Tài liệu Luận án tiến sĩ Nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt (Puccinia sp.) cho vùng Tây Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ PHƯƠNG HẠNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NĂNG SUẤT CAO CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT (Puccinia sp.) CHO VÙNG TÂY NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ PHƯƠNG HẠNH NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NĂNG SUẤT CAO CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT (Puccinia sp.) CHO VÙNG TÂY NGUYÊN Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62620111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1: TS. Bùi Mạnh Cường 2: TS. Trần Quang Tấn Hà Nội - 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi luôn nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của các cơ quan, thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Bùi Mạnh Cường, thầy TS. Trần Quang Tấn đã tận tình giúp đỡ, động viên trong lúc khó khăn, truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm quí báu trong quá trình tôi làm đề tài và học tập. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Lãnh đạo và tập thể cán bộ Ban Đào tạo sau đại học đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi học tập. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Nghiên cứu Ngô, Phòng Khoa học và Hợp tác Quốc tế, tập thể cán bộ Bộ môn Công nghệ Sinh học cùng toàn thể công nhân viên Viện Nghiên cứu Ngô đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Trường Đại học Tây Nguyên, Khoa KHTN&CN, quý thầy cô trong Bộ môn SHTN và tập thể quý thầy cô Trường Đại học Tây Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi học tập và công tác. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, quý cô đã đọc, nhận xét và đưa ra những ý kiến đóng góp quí báu cho luận án. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và người thân luôn ở bên chia sẻ, động viên giúp đỡ tôi. Hà Nội, ngày 9 tháng 4 năm 2015 Tác giả Trần Thị Phương Hạnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây 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, kết quả nêu trong luận án là 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. Người cam đoan Trần Thị Phương Hạnh iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................ix DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................xi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .....................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU..............................................................................2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ................................3 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................3 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................4 1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI .................................................................4 1.2 NHỮNG NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI.........7 1.2.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới .......................................7 1.2.2 Ưu thế lai và ứng dụng ưu thế lai trong chọn tạo giống ngô .....................8 1.2.3 Dòng thuần, các phương pháp chọn tạo và đánh giá dòng ......................10 1.2.3.1 Khái niệm dòng thuần ........................................................................10 1.2.3.2 Các phương pháp chọn tạo dòng thuần ..............................................10 1.2.3.3 Khả năng kết hợp ...............................................................................13 1.2.3.4 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp ...........................................14 1.2.4 Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô lai .................15 1.2.4.1 Chỉ thị hình thái .................................................................................16 1.2.4.2 Chỉ thị hoá sinh ..................................................................................17 1.2.4.3 Chỉ thị phân tử ADN ..........................................................................18 1.2.5 Bệnh gỉ sắt trên cây ngô...........................................................................20 1.2.5.1 Tác nhân gây bệnh .............................................................................21 iv 1.2.5.2 Ảnh hưởng của môi trường đến sự lây nhiễm và phát triển bệnh .....24 1.2.5.3 Ảnh hưởng của bệnh gỉ sắt đến cây ngô ............................................26 1.2.5.4 Sự thay đổi của tác nhân gây bệnh ....................................................27 1.2.5.5 Tính kháng bệnh gỉ sắt của cây ngô ..................................................27 1.2.5.6 Kiểm soát bệnh gỉ sắt ở ngô ..............................................................33 1.2.5.7 Những nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt. .....................................................................................................34 1.3 NHỮNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ......37 1.3.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô ở Việt Nam ......................................37 1.3.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô ở Tây nguyên ...................................39 1.3.3 Dòng thuần và đánh giá dòng ..................................................................42 1.3.4 Đa dạng di truyền và ứng dụng trong chọn tạo giống ngô lai .................44 1.3.4.1 Chỉ thị hình thái .................................................................................44 1.3.4.2 Chỉ thị phân tử ADN ..........................................................................44 1.3.5 Những nghiên cứu về bệnh gỉ sắt và chọn tạo giống ngô chống chịu bệnh gỉ sắt .........................................................................................................45 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................................................................46 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ...........................................................................46 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................48 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................48 2.3.1 Phương pháp điều tra tình hình sản xuất và bệnh hại trên ngô ...............48 2.3.2 Phương pháp lây nhiễm bệnh nhân tạo....................................................49 2.3.3 Phương pháp đánh giá dòng, tổ hợp lai đỉnh, lai luân phiên ...................51 2.3.4 Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR .......54 2.3.5 Phương pháp khảo nghiệm ......................................................................57 2.3.6 Các phương pháp phân tích và sử lý số liệu ............................................57 2.4 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ...............................................57 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................59 v 3.1 TÁC HẠI CỦA BỆNH GỈ SẮT TRÊN NGÔ Ở TÂY NGUYÊN ................59 3.1.1 Tình hình các bệnh hại ngô ở Tây Nguyên..............................................59 3.1.2 Tình hình bệnh gỉ sắt trên ngô ở Tây Nguyên .........................................60 3.2 ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC, KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CỦA TẬP ĐOÀN DÒNG CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT .........................................63 3.2.1 Kết quả tuyển chọn tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt cho vùng Tây Nguyên ......................................................................................................63 3.2.1.1 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng ngô nghiên cứu bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo ..........................................................64 3.2.1.2 Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của dòng ngô ngoài đồng ruộng ..............................................................................................................68 3.2.2 Đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt ......................................................................................71 3.3 ĐA DẠNG DI TRUYỀN, ĐỘ THUẦN DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG KẾT HỢP CỦA TẬP ĐOÀN DÒNG CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT ..............84 3.3.1 Đa dạng di truyền của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt .................84 3.3.2 Khả năng kết hợp về năng suất của tập đoàn dòng chống chịu bệnh gỉ sắt ..................................................................................................................91 3.3.2.1 Đánh giá khả năng kết hợp về năng suất của tập đoàn dòng bằng phương pháp lai đỉnh .....................................................................................92 3.3.2.2 Đánh giá khả năng kết hợp về năng suất bằng phương pháp lai luân phiên .......................................................................................................93 3.4 ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC, KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU, ƯU THẾ LAI CỦA CÁC TỔ HỢP LAI ĐỈNH, LAI LUÂN PHIÊN VÀ CHỌN LỌC CÁC TỔ HỢP LAI TRIỂN VỌNG ............................................................94 3.4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, ưu thế lai của các tổ hợp lai đỉnh ......................................................................................94 3.4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, ưu thế lai của các tổ hợp lai luân phiên ..........................................................................102 vi 3.5 KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM MỘT SỐ TỔ HỢP LAI CHỐNG CHỊU BỆNH GỈ SẮT TRIỂN VỌNG ..........................................................................110 3.5.1 Kết quả khảo nghiệm cơ sở ...................................................................110 3.5.2 Kết quả khảo nghiệm trong hệ thống khảo nghiệm quốc gia ................114 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................119 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ...............................................................................................................120 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................121 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ ADN Acide Désoxyribo Nucléique AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn nhân bản AMBIONET Asian Maize Biotechnology Network - Mạng lưới công nghệ sinh học cây ngô châu Á AUDPC Area Under Disease Progress Curve- chỉ số tích lũy bệnh bp base pair - cặp bazơ CIMMYT Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo - Trung tâm cải lương giống ngô và lúa mì quốc tế CV Coefficient of Variation - Hệ số biến động DH Double Haploid - Đơn bội kép GCA General Combining Ability - Khả năng kết hợp chung GD Genetic Distance - Khoảng cách di truyền Hbp Heterobeltiosis - Ưu thế lai thực Hmp Midparent Heterosis - Ưu thế lai trung bình Hs Standard Heterosis - Ưu thế lai chuẩn KNKHC Khả năng kết hợp chung KNKHR Khả năng kết hợp riêng LSD Least Significant Defference - Sai khác nhỏ rất có ý nghĩa MSTATC Management and Statistical Research Tool - Phần mềm xử lý thống kê của Đại học Michigan, Mỹ. NST Nhiễm sắc thể NSTT Năng suất thực thu NTSYS Numerical Taxonomy System - Hệ thống phân loại số PCR Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi trùng hợp viii QTLs Quantitative Trait Loci - Locus gen quy định tính trạng số lượng RAPD Random Amplified Polymorphic DNA - Đa hình đoạn ADN được nhận ngẫu nhiên RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài đoạn cắt giới hạn SAS Statistical Analysis Systems SCA Specific Combining Ability - Khả năng kết hợp riêng SSR Simple Sequence Repeats TB Giá trị trung bình THL Tổ hợp lai UPGMA Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Averages ƯTL Ưu thế lai ix DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô ở Tây Nguyên giai đoạn 2010 - 2013 ........39 2.1. Danh sách các dòng ngô nghiên cứu .............................................................46 2.2. Danh sách 29 mồi SSR ..................................................................................47 2.3. Mức độ nhiễm bệnh của các dòng nghiên cứu ..............................................50 2.4. Mức độ hình thành bào tử ..............................................................................51 2.5. Thành phần của một phản ứng PCR ..............................................................55 2.6. Chu trình nhiệt của phản ứng PCR ................................................................56 3.1. Thành phần bệnh hại và mức độ phổ biến trên ngô ở Tây Nguyên...............59 3.2. Điều tra mức độ phổ biến của bệnh gỉ sắt (Puccina sp.) trên ngô tại Tây Nguyên ...................................................................................................60 3.3. Điều tra tác hại của bệnh gỉ sắt (Puccina sp.) đến năng suất ngô ở Tây Nguyên (tạ/ha) ...............................................................................................62 3.4. Phản ứng của các dòng ngô đối với bệnh gỉ sắt khi lây nhiễm nhân tạo .......65 3.5. Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu ngoài đồng ruộng......... 69 3.6. Thời gian sinh trưởng của các dòng nghiên cứu............................................72 3.7. Khả năng chống chịu của các dòng nghiên cứu ............................................74 3.8. Một số đặc điểm hình thái của các dòng nghiên cứu tại Đan Phượng ..........76 3.9. Một số đặc điểm hình thái của các dòng nghiên cứu tại Buôn Ma Thuột ...........77 3.10. Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng nghiên cứu tại Đan Phượng ...................................................................................................79 3.11. Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng nghiên cứu tại Buôn Ma Thuột .............................................................................................80 3.12. Tỷ lệ khuyết số liệu và tỷ lệ dị hợp tử của các dòng nghiên cứu ..................85 3.13. Hệ số PIC, số băng ADN và số alen xuất hiện trên 29 cặp mồi SSR ............87 3.14. Khả năng kết hợp về năng suất của 20 dòng thí nghiệm nghiên cứu ............92 3.15. Khả năng kết hợp về năng suất của 8 dòng thí nghiệm .................................93 3.16. Thời gian sinh trưởng và đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh ...........95 x 3.17. Khả năng chống chịu của các tổ hợp lai đỉnh ................................................97 3.18. Yếu tố cấu thành năng suất các tổ hợp lai đỉnh .............................................99 3.19. Năng suất và ưu thế lai của các tổ hợp lai đỉnh ...........................................101 3.20. Thời gian sinh trưởng và đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai luân phiên.......103 3.21. Khả năng chống chịu của các tổ hợp lai luân phiên ....................................105 3.22. Yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai luân phiên ...........................107 3.23. Năng suất và ưu thế lai của các tổ hợp lai luân phiên .................................109 3.24. Thời gian sinh trưởng và năng suất của VN5885, VN665 và VN667 tại Đan Phượng - Hà Nội .............................................................................111 3.25. Thời gian sinh trưởng (ngày) của VN5885, VN665 và VN667 ..................112 3.26. Khả năng chống chịu của VN5885, VN665 và VN667 ở các tỉnh Tây Nguyên ................................................................................................112 3.27. Năng suất của VN5885, VN665 và VN667 ở các tỉnh Tây Nguyên (tạ/ha) .....113 3.28. Một số đặc điểm nông sinh học của VN5885 ở Tây Nguyên ......................114 3.29. Năng suất của VN5885 tại các điểm khảo nghiệm sản xuất (tạ/ha) ............115 3.30. Một số đặc điểm nông sinh học của VN665 và VN667 ở Tây Nguyên ......116 xi DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 1.1. Mặt trước lá ngô bị nhiễm bệnh gỉ sắt do Puccinia sorghi ............................22 1.2. Mặt sau lá me đất (Oxalis) bị nhiễm bệnh gỉ sắt do Puccinia sorghi (Ổ bào tử xuân -aecial) . ................................................................................22 1.3. Mặt trước lá ngô bị nhiễm bệnh gỉ sắt do Puccinia polysora ........................23 1.4. Mặt trước lá ngô bị nhiễm bệnh gỉ sắt do Physopella zeae ...........................24 3.1. Hình ảnh thí nghiệm nhiễm bệnh nhân tạo. ...................................................64 3.2. Lá của các dòng ngô ở 3 mức độ phản ứng với bệnh gỉ sắt sau 30 ngày lây nhiễm. ......................................................................................................66 3.3. Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu sau 50 ngày lây nhiễm. ......................................................................................................67 3.4. Khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu sau 80 ngày gieo trồng ngoài đồng ruộng .........................................................................70 3.5. Sự biểu hiện tính chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng nghiên cứu ..............71 3.6. Ảnh cây và bắp của một số dòng nghiên cứu vụ Thu Đông 2009 .................83 3.7. Điện di sản phẩm SSR-PCR với mồi umc1153 và phi109188 ......................88 3.8. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 30 dòng trên cơ sở phân tích 29 locus SSR. .........................................................................................91 3.9. Ảnh bắp của một số tổ hợp lai đỉnh và đối chứng .......................................102 3.10. Tổ hợp lai C10N x C4N giai đoạn chín sinh lý ...........................................110 3.11. Ảnh của 2 tổ hợp lai triển vọng VN665 và VN667 ....................................117 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngô (Zea may L.) được xem là một trong những cây ngũ cốc quan trọng gắn liền với đời sống và nền văn minh của nhiều dân tộc trên thế giới. Cây ngô nằm trong nhóm các cây lương thực chính có tốc độ tăng trưởng cao nhất về năng suất cũng như sản lượng. Năm 2013, diện tích trồng ngô trên thế giới lên đến 184,2 triệu ha, năng suất bình quân đạt 5,52 tấn/ha, sản lượng đạt 1016,74 triệu tấn, so với năm 1995, diện tích trồng ngô tăng 13,38%, năng suất tăng 55,09% góp phần làm tăng sản lượng lên 101,67% [138]. Ở Việt Nam, ngô là loại cây lương thực quan trọng chỉ đứng thứ hai sau cây lúa. Ngô là thức ăn chính đối với các loại gia cầm, vật nuôi và là nguồn thu nhập quan trọng của nhiều nông dân. Cây ngô không chỉ biết đến bởi giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng cao mà còn là một cây trồng quan trọng, có khả năng khai thác tốt trên các loại đất khó khăn, trên các vùng đồi núi, vùng khô hạn. Trong những năm gần đây, diện tích, năng suất và sản lượng của cây ngô không ngừng gia tăng. Giai đoạn 1985 - 2004, diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng liên tục với tốc độ cao, tỷ lệ tăng trưởng bình quân hàng năm trong suốt giai đoạn về diện tích là 7,5%/năm, năng suất 6,7%/năm và sản lượng là 24,5%/ năm. Năm 2006, Việt Nam đã trở thành một trong 20 nước có sản lượng ngô hạt cao nhất thế giới [139]. Năm 2013, diện tích trồng ngô cả nước đạt 1,17 triệu ha với năng suất trung bình 4,44 tấn/ha, cao hơn năng suất trung bình khu vực Đông Nam Á (4,14 tấn/ha) và một số nước trong khu vực như Phillipines (2,56 tấn/ha) nhưng vẫn còn thấp hơn năng suất ngô trung bình Châu Á (5,12 tấn/ha), thế giới (5,52 tấn/ha) và Mỹ (9,97 tấn/ha) [138]. Chiến lược phát triển khoa học và công nghệ của Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 đối với cây ngô là phấn đấu đạt sản lượng 7,15 triệu tấn ngô hạt vào năm 2015 và 9 triệu tấn năm 2020, nhằm cung cấp đủ nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi và các nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu [2]. Để thực hiện được định hướng trên và đáp ứng 2 nhu cầu ngô ngày càng tăng trong khi diện tích trồng ngô chỉ có thể tăng lên tới 1,4 triệu ha thì việc chọn tạo ra những giống ngô lai mới có năng suất cao, chống chịu tốt trên quy mô lớn sẽ là giải pháp có nhiều khả thi [2]. Vùng Tây Nguyên có điều kiện đất đai, khí hậu và thổ nhưỡng rất thích hợp cho cây ngô. Năm 2013, với diện tích trồng ngô lớn chiếm 22% diện tích ngô của cả nước, năng suất đạt 5,17 tấn/ha, tương đương với năng suất ngô của khu vực Đông Nam Á và thế giới, là một trong những vùng có năng suất đứng thứ hai trong cả nước sau đồng bằng sông Cửu Long (5,61 tấn/ha) [20], [138]. Ngô trồng ở Tây Nguyên, ngoài việc cung cấp nguyên liệu cho thức ăn chăn nuôi, một phần còn đáp ứng được nhu cầu lương thực cho đồng bào dân tộc. Tuy nhiên, các giống ngô ở Tây Nguyên vẫn chưa phát huy được hết tiềm năng. Các lý do hạn chế tới năng suất như khả năng đầu tư của bà con nông dân thấp, cơ giới hóa trong sản xuất cũng như công nghệ chế biến còn lạc hậu và quan trọng nhất là yếu tố chống chịu của các giống ngô. Ngoài yếu tố hạn, yếu tố hạn chế lớn nhất là khả năng chống chịu bệnh. Trong những năm gần đây, nổi bật nhất là bệnh gỉ sắt. Khả năng chống chịu bệnh của các giống ngô ở Tây Nguyên còn rất ít, đặc biệt là bệnh gỉ sắt. Đã có nhiều công trình nghiên cứu về bệnh gỉ sắt trên thế giới cho thấy, bệnh gỉ sắt gây thiệt hại đáng kể đến cây ngô và làm giảm từ 10 - 70% năng suất và chất lượng ngô ở nhiều nước trên thế giới [28], [84], [104], [109], [124]. Ở Tây Nguyên, từ năm 2007 - 2010, Viện Nghiên cứu Ngô đã thống kê sự thất thoát về sản lượng do bệnh gỉ sắt gây ra hàng năm là từ 15 - 20% ở vụ Hè Thu, 25 - 40% thậm chí có những vùng đến 60% ở vụ Thu Đông [5]. Chính vì vậy, để khai thác hết những tiềm năng, lợi thế ở Tây Nguyên, cần phải bổ sung thêm những giống ngô có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt để nâng cao năng suất và sản lượng ngô ở vùng Tây Nguyên. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt (Puccinia sp.) cho vùng Tây Nguyên” được thực hiện. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xây dựng tập đoàn dòng thuần và chọn tạo được một số tổ hợp lai triển vọng 3 năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt, thích hợp với điều kiện sinh thái, tập quán canh tác ở Tây Nguyên. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI  Ý nghĩa khoa học Cung cấp thêm các dẫn liệu, thông tin khoa học và khả năng ứng dụng tập đoàn vật liệu trong công tác chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt cho vùng Tây Nguyên.  Ý nghĩa thực tiễn - Tuyển chọn được một tập đoàn vật liệu bao gồm 28 dòng có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt trên ngô ở Tây Nguyên; - Giới thiệu một số tổ hợp lai triển vọng: VN5885 đã được công nhận sản xuất thử, hai tổ hợp lai VN665 và VN667 đang được khảo nghiệm trong hệ thống khảo nghiệm quốc gia có năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt cho sản xuất ngô ở Tây Nguyên, góp phần nâng cao năng suất, sản lượng ngô của vùng này. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu Bao gồm các dòng ngô thuần được rút dòng từ các giống ngô lai thương mại NK67, NK66, C919, CP888, CP999, P4097, DeKalbgold, Pacific 747, LVN10 và LVN4; Các tổ hợp lai đỉnh, lai luân phiên, một số tổ hợp lai triển vọng; Các giống đối chứng: LVN4, LVN99, LVN885, C919, DK9901, CP888, NK67. Bệnh gỉ sắt trên ngô.  Phạm vi nghiên cứu - Các thí nghiệm đánh giá dòng, tổ hợp lai, độ thuần di truyền, đa dạng di truyền, phân nhóm cách biệt di truyền thông qua chỉ thị SSR; - Đánh giá khả năng kết hợp, ưu thế lai, khả năng thích ứng, tính ổn định của các tổ hợp lai tại Tây Nguyên. Đánh giá khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt của các dòng và các giống triển vọng ở Tây Nguyên và các vùng sinh thái khác. 4 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo Poaceae, bộ nhiễm sắc thể 2n = 20. Ngô là cây hàng năm với hệ thống rễ chùm phát triển, là loài cây giao phấn có hoa đơn tính cùng gốc [18]. Trải qua hàng ngàn năm tiến hóa và phát triển, thông qua quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân tạo, với đặc tính đa dạng di truyền rộng và khả năng thích nghi với nhiều loại hình sinh thái, cho đến nay cây ngô được lan truyền và trồng ở hầu khắp các châu lục trên thế giới với vai trò là một trong những cây ngũ cốc quan trọng của loài người. Có thể nói ngô là cây ngũ cốc nuôi sống gần 1/3 dân số toàn cầu. Một vai trò khó thay thế nhất của cây ngô đối với thế giới hiện nay là sử dụng ngô làm thức ăn chăn nuôi. Giai đoạn 2000 - 2007 đã sử dụng 400 - 450 triệu tấn chiếm 65% sản lượng ngô toàn thế giới làm thức ăn chăn nuôi [4]. Tỷ lệ dùng ngô làm thức ăn chăn nuôi ở các nước thuộc châu Âu lên tới 82%, Italia 97,5%, Croatia 95,5%; Trung Quốc 75,5%, Thái Lan 78% [137]. Ngoài ra, một số nước còn sử dụng ngô như là một loại thức ăn xanh và ủ chua lý tưởng cho gia súc, đặc biệt là cho bò sữa trong điều kiện mùa rét khắc nghiệt kéo dài [19]. Những năm gần đây, ngô còn là cây thực phẩm. Bắp ngô bao tử làm rau cao cấp. Các loại ngô nếp, ngô đường được làm quà ăn tươi hoặc đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu. Ở một số nước Mỹ La Tinh và châu Phi còn sử dụng dạng huyền phù của bột ngô làm thức uống hàng ngày trong gia đình [19]. Ngô còn là nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất rượu, cồn, tinh bột, bánh kẹo, ethanol để chế biến xăng sinh học. Có khoảng 670 mặt hàng khác nhau của các ngành lương thực, thực phẩm, công nghiệp dược và công nghiệp nhẹ được chế biến từ ngô [19]. Ngô đang là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất ethanol thay thế nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt dần. Năm 2011, nước Mỹ đã sử dụng 45 % sản lượng ngô để sản xuất ethanol [140]. 5 Ngô là một loại hàng hóa xuất khẩu của ngành nông nghiệp. Trên thế giới hàng năm, lượng xuất nhập khẩu ngô khoảng 95 - 100 triệu tấn. Đây là một nguồn lợi lớn của các nước xuất khẩu. Các nước xuất khẩu chính là Mỹ, Argentina, Trung Quốc... trong đó ở Mỹ, ngô là nông sản xuất khẩu hàng đầu. Năm 2012, lượng ngô xuất khẩu của Mỹ là gần 45,8 triệu tấn, Argentina 15,8 triệu tấn, Brazil 9,4 triệu tấn, Ukraina 7,8 triệu tấn, Pháp 6,2 triệu tấn...[138]. Mặc dù sản xuất ngô trong nước liên tục tăng trưởng về năng suất và sản lượng nhưng hàng năm Việt Nam vẫn phải nhập khẩu một lượng ngô khá lớn nhằm đáp ứng cho nhu cầu ngành công nghiệp thức ăn gia súc. Ước tính khối lượng ngô nhập khẩu trong tháng 8 năm 2014 đạt 171 nghìn tấn với giá trị đạt 45 triệu USD, đưa khối lượng nhập khẩu mặt hàng này đạt 2,83 triệu tấn, giá trị nhập khẩu đạt 734 triệu USD, tăng gấp 2,3 lần về lượng và 1,8 lần về giá trị so với cùng kỳ năm 2013. Do vậy, việc tăng sản lượng ngô rất cần thiết và cấp bách hiện nay, nó phải nằm trong chiến lược thay thế hàng nhập khẩu của Việt Nam [3]. Cây ngô giúp sử dụng đất đai có hiệu quả, phá thế độc canh cây lúa. Với yêu cầu chuyển đổi, đa dạng hóa cây trồng, việc phát triển cây ngô là phù hợp. Đi đôi với việc tăng năng suất, chất lượng của cây ngô là việc chuyển đổi những vùng đất không thích hợp đối với trồng lúa sang cây trồng có hiệu quả hơn là ngô. Vùng Tây Nguyên (gồm 5 tỉnh: Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng, Gia Lai và Kon Tum) là vùng đất giàu tiềm năng để phát triển nông nghiệp. Tây Nguyên đã trở thành một trong những vùng trồng ngô lớn đứng thứ hai trong nước [20]. Ngô được trồng ở đây chủ yếu được dùng cho chăn nuôi và quan trọng ngô còn là thức ăn chính cho đồng bào dân tộc. Với diện tích gieo trồng lớn, đất đai màu mỡ, thích hợp cho cây ngô phát triển nên năng suất và sản lượng ngô cao cùng với giá trị sử dụng và giá trị kinh tế lớn đã góp phần nâng cao kinh tế cho địa phương đặc biệt là đồng bào dân tộc nơi đây, không những giúp xóa đói giảm nghèo mà có thể làm giàu từ cây ngô. Tuy nhiên, sản xuất ngô của vùng này còn nhiều bất cập, chưa mang tính bền vững. Phần lớn diện tích trồng ngô của vùng Tây Nguyên chủ yếu gieo trồng tại các vùng miền núi có độ dốc cao, nhờ nước trời, không chủ động được nước tưới, ít 6 thâm canh. Hơn nữa, do điều kiện tự nhiên ấm áp quanh năm, nhiệt độ ở mức trung bình (khoảng 220C), mưa nhiều, ẩm độ cao (83%) (phụ lục 13) là điều kiện thuận lợi cho nhiều bệnh hại ngô phát triển, trong đó bệnh gỉ sắt gây thiệt hại lớn trên ngô ở Tây Nguyên. Theo số liệu điều tra của Viện Nghiên cứu Ngô, thất thoát về sản lượng hàng năm do bệnh gỉ sắt gây ra từ 15 - 20% ở vụ Hè Thu, 25 - 40%, thậm chí có những vùng đến 60% ở vụ Thu Đông [5]. Ngoài ra, khả năng chống chịu của các giống ngô hiện đang trồng đáp ứng được yêu cầu phát triển ngô của địa phương còn rất ít. Một số giống ngô chủ lực được phát triển diện rộng bao gồm: LVN10, CP888, DK999, G49, C919... Đây là những giống dài ngày và trung ngày, tồn tại lâu trong sản xuất nên đã biểu hiện giảm năng suất do nhiễm bệnh, nhất là bệnh gỉ sắt. Kết quả điều tra tác hại bệnh gỉ sắt trên các giống ngô trồng phổ biến ở Tây Nguyên năm 2009 cho thấy, năng suất giảm khoảng từ 10 -20% vụ Hè Thu, 20 - 40%, vụ Thu Đông. Như vậy, bệnh gỉ sắt làm giảm đáng kể năng suất và sản lượng ngô của vùng Tây Nguyên. Bệnh gỉ sắt trên ngô cũng rất phổ biến trên thế giới, gây thiệt hại nghiêm trọng đến cây ngô và làm giảm đáng kể năng xuất ngô (từ 10 - 70%) [28], [30], [84], [104], [109], [124]. Để hạn chế bệnh gỉ sắt, giảm thiệt hại về năng suất, sản lượng ngô, biện pháp chọn tạo giống ngô chống chịu bệnh gỉ sắt mang lại hiệu quả và có nhiều nghiên cứu chọn tạo giống ngô năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt đã được thực hiện chủ yếu theo phương pháp truyền thống [48], [91], [110], [113], [114], [134], [135]. Những năm gần đây, bằng phương pháp truyền thống kết hợp với công nghệ sinh học cũng đã xác định được một số giống năng suất cao, chống chịu bệnh gỉ sắt [71]. Ở Việt Nam, những nghiên cứu về vấn đề này vẫn còn hạn chế. Như vậy, những đóng góp của cây ngô trong nền kinh tế thế giới nói chung, trong nước cũng như vùng Tây Nguyên nói riêng là rất lớn. Tuy nhiên, yếu tố hạn và bệnh, nhất là bệnh gỉ sắt là yếu tố chính làm giảm năng suất, sản lượng ngô ở các tỉnh Tây Nguyên. Do đó, rất cần một bộ giống ngô chín sớm, năng suất cao chống chịu bệnh gỉ sắt để giảm sự thất thoát về mặt sản lượng cho vùng Tây Nguyên. 7 1.2 NHỮNG NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.2.1 Tình hình sản xuất và sử dụng ngô trên thế giới Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích sản lượng đứng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc. Năm 2013, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 184,19 triệu ha, năng suất bình quân 5,52 tấn/ha, sản lượng 1.016,74 triệu tấn. Với lúa mỳ, diện tích 218,46 triệu ha, năng suất bình quân 3,26 tấn/ha, sản lượng 713,18 triệu tấn. Còn lúa nước, các số liệu tương ứng 164,72 triệu ha, 4,53 tấn/ha, 745,71 triệu tấn. Mức tăng trưởng bình quân hàng năm của cây ngô trên toàn thế giới giai đoạn 2000 - 2010 về diện tích là 1,8%, năng suất là 2,1% và sản lượng là 4,3% [138]. Nước Mỹ đứng hàng đầu về diện tích và sản lượng ngô, là nước sử dụng giống ngô lai vào sản xuất đại trà lần đầu tiên trên thế giới, nhờ đó năng suất ngô bình quân từ 1,5 tấn/ha năm 1930 tăng lên hơn 7 tấn/ha và đến nay xấp xỉ 10 tấn/ha. Năm 2013, với diện tích 35,48 triệu ha, năng suất bình quân 9,97 tấn/ha và tổng sản lượng 353,70 triệu tấn chiếm 34,79% sản lượng ngô của thế giới. Hiện nay 100% diện tích trồng ngô ở đây được sử dụng giống ngô lai trong đó 90% là giống lai đơn [16], [138]. Trung Quốc có một nền sản xuất ngô phát triển, hiện là nước có diện tích và sản lượng ngô đứng thứ 2 trên thế giới. Năm 2013, Trung Quốc sản xuất 35,28 triệu ha ngô với năng suất bình quân là 6,17 tấn/ha và tổng sản lượng là 217,83 triệu tấn chiếm 21,42% sản lượng ngô của thế giới. Từ những năm 1960, các giống ngô lai đã được Trung Quốc đưa vào sử dụng và đến nay tỷ lệ trồng ngô lai là 84% tổng diện tích gieo trồng. Đứng thứ 3 về diện tích trồng ngô trên thế giới là Brazil đạt 15,32 triệu ha, thứ tư là Ấn Độ (9,50 triệu ha), tiếp theo là Mexico (7,10 triệu ha), Indonesia (3,82 triệu ha). Ngoài ra, nhiều nước có diện tích ngô trên 1 triệu ha là Canada, Hungary, Rumani, Thái Lan, Việt Nam…[138]. Năm 2013, trên toàn thế giới có 14 nước có năng suất ngô trung bình trên 10 tấn/ha là Saint Vincent và the Grenadines 24,86 tấn/ha, Israel 22,56 tấn/ha, Jordan 20,10 tấn/ha, Kuwait 20,00 tấn/ha, Ả Rập 20,00 tấn/ha, Tajikistan 15,08 tấn/ha,