Tài liệu Phát triển các dòng thuần phục vụ chọn giống ngô lai cho điều kiện canh tác nhờ nước trời của miền bắc, việt nam

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ HÂN PHÁT TRIỂN CÁC DÒNG THUẦN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHO ĐIỀU KIỆN CANH TÁC NHỜ NƯỚC TRỜI CỦA MIỀN BẮC, VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN THỊ HÂN PHÁT TRIỂN CÁC DÒNG THUẦN PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHO ĐIỀU KIỆN CANH TÁC NHỜ NƯỚC TRỜI CỦA MIỀN BẮC, VIỆT NAM 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. PGS.TS. Nguyễn Văn Cương HÀ NỘI - 2017 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 2017 Tác giả luận án Nguyễn Thị Hân 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, PGS.TS. Nguyễn Văn Cương - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa Nông học, Khoa Công nghệ sinh học, Phòng thí nghiệm dự án JICA thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng. Đặc biệt là các cán bộ Phòng Cây trồng cạn - các em sinh viên khóa 54, 55, 56, 57 chuyên ngành Di truyền và Chọn giống, chuyên ngành Công nghệ Sinh học đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Bắc Ninh, Trường THPT Lương Tài 2 đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm giống Vật nuôi, Cây trồng, Thủy sản Sơn La đã tạo điều kiện giúp đỡ 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 2017 Tác giả Nguyễn Thị Hân ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục viết tắt vii Danh mục bảng ix Danh mục hình xiii Trích yếu luận án xiv Thesis abstrac xvi PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 2 1.3 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Những đóng góp mới của đề tài 3 1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN 5 2.1 Sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 5 2.1.1 Vai trò của cây ngô 5 2.1.2 Sản xuất ngô trên thế giới 5 2.1.3 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 8 2.1.4 Tình hình sản xuất ngô ở các tỉnh Trung du và Miền núi phía Bắc 11 2.2 Đa dạng nguồn gen và di truyền chịu hạn ở ngô 13 2.2.1 Nghiên cứu đa dạng nguồn gen ngô trên thế giới 13 2.2.2 Đa dạng nguồn gen ngô của Việt Nam 16 2.2.3 Phản ứng của ngô với điều kiện hạn 17 2.2.4 Nghiên cứu di truyền chịu hạn ở ngô 18 2.3 Các phương pháp phát triển dòng thuần cho tạo giống ngô ưu thế lai chịu hạn 22 2.3.1 Phát triển dòng thuần ở ngô 22 2.3.2 Đánh giá dòng thuần phục vụ chọn tạo giống ngô lai 26 2.3.3 Chọn tạo đánh giá dòng thuần chịu hạn 28 2.3.4 Thành tựu phát triển dòng thuần 31 iii 2.4 Các nghiên cứu về khả năng kết hợp và chọn giống ngô lai 32 2.4.1 Khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng 32 2.4.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp chịu hạn 32 2.5 Các nghiên cứu chọn tạo giống ngô chống chịu hạn 34 2.5.1 Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn trên thế giới 34 2.5.2 Nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn ở Việt Nam 38 PHẦN 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 3.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 41 3.1.1 Địa điểm nghiên cứu 41 3.1.2 Thời gian nghiên cứu 41 3.2 Vật liệu nghiên cứu 41 3.2.1 Vật liệu ban đầu 41 3.2.2 Đặc điểm của giống đối chứng và cây thử 42 3.3 Nội dung nghiên cứu 42 3.4 Phương pháp thí nghiệm 43 3.4.1 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, đánh giá dòng tự phối và thí nghiệm so sánh 3.4.2 43 Phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của dòng tự phối và tổ hợp lai 45 3.4.3 Phương pháp phát triển dòng thuần 48 3.4.4 Phương pháp đánh giá khả năng kết hợp 50 3.4.5 Phân tích đa dạng di truyền của 30 dòng tự phối đời cao dựa trên đặc điểm hình thái 51 3.5 Chỉ tiêu theo dõi các thí nghiệm 51 3.5.1 Theo dõi các giai đoạn sinh trưởng, phát triển, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất 51 3.5.2 Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh 53 3.5.3 Đánh giá đặc điểm chịu hạn trên đồng ruộng 54 3.5.4 Kỹ thuâ ̣t áp du ̣ng 54 3.6 Phương pháp phân tích số liệu 55 PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 4.1 58 Kết quả đánh giá 32 dòng tự phối đời thấp (vật liệu) iv 4.1.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất ở thí nghiệm đồng ruộng 4.1.2 58 Đánh giá sàng lọc khả năng chịu hạn của các dòng tự phối đời S3-S4 bằng phương pháp chậu vại 73 4.1.3 Sàng lọc khả năng chịu hạn trong nhà có mái che 75 4.1.4 Dò tìm QTL kiểm soát một số tính trạng chịu hạn bằng chỉ thị phân tử SSR 97 4.1.5 Chọn lọc các dòng tự phối đời S3-S4 có khả năng chịu hạn 99 4.1.6 Đánh giá khả năng kết hợp chung 4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học và đa dạng di truyền 30 dòng ngô tự 103 phối (S6 – S8) vụ xuân 2014 4.2.1 112 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển và đặc điểm hình thái của 30 dòng ngô tự phối (thế hệ S6 – S8) 4.2.2 112 Khả năng chống chịu và một số đặc điểm hình thái của các dòng (thế hệ S6 – S8) 113 4.2.3 Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) 115 4.2.4 Phân tích đa dạng di truyền 30 dòng tự phối (thế hệ S6 – S8) 116 4.3 Đánh giá 6 dòng bố mẹ và 15 THL vụ xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội. Khảo nghiệm 8 THL ưu tú tại Mai Sơn, Sơn La 4.3.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.3.2 118 118 Đánh giá về khả năng chịu hạn của bố mẹ và các tổ hợp lai ở thời kỳ cây con trong thí nghiệm chậu vại vụ Xuân 2015 128 4.3.3 Dò tìm QTL chịu hạn của một số tính trạng quan trọng liên quan đến chịu hạn 130 4.3.4 Đánh giá khả năng kết hợp của 6 dòng (thế hệ S6 – S8) 132 4.3.5 Đánh giá ưu thế lai của các tổ hợp lai so với bố mẹ. 134 4.3.6 Kết quả đánh giá 8 tổ hợp lai triển vọng tại Sơn La vụ Xuân Hè 2016 135 4.4 Phát triển dòng bằng kích tạo đơn bội 140 4.4.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, chống chịu và năng suất của dòng UH400 gieo trồng ở 6 thời vụ khác nhau trong năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.4.2 4.4.3 140 Nhận biết hạt đơn bội, lưỡng bội và hạt tự thụ dựa trên chỉ thị N1- rj vụ Xuân 2014 143 Nhận biết các dòng đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử 145 v 4.4.4 Nhân đôi nhiễm sắc thể các hạt đơn bội bằng colchicine 4.4.5 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu và năng suất của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 146 148 PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 151 5.1 Kết luận 151 5.2 Kiến nghị 151 Danh mục công trình đã công bố 152 Tài liệu tham khảo 153 Phụ lục 165 vi DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ABA Abscisic acid Axit Abxixic ADN Deoxyrybonucleic acid Axit deoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Chỉ thị đoạn dài khuếch đại đa hình Polimorfirm ASI Anthesis-silking interval Chênh lệch tung phấn - phun râu BNN&PTNT Ministry of Agricultural and Bộ Nông nghiệp và Phát triển Rural Development nông thôn CDR Root length Chiều dài rễ CIMMYT International Maize and Wheat Trung tâm cải tiến ngô và lúa mỳ Improvement Center Quốc tế CT Tester Cây thử DH Double Haploid Đơn bội kép Diallel Lai Diallel Lai luân phiên cả chiều thuận, nghịch và tự phối DT Area Diện tích DTL Leaf area Diện tích lá ĐC Check Đối chứng ĐK Diameter Đường kính ĐR Field Đồng ruộng FAO Food and Agriculture Organization Tổ chức Nông Lương Liên Hợp of the United Nations Quốc GCA General Combining Ability Khả năng kết hợp chung IITA International Institute of Tropical Viện Nông nghiêp Nhiệt đới Agriculture Quốc tế IL Inbred line Dòng tự phối thuần KLTK Shoot dry weight Khối lượng thân khô KNKH Combining ability Khả năng kết hợp Viện NC & Institute for Crop Research and Viện Nghiên cứu và Phát triển PTCT Development cây trồng vii NS Yield Năng suất NSLT Theoretical Yield Năng suất lý thuyết NSTT Gain yield Năng suất thực thu PCR Polimerase chain reaction Phản ứng chuỗi trùng hợp PR Silking Phun râu QCVN National Technical Regulation Quy chuẩn Việt Nam QTLs Quantitative trait loci Locut tính trạng số lượng SCA Specifical Combining Ability Khả năng kết hợp riêng SL Quantitative Sản lượng SSR Simple sequence repeat Trình tự lặp lại đơn giản TB Mean Trung bình TGST Growth duration Thời gian sinh trưởng THL Crosses Tổ hợp lai TP Anthesis Tung phấn viii DANH MỤC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 1961- 2014 6 2.2 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô, lúa mì, lúa nước của thế giới năm 2014 7 2.3 Sản xuất ngô ở một số châu lục trên thế giới năm 2014 8 2.4 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam trong giai đoạn 2000 - 2015 9 2.5 Tình hình sản xuất ngô ở các vùng năm 2015 10 2.6 Tình hình sản xuất ngô các tỉnh trung du Miền núi phía Bắc năm 2015 12 3.1 Danh sách 32 dòng ngô tự phối đời S3 – S4 và nguồn gốc phát triển dòng 41 3.2 Tên và trình tự mồi 47 3.3 Tên và trình tự mồi 49 3.4 Sơ đồ lai Griffing 4 của 6 dòng và kí hiệu các THL 51 4.1 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng tự phối đời S3-S4 trong thí nghiệm vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.2 Đặc điểm hình thái của các dòng tự phối đời S3-S4 trong điều kiện vụ Xuân năm 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.3 74 Các giai đoạn sinh trưởng của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.9 76 Đánh giá mức độ cuốn lá, độ tàn lá của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.10 71 Các chỉ tiêu thân lá, rễ của các dòng tự phối đời S3-S4 trong chậu vại vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.8 69 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tự phối đời S3S4 trong điều kiện vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.7 67 Khả năng chống chịu và mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng tự phối đời S3-S4 trong vụ Xuân năm 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.6 64 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng tự phối đời S3-S4 trong điều kiện thí nghiệm vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.5 62 Một số đặc điểm hình thái của các dòng tự phối đời S3-S4 trong điều kiện vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.4 60 78 So sánh chiều cao cây của các các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội ix 80 4.11 So sánh chiều dài bắp của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.12 So sánh đường kính bắp của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.13 95 Các đặc điểm hình thái, năng suất đưa vào chọn lọc các dòng tự phối đời S3-S4 trong thí nghiệm đồng ruộng 4.21 100 Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái, năng suất của các dòng tự phối đời S3-S4 được chọn trong thí nghiệm đồng ruộng 4.22 101 Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng tự phối đời S3-S4 được chọn trong chậu vại 4.24 101 Các đặc điểm và tính trạng đưa vào chọn lọc các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm trong nhà có mái che 4.25 102 Chỉ số chọn lọc về hình thái và năng suất của các các dòng tự phối đời S3-S4ở thí nghiệm trong nhà có mái che 4.26 100 Các đặc điểm và tính trạng đưa vào chọn lọc các dòng tự phối đời S3-S4 trong thí nghiệm chậu vại 4.23 92 Các chı̉ số đánh giá chiụ ha ̣n đối với 32 dòng tự phối đời S3-S4 trong nghiên cứu 4.20 91 So sánh năng suất của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.19 89 So sánh khối lượng 1000 hạt của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.18 87 So sánh tỷ lệ hạt/bắp của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.17 86 So sánh số bắp/cây của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.16 84 So sánh số hạt/hàng của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.15 83 So sánh số hàng hạt/bắp của các dòng tự phối đời S3-S4 ở thí nghiệm đồng ruộng và trong nhà mái che vụ Xuân 2012 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.14 81 102 Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai đỉnh vụ Xuân năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 104 x 4.27 Khả năng chống chịu đồng ruộng của các tổ hợp lai trong vụ Xuân năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 106 4.28 Một số chỉ tiêu về bắp của các tổ hợp lai 107 4.29 Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai 109 4.30 Khả năng kết hợp chung của 32 dòng tự phối ngô đời S3-S4 nghiên cứu 111 4.31 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển và đặc điểm hình thái của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) vụ Xuân 2014 4.32 113 Khả năng chống chịu và một số đặc điểm hình thái của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) vụ Xuân 2014 4.33 114 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) vụ Xuân 2014 115 4.34 Các đặc điểm và tính trạng đưa vào chọn lọc của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) 117 4.35 Chỉ số chọn lọc và các đặc điểm hình thái của các dòng (thế hệ S6 – S8) được chọn 4.36 118 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong Vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.37 Đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân năm 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.38 121 Một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.39 122 Một số đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu đồng ruộng của các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.40 124 Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai và dòng bố mẹ trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.41 119 126 Chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn của bố mẹ và các tổ hợp lai ở thời kỳ cây con trong thí nghiệm chậu vại vụ Xuân 2015 129 4.42 Bảng phân tích phương sai I 132 4.43 Bảng phân tích phương sai II 132 4.44 Khả năng kết hợp chung của 6 dòng (thế hệ S6 – S8) 133 4.45 Giá trị khả năng kết hợp riêng của 6 dòng ngô (thế hệ S6 – S8) 134 4.46 Ưu thế lai của các THL so với trung bình bố mẹ về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 135 xi 4.47 Các giai đoa ̣n sinh trưởng phát triể n của 8 tổ hơ ̣p lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 4.48 136 Mô ̣t số đă ̣c điể m hı̀nh thái cây của 8 tổ hơ ̣p lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 4.49 137 Tỷ lê ̣ nhiễm các sâu bê ̣nh ha ̣i và đổ gaỹ của 8 tổ hơ ̣p lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 4.50 Mô ̣t số chı̉ tiêu hı̀nh thái bắ p của 8 tổ hơ ̣p lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 4.51 137 138 Các yế u tố cấ u thành năng suấ t của 8 tổ hơ ̣p lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 139 4.52 Năng suấ t của 8 tổ hợp lai triển vọng vu ̣ Xuân Hè 2016 ta ̣i Mai Sơn, Sơn La 140 4.53 Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển và đặc điểm nông sinh học dòng kích tạo đơn bội UH400 gieo trồng ở các thời vụ khác nhau năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.54 141 Khả năng chống đổ sâu bệnh hại của dòng kích tạo đơn bội UH400 ở các thời vụ khác nhau năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.55 142 Đặc điểm hình thái, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất của dòng kích tạo đơn bội UH400 ở các thời vụ khác nhau năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 143 4.56 Tỉ lệ kích tạo đơn bội của UH400 với các dòng tự phối nhận phấn 144 4.57 Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng mẹ tự thụ với dòng bố kích tạo đơn bội UH400 145 4.58 Tỷ lệ nảy mầm và tạo đơn bội kép sau xử lý với colchicine hạt đơn bội 147 4.59 Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.60 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại và màu sắc thân,cờ của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Ga Lâm, Hà Nội 4.61 148 149 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đơn bội kép trong điều kiện vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội xii 150 DANH MỤC HÌNH Số hình Tên hình Trang 2.1 Diễn biến lượng mưa trung bình các tháng trong năm giai đoạn 2006-2015 40 3.1 Nhận biết hạt đơn bội thông qua chỉ thị hình thái 48 4.1 Năng suất thực thu của các dòng tự phối đời S3-S4 trong thí nghiệm đồng ruộng và nhà có mái che 4.2 93 Sản phẩm PCR với mồi umc1862, umc2359, nc133, umc1432, umc1447, umc1719 của 32 dòng tự phối và 2 đối chứng trên gel Agarose 2% 98 4.3 Khả năng kết hợp chung về năng suất của 32 dòng ngô đời S3-S4 4.4 Sơ đồ phân nhóm tương đồng của 30 dòng (thế hệ S6 – S8) dựa trên kiểu hình 117 4.5 Sản phẩm PCR với mồi nc133, umc2359, umc1862, umc1432, umc1719, umc1447, umc1862 của 21 mẫu vật liệu và 1 đối chứng trên gel Agarose 2% 4.6 133 Hình thái phôi và nội nhũ hạt của 3 dạng hạt sau khi kích tạo đơn bội với dòng UH400 4.8 130 Khả năng kết hợp chung của 6 dòng ngô (thế hệ S6 – S8) trong thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.7 110 145 Kết quả chạy điện di mồi bnlg1175, bnlg1233, bnlg1258, bnlg1520, bmc1714, trên gel agarose 2% 146 xiii TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Thị Hân Tên luận án: Phát triển các dòng thuần phục vụ chọn giống ngô lai cho điều kiện canh tác nhờ nước trời của miền Bắc, Việt Nam 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 Mục đích nghiên cứu Lựa chọn được một số dòng tự phối có các đặc điểm nông sinh học giá trị và chịu hạn làm nguồn vật liệu cho công tác tạo giống ngô lai năng suất cao, chất lượng, thích hợp với điều kiện canh tác nhờ nước trời. Chọn tạo được một số tổ hợp lai ngô năng suất cao thích hợp với điều kiện canh tác nhờ nước trời ở miền Bắc, Việt Nam. Ứng dụng được phương pháp kích tạo đơn bội trên các vật liệu ngô ở điều kiện nhiệt đới bằng sử dụng cây kích tạo UH400 nhằm phát triển dòng thuần nhanh hơn. Phương pháp nghiên cứu - Vật liệu nghiên cứu: Vật liệu là 32 dòng ngô tự phối đời S3 – S4 phát triển từ các giống ngô có nguồn gốc địa phương và nhập nội do Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam cung cấp, giống đối chứng là LCH9, VN8960 và DK 9901. - Phương pháp nghiên cứu: Đánh giá 32 dòng tự phối đời S3 – S4 về đặc điểm nông sinh học, chống chịu đồng ruộng, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất. Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD). Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng trong chậu plastic theo phương pháp của Camacho and Caraballo (1994). Đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng trong nhà có mái che theo phương pháp của (Pervez et al., 2002). Xác định QTL kiểm soát một số tính trạng chịu hạn bằng chỉ thị phân tử SSR theo Mohammadreza (2011), với 6 mồi là umc1862, umc2359, nc133, umc1432, umc1447, umc1719. Phát triển dòng thuần bằng tự thụ phấn cưỡng bức theo phương pháp của Shull (1909) có cải tiến theo Ngô Hữu Tình (2009) và phát triển dòng thuần bằng kích tạo đơn bội theo phương pháp của Schipprack et al. (2012). Xác định dòng đơn bội kép bằng chỉ thị phân tử: Sử dụng 5 primers phù hợp với ngô theo Veiga et al. (2012) có 5 primers là bnlg1175, 1520, 1233, 1258 và bmc1714. xiv Lai: Tạo các tổ hợp lai bằng phép lai dialen theo mô hình griffing 4. Đánh giá các tổ hợp lai ưu tú bằng thí nghiệm so sánh giống theo (RCBD). Kết quả chính và kết luận 1) Phát triển và đánh giá 32 dòng tự phối thế hệ S3 - S4 về các đặc điểm nông sinh học, khả năng chống chịu đồng ruộng, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất. Kết hợp với đánh giá khả năng chịu hạn trong chậu vại, nhà lưới, phân tích chỉ thị phân tử. Nghiên cứu đã chọn được 15 dòng thế hệ S3 - S4 có giá trị sử dụng cho chương trình chọn giống ngô chịu hạn. 2) Đánh giá khả năng kết hợp chung của 32 dòng tự phối thế hệ S3 - S4, đã chọn được 15 dòng có KNKH chung dương, chịu hạn tốt làm nguồn vật liệu để tiếp tục tự phối phát triển dòng. Tạo được 30 dòng ở thế hệ S6 - S8 sử dụng cho nghiên cứu và chọn tạo giống ngô lai thích ứng với điều kiện canh tác nhờ nước trời. 3) Phân tích, đánh giá 30 dòng tự phối đời cao phát triển từ các dòng tự phối thế hệ S3 – S4 về đặc điểm nông sinh học và phân tích đa dạng di truyền đã chọn được 6 dòng ưu tú: D5, D9, D14, D22, D23 và D28. 4) Kết quả lai luân giao 6 dòng. Chúng tôi chọn được 4 dòng (D5, D14, D22 và D28) có KNKH riêng cao và 8 THL ưu tú có khả năng chống chịu tốt, năng suất cao và chịu hạn. Đánh giá 8 tổ hợp lai ưu tú tại Sơn La đã chọn được 2 THL (THL1, THL8) ưu tú, có năng suất vượt hơn cả 2 đố i chứng và vượt so với mức năng suấ t trung bı̀nh của các giống ngô lai đang sản xuất tại Mai Sơn, Sơn La trong điều kiện canh tác nhờ nước trời. Hai THL này có triển vọng cho sản xuất. 5) Khẳng định UH400 có khả năng thích nghi và kích tạo đơn bội với các dòng ngô ở điều kiện nhiệt đới. Nhận biết hạt đơn bội, cây đơn bội kép dựa trên kiểu hình N1rj và chỉ thị phân tử là thống nhất với nhau, như vậy có thể sử dụng chỉ thị kiểu hình N1-rj để xác định hạt đơn bội, nhân đôi nhiễm sắc thể bằng colchicine có hiệu quả với tỷ lệ sống sót, sinh trưởng phát triển và cho thu hoạch là 6,41%. Kết quả tạo ra 10 dòng đơn bội kép. xv THESIS ABSTRAC PhD candidate: Nguyen Thi Han Thesis title: Development of the inbred maize lines to hybrid maize breeding adapted for rainfed cultivation condition in Northern, Vietnam Major: Plant Genetics and Breeding Code: 62 62 01 11 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture Research Objectives Selecting inbred lines having valuable agro-biological characteristics and drought tolerance as sources for production of productive and high-quality hybrid maize suitable for rainfed cultivation condition. Selecting drought tolerant inbred lines for hybrid maize in rainfed cultivation condition in Northern region of Vietnam. Applying haploid induction in maize sources in tropical condition by sung UH400 to gain faster development of pure lines. Materials and Methods Material: Thirty two S3 - S4 maize lines developed from the local and imported maize, provided by Crops Research and Development Institute, Vietnam National University of Agriculture, reference lines are LCH9, VN8960, and DK 9901. Methods: Evaluated thirty two S3 - S4 maize lines are on the agro-biological characteristics, tolerance to biotic and abiotic stress, yield and yield component in field experiement in randomized complete block design (RCBD). Evaluated for drought tolerance lines in plastic pots by Camacho and Caraballo method (1994). Assessing the drought tolerance of lines in sheltered houses by the method of Pervez et al., 2002. Detected the QTL that related to drought tolerance in maize by molecular marker SSR was reference from Mohammadreza (2011) with 6 primers were umc1862, umc2359, nc133, umc1432, umc1447, umc1719. Developed the inbred lines by self-pollination by Shull (1909) and modified by Ngo Huu Tinh (2009) and utilizes the doubled haploid (DH) technology to develop purity lines according to Schipprack et al. (2012). Determining doubled haploid lines by the molecular marker by using 5 primers suitable with maize according to Veiga et al. (2012), including bnlg1175, 1520, 1233, 1258 and bmc1714. xvi Hybridizing crossing combinations by dialen method according to the Griffing 4 model. Evaluated excellent crossing combinations by comparision experiment according to RCBD. Main findings and conclusions 1) The thesis developed and assessed 32 S3 - S4 inbred lines in terms of the agrobiological characteristics, field tolerance, productivity and productivity components. The assessment of drought tolerance in plastic jars, nethouses, molecular marker analysis and combination test were also used. The research selected 15 lines having positive joint-combining ability and good drought tolerance as the sources to develop drought-tolerant lines. 2) The thesis assessed the combination ability of 32 S3 - S4 inbred lines and selected 15 lines having positive joint-combining ability and good drought tolerance as the sources to develop the lines. As the result. 30 S6 - S8 lines were created for researching and selecting the hybrid maize compatible with the rainfed cultivation condition. 3) The research analyzed and assessed 30 inbred lines from S3 – S4 generation in terms of the agro-biological characteristics. The genetic diversity analysis selected 6 excellent lines (D5, D9, D14, D22, D23 and D28). 4) The thesis crossed 6 selected lines. The researchers selected 4 lines (D5, D14, D22 and D28) having good separate combining ability and 8 excellent crossing combinations having good tolerance, high productivity and great drought tolerance. The assessment of 8 excellent crossing combinations in Son La selected 2 excellent crossing combinations (THL1, THL8), productivity of which was higher than the 2 referenced lines and the average productivity of hybrid maize produced in Mai Son, Son La in the rainfed cultivation condition. These two crossing combination are prospective for production. 5) UH400 was claimed to be able to adapt and create haploid induction with tropical maize lines. It is consistent to determine haploid seeds and doubled haploid maize by N1rj marker and molecular marker; therefore, N1-rj marker can be used to determine haploid seeds. Doubling chromosomes by colchicine was proved to be efficient, with the survival rate, growth rate and harvestability rate of 6.41%. As the result, 10 pure lines produced by haploid induction were created. xvii PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngô (Zea mays L.) có nguồn gốc ở Mexico cách đây 7000 năm và châu Mỹ là quê hương chuyển ngô thành nguồn lương thực tốt hơn cho con người. Hạt ngô chứa xấp xỉ 72% tinh bột, 10% protein và 4% chất béo, nó cung cấp năng lượng sinh học (365 Kcal/100g) cho hoạt động sống. Ngô được trồng rộng khắp trên thế giới. Những nước có diện tích sản xuất và sản lượng lớn nhất là Mỹ, Trung Quốc và Brazil, ba nước này tạo ra xấp xỉ 717 triệu tấn/năm. Ngô sử dụng làm lương thực, thức ăn chăn nuôi, công nghiệp khác, trong 10 năm gân đây ngô được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến nhiên liệu sinh học, do vậy nhu cầu ngô của thế giới ngày càng tăng (Peter et al., 2014). Hầu hết 160 triệu ha diện tích trồng ngô toàn cầu trong điều kiện canh tác nhờ nước trời. Tỷ lệ diện tích trồng ngô có tưới ở Mỹ khoảng 14%, Trung Quốc khoảng 40% và chỉ có Ai Cập cao nhất là 100%. Còn lại, các nước khác trên thế giới chỉ khoảng 10% diện tích trồng ngô là có tưới. Thống kê toàn cầu, năng suất ngô bị thiệt hại do hạn trung bình hàng năm là 15%, tương đương với 120 triệu tấn ngô, với giá hiện nay tương đương với 36 tỷ đô la. Tuy nhiên, ảnh hưởng và tổn thất thực sự của hạn hán là tác động của nó đến cuộc sống của con người ở những vùng ngô được sử dụng làm lương thực hàng ngày, như sa mạc Châu Phi và các nước nghèo, ước tính khoảng 300 triệu người. Chương trình lương thực thế giới đã phải mua 410.000 tấn ngô với kinh phí hơn 100 triệu đô la cứu đói cho những vùng này. Năm 2011 hạn cũng làm thiệt hại nông nghiệp của Mỹ 5,2 tỷ đô la (Doug, 2012). Vì thế, chọn giống ngô chống chịu hạn vẫn đóng vai trò vô cùng quan trọng với thế giới trong mục tiêu phát triển thiên niên kỷ chống nghèo đói (WFP, 2012). Hạn hán xảy ra nghiêm trọng trong những thập kỷ qua đã ảnh hưởng nặng nề đến năng suất và sản lượng của các vùng trồng ngô trên thế giới. Các phương pháp nhận biết và phát triển ngô lai chịu hạn là mục tiêu quan trọng của các nhà nghiên cứu. Những cố gắng của các nhà tạo giống cơ bản tập trung tạo giống có năng suất ổn định khi gặp điều kiện bất thuận hạn, nhận biết để cải tiến khả năng chịu hạn thông qua các tính trạng gián tiếp. Các tính trạng gián tiếp có thể nhận biết ở các dòng thuần bố mẹ và khả năng di truyền của chúng cho con cái là tổ hợp lai giữa các bố mẹ chịu hạn (Meghyn, 2010). 1