Đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng kết hợp của 28 dòng ngô đơn bội kép được tạo ra bằng phương pháp kích tạo đơn bội kép được tạo ra bằng phương pháp kích tạo đơn bộ

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

-----------------*-------------------

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ
KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA 28 DỊNG NGƠ ĐƠN BỘI KÉP
ĐƯỢC TẠO RA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH TẠO ĐƠN BỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NƠNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2015
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

-----------------*-------------------

NGUYỄN ĐỨC THÀNH

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ
KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA 28 DỊNG NGƠ ĐƠN BỘI KÉP
ĐƯỢC TẠO RA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍCH TẠO ĐƠN BỘI

Chuyên nghành: Di truyền và Chọn giống Cây trồng

Mã số: 60.62.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
Người hướng dẫn khoa học
TS. Đặng Ngọc Hạ

HÀ NỘI - 2015

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài, tôi luôn nhận được sự quan
tâm và giúp đỡ của các cơ quan, thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và gia đình.
Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Đặng Ngọc Hạ đã tận
tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài và hồn
thành luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn trân thành tới Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu
Ngô và tập thể cán bộ Bộ môn Chọn tạo giống ngô, Bộ môn Công nghệ Hạt
giống đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài
Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới bạn bè, đồng nghiệp và gia đình
đã luôn động viên, chia sẻ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn.
Hà Nội, ngày………tháng……….năm 2015
Tác giả

Nguyễn Đức Thành

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của tơi dưới sự
chỉ dẫn của Thầy hướng dẫn, Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô và sự giúp đỡ
của đồng nghiệp trong Tổ tạo dòng Ngô Công nghệ cao – Bộ môn chọn tạo
giống. Kết quả nghiên cứu, số liệu trong luận văn là hoàn tồn trung thực.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận văn.
Hà Nội, ngày………tháng……….năm 2015
Tác giả

Nguyễn Đức Thành

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................ v
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................. vi
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU................. 5
1.1. Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới và ở Việt Nam................................. 5

1.1.1. Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới ................................................ 5
1.1.2 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam.................................................. 6
1.2. Giống ngô lai và phương pháp tạo giống ngô lai ..................................... 7
1.2.1. Giống ngô lai .................................................................................. 7
1.2.2. Phương pháp tạo giống ngô lai ........................................................ 7
1.3. Dòng thuần, các phương pháp tạo dòng thuần ......................................... 8
1.3.1. Dòng thuần ..................................................................................... 8
1.3.2. Các phương pháp tạo dòng thuần .................................................... 9
1.4. Phương pháp tạo dịng bằng cây kích tạo đơn bội .................................. 15
1.5. Đánh giá dòng về các đặc tính nơng sinh học ........................................ 19
1.6. Ưu thế lai và ứng dụng ưu thế lai trong chọn tạo giống ......................... 20
1.6.1. Khái niệm về ưu thế lai ................................................................. 20
1.6.2. Các thuyết giải thích hiện tượng ưu thế lai .................................... 21
1.6.3. Phương pháp xác định ƯTL .......................................................... 22
1.6.4. Ứng dụng ƯTL về năng suất trong chọn tạo giống ngô ................. 22

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 28
2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................... 28
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 30
2.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 31
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu trên đồng ruộng ..................................... 31
2.3.2. Phương pháp tính tốn và xử lý số liệu: ........................................ 34
2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu.......................................................... 34
2.4.1. Thời gian nghiên cứu .................................................................... 34
2.4.2. Địa điểm nghiên cứu ..................................................................... 34

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ....................... 35
3.1. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học của 28 dịng ngơ đơn bội kép...... 35
3.1.1. Thời gian sinh trưởng và đặc điểm hình thái của 28 dịng ngơ DH.... 35
3.1.2. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dịng ngơ ..... 39
3.1.3. Khả năng chống chịu với một số sâu bệnh chính và khả năng
chống đổ của các dịng ngơ nghiên cứu................................................... 42
3.2. Kết quả khảo sát đánh giá các tổ hợp lai đỉnh vụ Thu Đông 2014.......... 45
3.2.1. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai đỉnh 1 vụ Thu Đông
năm 2014 ................................................................................................ 45
3.2.2. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai đỉnh 2 vụ Thu Đông
năm 2014 ................................................................................................ 47
3.2.3. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh 1 ................................. 49
3.2.4. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh 2 ................................. 51
3.2.5. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai đỉnh ... 52
3.2.6. Một số đặc điểm chống chịu của các tổ hợp lai đỉnh ..................... 59
3.3. Kết quả đánh giá khả năng kết hợp tính trạng năng suất của các dịng
ngơ DH bằng phương pháp lai đỉnh vụ Thu Đông 2014 ............................... 62
3.3.1. Đánh giá khả năng kết hợp tính trạng năng suất của 14 dịng
Học viện Nơng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


ngô DH lai đỉnh 1 vụ Thu Đông 2014 ..................................................... 62
3.3.2. Kết quả đánh giá khả năng kết hợp tính trạng năng suất của 14
dịng ngơ DH lai đỉnh 2 vụ Thu Đông 2014 ............................................ 65
3.4. Ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai vụ Thu Đông năm 2014 ........ 68
3.4.1. Ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai đỉnh 1........................... 68
3.4.2. Ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai đỉnh 2........................... 69
3.5. Kết quả thí nghiệm so sánh THL triển vọng tại Trung tâm Nghiên

cứu và Sản xuất giống ngô Sông Bôi vụ Thu Đông năm 2015 ...................... 71
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................... 74
DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ...................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 77
PHỤ LỤC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Giải thích
AFLP
Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều
dài đoạn nhân bản
Bộ NN & PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
CIMMYT
Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo Trung tâm nghiên cứu ngô và lúa mỳ quốc tế
CS
Cộng sự
CV
Coefficients of variation - Hệ số biến động
DH
Double haploid - Đơn bội kép
Đ/c

Đối chứng
FAOSTAT
Food and Agriculture Organization of the United Nations
statistics division – Cơ sở dữ liệu thống kê của tổ chức nông
nghiệp và lương thực thế giới
GMP
Global Maize Program – Chương trình ngơ tồn cầu
Ưu thế lai thực
HBP
Hs
Ưu thế lai chuẩn
KNKH
Khả năng kết hợp
P1000 hạt
Khối lượng 1000 hạt
RFLP
Restric tion Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều
dài đoạn cắt giới hạn
RAPD
Randomly Amplified Polymorphic DNA - Đa hình các
đoạn ADN được khuếch đại ngẫu nhiên
SSA
Simple Sequence Repeats - Sự lặp lại trình tự đơn giản
SNP
Single Nucleotide Polymorphism - Đa hình nucleotide đơn
TB
Trung bình
TGST
Thời gian sinh trưởng
THL

Tổ hợp lai
ƯTL
Ưu thế lai
USDA
United States Department of Agriculture – Bộ Nông nghiệp
hoa kỳ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


v

DANH MỤC CÁC BẢNG
TT bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô của thế giới và một số nước sản
xuất ngô lớn năm 2012 - 2013 ........................................................................ 5
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng ngơ của Việt Nam giai đoạn
1991 – 2013 ............................................................................................. 6
Bảng 2.1. Danh sách dịng tham gia thí nghiệm ............................................ 28
Bảng 2.2. Danh sách dòng và các THL được tạo ra từ lai đỉnh 1 .................. 29
Bảng 2.3. Danh sách dòng và các THL được tạo ra từ lai đỉnh 2 .................. 30
Bảng 3.1. Thời gian sinh trưởng của các dịng ngơ vụ Xuân 2014 ................ 36
Bảng 3.2. Đặc điểm hình thái của 28 dịng ngơ DH vụ Xn 2014 ............... 38

Bảng 3.3. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 28 dịng ngơ DH40
Bảng 3.4. Khả năng chống chịu của các dịng ngơ vụ Xn 2014 ................. 43
Bảng 3.5. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai đỉnh 1 ............................ 46
Bảng 3.6. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai đỉnh 2 ............................ 48
Bảng 3.7. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh 1 ................................ 50
Bảng 3.8. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh 2 ................................ 51
Bảng 3.9. Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai đỉnh 1 ............. 53
Bảng 3.10. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất các tổ hợp lai đỉnh 1 .. 54
Bảng 3.11. Các yếu tố cấu thành năng suất của tổ hợp lai đỉnh 2 .................. 56
Bảng 3.12. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất các tổ hợp lai đỉnh 2 .. 58
Bảng 3.13. Một số đặc điểm chống chịu của các tổ hợp lai đỉnh 1 ................ 59
Bảng 3.14. Một số đặc điểm chống chịu của các tổ hợp lai đỉnh 2 ................ 61
Bảng 3.15. Bảng phân tích phương sai trong thí nghiệm lai đỉnh 1 ............... 62
Bảng 3.16. Giá trị KNKH chung của các dòng và cây thử trong lai đỉnh 1 ... 63
Bảng 3.17. Phương sai KNKHR về năng suất dòng với cây thử ................... 64
Bảng 3.18. Bảng phân tích phương sai trong thí nghiệm lai đỉnh 2 ............... 65
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


Bảng 3.19. Giá trị KNKH chung của các dòng và cây thử trong lai đỉnh 2 ... 66
Bảng 3.20. Phương sai KNKHR về năng suất của các dòng với cây thử....... 67
Bảng 3.21. Ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai đỉnh 1 ........................ 68
Bảng 3.22. Ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai đỉnh 2 ........................ 70
Bảng 3.23. Kết quả đánh giá THL triển vọng trong thí nghiệm so sánh giống
của Viện Nghiên cứu Ngơ tại Lạc Thủy – Hịa Bình vụ Thu Đông năm 2015 .. 72

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC CÁC HÌNH
TT hình

Tên hình

Trang

Hình 1.1. Tạo dịng theo phương pháp truyền thống ..................................... 16
Hình 1.2. Tạo dịng bằng phương pháp kích tạo đơn bội .............................. 17
Hình 1.3. Biểu đồ tốc độ tăng trưởng về năng suất ngô Việt Nam giai đoạn
1995 - 2011 .................................................................................................. 23

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngơ (Zea mays L.), lúa gạo và lúa mì là ba cây lương thực quan
trọng trên thế giới. Năm 2013, ngô với diện tích đứng thứ 2 sau lúa mì;
năng suất và sản lượng cao nhất trong các cây ngũ cốc (FAOSTAT,
2015)[58]. Ngô được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: Làm
lương thực cho người, thức ăn chăn nuôi, làm nguyên liệu cho ngành công
nghiệp nhẹ, dược phẩm và làm nguyên liệu để sản xuất ethanol.... Sản
lượng ngô xuất khẩu trên thế giới trung bình hàng năm từ 82,6 đến 86,7
triệu tấn. Trong đó, lượng ngơ do Mỹ xuất khẩu chiếm tới 36,79%. Theo

thống kê của Bộ Nông nghiệp Hoa kỳ, đến tháng 10 năm 2015, nước Mỹ
có diện tích và sản lượng ngô đứng đầu thế giới, với sản lượng chiếm
35,4% tổng sản lượng ngơ tồn cầu. (https:// usda.gov, 2015)[61].
Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và
là cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau,
đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Cây ngô không chỉ
cung cấp lương thực cho người, làm lương thực chính cho người dân tộc
thiểu số ở vùng núi cao có điều kiện khó khăn mà cịn là nguồn nguyên liệu
chính cho nghành chế biến thức ăn chăn nuôi. Sản xuất ngô cả nước qua
các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất, sản lượng: năm 2001
tổng diện tích ngơ là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triệu ha;
năm 2013, diện tích ngơ cả nước 1172,5 nghìn ha, năng suất 44,3 tạ/ha, sản
lượng gần 5,2 triệu tấn. Tuy vậy, cho đến nay sản xuất ngô ở nước ta phát
triển chưa tương xứng với tiềm năng, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng
trong nước, bảy thàng đầu năm 2015 nước ta phải nhập khẩu 3,6 triệu tấn
ngô hạt với trị giá 824 triệu USD tăng 68,64% về lượng và 55,91 % về giá
so với cùng kỳ năm 2014 (, 2015)[60].
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


Trước thực trạng đó, Bộ Nơng nghiệp và Phát triển nông thôn đã đề
ra những chiến lược phát triển nông nghiệp nông thôn giai đoạn 2011 –
2020. Theo dự báo nhu cầu ngô của Việt Nam đến năm 2020 là 7,2 triệu
tấn. Để đáp ứng nhu cầu ngô trong nước, trong 5 năm tới việc tăng năng
suất, sản lượng ngô trong nước đang được đảng và nhà nước quan tâm.
Trong đó, tập trung vào ứng dụng cơng nghệ cao trong tạo dịng, tạo giống
mới có năng suất cao, chống chịu tốt, thích ứng với biến đổi khí hậu.
Trong tạo giống, để tạo được một giống ngô lai, các nhà chọn tạo

giống phải tiến hành trình tự theo các bước: Tạo dòng, đánh giá và chọn
dòng, thử khả năng kết hợp chung và riêng, khảo sát đánh giá con lai về
các tính trạng mong muốn. Tuy nhiên cơng tác tạo dịng bằng phương
pháp truyền thống từ trước đến nay gặp một số bất cập như: Phải mất thời
gian 6 – 8 vụ để tạo được một dòng thuần bằng phương pháp tự phối với
độ thuần 99,2% alen đồng hợp tử (Forster and Thomas, 2005; Geiger H.H
and Gordillo, 2009) [29],[30]. Khắc phục nhược điểm trên, gần đây
phương pháp tạo dịng bằng cơng nghệ kích tạo đơn bội được nhiều cơng
ty đa quốc gia như Syngenta, Monsanto, Pioneer và các tổ chức quốc tế
(Trung tâm cải tạo ngô và lúa mỳ quốc tế - CIMMYT, đại học –
Hoheheim – Đức,…) áp dụng. Phương pháp này với nhiều ưu điểm
(Geiger H.H and Gordillo, 2009)[30] i) Thời gian tạo dòng thuần nhanh,
chỉ mất 2 vụ; ii) Các dòng được tạo ra là dòng đơn bội kép (DH), có độ
đồng hợp tử 100%; iii) Từ một nguồn vật liệu ban đầu tạo được nhiều
dòng khác nhau; vi) Quy trình thực hiện đơn giản, các bước thực hiện chủ
yếu ngồi đồng ruộng. Nhận thấy, cơng nghệ tạo dịng mới này có nhiều
ưu điểm, Viện Nghiên cứu Ngơ đã đề xuất chương trình hợp tác với
CIMMYT thơng qua “Dự án sản xuất giống ngô lai giai đoạn 2011 – 2015”
để nhập công nghệ này về Việt Nam. Qua 3 năm thực hiện với sự hỗ trợ của
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


các chuyên gia CIMMYT Viện đã áp dụng thành công cơng nghệ “Tạo dịng
đơn bội kép bằng cây kích tạo đơn bội” và tạo ra hàng trăm dòng DH. Để
đánh giá tiềm năng của các dòng DH, đề tài: “Đánh giá đặc điểm nông sinh
học và khả năng kết hợp của 28 dịng ngơ đơn bội kép được tạo ra bằng
phương pháp kích tạo đơn bội” được thực hiện.
2. Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu:
- Đánh giá đặc điểm nông sinh học chính của 28 dịng đơn bội kép
(DH) được tạo ra bằng phương pháp kích tạo đơn bội.
- Xác định khả năng kết hợp tính trạng năng suất của 28 dòng DH bằng
lai đỉnh (topcross), xác định ưu thế lai (ƯTL) của các tổ hợp lai và lựa chọn
được từ 1 đến 2 tổ hợp lai (THL) triển vọng.
- Yêu cầu của đề tài:
+ Đánh giá được một số đặc điểm nơng sinh học chính của 28 dịng DH
về thời gian sinh trưởng, đặc điểm hình thái, khả năng chống chịu, các yếu tố cấu
thành năng suất và năng suất.
+ Khảo sát các THL, đánh giá khả năng kết hợp về năng suất của các
dòng bằng phương pháp lai đỉnh.
+ Xác định ƯTL về năng suất của các tổ hợp lai và lựa chọn được từ 1 đến
2 tổ hợp lai triển vọng có năng suất cao, chống chịu tốt.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Kết quả của đề tài sẽ giúp cho các nhà tạo giống của Viện đánh giá
được tiềm năng của các dòng DH nhằm đưa ra định hướng cho nghiên cứu và
ứng dụng cơng nghệ kích tạo trong chọn tạo giống ngô lai.
- Bổ sung những thông tin khoa học cần thiết về tập đồn dịng DH phục
vụ cho cơng tác nghiên cứu chọn tạo giống.
- Giới thiệu từ 1 đến 2 tổ hợp lai ưu tú là sản phẩm của đề tài.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu 28 dịng ngơ DH được tạo ra bằng phương pháp “Kích
tạo đơn bội” trong tập đồn dịng của Viện Nghiên cứu Ngơ. 28 dịng ngơ đơn

bội kép được tạo ra từ các giống ngô lai đơn thương mại tốt của 2 công ty
giống Syngenta và Monsato.
Phạm vi nghiên cứu
Thí nghiệm đánh giá đặc điểm nơng sinh học của dòng và khảo sát tổ
hợp lai tạo ra từ lai đỉnh 1 và 2 được thực hiện lần lượt ở vụ Xuân và Thu
Đông năm 2014 tại khu thí nghiệm của Viện Nghiên cứu Ngơ.
Thí nghiệm khảo nghiệm giống tác giả (so sánh THL triển vọng)
được thực hiện tại khu thí nghiệm của Trung tâm Nghiên cứu ngơ Sông
Bôi – Viện Nghiên cứu Ngô, huyện Lạc Thủy tỉnh Hịa Bình trong vụ Thu
Đơng năm 2015.

Học viện Nơng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1. Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới
Ngơ (Zea mays L.), cùng với lúa gạo và lúa mì là ba cây lương thực quan
trọng trên thế giới và là cây được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi chính hiện
nay. Ngành sản xuất ngơ thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20, trong đó ngơ là
cây trồng có tốc độ tăng trưởng cao nhất trong số những cây lương thực về ba
chỉ tiêu chính là: năng suất, diện tích và sản lượng. (FAOSTAT, 2015) [59].
Năm 1961, diện tích ngơ tồn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4
tạ/ha, sản lượng 205 triệu tấn, đến năm 2009, diện tích trồng ngơ thế giới đạt
khoảng 159,5 triệu ha, năng suất bình quân 51,3 tạ/ha, sản lượng 817,1 triệu
tấn và năm 2013 diện tích trồng ngơ là 184,19, năng suất đạt 55 tạ/ha, sản
lượng 1016,74 triệu tấn. Trong đó, Mỹ, Trung Quốc, Braxin là những nước

đứng đầu về diện tích và sản lượng.
Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô của thế giới và một số nước
sản xuất ngô lớn năm 2012 - 2013
Quốc gia

DT
(Triệu ha)
Thế giới
178,55
Mỹ
35,36
Trung Quốc
35,05
Brazil
14,20
Ấn Độ
8,71
Argentina
3,70
Mexico
6,92
Indonesia
3,96
Philippin
2,59

Năm 2012
Năm 2013
NS
SL

DT
NS
SL
(Tạ/ha)
(Triệu tấn) (Triệu ha)
(Tạ/ha)
(Triệu tấn)
48,88
872,79
184,19
55,2
1016,74
77,44
273,82
35,48
99,69
353,70
58,70
205,72
35,28
61,75
217,83
50,06
71,07
15,32
52,58
80,54
25,56
22,26
9,50

24,51
23,29
57,35
21,20
4,86
66,04
32,12
31,87
22,07
7,10
31,94
22,66
48,98
19,39
3,82
48,44
18,51
28,55
7,41
2,56
28,76
7,34

Nguồn: FAOSTAT, 2015 [59]
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


1.1.2 Tình hình sản xuất ngơ ở Việt Nam

Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng ngơ của Việt Nam giai đoạn
1991 – 2013
Diện tích

Năng suất

Sản lượng

Năm

(nghìn ha)

(tạ/ha)

(nghìn tấn)

1991

447,6

15,0

672,0

2000

730,2

27,5

2005,9

2005

1052,6

36,0

3787,1

2008

1140,2

40,1

4573,1

2009

1089,2

40,1

4371,7

2010

1125,7

41,1

4625,7

2011

1121,3

43,1

4835,6

2012

1156,6

43,0

4973,6

2013

1172,5

44,3

5193,5

Nguồn: Tổng cục thống kê, 2015 [59]
Tại Việt Nam cây ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa

nước và là cây màu quan trọng nhất. Cây ngô không những cung cấp lương
thực cho người, làm thức ăn cho chăn ni mà cịn cung cấp ngun liệu cho
các nghành công nghiệp để chế biến nhiên liệu sinh học, làm bánh kẹo, đóng
đồ hộp, làm dược phẩm.....Ngành sản xuất ngô của Việt Nam tăng trưởng
liên tục trong 25 năm qua. Thành cơng đó có phần đóng góp quan trọng của
chương trình phát triển giống ngơ lai do Việt Nam chọn tạo và các công ty
giống đa quốc gia đưa vào trồng trên phạm vi cả nước. Năm 1991, diện tích
trồng giống lai chiếm chưa đến 1% của hơn 447 nghìn hecta trồng ngơ, năng
suất đạt 15,0 tạ/ha và sản lượng đạt 672 nghìn tấn đến năm 2013 diện tích
trồng ngô là 1.170.322 ha, với khoảng trên 95% trồng bằng giống ngơ lai,
năng suất trung bình 44,35 tạ/ha và tổng sản lượng gần 5,2 triệu tấn. So với
năm 1990 khi chưa trồng giống lai thì diện tích tăng 2,9 lần và sản lượng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


tăng 2,6 lần. Mặc dầu vậy, năng suất ngô của Việt Nam vẫn chỉ bằng 80% so
với năng suất ngô trung bình của thế giới (FAOSTAT, 2015) [58].
1.2. Giống ngơ lai và phương pháp tạo giống ngô lai
1.2.1. Giống ngô lai
Giống ngô lai là một trong những thành tựu khoa học nông nghiệp nổi
bật của thế kỷ XX, được tạo ra là nhờ ứng dụng ƯTL trong tạo giống. Về bản
chất giống ngô lai là kết quả của tác động gen trội và hiệu ứng siêu trội.
Giống ngơ lai có một số đặc điểm chính như: Có nền di truyền hẹp, thường
thích ứng hẹp; Yêu cầu thâm canh cao; Độ đồng đều tốt; Năng suất cao.
Giống ngô lai được chia thành hai loại như sau:
* Giống ngô lai không quy ước (Non – Conventional hybrid): Là
giống lai được tạo ra trong đó có ít nhất một thành phần bố mẹ khơng phải là
dịng thuần.

- Giống x Giống.
- Dịng x Giống (lai đỉnh).
- Gia đình x Gia đình.
- Lai đơn x Giống (lai đỉnh kép).
* Giống lai quy ước: Giống lai quy ước là giống lai giữa các dòng thuần.
- Lai đơn (A x B).
- Lai ba [(A x B) x C].
- Lai kép [(A x B) x (C x D)].
Trong đó A, B, C, D là những dịng tự phối.
1.2.2. Phương pháp tạo giống ngô lai
Theo phương pháp chuẩn (Standard Method), chọn tạo giống ngô lai
quy ước gồm ba bước cơ bản như sau:
- Phát triển dòng thuần: Phát triển dịng thuần có tiềm năng sử dụng
làm bố mẹ cho các giống ngô lai thương mại năng suất cao, ổn định là mục
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


tiêu cơ bản của các chương trình chọn tạo giống. Tỷ lệ dòng thuần được sử
dụng chiếm từ 0,01 đến 0,1% (Hallauer và Miranda, 1981) [33] vì vậy cơng
việc tạo dịng là cơng việc thường xun của các nhà chọn tạo giống.
- Thử khả năng kết hợp của các dòng thuần bằng lai đỉnh và lai luân
phiên: Trong công tác tạo giống ngơ tạo dịng khơng phải là giai đoạn khó
khăn nhất. Đánh giá dịng mới là quan trọng nhất. Cho đến nay con đường
chắc chắn nhất để đánh giá KNKH dịng thuần vẫn là thơng qua lai thử và thử
nghiệm các thế hệ con lai. Lai luân phiên là phương pháp hiệu quả để xác
định giá trị của mỗi dòng và mỗi cặp lai nhưng trên thực tế nếu áp dụng ngay
từ ban đầu thì vơ cùng khó khăn do khối lượng cơng việc lớn. Vì vậy, các nhà
chọn tạo giống thường lựa chọn lai đỉnh là lai các dòng cần xác định khả năng

kết hợp với cùng một dạng cây thử để xác định những dịng có khả năng kết
hợp chung cao sau đó lai luân phiên các dịng có khả năng kết hợp chung cao
với nhau (Ngơ Hữu Tình, 2009) [15].
- Kết hợp các dịng thuần ưu tú trong con lai ưu thế cao: Từ kết quả thí
nghiệm lai đỉnh và lai luân phiên, các nhà tạo giống chọn ra được những dịng
có KNKH cao. Tập hợp tất cả các dịng này gọi là tập đồn dịng ưu tú.
Những cặp lai ưu tú có ưu thế cao hơn những giống đối chứng đang sử dụng
rộng rãi trong vùng sẽ được lựa chọn đưa đi khảo nghiệm cơ bản, khảo
nghiệm sản xuất và khảo nghiệm đánh giá tính khác biệt, tính đồng nhất, tính
ổn định của giống (DUS).
1.3. Dòng thuần, các phương pháp tạo dòng thuần
1.3.1. Dòng thuần
Dòng thuần là khái niệm tương đối để chỉ các dòng tự phối đã đạt đến độ
đồng hợp tử và ổn định ở nhiều tính trạng. Đối với ngơ, thường sau 6-8 đời tự
phối các dòng đạt đến độ đồng đều cao ở các tính trạng như chiều cao cây, chiều
cao đóng bắp, năng suất, màu và dạng hạt… và được gọi là “dịng thuần”.
Học viện Nơng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


Cơng việc chọn tạo dịng thuần có tiềm năng sử dụng làm bố mẹ cho
các giống lai năng suất cao, ổn định, thích nghi với các vùng sinh thái khác
nhau là công việc quan trọng và là mục tiêu cơ bản của chương trình tạo
giống ngơ lai năng suất cao.
1.3.2. Các phương pháp tạo dòng thuần
1.3.2.1. Tạo dòng bằng phương pháp truyền thống
* Phương pháp tạo dòng thuần bằng tự phối (selfing)
Phương pháp tự phối (phương pháp chuẩn – Standard method) bắt
đầu nghiên cứu từ năm 1904 và công bố vào năm 1908 (Shull, 1908)[48].

Tự phối là quá trình thụ phấn cưỡng bức ở cây giao phấn. Cây ngô là cây
giao phấn nên cá thể là dị hợp và quần thể là dị gen, để chọn được kiểu gen
mong muốn thơng qua kiều hình là vơ cùng khó khăn. Tự phối là biện pháp
đồng huyết hóa nhanh nhất đề đạt được đồng hợp tử cao ở các thế hẹ sau.
Các nguồn vật liệu tốt có nhiều tính trạng nơng sinh học quý được quan
tâm, gieo trồng ở các bãi cách ly, các bắp tốt được chọn lọc và gieo theo
kiểu bắp/hàng và được đánh giá chọn lọc qua các thế hệ để tạo dòng thuần.
Ưu điểm của phương pháp này là nhanh chóng đạt đến độ đồng hợp tử với
tỷ lệ ngày càng cao ở các thế hệ tiếp theo. Nhược điểm của phương pháp
này là tự phối liên tục gây ra suy giảm sức sống, năng suất và chậm ra hoa
(Ngơ Hữu Tình, 2009) [15].
Trong phương pháp chọn tạo dịng bằng phương pháp tự phối việc chọn
lọc là cơng việc quan trọng để loại bỏ những dòng xấu và lựa chọn được
những dịng tốt. Cơng việc chọn lọc dịng căn cứ vào mục tiêu của từng nhà
tạo giống. Tuy nhiên, chọn dịng đều thơng qua việc đánh giá về các tính
trạng như: Khả năng sinh trưởng phát triển, khả năng chống chịu, các yếu tố
cấu thành năng suất và năng suất của vật liệu. Công việc chọn lọc được tiến
hành vào các thời kỳ: Thời kỳ mọc, giai đoạn trước tung phấn phun râu, giai
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


đoạn tung phấn phun râu và giai đoạn thu hoạch. Chọn lọc các gia đình ưu tú
và chọn lọc các cá thể trong các gia đình. Độ lớn của vật liệu ban đầu và độ
lớn của mẫu sau từng thế hệ tùy thuộc vào vật liệu ban đầu, với vật liệu ban
đầu có nền di truyền rộng (quần thể, giống thụ phấn tự do...) thì yêu cầu mẫu
lớn, với vật liệu ban đầu có nền di truyền hẹp (giống lai đơn) thì mẫu nhỏ
hơn. Độ lớn mẫu ở các đời tự phối còn phụ thuộc vào kinh nghiệm của từng
nhà tạo giống (các chuyên gia có kinh nghiệm tạo giống lâu năm có thể chọn

mẫu nhỏ hơn những người ít kinh nghiệm ).
* Tạo dòng thuần bằng phương pháp cận phối (Fullsib hoặc sib)
Tạo dòng bằng phương pháp cận phối là phương pháp tạo “dòng rộng”
được Stringfield, Cornelius và Dudley đề xuất thay thế cho phương pháp tự
phối. Tự phối liên tục làm cho các alen được định vị trong điều kiện đồng hợp
tử quá nhanh dẫn đến suy giảm sức sống và năng suất. Để khắc phục điểm
yếu này, phương pháp thụ phấn chị em có cường độ đồng huyết thấp hơn (ba
lần fullsib tương ứng với một lần tự phối), sẽ giữ được độ biến động lớn hơn,
tạo cơ hội hơn cho chọn lọc giữa và trong các thế hệ. Hướng tạo dịng rộng có
thể tạo ra những dịng có sức sống và năng suất tốt hơn rút dịng bằng tự phối
(Ngơ Hữu Tình, 2009) [15].
* Tạo dịng thuần bằng phương pháp thuần hố tích hợp
Thuần hố tích hợp (Additivo-cumulative Inbreeding) là phương pháp
tạo dòng thuần nhằm kết hợp tối đa được các gen điều khiển tính trạng nằm ở
các vị trí locus khác nhau và tích luỹ được các alen quản lý các tính trạng trên
locus trong quá trình làm thuần. Theo lý thuyết di truyền số lượng, bằng
phương pháp thuần hố tích hợp có thể cải thiện tần suất gen cần quan tâm và
như vậy với một giá trị trung bình náo đó của gen khi tần suất được tăng lên
thì tác động của nó sẽ tăng lên. Áp dụng phương pháp thuần hóa tích hợp Ngơ
Hữu Tình và cộng sự đã tạo ra tập đồn dịng đại diện cho những kiểu gen
Học viện Nơng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


khác nhau (ngắn ngày, trung ngày, dài ngày, tán lá gọn, tán lá bó, dạng cây
thấp, dạng cây lùn, dạng hạt đá, dạng hạt răng ngựa, dạng nhiều bắp....) từ
giống ngơ MSB2649 (Ngơ Hữu Tình, 2009) [15].
Cơ sở lý thuyết của phương pháp: Những tính trạng được các nhà chọn
tạo giống quan tâm thường là các tính trạng số lượng, do nhiều gen nằm trên

một hoặc nhiều nhiễm sắc thể (NST) khác nhau điều khiển. Ví dụ như, tính
trạng X do 3 gen A, B và C điều khiển trong đó 2 gen A và B nằm trên NST
1, gen C nằm trên NST 3. Giả sử ở thế hệ S1 phát hiện 2 cá thể biểu hiện tính
trạng X: Cá thể 1 có kiểu gen A1A2B1B2, cá thể 2 có kiểu gen
A3A4B1B2C1C2. Nếu tiếp tục tự phối, các kiểu gen trên sẽ được định vị.
Nếu thụ phấn cây 1 x cây 2 sẽ thu được cá thể có kiểu gen
A1A2A3A4B1B2C1C2 với tần suất gen A được tăng lên gấp đơi.
Đặc điểm của phương pháp tạo dịng thuần hóa tích hợp:
+ Tạo được dòng thuần khỏe, cải thiện và củng cố được tính trạng
mong muốn. Phương pháp này rất hiệu quả đối với những tính trạng quan sát
được trước giai đoạn tung phấn, phun râu.
+ Song song với tính trạng quan tâm, những đặc điểm liên kết được cải
thiện hơn.
+ Có thể loại bỏ những đặc điểm liên kết khơng mong muốn bằng cách
tiến hành xen kẽ một vài đời tự phối khi dòng đã ổn định.
+ Thời gian để tạo dòng bằng phương pháp thuần bằng phương pháp
này dài hơn và địi hỏi tính nhạy bén và kiên trì của nhà tạo giống.
* Chọn tạo dòng tương đồng: Phương pháp này xuất phát từ việc mong
muốn cải thiện những tính trạng tác động đến khả năng kết hợp của dòng
nhưng vẫn sử dụng tối đa, hiệu quả những đặc điểm tốt của dịng đã có sẵn.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp: Giả sử có 2 dịng A và B được xác
định kết hợp tốt với nhau trong phạm vi một tập đồn dịng (được gọi là
Học viện Nơng nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


trường kết hợp). Nếu cải thiện được KNKH của 2 dịng này có nghĩa là đã mở
rộng được khơng gian trường kết hợp mà không cần thay đổi cấu trúc thành
phần của tập đoàn.

Theo lý thuyết về di truyền số lượng thì giá trị kiểu hình tính trạng con
lai được xác định bởi công thức:
Yabe = m + ga + gb + sab + eabe
Trong đó:
Yabe: là giá trị kiểu hình tính trạng con lai
m: Giá trị trung bình
ga: Hiệu ứng khả năng kết hợp chung của dòng A
gb: Hiệu ứng khả năng kết hợp chung của dòng B
sab: Khả năng kết hợp riêng giữa dòng A và dòng B
eabe: Sai số thí nghiệm
Cơng thức trên cho thấy: Nếu KNKH chung của dịng A và B được cải
thiện thì sẽ tác động làm tăng giá trị kiểu hình Yabe. Tuy nhiên, giá trị KNKH
không đo đếm được nên phải tác động gián tiếp lên tính trạng có mối tương
quan với khả năng kết hợp (giả sử như tính trạng chiều dài bắp)
* Tạo dòng thuần bằng phương pháp chọn lọc phả hệ
Các thế hệ đời sau được phát triển từ quần thể nghiên cứu ban đầu
theo kiểu nội phối, chủ yếu là tự phối. Tiến hành chọn lọc phả hệ ở thế hệ F2
nhưng cũng có thể áp dụng đối với các thế phát triển từ các giống thụ phấn
tự do, giống hỗn hợp, giống tổng hợp hay quẩn thể backcross.... Trong qúa
trình chọn lọc thường kết hợp chọn hàng và cây/hàng không lặp lại. Hạt từ
cây được chọn gieo theo kiểu bắp/hàng vào vụ sau. Chọn lọc phả hệ có hiệu
quả cho các tính trạng có hệ số di truyền cao (Hallauer, 1990) [34]. Các tính
trạng năng suất cần được đánh giá lặp lại trong một số giai đoạn chọn lọc, có
thể ở thế hệ cận huyết sớm hay khi thế hệ chọn lọc đã đạt đồng hợp tử. Chọn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


lọc phả hệ được sử dụng rộng rãi trong việc tái tạo dịng cho những tính

trạng đặc thù.
* Tạo dịng thuần bằng phương pháp lai trở lại (Backcross)
Phương pháp tạo dòng bằng backcross là trường hợp đặc biệt của chọn
lọc phả hệ. Bằng phương pháp này các nhà chọn tạo giống có thể quy tụ được
nhiều tính trạng mong muốn vào một vật liệu, cải thiện một tính trạng nào đó
quan tâm. Ở thế hệ Backcross đầu tiên thu được 50% số cá thể đồng hợp tử có
tính trạng quan tâm, ở thế hệ backcross thứ 2 thu được 75% số các thể mang
nguồn gen của tính trạng quan tâm. Bằng phương pháp backcross có thể nâng
cao năng suất dịng nhờ chọn lọc được các gen quy định hiệu ứng cộng và khả
năng chống chịu (Lê Huy Hàm, 2003) [4]. Sử dụng phương pháp này vừa duy
trì được tính trạng tốt ban đầu của dòng, mặt khác gia tăng được các tính trạng
mong muốn trên cơ sở nâng cao tần suất các gen quy định tính trạng đó.
Phương pháp backcross trong cải tạo dòng đang được nhiều tác giả quan tâm
và nghiên cứu.
1.3.2.2. Phương pháp tạo dịng DH bằng ni cấy bao phấn và noãn chưa thụ
tinh (in vitro)
Phương pháp tạo dịng đơn bội kép bằng phương pháp ni cấy bao phấn
và hạt phấn tách rời được thực hiện thành cơng đầu tiên vào những năm 1975,
sau đó được nghiên cứu, hoàn thiện và ứng dụng ở những năm tiếp theo. Cấu
trúc dạng phơi hình thành từ ni cấy hạt phấn tách rời đã được nghiên cứu từ
cuối những năm 1980. Ứng dụng công nghệ nuôi cấy bao phấn và hạt phấn tách
rời đã mang lại hiệu quả cao trong tạo dịng đơn bội kép phục vụ cho các chương
trình chọn tạo giống.
Thành công của công nghệ nuôi cấy bao phấn và hạt phấn tách rời phụ
thuộc vào khả năng sinh sản đơn tính đực (androgenesis) của các nguồn vật liệu
ni cấy. Tần suất sinh sản đơn tính trong tự nhiên ở ngô khoảng 1/1000000,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13

trong đó sinh sản đơn tính đực khoảng 1/80000. Trong điều kiện in vitro, sự
thành công của kỹ thuật nuôi cấy bao phấn phụ thuộc vào kiểu gen, môi trường
nuôi cấy, điều kiện sinh trưởng của cây cho bao phấn và các biện pháp kỹ thuật
tác động. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng, khi bào tử phát triển ở giai
đoạn một nhân muộn và hai nhân sớm là giai đoạn thích hợp nhất đối với q
trình sinh sản đơn tính in vitro. Trong mơi trường cảm ứng, các tiểu bào tử có thể
thành callus hoặc tái sinh trực tiếp. Tuy vậy, vấn đề quan trọng trong q trình
ni cấy là tỷ lệ tái sinh cây.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi bổ sung thêm nguồn hidratcacbon
(đường) vào môi trường nuôi cấy với hàm lượng khác nhau cũng nâng cao tỷ lệ
tái sinh cây. Phản ứng tạo phôi và tái sinh cây cao nhất ở nồng độ đường là 9%.
Điều kiện sinh trưởng của cây cho bao phấn và mùa vụ cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ
phản ứng. Xử lý nhiệt độ để làm tăng khả năng phản ứng trong nuôi cấy bao
phấn như: Phương pháp xử lý lạnh trước khi ni cấy đã kích thích các bào tử
phát triển thành phôi, nhiệt độ và thời gian xử lý khác nhau thì hiệu quả ni cấy
cũng khác nhau. Ngoài ra, các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của
bào tử để tạo phôi và tái sinh cây như: pH môi trường, thời gian chiếu sáng trong
nuôi cấy, kỹ thuật chọn mẫu, soi mẫu, khử trùng, kỹ thuật cấy chuyển.....
Tại Việt Nam, kỹ thuật nuôi cấy bao phấn được nghiên cứu ứng dụng
trong chương trình chọn tạo giống lai khoảng từ 15 năm trước và đạt được
những thành công nhất định. Cho đến nay, phương pháp này đang được ứng
dụng để tạo dòng đơn bội kép ở Viện Nghiên cứu Ngô. Những nghiên cứu cải
tiến quy trình ni cấy nhằm nâng cao tỷ lệ tạo phơi và tái sinh cây như xử lý
nhiệt, cải tiến thành phần muối khống trong mơi trường ni cấy.... Phương
pháp truyền tính cảm ứng thơng qua lai nguồn có phản ứng cao với các vật liệu
của Việt Nam đã nâng cao tỷ lệ tạo phôi và tái sinh cây lên hàng chục lần. Áp
dụng phương pháp truyền tính cảm ứng, giai đoạn 1996 – 1998 Viện Nghiên cứu
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14