Tài liệu đánh giá một số tổ hợp ngô lai giữa dòng mo17 và b73 với các dòng ngô nhiệt đới tại quảng ninh

MỤC LỤC Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mục các chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình viii MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Cơ sở khoa học 4 1.2.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 5 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 5 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 7 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô ở Quảng Ninh 8 1.3. Nguồn gốc và đa dạng nguồn gen ngô 10 1.4. Chọn tạo giống ngô ưu thế lai 11 1.5. Nghiên cứu phát triển dòng thuần 12 1.6. Nghiên cứu khả năng kết hợp 15 1.7. Nghiên cứu tương tác kiểu gen môi trường 16 1.8. Thành tựu chọn tạo giống ngô ưu thế lai 19 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1. Vật liệu nghiên cứu 24 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 24 2.3. Nội dung nghiên cứu 24 2.4. Phương pháp nghiên cứu 25 2.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25 2.4.2 Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi 25 2.4.3. Phương pháp phân tích số liệu 28 2.4.4 Kỹ thuật áp dụng 29 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 3.1. Điều kiện thời tiết khí hậu của điểm nghiên cứu 30 3.2. Các giai đoạn sinh trường, phát triển của các THL trong thí nghiệm 31 3.3. Động thái tăng trưởng số lá và số lá cuối cùng 35 3.4. Đặc điểm màu sắc lá và chỉ số diện tích lá 37 3.5.Các chỉ tiêu hình thái cây của các giống ngô thí nghiệm 39 3.5.1.Chiều cao cây 39 3.5.2.Chiều cao đóng bắp 42 3.6. Một số tính trạng chất lượng 44 3.7. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất thực thu 45 3.7.1. Các yếu tố cấu thành năng suất 45 3.7.2. Các yếu tố cấu thành năng suất 47 3.8. Khả năng chống chịu sâu bệnh và chống đổ 51 3.8.1 Khả năng chống chịu sâu, bệnh của các THL ngô thí nghiệm 51 3.8.2.Khả năng chống đổ của các THL tham gia thí nghiệm 54 3.9. Kết quả nghiên cứu ưu thế lai chuẩn 54 3.9.1. Kết quả nghiên cứu ưu thế lai về đặc tính nông học của các tổ hợp lai ngô 54 3.9.2. Kết quả nghiên cứu ưu thế lai về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 56 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 62 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CCCC Chiều cao cây cuối cùng CCĐB Chiều cao đóng bắp Đ/C Đối chứng HS ƯTL chuẩn LAI Chỉ số diện tích lá LSD Mức sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa NSTT Năng suất thực thu SG Sau gieo SLCC Số lá cuối cùng TB Trung Bình TGST Thời gian sinh trưởng THL Tổ hợp lai ƯTL Ưu thế lai VTĐ Vụ Thu Đông VX Vụ Xuân Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Năng suất, diện tích và sản lượng ngô toàn cầu giai đoạn 1990 - 2013 6 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam từ 1990 đến 2013 8 1.3 Tình hình sản xuất ngô tại Quảng Ninh 9 1.4 Danh sách các giống ngô công nhận từ 2009 - 2012 3.1 Diễn biến một số yếu tố khí hậu vụ Thu Đông năm 2014 tại 22 Quảng Ninh 30 3.2 Diễn biến một số yếu tố khí hậu vụ Xuân năm 2015 31 3.3 Thời gian sinh trưởng của các giống ngô thí nghiệm tại Hạ Long - Quảng Ninh 34 3.4 Động thái tăng trưởng số lá 36 3.5 Đặc điểm màu sắc lá và chỉ số diện tích lá 38 3.6 Động thái tăng trưởng chiều cao và chiều cao cuối cùng của các THL ngô thí nghiệm 41 3.7 Các chỉ tiêu hình thái cây của các giống ngô thí nghiệm 43 3.8 Một số tính trạng chất lượng của các giống ngô thí nghiệm 44 3.9 Hình thái bắp của các THL ngô tham gia thí nghiệm 47 3.10 Các chỉ tiêu về hạt và năng suất thực thu của các giống ngô 49 3.11 Khả năng chống chịu sâu bệnh của các giống ngô thí nghiệm 53 3.12 ƯTL chuẩn về thời gian sinh trưởng,chiều cao đóng bắp, chiều 3.13 cao cây cuối cùng và số lá cuối cùng 54 ƯTL chuẩn về năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 56 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii DANH MỤC HÌNH Số hình Tên hình Trang 3.1 Động thái tăng trưởng số lá vụ Thu Đông 2014 36 3.2 Động thái tăng trưởng số lá vụ xuân 2015 37 3.3 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các THL vụ Thu Đông 2014 40 3.4 Động thái tăng trưởng chiều cao cây của các tổ hợp lai vụ Xuân 42 3.5 Năng suất thực thu của các THL vụ Thu Đông 2014 và vụ Xuân 2015 50 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Cây ngô (Zea mays L) là một trong 3 cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn thế giới. Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lượng thực chính. Không chỉ cung cấp lượng thực cho con người, ngô còn là nguồn thức ăn cung cấp cho chăn nuôi, là nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến trên toàn thế giới (Tomov, 1984). Hiện nay 66% sản lượng ngô của thế giới được dùng làm thức ăn cho chăn nuôi, trong đó các nước phát triển là 76% và các nước đang phát triển là 57%. Tuy chỉ có 21% sản lượng ngô được dùng làm lượng thực cho con người nhưng nhiều nước vẫn coi ngô là cây lương thực chính, như: Mêxicô, Ấn Độ, Philippines. Giống ngô ưu thế lai được phát triển mạnh mẽ từ sau những nghiên cứu của Shull được công bố năm 1909. Năng suất và sản lượng ngô tăng lên nhanh chóng từ những năm 1970 đến nay. Năng suất ngô trước những năm 1930 chỉ đạt 1,6 - 1,9 tấn/ha vì hầu hết các giống ngô được trồng là thụ phấn tự do. Tiếp theo là giống ngô lai kép, đưa năng suất ngô tăng lên 4,5 tấn/ha những năm 1960 đến 1970. Từ những năm 1970 đến nay, những giống ngô lai đơn phát triển đưa năng suất ngô lên trên 10 tấn/ha. Năm 2013, năng suất ngô bình quân toàn cầu đạt 5,51 tấn/ha và sản lượng đã đạt 1016,4 triệu tấn/năm. Năng suất bình quân cao nhất là Mỹ đạt 7,7 tấn/ha. Năng suất ngô của Việt Nam đạt 4,42 tấn/ha và sản lượng đạt 5,193 triệu tấn (FAOSTAT, 2014). Các dòng ngô thuần vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong chọn tạo giống ngô (Zea mays L.) của nhiều chương trình chọn giống ngô khác nhau. Các dòng thuần ngô đặc thù đã đóng vai trò nền tảng trong di truyền và chọn giống ở ngô. Hai dòng thuần được phổ biến rất rộng rãi ở Mỹ và các chương trình chọn tạo giống ngô trên thế giới là dòng Mo17 và B73. Dòng Mo17 do Đại học Missouri chọn tạo và phóng thích năm 1964 và B73 do Đại học Iowa State chọn tạo và phóng thích năm 1972. Các dòng khác như Wf9 do Đại học Purdue chọn Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 tạo và phóng thích năm 1936, dòng Oh43 do Trung tâm Nghiên cứu và phát triển nông nghiệp OHIO chọn tạo và phóng thích năm 1949. Các dòng ngô này đã được sử dụng cải tiến ngô của Mỹ trong suốt 50 năm qua (James et al., 2002). Dòng thuần B73 và Mo17 hoặc phiên bản của chúng được sử dụng làm bố mẹ phổ biến nhất tạo giống ngô lai chín trung bình và muộn ở Trung và Nam Châu Âu. Bởi vì chúng quan trọng trong sản suất ngô lai (Stojakovic et al., 2007). Sản xuất ngô ở nước ta thực sự đã có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc không ngừng mở rộng giống ngô lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới. Nhờ việc sản xuất giống dễ dàng, giá giống rẻ, con lai có năng suất cao và thích ứng rộng, các giống lai không quy ước đã được người trồng ngô chấp nhận và nhanh chóng mở rộng diện tích. Năm 1991, diện tích trồng giống ngô lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn hecta trồng ngô, năm 2004 diện tích trồng ngô cả nước là hơn 990 nghìn ha, năng suất đạt 34,9 tạ/ha và sản lượng là 3,454 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2005), tỷ lệ diện tích trồng giống lai là 84% (Phạm Đồng Quảng, 2005; Trung tâm khuyến nông quốc gia, 2005). Diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng nhanh từ 1990 đến 2013. Diện tích từ 431,6 nghìn ha lên 1172,6 nghìn ha tăng 2,7 lần, năng suất từ 1,55 lên 4,42 tấn/ha tăng 2,8 lần và sản lượng từ 671 nghìn tấn lên 5193 nghìn tấn tăng 7,7 lần (FAOSTAT, 2014). Nguồn gen ngô của từng Quốc gia, ngay cả Mỹ có nền di truyền hẹp, Do vậy để nâng cao năng suất ngô cần thiết khải thác nguồn gen nhập nội nhằm tăng ưu thế lai, tăng khả năng thích ứng và chống chịu đang được quan tâm đặc biệt và cần thiết cho các chương trình tạo giống ngô ưu thế lai. Trên cơ sở hợp tác giữa Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam và Đại học Riverside, Hoa Kỳ, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh gía một số tổ hợp ngô lai giữa dòng Mo17 và B73 với các dòng ngô nhiệt đới tại Quảng Ninh ” Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2 2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 2.1. Mục đích Đánh giá các tổ hợp lai giữa 2 dòng ngô nhập nội Mo17 và B73 với các dòng chọn tạo trong nước nhằm xác định khả năng kết hợp và tổ hợp lai triển vọng phục vụ sản xuất ngô và cải tiến tăng đa dạng di truyền các dòng thuần của Việt Nam. 2.2. Yêu cầu + Đánh giá sinh trưởng và phát triển của các tổ hợp lai trong điều kiện tỉnh Quảng Ninh + Đánh giá khả năng chống chịu đồng ruộng của các tổ hợp lai + Đánh giá năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lại + Xác định tổ hợp lai triển vọng 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3.1. Ý nghĩa khoa học - Đề tài đánh giá được khả năng kết hợp giữa nguồn vật liệu nhập nội và các dòng phát triển trong nước. Nhận biết tiềm năng của dòng tiêu chuẩn thế giới Mo17 và B73 trong điều kiện Việt Nam và nâng cao nguồn gen trong nước. - Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy từ việc đánh giá một số đặc điểm nông sinh học và năng suất của các giống ngô lai có thể xác định tổ hợp lai phù hợp với những điều kiện sinh thái của từng vùng. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn - Chọn ra những tổ hợp lai tốt có năng suất cao, khả năng chống chịu tốt cho các tỉnh miền núi phía Bắc. - Đề tài góp phần làm đa dạng giống ngô lai phù hợp với điều kiện sinh thái tại Quảng Ninh. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cơ sở khoa học Trong sản xuất nông nghiệp, giống có vai trò rất quan trọng góp phần nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng. Khả năng thích ứng của giống với các điều kiện sinh thái rất khác nhau. Vì vậy muốn phát huy hiệu quả tối đa của giống, cần tiến hành nghiên cứu và đánh giá khả năng thích ứng cũng như tiềm năng năng suất của các giống mới trước khi đưa ra sản xuất đại trà, từ đó tìm ra những giống thích hợp nhất đối với từng vùng sinh thái.Ngày nay sản xuất ngô muốn phát triển theo hướng hàng hoá với sản lượng cao, quy mô lớn nhằm phục vụ nhu cầu thị trường, cần phải có các biện pháp hữu hiệu như thay thế các giống cũ, năng suất thấp bằng các giống mới năng suất cao, chống chịu tốt. Đặc biệt là ở các tỉnh Trung du và miền núi phía Bắc, sử dụng giống có khả năng chống chịu tốt, cho năng suất cao sẽ góp phần phát huy hiệu quả kinh tế của giống, đồng thời góp phần xoá đói giảm nghèo cho đồng bào các dân tộc thiểu số. Trong công tác chọn tạo giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng, việc tạo ra những dòng, giống có khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất thuận là cần thiết. Sau khi chọn tạo ra bất kỳ một dòng, giống mới nào thì công việc khảo nghiệm và đánh giá các đặc tính nông sinh học của các giống mới đó được xem là một khâu quan trọng trước khi đưa vào sản xuất đại trà. Việc đánh giá biểu hiện của một số giống thường bắt đầu từ việc đánh giá các đặc tính sinh học, đánh giá sự sinh trưởng, phát triển, tiềm năng năng suất, khả năng chống chịu sâu bệnh và các điều kiện bất lợi, phân tích mối tương quan giữa một số chỉ tiêu đến năng suất cây trồng. Viện Nghiên cứu Ngô - Trường Đại học Nông nghiệp Vân Nam, Trung Quốc đã nghiên cứu chọn tạo được nhiều giống ngô năng suất và chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu giống cho sản xuất trong và ngoài nước. Một số giống đã phổ biến trong sản xuất như: Xundan No. 7, Gengyuann135, Jingeng No. 1, Yunfeng 88, Yunda No. 1, Gengyuann 11, Yunda No. 14, AS-3, Makmur-3, Makmur-1, Makmur-7, Makmur-2, Makmur-6, AS-2, AS-7. Năng suất trung bình của các Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 giống ngô này từ 100 - 120 tạ/ha. Hiện nay, Trung Quốc vẫn tiếp tục lai tạo đưa ra sản xuất những bộ giống ngô lai mới năng suất cao phù hợp từng vùng sinh thái. Trong những năm gần đây, việc chọn tạo và đưa vào thử nghiệm vào sản xuất những giống ngô lai mới có năng suất cao, ổn định và thích nghi với những vùng sinh thái khác nhau là vấn đề rất quan trọng góp phần đưa nhanh các giống ngô tốt vào sản xuất đại trà nhằm nâng cao năng suất, sản lượng ngô. Đảng và Chính phủ ta rất quan tâm đến vấn đề nhập nội giống. Các giống ngô nhập nội như: C.P888, C.P999, C.P989, CP3Q, G49, B9698, C919... Để tăng năng suất cũng như sản lượng đáp ứng nhu cầu trong nước, trong những năm qua Bộ Nông nghiệp và PTNT đã xét công nhận được nhiều giống ngô lai mới, các giống này đã phát huy hiệu quả tốt trên đồng ruộng. 1.2.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Ngô (Zea mays L.) được trồng trên 96,5 triệu ha ở các nước đang phát triển (FAOSTAT, 2004). Có hàng triệu người trên thế giới sử dụng ngô làm lương thực. Ngô cung cấp khoảng 15 - 56% tổng lượng calo cho con người ở khoảng 25 quốc gia đang phát triển. Sự tiêu thụ ngô bình quân đầu người dặc biệt cao ở Đông, Nam Phi và Trung Mỹ, ngô cũng quan trọng đối với một số nước nghèo ở Tây Phi, Châu Á, Nam Mỹ. Theo ước tính của FAO, ở Châu Phi ngô cung cấp ít nhất 1/5 tổng lượng calo và 17- 60% protein hàng ngày cho con người ở 12 quốc gia. Ngô vừa là cây lương thực vừa là cây thức ăn cho gia súc chính vì thế diện tích và sản lượng ngô trên thế giới tăng không ngừng, nhất là trong hơn 40 năm gần đây, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng về năng suất cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu. Những năm 1990, năng suất ngô trung bình của thế giới chỉ xấp xỉ 36,8 tạ/ha, đến năm 2013 tăng gấp hơn 1,5 lần (đạt 55,1 tạ/ha), sản lượng tăng từ 483 triệu tấn lên 1016,44 triệu tấn (gấp 2,1 lần) (FAOSTAT, 2014). Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 Bảng 1.1. Năng suất, diện tích và sản lượng ngô toàn cầu giai đoạn 1990 - 2013 Diện tích Năng suất Sản lượng (triệu ha) (tấn/ha) (triệu tấn) 1990 131,30 3,68 483,37 2000 137,00 4,32 592,47 2006 146,94 4,81 706,83 2007 158,22 4,99 789,52 2008 161,16 5,13 826,81 2009 158,81 5,16 819,21 2010 161,76 5,19 840,31 2011 172,2 5,15 887,54 2012 178,5 4,88 872,79 2013 184,2 5,51 1016,44 Năm ( nguồn FAOSAT, 2014) Ngành sản xuất ngô thế giới trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu hết sức to lớn: Theo số liệu của FAO, vào năm 2006, năng suất ngô trung bình của thế giới là 4,81 (tấn/ha) và có xu hướng tăng năm 2013 đạt 5,52 (tấn/ha) tăng gấp 1,15 lần. Sản lượng tăng nhanh theo các năm, năm 2006, sản lượng tăng từ 706,83 (triệu tấn) đến 2013 lên 1.016,7 (triệu tấn) gấp 1,4 lần. Diện tích tăng từ 146,9 (triệu ha) năm 2006 lên 176,9 (triệu ha) năm 2013, tăng gấp 1,2 lần. Tuy nhiên, năm 2009 theo FAO sản lượng ngô đạt 820,02 triệu tấn, giảm 10,24 triệu tấn so với năm 2008 mà nguyên nhân chính ở đây là do diện tích ngô giảm 1,46% và năm 2012 sản lượng ngô đạt 875,10 triệu tấn, giảm 10,19 triệu tấn so với năm 2011 nguyên nhân là do năng suất ngô giảm 4,08% (năng suất bị ảnh hưởng của việc biến đổi khí hậu trên toàn cầu đã tác động không nhỏ tới năng suất của cây trồng). Diện tích, năng suất và sản lượng ngô thế giới tăng mạnh sau hơn 50 năm từ 1961 đến 2013. Năm 2013, diện tích ngô thế giới đạt mức 184.192.053 ha, cao gấp 1,75 lần, năng suất 5,5 tấn/ha, cao gấp 2,8 lần, sản lượng đạt 1.016,7 triệu tấn, cao gấp gần 5 lần so với năm 1961 (FAOSTAT, 2014) Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Ngô được đưa vào trồng ở nước ta từ cuối thế kỷ 17 đã trở thành cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa gạo. Đây cũngà cây trồng chính để phát triển ngành chăn nuôi và được trồng trên những điều kiện sinh thái khác nhau của cả nước. Năng suất ngô nước ta trước đây rất thấp so với năng suất ngô thế giới, do sử dụng giống ngô địa phương và áp dụng kỹ thuật canh tác lạc hậu, bên cạnh đó do truyền thống sản xuất lúa nước lâu đời nên những năm trước cây ngô chưa được chú trọng phát triển mà mãi đến năm 1973 mới có những chính sách phát triển ngô ở Việt Nam (Trần Hồng Uy, 2001). Từ giữa những năm 1980 trở lại đây, nhờ hợp tác với Trung tâm Cải tạo Ngô và Lúa mỳ Quốc tế (CIMMYT), nhiều giống ngô cải tiến đã được đưa vào trồng ở nước ta, góp phần đưa năng suất lên gần 1,5 tấn/ha vào đầu những năm 1990. Tuy nhiên, ngành sản xuất ngô ở nước ta thực sự đã có những bước tiến nhảy vọt là từ đầu những năm 1990 đến nay, gắn liền với việc không ngừng mở rộng giống ngô lai ra sản xuất, đồng thời cải thiện các biện pháp kỹ thuật canh tác theo đòi hỏi của giống mới. Cùng với các giống ngô lai nhập nội thông qua các công ty đa quốc gia như Syngenta, Monsanto, CP-Group..., hiện nay ở Việt Nam đã lai tạo, chọn lọc thành công nhiều giống ngô lai mói có ưu thế về năng suất, chất lượng tạo nên sự đa dạng về giống ngô lai, giúp cho người trồng ngô có nhiều sự lựa chọn phù hợp với thực tế sản xuất. Thực tế sản xuất những năm gần đây các giống lai trong nước như LVN4, LVN10...; giống nhập nội như CP888, CP999 của tập đoàn CP-Group đã phát huy mạnh ở những vùng thâm canh, tạo bước đột phá về năng suất (LVN61 đã đạt 120 tạ/ha). Như vậy chỉ trong khoảng thời gian 5 năm, từ 2005 ngô lai đã có sự phát triển mạnh mẽ cả về quy mô và năng suất, từ đó làm tăng đáng kể sản lượng ngô của Việt Nam. Nhờ việc sản xuất giống dễ dàng, giá giống rẻ, con lai có năng suất cao và thích ứng rộng, các giống lai không quy ước đã được người trồng ngô chấp Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 nhận và nhanh chóng mở rộng diện tích. Năm 1991, diện tích trồng giống ngô lai chưa đến 1% trên hơn 400 nghìn hecta trồng ngô, năm 2004 diện tích trồng ngô cả nước là hơn 990 nghìn ha, năng suất đạt 34,9 tạ/ha và sản lượng là 3,454 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2005), tỷ lệ diện tích trồng giống lai là 84% (Phạm Đồng Quảng, 2005). Diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng nhanh từ 1990 đến 2013. Diện tích từ 431,6 nghìn hecta lên 1172,6 nghìn hecta (tăng 2,7 lần), năng suất từ 1,55 lên 4,42 tấn/ha (tăng 2,8 lần) và sản lượng từ 671 nghìn tấn lên 5193 nghìn tấn (tăng 7,7 lần). Bảng 1.2. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam từ 1990 đến 2013 Diện tích Năng suất Sản lượng (nghìn ha) (tấn/ ha) (nghìn tấn) 1990 431,8 1,55 671 2000 730,2 2,74 2005,9 2010 1126,4 4,09 4606,8 2011 1122,1 4,32 4835,7 2012 1182,1 4,29 4803,1 2013 1172,6 4,42 5193,5 Năm (Nguồn: FAOSTAT,2014) 1.2.3. Tình hình sản xuất ngô ở Quảng Ninh Quảng Ninh là vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc đồng thời là một trong bốn trung tâm du lịch lớn của Việt Nam với di sản thiên nhiên thế giới Vịnh Hạ Long đã hai lần được UNESCO công nhận về giá trị thẩm mĩ và địa chất, địa mạo. Quảng Ninh có nhiều khu kinh tế, trung tâm thương mại Móng Cái là đầu mối giao thương giữa hai nước Việt Nam - Trung Quốc và các nước trong khu vực. Năm 2010, Quảng Ninh là tỉnh có chỉ số năng lực cạnh tranh cấp tỉnh đứng thứ 7 ở Việt Nam Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 8 Quảng Ninh có quỹ đất dồi dào với 601.000 ha, trong đó 50.364 ha đất nông nghiệp đang sử dụng; 146.019 ha đất lâm nghiệp với nhiều diện tích đất có thể trồng cỏ phù hợp cho chăn nuôi; khoảng gần 20.000 ha có thể trồng cây ăn quả. Để đảm bảo an ninh lương thực và phát triển chăn nuôi, cây ngô được coi là một trong những cây trồng chính trong sản xuất nông nghiệp của tỉnh… Cây ngô được trồng 3 vụ trong năm vụ đông xuân và vụ xuân, vụ thu đông trên tất cả các loại đất: đất rẫy, gò đồi, đất phù sa ven sông... Những năm gần đây Quảng Ninh đã chuyển đổi cơ cấu giống, sử dụng các giống ngô lai năng suất cao như: LVN10, LVN11, LVN12... và một số giống ngô nhập nội như: Bioseed 9698, DK999, NK4300 vào sản xuất. Tình hình sản xuất ngô tại Quảng Ninh được trình bày qua bảng 1.3. Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô tại Quảng Ninh Diện tích Năng suất Sản lượng (nghìn ha) (tạ/ha) (nghìn tấn) 2009 6,3 35,9 22,6 2010 6,6 36,6 24 2011 6,3 37,5 23,8 2012 6,3 37,1 22,5 2013 4,4 37 16,3 2014 17,4 38,6 67,2 Năm (Nguồn: Cục thống kê tỉnh Quảng Ninh năm 2013 và năm 2014) Qua bảng số liệu cho thấy tình hình sản xuất ngô ở Quảng Ninh đã có nhiều dịch chuyển. Nếu như năm 2009 diện tích trồng ngô của Quảng Ninh là 6,3 nghìn ha với năng suất 35,9 tạ/ha và sản lượng đạt 22,6 nghìn tấn. Đến năm 2013 diện tích trồng ngô của Quảng Ninh có chiều hướng giảm rõ rệt chỉ còn 4,4 ha, nhưng đến năm 2014 được sự quan tâm chỉ đạo của tỉnh cũng như của ngành về chuyển đổi cơ cấu cây trồng nên diện tích trồng ngô được mở rộng và cao nhất từ trước đến nay 17,4 ha, tăng lên đến 11,1 nghìn ha. Năng suất ngô có xu hướng tăng mạnh mẽ do đưa những giống mới có năng xuất cao vào sản xuất (năm 2009 năng suất đạt 35,9 tạ/ha đến năm 2014 năng suất đạt 38,6 tạ/ha). Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9 Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng ngô làm thức ăn chăn nuôi là vấn đề cấp thiết, đặc biệt đối với những vùng chăn nuôi trung tập, các trang trại và các hộ gia đình chăn nuôi với qui mô lớn. Chúng ta đang phải nhập khẩu nguyên liệu để chế biến thức ăn công nghiệp cho chăn nuôi, chủ yếu là ngô, đỗ tương, hàng năm chúng ta phải chi ra hàng tỷ đô la để nhập khẩu các loại nguyên liệu đầu vào cho ngành chế biến thức ăn công nghiệp. Hiện nay với 10 đơn vị chăn nuôi tập trung trên đã tiêu thụ hết khoảng 64% tổng lượng ngô sản xuất hàng năm của toàn tỉnh. Trong khi đó, hiện tại ngô được sử dụng trong thức ăn chăn nuôi trên địa bàn tỉnh vẫn chủ yếu được mua từ các đại lý phân phối, nhập nội và công ty chế biến thức ăn chăn nuôi; Thông qua các đại lý hoặc các tư thương ngoài tỉnh thu mua gom lại, sấy khô rồi cung cấp cho các cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi, như: Công ty CP Group, Proconco và AFC Hải Dương,... thu mua chế biến (lượng ngô được thu gom chủ yếu ở các Sơn La, Hòa Bình, Lai Châu). Trong khi đó điều kiện phát triển cây ngô ở Quảng Ninh lại rất thuận tiện. Đất đai khí hậu phù hợp với nhiều giống ngô cao sản hiện có tại Việt Nam, năng suất luôn ổn định từ 5-7 tấn/ha, thời vụ gieo trồng thì đa dạng có thể làm được 3 vụ/năm. Bà con nông dân miền núi có truyền thống trồng ngô từ lâu đời hiểu rõ cách chăm sóc, bón phân và phòng trừ sâu bệnh hại, giá ngô trên thị trường luôn ổn định từ 7.000- 7.500đ/1kg, thế nhưng diện tích ngô của Quảng Ninh vẫn còn rất thấp so với tiềm năng. 1.3. Nguồn gốc và đa dạng nguồn gen ngô Các nhà Di truyền học và nhà nghiên cứu thực vật vĩ đại nhất của thế kỷ XX, đã đóng góp học thuyết Trung tâm phát sinh thực vật. Trung tâm sơ cấp thứ IV của ông đưa ra là Nam Mexico và Trung Mỹ. Teosinte trong trung tâm này tiến hóa và thuần hóa thành ngô trồng được mô tả ở thời kỳ thuộc địa Mexico và Francisco Hernandez Boncalo (1515/1517 - 1578) và cây teosinte được báo cáo lần đầu năm 1570. Sau đó, được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và ngô trong hệ thống phân loại tự nhiên thuộc chi Zea. Các nhà thực vật học thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX bắt đầu nghiên cứu mối quan hệ tiến hóa của Teosinte đến ngô trồng, nghiên cứu trong nhiều năm từ 1700 đến 1990 và từ 1990 đến nay. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 10 Tổng số mẫu nguồn gen đã được đánh giá là trên 27.000 (bao gồm cả vật liệu tạo giống). Nguồn gen thuộc tập đoàn hoạt động ở châu Mỹ đang bảo tồn tại Argentina, Bolivia, Brazil, Colombia, CIMMYT, Cuba, Ecuador, Guatemala, Mexico, Peru, Paraguay và Venezuela. Những cá thể được bảo tồn nguồn gen quan trọng ở Mỹ (NCGRP - Ft. Collins; NCRPIS - Ames, Iowa). Ước tính trước đây (thế giới cổ đại Old World - trước thám hiểm Columbus ) số mẫu nguồn gen 20.000 đến 40.000, hầu hết những mẫu nguồn gen này đại diện của con cháu các loài dại, giống thụ phấn tự do hoặc giống lai (Brandolini, 1970; Taba, 1997). Ở Việt Nam, ngô di thực vào muộn hơn (ước tính khoảng 300 năm trước đây), trong quá trình biến đổi do tương tác giữa kiểu gen và môi trường, chọn lọc của con người hàng trăm năm qua và do nhập nội giống và vật liệu di truyền những năm gần đây. Những điều kiện đó tạo nên sự đa dạng, loài phụ ngô và đa dạng nhất là ngô răng ngựa, ngô đá và ngô nếp. Mỗi loài phụ có nhiều biến chủng khác nhau hình thành ở các địa phương, các dân tộc tạo nên sự đa dạng cao của các giống ngô địa phương. Nhập nội nguồn gen làm tăng sự đa dạng của nguồn gen thụ phấn tự do, dòng, vật liệu tạo giống và giống ngô ưu thế lai ở Việt Nam (Vũ Văn Liết. 2003, 2006, 2011). 1.4. Chọn tạo giống ngô ưu thế lai Chọn giống ngô ưu thế lai phát triển mạnh mẽ trên thế giới từ những năm 1940, sau những nghiên cứu và công bố của George năm 1909, ông viết “trong những năm qua tôi đã mô tả một loạt các thí nghiệm với ngô Ấn Độ và đi đến kết luận (i) thông thường một ruộng ngô thể hệ các cá thể nói chung tạo ra từ phép lai rất phức tạp; (ii) sự suy thoái là do kết quả của tự thụ phấn”. Ông đưa ra phương pháp phát triển dòng thuần trong tạo giống ngô lai (A pure-line method in corn breeding) và trở thành phương pháp tiêu chuẩn phát triển dòng thuần tạo giống ngô lai trên thế giới. Diện tích, năng suất và sản lượng ngô ưu thế lai của Mỹ tăng nhanh sau năm 1908 và 1909, đặc biệt là sau khi George, nhà chọn giống người Mỹ, công bố một công trình với tiêu đề “ Sự tổ hợp của một ruộng ngô”. Những nghiên cứu của ông đã tạo ra sự khởi đầu khai thác ưu thế lai ở cây trồng, đây thực sự là một bước nhảy vĩ đại của di truyền học Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 11 (James Crow, 1998). Nghiên cứu của Shull (1909) đã chỉ ra rằng những dòng ngô thuần suy giảm năng suất và sức sống, nhưng khi lai hai dòng thuần tạo ra ưu thế lai có năng suất cao và quần thể lai rất đồng nhất. Phương pháp của ông đưa ra đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn phát triển dòng thuần trong chọn tạo giống ngô ưu thế lai. 1.5. Nghiên cứu phát triển dòng thuần Dòng thuần B73 và Mo17 hoặc phiên bản của chúng được sử dụng làm bố mẹ phổ biến nhất tạo giống ngô lai chín trung bình và muộn ở Trung và Nam Châu Âu. Bởi vì chúng quan trọng trong sản suất ngô lai, Stojakovic et al. (2007) đã lai những dòng này để cải tiến những dòng thuần đang có. Con lai được tự phối đến thế hệ S6 bằng chọn lọc phả hệ. Phân tích năng suất hạt của tổ hợp lai giữa B73 và các dòng nghiên cứu lấy Mo17 làm tester, và các tổ hợp lai giữa các dòng nghiên cứu với Mo17 và B73 làm tester. Theo dõi đánh giá chiều dài bắp, số hàng hạt và khối lượng 1000 hạt. Chọn lọc lại dòng B73 và Mo17 biểu hiện biến động mạnh những tính trạng này. Nhận biết 3 trong 19 tổ hợp lai thử với B73 và Mo17 biểu hiện năng suất cao hơn ở mức có ý nghĩa (P<0.05) so với chỉ lai giữa hai dòng chuẩn B73 x Mo17. Trong các dòng có nguồn B73 có 1 dòng lai với Mo17 có năng suất cao hơn đối chứng ở mức có ý nghĩa. Một số con cái tự phổi biểu hiện đặc điểm tính trạng tốt hơn bố mẹ gốc B73 hoặc Mo17. Steven Eichten et al.(2011) nghiên cứu các dòng đẳng gen từ Mo17 và B73 để tìm hiểu cấu trúc di truyền ở ngô cho rằng sự tái tổ hợp các dòng thuần ngô (Zea mays ssp. mays), hai dòng thuần Mo17 và B73 đã được sử dụng rộng rãi để khám phá locus tính trạng số lượng điều khiển rất nhiều tính trạng hình thái và cũng là một nguồn vật liệu để lập bản đồ di truyền mật độ cao. Hai dòng này đã được sử dụng để tạo một bộ dòng đẳng gen (near - isogenic lines NILs) có những vùng chuyển gen nhỏ trong cả hai nền di truyền. Phương pháp phân tích kiểu gen mới sử dụng điểm của kiểu gen qua 7.000 locus trong 100 dòng NIL của B73 và 50 dòng NIL của Mo17. Đây là quần thể mang gen ngoài được chuyển vào phủ phần lớn genome ngô. Bộ dòng NIL này đóng vai trò giảm dị hợp trên cơ sở phả hệ và sự giảm dị hợp này làm tăng thêm ở vùng tâm Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 12 động có khả năng tái tổ hợp thấp. Sử dụng quần thể này để phát hiện và cố định locus tính trạng số lượng thông qua phân tích phương sai chiều cao cây. Sản xuất ngô lai ở Mỹ trên cơ sở phát triển và lai giữa các dòng thuần, từ nhưng năm 1920 các nhà tạo giống ở Mỹ đã phát triển hơn 600 dòng thuần công cộng, một số dòng đến nay không sử dụng nữa (Zuber and Darrah, 1985; Gerdes et al., 1994). Hầu hết các dòng thuần sử dụng trong các chương trình tạo giống chung chọn 2 hoặc 3 chu kỳ từ các dòng hoặc quần thể tổng hợp có nguồn từ lai giữa các dòng thuần (Baker, 1984). Mặc dù vậy, các dòng thuần phát triển trước đây không sử dụng trong sản xuất hạt lai ở Mỹ, nhưng chúng vẫn được sử dụng rất rộng để phát triển dòng thuần mới, nghiên cứu di truyền và làm vật liệu thử KNKH cho nhiều chương trình tạo giống ngô (Smith and Gracen, 1993). Dòng thuần ngô từ nhiều nguồn khác nhau trong và ngoài nước Mỹ đã chỉ ra rằng các dòng thuần vô cùng quan trọng cho chọn tạo giống ngô lai. Một khảo sát được thực hiện vào cuối những năm 1970 đến giữa những năm 1980 về các dòng thuần chỉ ra rằng một số dòng thuần vẫn tiếp tục đóng vào vào tạo giống ngô lai thương mại ở Mỹ. Ví dụ, B73 và Mo17 sử dụng khoảng 28% tổng số giống lai trồng ở Mỹ năm 1979, nhưng giảm xuống 12,8% như của hạt giống của 2 dòng này năm 1985 (Zuber and Darrah, 1980; Darrah and Zuber, 1985). Dòng Mo17 do Đại học Missouri chọn tạo và phóng thích năm 1964 và B73 do Đại học Iowa State chọn tạo và phóng thích năm 1972 (Troyer, 1999). Các dòng khác như Wf9 do Đại học Purdue chọn tạo và phóng thích năm 1936, dòng Oh43 do Trung tâm Nghiên cứu và phát triển nông nghiệp OHIO chọn tạo và phóng thích năm 1949. Các dòng ngô này đã được sử dụng cải tiến ngô của Mỹ trên 50 năm qua. Baker (1984), của Pioneer Hi - Bred international, Inc, báo cáo và xác định rằng có 7 tổ hợp lai phổ biến nhất ở Mỹ là: 1) B73 × Mo17 2) A632 × H993H95 3) Mo17 × A634 4) B73 × PA91 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 13 5) B73 × MS71 6) Mo17 × CM105 7) A632 × W117. Baker cũng đã cung cấp lịch sử của các dòng trong các giống ngô lai này. Goodman (Goodman, 1992) đã kết luận rằng các dòng mẹ là B14A, B37, B68, B73, B84 (female lines) và các dòng bố là C103, Mo17 và Oh43 (male lines) có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong bảo tồn nguồn vật liệu di truyền cho công tác tạo giống ngô ưu thế lai. Chọn giống chu kỳ lai trở lại và và thế hệ F2 đã trở thành ưu thế trong chương trình phát triển dòng thuần trong công nghiệp (Zea mays L.) ở Mỹ. Lấn át và liên kết đã được nhận biết có thể là một hạn chế chọn lọc từ F2 và lai trở lại. các tác giả đã nghiên cứu xác định mức độ quan trọng của lấn át gen trong một tổ hợp lai ưu tú và xác định thế hệ phù hợp cho bắt đầu phát triển dòng thuần. Con cái thế hệ thứ 6 của con cái phát triển từ hai bố mẹ; P1 (B73) và P2 (B84), thế hệ F2 của [(B73 × B84) F2]; thế hệ BCP1 của [(B73 × B84) × B73]; thế hệ BCP2 của [(B73 × B84) × B84]; và 8 thế hệ F2-Syn (thể hệ F2 giao phối ngẫu nhiên qua 8 thế hệ). Con cái lai thử bằng lai ngẫu nhiên các cây S9 của mỗi thế hệ với dòng thuần Mo17 là cây thử. 100 con lai của F2 × Mo17 và F2-Syn 8 × Mo17 và 50 con lai BCP1 × Mo17 và BCP2 × Mo17, cũng như bố mẹ lai thử được thu hoạch. Thí nghiệm đánh giá tại 4 địa phương trong năm 1990 và 3 địa phương năm 1991. Ảnh hưởng lấn át gen là có ý nghĩa với tính trạng năng suất và độ ẩm hạt và khoảng 21 và 18% phương sai trung bình các thế hệ. Phương sai di truyền và hệ số di truyền của năng suất hạt xắp xếp là F2-Syn 8 > F2> BCP1> BCP2. Dưới cường độ chọn lọc thấp (a = 20%), xếp loại các thế hệ là BCP22> F2>> F2-Syn 8 > BCPI. Dưới cường độ chọn lọc cao (a = 1%), xếp loại là F2> F2-Syn 8 > BCP2> BCP1. Sự lựa chọn giữa F2 và lai trở lại làm nguồn quần thể cơ bản, các tác giả gợi ý rằng tiến bộ rất hạn chế nếu giao phối ngẫu nhiên F2 trước khi chọn lọc và tự phối (Kendall Lamkey et al., 1994). Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 14 1.6. Nghiên cứu khả năng kết hợp Đa dạng di truyền hiệu ứng cộng giữa các ngô thương mại (Zea mays L.) ưu thế lai có thể tăng năng suất hơn và giảm bớt sự dễ tổn thương di truyền. Nhập nguồn gen nước ngoài vào chương trình tạo giống sẽ tăng nền tảng di truyền từ các dòng thuần thương mại ưu tú. 10 quần thể ngô do Trung Quốc chọn tạo và các dong thuần của Mỹ đã được đánh giá bằng phân tích diallel của Griffing về KNKH của năng suất hạt, chống đổ, chiều cao bắp, thời gian ra hoa và chống sâu đục thân ngô Châu Âu (ECB; Ostrinia nubilalis Hu¨bner) để ước lượng ưu thế lai của chúng khi các nguồn gen nhập nội từ Mỹ vào chương trình tạo giống. KNKH chung năng suất hạt lớn nhất là quần thể Mo17 Syn.(H14)C5, một quần thể cải tiến bằng chọn lọc chu kỳ half-sib sử dụng US13 làm tester. Năng suất hạt KNKH riêng lớn nhất là tổ hợp Mix 2 Trung Quốc x Mo17 Syn.(H14)C5 đổ thân hơn tổ hợp B73 x Mo17 và đối chứng Pioneer Brand 3394. Bởi vì tiềm năng năng suất cao và đặc tính nông sinh học khác trung bình đến tốt của KNKH. Mix 2 Trung Quốc đã chọn là quần thể tốt nhất cho chọn lọc. KNKH riêng lớn nhất của nó ảnh hưởng với vật liệu Lancaster phổ biến trong các chương trình tạo giống, biểu hiện tiềm năng cải tiến hơn. Không phát hiện chống chịu ECB ở nguồn gen Trung Quốc (2 môi trường trong 01 năm) số với đối chứng Pioneer Brand 3184. (Max Glover et al., 2005). Các nhà tạo giống đều nhấn mạnh cần mở nền di truyền nguồn gen ngô để đảm bảo nhận được di truyền tiếp tục và hạn chế rủi ro của nền tảng di truyền hẹp (Eberhart, 1971; Darrah and Zuber, 1986; Mungoma and Pollak, 1988). Nhỏ hơn 1% các giống ngô thường mại của Mỹ là nguồn nhập nội và nguồn gen nhập nội nhiệt đới chỉ là phần rất nhỏ trong đó. Rất nhiều đánh giá và chuyển gen nhập nội và nguồn gen nhiệt đới vào giống sử dụng thông thường và dòng thuần ưu tú của chương trình cải tiến ngô toàn thế giới. Nhưng tác các allel có lợi từ nguồn gen nhập nội rất khó khăn vì nguồn gen nhập nội như vậy thường không thích nghi (Max et al., 2005). Nhận biết các dòng thuần bố mẹ để phát triển các giống ngô lai ưu tú là một bước khá tốn kém về kính phí và thời gian của một chương trình tạo giống Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 15