Tài liệu Khai thác nguồn gen ngô địa phương và nhập nội phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai thích ứng với điều kiện canh tác tỉnh lào cai

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ THỊ MINH THẢO KHAI THÁC NGUỒN GEN NGÔ ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC TỈNH LÀO CAI HÀ NỘI - 2015 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ THỊ MINH THẢO KHAI THÁC NGUỒN GEN NGÔ ĐỊA PHƯƠNG VÀ NHẬP NỘI PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI THÍCH ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN CANH TÁC TỈNH LÀO CAI Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 Người hướng dẫn khoa học: 1. GS. TS. Vũ Văn Liết 2. TS. Lê Quý Kha HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận án Lê Thị Minh Thảo i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Vũ Văn Liết - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, TS. Lê Quý Kha, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền giống, Khoa Công nghệ sinh học thuộc Học Viện Nông nghiệp Việt Nam; Viện Nghiên cứu Ngô; Trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Anh, Chị em Phòng Cây trồng cạn - Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Bộ môn Tạo giống ngô - Viện Nghiên cứu Ngô, Khoa Nông lâm - Trường Cao đẳng Cộng đồng Lào Cai, các em sinh viên khóa 58 chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Lào Cai, huyện Bảo Thắng, huyện Bát Xát đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Lê Thị Minh Thảo ii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục viết tắt ............................................................................................................ vii Danh mục bảng .............................................................................................................. viii Danh mục biểu đồ ............................................................................................................ xi Danh mục hình ................................................................................................................ xii Trích yếu luận án ........................................................................................................... xiii Thesis abstract................................................................................................................ xvi Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3 1.3. Những đóng góp mới của luận án ......................................................................... 3 1.4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tàI ................................................. 3 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 5 2.1. Sản xuất ngô trên thế giới và việt nam ................................................................. 5 2.1.1. Sản xuất ngô trên thế giới ..................................................................................... 5 2.1.2. Sản xuất ngô của Việt Nam ................................................................................. 7 2.2. Nguồn gốc, phân loại, đặc điểm cây ngô nếp ....................................................... 8 2.2.1. Nguồn gốc ............................................................................................................. 8 2.2.2. Phân loại thực vật của ngô nếp ........................................................................... 10 2.2.3. Đặc điểm của ngô nếp ......................................................................................... 10 2.3. Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp ................................................................ 11 2.3.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cây ngô ............................................. 11 2.3.2. Đa dạng nguồn gen ngô nếp ............................................................................... 15 2.3.3. Nghiên cứu đa dạng nguồn gen ngô ở Việt Nam ................................................ 17 2.4. Nghiên cứu di truyền ở ngô nếp.......................................................................... 18 2.5. Nghiên cứu khả năng chịu hạn ở ngô ................................................................. 21 2.6. Nghiên cứu phát triển dòng thuần ....................................................................... 24 2.6.1. Phát triển dòng thuần ngô bằng tự phối và chọn lọc........................................... 24 iii 2.6.2. Phát triển dòng đơn bội kép (DH)....................................................................... 25 2.6.3. Thành tựu nghiên cứu phát triển dòng thuần trên thế giới.................................. 27 2.6.4. Nghiên cứu phát triển dòng thuần ở Việt Nam ................................................... 28 2.7. Nghiên cứu khả năng kết hợp chọn tạo ngô nếp ................................................. 29 2.8. Thành tựu chọn giống ngô nếp trên thế giới và Việt Nam ................................. 32 2.8.1 Những thành tựu đạt được trong nghiên cứu ngô trên thế giới........................... 32 2.8.2. Thành tựu đạt được trong nghiên cứu ngô nếp ở Việt Nam ............................... 35 Phần 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 40 3.1. Vật liệu, thời gian và địa điểm nghiên cứu ......................................................... 40 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 40 3.1.2. Thời gian, địa điểm nghiên cứu .......................................................................... 42 3.1.3. Đặc điểm của giống đối chứng ........................................................................... 43 3.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 44 3.3. Phương pháp thí nghiệm ..................................................................................... 44 3.3.1. Nội dung 1 .......................................................................................................... 44 3.3.2. Nội dung 2 .......................................................................................................... 45 3.3.3. Nội dung 3 .......................................................................................................... 45 3.3.4. Nội dung 4 .......................................................................................................... 48 3.3.5. Nội dung 5 .......................................................................................................... 50 3.4. Chỉ tiêu theo dõi các thí nghiệm ......................................................................... 51 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................... 56 4.1. Kết quả đánh giá đa dạng kiểu hình của 29 mẫu giống ngô nếp địa phương và nhập nội vụ thu đông 2010 tại Lào Cai ............................................. 56 4.1.1. Thời gian sinh trưởng của các giống ngô............................................................ 56 4.1.2. Một số đặc điểm hình thái của các giống ngô nếp .............................................. 58 4.1.3. Khả năng chống chịu trên đồng ruộng và tỷ lệ đổ gãy của các giống ngô ......... 60 4.1.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các mẫu giống ngô nếp ........... 62 4.1.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của các mẫu giống ngô ............. 64 4.1.6. Phân tích đa dạng dựa trên kiểu hình 29 mẫu giống ngô nếp ............................ 65 4.2. Đánh giá đặc điểm hình thái, năng suất các dòng ngô nếp đời thấp vụ xuân 2011 tại Gia Lâm, Hà Nội ......................................................................... 66 4.2.1. Thời gian sinh trưởng của các dòng ngô nếp đời thấp ........................................ 66 iv 4.2.2. Một số đặc điểm hình thái của các dòng ngô nếp ............................................... 68 4.2.3. Khả năng chống chịu trên đồng ruộng của các dòng ngô nếp ............................ 68 4.2.4. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp ........................ 69 4.2.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của các dòng ngô nếp................ 72 4.3. Đánh giá knkh chung của các dòng ngô nếp đời thấp trồng vụ thu đông 2011 tại Lào Cai .................................................................................................. 73 4.3.1. Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai (THL) .......................................... 73 4.3.2. Khả năng chống chịu sâu bệnh của các THL...................................................... 75 4.3.3. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các THL ...................................... 75 4.3.4. Năng suất thực thu và chất lượng của các THL .................................................. 78 4.3.5. Khả năng kết hợp của các dòng ngô nếp ............................................................ 80 4.4. Đánh giá đa dạng di truyền dựa vào đặc điểm hình thái và chỉ thị phân tử ssr của 24 dòng thuần vụ thu đông năm 2012 tại Gia Lâm - Hà Nội ................. 82 4.4.1. Thời gian sinh trưởng và hình thái của 24 dòng ngô nếp thuần ......................... 83 4.4.2. Một số đặc điểm hình thái của các dòng ngô nếp ............................................... 84 4.4.3. Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của 24 dòng thuần.............................. 85 4.4.4. Khả năng chống chịu và chất lượng ăn tươi của các dòng thuần ....................... 88 4.4.5. Phân tích đa dạng di truyền 24 dòng ngô nếp thuần ........................................... 89 4.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng ngô nếp thuần bằng thí nghiệm chậu vại vụ thu đông năm 2012 tại Hà Nội ........................................................ 93 4.6. Thí nghiệm đánh giá 6 dòng bố mẹ và 15 thl trên đồng ruộng và trong chậu vại vụ xuân 2013 tại Hà Nội....................................................................... 95 4.6.1. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của 6 dòng bố mẹ và 15 THL bằng gây hạn nhân tạo ................................................................................................. 95 4.6.2. Thí nghiệm so sánh khả năng chịu hạn của 6 dòng bố mẹ và 15 THL trên đồng ruộng và trong nhà có mái che vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ....... 100 4.6.3. Đánh giá ưu thế lai trung bình (Hm%) của các tổ hợp ngô nếp lai vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ....................................................................... 112 4.6.4. Phân tích chọn lọc dòng và THL có khả năng chịu hạn ................................... 118 4.6.5. Kết quả phân tích khả năng kết hợp của 24 dòng ngô nếp vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội .......................................................................................... 123 v 4.7. Kết quả thí nghiệm so sánh các thl ngô nếp triển vọng vụ thu đông 2013 vụ xuân 2014 tại Lào Cai .................................................................................. 125 4.7.1. Thời gian sinh trưởng và phát triển của các THL ngô nếp triển vọng .............. 125 4.7.2. Một số đặc điểm hình thái của THL ngô nếp triển vọng .................................. 126 4.7.3. Khả năng chống chịu của các THL ngô nếp triển vọng.................................... 126 4.7.4. Năng suất và các yếu tố năng suất của một số THL ngô nếp triển vọng .......... 127 4.7.5. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan của tổ hợp lai triển vọng ......... 130 Phần 5. Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 132 5.1. Kết luận ............................................................................................................. 132 5.2. Đề nghị .............................................................................................................. 133 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án .................................... 134 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 135 Phụ lục .......................................................................................................................... 143 vi DANH MỤC VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt CDR Chiều dài rễ CHDCND Cộng hòa dân chủ nhân dân CYMMYT International Maize and Wheat Improvement Center (Trung tâm phát triển ngô và lúa mỳ quốc tế) DH Double Haploid (Dòng đơn bội kép) DT Diện tích DTL Diện tích lá ĐK Đường kính ĐR Đồng ruộng GN Giống nếp THL Tổ hợp lai KLTK Khối lượng thân khô KNKH Khả năng kết hợp NC & PTCT Nghiên cứu và Phát triển cây trồng NS Năng suất NSLT Năng suất lý thuyết NSBT Năng suất bắp tươi NSTT Năng suất thực thu PIC Polymorphic information content (Giá trị thông tin đa hình) PR Phun râu SL Sản lượng STT Số thứ tự TCN Tiêu chuẩn ngành TB Trung bình TĐ -13 Thu Đông 2013 TGST Thời gian sinh trưởng TP Tung phấn TTR Thể tích rễ X - 14 Xuân 2014 vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. So sánh tăng trưởng về diện tích (DT), năng suất (NS) và sản lượng (SL) của ba cây lương thực chính từ năm 1961 đến 2013 ............................. 5 Bảng 2.2. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô toàn cầu giai đoạn 1990 - 2013 ............. 6 Bảng 2.3. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của các châu lục năm 2013 ............... 6 Bảng 2.4. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam từ 1990 đến 2013 ........... 8 Bảng 2.5. Một số đặc tính chất lượng của ngô nếp so với ngô thường ........................ 11 Bảng 3.1. Danh sách các mẫu giống ngô nếp do Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam cung cấp ............................... 40 Bảng 4.1. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các mẫu giống ngô ...................... 57 Bảng 4.2. Một số đặc điểm hình thái của các giống ngô .............................................. 59 Bảng 4.3. Khả năng chống chịu sâu bệnh và đổ gãy của các giống ngô ...................... 61 Bảng 4.4. Các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống ngô nếp ....................... 63 Bảng 4.5. Một số chỉ tiêu chất lượng cảm quan của các mẫu giống ngô nếp .............. 64 Bảng 4.6. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các dòng ngô nếp ........................ 67 Bảng 4.7. Một số yếu tố cấu thành năng suất của các dòng ngô nếp ........................... 70 Bảng 4.8. Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu của các dòng ngô nếp ................................................................................................ 71 Bảng 4.9. Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai .......................................................... 74 Bảng 4.10. Một số chỉ tiêu về bắp của các THL ............................................................ 76 Bảng 4.11. Các yếu tố cấu thành năng suất của các THL .............................................. 77 Bảng 4.12. Năng suất bắp tươi và năng suất thực thu của các THL .............................. 79 Bảng 4.13. Khả năng kết hợp chung của các dòng ngô nếp ........................................... 80 Bảng 4.14. Một số đặc điểm nông sinh học của 24 dòng ngô nếp thuần ....................... 83 Bảng 4.15. Một số đặc điểm hình thái của các dòng thuần ............................................ 85 Bảng 4.16. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 24 dòng ngô nếp ............ 86 Bảng 4.17. Năng suất, yếu tố cấu thành năng suất của 24 dòng ngô nếp thuần ............. 87 Bảng 4.18. Khả năng chống chịu và chất lượng cảm quan của các dòng ngô nếp thuần ........ 88 Bảng 4.19. Số alen và giá trị PIC của các chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu nhận biết trên 24 dòng ngô thuần ................................................................. 90 Bảng 4.20. Một số đặc điểm về bộ rễ khi gây hạn của các dòng thuần ......................... 94 viii Bảng 4.21. Đặc điểm về diện tích và khối lượng thân khô của các dòng bố mẹ và các THL trong thí nghiệm vụ Xuân 2013 tại Hà Nội .................................. 96 Bảng 4.22. Thể tích rễ và chiều dài rễ của các dòng bố mẹ và THL trong thí nghiệm chậu vại vụ Xuân 2013 tại Hà Nội .................................................. 98 Bảng 4.23. Một số chỉ tiêu về bộ rễ của các dòng thuần và THL trồng vụ Xuân 2013 tại Hà Nội ............................................................................................ 99 Bảng 4.24. So sánh các giai đoạn sinh trưởng của các vật liệu thí nghiệm trong nhà có mái che ở 4 thời điểm gây hạn ....................................................... 101 Bảng 4.25. So sánh chiều cao cây của các mẫu giống ngô trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che ........................................................................ 102 Bảng 4.26. So sánh chiều dài bắp của các dòng bố mẹ và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che .................................................. 104 Bảng 4.27. So sánh khối lượng 1000 hạt của các dòng và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che .................................................. 106 Bảng 4.28. So sánh năng suất thực thu của các dòng và THL ngô nếp trong thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che ............................................ 108 Bảng 4.29. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong điều kiện đồng ruộng vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ................................................................................... 113 Bảng 4.30. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn I (vào chắc) ................................................................................................... 114 Bảng 4.31. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn II (trỗ cờ - phun râu) ...................................................................................... 115 Bảng 4.32. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn III (xoắn nõn) .................................................................................................. 116 Bảng 4.33. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất trong nhà mái che thời điểm gây hạn IV (7 - 9 lá) ...................................................................................................... 117 ix Bảng 4.34. Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về chỉ số chịu hạn vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội ........................................................... 118 Bảng 4.35. Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng ngô được chọn trong thí nghiệm đồng ruộng ............................................................. 119 Bảng 4.36. Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng ngô được chọn trong thời điểm gây hạn I (vào chắc) ................................................ 120 Bảng 4.37. Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng ngô được chọn trong thời điểm gây hạn II (trỗ cờ - phun râu) .................................. 121 Bảng 4.38. Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng ngô được chọn trong thời điểm gây hạn III (xoắn nõn) ............................................. 122 Bảng 4.39. Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng ngô được chọn trong thời điểm gây hạn IV (7 - 9 lá) ................................................ 123 Bảng 4.40. Khả năng kết hợp chung ............................................................................ 123 Bảng 4.41. Giá trị KNKH riêng của 6 dòng ngô nếp ................................................... 124 Bảng 4.42. Thời gian sinh trưởng và phát triển của các THL ngô nếp ........................ 125 Bảng 4.43. Chiều cao cây, chiều cao đóng bắp của các THL ngô nếp ........................ 126 Bảng 4.44. Tỷ lệ đổ rễ, đổ thân và nhiễm bệnh của các THL ngô nếp ........................ 127 Bảng 4.45. Chiều dài, đường kính bắp và số hàng hạt/bắp của các THL ngô nếp ....... 128 Bảng 4.46. Số hạt/hàng, khối lượng 1000 hạt và năng suất lý thuyết của các THL ngô nếp ....................................................................................................... 129 Bảng 4.47. Năng suất thực thu của các THL ngô nếp triển vọng................................. 130 Bảng 4.48. Một số chỉ tiêu chất lượng của các tổ hợp lai triển vọng ........................... 131 x DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 4.1. Khả năng kết hợp chung về năng suất hạt của 30 dòng tự phối ngô nếp đời thấp ............................................................................................... 81 Biểu đồ 4.2. Khả năng kết hợp chung về năng suất bắp tươi của 30 dòng .................... 81 Biểu đồ 4.3. KNKH chung của sáu dòng ngô nếp vụ Xuân 2013 tại Gia Lâm Hà Nội ..................................................................................................... 124 xi DANH MỤC HÌNH Hình 4.1. Cây phân nhóm cách biệt kiểu hình của 29 giống ngô ................................ 65 Hình 4.2. Sơ đồ phân nhóm tương đồng của 24 dòng ngô nếp thuần dựa trên kiểu hình....................................................................................................... 89 Hình 4.3. Sản phẩm DNA điện di với mồi Phi 053 ..................................................... 91 Hình 4.4. Sản phẩm DNA điện di với mồi Phi 032 ..................................................... 91 Hình 4.5. Sơ đồ phân nhóm tương đồng của 24 dòng ngô nếp thuần bằng 19 chỉ thị SSR ......................................................................................................... 92 Hình 4.6. Tương quan giữa P1000 hạt với năng suất đồng ruộng ............................. 110 Hình 4.7. Tương quan giữa chiều dài bắp với năng suất đồng ruộng ........................ 110 Hình 4.8. Tương quan giữa đường kính bắp với năng suất đồng ruộng .................... 110 Hình 4.9. Tương quan giữa hàng hạt/bắp với năng suất đồng ruộng ......................... 110 Hình 4.10. Tương quan giữa hạt/hàng với năng suất đồng ruộng ............................... 111 Hình 4.11. Tương quan giữa giữa tỷ lệ hạt/bắp với năng suất đồng ruộng ................ 111 Hình 4.12. Tương quan giữa chỉ số chịu hạn với năng suất trong nhà có mái che thời vụ I ...................................................................................................... 111 Hình 4.13. Tương quan giữa chỉ số chịu hạn với năng suất trong nhà có mái che thời vụ I ...................................................................................................... 111 Hình 4.14. Tương quan giữa chỉ số chịu hạn với năng suất trong nhà có mái che thời vụ III ................................................................................................... 112 Hình 4.15. Tương quan giữa chỉ số chịu hạn với năng suất trong nhà có mái che thời vụ IV ................................................................................................... 112 xii TRÍCH YẾU LUẬN ÁN 1. Tóm tắt mở đầu: - Tên tác giả: Lê Thị Minh Thảo - Tên luận án: Khai thác nguồn gen ngô địa phương và nhập nội phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai thích ứng với điều kiện canh tác tỉnh Lào Cai - Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng - Mã số: 62 62 01 11 - Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam 2. Nội dung bản trích yếu 2.1. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của luận án: 2.1.1. Mục đích của luận án - Lựa chọn được nguồn gen ngô nếp địa phương chất lượng, có khả năng chịu hạn làm nguồn vật liệu tạo giống ngô nếp lai năng suất cao, chất lượng. - Chọn tạo được một số dòng thuần triển vọng làm nguồn vật liệu cho công tác lai tạo 2.1.2. Đối tượng của luận án Một số dòng ngô nếp địa phương và nhập nội 2.2. Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng: - Đánh giá đa dạng kiểu hình nguồn gen ngô nếp địa phương. Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo phương pháp theo khối ngẫu nhiên (RCBD). - Phương pháp Phát triển dòng thuần từ vật liệu ưu tú thực hiện bằng phương pháp tự thụ phấn cưỡng bức theo phương pháp của Shull (1909) có cải tiến theo Ngô Hữu Tình (2009) - Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR: Đánh giá đa dạng và phân nhóm di truyền 24 dòng thuần sử dụng chỉ thị SSR với 19 cặp mồi, các cặp mồi đã được tác giả Marilyn và cs. (2002) công bố. Phân tích di truyền bằng sử dụng chỉ thị phân tử ADN: Tách chiết ADN theo phương pháp CTAB của Doyle and Doyle (1990). Phản ứng PCR theo phương pháp của Chen et al. (2006) có cải tiến tùy theo chỉ thị. Điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide. Soi và chụp ảnh gel bằng máy chụp ảnh gel DigiDoc-It. - Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn bằng thí nghiệm chậu vại: Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn trồng trong chậu plastic theo phương pháp của Camacho and Caraballo (1994). - Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn của 6 dòng bố mẹ và 15 THL trong nhà có mái che theo phương pháp của Zaidi, 2002 - Lai tạo: tạo các THL bằng phép lai dialen theo mô hình của griffing 4 - Đánh giá các THL triển vọng thí nghiệm so sánh giống theo RCBD 2.3. Các kết quả, phát hiện chính và kết luận: 2.3.1. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn * Ý nghĩa khoa học Khai thác nguồn gen ngô nếp địa phương và nhập nội, chất lượng cao, thích nghi với đều kiện khó khăn về nước tưới để phát triển vật liệu di truyền cho chọn giống ngô nếp lai năng suất cao, thích ứng với điều kiện canh tác nhờ nước trời miền núi phía Bắc, Việt Nam. xiii Phát triển vật liệu di truyền ngô nếp và tổ hợp ngô nếp lai kết hợp nguồn gen bản địa và ngoại lai nhằm nâng cao đa dạng di truyền của ngô nếp Việt Nam. * Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng cơ sở dữ liệu và thông tin chi tiết của 29 nguồn vật liệu di truyền ngô nếp có mức đa dạng cao phục vụ cho nghiên cứu chọn tạo giống ngô nếp ở Việt Nam - Xác định dược sáu dòng thuần có khả năng sử dụng trong chương trình chọn tạo giống ngô nếp lai có đặc điểm nông sinh học tốt, khả năng chịu hạn phù hợp cho chọn tạo giống cho các điều kiện canh tác ngô nhờ nước trời. - Chọn tạo được một tổ hợp ngô nếp lai có triển vọng về năng suất, khả năng chịu hạn, thích nghi cho điều kiện canh tác khó khăn về nước tưới 2.3.1. Kết luận 1) Kết quả luận án thấy rằng tập đoàn trong nước và nhập nội đủ tính đa dạng có khả năng thích ứng với điều kiện đồi núi, đáp ứng yêu cầu phát triển dòng thuần, từ đó phát triển được những dòng thuần triển vọng. Các dòng thuần triển vọng có tính đa dạng cao đủ để chọn tạo ra tổ hợp ngô nếp lai mới thích ứng cho vùng núi nói chung và Lào Cai nói riêng. 2) Nghiên cứu đã đánh giá 29 giống ngô nếp địa phương và nhập nội về đặc điểm nông sinh học và phân tích đa dạng di truyền của các mẫu giống dựa trên một số tính trạng cho thấy với hệ số tương đồng 0,05 các giống được chia thành 5 nhóm di truyền. Mức độ đa dạng cao của các mẫu giống có tiềm năng sử dụng cho chương trình tạo giống ngô nếp lai 3) Đánh giá các dòng tự phối thế hệ S3 đến S5 về các đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu đồng ruộng khá, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất suy giảm nhiều so với đối chứng. Hai dòng tự phối có năng suất suy giảm nhỏ hơn GN64.4.2.3.4 phát triển từ Phon sa may II, CHDCND Lào (30,17 tạ/ha) và GN47.2.4.4.3.5 phát triển từ Nếp hai tháng, Yên Bái (32,44 tạ/ha). Chất lượng cảm quan tốt của các dòng vẫn giữ được như mẫu giống gốc ban đầu. 4) Đánh giá khả năng kết hợp chung của các dòng thế hệ S3 đến S5 đã xác định được 11 dòng có khả năng kết hợp tốt với tính trạng năng suất bắp tươi và 12 dòng có khả năng kết hợp tính trạng năng suất hạt. Những dòng có KNKH chung được sử dụng để phát triển dòng thuần. Đánh giá 24 dòng thuần phát triển từ các dòng tự phối S3 đến S5 về đặc điểm nông sinh học đã chọn được 6 dòng ưu tú là I5 , I7 , I8 , I9 , I15 và I23 để thử KNKH riêng tạo giống ngô nếp lai. 5) Đã lựa chọn được 6 THL có khả năng chịu hạn tốt, có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt, có tỷ lệ % về năng suất giảm ít nhất trong cả 4 thời điểm gây hạn là các THL I5 × I9, I5 × I15, I5 × I23, I7 × I8, I7 × I9 và I15 × I23. Đã lựa chọn được 3 dòng I5, I7 và I15 là những dòng có KNKH riêng cao. 6) Đánh giá THL triển vọng tại Lào Cai trong 2 vụ, năng suất đạt từ 42,67 đến 53,59 trong vụ Thu Đông 2013 và từ 42,27 đến 54,95 trong vụ Xuân 2014. Tổ hợp lai I5 × I15 có năng suất cao nhất trong cả 2 vụ, Thu Đông đạt 53,69 tạ/ha và vụ Xuân đạt 54,95 tạ/ha. Đây là tổ hợp ngô nếp lai có tiềm năng cho canh tác nhờ nước trời tại Lào Cai. xiv THESIS ABSTRACT 1. Information - PhD student name: Le Thi Minh Thao - Name of the thesis: Exploitation of local and introduced genetic resource of corn for breeding hybrid sicky corns adating to condition of cultivation in Laocai Province. - Major: Plant Genetics and Breeding - Code: 62 62 01 11 - Training institution: Vietnam National University of Agriculture 2. Dissertation synopis 2.1. Purpose and subject of dissertation 2.1.1. Purpose of dissertation Developing the local and introduced genetic corn resource for breeding hybrid sicky corns with high yield and quality Introducing some prospects of corn lines for using as materials in breedding hybride corn. 2.1.2. Subject of dissertation Some lines of local and introduced corn 2.2. Method - Phenotype analysis of local corn genetic resource: The field experiments were designed according to Random complete Block Design (RCBD) method. - Developping pure lines by self pollination as method of Shull (1909) improved by Ngo Huu Tinh (2009) - Applicatiom of SSR marker in genetic diversity analysis: genetic diversity evaluation and genetic claster of 24 corn lines by using 19 primers of SSR markers published by Marilyn et al. (2002) - Application of DNA marker in genetic analysis: DNA extraction was as CTAB method published by Doyle and Doyle (1990). PCR was according to method of Chen et al. (2006) improved based on each of marker. PCR products were analysed by electrophoresis on polyacrylamide gel and read by DigiDoc-It. - Data processing in genetic analysis by SSR markers: Polymorphic Information Content (PIC) was calculated as formula of Weir et al. (1996). Analysis of genetic correlation and pedigree tree were as NTSYSpc2.1 - Evaluation of dought and salinity tolerance in pots: experiments were set up in plastic post as method of Camacho and Caraballo (1994). - Evaluation of dought tolerance of 6 parent limes and 15 hybrid combination were set up in green house - Crossing hybrid combination by using crossing – dialen as griffing 4 model - Evaluation and comparation of promising hybrid combination according to RCBD method 2.3. Major Results and conclusion 2.3.1. Scentific and practical signification * Scentific signification Exploitation of local and introduced genetic resource of sticky corns with high quality, adapting to difficult condition of irrigation to develop genetic materials for breeding sticky corn with high yield, suitable for condition of cultivation depended on rainfall of the northern mountain of Vietnam. xv - Develping the sticky corn materials and hybride sticky corn combination combined local – introduced genetic resource to aim increasing the genetic divesity of sticky corn in Vietnam. * Practical signification Database and detail genetic information of 29 sticky line corns with high diversity for breeding sticky corn in Vietnam Indicated 6 corn lines holding good drought tolerance and higher genetic diversity for using as parents to create hybrid corn, the results of thesis have showed some promissing hybide corn combination with high yield, good quality and high capacity of drought tolerance adating to condition of cultivation depended on rainfall. Some promising sticky corn combination indicated with higher yield and good drought tolerance adating to condition of cultivation depended on rainfall. 2.3.1. Conclusion 1) The results of thesis showed that the local and introduced genetic corn resource is enough diversity to develop promising lines and hybrid combination of cornr sadapting to condition of the mountain areas of Lao Cai Province in specially and that of Vietnam in generally. 2) Genotyping and phenotyping 29 local and introduced lines of sticky corn, at similarity coefficient of 0.5, 29 corn lines were divided in to 5 groups. The high genetic diversity of corn materials is high potential of oustanding hybrid in breeding sticky hybrid combination of corn. 3) Evaluation of S3 – S5 self crossedcorn lines in agronomic characteristics, field resistant capacity, yield component and decline of seed yield compared to controlling. 2 self crossed corn lines showed the lower decline compared to GN64.4.2.3.4 line developped from Phon sa may II line (seed yield of 3.017 tons/ha), and GN47.2.4.4.3.5 line developped from Nep Hai Thang (3.244 tons/ha). The seed quality of these lines were maintained as original lines. 4) Evaluation of the pool combination of corn lines from S3 to S5, the results showed 11 corn lines had got good pool combination of fresh corncob yield, and 12 lines had got good pool combination of seed yield. These lines were used to develop pure lines. Evaluation of 24 corn lines developed from S3 – S5 self crossed lines from in agronomic characterictics, 6 oustanding corn lines such as I5 , I7 , I8 , I9 , I15 and I23 were selected to test the capacity of private conbination for breeding hybrid sticky corn. 5) 6 hybrid sticky corn combination such as THL I5 × I9, I5 × I15, I5 × I23, I7 × I8, I7 × I9 và I15 × I23 were selected with seed yield of 4.267 – 5.359 tons/ha in autumn – winter season, the lowest decline of seed yield in all of 4 period of drought treatments. 3 corn lines such as I5, I7 and I15 were selected with higher separate combination. 6) Evaluation of 6 promising hybrid corn combination in Lao cai provinc, the seed yield of these showed from 4.267 to 5.359 tons/ha in autumn – winter season and from 4.227 to 5.495 tons/ha in spring season. The combination of I5 × I15 had got highest seed yield reaching 5.369 tons/ha in autumn – winter season and 5.495 tons/ha in spring season. These hybrid corn combinations showed the high potential of corn production in the cultivation condition of Lao Cai province. xvi PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngô (Zea mays L., 2n = 2x = 20) đã trở thành cây trồng nông nghiệp dẫn đầu trong các cây ngũ cốc quan trọng trên thế giới, nó được sử dụng làm lương thực, thức ăn chăn nuôi, năng lượng và công nghiệp khác (Mandal, 2014). Cây ngô có vai trò quan trọng trên toàn cầu, vì vậy sản xuất ngô trên thế giới không ngừng tăng lên cả về diện tích, năng suất và sản lượng. Tính đến năm 2014, tổng sản lượng ngô toàn cầu đã đạt mức 999,83 triệu tấn vượt qua cả sản lượng lúa mỳ (726,32 triệu tấn) và lúa nước (476,13 triệu tấn) (FAOSTAT, 2015). Việt Nam, trong thời gian 15 năm gần đây, tỷ lệ diện tích trồng ngô lai tăng lên tới 95%, tốc độ phát triển nhanh trong lịch sử ngô lai thế giới đã làm thay đổi những tập quán canh tác lạc hậu, góp phần đưa nghề trồng ngô nước ta đứng trong hàng ngũ những nước tiên tiến về ngô lai ở Châu Á. Năm 1996 diện tích trồng ngô ở nước ta đạt 615.200 ha, năng suất 2,5 tấn/ha và sản lượng 1,54 triệu tấn, đến năm 2015 diện tích trồng ngô đạt 1,25 triệu ha, năng suất 4,5 tấn/ha, sản lượng 5,63 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2015). Ngô Nếp (Zea mays L.subsp. ceratina) là dạng ngô đặc thù được công bố lần đầu tiên ở Trung Quốc năm 1909. Sau đó, ngô nếp được phát hiện ở nhiều nơi khác thuộc Châu Á (Collins, 1920; Kuleshov, 1954). Ngô nếp có nhiều đặc điểm tuyệt vời về thành phần tinh bột của nó và được sử dụng chủ yếu làm lương thực, cho thị trường ăn tươi, làm thức ăn chăn nuôi, đặc biệt amyopectin trong ngô nếp được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may, keo dán giấy công nghiệp. Do vậy cây ngô nếp ngày càng phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Nhiều nước Đông Nam Châu Á như Việt Nam, ngô nếp có vai trò quan trọng sử dụng làm lương thực, làm thực phẩm và ăn tươi cho người dân, đặc biệt nhân dân vùng núi. Các giống ngô nếp có thời gian sinh trưởng từ trồng đến thu hoạch bắp tươi ngắn hơn, do vậy tránh được bất thuận sinh học và phi sinh học tốt hơn, nâng cao hiệu quả sản xuất trên đơn vị diện tích (Dang, 2010). Ở Việt Nam, diện tích trồng ngô nếp thời gian qua tăng khá nhanh, hiện chiếm khoảng 10% diện tích trồng ngô của cả nước, chủ yếu lá giống thụ phấn tự do và một số giống lai không quy ước (Phạm Đồng Quảng, 2005b). 1 Ngô nếp có một ưu điểm lớn nhất là cấu trúc tinh bột đặc biệt của nó với hàm lượng amylopectin cao (95 - 98%), có thể sử dụng ngô nếp rộng rãi trong ngành công nghiệp. Nghiên cứu nguồn gốc, canh tác và sử dụng ngô nếp trên thế giới có thể đóng góp để phát triển nghiên cứu mới về tạo giống, trồng trọt và công nghệ chế biến tinh bột. Sự tăng trưởng sản xuất ngô không đồng đều giữa các nước và các vùng, theo Zaidi (2002), một tỷ lệ lớn của diện tích ngô thế giới (khoảng 100 triệu hectare) được trồng ở các nước đang phát triển và một số nước phát triển ở Đông Nam Châu Á, Mỹ La Tinh và Châu Phi. Trong tổng 100 triệu ha có khoảng 80% diện tích ngô ở môi trường vùng thấp của Châu Á, độ cao trung bình và Á nhiệt đới. Khoảng 80% của tổng số diện tích trồng ngô ở các nước đang phát triển là ở Trung Quốc. Vùng nhiệt đới và á nhiệt đới ngô được trồng chủ yếu ở vùng nghèo và kém thuận lợi và trên đất dốc, nơi phải đối mặt với rất nhiều biến động của thời tiết, các điều kiện khắc nghiệt rất khác nhau về áp lực sinh học và phi sinh học. Yếu tố phi sinh học như hạn, đất nghèo dinh dưỡng, độ ẩm lớn (sũng nước), đất chua, kiềm và đất dốc. Bất kỳ một yếu tố khó khăn trở ngại nào nêu trên cũng là một tổ hợp tạo ra môi trường bất thuận cho phát triển ngô. Ngày nay điều kiện bất thuận do biến đổi khí hậu đang là yếu tố hạn chế đến sản xuất nông nghiệp, trong đó có sản xuất ngô. Hạn và thiếu nước là yếu tố gây ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến sản xuất ngô, nó ảnh hưởng đến cây con, sinh trưởng sinh dưỡng. quang hợp, phát triển của rễ, trỗ cờ, tung phấn, phun râu và kết quả giảm hoặc thiệt hại nghiêm trọng năng suất ngô của những vùng có điều kiện bất thuận hạn (Aslam et al., 2013). Tỉnh Lào Cai có địa hình núi cao chiếm trên 84% diện tích đất tự nhiên. Ngô là cây lương thực chính của nhiều cộng đồng dân tộc ít người, sản xuất ngô nếp chủ yếu làm thực phẩm như làm bánh, mèn mén, luộc, nướng, ngô bung. Canh tác ngô chủ yếu dựa vào nước trời, với điều kiện khí hậu, thời tiết khắc nghiệt, lượng mưa phân bố không đều, hạn hán xảy ra thường xuyên, địa hình chia cắt mạnh. Năm 2013 tổng diện tích sản xuất ngô toàn tỉnh đạt 34.658 ha, năng suất còn thấp đạt 33,31 tạ/ha (Sở Nông nghiệp và PTNT Lào Cai, 2014a). Sản xuất ngô nếp chiếm khoảng 6%, tập trung chủ yếu là giống ngô nếp địa phương (Sở Nông nghiệp và PTNT Là Cai, 2014b). Giống ngô nếp địa phương thụ phấn tự do rất đa dạng về độ lớn bắp, dạng bắp, màu sắc hạt và chất lượng ăn uống. Chính vì thế có thể sử dụng làm vật liệu phát triển giống ưu thế lai với chất lượng tốt và thích nghi với điều kiện địa 2