Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:245

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai" nhằm cung cấp thêm số liệu, kết quả nghiên cứu thực nghiệm về việc tạo dòng ngô 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 dòng bằng cây kích tạo đơn bội.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công nghệ kích tạo đơn bội phục vụ chọn tạo giống ngô lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ----- ----- NGUYỄN ĐỨC THÀNH NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP CHỊU HẠN BẰNG CÔNG NGHỆ KÍCH TẠO ĐƠN BỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ 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 DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP CHỊU HẠN BẰNG CÔNG NGHỆ KÍCH TẠO ĐƠN BỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI Chuyên 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 công trình nghiên cứu của tôi 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 hoàn toàn trung thực, các thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu đã công bố trong luận án. Tác giả Nguyễn Đức Thành
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài tôi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của Cơ quan, quý Thầy Cô, đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng 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 hoàn thành luận án. Tôi 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 Tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Đặc biệt, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai thầy hướng dẫn khoa học TS. Đặng Ngọc Hạ - Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Ngô PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng - Học viện Nông nghiệp Việt Nam Hai Thầy đã giành thời gian, tận tình hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn Ban quản lý Dự án cấp nhà nước “Nghiên cứu ứng dụng công 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 Công 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 tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Nhân dịp này, tôi 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 tôi hoàn 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 ngô trên thế giới và ở Việt Nam ......................... 4 1.1.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ................................................. 4 1.1.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ................................................ 5 1.2. Những nghiên cứu tạo dòng ngô 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. Quá 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 dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội............................................................................... 13 1.2.6. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ kích tạo đơn bội tại Việt Nam .. 24 1.2.7. Đánh giá tiềm năng của các dòng ngô đơn bội kép được tạo ra bằng công 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 môi 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 dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép ................................................................. 46 2.3.3. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bội kép ........................................................................ 50 2.3.4 Tạo, đánh giá các tổ hợp lai từ các dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép bằng công 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 dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép ....................................................................................... 81 3.3. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và khả năng kết hợp của các dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử SSR ........................ 94 3.3.2. Khả năng kết hợp về năng suất của các dòng ngô đơn bội kép ... 103 3.4. Tạo các tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bội kép triển vọng, khảo nghiệm tác giả ........................................................................................ 130 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 134 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG 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 nông thôn CC Chiều cao cây CĐB Chiều cao đóng bắp CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo - Trung tâm cải lương giống ngô 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 Đông Xuân ĐKB Đường kính bắp GMP Global Maize Program - Chương trình ngô toàn 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 - Dòng 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 dòng ngô 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 Ngô ................................................. 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 Đông 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 khô và rễ khô (gram) của các dòng 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô vụ Đông năm 2017 và Xuân năm 2018 tại Đan Phượng - Hà Nội.................................... 82 Bảng 3.14. Đặc điểm hình thái của 24 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép trong vụ Đông 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô đơn bội kép trong vụ Xuân 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 dòng ngô ngô đơn bội kép............................................................................. 98 Bảng 3.22. Ma trận hệ số tương đồng (Jacard) của 24 dòng ngô DH nghiên cứu dựa trên 23 chỉ thị SSR ........................................................ 102 Bảng 3.23. Bảng phân tích phương sai gộp và riêng cho 4 điểm Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nội vụ Xuân 2018 .................. 1045
Bảng 3.24. Năng suất trung bình, giá trị khả năng kết hợp chung (KNKHC) của 24 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 ngô 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 dòng ngô đơn bội kép tại Viện Nghiên cứu Ngô ...... 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 khô, rễ khô của 24 dòng ngô đơn bội kép trong điều kiện gây hạn vụ Hè Thu 2017 tại khu nhà lưới Viện Nghiên cứu Ngô......................................... 65 Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự suy giảm chiều cao cây, cao đóng bắp của 24 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô trên gel polyacrylamide 4,5% ....................................................... 95 Hình 3.9. Kết quả điện di sản phẩm PCR mồi nc133 của 24 dòng ngô trên gel polyacrylamide 4,5% .............................................................. 96 Hình 3.10. Kết quả điện di sản phẩm PCR mồi umc1862 của 24 dòng ngô trên gel polyacrylamide 4,5% ....................................................... 97 Hình 3.11. Sơ đồ phân nhóm đa dạng di truyền của 24 dòng 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 Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nội, vụ Xuân 2018 .......... 106 Hình 3.13 Giá trị khả năng kết hợp chung gộp tại 4 điểm Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nội vụ, Xuân 2018 ............................. 106 Hình 3.14. Giá trị khả năng kết hợp riêng của 24 dòng đơn bội kép tại Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nội vụ Xuân 2018 ........... 108 Hình 3.15. Tổng hợp giá trị khả năng kết hợp riêng của 24 dòng tại Hòa Bình, Đồng Nai, Thái Nguyên và Hà Nội vụ Xuân 2018 ........... 108 Hình 3.16. Khả năng kết hợp chung của 24 dòng trong điều kiện tưới đủ và hạn tại Ninh Thuận vụ Đông Xuân 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 Đông Xuân 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 dòng ngô 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 Ngô (Zea mays L.), là cây trồng có sản lượng hạt đạt cao nhất thế giới đồng thời đóng vai trò 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 ngô 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 ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triệu ha; năm 2018, diện tích ngô 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, hoàn toàn không có khả năng tưới. Do vậy, chương trình ngô toàn cầu, các quốc gia trong đó có Việt Nam đã và đang nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống ngô 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 soát, các tính trạng thường chịu ảnh hưởng của hiệu ứng liên kết chéo. Những thập niên cuối thế kỷ 20, công nghệ tạo dòng 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 công nghệ tạo dòng ngô đơn bội kép bằng công nghệ kích tạo đơn bội. Công 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 ngô lai thương mại; 2) Các dòng được tạo ra là dòng DH, có độ đồng hợp tử 100%; 3) Từ một nguồn vật liệu ban đầu có thể tạo ra nhiều dòng khác nhau; 4) Quy trình thực hiện đơn giản. Với những điều kiện về nguồn nhân lực và cơ sở vật chất, Việt Nam hoàn toàn có thể tiếp tiếp thu và ứng dụng công nghệ này trong các chương trình chọn tạo giống ngô lai. Từ những lý do trên chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công 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 ngô đơn bội kép chịu hạn bằng công 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 dòng ngô 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 dòng 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 dòng ngô đơn bội kép; Xác định được 9 dòng 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 nông 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 ngô 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 ngoài sản xuất được sử dụng làm vật liệu tạo dòng 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. Dòng 21CM (mẹ giống ngô lai VN8960), CH1 (mẹ giống ngô lai LCH9) được sử dụng làm dòng đối chứng cho thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép. Dòng 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 dòng ngô đơn bội kép chịu hạn; 2) Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu hạn của các dòng ngô đơn bội kép; 3) Đánh giá đa dạng di truyền, khả năng kết hợp của các dòng ngô đơn bội kép; 4) Tạo, đánh giá tổ hợp lai từ các dòng ngô đơn bội kép.
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1 Tình hình sản xuất ngô 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 ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lượng 205 triệu tấn. Năm 2011, diện tích trồng ngô 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 ngô 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 ngô 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 ngô 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 ngô có vai trò quan trọng trong sản xuất nông 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 toàn cầu, thiên tai gây ra, nhu cầu con người ngày một tăng việc nghiên cứu, ứng