ất cao v ới th ời gian sinh tr ưởng ng ắn có ý ngh ĩa r ất l ớn vì gieo tr ồng được nhi ều v ụ trong n ăm và làm tăng hi ệu qu ả kinh t ế trên m ột đơn v ị di ện tích đấ t canh tác. Theo Pswarayi và Vivek (2007), nông dân tr ồng gi ống ngô lai chín s ớm là để t ăng thêm thu ho ạch tr ước khi tr ồng vụ chính và điều này đặc bi ệt quan tr ọng ở các vùng có hai v ụ trong n ăm. Ở Vi ệt Nam v ới nh ững vùng tr ồng lúa n ước 2 v ụ/n ăm có th ể chuy ển đổ i và đư a vào s ản xu ất nh ững gi ống ngô chín s ớm 3 v ụ ngô/n ăm sẽ góp ph ần không nh ỏ trong vi ệc nâng cao s ản l ượng. M ặt khác, v ụ Đông là một v ụ r ất đặ c thù ở mi ền B ắc n ước ta. Sau khi k ết thúc v ụ lúa Mùa, m ột ph ần di ện tích chân lúa này được s ử d ụng để tr ồng cây rau màu, ph ần l ớn di ện tích còn l ại th ường để tr ống. Đây là c ơ h ội để t ăng di ện tích, t ăng s ản l ượng ngô và m ột trong nh ững cách hi ệu qu ả, thi ết th ực nh ất là t ạo ra gi ống ngô ng ắn ngày, n ăng su ất và kh ả n ăng thích ứng cao phù h ợp cho vùng. 1.4.4. Nh ững nghiên c ứu ch ọn t ạo về gi ống ngô ch ịu rét Khó kh ăn chính mà các nhà t ạo gi ống ngô ph ải đố i m ặt là s ự ph ức t ạp c ủa phản ứng v ới nhi ệt độ th ấp ở cây. Ngô và m ột s ố cây tr ồng h ọ Hòa th ảo khác nếu g ặp l ạnh vào th ời điểm th ụ ph ấn th ụ tinh sẽ k ết h ạt kém, th ậm chí không kết được h ạt làm gi ảm n ăng su ất nghiêm tr ọng. Ngoài ra, nhi ệt độ th ấp làm kéo dài th ời gian sinh tr ưởng, làm gi ảm t ốc độ tăng tr ưởng c ủa cây. Ngô có
10. 8 th ể nảy m ầm ở nhi ệt độ dưới 10 oC do v ậy c ần đảm b ảo các điều ki ện t ối ưu cho s ự nảy m ầm để gi ảm b ớt tác động c ủa nhi ệt độ th ấp. 1.4.5. Nhu c ầu v ề s ử d ụng gi ống ngô chín s ớm, ch ịu rét Mi ền Bắc nói chung và ĐBSH nói riêng th ường g ặp hi ện t ượng th ời ti ết rét đậm kéo dài, nhi ệt độ trung bình th ấp h ơn 15 oC vào đầu v ụ Xuân, cu ối v ụ Đông. Điều này ảnh h ưởng r ất l ớn đế n s ản xu ất ngô trong vùng do ngô là m ột lo ại cây tr ồng nhi ệt đớ i, r ất nh ạy c ảm v ới th ời ti ết l ạnh. Điều kiện nhi ệt độ th ấp ảnh h ưởng m ạnh đế n giai đoạn n ảy m ầm và sinh tr ưởng sinh d ưỡng ở giai đoạn cây con trong v ụ ngô Xuân. Ngoài ra, nhi ệt độ th ấp kéo dài còn ảnh hưởng nghiêm tr ọng đế n s ự sinh tr ưởng sinh th ực và tích l ũy ch ất dinh d ưỡng vào h ạt trong v ụ ngô Đông, do đó làm gi ảm đáng k ể n ăng su ất thu ho ạch và ch ất l ượng s ản ph ẩm. Do v ậy đố i v ới vùng này, cần thi ết ph ải nghiên cứu, ch ọn tạo theo hướng có bộ gi ống chín sớm ho ặc trung bình sớm, năng su ất cao, ổn định, có kh ả năng ch ống ch ịu sâu bệnh và thích ứng với điều ki ện bất thu ận đặc bi ệt là hạn, rét và sươ ng mu ối. 1.4.6. Nh ững k ết qu ả nghiên c ứu v ề cây ngô Đông ở Vi ệt Nam “Ngô Đông trên đất hai lúa ở đồ ng b ằng B ắc B ộ” là m ột trong hai s ự ki ện tạo s ự chuy ển bi ến trong quá trình phát tri ển cây ngô ở n ước ta. T ừ nh ững n ăm đầu c ủa th ập k ỷ 80 th ế k ỷ 20 đã có nhi ều nghiên c ứu và th ử nghi ệm v ề gi ống, về k ỹ thu ật nh ằm đưa cây ngô vào v ụ Đông trên đất ướt sau hai v ụ lúa. V ới nh ững ti ến b ộ v ề gi ống (ng ắn ngày, n ăng su ất cao, ch ịu l ạnh, ch ịu úng ) và k ỹ thu ật đặ c s ắc (làm ngô b ầu, k ỹ thu ật gieo tr ồng và ch ăm sóc trên đất ướt, phòng tr ừ sâu b ệnh ) cùng v ới các chính sách khuy ến khích nông dân làm v ụ Đông của Chính ph ủ và các địa ph ươ ng, cây ngô Đông đã được kh ẳng đị nh và phát tri ển nhanh chóng. Đặc bi ệt, v ụ Đông n ăm 2020, B ộ Nông nghi ệp và PTNT ch ủ tr ươ ng s ớm chu ẩn b ị k ỹ l ưỡng các gi ải pháp, chính sách nh ằm t ạo s ự b ứt phá cho phát tri ển ngô sinh kh ối t ại các t ỉnh phía B ắc do nhu c ầu v ề ngô sinh kh ối nh ằm ph ục v ụ cho ch ăn nuôi đạ i gia súc ngày càng l ớn, qua đó v ực d ậy phong trào s ản xu ất v ụ Đông v ốn còn g ặp nhi ều khó kh ăn trong nh ững n ăm qua. Ngô Đông là m ột gi ải pháp kinh t ế có t ầm quan tr ọng to l ớn, phù h ợp và đáp ứng hoàn toàn ch ươ ng trình l ươ ng th ực, th ực ph ẩm, hàng tiêu dùng và xu ất kh ẩu c ủa Vi ệt Nam vì ngô Đông đã t ạo ra thêm m ột v ụ cây l ươ ng th ực ổn đị nh, năng su ất cao, cung c ấp th ức ăn cho ng ười và ngành ch ăn nuôi, nguyên li ệu cho ngh ề ph ụ sản xu ất hàng xu ất kh ẩu. 1.4.7. Tình hình s ản xu ất ngô ở vùng đồng b ằng sông H ồng Vùng ĐBSH tươ ng đối đa d ạng v ề th ời v ụ, tu ỳ t ừng chân đấ t để b ố trí mùa v ụ cho thích h ợp. Tuy nhiên đối v ới ngô Đông c ần chú ý ch ống h ạn cu ối vụ và s ử d ụng b ộ gi ống chín s ớm. Hi ện n ăng su ất ngô c ủa vùng là 49,1 tấn/ha, cao h ơn so v ới n ăng su ất trung bình c ủa c ả n ước (46,7 t ấn/ha) (Niên giám Th ống kê, 2017) (B ảng 1.4).
11. 9 ĐBSH là vùng đất giàu ti ềm n ăng để phát tri ển nông nghi ệp, có v ụ Đông rất đặ c thù v ới quỹ đấ t kho ảng 200 ngàn héc-ta hàng n ăm (C ục Tr ồng tr ọt, 2018). Sau khi k ết thúc v ụ lúa Mùa, m ột ph ần di ện tích chân lúa này được s ử dụng để tr ồng cây rau màu, ph ần l ớn di ện tích còn l ại th ường để tr ống, đây là cơ h ội để t ăng di ện tích tr ồng ngô để t ăng s ản l ượng ngô trong n ước, gi ảm lượng ngô nh ập kh ẩu và t ạo công ăn vi ệc làm cho ng ười dân, góp ph ần nâng cao hi ệu qu ả kinh t ế - xã h ội cho toàn vùng. 1.4.8. Nh ững nh ận đị nh rút ra t ừ t ổng quan nghiên c ứu Ngô là m ột trong nh ững cây l ươ ng th ực chính, có v ị trí đặ c bi ệt quan tr ọng trong c ơ c ấu s ản xu ất nông nghi ệp toàn c ầu và có t ốc độ t ăng tr ưởng cao nh ất về n ăng su ất c ũng nh ư s ản l ượng. Ở Vi ệt Nam, cây ngô có v ị trí quan tr ọng th ứ 2 sau cây lúa, nh ững thành t ựu đạ t được trong nghiên c ứu ch ọn t ạo gi ống ngô lai, các bi ện pháp k ỹ thu ật canh tác, phân bón và th ị tr ường tiêu th ụ, s ản xu ất ngô th ời gian qua đã làm thay đổi c ăn b ản ngh ề tr ồng ngô ở n ước ta và là động l ực quan tr ọng thúc đẩ y di ện tích, n ăng su ất và s ản l ượng ngô c ủa Vi ệt Nam t ăng liên t ục v ới t ốc độ cao trong su ốt nh ững n ăm g ần đây. Vi ệc k ết h ợp gi ữa nh ững ph ươ ng pháp truy ền th ống và ứng d ụng công ngh ệ sinh h ọc để ch ọn t ạo ra nh ững gi ống ngô lai phù h ợp v ới t ừng vùng sinh thái, có kh ả n ăng ch ống ch ịu v ới m ột s ố điều ki ện b ất thu ận và g ắn v ới chuy ển đổ i c ơ c ấu cây tr ồng nh ằm s ử d ụng hi ệu qu ả nh ất tài nguyên thiên nhiên ( đất, khí h ậu, ngu ồn nước) h ạn ch ế d ần nh ập kh ẩu, ti ến t ới t ự đáp ứng được nhu cầu ngô trong nước, góp ph ần nâng cao giá tr ị thu nh ập cho nông dân và phát tri ển ổn đị nh mà ngô v ụ Đông sau đấ t lúa ở vùng đồng b ằng sông H ồng là m ột ví d ụ điển hình (c ần có b ộ gi ống thích h ợp, cho n ăng su ất cao và ch ịu rét). CH ƯƠ NG 2 VẬT LI ỆU, N ỘI DUNG VÀ PH ƯƠ NG PHÁP NGHIÊN C ỨU 2.1. Vật li ệu nghiên c ứu - Gồm 53 dòng t ự ph ối ngô t ẻ đời t ự ph ối t ừ S8 – S12, trong đó có 49 dòng nghiên c ứu và 4 dòng đối ch ứng là C88N, T8, T5, DF5. - Hai cây th ử T5 và B67CT. - Các gi ống đối ch ứng là nh ững gi ống ngô lai th ươ ng mại đang được tr ồng rộng rãi ở nh ững vùng s ản xu ất ngô trong v ụ Đông t ại ĐBSH gồm LVN4, LVN99, DK9901, DK6919. - Các v ật t ư thí nghi ệm và hóa ch ất: Đệm chi ết: (1M Tris-HCl, pH 8.0; 0.5M EDTA pH 8.0; 2.5N NaCl; 10% SDS), 5M Potassium acetate, Isopropanol, 70% ethanol, TE 0.1X (10mM Tris, pH8.0; 1mM EDTA, pH8.0). 2.2. N ội dung nghiên c ứu (1) Đánh giá và ch ọn l ọc dòng ngô thu ần ch ịu rét, chín s ớm: - Đánh giá đặc điểm nông sinh h ọc v ề th ời gian sinh tr ưởng, đặc điểm hình thái, kh ả năng ch ống ch ịu, y ếu t ố cấu thành n ăng su ất và n ăng su ất. - Sàng l ọc dòng có kh ả năng ch ịu rét, chín s ớm b ằng ch ỉ số ch ọn l ọc.
12. 10 - Phân tích đa d ạng di truy ền c ủa các dòng được ch ọn l ọc b ằng ch ỉ th ị phân t ử SSR. (2) Đánh giá KNKH c ủa các dòng ngô và tuy ển ch ọn t ổ hợp lai tri ển v ọng: - Đánh giá KNKH v ề năng su ất c ủa các dòng chín s ớm, ch ịu rét. - Kh ảo sát tuy ển ch ọn các t ổ hợp lai tri ển v ọng (lai đỉnh, diallel). (3) Kh ảo nghi ệm đánh giá các THL tri ển v ọng t ại các t ỉnh ĐBSH: - Đánh giá đặc điểm nông sinh h ọc c ủa các THL tri ển v ọng t ại ĐBSH. - Đánh giá tính ổn định v ề năng su ất c ủa các THL tri ển v ọng t ại ĐBSH. (4) Kh ảo nghi ệm và phát tri ển gi ống m ới: Kh ảo nghi ệm c ơ b ản; Kh ảo nghi ệm s ản xu ất. 2.3. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu 2.3.1. Ph ươ ng pháp thi ết k ế thí nghi ệm đồng ru ộng - Gồm thí nghi ệm đánh giá dòng, t ự ph ối phát tri ển dòng thu ần, thí nghi ệm đánh giá và so sánh t ổ hợp lai áp d ụng theo PP của Gomez and Gomez (1984). - Thí nghi ệm đánh giá t ổ hợp lai ở một s ố điều ki ện môi tr ường theo ph ươ ng pháp c ủa Ketthaisong et al. (2015) và Khampas et al. (2015). - Gi ống ngô đối ch ứng trong các thí nghi ệm đánh giá và so sánh t ổ hợp lai là LVN4, LVN99 có ngu ồn g ốc c ủa Vi ện Nghiên c ứu Ngô và gi ống DK9901, DK6919 có ngu ồn g ốc c ủa Công ty Monsanto. 2.3.2. Ph ươ ng pháp ch ọn t ạo dòng thu ần và đánh giá dòng thu ần - Chọn t ạo dòng thu ần s ử dụng ph ươ ng pháp t ự ph ối c ưỡng b ức. - Ph ươ ng pháp đánh giá dòng thu ần: Các dòng được duy trì 2 v ụ/n ăm trong t ập đoàn v ật li ệu nghiên c ứu, b ố trí liên ti ếp 15 - 20 hàng/dòng ph ục v ụ công tác lai t ạo. Đánh giá dòng được b ố trí theo kh ối ng ẫu nhiên hoàn ch ỉnh (RCBD), 3 l ần nh ắc l ại. M ỗi công th ức được gieo 2 hàng, m ỗi hàng 5 m, kho ảng cách 70 x 25 cm, 1 cây/ h ốc và theo dõi các ch ỉ tiêu theo h ướng d ẫn của QCVN 01-56: 2011/BNNPTNT. 2.3.3. Ph ươ ng pháp đánh giá kh ả năng k ết h ợp Ph ươ ng pháp đánh giá KNKH về năng su ất h ạt: Áp d ụng ph ươ ng pháp lai đỉnh (topcross). Các t ổ hợp lai đỉnh (công th ức) gi ữa 26 dòng và 2 cây th ử được so sánh giá theo s ơ đồ kh ối ng ẫu nhiên hoàn ch ỉnh, 3 l ần nh ắc l ại, m ật độ 5,7 v ạn cây/ha, kho ảng cách gieo 70 x 25 cm, 1 cây/h ốc. 2.3.4. Ph ươ ng pháp kh ảo sát các t ổ hợp lai đỉnh và lai luân phiên Các THL đỉnh và lai luân phiên được đánh giá theo s ơ đồ kh ối ng ẫu nhiên hoàn ch ỉnh (RCBD), 3 l ần nh ắc l ại, m ật độ 5,7 v ạn cây/ha, kho ảng cách gieo 70 × 25cm, 1 cây/h ốc. 2.3.5. Ph ươ ng pháp ch ọn l ọc dòng b ằng ch ỉ số ch ọn l ọc Sử dụng Ch ươ ng trình “Chondong” trong b ộ Di truy ền s ố lượng c ủa Nguy ễn Đình Hi ền và đồng tác gi ả (2007). Trên c ơ s ở số li ệu thu th ập được đối v ới các tính tr ạng quan tâm trong quá trình đánh giá dòng.