NGHIÊN cứu tạo DÒNG NGÔ đơn bội kép (DH) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VIVO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
[\






NGUYỄN THỊ THU HÀ





NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP (DH)
BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VIVO







LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
[\






NGUYỄN THỊ THU HÀ





NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP (DH)
BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VIVO

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ: 60.42.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. ĐỒNG HUY GIỚI
PGS.TS. VŨ VĂN LIẾT








HÀ NỘI – 2014

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 công trình nghiên cứu của tôi;
- Số liệu sử dụng trong luận văn được là trung thực;
- Thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc và có
độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi.

Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014

Tác giả luận văn
Học viên


Nguyễn Thị Thu Hà


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

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, cho tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả quý thầy cô
giảng dạy và công tác tại Ban quản lý Đào tạo, Viện Nghiên cứu và phát triển cây
trồng, Bộ môn Sinh học, Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà
Nội đã luôn quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ và ủng hộ tôi trong quá trình học tập và
hoàn thành luận văn tốt nghiệp củ
a mình.
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn
và kính trọng sâu sắc tới TS. Đồng Huy Giới – Phó trưởng khoa CNSH, Trưởng
bộ môn Sinh học – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội; PGS.TS Vũ Văn Liết
– Giám đốc Viện Nghiên cứu và phát triển cây trồng đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề
tài,
đánh giá kết quả và hoàn thành luận văn đồng thời bồi dưỡng cho tôi những kiến
thức chuyên môn và kinh nghiệm quý báu.
Với tình cảm sâu sắc, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo, Cán
bộ công nhân viên trong Bộ môn Sinh học - Khoa Công nghệ sinh học, Bộ môn
Cây trồng cạn - Viện Nghiên cứu và phát triển cây trồng, đặc biệt ThS. Phạm
Quang Tuân và sinh viên Vũ Thị Quế đã tận tình giúp đỡ và tạo điề
u kiện cho tôi

trong suốt quá trình thực tập.
Cuối cùng, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể gia đình,
bạn bè, anh em, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi
mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn này!
Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014

Học viên


Nguyễn Thị Thu Hà



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

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu 2
Ch
ương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Vai trò của cây ngô trong nền kinh tế 3
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới và trong nước 4

1.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới 4

1.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trong nước 7
1.3. Hiện tượng ưu thế lai và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô 9
1.3.1. Hiện tượng ưu thế lai 9

1.3.2. Ý nghĩa của ưu thế lai 9
1.3.3. Cơ sở di truyền của ưu thế lai 9
1.3.4. Ưu thế lai - lịch sử nghiên cứu và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô 11
1.4. Dòng thuần và những nghiên cứu phát triển dòng thuần 12
1.4.1. Dòng thuần 12

1.4.2. Những nghiên cứu phát triển dòng thuần ở ngô 12
Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Vật liệu nghiên cứu 24
2.2. Nội dung nghiên cứu 25
2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25
2.3.1. Thời gian nghiên cứu: 25

2.3.2. Địa điểm nghiên cứu: 25

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

2.4. Phương pháp nghiên cứu 26
2.4.1. Thí nghiệm 1: Đánh giá đặc điểm nông sinh học, chống chịu và năng
suất của dòng UH400 trong điều kiện trồng tại Gia Lâm - Hà Nội. 26

2.4.2. Thí nghiệm 2: Lai và xác định tỷ lệ kích tạo đơn bội 28
2.4.3. Thí nghiệm 3: Đa bội hóa bằng Colchicine với tất cả các hạt được cho
là đơn bội (Hạt có màu ở nội nhũ và phôi không màu) 29

2.4.4. Thí nghiệm 4: Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu
và năng suất của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014
tại Gia Lâm, Hà Nội 31

2.5. Phương pháp tính và xử lý số liệu 31
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
3.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của
dòng kích tạo đơn bội UH400 trong điều kiện vụ xuân 2013 tại Gia Lâm,
Hà Nội. 32
3.1.1. Tỷ lệ nảy mầm và các giai đoạn sinh trưởng của dòng kích tạo đơn bội
UH400 32

3.1.2. Đặc điểm nông sinh học 34
3.1.3. Khả năng chống chịu đồng ruộng 37
3.1.4. Các chỉ tiêu về năng suất 38
3.2. Đặc điểm của các dòng ngô dùng làm mẹ và khả năng kích tạo đơn
bội của dòng UH400 39
3.2.1. Đặc điểm nông sinh học của các dòng mẹ tự phối 39

3.2.2. Đánh giá khả năng kích tạo đơn bội của dòng UH400 trên các dòng mẹ 45
3.3. Tạo dòng đơn bội kép bằng colchicine 50
3.4. Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất
của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm,
Hà Nội 58
3.4.1. Tỷ lệ nảy mầm và các giai đoạn sinh trưởng của các dòng đơn bội kép 58

3.4.2. Đặc điểm nông sinh học của các dòng đơn bội kép 59

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

3.4.3. Khả năng chống chịu đồng ruộng của các dòng ngô đơn bội kép trong
điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 62

3.4.4. Các chỉ tiêu về năng suất của các dòng đơn bội kép trong điều kiện
trồng vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 64

KẾT LUẬN 66
1. Kết luận 66
2. Đề nghị 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67




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

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Tên viết tắt Tên viết đầy đủ
1 CDB Chiều dài bắp
2 CHLB Cộng hòa liên bang
3 CIMMYT Trung tâm cải tiến giống ngô và lúa mì Quốc tế
4 CS Cộng sự
5 CV% Hệ số biến động
6 DH Double haploid
7 DMSO Dimethyl sulfoxide
8 ĐKB Đường kính bắp
9 FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hiệp quốc
10 G-PR Thời gian từ gieo đến phun râu

11 G-TP Thời gian từ gieo đến tung phấn
12 KNKH Khả năng kết h
ợp
13 NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn
14 NSLT Năng suất lý thuyết
15 P100 Trọng lượng 100 hạt
16 STT Số thứ tự
17 TCN Tiêu chuẩn ngành
18 TGST Thời gian sinh trưởng
19 TL CĐB/CC Tỷ lệ cao đóng bắp/cao cây
20 TP-PR Khoảng cách tung phấn – phun râu







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

DANH MỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang
1.1. Thành phần hóa học của hạt ngô so với gạo phân tích trên 100g 3

1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng sản xuất ngô một số năm trên thế giới 5
1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng của 3 cây lương thực chính (ngô, lúa
nước, lúa mỳ) trên thế giới năm 2013 5

1.4. Phân bố diện tích, năng suất và sản lượng ngô theo vùng năm 2013 6

1.5. Một số dòng kích tạo đơn bội và tỉ lệ kích tạo đơn bội của chúng 19
2.1. Nguồn gốc và một số đặc điểm đặc trưng của dòng kích tạo đơn bội
UH400 24

2.2. Nguồn gốc vật liệu ngô dùng làm dòng mẹ trong thí nghiệm 24
3.1. Tỷ lệ nảy mầm và thời gian sinh trưởng của dòng kích tạo đơn bội
UH400 trong điều kiện trồng tại Gia Lâm, Hà Nội 33

3.2. Một số đặc điểm nông sinh học của dòng kích tạo đơn bội UH400 35
3.3. Khả năng chống đổ và mức độ nhiễm sâu bệnh hại của dòng kích tạo
đơn bội UH400 trong điều kiện vụ Xuân tại Gia Lâm, Hà Nội 37

3.4. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của dòng kích tạo UH400
trong điều kiện vụ Xuân tại Ga Lâm - Hà Nội 38

3.5: Tỉ lệ mọc và thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng của các dòng ngô
tự phối dùng làm dòng mẹ trong điều kiện vụ Xuân năm 2013 tại Gia
Lâm, Hà Nội 40

3.6: Đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô tự phối dùng làm dòng mẹ
trong điều kiện vụ Xuân năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 42

3.7. Khả năng chống chịu sâu bệnh hại của các dòng ngô tự phối dùng làm
dòng mẹ trong vụ Xuân năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 44

3.8. Tỉ lệ kích tạo đơn bội của UH400 với các dòng mẹ tự phối 46
3.9. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng mẹ tự thụ với dòng bố kích
tạo đơn bội UH400 49

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

3.10. Tỷ lệ nảy mầm và khả năng tạo đơn bội kép sau xử lý với colchicine
hạt đơn bội của các phép lai kích tạo 51

3.11. Tỷ lệ nảy mầm và thời gian sinh trưởng của các dòng đơn bội kép
trong điều kiện trồng tại Gia Lâm, Hà Nội 58

3.12. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng đơn bội kép trong điều
kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 60

3.13. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại của các dòng đơn bội kép trong điều kiện
vụ Xuân 2014 tại Ga Lâm - Hà Nội 62

3.14. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đơn bội kép
trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 64


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

DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang
1.1. Nhận biết hạt đơn bội thông qua chỉ thị hình thái 21
3.1. Hình thái hạt dòng CUA sau khi kích tạo đơn bội với dòng UH400 47
3.2. Hình thái hạt của dòng D56 sau khi kích tạo đơn bội với dòng UH400
(ký hiệu là trong thí nghiệm là UA) 47
3.3. Hình thái phôi và nội nhũ hạt của 3 dạng hạt sau khi kích tạo đơn bội
với dòng UH400 47
3.4. Tủ thúc nảy mầm hạt đơn bội 52

3.5. H
ạt nảy mầm 52
3.6. Cắt đỉnh mầm để xử lý Colchicine 52
3.7. Chuẩn bị xử lý colchicine 52
3.8. Rửa hạt bằng nước sạch 52
3.9. Hạt đơn bi sau khi được xử lý colchicine được trồng ra khay ươm
trong nhà lưới 53
3.10. Cây sống sau khi xử lý colchicine 53
3.11. Cây chết sau khi xử lý cochicine 53
3.12. Cây đơn bội kép giai đoạn từ
5-7 lá 53
3.13. Cây đơn bội và cây đơn bội kép sau khi xử lý Colchicine được đưa ra
ngoài đồng ruộng 56
3.14. Ruộng thí nghiệm cây sau khi đã xử lý colchicine 56
3.15. Cây đơn bội sau khi xử lý cochicine 56
3.16. Cây đơn bội kép sau xử lý colchicine 56
3.17. Bông cờ hữu dục của cây đơn bội kép 56
3.18. Cây đơn bội và cây đơn bội kép ở giai đoạn trổ bông 56
3.19. Bông cờ tung phấn củ
a cây đơn bội kép sau khi xử lý colchicine 57
3.20. Bông cờ bất dục của dòng đơn bội sau khi xử lý colchicine 57
3.21. Các dòng ngô đơn bội kép giai đoạn 7-9 lá thật 61

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngô (Zea mays L.) là một trong năm loại cây ngũ cốc quan trọng và là cây
trồng có tiềm năng năng suất cao. Trên thế giới, ngô được xếp hàng thứ 2 về diện

tích sản xuất và đứng thứ nhất về năng suất cũng như sản lượng cây trồng lấy hạt.
Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực đứng vị trí thứ
hai sau cây lúa và có khả năng
thích ứng rộng với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Trong hạt ngô còn chứa hàm
lượng dinh dưỡng cao đặc biệt như tinh bột, các axit amin không thay thế (Leusin,
Isoleusin, Tyrosin, Threonin, Lyzin )
Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ngô cho công nghiệp thực phẩm và
chế biến ngày càng tăng, đặc biệt là trong công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi.
Tuy nhiên, công tác sản xuất ngô chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ của cả nước.
Một phần hạn chế là do năng suất, chất lượng ngô giống thấp và sâu bệnh hại.
Để tạo được các giống ngô lai có năng suất cao, ổn định và thích nghi với
các vùng sinh thái khác nhau thì yêu cầu số một phải là có bố mẹ có độ đồng hợp tử
cao, khả năng kết hợp cao thể hiện ưu thế lai cao. Tuy nhiên theo phương pháp
truyền thống thường đòi hỏi từ 6-8 thế hệ tự
thụ để thu được mức đồng hợp tử mong
muốn (Michael Morris và cs, 2003). Việc này yêu cầu một quá trình chọn tạo lâu
dài và tốn kém. Hiện nay, nhờ những tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là công
nghệ sinh học và di truyền phân tử, công tác chọn tạo dòng đơn bội kép có độ thuần
cao trong thời gian rất ngắn (chỉ còn 1 thế hệ) (Lê Huy Hàm và cs, 2005).
Trong khi, phương pháp nuôi cấy tạo dòng đơn bội kép in vitro nuôi cấ
y bao
phấn, nuôi cấy noãn chưa thụ tinh không đạt được những kết quả khả quan. Thì việc
tạo dòng đơn bội kép in vivo đã được chứng minh có hiệu quả cao hơn; các công
trình nghiên cứu tạo dòng đơn bội kép nhờ sử dụng dòng kích tạo đơn bội và đa bội
hóa bằng colchicines được công bố là cho các dòng đơn bội hoàn toàn. Chase
(1952) nghiên cứu sự tự đơn bội ở nguồn gen ngô Corn-Belt của Mỹ cho thấ
y tỷ lệ
cây đơn bội trong tự nhiên là 0,1%; một tỷ lệ quá thấp để áp dụng trong thương mại.
Sau đó Coe (1959) tìm thấy dòng thuần gọi là Stock6 với tỷ lệ kích tạo 1 - 2%. Đây

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page2

là dòng kích tạo đơn bội tổ tiên của các dòng kích tạo phát triển sau này. Một số
dòng kích tạo hiệu quả hiện nay là RWS và UH400 do Đại học Hohenheim phát
triển (Rober và cs., 2005). Đây là dòng lai thích nghi với khí hậu ôn đới của Châu
Âu nhưng cũng thích hợp với môi trường nhiệt đới (Rober và cs, 2005; Geiger và
cs, 2009; Ming-Tang Chang, Edward H. Coe Jr, 2009).
Năm 2012, trường Đại học Hohenheim (CHLB Đức) đã cung cấp cho
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội (nay là Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam)
cây kích tạo đơ
n bội UH400 sử dụng để phát triển dòng ngô đơn bội kép. Từ những
thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn
bội kép (DH) bằng phương pháp In vivo”
2 Mục tiêu nghiên cứu
* Mục tiêu chung
Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép (sử dụng dòng kích tạo UH400 và
colchicine) phục vụ công tác chọn giống ngô ưu thế lai.
* Mục tiêu cụ thể
+ Nghiên cứu đặc điể
m của dòng UH400 trong điều kiện Gia Lâm, Hà Nội.
+ Đánh giá khả năng kích tạo đơn bội của dòng UH400 trên các dòng mẹ
khác nhau.
+ Tạo dòng đơn bội kép (DH) bằng colchicine và đánh khả năng sinh
trưởng, phát triển của các dòng đơn bội kép (DH) mới chọn tạo.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page3

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Cây ngô (Zea mays L.) thuộc chi Zea, họ Hòa thảo (Poaceae), bộ Hòa thảo

(Poales), lớp một lá mầm (Monocots) và có bộ nhiễm sắc thể 2n = 20. Cây ngô là
cây hàng năm với hệ thống rễ chùm phát triển, là loài cây giao phấn có hoa đơn tính
cùng gốc.
1.1. Vai trò của cây ngô trong nền kinh tế
Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, ngô đứng
hàng thứ 2 về diện tích sản xuất và đứng thứ nhất v
ề năng suất cũng như sản lượng
cây trồng lấy hạt. Các quốc gia đứng đầu về diện tích gieo trồng và sản lượng ngô
trên thế giới là Mỹ, Trung Quốc và Braxin.
Tại 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, thực
phẩm cho con ngườ
i, ngoài ra tất cả các bộ phận của cây ngô từ hạt đến thân lá đều
có thể sử dụng để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm; làm nguyên liệu cho ngành
công nghiệp (rượu ngô, sản xuất ethanol để chế biến xăng sinh học…). Đặc biệt,
ngô còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn.
- Ngô làm lương thực cho con người: Ngô là cây lương thực nuôi sống gần
1/3 số dân trên toàn thế giớ
i. Toàn thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương
thực. Chất dinh dưỡng trong ngô phong phú hơn lúa mì và gạo (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của hạt ngô so với gạo phân tích trên 100g
Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng
Tinh bột (g)
Chất đạm (g)
Chất béo (g)
Vitamin A (mg)
Vitamin B
1
(mg)

Vitamin B
2
(mg)
Vitamin C (mg)
Năng lượng (calo)
65.00
8.00
2.50
0.00
0.20
0.00
0.00
340
68.2
9.60
5.20
0.03
0.28
0.08
7.70
350

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page4

- Ngô làm thực phẩm: Các sản phẩm từ ngô như ngô bao tử, hạt ngô non
được sử dụng như một loại thực phẩm cao cấp, chúng rất được ưa chuộng do hàm
lượng dinh dưỡng cao, chế biến đơn giản và có độ an toàn cao. Ngoài ra, ngô còn
được sử dụng để ăn tươi (như luộc, nướng) hoặc có thể sử dụng làm thực phẩm
đóng hộp thuận tiện cho bảo quản và xu
ất khẩu.

- Ngô làm thức ăn gia súc: Hạt ngô là nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng đối với
động vật. Thành phần chất tinh trong thức ăn tổng hợp có nguồn gốc từ ngô chiếm
đến 70%. Ngoài cung cấp chất tinh, thân lá cây ngô còn là thức ăn xanh và ủ chua lý
tưởng cho đại gia súc, đặc biệt là bò sữa.
- Ngô cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp: Ngoài cung cấp nguyên liệu
chính cho các nhà máy thức ăn gia súc tổng hợp, ngô còn là nguyên liệu cho các
nhà máy sản xuất rượu cồ
n, tinh bột, dầu, glucose, bánh kẹo…
- Ngô là nguồn hàng hóa xuất khẩu: Ngô là nguồn hàng hóa xuất khẩu có giá
trị kinh tế lớn. Trên thế giới, hàng năm lượng ngô được xuất khẩu đạt trên 70 triệu
tấn. Đây có thể được coi là một nguồn lợi cho các quốc gia xuất khẩu ngô như Mỹ,
Pháp, Trung Quốc, Thái Lan….
1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới và trong nước
1.2.1. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới
Ngành sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay, nhất là
trong hơn 40 năm trở lại đây, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất
cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu. Theo số liệu thống kê của FAOSTAT,
năm 1961 năng suất ngô trung bình của thế giới mới đạt 19,4 tạ/ha, năm 2000 năng
suất ngô đã đạt 43,2 t
ạ/ha, đến năm 2013 năng suất ngô đã tăng trên 55,2 tạ/ha. Bên
cạnh đó, diện tích trồng ngô cũng đã tăng nhanh qua các năm từ 105,6 triệu ha (năm
1961) lên 184,2 triệu ha (năm 2013). Sản lượng ngô năm 2013 đạt 1016,7 triệu tấn,
tăng gấp 5 lần so với năm 1961 (205,0 tấn) (FAOSTAT, 2014). Như vậy diện tích,
năng suất và sản lượng của cây ngô ngày càng tăng và đã đạt được nhiều thành tựu
đáng k
ể. Trong hơn mười năm gần đây, từ năm 2000 đến năm 2013, diện tích gieo
trồng ngô đã tăng 47,2 triệu ha, sản lượng tăng 424,2 triệu tấn. Việc tăng sản lượng
ngô, ngoài nguyên nhân tăng diện tích canh tác còn do việc đưa giống mới có năng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page5

suất cao vào sản xuất và năng suất đã tăng 12 tạ/ha trong giai đoạn 2000-2013 với
tốc độ tăng trưởng năng suất bình quân là 2,1%/năm. Sản lượng thu hoạch ngô hàng
năm đã đóng góp một phần đáng kể trong việc đảm bảo an ninh lương thực, giúp
xóa đói, giảm nghèo ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Bảng 1.2. Diện tích, năng suất, sản lượng sản xuấ
t ngô một số năm trên thế giới
Năm Diện tích (triệu ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (triệu tấn)
1961 105,6 19,4 205,0
2000 137,0 43,2 592,5
2005 147,4 48,4 713,5
2010 161,8 51,9 840,3
2013 184,2 55,2 1016,7
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
Theo số liệu thống kê của FAOSTAT năm 2014, trong số 3 cây lương thực
chủ yếu của thế giới, cây ngô vươn lên đứng thứ hai về diện tích, đứng thứ nhất về
cả năng suất và sản lượng. Năm 2013, diện tích ngô trên toàn thế giới đã vượt qua
diện tích của lúa nước (164,7 triệu ha) và chỉ đứng sau diện tích của lúa mỳ (218,5
triệu ha). Năng suất trung bình của ngô đạ
t 55,2 tạ/ha, trong khi năng suất trung
bình của lúa nước đạt 45,27 tạ/ha và của lúa mỳ là 32,65 tạ/ha. Sản lượng ngô đã
đạt 1016,74 triệu tấn, vượt qua sản lượng của lúa nước với 745,71 triệu tấn và lúa
mỳ với 713,18 triệu tấn (FAOSTAT, 2014)
Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng của 3 cây lương thực chính (ngô,
lúa nước, lúa mỳ) trên thế giới năm 2013
Cây trồng
Diện tích
(triệu ha)
Năng suất (tạ/ha)
Sản lượng

(triệu tấn)
Ngô 184,19 55,20 1.016,74
Lúa nước 164,72 45,27 745,71
Lúa mỳ 218,46 32,65 713,18
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
Để có được những thành tựu trên, trước hết là nhờ ứng dụng rộng rãi lý
thuyết Ưu thế lai trong công tác chọn tạo giống ngô, đồng thời không ngừng cải tiến

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page6

và nâng cao các biện pháp kỹ thuật trong canh tác. Đặc biệt, từ 10 năm trở lại đây,
cùng với những thành tựu mới trong chọn tạo giống ưu thế lai nhờ kết hợp phương
pháp truyền thống với công nghệ sinh học thì việc ứng dụng công nghệ cao trong
canh tác cây ngô đã góp phần đưa năng suất và sản lượng ngô thế giới vượt lên trên
lúa mỳ và lúa nước.
Bảng 1.4. Phân bố diện tích, n
ăng suất và sản lượng ngô
theo vùng năm 2013
Vùng
Diện tích
(triệu ha)
Năng suất
(tạ/ha)
Sản lượng
(triệu tấn)
Toàn cầu 184,192 55,20 1016,736
Châu Phi 35,019 20,45 71,613
Châu Mỹ 70,703 73,92 522,628
Châu Á 59,392 51,24 304,314
Châu Âu 18,974 61,90 117,453

Châu Đại Dương 0,102 70,83 0,726
Australia & New Zealand 0,097 72,86 0,708
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
Theo thống kê của FAOSTAT năm 2014, Châu Mỹ là châu lục sản xuất ngô
lớn nhất thế giới, đứng đầu cả về diện tích với 70,703 triệu ha (chiếm 38,4% diện
tích ngô toàn thế giới), năng suất đạt 73,92 tạ/ha (gấp 1,3 lần năng suất ngô trung
bình của thế giới) và sản lượng đạt 522,628 triệu tấn (chiếm 51,4% tổng sản lượng
ngô thế giới). Với trên 50% diện tích gieo trồ
ng bằng giống được chọn tạo nhờ công
nghệ sinh học, năng suất ngô của nước Mỹ đã đạt 99,70 tạ/ha trên diện tích 35,48
triệu ha đã đưa Mỹ trở thành một trong những quốc gia sản xuất ngô lớn nhất thế
giới với sản lượng thu được năm 2013 là 353,70 triệu tấn (chiếm 34,70% tổng sản
lượng thế giới). Trung Quốc cũng là một trong những qu
ốc gia có diện tích trồng
ngô lớn nhất thế giới với diện tích gieo trồng là 35,28 triệu ha, sản lượng thấp hơn
Mỹ nhưng cao hơn sản lượng trung bình thế giới với 61,75 tạ/ha và sản lượng đạt
217,83 triệu tấn (chiếm 21,42% tổng sản lượng thế giới) (FAOSTAT, 2014).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page7

1.2.2. Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trong nước
Ở Việt Nam, cây ngô là cây trồng có từ lâu đời, với nhiều đặc điểm quý, khả
năng thích ứng rộng nên cây ngô sớm được người dân chấp nhận nhờ đó trở thành
một trong những cây lương thực chính với diện tích và năng suất ngày càng tăng.
Năm
Diện tích
(nghìn ha)
Năng suất
(tạ/ha)
Sản lượng

(nghìn tấn)
1961 260,2 11,2 292,2
2000 730,2 27,5 2005,9
2005 1052,6 36,0 3787,1
2010 1126,4 40,9 4606,8
2013 1170,3 44,4 5190,9
(Nguồn FAOSTAT, 2014)
Theo thống kê của FAOSTAT, diện tích gieo trồng cũng như năng suất và
sản lượng ngô của nước ta không ngừng tăng qua các năm: năm 1961 tổng diện tích
ngô nước ta là 260,2 nghìn ha, năm 2000 đã tăng lên đạt 730,2 nghìn ha; đến năm
2013, diện tích ngô cả nước ta đạt 1.170,9 nghìn ha (trong đó có trên 90% diện tích
trồng ngô lai). Nhờ việc ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và việc áp dựng các
giống ngô lai trong công tác sản xuất n
ăng suất ngô của nước ta đã tăng lên nhanh
chóng. Công tác nghiên cứu và phát triển ngô lai ở nước ta đã được trung tâm cải
tạo ngô và lúa mì Quốc tế (CIMMYT), tổ chức lương thực và nông nghiệp liên hiệp
quốc (FAO) cũng như các nước trong khu vực đánh giá rất cao. Trong vòng 8 năm,
bắt đầu năm 1993 nước ta đã đưa ngô lai vào sản xuất đại trà với 12% diện tích, đến
năm 2013 diện tích ngô lai nước ta đã đạt trên 90%. Trong những n
ăm qua nhờ vào
sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng những công nghệ mới vào sản
xuất mà tình hình sản xuất ngô ở nước ta có những thay đổi rõ rệt. Năng suất ngô đã
liên tục tăng nhanh với tốc độ cao hơn tốc độ trung bình của thế giới, từ 11,2 tạ/ha
năm 1961 (bằng 57,7% năng suất ngô trung bình của thế giới) lên đến 44,4 tạ/ha
năm 2013 (b
ằng 80,4% năng suất ngô trung bình của thế giới). Sản lượng từ đó
cũng tăng theo từ 292,2 nghìn tấn năm 1961 lên đến 5190,9 nghìn tấn năm 2013
(FAOSTAT, 2014).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page8

Mặc dù đã đạt được những kết quả quan trọng, nhưng sản xuất ngô nước ta
vẫn còn nhiều vấn đề đặt ra: 1) Năng suất ngô nước ta vẫn thấp hơn so với năng suất
trung bình thế giới (chỉ bằng 80,4%) và rất thấp so với năng suất thí nghiệm; 2) Giá
thành sản xuất còn cao; 3) Sản lượng chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước đang tăng
nhanh, hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu từ khoảng 3 triệu tấn ngô hạt làm
nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi; 4) Sản phẩm ngô còn đơn điệu; 5) Công
nghệ sau thu hoạch chưa được chú ý đúng mức, dẫn đến thiệt hại lớn hàng năm.
Những năm gần đây, Nhà nước đã có nhiều cơ chế chính sách hỗ trợ giống đã
khuyến khích các doanh nghi
ệp trong và ngoài nước sản xuất, cung cấp giống, giới
thiệu các giống ngô lai mới có năng suất cao, chất lượng tốt vào sản xuất, nhiều tiến
bộ khoa học kỹ thuật về sản xuất ngô đã được chuyển giao đến người nông dân. Tuy
nhiên, do bộ giống ngô lai trong nước còn thiếu cộng với việc áp dụng các tiến bộ kỹ
thuật vào sản xuất vẫn còn nhiều hạn chế
, với địa hình phức tạp, ít đầu tư thâm canh
nên năng suất ngô vẫn còn thấp so với tiềm năng của giống. Năm 2013, năng suất
trung bình cả nước đạt 44,4 tạ/ha, sản lượng trên 5,1 triệu tấn so với năng suất ngô
thâm canh là 70 - 80 tạ/ha.
Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT),
trong 9 tháng đầu năm 2014 kim ngạch nhập khẩu ngô làm nguyên liệu chính để sản
xuất thức ăn chăn nuôi tăng m
ạnh cả về lượng và giá trị. Ước tính khối lượng ngô
nhập khẩu trong tháng 9/2014 đạt 230 nghìn tấn với giá trị đạt 63 triệu USD, đưa
khối lượng nhập khẩu mặt hàng này trong 9 tháng đầu nâm 2014 đạt gần 3,15 triệu
tấn, giá trị nhập khẩu đạt 820 triệu USD, tăng gấp 2,4 lần về lượng và 1,9 lần về giá
trị so với cùng kỳ năm 2013 (Bộ NN&PTNT, 2014). Do đó, cần đẩy mạnh hơ
n nữa
công tác nghiên cứu tạo cơ cấu giống mới để tạo ra nguồn nguyên liệu thức ăn chăn
nuôi nhiều hơn, đáp ứng nhu cầu trong nước.

Theo chiến lược nghiên cứu và phát triển cây ngô của Việt Nam đến năm 2020
đã xác định cần đẩy mạnh nghiên cứu về cây ngô góp phần đưa diện tích ngô của cả
nước đến năm 2015, phấn đấu đạt 1,3 triệu ha ngô; năng su
ất đạt trên 50 tạ/ha; sản
lượng đạt 6,5 triệu tấn, đến năm 2020 đạt 1.500,000 ha với năng suất bình quân 60
tạ/ha và sản lượng 9,0 triệu tấn, nhầm đảm bảo cung cấp nguyên liệu cho chế biến
thức ăn chăn nuôi và các nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page9

1.3. Hiện tượng ưu thế lai và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô
1.3.1. Hiện tượng ưu thế lai
Ưu thế lai (heterosis) là thuật ngữ để chỉ hiệu quả lai có biểu hiện vượt trội
về sức sinh trưởng, sinh sản, tính chống chịu, năng suất và phẩm chất của con lai ở
thế hệ thứ nhất so với các dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượ
ng này thể hiện rất rõ ở
những con lai thu được từ sự giao phối giữa các dòng tự phối với nhau (Hoàng
Trọng Phán và cs, 2008).
1.3.2. Ý nghĩa của ưu thế lai
Khi lai hai vật liệu với nhau, có thể thu được 3 cây lai với 3 mức biểu hiện
khác nhau: (1) tốt hơn hẳn so với bố mẹ, (2) đạt mức trung gian giữa hai bố mẹ và
(3) kém hơn so với bố mẹ. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy chỉ có
37% số tổ hợp lai cho năng suất cao hơn bố mẹ, 46% số tổ hợp lai bằng mức trung
gian của bố mẹ và 17% số tổ hợp thấp hơn bố mẹ.
Ưu thế lai ở ngô thể hiện rất rõ khi lai giữa các giống và khi lai giữa các
dòng tự phối thuần. Kết quả nghiên cứu ở nhiều nước cho thấy trong điều kiện
tương tự, ngô lai giữa các giố
ng tăng 10-20%, ngô lai giữa các dòng tự phối thuần
tăng 20-30% và hơn nữa so với các giống địa phương tốt nhất.
Ứng dụng ưu thế lai là phương pháp chủ yếu, quan trọng nhất trong chọn tạo

giống mới. Việc sử dụng các giống có ưu thế lai cao đã làm cho cây trồng có bước
nhảy vọt về năng suất cũng như chất lượng, người ta gọi đó là cuộ
c “cách mạng
xanh” trong sản xuất nông nghiệp.
1.3.3. Cơ sở di truyền của ưu thế lai
1.3.3.1. Giả thuyết về tác dụng tương hỗ giữa nhiều gene trội (thuyết tính trội)
Giả thuyết về tính trội do Jones đề xướng năm 1917. Tuy nhiên, những ý
kiến đầu tiên đưa ra sự xác nhận về tác dụng bổ sung của các gene trội có lợi đối với
hiện tượng ưu thế lai lại thu
ộc về Bruce (1910) rút ra từ các công trình thực nghiệm
ở đậu Hà Lan.
Giả thuyết này cho rằng, ưu thế lai là kết quả của sự tác động tương hỗ giữa
nhiều gene trội có lợi cho sự sinh trưởng. Các tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng của
cơ thể do nhiều gene trội kiểm soát, còn các gene lặn tương ứng thì có tác dụng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page10

ngược lại. Quá trình tự phối dẫn dến sự đồng hợp tử hoá của hai loại gene này. Sự
đồng hợp tử hoá các gene lặn dẫn đến sự suy thoái về sức sinh trưởng. Trong một
dòng tự phối không chỉ tích luỹ hoàn toàn các gene trội có lợi. Kiểu gene của các
dòng tự phối khác nhau sẽ không giống nhau. Khi đem giao phối chúng với nhau thì
ở con lai xuất hiện nhiều gene trội tại các locus khác nhau, trong đó các gene trội lấn
át s
ự biểu hiện của các gene lặn. Kết quả là xuất hiện hiện tượng ưu thế lai và có tính
đồng đều ở con lai F
1.

1.3.3.2. Giả thuyết về tính siêu trội
Theo giả thuyết này, chính bản thân tính dị hợp tử là nguyên nhân quan trọng
của hiện tượng ưu thế lai. Vì vậy nó còn được là giả thuyết về tính dị hợp tử.

Giả thuyết này cho rằng, trong một số sự kết hợp, mối tác động tương hỗ giữa
hai allele trong một locus có thể dẫn đến thể dị hợp tử Aa có sứ
c mạnh vượt qua cả hai
thể đồng hợp tử AA và aa. Nhiều thực nghiệm về đột biến thực nghiệm ở lúa mì và lúa
mạch đã xác nhận điều này. Người ta giả thiết rằng, ở trạng thái dị hợp tử thì hai allele
hoàn thành một số chức năng khác nhau và bổ sung cho nhau. Bởi vậy, khi có hiện
tượng đa allele thì tính siêu trội chỉ xuất hiện ở những cặp allele rất khác nhau. Trong
trường hợp siêu trội, người ta nói đến mối tương tác giữa các allele trong giới hạn một
locus. Mỗi locus không phải chỉ có hai trạng thái trội và lặn mà còn có thể phân thành
nhiều trạng thái trung gian nữa, khác nhau về cấu trúc và chức năng sinh lí.
Ví dụ, một dòng tự phối có kiểu gene a
1
a
1
giao phối với một dòng tự phối
khác có kiểu gene a
2
a
2
thì F
1
sẽ có trạng thái dị hợp tử a
1
a
2
. Do giữa a
1
và a
2
phát

sinh tác dụng lẫn nhau mà mỗi sản phẩm do con lai tạo ra đều có hiệu quả cao hơn
trạng thái đồng hợp tử a
1
a
1
và a
2
a
2
của bố mẹ. Kết quả là xuất hiện ưu thế lai. Ở đây
giữa a
1
và a
2
không có quan hệ trội-lặn mà ngược lại, tác dụng bổ sung giữa chúng
sẽ vượt qua hiệu ứng của tính trội hay tính siêu trội.
1.3.3.3. Thuyết cân bằng di truyền
Thuyết cân bằng di truyền, mà người đề xướng là Turbin (1961), được coi là
một giả thuyết có khả năng liên kết được các luận điểm trong việc giải thích hiện
tượng ưu thế lai. Thuyết này cho rằng ưu thế lai là một hi
ện tượng về tính ưu thế
của con lai đối với mức độ phát dục tính trạng này hay tính trạng khác so với bố mẹ.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page11

Mức độ biểu hiện của tính trạng, tức kết quả của sự phát dục là đặc trưng cho quá
trình này về mặt số lượng. Sự sai lệch trong quá trình phát dục của con lai so với bố
mẹ có thể theo hướng tăng lên hoặc giảm đi (ưu thế lai dương hoặc âm). Thông
thường ta chỉ nói đến ưu thế lai dương là do ý nghĩa thực tiễn của nó.
Tóm lại, từ ba giả

thuyết trên cho thấy rằng, những phân tích về mặt lí luận
di truyền học của hiện tượng ưu thế lai chứng tỏ tính chất phức tạp và mối liên quan
nhiều mặt của nó với những vấn đề khác của di truyền học. Các giả thuyết nói trên
không loại trừ nhau mà ngược lại, bổ sung cho nhau. Cho đến nay, vẫn chưa có một
giả thuyết nào chứng tỏ rằng nó được thừa nh
ận làm lí luận chung cho hiện tượng
ưu thế lai. Tuy nhiên, như đã nói, hai giả thuyết đầu khá phù hợp với nhiều sự kiện
thực tế và có cơ sở khoa học khá chắc chắn.
1.3.4. Ưu thế lai - lịch sử nghiên cứu và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô
Hiện tượng ưu thế lai được nhà khoa học người Đức I.G.Koelreuter (1733 -
1806) phát hiện đầu tiên vào năm 1760 trong các thí nghiệm về lai xa ở cây thuốc lá
(
Nicotiana paniculata × N. rustica). Sau này, nhiều nhà nghiên cứu khác trong khi
tiến hành nghiên cứu lai ở thực vật đã đề cập đến hiện tượng này. Ví dụ điển hình
về lai xa ở thực vật là con lai giữa các chi (intergeneric hybrid) thuộc họ Hoà thảo
(Poaceae).
Lúa mỳ Triticum × Lúa mạch đen Secale → Triticale
Tuy nhiên, những vấn đề lý luận của hiện tượng ưu thế lai ở ngô đã được
Charles Darwin nêu lên đầu tiên, ông nhận thấy nh
ững cây giao phối phát triển cao
hơn những cây tự phối 20% trong tác phẩm “Tác động của giao phối và tự phối
trong thế giới thực vật” xuất bản năm 1876 (Hoàng Trọng Phán và cs, 2008).
Năm 1878 nhà nghiên cứu người Mỹ tên Beal đã áp dụng thực tế ưu thế lai
trong việc tạo giống ngô lai giữa các giống. Ông thu được những cặp lai hơn hẳn
các giống bố mẹ về năng suất từ
10-15%.
Năm 1908 Shull lần đầu tiên tiến hành tự thụ cưỡng bức ở ngô để thu được
các dòng chuẩn và đã tạo ra những giống lai từ các dòng chuẩn này. Năm 1913
chính Shull đã đưa vào tài liệu khoa học thuật ngữ “hetetosis” để chỉ ưu thế lai
(hetetosis là từ rút gọn của stimulus of heterozygosis). Từ năm 1918, Jones đề xuất

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page12

sử dụng lai kép trong sản xuất để giảm giá thành hạt giống thì việc áp dụng ưu thế
lai vào trồng trọt, chăn nuôi được phát triển nhanh chóng.
Bản chất của phương pháp tạo giống lai là lai hai hay nhiều bố mẹ với nhau
tạo ra thế hệ F1 có hiệu ứng ưu thế lai cao để gieo trồng trong sản xuất. Thành công
của phương pháp tạo giống lai phụ thuộc trước hết vào việc tìm kiế
m được cặp bố
mẹ có ưu thế lai và khả năng kết hợp cao. Các dòng thuần đáp ứng tốt cả hai yêu
cầu này. Do đó việc tạo dòng thuần trở nên cần thiết và trở thành một trong ba bước
quan trọng của công tác chọn tạo giống ngô lai (Lê Huy Hàm và cs, 2005).
1.4. Dòng thuần và những nghiên cứu phát triển dòng thuần
1.4.1. Dòng thuần
Dòng tự phối thuần (dòng thuần) là tập hợp các cá thể đồng nhất về mặt di
truyền được tạo ra do quá trình tự thụ phấn nhiều đời.
Dòng thuần là vật liệu cơ bản quan trọng trong chọn tạo và phát triển giống
ngô lai. Dòng thuần được tạo ra từ những vật liệu rất đa dạng như giống địa
phương, giống thụ phấn tự do, các quần thể… bằng nhiều phương pháp khác nhau
như tự thụ phấn cưỡng bức, các hình thức nội phối…
Sự tăng trưởng ấn tượng của nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới là kết
quả của sự kết hợp cải thiện nguồn gen trong chọn tạo giống lai, cải thiện sản xuất
và quản lý nông nghiệp.
1.4.2. Những nghiên cứu phát triển dòng thuần ở ngô
Những nghiên cứu của các nhà khoa học ở thế kỷ thứ 19 đều đã khẳng định
các dòng thuần là nguồn vật liệu nền tảng cho nghiên cứu di truyền và chọn giống.
Các dòng ngô thuần được sử dụng mạnh mẽ trong chọn giống và sản xuất hạt giống
ngô ưu thế lai. Các dòng thuần ngô đặc thù đã đóng vai trò nề
n tảng trong di truyền
và chọn giống ở ngô.

Một số phương pháp tạo dòng thuần đã được các nhà khoa học Sprague và
Eberhart, 1955 đề xuất sử dụng như:
+ Phương pháp chuẩn: Do Shull đề xuất sử dụng (1909, 1910);
+ Phương pháp cận phối (sib hoặc fullsib); Phương pháp thuần hoá tích hợp;
Chọn tạo dòng tương đồng; Phương pháp lai trở lại

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page13

Ngoài các phương pháp tạo dòng truyền thống như ở trên, một số phương
pháp tạo dòng thuần mới đã được phát triển như chọn lọc giao tử, tạo dòng đơn bội
kép bằng nuôi cấy bao phấn hoặc noãn chưa thụ tinh, hay phương pháp tạo dòng
đơn bội kép in vivo sử dụng dòng kích tạo đơn bội…
1.4.2.1. Phương pháp tự phối
Người đầu tiên đề xuất phương pháp tự phối để tạo dòng thuần là Shull
(1909, 1910) và đến nay đây vẫn là phương pháp chuẩn được các nhà tạo giống sử
dụng. Để tạo vật liệu cho quá trình chọn lọc được dễ dàng và chuẩn xác, phải ti
ến
hành đồng huyết hóa mà tự phối là dạng đồng huyết hóa nhanh nhất. Tuy nhiên,
theo phương pháp truyền thống, việc sản xuất các dòng thuần thường đòi hỏi 6-8
thế hệ tự thụ phấn bắt buộc để thu được mức đồng hợp tử mong muốn. Đây là một
quá trình lâu dài và tốn kém.
1.4.2.2. Phương pháp Sib hoặc Fullsib
Stringfield (1974) đã đề xuất phương pháp Sib và sử dụng để tạo dòng thuần
nhằm làm giảm mức độ suy thoái do tự phối gây nên, phương pháp này kéo dài thời
gian chọn lọc dòng. Để tạo được những dòng thuần có khả năng kết hợp cao thì tự
phối có ưu thế hơn so với Sib hoặc Fullsib, mặt khác tự phối đạt được mức độ đồng
hợp tử nhanh hơn các phương pháp cận phối nên nó được ưu chuộng hơn.
1.4.2.3. Phương pháp chọn lọc phả h
ệ
Các nhà khoa học trên thế giới cho rằng chọn lọc phả hệ là một thành phần

quan trọng trong chương trình chọn tạo giống hiện đại, nó sẽ là điểm nhấn trong
quần thể với sự hạn chế của cơ sở di truyền các giống lai và các dòng tốt là cơ sở để
cải tiến các dòng thông qua chọn lọc phả hệ
1.4.2.4. Tạo dòng đơn bội kép (Double haploid – DH)
Trong khi việc chọ
n tạo dòng thuần bằng phương pháp truyền thống mất rất
nhiều thời gian, thông thường cần từ 6-8 đời tự thụ (khoảng từ 3-4 năm), các nhà
khoa học đã nghiên cứu tạo ra các dòng đơn bội kép (double haploid) thông qua: i)
Kỹ thuật nuôi cấy in vitro (bao gồm các kỹ thuật nuôi cấy bao phấn, hạt phấn hay
nuôi cấy noãn chưa thụ tinh); ii) Kỹ thuật tạo dòng đơn bội kép in vivo (sử dụng
dòng kích tạ
o đơn bội (inducer haploid) và đa bội hóa thể đơn bội để tạo dòng đơn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page14

bội kép). Các dòng mới được tạo ra trong thời gian rất ngắn (từ 1-2 năm)
a) Sơ lược về thể đơn bội
Hầu hết các loài cây trồng của chúng ta đều có mức bội thể lớn hơn 1, phổ
biến là nhị bội (2n) và tứ bội (4n). Như vậy, mỗi đặc điểm di truyền ở những cá thể
này đều bị hai hay nhiều allen của một gen chi phối. Nế
u đó là những cá thể dị hợp
tử, tức là các gen trong mỗi hệ gen nhị bội hay tứ bội khác nhau thì biểu hiện tính
trạng (phenotype) của gen đó hoàn toàn tùy thuộc vào tính trạng lặn hay trội của
chúng quyết định. Vì vậy, mức bội thể lý tưởng để tiến hành nghiên cứu di truyền
các tính trạng phải là mức đơn bội (1n) hoặc các mức đa bội khác nhưng chúng phải
đồng nhất tuyệt
đối. Các thể đơn bội là những cá thể thường là của những loài nhị
bội hay đa bội khác nguồn mà trong tế bào soma của chúng số lượng nhiễm sắc thể
bằng nửa số lượng nhiễm sắc thể của loài khởi đầu, trong mỗi cặp nhiễm sắc thể
tương đồng, nó chỉ có một nhiễm sắc thể. Như vậy, cây đơn bội là cây có số lượng

nhiễm sắc thể trong tế bào dinh dưỡng chỉ có một nửa (n) so với cây bình thường
(2n). Trong cây đơn bội mỗi chiếc nhiễm sắc thể tương đồng chỉ tồn tại một chiếc,
hay một locus gene đơn chỉ tồn tại một allele. Chính đặc điểm như vậy của bộ máy
di truyền nên cây đơn bội có nhiều ý nghĩa trong chọn giống:
- Sự có mặt của m
ột bộ nhiễm sắc thể đơn dễ dàng cho tách dòng đột biến
- Nhị bội đồng hợp tử thu nhận được bằng cách nhị bội hóa cây đơn bội rất
có ý nghĩa trong công tác lai tạo gống
- Nghiên cứu về phôi học thực nghiệm
- Nghiên cứu tế bào học
- Nghiên cứu đột biến
- Cải thiện giống cây: Tạo dòng thuần, tạo cây từ
hạt phấn
- Nghiên cứu tạo cây từ hạt phấn của các giống thuần
- Nghiên cứu đột biến, gây đột biến ở các dạng đơn bội và chọn lọc
- Phát triển dòng vô tính ở các loài thân gỗ lâu năm
- Chuyển các gene ngoại lai mong muốn
- Thiết lập các dòng tế bào đơn bội và nhị bội hạt phấn của cây
Trong đó, tạo dòng thuần là mộ
t trong những hướng ứng dụng quan trọng