NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP CHỊU HẠN BẰNG CÔNG NGHỆ KÍCH TẠO ĐƠN BỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.22 MB, 245 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----- -----
NGUYỄN ĐỨC THÀNH
NGHIÊN CỨU TẠO DỊNG NGƠ ĐƠN BỘI KÉP
CHỊU HẠN BẰNG CƠNG NGHỆ KÍCH TẠO ĐƠN BỘI
PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGƠ LAI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
HÀ NỘI - 2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----- -----
NGUYỄN ĐỨC THÀNH
NGHIÊN CỨU TẠO DỊNG NGƠ ĐƠN BỘI KÉP
CHỊU HẠN BẰNG CƠNG NGHỆ KÍCH TẠO ĐƠN BỘI
PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGƠ LAI
Chun ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
Mã số: 9620111
LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Đặng Ngọc Hạ
2. PGS. TS. Nguyễn Thế Hùng
HÀ NỘI - 2023
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là cơng trình nghiên cứu của tơi dưới sự
chỉ dẫn của các thầy hướng dẫn và sự giúp đỡ của đồng nghiệp. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu trong luận án là hồn tồn trung thực, các thơng tin trích
dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc.
Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận án.
Tác giả
Nguyễn Đức Thành
LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện đề tài tơi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ
của Cơ quan, quý Thầy Cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình.
Trước tiên, tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện
Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Thông tin và Đào tạo Viện Khoa học
Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ trong suốt
quá trình học tập cũng như hồn thành luận án.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô, cán bộ Bộ
môn Nông học, Bộ môn Chọn tạo giống ngô, Bộ môn Công nghệ sinh học đã hỗ
trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho Tơi trong suốt q trình thực hiện luận án.
Đặc biệt, tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn khoa học
TS. Đặng Ngọc Hạ - Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Ngơ
PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Hai Thầy đã giành thời gian, tận tình hướng dẫn tơi thực hiện đề tài và
hồn thành luận án.
Tơi xin cảm ơn Ban quản lý Dự án cấp nhà nước “Nghiên cứu ứng dụng
cơng nghệ kích tạo đơn bội trong chọn tạo giống ngô lai”, Ban quản lý Đề tài
cấp bộ “Nghiên cứu chọn tạo giống ngô lai ngắn ngày, chịu hạn năng suất cao
phục vụ chuyển đổi cây trồng cho vùng Trung du miền núi phía Bắc”, tập thể
cán bộ Cơng ty cổ phần Giống cây trồng Nha Hố, Trung tâm Sản xuất giống
cây trồng Nha Hố đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tơi trong suốt
q trình thực hiện đề tài nghiên cứu.
Nhân dịp này, tơi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình và những
người thân đã động viên giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần để tơi hồn thành
luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Đức Thành
iii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan .................................................................................................................. i
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... ii
Mục lục .......................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt ................................................................................................. iv
Danh mục các bảng ..................................................................................................... vi
Danh mục hình.............................................................................................................. x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA
ĐỀ TÀI .......................................................................................................................... 4
1.1. Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới và ở Việt Nam ......................... 4
1.1.1 Tình hình sản xuất ngơ trên thế giới ................................................. 4
1.1.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ................................................ 5
1.2. Những nghiên cứu tạo dịng ngơ đơn bội kép bằng cây kích tạo
đơn bội .......................................................................................................... 7
1.2.1. Cơ sở di truyền của cây kích tạo đơn bội ........................................ 7
1.2.2. Q trình hình thành và phát triển của cây kích tạo đơn bội ........... 8
1.2.3. Cơ chế tạo đơn bội ......................................................................... 10
1.2.4. Nghiên cứu duy trì, phát triển và cải tiến cây kích tạo đơn bội .... 11
1.2.5. Nghiên cứu về các bước tạo dịng ngơ đơn bội kép bằng cơng
nghệ kích tạo đơn bội............................................................................... 13
1.2.6. Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ kích tạo đơn bội tại Việt Nam .. 24
1.2.7. Đánh giá tiềm năng của các dịng ngơ đơn bội kép được tạo ra
bằng cơng nghệ kích tạo đơn bội ............................................................. 26
1.3. Khái niệm và cơ sở khoa học về khả năng chịu hạn ở ngô ............. 27
1.3.1 Khái niệm và phân loại hạn ............................................................ 27
1.3.2 Cơ chế chống chịu hạn của cây trồng ............................................. 29
1.3.3 Ảnh hưởng của hạn đến sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam . 30
1.3.4. Một số tính trạng sử dụng trong nghiên cứu khả năng chịu hạn
ở Ngô ....................................................................................................... 33
1.4. Nghiên cứu đa dạng di truyền, dự đoán ưu thế lai dựa vào các chỉ
thị phân tử SSR .......................................................................................... 37
1.5. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh và luân
giao .............................................................................................................. 38
1.5.1. Khả năng kết hợp ........................................................................... 38
1.5.2. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp lai đỉnh ................ 39
1.5.3. Đánh giá khả năng kết hợp bằng phương pháp luân giao ............ 40
1.5.4. Đánh giá tương tác kiểu gen với mơi trường, tính ổn định giống
và khả năng kết hợp bằng GGE Biplot .................................................... 40
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 43
2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................. 43
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................... 44
2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 44
2.3.1. Phương pháp tạo dịng ngơ đơn bội kép bằng cây kích tạo đơn
bội ............................................................................................................ 44
2.3.2 Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn
của các dịng ngơ đơn bội kép ................................................................. 46
2.3.3. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của
các dịng ngơ đơn bội kép ........................................................................ 50
2.3.4 Tạo, đánh giá các tổ hợp lai từ các dịng ngơ đơn bội kép triển
vọng ......................................................................................................... 51
2.4. Quy trình chăm sóc và quản lý thí nghiệm đồng ruộng ................. 51
2.5 Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm ......................... 52
2.5.1. Thu thập số liệu. .............................................................................. 52
2.5.2 Xử lý số liệu thí nghiệm ................................................................... 53
2.6. Sơ đồ nghiên cứu thực hiện đề tài luận án…...……………………54
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.............................................................. 54
3.1. Kết quả tạo dịng ngơ đơn bội kép bằng cơng nghệ kích tạo đơn bội . 54
3.1.1. Kết quả tạo hạt đơn bội và xử lý lưỡng bội hóa NST.................... 54
3.1.2 Ảnh hưởng của nguồn vật liệu, khung thời vụ đến tỷ lệ tạo hạt
đơn bội ..................................................................................................... 55
3.2. Đặc điểm nông sinh học và khả năng chịu hạn và của các dịng
ngơ đơn bội kép.......................................................................................... 59
3.2.1. Khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép ........................ 59
3.2.2 Đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu của các dịng
ngơ đơn bội kép ....................................................................................... 81
3.3. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các
dịng ngơ đơn bội kép vụ Xuân năm 2017 tại Viện Nghiên cứu Ngô ....... 94
3.3.1 Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và phân nhóm ưu thế lai
cho các dịng ngô đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử SSR ........................ 94
3.3.2. Khả năng kết hợp về năng suất của các dịng ngơ đơn bội kép ... 103
3.4. Tạo các tổ hợp lai từ các dịng ngơ đơn bội kép triển vọng, khảo
nghiệm tác giả ........................................................................................ 130
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 134
CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........... 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 137
iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
Viết đầy đủ
AFLP
Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình
chiều dài đoạn nhân bản
ASI
Chênh lệch thời gian tung phấn và phun râu
Bộ NN & PTNT
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng thơn
CC
Chiều cao cây
CĐB
Chiều cao đóng bắp
CIMMYT
Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo Trung tâm cải lương giống ngơ và lúa mì quốc tế
CV(%)
Coefficients of variation - Hệ số biến động
CS
Cộng sự
DB
Chiều dài bắp
DH
Double haploid - Đơn bội kép
ĐV
Dạng hạt đá màu vàng
BĐV
Dạng hạt bán đá màu vàng
ĐX
Vụ Đơng Xn
ĐKB
Đường kính bắp
GMP
Global Maize Program - Chương trình ngơ tồn cầu
H/H
Số hạt/hàng
HMP
Midparent heterosis - Ưu thế lai trung bình
HBP
Heterobeltiosis- Ưu thế lai thực
HT
Vụ Hè Thu
HIR
Haploid induction rate - Tỷ lệ đơn bội
KNKHC
Khả năng kết hợp chung
KNKHR
Khả năng kết hợp riêng
LSD
Least Signification Difference - Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa
Viết tắt
Viết đầy đủ
NSTB
Năng suất trung bình
NTT
Năng suất thực thu
P1000
Khối lượng 1000 hạt
IRRISTAT
International Rice Research Institute statistical research
tool - Phần mềm quản lý nghiên cứu thống kê
QTLs
Quantitative trait locus Locus - tính trạng số lượng
RNV
Dạng hạt răng ngựa màu vàng
SHH
Số hàng hạt
SG
% suy giảm
RFLP
Restriction 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
PR
Thời gian phun râu
TAIL
Tropical adapted kích tạo đơn bội line - Dịng kích tạo
đơn bội thích ứng vùng nhiệt đới
TB
Trung bình
TĐ
Trong điều kiện tưới đủ
THL
Tổ hợp lai
TTC
Trạng thái cây
TGST
Thời gian sinh trưởng
TP
Thời gian tung phấn
ƯTL
Ưu thế lai
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
TT bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 1.1. Các phản ứng của cây trồng trong điều kiện hạn ........................... 30
Bảng 1.2. Tác động của thời tiết bất thuận tới 8 vùng ở Việt Nam ................ 32
Bảng 1.3. Các vùng sinh thái thường xảy ra hạn ở Việt Nam. ....................... 33
Bảng 2.1 Nguồn gốc, đặc điểm vật liệu làm mẹ để tạo hạt đơn bội ............... 43
Bảng 2.2 Thời điểm tưới nước cho thí nghiệm tưới đủ và gây hạn ................ 47
Bảng 2.3. Quy trình chăm sóc và quản lý thí nghiệm ..................................... 52
Bảng 3.1. Kết quả tạo dịng ngơ đơn bội kép trong vụ Thu Đông và Đông
năm 2017 tại Đan Phượng - Hà Nội ............................................. 54
Bảng 3.2. Tổng bình phương (SS) và bình phương trung bình (MS) tỷ lệ hạt
đơn bội trong vụ Hè Thu và Thu Đông năm 2016 tại khu ruộng
thí nghiệm Viện Nghiên cứu Ngơ ................................................. 55
Bảng 3.3. Giá trị trung bình tỷ lệ hạt đơn bội thu được từ các nguồn vật liệu
trong 2 vụ Hè Thu và Thu Đơng năm 2016 tại khu ruộng thí
nghiệm Viện Nghiên cứu Ngô ...................................................... 57
Bảng 3.4. Tỷ lệ cây bị héo và cây phục hồi của các dịng ngơ đơn bội kép vụ
Hè Thu năm 2017 tại khu nhà lưới Viện Nghiên cứu Ngô .......... 59
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của hạn đến chỉ tiêu chiều dài thân lá, chiều dài rễ của
các dịng ngơ đơn bội kép vụ Hè Thu năm 2017 tại khu nhà lưới
Viện Nghiên cứu Ngô ................................................................... 61
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của hạn đến chỉ tiêu khối lượng thân khơ và rễ khơ
(gram) của các dịng trong điều kiện tưới đủ và gây hạn trong
nhà lưới vụ Hè Thu 2017 .............................................................. 64
Bảng 3.7. Thời gian sinh trưởng của các dịng ngơ đơn bội kép trong điều
kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017 - 2018 . 67
Bảng 3.8. Đặc điểm hình thái của các dịng ngơ đơn bội kép trong điều kiện
tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017 - 2018 ......... 68
Bảng 3.9. Độ già hóa lá, độ cuốn lá của các dịng ngơ đơn bội kép trong điều
kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017 - 2018 . 71
Bảng 3.10 Các yếu tố cấu thành năng suất của 24 dịng ngơ đơn bội kép
trong điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân
2017 - 2018 ................................................................................... 75
Bảng 3.11 Các yếu tố cấu thành năng suất của các dịng ngơ đơn bội kép
trong điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân
2017 - 2018 ................................................................................... 77
Bảng 3.12 Năng suất và chỉ số chịu hạn của các dịng ngơ đơn bội kép trong
điều kiện tưới đủ và gây hạn tại Ninh Thuận vụ ĐX. 2017 - 2018 ... 79
Bảng 3.13. Thời gian sinh trưởng của các dịng ngơ vụ Đơng năm 2017 và
Xn năm 2018 tại Đan Phượng - Hà Nội.................................... 82
Bảng 3.14. Đặc điểm hình thái của 24 dịng ngơ đơn bội kép Vụ Đông năm
2017 và Xuân năm 2018 tại Đan Phượng - Hà Nội ...................... 83
Bảng 3.15. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của 24 dịng ngơ đơn bội kép trong
vụ Đông năm 2017 và Xuân 2018 tại Đan Phượng - Hà Nội ....... 85
Bảng 3.16. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của 24 dịng ngơ đơn bội kép trong
vụ Đơng 2017 và Xuân 2018 tại Đan Phượng - Hà Nội ............... 87
Bảng 3.17. Khả năng chống đổ rễ, trạng thái bắp, độ che kín bắp của 24 dịng
ngơ đơn bội kép trong vụ Đông năm 2017 và Xuân 2018 ........... 88
Bảng 3.18. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 24 dịng ngơ
đơn bội kép trong vụ Đông năm 2017 tại Viện Nghiên cứu Ngô 90
Bảng 3.19. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 24 dịng ngơ
đơn bội kép trong vụ Xn 2018 tại Viện Nghiên cứu Ngô ......... 92
Bảng 3.20. Số allen, hệ số PIC và tỷ lệ khuyết số liệu của 23 mồi SSR ........ 94
Bảng 3.21. Tỷ lệ khuyết số liệu (%M) và tỷ lệ dị hợp tử (%H) 24 dịng ngơ
ngơ đơn bội kép............................................................................. 98
Bảng 3.22. Ma trận hệ số tương đồng (Jacard) của 24 dịng ngơ DH nghiên
cứu dựa trên 23 chỉ thị SSR ........................................................ 102
Bảng 3.23. Bảng phân tích phương sai gộp và riêng cho 4 điểm Hịa Bình,
Đồng Nai, Thái Ngun và Hà Nội vụ Xn 2018 .................. 1045
Bảng 3.24. Năng suất trung bình, giá trị khả năng kết hợp chung (KNKHC)
của 24 dịng ngơ đơn bội kép với 2 cây thử tại 4 điểm vụ Xuân
năm 2018 ................................................................................... 1056
Bảng 3.25. Năng suất trung bình (tạ/ha), giá trị khả năng kết hợp chung
(KNKHC) và giá trị khả năng kết hợp riêng (KNKHR) của 24 dịng
ngơ đơn bội kép với 2 cây thử tại 4 địa điểm vụ Xuân năm 2018 . 108
Bảng 3.26. Bảng phân tích phương sai tổng hợp và 2 điều kiện tưới đủ, gây
hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân năm 2017-2018 ................ 1101
Bảng 3.27. Năng suất trung bình, khả năng kết hợp chung (KNKHC) của 24
dịng ngơ đơn bội kép về tính trạng năng suất trong điều kiện tưới
đủ và gây hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân năm 2017 - 2018 . 1112
Bảng 3.28. Khả năng kết hợp riêng của 24 dịng ngơ đơn bội kép với 2 cây
thử trong 2 điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ ĐX năm
2017-2018 ................................................................................. 1145
Bảng 3.29. Năng suất hạt trung bình của 9 dịng ngơ đơn bội kép trong điều
kiện tưới đủ (CT1) và gây hạn (CT2) tại Ninh Thuận vụ ĐX.
2018 - 2019 ................................................................................. 116
Bảng 3.30. Năng suất trung bình của 36 tổ hợp luân giao giữa 9 dòng trong
điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ ĐX.2018-2019 ...... 117
Bảng 3.31. Khả năng kết hợp chung và riêng của 9 dịng ngơ đơn bội kép trong
2 điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ ĐX.2018-2019 ...... 119
Bảng 3.32. Đánh giá ưu thế lai trung bình (HMP) và ưu thế lai thực HBP về
năng suất của 36 tổ hợp luân giao trong điều kiện tưới đủ và hạn
vụ Đông Xuân năm 2018 - 2019 tại Ninh Thuận ....................... 124
Bảng 3.33. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chống
chịu của tổ hợp ngô lai TH32 vụ Xuân Hè và Thu Đông 2019 tại
Phú Thọ ....................................................................................... 131
Bảng 3.34. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chống
chịu của tổ hợp ngô lai TH2 vụ Xuân Hè và Thu Đông 2019 tại
Phú Thọ ....................................................................................... 132
Bảng 3.35. Năng suất của 2 tổ hợp ngô lai TH2 và TH32 tại các điểm khảo
nghiệm vụ Hè Thu và Thu Đông 2019 ....................................... 133
DANH MỤC HÌNH
TT hình
Tên hình
Trang
Hình 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô thế giới giai đoạn 2014 - 2021..... 5
Hình 1.2. Diện tích năng suất sản lượng ngơ Việt Nam giai đoạn 1990 - 2021 ... 6
Hình 1.3. Hình ảnh bắp cây kích tạo đơn bội (kích tạo đơn bội) và phân loại
hạt đơn bội .................................................................................... 14
Hình 1.4. Các bước xử lý lưỡng bội hóa bằng colchicine của CIMMYT ...... 19
Hình 1.5. Các bước tạo dịng ngơ đơn bội kép tại Viện Nghiên cứu Ngơ ...... 25
Hình 3.1. Tương quan khả năng kết hợp riêng với tỷ lệ hạt đơn bội của 10
nguồn vật liệu với 3 nguồn kích tạo đơn bội trong vụ Thu Đông
và Vụ Đông năm 2016 .................................................................. 58
Hình 3.2 Biểu đồ thể hiện sự suy giảm chiều dài thân lá, chiều dài rễ của 24
dòng ngô đơn bội kép trong điều kiện gây hạn vụ Hè Thu 2017
tại khu nhà lưới Viện Nghiên cứu Ngô ......................................... 63
Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện sự suy giảm khối lượng thân khơ, rễ khơ của 24
dịng ngơ đơn bội kép trong điều kiện gây hạn vụ Hè Thu 2017
tại khu nhà lưới Viện Nghiên cứu Ngơ......................................... 65
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự suy giảm chiều cao cây, cao đóng bắp của 24
dịng ngơ đơn bội kép trong điều kiện gây hạn tại Ninh Thuận vụ
ĐX. 2017-2018 .............................................................................. 70
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện sự suy giảm chiều dài bắp (DB), đường kính bắp
(ĐKB) và số hàng hạt (SHH) của các dịng ngơ đơn bội kép trong
điều kiện hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 2017 - 2018 ......... 74
Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự suy giảm hạt/hàng (H/H) và P.1000 hạt của
các dịng ngơ đơn bội kép trong điều kiện gây hạn tại Ninh
Thuận vụ Đông Xuân 2017-2018 ................................................. 76
Hình 3.7. Mối tương quan giữa năng suất hạt của 24 dịng ngơ đơn bội kép trong
điều kiện tưới đủ và gây hạn nhân tạo với chỉ số chịu hạn DI ............ 80
Hình 3.8. Kết quả điện di sản phẩm PCR mồi phi101049 của 24 dịng ngơ
trên gel polyacrylamide 4,5% ....................................................... 95
Hình 3.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR mồi nc133 của 24 dịng ngơ trên
gel polyacrylamide 4,5% .............................................................. 96
Hình 3.10. Kết quả điện di sản phẩm PCR mồi umc1862 của 24 dịng ngơ
trên gel polyacrylamide 4,5% ....................................................... 97
Hình 3.11. Sơ đồ phân nhóm đa dạng di truyền của 24 dịng ngô đơn bội kép
dựa trên 23 mồi SSR theo phương pháp phân nhóm UPGMA .. 101
Hình 3.12. Giá trị khả năng kết hợp chung của các dòng tại 4 điểm Hịa
Bình, Đồng Nai, Thái Ngun và Hà Nội, vụ Xn 2018 .......... 106
Hình 3.13 Giá trị khả năng kết hợp chung gộp tại 4 điểm Hịa Bình, Đồng
Nai, Thái Ngun và Hà Nội vụ, Xuân 2018 ............................. 106
Hình 3.14. Giá trị khả năng kết hợp riêng của 24 dòng đơn bội kép tại Hịa
Bình, Đồng Nai, Thái Ngun và Hà Nội vụ Xuân 2018 ........... 108
Hình 3.15. Tổng hợp giá trị khả năng kết hợp riêng của 24 dòng tại Hịa
Bình, Đồng Nai, Thái Ngun và Hà Nội vụ Xn 2018 ........... 108
Hình 3.16. Khả năng kết hợp chung của 24 dòng trong điều kiện tưới đủ và
hạn tại Ninh Thuận vụ Đơng Xn năm 2017 - 2018 ................ 111
Hình 3.17. Biểu đồ sắp xếp thứ tự KNKHC của 24 dòng đơn bội kép trong
điều kiện tưới đủ (site 1) và hạn (site 2) tại Ninh Thuận vụ Đông
Xuân năm 2017 - 2018................................................................ 112
Hình 3.18. Khả năng kết hợp riêng (KNKHR) của 24 dòng trong điều tưới
đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đơng Xn năm 2017 - 2018....... 113
Hình 3.19. Khả năng kết hợp chung của 9 dòng đơn bội kép trong điều kiện
hạn và tưới đủ tại Ninh Thuận. ................................................... 120
Hình 3.20. Tương quan khả năng kết hợp chung (KNKHC) và năng suất
hạt (tạ/ha) của 9 dịng ngơ đơn bội kép trong thí nghiệm luân
giao trong 2 điều kiện tưới đủ và gây hạn vụ ĐX.2018-2019
tại Ninh Thuận ........................................................................... 121
Hình 3.21. Tương quan năng suất hạt (tạ/ha) và khả năng kết hợp riêng
(KNKHR) của 36 THL ở thí nghiệm luân giao trong 2 điều kiện
gây hạn và tưới đủ vụ ĐX.2018-2019 tại Ninh Thuận ............... 122
Hình 3.22. Tương quan giữa năng suất hạt và ưu thế lai trung bình của 9
dòng đơn bội kép trong điều kiện gây hạn và tưới đủ vụ
ĐX.2018-2019 ............................................................................ 126
Hình 3.23. Tương quan giữa năng suất hạt và ưu thế lai thực của 9 dòng
đơn bội kép trong điều kiện hạn và tưới đủ vụ ĐX.2018-2019 .. 126
Hình 3.24. Tương quan KNKHR và ưu thế lai trung bình 9 dịng ngơ đơn
bội kép trong điều kiện tưới đủ và hạn vụ ĐX.2018-2019 ......... 127
Hình 3.25. Tương quan KNKHR và ưu thế lai thực 9 dịng ngơ đơn bội kép
trong điều kiện tưới đủ và hạn vụ ĐX.2018-2019 ...................... 128
Hình 3.26. Tương tác kiểu gen với môi trường (GGEbiplot), xếp hạng kiểu
gen tốt nhất trong 2 điều kiện tưới đủ và gây hạn, vụ ĐX.2018 2019 tại Ninh Thuận ................................................................... 129
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngơ (Zea mays L.), là cây trồng có sản lượng hạt đạt cao nhất thế giới
đồng thời đóng vai trị đặc biệt quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương
thực, làm nguyên liệu cho chăn nuôi, chế biến, nhiên liệu sinh học trước những
thách thức về sự gia tăng dân số thế giới. Trong thế kỷ qua, năng suất ngô trên
một đơn vị diện tích tăng hơn 7 lần nhờ những nỗ lực kết hợp giữa chọn tạo
giống và cải tiến quy trình kỹ thuật canh tác. Sản xuất ngơ ở Việt Nam từ cuối
những năm của thế kỷ 20 cũng không ngừng tăng liên tục 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 2018, diện tích ngơ cả nước 900,673 nghìn ha, năng
suất 49,37 tạ/ha, sản lượng gần 4,45 triệu tấn. Tuy vậy, sản xuất ngô ở nước ta
phát triển chưa tương xứng với tiềm năng, sản lượng chưa đủ cho nhu cầu tiêu
thụ ngô trong nước. Năm 2022, Việt Nam nhập khẩu ngô với số lượng là 9,57
triệu tấn, giá trị tương ứng 3,33 tỷ USD, giảm 4,5% về lượng, nhưng tăng 15,6%
kim ngạch và tăng 21% về giá so với năm 2021.
Cũng như nhiều nước trên thế giới, ở Việt Nam, hạn hán trong những
năm qua đang là thách thức lớn, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất
ngô, đặc biệt là ở những vùng trồng ngô chỉ nhờ nước trời, đất đồi dốc, hồn
tồn khơng có khả năng tưới. Do vậy, chương trình ngơ tồn cầu, các quốc gia
trong đó có Việt Nam đã và đang nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống ngơ
có năng suất cao, chịu hạn tốt thích ứng với biến đổi khí hậu ngày một gia tăng.
Sự thành công trong công tác chọn tạo giống ngô lai phụ thuộc nhiều vào việc
nghiên cứu chọn tạo các dòng thuần bố mẹ ưu tú. Phương pháp chọn tạo dòng
truyền thống cần 6 - 8 vụ để tạo ra dòng thuần, trong quá trình tự phối và tái
hợp đã gây ra sự phân ly các tính trạng mà các nhà chọn tạo giống khó có thể
kiểm sốt, các tính trạng thường chịu ảnh hưởng của hiệu ứng liên kết chéo.
Những thập niên cuối thế kỷ 20, cơng nghệ tạo dịng ngô đơn bội kép đã được
2
nghiên cứu, ứng dụng thành công ở trung tâm cải tạo Ngô và lúa mỳ quốc tế CIMMYT và một số quốc gia phát triển. Trong số đó có thể kể đến cơng nghệ
tạo dịng ngơ đơn bội kép bằng cơng nghệ kích tạo đơn bội. Cơng nghệ này có
thể hạn chế được những nhược điểm của phương pháp chọn tạo giống truyền thống,
có những ưu điểm như: 1) Thời gian tạo ra dòng thuần nhanh (chỉ mất 2 vụ), tiết
kiệm được 2/3 thời gian tạo dòng so với phương pháp truyền thống, rút ngắn thời
gian để tạo ra một giống ngơ lai thương mại; 2) Các dịng được tạo ra là dịng DH,
có độ đồng hợp tử 100%; 3) Từ một nguồn vật liệu ban đầu có thể tạo ra nhiều dịng
khác nhau; 4) Quy trình thực hiện đơn giản.
Với những điều kiện về nguồn nhân lực và cơ sở vật chất, Việt Nam hồn
tồn có thể tiếp tiếp thu và ứng dụng công nghệ này trong các chương trình chọn
tạo giống ngơ lai. Từ những lý do trên chúng tơi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
tạo dịng ngơ đơn bội kép chịu hạn bằng cơng nghệ kích tạo đơn bội phục
vụ chọn tạo giống ngô lai”.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Chọn tạo được các dòng và tổ hợp lai ngơ đơn bội kép chịu hạn bằng
cơng nghệ kích tạo đơn bội.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Cung cấp thêm số liệu, kết quả nghiên cứu thực nghiệm về việc tạo dịng
ngơ đơn bội kép chịu hạn bằng phương pháp sử dụng cây kích tạo đơn bội.
- Bổ sung thêm dữ liệu khoa học cho các nhà nghiên cứu chọn tạo giống
nhằm khai thác hiệu quả phương pháp tạo dịng bằng cây kích tạo đơn bội.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đã tạo ra được 24 dòng đơn bội kép từ 10 nguồn vật liệu ưu tú khác
nhau và 3 cây kích tạo đơn bội.
- Đã đánh giá đa dạng di truyền, phân nhóm ưu thế lai cho 24 dịng ngơ
đơn bội kép; Xác định được 9 dịng có khả năng chịu hạn tốt: D4, D6, D7, D8,
D10, D14, D20, D22 và D23.
3
- Đã chọn được hai tổ hợp ngô lai triển vọng D4xD7 và D14 x D22 có
nhiều tính trạng nơng học tốt, khả năng chịu hạn, năng suất cao, tiềm năng phát
triển thành giống ngô lai chịu hạn, phục vụ cho nhu cầu của sản xuất.
3.3. Những đóng góp mới của đề tài luận án
- Chọn tạo được 9 dòng ngô đơn bội kép chịu hạn, sinh trưởng phát triển
và khả năng kết hợp tốt;
- Từ 9 dòng triển vọng đã tạo được 2 tổ hợp ngơ lai mới có khả năng chịu
hạn, năng suất trung bình của tổ hợp lai TH32 từ 76,7 – 84,4 tạ/ha cao hơn
giống đối chứng DK9901 từ 8,68 đến 14,22%, TH2 năng suất trung bình từ
74,6 tạ/ha đến 81,5 tạ/ha cao hơn giống đối chứng DK9901 từ 6,1 đến 11,17%
có tiềm năng phát triển, phục vụ sản xuất.
4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
4.1. Đối tượng nghiên cứu
Các giống ngô lai thương mại NK67, NK4300, NK7328, DK8868,
DK9901, CP333, 30Y87, VN8960, LCH9 sinh trưởng phát triển tốt, thích
ứng rộng, có khả năng chịu hạn ngồi sản xuất được sử dụng làm vật liệu tạo
dịng đơn bội kép. Ba cây kích tạo đơn bội TAILP1, TAILP2 và
TAILP1xTAILP2 được sử dụng làm cây kích tạo đơn bội để tạo hạt đơn bội.
Dịng 21CM (mẹ giống ngơ lai VN8960), CH1 (mẹ giống ngô lai LCH9)
được sử dụng làm dịng đối chứng cho thí nghiệm đánh giá khả năng chịu
hạn của các dịng ngơ đơn bội kép. Dịng bố, mẹ giống ngô lai LVN61. Giống
ngô NK7328 và DK6919 được sử dụng làm đối chứng trong thí nghiệm khảo
sát tổ hợp lai đỉnh và luân giao.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Trong khuôn khổ đề tài luận án, phạm vi nghiên cứu được tập trung vào
các vấn đề: 1) Sử dụng 10 nguồn vật liệu có khả năng chịu hạn và 3 cây kích
tạo đơn bội nhập từ CIMMYT để tạo dịng ngơ đơn bội kép chịu hạn; 2) Đánh
giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn của các dịng ngơ đơn bội kép;
3) Đánh giá đa dạng di truyền, khả năng kết hợp của các dịng ngơ đơn bội kép;
4) Tạo, đánh giá tổ hợp lai từ các dịng ngơ đơn bội kép.
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
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
Ngô cùng với lúa mỳ và lúa nước là 3 cây lương thực quan trọng nhất
trên thế giới. Năm 1961, diện tích ngơ tồn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng
suất 19,4 tạ/ha, sản lượng 205 triệu tấn. Năm 2011, diện tích trồng ngơ thế giới
đạt khoảng 172,7 triệu ha, năng suất bình quân 51,4 tạ/ha, sản lượng 887,8 triệu
tấn. Năm 2016, diện tích trồng ngơ thế giới đạt khoảng 194,3 triệu ha (tăng
12,5% so với năm 2011), năng suất bình quân 57,8 tạ/ha (tăng 12,5% so với
năm 2011), sản lượng 1.123,7 triệu tấn (tăng 26,6% so với năm 2011). Năm
2021 diện tích trồng ngơ là 205,9 triệu ha (tăng 6% so với năm 2016), năng suất
đạt 58,8 tạ/ha (tăng 1,7% so với năm 2016), sản lượng 1.210,4 triệu tấn (tăng
7,7% so với năm 2016). Như vậy, so sánh 5 năm gần đây với 5 năm trước (giai
đoạn 2011 - 2016) diện tích, năng suất và sản lượng ngơ thế giới tăng trưởng
chậm lại [168]. Trong đó, Mỹ, Trung Quốc, Brazin là những nước đứng đầu về
diện tích và sản lượng.
Dân số thế giới ngày một tăng, năm 2011 là 7.013,4 triệu người, năm
2016 là 7432,7 triệu người (tăng khoảng 6% so với năm 2011) và đến năm
2021, tăng 12,5% so với năm 2016, chạm ngưỡng 8 tỷ người. Như vậy, sự gia
tăng dân số thế giới giai đoạn 2016 - 2021 tăng hơn 2 lần so với giai đoạn
2011 - 2016 [167]. Để đáp ứng an ninh lương thực, thực phẩm và làm nguyên
liệu cho thức ăn chăn nuôi, nhu cầu về ngô tiếp tục gia tăng trong những năm
tiếp theo.
Trên thế giới, cây ngơ có vai trị quan trọng trong sản xuất nơng nghiệp
của nhiều nước, góp phần đảm bảo an ninh lương thực cho người, thức ăn chăn
nuôi và chế biến thực phẩm. Trước những thách thức về biến đổi khí hậu tồn
cầu, thiên tai gây ra, nhu cầu con người ngày một tăng việc nghiên cứu, ứng
